DE19781728B4

DE19781728B4 - Optisches Verfahren und System zum Bestimmen mechanischer Eigenschaften eines Materials

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Publication number: DE19781728B4
Application number: DE19781728A
Authority: DE
Inventors: Humphrey J. Maris; Robert J. Duxbury Stoner
Original assignee: Brown University Research Foundation Inc
Current assignee: Brown University Research Foundation Inc
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: JP2001519892A; WO1997041418A1; JP4025369B2; DE19781728T1

Abstract

Verfahren zum Charakterisieren einer Probe, das folgende Schritte umfaßt:
Sammeln von Daten der Probe unter Verwendung wenigstens einer Meßstrahlwellenlänge, um über einen Bereich von Verzögerungszeiten eine Änderung wenigstens eines optischen Übergangs der Probe, der durch einen Pumpstrahl bewirkt wurde, zu messen,
Analysieren der Daten, um wenigstens eine Materialeigenschaft der Probe zu bestimmen, indem eine Hintergrundsignalkomponente der Daten mit Daten verglichen wird, die für einen ähnlichen Verzögerungszeitbereich von einer oder mehreren Proben erhalten wurde, die unter bekannten Bedingungen vorbereitet wurden, um bestimmte physikalische und chemische Materialeigenschaften zu ergeben, und Analysieren einer Komponente der gemessenen Änderung des wenigstens einen optischen Übergangs unter Verwendung der wenigstens einen bestimmten Materialeigenschaft, um wenigstens eine interessierende Probeneigenschaft zu bestimmen, wobei die Komponente von Ultraschallwellen herrührt, die durch den Pumpstrahl erzeugt wurden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG:
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Charakterisieren einer Probe mittels elektromagnetischer Strahlung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
Zur Zeit besteht bei Herstellern elektrischer, optischer und mechanischer Vorrichtungen mit dünnen Filmen Interesse an der zerstörungsfreien Evaluierung von dünnen Filmen und Grenzflächen. Bei einer zerstörungsfreien Technik läßt man einen Radiofrequenzpuls auf einen piezoelektrischen Übertrager auf einem Substrat zwischen dem Übertrager und dem zu untersuchenden Film einwirken. Ein Spannungspuls pflanzt sich durch das Substrat auf den Film hin fort. An der Grenze zwischen dem Substrat und dem Film wird ein Teil des Pulses zurück in den Wandler reflektiert. Der Rest tritt in den Film ein und wird teilweise an der gegenüberliegenden Seite reflektiert, so daß er durch das Substrat zum Wandler zurückkehrt. Die Pulse werden in elektrische Signale umgewandelt, elektronisch verstärkt und auf einem Oszilloskop dargestellt. Die Zeitverzögerung zwischen den zwei Pulsen gibt die Filmdicke an, wenn die Schallgeschwindigkeit in dem Film bekannt ist, oder sie gibt die Schallgeschwindigkeit an, wenn die Filmdicke bekannt ist. Relative Amplituden der Pulse enthalten Informationen über die Abschwächung in dem Film oder die Qualität der Verbindung zwischen dem Film und dem Substrat.
Die minimale Dicke der Filme, die meßbar ist, und die Empfindlichkeit auf Filmgrenzflächenbedingungen unter Verwendung von konventionellen Ultraschalltechniken ist durch die Pulslänge begrenzt. Die Dauer der Spannungspulse beträgt normalerweise wenigstens 0,1 μs, was einer räumlichen Länge von wenigstens 3 × 10² cm bei einer Schallgeschwindigkeit von 3 × 10⁵ cm/s entspricht. Solange der Film dicker als die Länge des akustischen Pulses ist, überlappen sich die Pulse zeitlich, die zu dem Wandler zurückkehren. Selbst wenn Pulse mit einer kurzen Dauer von 0,001 μs verwendet werden, muß die Filmdicke wenigstens einige Mikrometer betragen.
Eine andere Technik, nämlich akustische Mikroskopie, projiziert Schall durch einen Stab mit einer sphärischen Linse an seiner Spitze. Die Spitze ist eine Flüssigkeit eingetaucht, die den Film bedeckt. Der Schall pflanzt sich durch die Flüssigkeit fort, wird an der Oberfläche der Probe reflektiert und kehrt durch den Stab zum Wandler zurück. Die Amplitude des Signals, das zu dem Wandler zurückkehrt, wird gemessen, während die Probe horizontal bewegt wird. Die Amplituden werden in eine Computerphotographie der Probenoberfläche umgewandelt. Die Probeneigenschaften unterhalb der Oberfläche werden beobachtet, indem die Probe angehoben wird, um den Fokus unter die Oberfläche zu bringen. Die laterale und vertikale Auflösung des akustischen Mikroskops ist in etwa gleich.
Die Auflösung ist bei dem akustischen Mikroskop am größten, wenn eine sehr kurze Wellenlänge durch die Koppelflüssigkeit hindurchtritt. Dies erfordert eine Flüssigkeit mit niedriger Schallgeschwindigkeit, wie z.B. flüssiges Helium. Ein akustisches Mikroskop mit flüssigem Helium kann Oberflächenmerkmale bis hinunter zu 500 Å auflösen, aber nur, wenn die Probe auf 0,1 K abgekühlt wird.
Mehrere weitere Techniken ohne die Erzeugung und Erfassung von Spannungspulsen sind zum Messen von Filmdicken bekannt. Bei Ellipsometern wird elliptisch polarisiertes Licht auf eine Filmprobe gerichtet und der Polarisationszustand des reflektierten Lichtes analysiert, um die Filmdicke mit einer Genauigkeit von 3 bis 10 Å zu analysieren. Das elliptisch polarisierte Licht wird in zwei Komponenten mit separaten Polarisationsorientierungen und einer relativen Phasenverschiebung aufgespalten. Die Änderungen im Polarisationszustand, bei den Stahlamplituden und der Phase der zwei Polarisationskomponenten werden nach der Reflexion beobachtet.
Die Ellipsometertechnik ist einsetzbar bei Filmen, die ausreichend transparent sind. Üblicherweise müssen wenigstens 10 % der polarisierten Strahlung durch den Film hindurchtreten. Die Dicke von metallenen Probefilmen kann somit nicht größer als einige hundert Ångström sein.
Eine andere Technik verwendet einen kleinen Arm, um mechanisch die Filmdicke zu messen. Der Arm wird über die Oberfläche eines Substrats bewegt, und beim Erreichen der Kante eines Probenfilms wird der Unterschied in der Höhe zwischen Substrat und Film gemessen. Genauigkeiten von 10 bis 100 Å sind damit erreichbar. Dieses Verfahren ist nicht anwendbar, wenn der Film keine scharfe definierte Kante hat oder von der Konsistenz her zu weich ist, als daß er dem Arm genügend Widerstand entgegensetzen könnte.
Ein weiteres zerstörungsfreies Verfahren basiert auf der Rutherford-Streuung und mißt die Energie von zurückgestreuten Heliumionen. Die laterale Auflösung dieses Verfahrens ist sehr gering.
Noch eine weitere Technik basiert auf Widerstandsmessungen, um die Filmdicke zu bestimmen. Bei einem Material mit bekanntem Widerstand wird die Filmdicke bestimmt, indem der elektrische Widerstand des Films gemessen wird. Bei Filmen mit weniger als 1 000 Å ist dieses Verfahren jedoch von begrenzter Genauigkeit, da der Widerstand ungleichmäßig von der Filmdicke abhängen kann.
Bei einer weiteren anderen Technik wird die Änderung der Richtung eines von der Oberfläche reflektierten Lichtstrahls untersucht, wenn ein Spannungspuls an der Oberfläche ankommt. Bei einer speziellen Anwendung werden Spannungspulse durch einen piezoelektrischen Wandler auf einer Seite eines zu untersuchenden Films erzeugt. Ein Laserstrahl, der auf die andere Seite fokussiert ist, erfaßt die Spannungspulse, nachdem sie die Probe durchlaufen haben. Dieses Verfahren eignet sich für Filmdicken von mehr als 10 μm.
Ein Film kann auch untersucht werden, indem man auf eine Oberfläche des Films einen intensiven optischen Pumpstrahl treffen läßt, um die Filmoberfläche aufzubrechen. Anstatt die Fortpflanzung von Spannungspulsen zu beobachten, wird bei diesem Verfahren jedoch die zerstörende Anregung der Oberfläche beobachtet. Dieses Aufbrechen wie z.B. thermisches Schmelzen, wird beobachtet, indem der Auftreffpunkt des Pumpstrahls mit einem optischen Meßstrahl bestrahlt wird und die Änderungen der Intensität des Meßstrahls gemessen werden. Die Meßstrahlintensität wird durch derartig zerstörende, aufbrechende Effekte wie Sieden der Filmoberfläche, Ausstoßen von geschmolzenem Material und nachfolgendes Abkühlen der Oberfläche, verändert. Siehe Downer, M.C.; Fork, R.L.; und Shank, C.V., "Imaging with Femtosecond Optical Pulses", Ultrafast Phenomena IV, Hrsg. D.H. Auston und K.B. Eisenthal (Springer-Verlag, New York, 1984), S. 106-110.
Weitere Systeme erlauben die Messung der Dicke, der Zusammensetzung oder der Konzentration von Material durch Messen der Absorption von geeignet gewählten Strahlungswellenlängen. Dieses Verfahren ist allgemein nur dann anwendbar, wenn sich der Film auf einem transparenten Substrat befindet.
Bei einer zerstörungsfreien Ultraschalltechnik, wie sie in US 4 710 030 (Tauc et al.) beschrieben ist, wird ein Schallpuls sehr hoher Frequenz erzeugt und mit einem ultraschnellen Laserpuls erfaßt. Der Schallpuls wird verwendet, um eine Grenzfläche zu vermessen. Die Ultraschallfrequenzen bei dieser Technik betragen üblicherweise weniger als 1 THz, und die entsprechende Schallwellenlänge in den üblichen Materialien ist größer als mehrere 100 Å. Man kann die Ultraschallpulse hoher Frequenz bei dieser Technik als kohärente longitudinale akustische Photonen betrachten.
Im einzelnen erörtern Tauc et al. die Verwendung von Pump- und Meßstrahlen mit einer Dauer von 0,01 bis 100 ps. Diese Strahlen können auf demselben Ort auf einer Probenoberfläche auftreffen, oder der Auftreffpunkt des Meßstrahls kann relativ zu dem Auftreffpunkt des Pumpstrahls verschoben werden. Bei einer Ausführungsform kann der gemessene Film in bezug auf den Pump- und Meßstrahl bewegt werden. Der Meßstrahl kann durch die Probe hindurchtreten oder von ihr reflektiert werden. Bei einem Verfahren, das von Tauc et al. erörtert wird, hat der Meßpuls wenigstens eine Wellenlänge, um zerstörungsfrei einen Spannungspuls in der Probe zu erzeugen. Der Meßpuls wird auf die Probe gelenkt, um den Spannungspuls abzufangen, und bei dem Verfahren wird außerdem eine Änderung der optischen Konstanten erfaßt, die durch den Spannungspuls hervorgerufen wird, indem eine Intensität des Meßstrahls gemessen wird, nachdem er den Spannungspuls abgefangen hat.
