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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Topographie einer Probe unter Verwendung von mindestens zwei Höhenebenen einer Oberfläche. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Messvorrichtung zur Messung der Topographie einer Probe unter Verwendung von mindestens zwei Höhenebenen einer Oberfläche.
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Optische Flächensensoren, beispielsweise Weißlichtinterferometer oder Konfokalmikroskope, werden üblicherweise zur Bestimmung der Oberflächentopographie von reflektierenden Materialen eingesetzt. Dabei erhält man die Höheninformation der Oberflächen durch Verschieben des optischen Flächensensors in einer vertikalen (z-)Richtung und durch Auswerten der aufgenommenen Bildpunkte in unterschiedlichen vertikalen Positionen. Für jeden einzelnen Bildpunkt kann aus dem Verlauf der Reflexion oder aus dem Korrelogramm über der vertikalen Position die Höhe der Festkörperoberfläche entsprechend zugeordnet werden.
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Bei Topographien mit hohem Aspektverhältnis (> 3:1), also dem Verhältnis aus der Tiefe bzw. Höhe einer Struktur zu ihrer kleinsten lateralen Ausdehnung, stoßen jedoch die bekannten Messverfahren zur Bestimmung der Topographie von reflektierenden Materialen an ihre Grenzen. Dies resultiert daraus, dass der Strahlenverlauf des Lichts bei zunehmend tieferen und schmäleren Strukturen immer mehr gestört wird und sogenannte optische Artefakte auftreten. Dies hat zur Folge, dass der Verlauf der Bildfolge durch den Artefakt in der vertikalen Position gestört wird und die Gewinnung der Höhe der Festkörperoberfläche an dieser vertikalen Position beeinträchtigt bzw. verhindert wird.
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Es sind Messverfahren bekannt, bei denen eine Auswertung darauf ausgerichtet ist, dass von Anfang an bekannt ist, dass bei Materialproben unterschiedliche Höhen in deren Oberfläche gesucht werden. Bei diesen bekannten Messverfahren erzeugt die Messung im Gegensatz zu konventionellen Messverfahren zwei Topographie-Ergebnisse. Diese zwei Topographie-Ergebnisse können dabei entweder dadurch erzeugt werden, dass zwei Bilder nur in der unmittelbaren Umgebung von zwei vorgegebenen Höhen (eine Oberfläche mit einem Graben aufweisend eine Grabentiefe) aufgenommen werden (durch zwei unterschiedliche Fokuspunkte), oder, dass ein Algorithmus derart angepasst wird, dass aus der aufgenommen Bildfolge zwei Ergebnisse für zwei Höhen erzeugt werden. Sowohl bei der Aufnahme von zwei Bildern in der Umgebung der zwei vorgegebenen Oberflächenhöhen durch unterschiedliche Fokussierung als auch bei den zwei Ergebnisbildern, können die Bilder weiterhin optische Artefakte aufweisen, wodurch die Gewinnung der Tiefe des Grabens an dieser Stelle beeinträchtigt bzw. verhindert wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Messvorrichtung zur Messung der Topographie einer Probe bereitzustellen, bei dem das Gesamtbild, aufweisend eine Vielzahl von Bildpunkten, keine optischen Artefakte enthält und die beiden Höhenebenen erkannt werden können.
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Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren zur Messung der Topographie einer Probe nach den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und durch eine Messvorrichtung zur Erstellung eines Gesamtbilds einer Oberfläche einer Probe nach den Merkmalen des Nebenanspruchs 6 gelöst.
