DE29715904U1

DE29715904U1 - Interference optical measuring device

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Publication number: DE29715904U1
Application number: DE29715904U
Authority: DE
Original assignee: OMECA MESSTECHNIK GmbH
Current assignee: Gf Messtechnik De GmbH
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1997-10-23
Anticipated expiration: 2007-09-02
Also published as: DE19840725B4; DE19840725A1

Description

OMG 109OMG109

Interferenzoptische MeßeinrichtungInterference optical measuring device

Die Erfindung betrifft eine interferenzoptische Meßeinrichtung zur opto-elektronischen Vermessung von Oberflächenstrukturen eines Meßobjektes, beispielsweise der MikroStruktur eines Halbleiterwafers eines mikroelektronischen Bauelementes. Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung ist das Vermessen der Ätztiefen der durch Ätzverfahren herzustellenden Mikrostrukturen in einem Halbleiterwafer.The invention relates to an interference optical measuring device for the opto-electronic measurement of surface structures of a measurement object, for example the microstructure of a semiconductor wafer of a microelectronic component. A preferred application of the invention is the measurement of the etching depths of the microstructures to be produced by etching processes in a semiconductor wafer.

Es ist bekannt, Messungen im Mikro- und Nanometerbereich, beispielsweise zur Bewertung der Mikrorauhigkeit einer optisch glatten Oberfläche einer Halbleiterscheibe/Mikroship mit interferenzoptischen Verfahren und Einrichtungen vorzunehmen - DE 195 25 903 Al.It is known to carry out measurements in the micrometer and nanometer range, for example to evaluate the microroughness of an optically smooth surface of a semiconductor wafer/microchip using interference optical methods and devices - DE 195 25 903 Al.

Entsprechend dem Interferometerprinzip, das diesen Verfahren und Einrichtungen zugrunde liegt, wird ein von einer Lichtquelle kommender kohärenter Wellenzug durch einen Strahlenteiler in zwei getrennte Wellenzüge aufgespalten, die dann das Meßobjekt (Objektwelle)According to the interferometer principle underlying these methods and devices, a coherent wave train coming from a light source is split by a beam splitter into two separate wave trains which then reach the measuring object (object wave)

und den Referenzspiegel (Referenzwelle) beleuchten. Infolge der Reflexion der Lichtwellen am Referenzspiegel und an der Oberfläche des Meßobjektes werden sowohl die Referenzwelle als auch die Objektwelle zum Strahlenteiler zurückgeführt und zu einem opto-elektronischen Sensor geleitet. Aufgrund der unterschiedlichen optischen Wellenlängen des Objekt- und Referenzstrahlenganges besitzen die beiden kohärenten Lichtwellenzüge einen geringfügigen Phasenversatz, der aufgrund der Kohärenzeigenschaften des verwendeten Lichtes nach dem Durchtritt des jeweils reflektierten Lichtes durch den Strahlenteiler eine interferentielle Überlagerung bewirkt. Am opto-elektronischen Sensor werden somit in Abhängigkeit von der Größe des Unterschiedes in der optischen Wellenlänge der beiden Lichtstrahlengänge unterschiedlich dichte Interferenzstreifenverläufe (Identitätsmodulationen) registriert. Aus den Unterschieden der optischen Weglängen zwischen dem reflektierten Referenzstrahlengang und den von der Meßfläche zurückgeführten Lichtwellen kann durch Auszählung der an einem optischen Sensor registrierten Interferenzstreifenzahlen beispielsweise die Qualität und die Quantität einer Oberflächenstruktur bestimmt werden.and illuminate the reference mirror (reference wave). As a result of the reflection of the light waves on the reference mirror and on the surface of the measuring object, both the reference wave and the object wave are returned to the beam splitter and guided to an optoelectronic sensor. Due to the different optical wavelengths of the object and reference beam paths, the two coherent light wave trains have a slight phase shift, which, due to the coherence properties of the light used, causes an interferential superposition after the reflected light passes through the beam splitter. The optoelectronic sensor thus registers interference fringe patterns of varying density (identity modulations) depending on the size of the difference in the optical wavelength of the two light beam paths. From the differences in the optical path lengths between the reflected reference beam path and the light waves returned from the measuring surface, the quality and quantity of a surface structure can be determined, for example, by counting the number of interference fringe registered on an optical sensor.