Bei einer Ausführungsform wird ein Abstand zwischen einem Spiegel und einem Tripelspiegel variiert, um die Verzögerung zwischen dem Auftreffen des Pumpstrahls und des Meßstrahls auf der Probe zu variieren. Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein opto-akustisch inaktiver Film untersucht, indem ein darüberliegender Film verwendet wird, der aus einem optoakustisch aktiven Medium wie z.B. Arsen-Tellurid besteht. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Qualität der Bindung zwischen einem Film und dem Substrat mittels Messung des Reflexionskoeffizienten des Spannungspulses an der Grenze und Vergleichen des gemessenen Wertes mit einem theoretischen Wert bestimmt.
Verfahren und Vorrichtung von Tauc et al. sind nicht beschränkt auf einfache Filme, sondern können auch angewendet werden, um Informationen über Schichtdicken und Grenzflächen in Überstrukturen, Multilayer-Dünnschichtstrukturen und anderen inhomogenen Filmen zu gewinnen. Tauc et al. beschreiben auch das Abtasten von Pump- und Meßstrahlen auf einer Fläche der Probe, die bis hinunter zu 1 μm × 1 μm groß sein darf, sowie das Auftragen der Intensitätsänderung des reflektierten oder transmittierten Meßstrahls.
Während dies für die Verwendung bei vielen Meßproblemen gut geeignet ist, besteht die Aufgabe dieser Erfindung darin, die Lehre von Tauc et al. auszuweiten und zu verbessern.
Insbesondere kann in Situationen, bei denen die Materialeigenschaften (d.h. Schallgeschwindigkeit, Dichte, optische Konstanten etc.) mit ausreichender Genauigkeit bekannt sind (z.B. weil die Abscheidungsquelle als rein bekannt ist und der Abscheidungsprozeß dafür bekannt ist, in hohem Maße wiederholbare Kornstrukturen und strukturelle Phasen zu liefern), das Fitten durchgeführt werden unter Verwendung vorgegebener Werte für viele der Materialeigenschaften (wie Dichte, Schallgeschwindigkeit, optische Konstanten), um eine interessierende Probeneigenschaft (wie Dicke oder Adhäsionsstärke) zu bestimmen. Das ist oft ein bevorzugter Ansatz bei Proben mit reinen Metallfilmen, da diese Rechnungen sehr effizient sind und daher Messungen schnell durchgeführt werden können.
Jedoch kann dieser Ansatz zu ungenauen Ergebnissen bei Proben führen, die Filme enthalten, deren Materialeigenschaften (z.B. Schallgeschwindigkeit, Dichte und optische Konstanten) durch Abscheidungsbedingungen wie Temperatur, Gasmischung und Substrattypus beeinträchtigt werden können. In solchen Fällen kann es unmöglich sein, die Beiträge zur Zeitabhängigkeit des erfaßten Meßsignals aufgrund der Probendicke und der Schallgeschwindigkeit unzweideutig zu bestimmen.
AUFGABEN DER ERFINDUNG:
Es ist eine erste Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die zerstörungsfreie Evaluierung von Materialien anzugeben, das die obengenannten und weitere Probleme ausklammert.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein zweistufiges Verfahren zum Analysieren von Daten anzugeben, die mit optischen Pump- und Meßstrahlen erhalten wurden, wobei ein Hintergrundsignal verwendet wird, um mechanische Eigenschaften eines Materials zu bestimmen, und wobei eine Komponente einer gemessenen zeitabhängigen Änderung einer optischen Eigenschaft, die durch den Pumpstrahl erzeugt wurde, wie z.B. die Reflektivität (ΔR(t)), analysiert wird unter Verwendung der bestimmten Materialeigenschaften.
Diese Aufgaben werden gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein Verfahren zur Kennzeichnung einer Probe offenbart, das die Schritte umfaßt: (a) Sammeln von Daten von der Probe unter Verwendung wenigstens einer Meßstrahlwellenlänge, um während einer Zeitdauer von weniger als einigen Nanosekunden einen optischen Übergang wie der Reflektivität der Probe zu messen, die durch einen Pumpstrahl induziert wurde, (b) Analysieren der Daten, um wenigstens eine Materialeigenschaft durch Vergleich einer Hintergrundsignalkomponente mit Daten zu bestimmen, die bei einem ähnlichen Verzögerungszeitbereich von einer oder mehreren Proben erhalten wurden, die unter bekannten Bedingungen vorbereitet wurden, so daß bestimmte physikalische und chemische Materialeigenschaften entstehen, und (c) Analysieren einer Komponente des Übergangsmeßstrahls, die durch Ultraschallwellen bewirkt wird, die durch den Pumpstrahl erzeugt wurden, wobei die wenigstens eine vorgegebene Materialeigenschaft verwendet wird. Der erste Schritt des Analysierens kann einen Schritt des Interpolierens zwischen Referenzproben beinhalten, um einen Zwischensatz von Materialeigenschaften zu erhalten.
Der Schritt des Sammelns wird ermöglicht mit einem zerstörungsfreien System und Verfahren zum Messen wenigstens eines Übergangs der Probe aufgrund eines Pumppulses optischer Strahlung, wobei der oder die gemessenen Übergänge wenigstens entweder eine Messung einer modulierten Änderung ΔR einer Intensität eines reflektierten Anteils eines Meßpulses oder eine Änderung ΔT einer Intensität eines transmittierten Anteils des Meßpulses oder eine Änderung ΔP einer Polarisation des reflektierten Meßpulses oder eine Änderung Δφ einer optischen Phase des reflektierten Meßpulses oder eine Änderung eines Winkels der Reflexion Δβ des Meßpulses oder mehrere davon beinhalten, wobei jede von Ihnen als Änderung in einer Eigenschaft eines reflektierten oder transmittierten Anteils des Meßpulses betrachtet werden kann. Der oder die gemessenen Übergänge werden dann mit wenigstens einer interessierenden Eigenschaft der Probe in Verbindung gebracht.
Bei einer Ausführungsform erfolgt eine Assoziierung mit wenigstens entweder der strukturellen Phase, der Kornorientierung oder der Stöchiometrie oder mehreren davon als Eigenschaft.
Diese Erfindung offenbart außerdem ein Verfahren zum Charakterisieren einer Probe mit den Schritten: (a) Sammeln von Daten der Probe unter Verwendung wenigstens einer Meßstrahlwellenlänge, um für Zeitdauern von weniger als einigen Nanosekunden einen Übergang der optischen Anregung der Probe zu messen, die durch einen Pumpstrahl hervorgerufen wurde, (b) Analysieren der Daten, um wenigstens eine Probenpräparationstechnik durch Vergleich einer Hintergrundsignalkomponente der Daten mit Daten zu bestimmen, die für einen ähnlichen Verzögerungszeitbereich von einer oder mehreren Proben erhalten wurden, die mit ähnlichen Probenpräparationstechniken vorbereitet wurden, und (c) Analysieren einer Komponente der zeitabhängigen Reflektivität, die durch Ultraschallwellen bewirkt wurde, die durch den Pumpstrahl erzeugt wurden, wobei Daten verwendet werden, die der vorgegebenen Probenpräparationstechnik entsprechen.
Außerdem wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Charakterisieren einer Probe offenbart, das die Schritte umfaßt: (a) Sammeln von Daten der Probe unter Verwendung wenigstens einer Meßstrahlwellenlänge, um über einen Bereich von Verzögerungszeiten wenigstens einen optischen Übergang der Probe zu messen, die durch einen Pumpstrahl hervorgerufen wurde, (b) Ein setzen eines Wertes für eine Filmdicke, (c) Vergleichen eines Hintergrundsignals von einer nicht-akustischen Komponente der gesammelten Daten mit Daten, die einem Film desselben allgemeinen Typs entsprechen, der die eingesetzte Dicke hat, um eine wahrscheinlichste Zusammensetzung des Films zu bestimmen, und (d) Zuordnen vorgegebener physikalischer Eigenschaften des Films als Ergebnis der Ausführung von Schritt (c) in bezug auf den Probenfilm. Das Verfahren umfaßt außerdem die Schritte (e) Herleiten eines verbesserten Wertes für die Dicke aufgrund einer Analyse der akustischen Komponente der gesammelten Daten und (f) Wiederholen der Schritte (c) bis (e) bis zur Konvergenz zwischen Filmdicke und Materialeigenschaften.
Die Erfindung umfaßt außerdem ein Verfahren zum Charakterisieren einer Probe, das die Schritte beinhaltet: (a) Sammeln von Daten einer Probe unter Verwendung wenigstens einer Meßstrahlwellenlänge, um über einen Bereich von Verzögerungszeiten eine Änderung bei wenigstens einem optischen Übergang der Probe zu messen, der durch einen Pumpstrahl hervorgerufen wurde, (b) Einsetzen einer Zusammensetzung des Films, (c) Herleiten eines Wertes für eine Dicke des Films aus einer Analyse eines akustischen Teils der Daten, wobei der Schritt des Herleitens einen Schritt des Berücksichtigens der Filmmaterialeigenschaften aufgrund eines Films mit eingesetzter Zusammensetzung beinhaltet, und (d) Vergleichen eines Hintergrundsignals, das einem Film von demselben allgemeinen Typus entspricht, der die hergeleitete Dicke hat, um eine verbesserte Zusammensetzung für den Film zu bestimmen. Das Verfahren beinhaltet außerdem die Schritte (e) des Zuordnens von Materialeigenschaften des Films aus Schritt (d) zu dem Probefilm und (f) Wiederholen der Schritte (c) bis (e) bis zur Konvergenz zwischen der Probenfilmzusammensetzung und Dicke.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obengenannten und weitere Eigenschaften der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung von Einzelheiten der Erfindung erläutert, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen, bei denen:
1A ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Picosekunden-Ultraschallsystems ist, das für die Verwendung zur Umsetzung der Erfindung geeignet ist, genauer gesagt einer parallelen, schrägen Strahlausführungsform,
1B ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Picosekunden-Ultraschallsystems ist, die geeignet ist für die Verwendung bei der Umsetzung dieser Erfindung, genauer gesagt einer Ausführungsform mit senkrechtem Pumpstrahl und schrägem Meßstrahl,
1C ein Blockdiagramm einer dritten, momentan bevorzugten Ausführungsform eines Picosekunden-Ultraschallsystems ist, das für die Verwendung zur Umsetzung dieser Erfindung geeignet ist, speziell einer Ausführungsform mit einer einzelnen Wellenlänge, senkrechtem Pumpstrahl, schrägem Meßstrahl mit einem Ellipsometer,