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In Anbetracht der bekannten Technologie und nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Messung der Oberfläche einer Probe bereitgestellt, wobei die Gesamtmessung eine Vielzahl von Bildpunkten aufweist. Das Verfahren umfasst dabei: Erzeugen einer oberen Messung mit einer Vielzahl von oberen Messwerten, Erzeugen einer unteren Messung mit einer Vielzahl von unteren Messwerten, Vergleichen der oberen Messwerte mit einem vorbestimmten oberen Schwellwert, Vergleichen der unteren Messwerte mit einem vorbestimmten unteren Schwellwert, und Erstellen eines Gesamtbildes aus dem Vergleichen der oberen Messwerte mit dem vorbestimmten oberen Schwellwert und dem Vergleichen der unteren Messwerte mit dem vorbestimmten unteren Schwellwert.
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In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass das Gesamtbild punktweise aus entweder dem unteren Messwert oder dem oberen Messwert erstellt wird, wobei an dem Punkt der untere Messwert gilt, an dem der untere Messwert größer oder gleich dem unteren Schwellwert ist.
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In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass das Gesamtbild punktweise aus entweder dem unteren Messwert oder dem oberen Messwert erstellt wird, wobei an dem Punkt der obere Messwert gilt, an dem der untere Messwert kleiner als der unteren Schwellwert ist und der obere Messwert größer als der obere Schwellwert ist.
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In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass der obere Schwellwert einem festgelegten Wert entspricht.
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In einem Aspekt ist das Verfahren ausgestaltet, derart, dass der untere Schwellwert einem festen Prozentsatz des festgelegten Wertes des oberen Schwellwertes entspricht.
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Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Messvorrichtung zur Messung der Oberfläche einer Probe bereitgestellt, wobei die Gesamtmessung eine Vielzahl von Bildpunkten aufweist. Die Messvorrichtung umfasst mindestens einen in vertikaler Richtung verschiebbaren optischen Flächensensor, eine Analyseeinheit und eine Bildverarbeitungseinheit. Der mindestens eine optische Flächensensor erfasst dabei eine Vielzahl von oberen Messwerten in einer oberen vertikalen Position und einer Vielzahl von unteren Messwerten in einer von der oberen vertikalen Position unterschiedlichen unteren vertikalen Position. Die Analyseeinheit vergleicht die oberen Messwerte mit einem vorbestimmten oberen Schwellwert und die unteren Messwerte mit einem vorbestimmten unteren Schwellwert. Die Bildverarbeitungseinheit erstellt das Gesamtbild aus dem Vergleichen der oberen Messwerte mit dem vorbestimmten oberen Schwellwert und dem Vergleichen der unteren Messwerte mit dem vorbestimmten unteren Schwellwert.
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In einem Aspekt ist die Messvorrichtung ausgestaltet, derart, dass die Bildverarbeitungseinheit das Gesamtbild punktweise aus entweder dem unteren Messwert oder dem oberen Messwert erstellt, wobei an dem Punkt der untere Messwert gilt, an dem der untere Messwert größer oder gleich dem unteren Schwellwert ist.
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In einem Aspekt ist die Messvorrichtung ausgestaltet, derart, dass die Bildverarbeitungseinheit das Gesamtbild punktweise aus entweder dem unteren Messwert oder dem oberen Messwert erstellt, wobei an dem Punkt der untere Messwert gilt, an dem der untere Messwert größer oder gleich dem unteren Schwellwert ist.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden, rein beispielhaften und in keiner Weise beschränkenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, darin zeigt:
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1 zeigt schematisch eine Probe eines reflektierenden Materials, an der die Grabentiefe mit hohem Aspektverhältnis durch eine Messvorrichtung bestimmt werden soll;
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2 zeigt schematisch eine Darstellung von zwei Ergebnisbildern für zwei vertikale Positionen für die in 1 schematisch gezeigte Probe;
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3 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt die Messvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;
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5A–5F zeigen ein Beispiel für eine Ergebnisauswertung für eine Messung des Verfahrens nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 5A bis 5C eine Draufsicht zeigen und 5D bis 5F Schnitt durch die Probe; und
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6A und 6B zeigen schematisch eine schrittweise Prüfung des Gesamtbilds auf minimale Strukturgröße.