Diese interferenzoptischen Meßverfahren und Einrichtungen haben aber den Nachteil, daß aufgrund des zugrunde liegenden Interfereometerprinzips geringste Störeffekte, wie beispielsweise Umgebungsschwingungen oder TemperaturSchwankungen, wie sie bei praktischen Messungen immer wieder auftreten, zu Änderungen in den optischen Weglängen führen und somit die Messungen stören, indem man falsche oder keine Meßergebnisse erhält. Derartige Störungen treten vor allem bei praktischen Messungen außerhalb von Optiklabors oder speziell ausgerüsteten Meßräumen auf.However, these interference optical measuring methods and devices have the disadvantage that, due to the underlying interfereometer principle, the slightest interference effects, such as ambient vibrations or temperature fluctuations, which always occur in practical measurements, lead to changes in the optical path lengths and thus interfere with the measurements by obtaining incorrect or no measurement results. Such interference occurs primarily in practical measurements outside of optics laboratories or specially equipped measuring rooms.

Um Verfälschungen und Störungen des Meßergebnisses bei der Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit einer Halbleiterscheibe durch Tageslicht oder Fremdlichtquellen auszuschließen und eine eindeutige Zuordnung der reflektierten Lichtstrahlen bei Verwendung von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen für die durchzuführenden Messungen zu verwenden, wird nach DE-OS 3 6 37 477 der auf die Scheibenoberfläche gerichtete Lichtstrahl vor seinem Auftreffen mit einer charakteristischen Frequenz periodisch unterbrochen oder die Verwendung eines gepulsten Lasers angeregt.In order to exclude falsifications and interference with the measurement result when determining the surface roughness of a semiconductor wafer by daylight or external light sources and to use a clear assignment of the reflected light rays when using light with different wavelengths for the measurements to be carried out, according to DE-OS 3 6 37 477 the light beam directed onto the wafer surface is periodically interrupted at a characteristic frequency before it hits it or the use of a pulsed laser is encouraged.

Die Herstellung von Mikrostrukturen in einem Halbleiterwafer eines elektronischen Bauelementes oder die Produktion von speziell strukturierten Oberflächen einer Halbleiterscheibe erfolgt weitestgehendst durch Ätzprozesse. Diese Ätzprozesse werden mit Hilfe ätzender Flüssigkeiten oder mit entsprechenden Gasen in einem sogenannten Plasmaätzverfahren durchgeführt. Im Falle einer sogenannten Trockenätzung mit ätzenden Gasen wird die Halbleiterscheibe, auf der zuvor das Layout der MikroStruktur aufgebracht worden ist, in eine Ätzkammer gebracht und nach Evakuierung der Ätzkammer durch einströmende aggressive Gase der Ätzprozeß durchgeführt. Die Qualität der so hergestellten mikroelektronischen Struktur und die Leistungsparamter des mikroelektronischen Bauelementes werden entscheidend von der Maßhaltigkeit und der Kantenstruktur der auf ätztechnischem Wege hergestellten MikroStruktur bestimmt. Mit der Zielstellung, die dem vorgegebenen Layout entsprechende Mikrostruktur des Chips im Ätzprozeß zu erzeugen, wird derzeitig der Ätzprozeß mehrfach unterbrochen, der Halbleiterwafer aus der Ätzkammer entnommen und außerhalb der Ätzkammer die bereits durch den Ätzprozeß hergestellte Struktur, beispielsweise mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops, vermessen. Sofern die projektier-The production of microstructures in a semiconductor wafer of an electronic component or the production of specially structured surfaces of a semiconductor wafer is largely carried out by etching processes. These etching processes are carried out using corrosive liquids or with corresponding gases in a so-called plasma etching process. In the case of so-called dry etching with corrosive gases, the semiconductor wafer, on which the layout of the microstructure has previously been applied, is brought into an etching chamber and the etching process is carried out after the etching chamber has been evacuated by incoming aggressive gases. The quality of the microelectronic structure produced in this way and the performance parameters of the microelectronic component are determined to a large extent by the dimensional accuracy and edge structure of the microstructure produced by etching. With the aim of producing the microstructure of the chip corresponding to the specified layout in the etching process, the etching process is currently interrupted several times, the semiconductor wafer is removed from the etching chamber and the structure already produced by the etching process is measured outside the etching chamber, for example using a scanning electron microscope. If the projected

ten Ät&zgr;tiefen noch nicht erreicht worden sind, wird nach der Vermessung der Chip in die Ätzkammer zurückgebracht und der Ätzprozeß fortgesetzt.If the required etching depths have not yet been reached, after measurement the chip is returned to the etching chamber and the etching process is continued.