1D ein Blockdiagramm einer vierten Ausführungsform eines Picosekunden-Ultraschallsystems ist, das geeignet ist zur Verwendung bei der Umsetzung dieser Erfindung, genauer gesagt einer Ausführungsform mit zwei Wellenlängen, senkrechtem Pumpstrahl, schrägem Meßstrahl mit Ellipsometer,
1E ein Blockdiagramm einer fünften Ausführungsform eines Picosekunden-Ultraschallsystems ist, das geeignet ist zur Verwendung beim Umsetzen dieser Erfindung, genauer gesagt einer Ausführungsform mit zwei Wellenlängen, einem senkrecht einfallenden Pumpstrahl und Meßstrahl mit Ellipsometer,
2 eine graphische Darstellung ist, die repräsentative Daten zeigt, denen akustische Echos zu entnehmen sind, die einem Hintergrundsignal überlagert sind,
3 ein Flußdiagramm ist, das ein Verfahren in Übereinstimmung mit dieser Erfindung zeigt,
4 eine graphische Darstellung ist, die die Picosekunden-Reflektivität gegenüber der Zeit bei Ti-Si-Filmen zeigt, die bei Temperaturen zwischen 350 °C und 765 °C geheilt wurden, wobei ein Ergebnis für eine nicht ausgeheilte Probe außerdem gezeigt wird, das die 350 °C-Kurve überlappt,
5 eine graphische Darstellung ist, die Kurven zeigt, die den Kurven in 4 entsprechen, aber bei denen ein langsam variierendes Hintergrundsignal entfernt wurde, um die akustischen Schwingungen des Ti-Si-Films zu betonen, wobei die Kurven gegeneinander aus Gründen der Klarheit versetzt sind,
6 eine graphische Darstellung ist, die einen Vergleich einer Picosekunden-Reflektivität von einem beliebigen Punkt auf den Kurven in 4 gegenüber einer Ausheilungstemperatur zeigt, und die eine Korrelation dieser Kurve mit einer Kurve darstellt, die einen Schichtwiderstand darstellt,
7a und 7B Flußdiagramme sind, die ein Verfahren gemäß dieser Erfindung darstellen, wobei eine ursprüngliche Ti-Dicke a priori bekannt ist,
8 und 8B Flußdiagramme sind, die ein Verfahren gemäß dieser Erfindung darstellen, wobei eine ursprüngliche Ti-Dicke nicht a priori bekannt ist.
BESCHREIBUNG DER EINZELHEITEN DER ERFINDUNG
Die Lehre dieser Erfindung, wie sie im einzelnen im folgenden beschrieben wird, kann in Verbindung mit der Lehre von Tauc et al. herangezogen werden, um die Charakterisierung von Proben zu verbessern, obgleich die Verwendung dieses oder eines ähnlichen zerstörungsfreien optisch basierten Systems nicht verstanden werden sollte als Einschränkung der Umsetzbarkeit dieser Erfindung.
Gemäß der Lehre dieser Erfindung wird ein Lichtpuls auf eine Probe gerichtet und teilweise durch elektrische Träger in der Probe absorbiert, die nachfolgend ihre Energie auf die Materialien übertragen, aus denen die Probe besteht. Das führt zu einer kleinen, lokalisierten Erhöhung der Temperatur der Probe. Mit der Steigerung der Temperatur der Probe hängt ein kleiner, lokalisierter optischer Übergang der Probe zusammen. Das heißt, es manifestiert sich wenigstens ein meßbarer Übergang der Probe auf den Pumppuls optischer Strahlung. Ein oder mehrere gemessene Übergänge können wenigstens entweder eine Messung einer modulierten Änderung ΔR einer Intensität eines reflektierten Anteils eines Meßpulses, eine Änderung ΔT einer Intensität eines transmittierten Anteils des Meßpulses, eine Änderung ΔP einer Polarisation des reflektierten Meßpulses, eine Änderung Δφ einer optischen Phase des reflektierten Meßpulses oder eine Änderung eines Reflexionswinkels Δβ des Meßpulses oder mehrere davon enthalten, wobei jede davon als Änderung einer Charakteristik eines reflektierten oder transmittierten Anteils des Meßpulses angesehen werden kann. Der Übergang der Probe aufgrund des Pumppulses zerfällt mit einer Rate, die hauptsächlich von den Raten, bei denen die angeregten elektrischen Träger ihre Energie auf den Rest der Probe übertragen, und außerdem von den thermischen Diffusionseigenschaften und Dicken der Materialien abhängt, aus denen diese Probe besteht.
Wie bereits von Tauc et al. offenbart, kann ein zweiter Effekt des Lichtpulses Ultraschallwellen in der Probe erzeugen. Diese Ultraschallwellen führen ebenfalls zu Änderungen der optischen Reflektivität der Probe, die sich schneller mit der Zeit ändern als die Reflektivitätsänderungen aufgrund der Rückkehr der Probe zum thermischen Gleichgewicht. Bei einer typischen Probe ändert sich die Reflektivität aufgrund der Ultraschallwellen und aufgrund der Änderung der Temperatur gleichzeitig.
Im folgenden werden alle optischen Übergänge der Probe wie Reflektivität und unter Ausklammerung der Ultraschallbeiträge als "Hintergrund"-Signal bezeichnet. Dementsprechend kann man sagen, daß die Ultraschallkomponente der Netto-Reflektivitätsänderung einem thermischen "Hintergrund"-Signal überlagert ist. Typische Daten sind in 2 wiedergegeben. Die Reflektivitätsänderungen aufgrund der sich fortpflanzenden Ultraschallwellen können wie von Tauc et al. offenbart analysiert werden, um die mechanischen Eigenschaften der Probe zu bestimmen.
Die Reflektivitätsänderung wird mit einem zweiten Lichtpuls, dem "Meßpuls" gemessen, der gegenüber dem Aufheizpuls, dem "Pumppuls", um eine Zeit τ verzögert ist. Der Wert von τ liegt üblicherweise im Bereich von 0,01 ps bis 100 ns. Das Vorzeichen, die Größe und die Zerfallsrate der "Hintergrund"-Reflektivitätsänderung hängt von der Wellenlänge, dem Einfallswinkel und der Polarisation des Meßlichtpulses sowie von den elektrischen und thermischen Eigenschaften des Probenmaterials ab. Daher kann die Hintergrundreflektivitätsänderung bei Proben aus demselben Material sehr unterschiedliche Werte je nach den unterschiedlichen Vorbereitungsbedingungen annehmen. Zum Beispiel wurde von den Erfindern beobachtet, daß unterschiedliche Hintergrundsignale bei Proben, die aus demselben Metall hergestellt waren aber eine unterschiedliche strukturelle Phase haben, sowie auch bei Legierungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen auftreten. Diese Beobachtungen zeigen die Unterschiede zwischen den thermischen und elektrischen Eigenschaften solcher Materialien.
Zusätzlich zu den intrinsischen elektrischen und thermischen Eigenschaften können die obengenannten Faktoren (strukturelle Phase, Legierungsinhalt, Verunreinigungskonzentration, Stöchiometrie, Phasenmischung, Kornorientierung etc.) die elastischen Eigenschaften eines Probenmaterials beeinflussen. Zum Beispiel können die elastischen Konstanten und Dichten von zwei strukturellen Phasen eines speziellen Metalls sich signifikant voneinander unterscheiden, je nach den ohne weiteres zu beobachtenden Unterschieden in der Schallgeschwindigkeit und dem Volumen der Proben mit identischer Stöchiometrie. Ähnliche Unterschiede können bei Proben wie dünnen Filmen beobachtet werden, die unter Bedingungen abgeschieden wurden, die zu unterschiedlichen Kornorientierungen und -formen führen.
Folglich ist es wünschenswert, daß wenigstens einer dieser Parameter im voraus bekannt ist, wenn man eine "best-fit"-Analyse durchführt. Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren mit höherer Genauigkeit an, als sie mit bekannten Techniken erreicht wird, indem mögliche Mehrdeutigkeiten eliminiert werden.
Gemäß der Lehre dieser Erfindung werden Daten mit Verfahren und Vorrichtungen gesammelt, die im folgenden beschrieben werden, wobei wenigstens eine Meßwellenlänge verwendet wird, um innerhalb von im allgemeinen weniger als ein paar Nanosekunden einen Übergang einer optischen Eigenschaft, wie z.B. der Reflektivität, der Probe zu messen, die durch den Pumplaser hervorgerufen wurde. In 4 werden die Daten dann in zwei Schritten wie folgt analysiert.
In Schritt 1 wird das "Hintergrund"-Signal mit Daten verglichen, die für einen ähnlichen Verzögerungszeitrahmen von Proben erhalten werden, die unter bekannten Bedingungen vorbe reitet wurden, so daß sich bestimmte physikalische und chemische Materialeigenschaften wie z.B. die strukturelle Phase ergeben. Dabei kann zwischen Referenzproben interpoliert werden, um einen mittleren Satz von Materialeigenschaften zu erhalten. Eigenschaften einschließlich der Schallgeschwindigkeit, Dichte, optischer Konstanten etc. werden dann mit der interessierenden Probe in Verbindung gebracht.
Man sollte beachten, daß das Hintergrundsignal außerdem oder statt dessen mit Ergebnissen verglichen werden kann, die von einem modellierten Diffusionsprozeß und den assoziierten physikalischen Parametern, wie z.B. der thermischen Reflektivität, erhalten wurden.
In Schritt 2 werden ein oder mehrere Probencharakteristiken, die von Interesse sind, wie z.B. die Schallgeschwindigkeit, Filmdicke, Filmadhäsion etc. aufgrund der gemessenen zeitabhängigen Änderung der optischen Eigenschaft wie Reflektivität, die durch Ultraschallwellen bewirkt wird, die durch den Pumpstrahl erzeugt wurde, bestimmt. Diese werden anhand der Materialeigenschaften analysiert, die in Schritt 1 bestimmt wurden.
Als solches wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erhalten größerer Genauigkeit durch Umgehung möglicher Mehrdeutigkeiten angegeben.
Darüber hinaus kann eine Korrelation mit einer Eigenschaft der Probenvorbereitungstechnik anstelle einer Materialeigenschaft per se erzeugt werden. Zum Beispiel kann sich die Schallgeschwindigkeit bei CVD (Chemical Vapor Deposition) von TiN von der Schallgeschwindigkeit bei aufgesputtertem TiN unterscheiden.
Beispiel
Im folgenden wird Bezug genommen auf die 4 bis 6. Eine Folge von Proben, bestehend aus 10 Einzelproben, die einem Bereich von RTP-(Rapid Thermal Processing)Ausheiltemperaturen ausgesetzt wurde. Die Ausheilungszyklen unterschieden sich etwas bei unterschiedlichen Ausheilungstemperaturen.
Eine Reaktion zwischen Ti und Si während des Ausheilungszyklus erzeugt eine Schicht, deren elektronische Bandstruktur sich im Verlauf der Reaktion verändert. Die begleitende Änderung bei der Übergangsreflektivität der Proben wurde in Abhängigkeit von einem kurzen Laserpuls wie oben beschrieben gemessen. Wie oben beschrieben gibt es zwei Komponenten des gemessenen Signals. Eine Komponente ist ein langsam variierendes "Hintergrund"-Signal, das sich zurückführen läßt auf eine Kombination aus Relaxationsphänomenen nach der Absorption des Laserpulses durch den Film. Die zweite Komponente variiert schneller und hängt mit akustischen Schwingungen der Schicht zusammen. Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung können beide Komponenten interpretiert und verwendet werden, um eine gegebenen Probe zu charakterisieren.