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Ausgewählte Ausführungsformen werden nun mit Bezugnahme zu den Zeichnungen beschrieben. Es wird für einen Fachmann auf dem Gebiet der Topographiemessung aus dieser Offenbarung ersichtlich, dass die folgende Beschreibung der Ausführungsformen lediglich zur Illustration bereitgestellt sind, und nicht für den Zweck die Erfindung, welche durch die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird, einzuschränken.
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Zunächst Bezug nehmend auf 1. Darin wird schematisch ein Beispiel einer Probe 2 eines reflektierenden Materials mit einem sehr unterschiedlichen Höhenprofil einer Oberfläche gezeigt. Wie schematisch in 1 zu sehen ist, wird mit einer Messvorrichtung 10, aufweisend einen optischen Flächensensor 7, beispielsweise ein Weißlichtinterferometer oder ein Konfokalmikroskop, über eine optische Linse 1 zwei Messungen mit jeweils einer Vielzahl von Bildpunkten in unterschiedlichen vertikalen Positionen über der Probe 2 aufgenommen. Die zwei Messungen werden in der Umgebung des Grabens 3 mit Hilfe der Messvorrichtung 10 durch unterschiedliche Fokussierung durchgeführt, wobei je nach Oberflächenbeschaffenheit der Probe 2 das Licht an der Oberfläche der Probe 2 reflektiert (ungestörter Strahlengang 4) oder der Strahlengang aufgrund eines zu hohen Aspektverhältnisses gestört ist (gestörter Strahlengang 5).
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2 zeigt schematisch eine Darstellung der zwei Messungen (Ergebnisbilder) für zwei vertikale Positionen, die mit Hilfe der Messvorrichtung 10 für die in 1 schematische gezeigte Probe 2 gewonnen wurden. Wie in 2 zu sehen ist, ergeben sich an den zwei unterschiedlichen vertikalen Positionen (z = 0; z = d) mit Hilfe der Messvorrichtung 10 zwei unterschiedliche Topographie-Ergebnisbilder, d.h. zwei unterschiedliche Messungen mit oberen und unteres Messwerten. Diese zwei unterschiedlichen Topographie-Ergebnisbilder können entweder dadurch erzeugt werden, dass zwei Reflexionsbilder (Reflexionsbild A und Reflexionsbild B) in der unmittelbaren Umgebung von zwei vorgegebenen vertikalen Positionen (z = 0 und z = d) durch zwei unterschiedliche Fokuspunkte aufgenommen werden oder, derart, dass ein Algorithmus angepasst wird, dass aus den aufgenommen Reflexionsbilder (Reflexionsbild A und Reflexionsbild B) zwei Ergebnisse für die zwei vertikal Positionen (z = 0 und z = d) erzeugt werden. Wie in 2 zu erkennen ist, weisen das Reflexionsbild A (z = 0) und das Reflexionsbild B (z = d) jeweils eine Vielzahl von optischen Artefakten 6 auf, wodurch die Gewinnung des Gesamtbildes der Oberfläche der Probe 2 an dieser Stelle beeinträchtigt bzw. verhindert ist/wird.
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3 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren zur Erstellung eines Gesamtbilds einer Oberfläche der Probe 2 aus zwei unterschiedlichen Messungen, umfasst an Schritt S1 ein Erzeugen einer oberen Messung mit einer Vielzahl von oberen Messwerten m0 mit Hilfe des vertikal verschiebbaren optischen Flächensensors 7 der Messvorrichtung 10 in einer oberen vertikalen Position z0. Das Verfahren umfasst weiter an Schritt S2 ein Erzeugen einer unteren Messung mit einer Vielzahl von unteren Messwerten md mit Hilfe des optischen Flächensensors 7 in einer von der oberen vertikalen Position z0 unterschiedlichen unteren vertikalen Position zd. Das Verfahren umfasst weiter an Schritt S3 ein Vergeben eines oberen vorbestimmten Schwellwertes s0 für die oberen Messwerten m0 und eines unteren vorbestimmten Schwellwertes sd für die unteren Messwerten md durch eine Eingabeeinheit 12 der Messvorrichtung 10. Das Verfahren umfasst weiter an Schritt S4 ein punktweises Vergleichen der oberen Messwerte m0 mit dem vorbestimmten oberen Schwellwert s0 und ein punktweises Vergleichen der unteren Messwerte md mit dem vorbestimmten unteren Schwellwert sd mit Hilfe einer Analyseeinheit 13 der Messvorrichtung 10.