Diese Art der Vermessung der MikroStruktur bzw. die Überwachung des Ätzprozesses durch mehrfache Entnahme des Halbleiterwafer aus der Ätzkammer ist zu einem Teil sehr zeitaufwendig und damit unwirtschaftlich und zum anderen wird durch das wiederholte Unterbrechen des Ätzprozesses für die durchzuführenden Messungen bis zum Erreichen der gewünschten Ätztiefe die Qualität der Ätzstruktur erheblich nachteilig beeinflußt. This type of measurement of the microstructure or monitoring of the etching process by repeatedly removing the semiconductor wafer from the etching chamber is, on the one hand, very time-consuming and therefore uneconomical. On the other hand, the quality of the etching structure is significantly adversely affected by the repeated interruption of the etching process for the measurements to be carried out until the desired etching depth is reached.

Andererseits ist diese umständliche Verfahrensweise dadurch bedingt, daß infolge der während des Ätzprozesses auftretenden Schwingungen, beispielsweise für die Herstellung und Aufrechterhaltung des Vakuums in der Ätzkammer geeignete opto-elektronische Meßverfahren und -einrichtungen, die eine in situ Vermessung ermöglichen würden, nicht eingesetzt werden können.On the other hand, this cumbersome procedure is due to the fact that, due to the vibrations occurring during the etching process, suitable opto-electronic measuring methods and devices, for example for creating and maintaining the vacuum in the etching chamber, which would enable in situ measurement, cannot be used.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend weiterzubilden, daß ohne Unterbrechung des Ätzvorganges eine ständige Kontrolle des Ätzprozesses und eine Vermessung der durch Ätzen herzustellenden Mikrostruktur eines Halbleiterwafer in situ und in Echtzeit möglich sind.The invention is therefore based on the object of developing a measuring device of the type mentioned at the outset in such a way that a constant control of the etching process and a measurement of the microstructure of a semiconductor wafer to be produced by etching are possible in situ and in real time without interrupting the etching process.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9.According to the invention, this object is achieved by the features specified in claim 1. Advantageous further developments of the invention emerge from the subclaims 2 to 9.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden ausgewählte Objektfelder der Waferoberfläche und die Interferenzstreifen auf der Matrix der CCD-Aufnahmekamera abgebildet. Auf diese Weise kann der gesamte Ablauf des Ätzvorganges zur Ausbildung der Mikrostrukturen eines in der Ätzkammer befindlichen Halbleiterwafer direkt überwacht und beispielsweise die Ätztiefe an frei ausgewählten unterschiedlichen Waferbereichen direkt gemessen bzw. durch separate Kurvenverläufe erfaßt werden. Zu diesem Zweck wird ein speziell entwickeltes Meß- und Steuersoftwarepaket verwendet, mit dessen Hilfe am Rechenmonitor ein Zeit-Ätztiefen-Diagramm erscheint, anhand dessen die Ätztiefe in Echtzeit verfolgt werden kann.With the solution according to the invention, selected object fields of the wafer surface and the interference fringes are imaged on the matrix of the CCD recording camera. In this way, the entire sequence of the etching process for forming the microstructures of a semiconductor wafer in the etching chamber can be directly monitored and, for example, the etching depth can be directly measured on freely selected different wafer areas or recorded using separate curves. For this purpose, a specially developed measurement and control software package is used, with the help of which a time-etching depth diagram appears on the computer monitor, using which the etching depth can be tracked in real time.