4 ist eine graphische Darstellung der Übergangsreflektivitätssignale, die bei allen Proben gemessen wurden. Die Temperaturen, bei denen die Proben ausgeheilt wurden, sind in der graphischen Darstellung angegeben. Die Daten zeigen akustische Schwingungen bei Zeiten von weniger als etwa 30 ps, die den langsam variierenden Hintergrundsignalen überlagert sind. Um die Diskussion zu vereinfachen, werden die akustischen und Hintergrundsignale separiert, und die akustischen Signale werden getrennt in 5 aufgetragen. Die Kurven in 5 wurden bewußt und der Klarheit wegen gegeneinander verschoben; und die Reihenfolge der Kurven in 5 steht in keiner Beziehung zu der Reihenfolge der Kurven in 4 (bei denen keine Verschiebungen vorgenommen wurden).
Aufgrund von 4 ist es unter qualitativer Betrachtung klar, daß die 350 °C-Probe im wesentlichen gleich der nicht ausgeheilten Probe ist, woraus gefolgert werden kann, daß Ti und Si nur wenig bei Temperaturen bis zu 350 °C reagieren. Man findet in den akustischen Signalen, daß eine Änderung als Ergebnis der 350 °C-Behandlung aufgetreten ist, da die Amplituden der "Echos" (z.B. die "Spitze" in der Kurve bei der nicht ausgeheilten Probe um etwa 10 ps) kleiner bei der 350 °C-Probe ist. Dies kann ein Hinweis darauf sein, daß die Grenzfläche aufgrund der Ausheilung aufgerauht oder verschmiert wurde und somit einen schlechteren akustischen Reflektor als die Ti-Si-Grenzfläche unmittelbar nach der Abscheidung darstellt. Jedoch ist eine große Änderung zwischen 350 °C und 450 °C sichtbar. Aufgrund der Änderung des Hintergrundsignals von negativ zu positiv und aufgrund der weiteren Abschwächung der akustischen Schwingungen ist es klar, daß diese Änderung schon bei 400 °C begonnen hat. Bei 450 °C wird das Hintergrundsignal stark positiv, und die akustischen Signale sind ziemlich stark geworden. Man geht davon aus, daß dies ein Anzeichen dafür ist, daß eine neue Schicht gebildet wurde, die durch eine klar definierte Grenzfläche von dem darunterliegenden Si-Substrat getrennt ist. Raman-Streuungsdaten legen nahe, daß dies keine C49-TiSi₂-Schicht ist durch die akustischen Daten wird jedoch nahegelegt, daß diese Schicht ziemlich homogen ist, was immer die molekulare Struktur ist. Zwischen 450 °C und 550 °C ändern sich die Eigenschaften der gemischten Schicht langsam. Die akustischen Signale werden schwächer und weniger gleichmäßig gegenüber denen, die bei niedrigeren Ausheilungstemperaturen beobachtet wurden, was darauf hinweist, daß die Bildung einer internen Struktur innerhalb der Schicht stattfindet. Zwischen 550 °C und 600 °C gibt es eine plötzliche Änderung sowohl bei den Hintergrund- als auch bei den akustischen Daten. Aufgrund der Raman-Daten wurde geschlossen, daß diese Änderung mit der plötzlichen Bildung von der C49-Phase zusammenhängt. Ein langsamer Anstieg der Dicke dieser C49-Schicht wird bei weiterer Ausheilung bis hinauf zu 700 °C beobachtet, wobei eine kleinere Änderung zwischen 650 °C und 700 °C als zwischen 600 °C und 650 °C stattfindet, was auf eine Sättigung hindeutet. Der Anstieg der Dicke ergibt sich aus der Verschiebung der akustischen Peaks zu längeren Zeiten (was man sich vorstellen kann als Schwingungen einer Platte, deren Frequenz mit wachsender Dicke niedriger wird). Außerdem wurde ein Anstieg der Amplitude des akustischen Signals beobachtet, was darauf hindeutet, daß die Grenzfläche zwischen der TiSi₂-Schicht und dem darunterliegenden Si beim Ausheilen mit höheren Temperaturen schärfer abgegrenzt wird. Es gibt eine letzte große Änderung im Hintergrundsignal bei der Probe, die bei 765 °C ausgeheilt wurde, bei der Raman-Daten zeigten, daß sie auf die Bildung der C54-Phase zurückzuführen ist. Das größte akustische Signal in der gesamten Folge wurde bei dieser Probe beobachtet. Es sollte außerdem bemerkt werden, daß die Zerfallsrate der Schwingungen der C54-Schicht kleiner als die ist, die bei den C49-Proben beobachtet wurde, was darauf hindeutet, daß die Grenzfläche zwischen der C54-Schicht und Si weicher sein kann.
Aufgrund der Periode der akustischen Oszillationen des Films unmittelbar nach dem Abscheiden und der bekannten Schallgeschwindigkeit in Titanium wurde die Dicke der Ti-Schicht zu 231 Å bestimmt. Bei einer idealen C54-TiSi₂-Schicht kann gezeigt werden, daß die entsprechende theoretische Dicke 580 Å beträgt. Unter der Annahme, daß die 765 °C-Probe eine C54-Probe ist, wurde eine gemessene Dicke von 581 ± 3 Å beobachtet, was in sehr guter Übereinstimmung mit dem erwarteten Ergebnis ist. Dies ist wichtig, da damit gezeigt wird, wie die akustische Information selbst verwendet werden kann, um die Silizid-Phase zu identifizieren, d.h., die Schwingungsdauer der Silizid-Schicht kann als Maß für den Abschluß der C54-Bildung verwendet werden, wenn die ursprüngliche Ti-Dicke bekannt ist. In dieser Hinsicht sei auf das Flußdiagramm in den 7A und 7B verwiesen.
Qualitativ betrachtet ergeben sich Kurven, die ähnlich zu denen in 4 bei anderen Dicken von Ti-Silizid sind, wobei jedoch die Einzelheiten in gewissem Grade von der Dicke abhängen.
Es gibt wenigstens zwei Techniken, die verwendet werden können, um eine effektive Silizid-Anzeige darzustellen. Eine erste Technik, die in 7A und 7B dargestellt ist, verwendet eine Familie von Referenzkurven, die 4 entsprechen, als Anfangsziel-Ti-Dicke über einen breiten Bereich von Ausheilungstemperaturen. Für eine nachfolgende "unbekannte" Probe mit derselben Anfangs-Ti-Dicke wird die Phase durch Vergleich ihrer Picosekunden-Reflektivität mit den Referenzkurven bestimmt.
Eine zweite Technik verwendet eine Serie von Kurven, wie die in 4, aber entsprechend mehrere Dicken von Ti, und dann wird die strukturelle Phase über Raman-Streuung (oder irgendeine andere geeignete Technik) für jede Kurve bestimmt. Aufgrund dieser Daten werden die Kurven in Übereinstimmung mit den zugrundeliegenden physikalischen Parametern konstruiert, die das Vorzeichen, die Amplitude und die Zerfallsrate der Picosekunden-Reflektivität für jede Phase bestimmen.
Wie aus 8A und 8B ersichtlich wird für eine nachfolgende "unbekannte" Probe mit irgendeiner Anfangs-Ti-Dicke die Phase bestimmt, indem ihre Picosekunden-Reflektivität durch die gleichen Parameter parameterisiert werden und diese Parameter dann mit ihren bekannten Werten für jede Phase verglichen werden.
Die zweite Technik hat den Vorteil, daß sie potentiell eher übertragbar ist, obgleich auch die erste Technik zufriedenstellende Ergebnisse ergibt.
Als vereinfachte Darstellung der ersten Technik für die Ti-Dicke bei der vorliegenden Probenfolge (231 Å) ist der Re flektivitätsübergang an einem beliebigen Punkt bei den Kurven nach 4 gegen die Ausheilungstemperatur aufgetragen. Das Ergebnis ist in 6 dargestellt. Bei der Konstruktion dieser Figur wurde der Reflektivitätsübergang bei 45 ps verwendet, ausgedrückt als prozentuale Änderung gegenüber dem Wert, der bei der nicht ausgeheilten Probe beobachtet wurde. Die qualitativen Merkmale der Kurve korrelieren gut mit der graphischen Darstellung des Widerstandes gegenüber der Ausheilungstemperatur. Wie bei den Reflektivitätsdaten wurden die Widerstände ausgedrückt als prozentuale Änderung gegenüber dem Widerstand, der bei der nicht ausgeheilten Probe beobachtet wurde.
Das optische Meßsystem gemäß dieser Erfindung kann als ein fabrikationsinternes optisches Meßwerkzeug aufgebaut werden. Es ist vollständig zerstörungsfrei und hat eine kleine Spot-Größe. Zur Überwachung von Silizid kann es verwendet werden, um Messungen an Produkt-Wafern innerhalb der Vorrichtung oder Reißlinienstrukturen von wenigstens z.B. 5 μm Durchmesser zu vermessen. Dieser Wert hängt von der speziell ausgewählten Abbildungsoptik ab. Die Verwendung von Faseroptik als Abbildungsoptik, wie z.B. mit reduziertem Spitzendurchmesser, ist besonders attraktiv. Abhängig von solchen Faktoren wie Komplexität des Musters und Filmdicke, bewegen sich die Meßzeiten zwischen z.B. 0,1 und 10 s pro Ort. Diese Technik kann auch auf kleine Strukturen wie reguläre Arrays von Linien und Punkten unter Verwendung von analoger Analysetechnik angewendet werden.
Als wichtiger Aspekt der Lehre dieser Erfindung werden zwei unabhängige Komponenten der gemessenen Silizid-Antwort (d.h. das "Hintergrund"-Signal und das Signal der "akustischen Schwingung") verwendet, um eine selbstkonsistente Analyse durchzuführen. Dies unterscheidet unmittelbar die Technik dieser Erfindung von anderen Silizid-Untersuchungstechniken, die z.B. auf Widerstands- oder nur Reflektivitätsmessungen beruhen. Selbstkonsistente Analyse ermöglicht es, daß mit der Technik nicht nur ein Silizid-Verarbeitungsfehler erkannt wird, sondern daß auch seine Ursache identifiziert wird. Während eine Schichtwiderstandsmessung für Silizid zu Fehldeutung Anlaß geben kann (z.B. kann unkontrolliertes Lesen auftreten aufgrund der Schwankung der abgeschiedenen Ti-Schicht oder aufgrund von unvollständiger Silizidbildung), stellt die Technik gemäß dieser Erfindung eine unzweideutige Bestimmung der Phase und der Dicke eines ausgeheilten Films sicher. Sie ist ideal geeignet für Messungen mit hohem Durchsatz bei Produkt-Wafern und kann hochauflösende Abbilder des Films liefern, die vergleichbar mit denen sind, die mit Vierpunkt-Messungen erhalten werden.
Die 1A – 1E zeigen verschiedene Ausführungsformen einer Probenmeßvorrichtung, die zur Umsetzung dieser Erfindung geeignet sind. Diese unterschiedlichen Ausführungsformen sind in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung S.N. 08/689 287 vom 6.8.1996 mit dem Titel "Improved Optical Stress Generator and Detector" von H.J. Maris und R.J. Stoner offenbart.