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Die oberen und unteren Messwerte m0 und md werden durch die obere und untere Messung mit Hilfe des optischen Flächensensors 7 erzeugt und stellen Intensitätswerte und/oder Qualitätswerte zu jedem Bildpunkt der Oberfläche der Probe 2 dar. Des Weiteren umfasst das Verfahren an Schritt S5 ein Erstellen eines Gesamtbildes mit Hilfe einer Bildverarbeitungseinheit 14 der Messvorrichtung 10 aus dem punktweisen Vergleichen der oberen Messwerte m0 mit dem vorbestimmten oberen Schwellwert s0 und dem punktweisen Vergleichen der unteren Messwerte md mit dem vorbestimmten unteren Schwellwert sd. Bei Schritt S5 wird die Gesamttopographie Punkt für Punkt aus den beiden Messungen beispielsweise folgendermaßen erstellt: Wenn md > = sd dann gilt an diesem Punkt der Messwert md. Wenn md < sd und m0 > s0 dann gilt an diesem Punkt der Messwert m0, ansonsten ist an diesem Punkt die Messung ungültig.
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Bei Schritt S5 kann beispielsweise das Gesamtbild aus solchen unteren Bildpunkten erstellt werden, bei denen die oberen Messwerte m0 unterhalb des oberen Schwellwerts s0 liegen und die unteren Messwerte md unterhalb des unteren Schwellwerts sd liegen. Das Verfahren kann weiter beispielsweise eine zusammenhängende Oberflächenstruktur (zusammenhängende Flächenbereiche) für eine Messregion der Oberfläche der Probe 2 zuordnen, wenn die oberen Messwerte m0 und unteren Messwerte md einer minimalen Strukturgröße mmin entsprechen (siehe 6A und 6B).
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Der mindestens eine obere Schwellwert s0 kann beispielsweise einem festgelegten Wert entsprechen und der mindestens eine untere Schwellwert sd kann einem festen Prozentsatz des festgelegten Wertes des oberen Schwellwertes s0 entsprechen, und andersherum. Jedoch ist die vorliegende Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung darauf nicht beschränkt, so dass eine anderweitige Wertefestlegung der Schwellwerte s0 und/oder Schwellwerte sd angewandt werden kann, falls benötigt und/oder gewünscht.
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Des Weiteren kann das Verfahren weiter ein Nivellieren der oberen Messwerte m0 und der unteren Messwerte md mittels eines Ebenenabzugwertes umfassen, wobei der Ebenenabzugwert mit Hilfe der Analyseeinheit 13 der Messvorrichtung 10 bestimmt wird. Durch die Nivellierung mittels eines Ebenenabzugs kann eine Schieflage der Probe 2 aus den ermittelten Messwerten eliminiert werden. Der Ebenenabzugwert wird dabei anhand des Reflexionsbildes der Grundebene (hier Reflexionsbild A in 2) bestimmt und auf beiden Bilder (Reflexionsbild A und B in 2) angewandt.