Bei der Ätzung von Mikrostrukturen auf Wafern ist es üblich und notwendig, diesen mit einer Abdeckmaske zu versehen, um zu gewährleisten, daß durch den ÄtzVorgang tatsächlich nur die abzutragenden Waferbereiche durch das Ätzmaterial (Gas oder Flüssigkeit) erreicht und abgetragen werden können.When etching microstructures on wafers, it is common and necessary to provide them with a mask to ensure that the etching process actually only reaches and removes the wafer areas to be removed by the etching material (gas or liquid).

Für die Vermessung der Ätztiefe unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die Abbildung der Waferoberfläche auf dem Rechnermonitor jeweils mit der Maus des Rechners ein auszuwertender Meßbereich definiert, der etwa zur Hälfte auf der Maske und zur Hälfte im zu ätzenden Bereich des Wafers liegt. Im ungeätzten Ausgangszustand ist kein Unterschied in der Oberflächenstruktur des definierten Meßbereiches zu erkennen, der auf der Abdeckmaske bzw. im Ätzbereich liegt, da die optische Weglänge zwischen beiden Bereichen gleich ist. Mit Beginn des ÄtzVorganges ändert sich die optische Weglänge im Ätzbereich, wodurch am opto-elektronischen Sensor ein Phasenunter-To measure the etching depth using the solution according to the invention, a measuring area to be evaluated is defined by imaging the wafer surface on the computer monitor using the computer mouse, which is approximately half on the mask and half in the area of the wafer to be etched. In the unetched initial state, no difference can be seen in the surface structure of the defined measuring area, which is on the cover mask or in the etching area, since the optical path length between the two areas is the same. When the etching process begins, the optical path length in the etching area changes, causing a phase difference on the optoelectronic sensor.

schied zu registrieren ist, der aufgrund der Verwendung monochromatischen Lichtes mit konstanter Wellenlänge ein direktes Maß für den Ätzabtrag darstellt.difference is to be registered, which, due to the use of monochromatic light with a constant wavelength, represents a direct measure of the etching removal.

Das mehrfache Unterbrechen des Ätzvorganges zum Vermessen der Ätztiefe und der Mikrostrukturen sowie das jeweils erneute Anfahren des Ätzvorganges entfallen vollständig. Der kontinuierliche Ablauf des Ätzprozesses führt nicht nur zu einer erheblichen Zeiteinsparung, sondern ist insbesondere mit einer wesentlichen Steigerung in der Qualität der geätzten Mikrostrukturen und mit einer entscheidenden Anhebung der Leistungsparameter des Halbleiterwafer verbunden. The repeated interruption of the etching process to measure the etching depth and the microstructures as well as the restarting of the etching process are completely eliminated. The continuous flow of the etching process not only leads to a considerable saving of time, but is also associated with a significant increase in the quality of the etched microstructures and a decisive increase in the performance parameters of the semiconductor wafer.

Der in der Ätzkammer befindliche Halbleiterwafer wird erfindungsgemäß durch Lichtwellenimpulse von einigen Mikrosekunden Pulslänge einer mit Hilfe des Meß- und Steuerrechners getriggerten monochromatischen Lichtquelle beleuchtet. Aufgrund der kurzen Belichtungszeiten sind die Amplituden der Lichtwellenimpulse sehr klein und die Aufnahmezeiten der CCD-Aufnahmekamera sehr kurz. Auch sehr starke Schwingungen und andere störende Einflüsse, die bisher zwangsmäßig zu Störeffekten in den optischen Weglängen der Objekt- und Referenzlichtwellen eines Interferometers führten, werden von der CCD-Aufnahmekamera dadurch nicht mehr registriert.According to the invention, the semiconductor wafer in the etching chamber is illuminated by light wave pulses with a pulse length of a few microseconds from a monochromatic light source triggered by the measuring and control computer. Due to the short exposure times, the amplitudes of the light wave pulses are very small and the recording times of the CCD recording camera are very short. Even very strong vibrations and other disruptive influences, which previously inevitably led to disruptive effects in the optical path lengths of the object and reference light waves of an interferometer, are no longer registered by the CCD recording camera.