Mit Bezug auf 1A wird eine Ausführungsform der Vorrichtung 100 erläutert, die für die Umsetzung dieser Erfindung geeignet ist. Diese Ausführungsform wird als parallele, schräge Ausführungsform bezeichnet.
Diese Ausführungsform umfaßt eine Licht- bzw. Wärmequelle 120, die für die variable Bestrahlung mit hoher Dichte dient und die die Belichtung für eine Videokamera 124 und eine Probenwärmequelle für temperaturabhängige Messungen unter Computersteuerung bereitstellt. Ein alternatives Heizverfahren verwendet eine Widerstandsheizvorrichtung in einer Probenhalterung 122. Der Vorteil der optischen Heizvorrichtung besteht darin, daß schnell sequentielle Messungen bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt werden können. Die Videokamera 124 sorgt für eine Bilddarstellung für das Bedienungspersonal und erleichtert den Aufbau des Meßsystems. Geeignete Muster erkennungs-Software kann zusätzlich zu diesem Zweck herangezogen werden, wodurch die Beteiligung von Bedienungspersonal minimiert oder ganz überflüssig gemacht wird.
Die Probenhalterung 122 ist vorzugsweise eine Halterung mit mehreren Freiheitsgraden, die in der Höhe (x-Achse), Position (x- und y-Achse) und Drehung (θ) einstellbar ist und die motorgesteuerte Positionierung eines Teils der Probe gegenüber dem Pump- und dem Meßstrahl zuläßt. Die z-Achse wird verwendet, um die Probe vertikal in den Fokus des Pumpstrahls und Meßstrahls zu bringen, entlang der x- und y-Achse wird die Probe parallel in der Fokusebene verfahren, und die Drehachse dient zur Justierung der Orientierung der Halterung 122, um einen gewünschten Einfallswinkel für den Meßstrahl einzustellen. Dies wird mit den Detektoren PDS1 und PDS2 und einem lokalen Prozessor erreicht, was im folgenden beschrieben wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann der optische Kopf gegenüber einer stationären, kippbaren Halterung 122' (nicht gezeigt) bewegt werden. Dies ist insbesondere wichtig beim Abtasten großer Objekte (wie z.B. 300 mm-Durchmesser-Wafer oder mechanischer Strukturen etc.). Bei dieser Ausführungsform kann der Pumpstrahl, der Meßstrahl und das Videosignal von oder an den verfahrbaren Kopf über optische Fasern oder Faserbündel ausgegeben werden.
BS5 ist ein Breitbandstrahlteiler, der Video und einen kleinen Teil des Laserlichts zu der Videokamera 124 ablenkt. Die Kamera 124 und der lokale Prozessor können verwendet werden, um den Pump- und den Meßstrahl automatisch an einen Meßort zu lenken.
Der Pump-Meßstrahlteiler 126 teilt einen einfallenden Laserstrahlpuls (vorzugsweise einer Dauer im Bereich von Picosekunden oder weniger) in Pump- und Meßstrahl und beinhaltet eine rotierbare Halbwellenplatte (WP1), die die Polarisation des ungeteilten Strahls dreht. WPl wird zusammen mit dem Po larisationsstrahlteiler PBS1 verwendet, um eine kontinuierlich variable Aufteilung zwischen Pump- und Meßleistung zu bewirken. Diese Aufteilung kann vom dem Computer mittels eines Motors gesteuert werden, um ein optimales Signal/Rauschverhältnis bei einer speziellen Probe zu erreichen. Die geeignete Aufteilung hängt von Faktoren wie der Reflektivität und der Rauhigkeit der Probe ab. Die Abstimmung erfolgt, indem ein motorisierter Aufbau WP1 computergesteuert rotiert.
Ein erster akusto-optischer Modulator (AOM1) zerhackt dem Pumpstrahl mit einer Frequenz von etwa 1 MHz. Ein zweiter akusto-optischer Modulator (AOM2) zerhackt den Meßstrahl mit einer Frequenz, die sich um einen kleinen Betrag von der des Pumpmodulators AOM1 unterscheidet. Die Verwendung von AOM2 ist in dem in 1A gezeigten System optional. Wie im folgenden erläutert werden wird, können die AOMs mit einer gemeinsamen Taktquelle synchronisiert werden und können außerdem mit der Pulsrepetitionsrate (PRR) des Lasers synchronisiert werden, der den Pump- und Meßstrahl erzeugt.
Ein Raumfilter 128 wird verwendet, um am Ausgang im wesentlichen Meßstrahlprofil, -durchmesser und Ausbreitungsrichtung für einen einfallenden Meßstrahl invariant beizubehalten, der aufgrund der Wirkung der mechanischen Verzögerungsleitung variieren kann, die als ein Retroreflektor 129 dargestellt ist. Das Raumfilter 128 beinhaltet ein Paar von Blenden A1 und A2 und ein Paar von Linsen L4 und L5. Eine alternative Ausführungsform des Raumfilters beinhaltet eine optische Faser, wie oben beschrieben wurde.
WP2 ist eine zweite einstellbare Halbwellenplatte, die in ähnlicher Weise mit PBS2 wie WP1/PBS1 des Strahlteilers 126 wirkt. Mit WP2 ist beabsichtigt, das Verhältnis des Teils des Meßstrahls zu variieren, der auf die Probe trifft, so daß er dem Anteil des Strahls, der als Referenz verwendet wird, entspricht (Eingang D5 des Detektors 130). WP2 kann motorgesteuert sein, um ungefähr ein Verhältnis von 1 zu erreichen. Die elektrischen Signale, die durch die Strahlen erzeugt werden, werden subtrahiert, wodurch nur der modulierte Teil des Meßstrahls verbleibt, der verstärkt und weiterverarbeitet wird. PSD2 wird zusammen mit WP2 verwendet, um irgendein gewünschtes Verhältnis der Intensitäten des Meßstrahls und des Referenzstrahls einzustellen. Der Prozessor kann dieses Verhältnis einstellen, indem eine Drehung von WP2 vor einer Messung durchgeführt wird, um eine Nullpunkteichung des unmodulierten Teils des Meß- und Referenzstrahls zu erreichen. Dadurch ist es möglich, daß das Differenzsignal (der modulierte Teil des Meßstrahls) allein verstärkt und zu der Elektronik weitergeleitet wird.
Der Strahlteiler BS2 wird verwendet, um die Intensität des einfallenden Meßstrahls zusammen mit dem Detektor D2 abzutasten. Der lineare Polarisator 132 wird verwendet, um gestreute Pumpstrahlpolarisation abzublocken und den Meßstrahl durchzulassen. Die Linsen L2 und L3 sind Fokussierungs- bzw. Sammelobjektive für Pump- und Meßstrahl. Der Strahlteiler BS1 wird verwendet, um einen kleinen Teil von Pump- und Meßstrahl auf einen ersten ortsempfindlichen Detektor (PSD1) zu lenken, der zum Autofokussieren zusammen mit dem Prozessor und zum Bewegen der Probenhalterung 122 verwendet wird. Der PSD1 wird zusammen mit dem Prozessor und der computergesteuerten Halterung 122 (Drehung und z-Achse) verwendet, um automatisch den Pump- und Meßstrahl auf die Probe zu fokussieren, um eine gewünschte Fokussierungsbedingung zu erhalten.
Der Detektor D1 kann sowohl für übergangsoptische, ellipsometrische als auch reflektrometrische Ausführungsformen dieser Erfindung eingesetzt werden. Jedoch ist das resultierende Verarbeiten von Signalen bei jeder Anwendung unterschiedlich. Bei übergangsoptischen Messungen wird die gleichförmige Komponente des Signals unterdrückt, z.B. durch Subtrahieren des Referenzstrahleingangs D5 oder je nachdem eines Teil davon, um den unmodulierten Teil von D1 auszulöschen, oder durch elektrisches Filtern des Ausgangs von D1, um so Frequenzen außer der der Modulation zu unterdrücken. Der kleine modulierte Teil des Signals wird dann verstärkt und abgespeichert. Bei der Ellipsometrie gibt es keinen kleinen modulierten Teil, sondern das gesamte Signal wird viele Male bei jeder Drehung des Drehkompensators (siehe 1B) abgetastet, und die sich ergebende Signalform wird analysiert, um die ellipsometrischen Parameter zu erhalten. Bei der Reflektrometrie wird die Änderung der Intensität des gesamten unmodulierten Meßstrahls aufgrund der Probe bestimmt, indem das D1- und D2-Ausgangssignal (D2 mißt ein Signal, das proportional zu der Intensität des einfallenden Meßstrahls ist) verwendet wird. Ähnlich können zusätzliche reflektrometrische Daten vom Pumpstrahl unter Verwendung der Detektoren D3 und D4 aufgenommen werden. Die Analyse der reflektrometrischen Daten von einem oder beiden Strahlen kann zum Charakterisieren der Probe dienen: Die Verwendung von zwei Strahlen ist nützlich zur Verbesserung der Auflösung und zum Auflösen irgendwelcher Mehrdeutigkeiten bei der Lösung der relevanten Gleichungen.
Ein dritter Strahlteiler BS3 wird verwendet, um einen kleinen Teil des Pumpstrahls auf den Detektor D4 zu lenken, der ein Signal mißt, das proportional zu der einfallenden Pumpintensität ist. Ein vierter Strahlteiler BS4 wird so positioniert, daß ein kleiner Teil des Pumpstrahls auf den Detektor D3 gerichtet wird, der ein Signal mißt, das proportional zu der reflektierten Pumpintensität ist.
1B zeigt eine Ausführungsform von Vorrichtung 102 mit senkrechtem Pumpstrahl und schrägem Meßstrahl. Die Komponenten, die wie in 1A bezeichnet sind, haben die gleiche Wirkung, außer im folgenden wird etwas anderes behauptet. In 1B ist der obengenannte Drehkompensator 132 vorgesehen, der die Form einer linearen Viertelwellenplatte auf einem motorisierten Drehaufbau hat und der ein Teil eines ellipsometrischen Modus des Systems ist. Die Platte wird in dem Meßstrahl mit einer Rate von z.B. einigen zig Hertz gedreht, um kontinuierlich die optische Phase des Meßstrahls zu verän dern, der auf die Probe fällt. Das reflektierte Licht tritt durch einen Analysator 134, und die Intensität wird sehr häufig während jeder Drehung gemessen und an den Prozessor übermittelt. Die Signale werden gemäß den bekannten Typen ellipsometrischer Verfahren analysiert, um die Eigenschaften der Probe zu bestimmen (transparent oder semi-transparente Filme). Das macht es möglich, den (gepulsten) Meßstrahl zu nutzen, um ellipsometrische Messungen durchzuführen.
Die ellipsometrischen Messungen werden mit einem gepulsten Laser durchgeführt, der bei normalen Bedingungen Nachteile hat, da die Bandbreite des gepulsten Lasers sehr viel größer als die eines CW-Lasers von dem Typ ist, der normalerweise für ellipsometrische Messungen verwendet wird.
Wenn optische Übergangsmessungen gemacht werden, wird der Drehkompensator 132 so orientiert, daß der Meßstrahl linear polarisiert orthogonal auf dem Pumpstrahl steht. Der Analysator 134 kann die Form eines festen Polarisators haben und ist ebenfalls Teil des Ellipsometermodus des Systems. Wenn das System für optische Übergangsmessungen verwendet wird, wird der Polarisator 134 so ausgerichtet, daß der Pumpstrahl blockiert wird.
