DE97473T1 - Bestimmung der dicke einer schicht oder bestimmung der aenderung thermischer charakteristiken in der tiefe durch empfang thermischer wellen. - Google Patents

Bestimmung der dicke einer schicht oder bestimmung der aenderung thermischer charakteristiken in der tiefe durch empfang thermischer wellen.

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DE97473T1
DE97473T1 DE198383303411T DE83303411T DE97473T1 DE 97473 T1 DE97473 T1 DE 97473T1 DE 198383303411 T DE198383303411 T DE 198383303411T DE 83303411 T DE83303411 T DE 83303411T DE 97473 T1 DE97473 T1 DE 97473T1
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Claims (45)

OBERSETZUNG DER PATENTANSPRÜCHE DER EUROPÄISCHEN PATENTANMELDUNG 83 303 411.9 Anmelder: THERMA-WAVE, INC. ANSPRÜCHE T22 P2 D/EU '
1. Verfahren zur Bewertung der Dicke einer Materialschicht oder von Materialschichten auf einem Substrat durch Messung entweder der Phasen- oder Amplituden-Parameter von Wärmeschwingungssignalen, die durch eine fokussierte, periodische Wärmequelle erzeugt sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Fokussieren der periodischen Wärmequelle auf die oberste Schicht, die auf dem Substrat niedergeschlagen ist;
Messen des Wertes eines der Parameter der Wärmeschwingungssignale, das in der Probe erzeugt ist, bei wenigstens einer ausgewählten Modulationsfrequenz der Quelle; und
Vergleichen des erhaltenen Wertes dieses einen Parameters mit einem vorgegebenen Wert dieses einen Parameters, der einer Bezugsprobe zugeordnet ist, so daß die Dicke der Schicht bewertet werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein halbleitendes Material ist, wie beispielsweise Silicium.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschwingungssignale mit einer Einrichtung gemessen werden, die die schwingende Temperatur des beheizten Fleckens auf der Oberfläche des Substrats detektiert.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Vorrichtung mit einer fotoakustischen Zelle aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung durch einen Laser definiert ist, der die periodische Erwärmung eines Mediums in Kontakt mit dem erwärmten Fleck auf der Oberfläche des Substrates abfühlt.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung durch einen Infrarotdetektor definiert ist, der die periodischen Infrarotemissionen von dem beheizten Fleck auf der Oberfläche des Substrats abfühlt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschwingungssignale mit einer Einrichtung gemessen werden, die die schwingenden Wärmeverlagerungen der Oberfläche des Substrates am beheizten Fleck detektiert.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Lasersonde aufweist.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung ein Laserinterferometer aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschwingungssignale mit einer Einrichtung zum Detektieren der akustischen Signale gemessen werden, die durch die Wärmeschwingungen erzeugt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen Ultraschallwandler aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Lasersonde aufweist.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung ein Laserinterferometer aufweist.
14. Verfahren zum Bestimmen der Dicke eines Materialschicht oder von Materialschichten, die auf einem Substrat niedergeschlagen ist bzw. sind, durch Messen entweder der Phasen- oder der Amplituden-Parameter von Wärmeschwingungssignalen, die durch eine fokussierte periodische Wärmequelle erzeugt sind, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Fokussieren der periodischen Wärmequelle auf die oberste Schicht, die auf dem Substrat niedergeschlagen ist;
Messen des Wertes eines der Parameter des Wärmeschwingungssignals bei einer Vielzahl von ausgewählten Modulationsfrequenzen der Quelle, wobei die Anzahl der ausgewählten Modulationsfrequenzen größer ist als die Anzahl der Lagen, deren Dicke bestimmt werden soll; Normieren der gemessenen Werte des Parameters jeder gewählten Modulationsfrequenz relativ zum Wert des Parameters, der für eine Bezugsprobe bestimmt ist; und
Vergleichen der normierten Werte mit erwarteten normierten Werten, die von einem Modell abgeleitet sind, das den Wärmeprozeß in der Probe abbildet, so daß die Dicke der Schichten bestimmt werden kann.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschwingungssignale mit einer Einrichtung gemessen werden, die die schwingende Temperatur des erwärmten Fleckens auf der Oberfläche der obersten auf dem Substrat niedergeschlagenen Schicht detektiert.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Vorrichtung mit einer fotoakustischen Zelle aufweist.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung durch einen Laser definiert ist, der die periodische Erwärmung eines Mediums in Kontakt mit dem erwärmten Flecken auf der Oberfläche der obersten auf dem Substrat niedergeschlagenen Schicht abfühlt.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung durch einen Infrarotdetektor definiert ist, der die periodischen Infrarotemissionen von dem erwärmten Fleck auf der Oberfläche der obersten auf dem Substrat niedergeschlagenen Schicht abfühlt.
19. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzercnnet, daß die Wärmeschwingungssignale mit einer Einrichtung gemessen werden, die die schwingenden Wärmeverlagerungen der Oberfläche der obersten auf dem Substrat niedergeschlagenen Schicht am beheizten Fleck detektiert.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Lasersonde aufweist.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung ein Laserinterferometer aufweist.
22. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschwingungssignale mit einer Einrichtung zum Detektieren der akustischen Signale gemessen werden, die durch die Wä'rmeschwingungen erzeugt werden.
23; Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen Ultraschallwandler aufweist.
24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Lasersonde aufweist.
25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung ein Laserinterferometer aufweist.
26. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Parameter die Phase der Wärmeschwingungssignale ist und die Werte dadurch normiert werden, daß der Wert der Phase der Bezugs probe von der Phase des mehrschichtigen Substrats subtrahiert wird.
27. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Parameter die Amplitude der Wärmeschwingungssignale ist und daß die Werte dadurch normiert werden, daß ein Verhältnis des von der Bezugsprobe gewonnenen Wertes zum von dem Mehrschichtensubstrat gewonnenen Wert genommen wird.
28. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der gemessenen normierten Werte mit den vom Modell abgeleiteten normierten Werten nach der Methode der kleinsten Quadrate durchgeführt wird.
29. Verfahren zum Bestimmen der Änderung der thermischen Charakteristiken in Abhängigkeit von der Tiefe in einer ungleichförmigen Probe, in der Verunreinigungen oder Defekte enthalten sind, durch Messen entweder des Phasen- oder Amplituden-Parameters von Wärmeschwingungssignalen, die durch eine fokussierte periodische Wärmequelle in der Probe erzeugt werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Fokussieren der periodischen Wärmequelle auf die ungleichförmige Probe; Messen der Werte eines der Parameter des in der ungleichförmigen Probe erzeugten Wärmeschwingungssignals bei einer Vielzahl von ausgewählten Modulationsfrequenzen;
Normieren des gemessenen Wertes des Parameters bei jeder Modulationsfrequenz relativ zum Wert des Parameters, der für eine Bezugsprobe bestimmt wurde; und
Vergleichen der normierten Werte mit erwarteten normierten Werten, die von einem Modell abgeleitet sind, das den thermischen Prozeß in den Proben abbildet, wobei das Modell für die ungleichförmige Probe dadurch gekennzeichnet ist, daß es in eine Vielzahl von hypothetischen Schichten unterteilt ist, die jede die gleiche Dicke haben, wobei die Anzahl der Schichten kleiner ist als die Anzahl der ausgewählten Modulationsfrequenzen, so daß die thermischen Charakteristiken der hypothetischen Schichten und die Tiefenvariation dieser thermischen Charakteristiken in der ungleichförmigen Probe bestimmt werden können.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die thermischen Charakteristiken die Wärmeleitfähigkeiten der hypothetischen Schichten sind und daß ferner der Schritt vorgesehen ist, die Konzentration der Verunreinigungen oder Defekte in der Probe mit Variationen in der thermischen Leitfähigkeit zu korrelieren, derart, daß ein Profil der Verunreinigungen oder Defekte in Abhängigkeit von der Tiefe erhalten werden kann.
31. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen des einen Parameters bei einer Vielzahl von Modulationsfrequenzen genommen werden, so daß die Auflösung der Tiefenvariationen erhöht ist.
32. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschwingungssignale mit einer Einrichtung gemessen werden, die die schwingende Temperatur des beheizten Fleckens auf der Oberfläche der ungleichförmigen Probe detektiert.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Vorrichtung mit einer fotoakustischen Zelle aufweist.
34. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung durch einen Laser definiert ist, der die periodische Erwärmung eines Mediums in Kontakt mit dem erwärmten Fleck auf der Oberfläche der ungleichförmigen Probe abfühlt.
35. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung durch einen Infrarotdetektor definiert ist, der die periodischen Infrarotemissionen von dem beheizten Fleck auf der Oberfläche der ungleichförmigen Probe abfühlt.
36. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschwingungssignale mit einer Einrichtung gemessen werden, die die schwingende Wärmeverlagerung der Oberfläche der ungleichförmigen Probe am beheizten Fleck detektiert.
37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Lasersonde aufweist.
38. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung ein Lasen nterferometer aufweist.
39. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeschwingungssignale mit einer Einrichtung gemessen werden, die die akustischen Signale detektiert, die von den Wärmeschwingungen erzeugt werden.
40. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen Ultraschallwandler aufweist.
41. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Lasersonde aufweist.
42. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung ein Laserinterferometer aufweist.
43. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Parameter die Phase der Wärmeschwingungssignale ist und die Werte
dadurch normiert werden, daß der Wert der Phase der Bezugsprobe von der Phase der ungleichförmigen Probe subtrahiert wird.
44. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Parameter die Amplitude der Wärmeschwingungssignale ist und daß die
Werte dadurch normiert werden, daß ein Verhältnis des von der Bezugsprobe gewonnenen Wertes zum von der ungleichförmigen Probe gewonnenen Wert genommen wird.
45. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der gemessenen normierten Werte mit den vom Modell abgeleiteten
normierten Werten nach der Methode der kleinsten Quadrate durchgeführt wird.
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