Auf diese Weise ist es möglich, trotz extremer Schwingungen der interferenzoptischen Meßeinrichtung und des Meßortes, an dem die Messungen durchgeführt werden, stehende Interferenzbilder am Meß- und Steuerrechner zu erhalten, die beispielsweise eine exakte meßtechnische Bewertung der Ätztiefen einer MikroStruktur in einem Halbleiterwafer ermöglichen.In this way, it is possible to obtain stable interference images on the measuring and control computer despite extreme vibrations of the interference-optical measuring device and the measuring location at which the measurements are carried out, which, for example, enable an exact metrological evaluation of the etching depths of a microstructure in a semiconductor wafer.

Nach einem weiteren Merkmal besitzt die erfindungsgemäße Meßeinrichtung einen Laser oder eine Laserdiode mit zwei unterschiedlichen Lichtwellenlängen, wodurch die Abbildung (Mapping) eines 3D-Profils von der MikroStruktur im Halbleiterwafer möglich ist.According to a further feature, the measuring device according to the invention has a laser or a laser diode with two different light wavelengths, whereby the mapping of a 3D profile of the microstructure in the semiconductor wafer is possible.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows:

Fig. 1 - den Aufbau der interferenzoptischen Meßeinrichtung in schematischer Darstellung Fig. 1 - the structure of the interference optical measuring device in a schematic representation

Fig. 2 - eine interferenzoptische Meßeinrichtung mit einem mehrfach gefalteten Abbildungs strahlengangFig. 2 - an interference optical measuring device with a multiply folded imaging beam path

Fig. 3 - den Verlauf der Intensitäten im Interferenzbild einer ÄtzstufeFig. 3 - the course of the intensities in the interference pattern of an etching step

Die in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung verwenden als monochromatische Lichtquelle 1 eine Laserdiode. Um Störungen der Meßvorgänge und Verfälschungen der Meßergebnisse durch die während des Ätzprozesses auftretenden Schwingungen und sonstiger Störeffekte im Bereich des Meßortes zu vermeiden und eine Messung der Mikrostruktur in situ und in Echtzeit überhaupt zu ermöglichen, wird die Laserdiode über den Meß- und Steuerrechner der Meßeinrichtung (nicht dargestellt) getriggert und die Oberfläche des in der Ätzkammer 9 befindlichen Halbleiterwafer 5 mit gepulsten Lichtwellen von einigen Mikrosekunden Pulslänge beleuchtet. Die Lichtwellen der Lichtquelle 1 werden durch eine Kollimatoroptik 2 kollimiert, die aus einerThe embodiments of the measuring device according to the invention shown in Fig. 1 and 2 use a laser diode as the monochromatic light source 1. In order to avoid interference with the measuring processes and falsification of the measurement results due to the vibrations occurring during the etching process and other interference effects in the area of the measuring location and to enable a measurement of the microstructure in situ and in real time, the laser diode is triggered via the measuring and control computer of the measuring device (not shown) and the surface of the semiconductor wafer 5 located in the etching chamber 9 is illuminated with pulsed light waves with a pulse length of a few microseconds. The light waves of the light source 1 are collimated by a collimator optics 2, which consists of a

Optik mit kurzer und einer Optik mit längerer Brennweite besteht, wobei die Lichtwellen der Laserdiode mit einer kurzbrennweitigen Optik auf ein Pinhole fokussiert und danach wieder mit einer Optik längerer Brennweite kollimiert werden. Hierdurch ist die Intensität der Lichtwellen im zentralen Bereich des Lichtstrahles homogen.Optics with a short focal length and optics with a longer focal length, whereby the light waves of the laser diode are focused on a pinhole using optics with a short focal length and then collimated again using optics with a longer focal length. This makes the intensity of the light waves in the central area of the light beam homogeneous.