Der Analysator 134 kann die Form eines festen Polarisators haben und bildet ebenfalls einen Teil des Ellipsometermodus des Systems. Wenn das System für akustische Messungen verwendet wird, wird der Polarisator 134 so ausgerichtet, daß die Pumppolarisation abgeblockt wird. Bei der Verwendung im Ellipsometermodus wird der Polarisator 134 so ausgerichtet, daß Licht abgeblockt wird, das in 45° gegenüber der Ebene des einfallenden und reflektierten Meßstrahls polarisiert ist.
Die Ausführungsform von 1B umfaßt außerdem einen dichromatischen Spiegel (DM2), der für Licht in einem schmalen Band in der Nähe der Pumpwellenlänge hochreflektierend und für andere Wellenlängen im wesentlichen transparent ist.
Man sollte beachten, daß in 1B BS4 bewegt wird, um den Pumpstrahl in Verbindung mit BS3 abzutasten und um einen Teil des Pumpstrahls auf D3 und einen zweiten PSD (PSD2) zu reflektieren. PSD2 (Pump-PSD) wird zusammen mit dem Prozessor, der computergesteuerten Halterung 122 (Kipp- und z-Achse) und PSD1 (Meß-PSD) verwendet, um automatisch den Pump- und Meßstrahl auf die Probe zu fokussieren, um eine gewünschte Fokussierungsbedingung zu erreichen. Außerdem wird eine Linse L1 als Pump-, Video- und optisches Aufheizfokussierungsobjektiv verwendet, während eine optionale Linse L6 verwendet wird, um das abgetastete Licht von BS5 auf die Videokamera 124 zu fokussieren.
Zur Erläuterung einer Ausführungsform der Vorrichtung 104, speziell mit einzelner Wellenlänge, senkrechtem Pumpstrahl, schrägem Meßstrahl mit Ellipsometer, wird auf 1C Bezug genommen. Wie zuvor werden nur die Elemente im folgenden beschrieben, die noch nicht vorher beschrieben worden sind.
Der Verschluß 1 und der Verschluß 2 sind computergesteuerte Verschlüsse und ermöglichen es, bei dem System einen He-Ne-Laser 136 in dem Ellipsometermodus anstelle des gepulsten Meßstrahls zu verwenden. Für Messungen optischer Übergänge ist der Verschluß 1 offen und der Verschluß 2 geschlossen. Bei Ellipsometermessungen ist der Verschluß 1 geschlossen und Verschluß 2 offen. Der He-Ne-Laser 136 ist ein CW-Laser niedriger Leistung, bei dem gefunden wurde, daß er eine gute Ellipsometereigenschaft bei manchen Filmen hat.
1D ist eine Ausführungsform 1D mit zwei Wellenlängen des Systems in 1C. Bei dieser Ausführungsform wird der Strahlteiler 126 durch einen harmonischen Teiler, einen optischen harmonischen Generator, der eine oder mehrere optische Harmonische des einfallenden nicht aufgeteilten Einfallslaserstrahls bildet, ersetzt. Dies wird mit Linsen L7, L8 und einem nicht-linearen optischen Material (DX) erreicht, das sich zum Erzeugen der zweiten Harmonischen aus dem einfallenden Laserstrahl eignet. Der Pumpstrahl wird gezeigt, wie er durch den dichromatischen Spiegel (DM 138a) zu dem AOM1 hindurchtritt, während der Meßstrahl zum Retroreflektor reflektiert wird. Die umgekehrte Situation ist ebenfalls möglich. Die kürzere Wellenlänge kann übermittelt werden, und die längere Wellenlänge kann reflektiert werden, oder umgekehrt. Im einfachsten Fall ist der Pumpstrahl die zweite Harmonische des Meßstrahls (d.h. der Pumpstrahl hat die halbe Wellenlänge des Meßstrahls).
Es solle beachtet werden, daß bei dieser Ausführungsform der AOM2 weggelassen wurde, da das Zurückwerfen des Pumpstrahls mittels Farbfilter F1 erfolgt, das einfacher und kostengünstiger als ein heterodynes Verfahren ist. F1 ist ein Filter mit hoher Transmission bei dem Meßstrahl und den He-Ne-Wellenlängen, aber niedriger Transmission bei der Pumpwellenlänge.
Schließlich zeigt 1E eine Ausführungsform 108 mit senkrechtem Einfall, zwei Wellenlängen und Ellipsometer. In 1E trifft der Meßstrahl auf PBS2 und wird in der Richtung polarisiert, in der der PBS2 durchlaufen wird. Nachdem der Meßstrahl WP3 eine Viertelwellenplatte durchlaufen hat und von der Probe reflektiert worden ist, kehrt er zu PBS2 zurück, polarisiert in der Richtung, die hochreflektiert wird, und wird dann auf einen Detektor D0 im Detektorblock 130 gerichtet. D0 mißt die reflektierte Meßstrahlintensität.
Im einzelnen bewirkt WP3, daß der in der Einfallsebene polarisierte Meßstrahl zirkularpolarisiert wird. Die Drehrichtung der Polarisation wird bei Reflexion an der Probe umgedreht, und beim Austritt aus WP3 nach der Reflexion ist der Meßstrahl linear polarisiert orthogonal zu seiner ursprünglichen Polarisation. BS4 reflektiert einen kleinen Teil des reflektierten Meßstrahls auf einen Autofokusdetektor AFD.
DM3 ist ein dichromatischer Spiegel und überlagert den Meßstrahl auf einer gemeinsamen Achse mit der Belichtungsvorrichtung und den Pumpstrahl. DM3 ist hochgradig reflektierend bei der Meßwellenlänge und ist im wesentlichen transparent bei den meisten anderen Wellenlängen.
D1 wird als Detektor für den reflektierten He-Ne-Laser 136 nur für ellipsometrische Messungen verwendet.
Es sollte beachtet werden, daß beim Vergleichen von 1E mit 1C und 1D der Verschluß 1 wieder angeordnet wurde, um den einfallenden Laserstrahl vor dem harmonischen Teiler 138 abzufangen.
Auf der Grundlage der vorangehenden Beschreibungen wird eine unter den vorliegenden bevorzugten Ausführungsformen von Meßvorrichtungen ausgewählt, um die Charakterisierung von Proben durchzuführen, wobei ein kurzer optischer Puls (der Pumpstrahl) auf einen Bereich auf der Oberfläche der Probe gerichtet wird und dann ein zweiter Lichtpuls (der Meßstrahl) auf denselben oder einen benachbarten Bereich zu einem späteren Zeitpunkt gerichtet wird. Der Retroreflektor 129, der bei allen dargestellten Ausführungsformen in den 1A bis 1E gezeigt ist, kann verwendet werden, um eine gewünschte temporäre Trennung des Pump- und Meßstrahls herbeizuführen.
Die Vorrichtungen 100, 102, 104, 106 und 108 erlauben die Messung einiger oder aller der folgenden Größen: (1) Die kleine modulierte Änderung ΔR der Intensität des reflektierten Meßstrahls, (2) die Änderung ΔT der Intensität des durchgelassenen Meßstrahls, (3) die Änderung ΔP der Polarisation des reflektierten Meßstrahls, (4) die Änderung Δφ der optischen Phase des reflektierten Meßstrahls und/oder (5) die Änderung des Reflexionswinkels Δβ des Meßstrahls. Diese Größen (1) – (5) können alle als Übergänge der Probe betrachtet werden, die durch den Pumppuls hervorgerufen wurden. Diese Messungen können zusammen mit einer oder mehreren der folgenden durchgeführt werden: (a) Messungen irgendeiner oder aller Größen (1) – (5), die gerade aufgelistet wurden, in Abhängigkeit von dem Einfallswinkel des Pump- oder Meßlichtes, (b) Messungen irgendeiner der Größen (1) – (5) in Abhängigkeit von mehr als einer Wellenlänge des Pump- und/oder Meßlichtes, (c) Messungen der optischen Reflektivität durch Messungen der mittleren Intensität des einfallenden und reflektierten Pump- und/oder Meßstrahls, (d) Messungen der mittleren Phasenänderung des Pump- und/oder Meßstrahls nach Reflexion und/oder (e) Messungen der durchschnittlichen Polarisation und optischen Phase des einfallenden und reflektierten Pump- und/oder Meßstrahls. Die Größen (c), (d) und (e) können als Mittelwert oder statische Antworten der Probe auf den Pumpstrahl angesehen werden.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, Computersimulationen durchzuführen, um die Änderung der optischen Reflektivität ΔR_sim(t) der Probe zu berechnen, wenn sie mit einem Pumppuls mit einer Energieeinheit pro Flächeneinheit auf der Probe bestrahlt wird. Die Simulation kann einen Wert für den statischen Reflexionskoeffizienten des Pump- und Meßstrahls geben. Das System mißt den Übergang ΔP_probe-refl in der Leistung des reflektierten Meßpulses, wie er z.B. durch die Photodiode D1 in 1C bestimmt wurde. Es werden außerdem die statischen Reflexionskoeffizienten des Pump- und Meßstrahls aufgrund eines Verhältnisses der Leistung beim einfallenden und beim reflektierten Strahl gemessen. Die einfallende Meßleistung wird durch die Photodiode D2 in 1C gemessen, die reflektierte Meßleistung wird durch D1 gemessen, die einfallende Pumpleistung wird durch D4 gemessen und die reflektierte Pumpleistung wird durch D3 gemessen.
Um solche Simulationsergebnisse für den Übergang in der optischen Reflektivität auf die tatsächliche Systemmessung zu beziehen, ist es notwendig, (a) die Leistung des Pump- und Meßstrahls zu kennen, (b) die Intensitätsprofile dieser Strahlen zu kennen und (c) ihre Überlappung auf der Probenoberfläche zu kennen.
Es sei zunächst angenommen, daß der Pumpstrahl auf eine Fläche A_pump einfällt und daß innerhalb dieser Fläche die Pumpintensität gleichverteilt ist. Dann gilt für jeden Pumppuls und seine absorbierte Pumpenergie pro Einheitsfläche:
wobei f die Wiederholungsrate der Pumppulsfolge ist und R_pump der Reflexionskoeffizient des Pumpstrahls ist.
Daraus ergibt sich für die Änderung der optischen Reflektivität für jeden Meßlichtpuls:
und die Leistungsänderung bei dem reflektierten Meßstrahl wird
Bei einem praktischen System erzeugt die Belichtung der Probe tatsächlich keine gleichverteilte Intensität des einfallenden Pumpstrahls. Darüber hinaus wird die Intensität des Meßlichtes auch in Abhängigkeit von der Position auf der Probenoberfläche variieren. Um diese Variationen zu berücksichtigen, wird die Gleichung für ΔP_probe-refl modifiziert zu:
wobei die effektive Fläche A_effective definiert wird durch
wobei I_probe-inc (r ⇀) Und I_pump-inc (r ⇀) jeweils die Intensitäten des Meß- und Pumpstrahls auf der Oberfläche der Probe sind. Man kann A_effective als effektiven Bereich der Überlappung des Pump- und Meßstrahls ansehen.
Analoge Ausdrücke können abgeleitet werden für die Änderung der optischen Transmission ΔT(t), die Änderung der optischen Phase Δφ(t), die Änderung der Polarisation ΔP(t) und die Änderung Δβ(t) des Reflexionswinkels des Meßlichtes.
Die folgenden Größen werden durch das System gemessen: ΔP_probe-refl, P_probe-inc, P_pump-inc, R_pump, R_probe. Eine Computersimulation ergibt Vorhersagewerte für AR_sim(t), R_pump und R_probe. Damit können die folgenden Vergleiche zwischen der Simulation und den Systemmessungen durchgeführt werden, um die Eigenschaften der Probe zu bestimmen.