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4 zeigt die Messvorrichtung 10 über der Probe 2 zur Ausführung der Verfahrensschritte S1 bis S5. Wie in 4 zu sehen ist, umfasst die Messvorrichtung 10 einen in vertikaler Richtung verschiebbaren optischen Flächensensors 7, beispielsweise ein Weißlichtinterferometer oder ein Konfokalmikroskop, eine Eingabeeinheit 12, eine Analyseeinheit 13 und eine Bildverarbeitungseinheit 14. Der in vertikaler Richtung verschiebbare optische Flächensensor 7 erfasst eine Vielzahl von oberen Messwerten m0 in einer oberen vertikalen Position z0 und eine Vielzahl von unteren Messwerten md in einer von der oberen vertikalen Position z0 unterschiedlichen unteren vertikalen Position zd. Über die Eingabeeinheit 12 werden ein vorbestimmter oberer Schwellwert s0 für die oberen Messwerte m0 und ein vorbestimmter unterer Schwellwert sd für die unteren Messwerte md eingegeben. Die Analyseeinheit 13 vergleicht die oberen Messwerte m0 mit dem vorbestimmten oberen Schwellwert s0 und die unteren Messwerte md mit dem vorbestimmten unteren Schwellwert sd. Die Bildverarbeitungseinheit 14 erstellt ein Gesamtbild aus dem punktweisen Vergleichen der oberen Messwerte m0 mit dem vorbestimmten oberen Schwellwert s0 und dem punktweisen Vergleichen der unteren Messwerte md mit dem vorbestimmten unteren Schwellwert sd.
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5A bis 5C zeigen wie sich das Messergebnis für eine immer gleiche Probe bei unterschiedlichen Schwellwerten verändert. 5A bis 5C zeigen eine Draufsicht der Probe 2 mit einem rechteckförmigen Graben bei Analyse mit unterschiedlichen Schwellwerten. 5D bis 5D zeigen einen Durchschnitt der Probe 2 entlang des Pfeils mit unterschiedlichen Schwellwerten 5D zeigt den Durchschnitt von 5A. In diese Figur ist der Schwellwert für die Erfassung der Gräben 3a und 3b so hoch gesetzt, dass die Bildverarbeitungseinheit keinen Graben 3a oder 3b erfasst. Bei 5E ist nur ein Graben 3b erfasst, da der Schwellwert den anderen Graben 3a nicht erfasst. In 5F sind beide Gräben korrekt erfasst.
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6A und 6B zeigen schematisch eine Draufsicht einer schrittweisen Prüfung des Gesamtbilds auf minimale Strukturgröße und eine Zuordnung zusammenhängender Flächenbereiche. Wie bereits vorstehend erläutert, kann das Verfahren beispielsweise eine zusammenhängende Oberflächenstruktur (zusammenhängende Flächenbereiche) für eine Messregion 8 der Oberfläche der Probe 2 zuordnen, wenn die oberen Messwerte m0 und unteren Messwerte md einer minimalen Strukturgröße mmin entsprechen. Dabei wird das Gesamtbild mit der Vielzahl von Bildpunkten schrittweise auf eine minimale Strukturgröße geprüft, um so zusammenhängende Bereiche der Oberfläche der Probe 2 zuordnen zu können. Dabei zeigt die 6A, dass für die obere ausgewählte Messregion 8a der Oberfläche der Probe 2 die Flächenbereiche dicht zusammenliegen, wodurch eine minimale Strukturgröße mmin – beispielsweise vier Pixel – der ausgewählten (unteren) Messregion 8a festgestellt wird und diese untere Messregion 8a zu einem Flächenbereich 9a zusammengefasst wird. Im Gegensatz zeigt die 6B, dass für die obere ausgewählte Messregion 8b der Oberfläche der Probe 2 die Flächenbereiche im Vergleich zur untere Messregion 8b weit auseinander liegen, wodurch keine minimale Strukturgröße mmin der ausgewählten obere Messregion 8b festgestellt wird und diese obere Messregion 8b nicht zu einem Flächenbereich 9b zusammengefasst wird.
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Während lediglich ausgewählte Ausführungsformen ausgewählt worden sind, um das vorliegende Verfahren zu beschreiben, wird es Fachleuten anhand dieser Offenbarung ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen hierin gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie dieser in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