Mit Hilfe des Strahlenteilers 4 werden die Lichtstrahlungen der Lichtquelle 1 sowohl auf den Halbleiterwafer 5 in der Ätzkammer 9 als auch auf den Referenzspiegel 3 gelenkt. Für einen optimalen Kontrast des Interferenzbildes, das auf der Matrix der CCD-Abbildungskamera 7 abgebildet wird, ist die Reflexion des Referenzspiegels 3 gleich der des Wafers 5 und die Länge des Referenzarmes 12 der interferenzoptischen Meßeinrichtung gleich der des Objektarmes 13. Der Referenzspiegel 3 ist leicht geneigt, damit das Referenzlichtbündel nicht senkrecht auf die Matrix der CCD-Aufnahmekamera 7 trifft und so entsprechend der Informationsübertragung der Nachrichtentechnik eine Aufmodulation des Nutzsignals auf das Trägersignal erfolgt. Diese aufmodulierte Nutzsignalphase wird dann durch das Meß- und Steuerprogramm hinsichtlich der Ermittlung des aktuellen Phasenunterschiedes der aktuellen Ätztiefe getrennt und im Ätztiefen-Zeit-Diagramm als Meßwert angezeigt.With the help of the beam splitter 4, the light radiation from the light source 1 is directed both onto the semiconductor wafer 5 in the etching chamber 9 and onto the reference mirror 3. For an optimal contrast of the interference image that is imaged on the matrix of the CCD imaging camera 7, the reflection of the reference mirror 3 is equal to that of the wafer 5 and the length of the reference arm 12 of the interference optical measuring device is equal to that of the object arm 13. The reference mirror 3 is slightly inclined so that the reference light beam does not strike the matrix of the CCD recording camera 7 perpendicularly and so that the useful signal is modulated onto the carrier signal in accordance with the information transmission of the communications technology. This modulated useful signal phase is then separated by the measuring and control program with regard to determining the current phase difference of the current etching depth and is displayed as a measured value in the etching depth-time diagram.

Nach der Reflexion an den spiegelnden Flächen des Referenzspiegels 3 und der Oberfläche des Halbleiterwafers 5 werden die Strahlen durch eine vorteilhafterweise zweilinsige Abbildungsoptik 6 gebrochen. Diese Abbildungsoptik 6, die zwischen dem Strahlenteiler 4 und der CCD-Aufnahmekamera 7 angeordnet ist, bildet den Halbleiterwafer 5 mit einem Abbildungsmaßstab von 8 auf die Matrix der CCD-Aufnahmekamera 7 ab. Auf dem Monitor des Meß- und Steuerrechners ist dadurch mind-After reflection on the reflective surfaces of the reference mirror 3 and the surface of the semiconductor wafer 5, the rays are refracted by an advantageously two-lens imaging optics 6. This imaging optics 6, which is arranged between the beam splitter 4 and the CCD recording camera 7, images the semiconductor wafer 5 with an imaging scale of 8 onto the matrix of the CCD recording camera 7. This means that at least

estens ein Objektfeld von 0,5 mm &khgr; 0,7 mm zu sehen, das durch eine Veränderung der optischen Abbildungsverhältnisse entsprechend vergrößert oder auch verkleinert werden kann.At least an object field of 0.5 mm x 0.7 mm can be seen, which can be enlarged or reduced by changing the optical imaging conditions.

Zur Vermeidung eines unnötig langen Kameraarmes der interferenzoptischen Meßeinrichtung werden die vom Referenzspiegel 3 und vom Halbleiterwafer 5 reflektierten Lichtstrahlen nach Durchgang durch die Optik 6 mit Hilfe von Umlenkspiegeln 10 gefaltet - Fig. 2.To avoid an unnecessarily long camera arm of the interference optical measuring device, the light rays reflected by the reference mirror 3 and the semiconductor wafer 5 are folded after passing through the optics 6 with the help of deflection mirrors 10 - Fig. 2.

Bei der Ausführung der interferenzoptischen Meßeinrichtung nach Fig. 2 befindet sich vor der CCD-Aufnahmekamera 7 ein Interferenzfilter 8, um Störungen der Messungen durch Plasmaleuchten in der Ätzkammer 9 oder durch Umgebungslicht des Meßortes auszuschließen und nur die Lichtstrahlung einer bestimmten Wellenlänge auf die Matrix der CCD-Aufnahmekamera 7 abzubilden. When implementing the interference optical measuring device according to Fig. 2, an interference filter 8 is located in front of the CCD recording camera 7 in order to exclude interference with the measurements caused by plasma lights in the etching chamber 9 or by ambient light at the measuring location and to only project light radiation of a specific wavelength onto the matrix of the CCD recording camera 7.