(1) Ein Vergleich zwischen simuliertem und gemessenem Reflexionskoeffizienten R_pump.
(2) Ein Vergleich zwischen simuliertem und gemessenem Reflexionskoeffizienten Rprobe.
(3) Ein Vergleich zwischen simuliertem und gemessenem Übergang ΔP_probe-refl in der Leistung des reflektierten Meßlichtes.

Um einen Vergleich der simulierten und gemessenen Änderung durchzuführen, ergibt sich aus der obigen Gleichung (4), daß es notwendig ist, den Wert A_effective zu kennen. Dies ist erreichbar mit einem oder mehreren der folgenden Verfahren.

(a) Ein erstes Verfahren mißt direkt die Intensitätsschwankungen des Pump- und Meßstrahls über der Oberfläche der Probe, d.h. I_probe-inc (r ⇀) Und I_pump-inc (r ⇀) als Funktion der Position, und verwendet die Ergebnisse dieser Messungen, um A_effective zu messen. Das ist möglich, erfordert aber sehr genaue Messungen, die u.U. in industrieller Umgebung schwierig durchzuführen sind.
(b) Ein zweites Verfahren mißt den Übergang ΔP_probe-refl für eine Probe auf einem System S, bei dem der Bereich A_effective bekannt ist. Dieses Verfahren mißt dann die Antwort ΔP_probe-refl derselben Probe auf dem System S', bei dem A_effective zu bestimmen ist. Das Verhältnis der Antworten der zwei Systeme ergibt den Kehrwert des Verhältnisses der effektiven Bereiche bei den beiden Systemen. Es kann als Verfahren effektiv sein, daß das System S so gewählt werden kann, daß es ein speziell aufgebautes System ist, bei dem die Bereiche, die durch den Pump- und Meßstrahl belichtet werden, größer sind, als es bei einem Instrument mit schneller Meßfähigkeit wünschenswert wäre. Da die Bereiche groß für dieses System sind, ist es einfacher, die Intensitätschwankungen des Pump- und Meßstrahls über der Oberfläche der Probe zu messen, d.h. I_probe-inc (r ⇀) und I_pump-inc (r ⇀) als Funktion des Ortes. Dieses Verfahren ist effektiv, selbst wenn die Größen, die in die Berechnung der simulierten Reflektivitätsänderung ΔR_sim(t) eingehen, nicht bekannt sind.
(c) Ein drittes Verfahren mißt den Übergang ΔP_probe-refl für eine Probe, bei der alle Größen bekannt sind, die in die Berechnung der simulierten Reflektivitätsänderung ΔR_sim(t) der Probe eingehen, wenn sie mit einem Pumppuls einer Energieeinheit pro Flächeneinheit der Probe belichtet wird. Durch Vergleich des gemessenen Übergangs ΔP_probe-refl mit der Antwort, die durch Gleichung 6 vorhergesagt wird, wird der effektive Bereich A_effective bestimmt.