Bei einer Überlagerung von gegeneinander geneigten ebenen Lichtwellen ist der Intensitätsverlauf senkrecht zu den am Monitor sichtbaren Interferenzstreifen sinusförmig. Da die Objektwellenfront vom Halbleiterwafer bei der Vermessung von Ätzstufen aufgrund der Struktur des Wafers nur stückweise eben ist, ist der Intensitätsverlauf des Interferenzbildes in der Matrixebene der CCD-Aufnahmekamera 7 ebenfalls nur teilweise sinusförmig. Zwischen den Matrixbereichen, auf die die Oberfläche des Halbleiterwafer 5 abgebildet wird und denen, die den Bereichen auf der Maske des Halbleiterwafer 5 entsprechen, ist die Oszillation phasenverschoben - Fig. 3, wobei die Größe dieser Phasenverschiebung mit der Phasenverschiebung S am Halbleiterwafer 5 identisch und eine leicht zugängliche Meßgröße ist, die mit Hilfe des Meß- und Steuer-When plane light waves inclined against each other are superimposed, the intensity curve perpendicular to the interference stripes visible on the monitor is sinusoidal. Since the object wave front of the semiconductor wafer is only partially plane when measuring etching steps due to the structure of the wafer, the intensity curve of the interference image in the matrix plane of the CCD recording camera 7 is also only partially sinusoidal. The oscillation is phase-shifted between the matrix areas onto which the surface of the semiconductor wafer 5 is imaged and those that correspond to the areas on the mask of the semiconductor wafer 5 - Fig. 3, whereby the size of this phase shift is identical to the phase shift S on the semiconductor wafer 5 and is an easily accessible measurement value that can be determined using the measuring and control system.

rechners zur Vermesseung von Mikrostrukturen, beispielsweise zur Bestimmung der Ätztiefe leicht ausgewertet werden kann.computer for measuring microstructures, for example to determine the etching depth can be easily evaluated.

Claims

OMG109

SchutzansprücheProtection claims

Interference-optical measuring device for the opto-electronic measurement of the microstructures of a semiconductor wafer of microelectronic components, in which a coherent light wave train is split into two separate wave trains by a beam splitter, the separate light wave trains are guided to a reference mirror and to the surface of a semiconductor wafer and are reflected there, and the desired measured values are determined from the size of the difference in the path lengths of the reflected intensity profiles, which were recorded with an opto-electronic sensor, using a measuring and control computer, characterized in that the surface of a semiconductor wafer (5) located in an etching chamber (9) is illuminated with pulsed light waves from a monochromatic light source (1) which is triggered by the measuring and control computer of the measuring device, the opto-electronic

• ····

electronic sensor of a CCD recording camera (7) is arranged in the image plane of the semiconductor wafer (5) and in the imaging beam path (11) between the beam splitter (4) and the CCD recording camera (7) an optical system (6) is provided which magnifies the imaging beam path (11).

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that the reflected light waves from the microstructure and from the mask of the semiconductor wafer (5) are guided to different areas of the recording sensor of the CCD recording camera (7).

3. Measuring device according to claim 1, characterized in that the light waves reflected from the semiconductor wafer (5) impinge approximately orthogonally on the recording sensor of the CCD recording camera (7) and are superimposed by the reflected light waves of the reference arm (12), the reference light waves enclosing an angle α < 0 to the orthogonal of the recording sensor.

4. Measuring device according to claim 1, characterized in that the surface of the semiconductor wafer is illuminated with a collimated laser light radiation.

5. Measuring device according to claim 1, characterized in that the monochromatic light source (1) is a laser light diode.

6. Measuring device according to claim 1 , characterized in that the imaging beam path (11) is folded several times by means of deflecting mirrors (10) and an interference filter (8) is connected upstream of the CCD recording camera (7).

7. Measuring device according to claim 1 , characterized in that the collimator optics (2) are formed from an optic with a short focal length and an optic with a longer focal length.

8. Measuring device according to claim 1, characterized in that the reflection of the reference mirror (3) is equal to that of the semiconductor wafer (5) and the length of the reference arm (12) of the measuring device is equal to the length of the object arm (13).

9. Measuring device according to claim 1, characterized in that the monochromatic light source (1) is a laser or a laser diode with two light wavelengths.