Es ist wichtig, daß der effektive Bereich A_effective über den Verlauf einer Meßsequenz stabil ist. Um dieses sicherzustel len, umfaßt die Vorrichtung nach 1A – 1E Mittel zum automatischen Fokussieren des Pump- und Meßstrahls auf der Oberfläche der Probe, um so eine reproduzierbare Intensitätsänderung der zwei Strahlen während jeder Messung zu erreichen. Das automatische Fokussiersystem schafft einen Mechanismus für das Aufrechterhalten des Systems in einem vorher bestimmten Zustand, in dem die Größe und die relativen Positionen der Strahlen auf der Probenoberfläche für effektive Übergangsmessungen geeignet sind.
Man sollte beachten, daß bei irgendeiner Anwendung, bei der die Amplitude eines optischen Übergangs verwendet wird, um quantitative Schlüsse über die Probe zu ziehen (z.B. wenn die Größe des Hintergrundsignals durch die Phase eines Materials beeinflußt wird), ein Eichschema, wie es oben beschrieben wurde, von großer Bedeuten für das Meßsystem ist, wobei die Eichung die Bestimmung einer Größe und eines Bereiches der Überlappung von Pump- und Meßstrahl auf der Probenoberfläche beinhaltet.
Die vorangehende Beschreibung des Verfahrens zum Vergleich von Comuptersimulationsergebnissen und Systemmessungen legt nahe, daß die verschiedenen Detektoren in dem Meßsystem geeicht werden. Man geht davon aus, daß solch ein System Detektoren verwendet, die im linearen Bereich arbeiten, so daß die Ausgangsspannung V jedes Detektors proportional zu der einfallenden optischen Leistung P ist. Für jeden Detektor gibt es daher eine Konstante G, so daß V = GP. Die obige Beschreibung geht davon aus, daß die Konstante G für alle und jeden Detektor bekannt ist. In dem Fall, daß diese Information nicht vorliegt, können die individuellen Eichfaktoren für jeden der individuellen Detektoren für die Messung von P_probe-inc, P_pump-inc und P_probe-refl mit A_effective und f zu einer einzigen Gesamtsystemeichkonstante C zusammengefaßt werden. Daher kann Gleichung 4 in Abhängigkeit von dem Eichfaktor C geschrieben werden als ΔVprobe-refl = C Vprobe-inc ΔRsim(t) Vpump-inc (1-Rpump) (6)wobei ΔV_probe-refl die Ausgangsspannung von dem Detektor ist, der verwendet wird, um die Leistungsänderung des reflektierten Meßlichtes (D1) zu messen, V_pump-inc die Ausgangsspannung von dem Detektor ist, der zum Messen des einfallenden Pumplichtes (D4) verwendet wird, und V_probe-inc die Ausgangsspannung des Detektors ist, der zum Messen des einfallenden Meßlichtes (D2) verwendet wird. Damit reicht es aus, die Konstante C zu bestimmen. Dies kann erreicht werden durch eines der beiden folgenden Verfahren.

(a) Ein erstes Verfahren mißt den Übergang ΔV_probe-refl für eine Probe, bei der alle Größen bekannt sind, die in die Berechnung der simulierten Reflektivitätsänderung ΔR_sim(t) der Probe einfließen, wenn sie belichtet wird mit einem Pumppuls einer Energieeinheit pro Flächeneinheit der Probe. Als nächstes wird in dem Verfahren V_probe-inc und V_pump-inc gemessen, dann R_pump entweder durch Messung oder durch Computersimulation bestimmt. Das Verfahren ergibt dann den Wert der Konstante C, so daß Gleichung 6 erfüllt ist.
(b) Ein zweites Verfahren mißt den Übergang ΔV_probe-refl für eine Referenzprobe, bei dem der optische Übergang ΔR(t), wenn sie mit einem Pumppuls einer Energieeinheit pro Bereichseinheit der Probe bestrahlt wird, gemessen worden ist unter Verwendung eines Systems, das vorher geeicht worden ist, z.B. durch eines oder mehrere der Verfahren, die oben beschrieben wurden. Das Verfahren mißt dann V_probe-inc und V_pump-inc, bestimmt R_pump durch Messung und ergibt den Wert der Konstante C, so daß die folgende Gleichung erfüllt ist: ΔVprobe-refl = C Vprobe-inc ΔR(t) Vpump-inc (1-Rpump) (7).

Bei beiden Verfahren ist es wichtig, die Autofokusbedingungen einzuhalten, bevor Messungen von ΔV_probe-refl durchgeführt werden, da C von dem Wert von A_effective abhängt.
Unter Berücksichtigung des obigen wird man verstehen, daß die Erfindung eine Analyse der Hintergrund- und akustischen Daten von einer Probe durchführt, um ein bestes Ergebnis für zwei Probeneigenschaften zu erzielen, nämlich die Dicke und die Zusammensetzung des Materials, aus dem der dünne Film besteht, wobei der Ausdruck "Zusammensetzung" hier so gemeint ist, daß er Eigenschaften wie Phase, Morphologie, kristalline Orientierung, Korngröße etc. beinhaltet.
Die Analyse kann von einem Wert für eine der Eigenschaften ausgehen und dann die andere durch Simulation und/oder durch Vergleich mit Daten von bekannten Referenzproben bestimmen. Die Analyse kann ebenso selbstkonsistent sein, wobei ein Wert für eine Eigenschaft angenommen wird, dann die andere durch Simulation und/oder durch Vergleich mit Daten von bekannten Referenzproben verglichen wird und dann der Wert für die angenommene Eigenschaft verbessert wird und schließlich mit der Iteration fortgefahren wird, bis ein bestes Ergebnis für beide Eigenschaften erzielt worden ist. Zum Beispiel kann diese Iteration damit begonnen werden, daß zunächst eine Dicke des Films angenommen wird und dann die Filmzusammensetzung bestimmt wird oder daß zuerst eine Zusammensetzung des Films angenommen wird und dann die Dicke bestimmt wird. Beides sind gleichwertige Ansätze.
Als Beispiel werden bei einem ersten Verfahren die folgenden Schritte durchgeführt.

(A) Eichen des Meßsystems, so wie das in 1C gezeigte Autofokussieren und Messen der Probe.
(B) Annahme eines Wertes für die Dicke (d) des Films.
(C) Vergleichen des Hintergrundsignals, das einem Film desselben allgemeinen Typs entspricht (z.B. TiSi₂) mit der angenommenen Dicke, um eine Zusammensetzung höchster Wahrschein lichkeit für den Film zu bestimmen. Dies impliziert die Verwendung eines speziellen Satzes von Materialeigenschaften wie z.B. Schallgeschwindigkeit, Dichte, optische Konstanten wie n und κ, thermische Expansionskoeffizienten, Wärmekapazität, thermische Leitfähigkeit, Ableitungen von n und κ nach Zugbelastung etc. Zum Beispiel unterscheiden sich die Materialeigenschaften von 46-54 TiN von den Materialeigenschaften von 47-53 TiN.
(D) Assoziieren der physikalischen Eigenschaften des Films aus Schritt (c) mit dem Probefilm.
(E) Ableiten eines verbesserten Wertes für d aus der Analyse des akustischen Teils der Daten.
(F) Optionale Wiederholung der Schritte B – E bis zur Konvergenz (einer korrekten Antwort).

Bei einem zweiten Verfahren werden die folgenden Schritte durchgeführt.

(A) Eichen des Meßsystems, Autofokussieren und Messen der Probe.
(B) Annahme einer Zusammensetzung des Films (z.B. 50-50 TiN).
(C) Ableiten eines Wertes für die Dicke aus der Analyse des akustischen Teils der Daten.
(D) Vergleichen des Hintergrundsignals, das einem Film von dem gleichen allgemeinen Typ (z.B. TiN) mit der angenommenen Dicke entspricht, um eine verbesserte Zusammensetzung des Films zu bestimmen. Dies impliziert wiederum die Verwendung eines speziellen Satzes von Materialeigenschaften wie Schallgeschwindigkeit, Dichte, optischen Konstanten und Ableitungen in bezug auf Zugbelastung etc.
(E) Assoziieren der physikalischen Eigenschaften des Film aus Schritt C mit dem Probenfilm.
(F) Optionale Wiederholung der Schritte B – E bis zur Konvergenz.

Bei einem dritten Verfahren, einer vereinfachten Variante des ersten, werden die folgenden Schritte durchgeführt.

(A) Eichen des Meßsystems wie dem in 1, Autofokussieren und Messen der Probe.
(B) Annahme eines Wertes für die Dicke (d) des Films.
(C) Vergleichen des Hintergrundsignals, das einem Film desselben allgemeinen Typs mit der angenommenen Dicke entspricht, um eine Zusammensetzung des Films höchster Wahrscheinlichkeit zu bestimmen.
(D) Assoziieren der physikalischen Eigenschaften des Films aus Schritt (C) mit dem Probenfilm.

Bei einem vierten Verfahren, einer vereinfachten Variante des zweiten, werden die folgenden Schritte durchgeführt.

(A) Eichen des Meßsystems, Autofokussieren und Messen der Probe.
(B) Annahme einer Zusammensetzung des Films.
(C) Ableiten eines Wertes für die Dicke aus der Analyse des akustischen Teils der Daten.
(D) Assoziieren der physikalischen Eigenschaften des Films aus Schritt (C) mit dem Probenfilm.

Jeder der vorangehenden Schritte des Vergleichens kann optional zwischen Referenzdaten oder Parametern interpolieren, die gemessen oder abgeleitet wurden aus mehreren Referenzproben.
Darüber hinaus können die Verfahren einen Schritt des Modifizierens der angenommenen Zusammensetzung der Probe oder des Films in bezug auf die Stöchiometrie, Kristallstruktur, Morphologie, strukturelle Phase, Legierungszusammensetzung, Verunreinigungsgehalt, Dotierungspegel, Defektdichte, Isotopengehalt, Kornorientierung etc. oder mehrerer davon beinhalten.
Die Lehre dieser Erfindung kann auch auf Verbindungshalbleiter wie III-V- und II-VI-Verbindungshalbleiter angewendet werden, die einen unbekannten Anteil eines oder mehrerer Bestandteilselemente haben.
Die Lehre dieser Erfindung bringt speziell Vorteile bei der Verwendung von Proben aus einem Halbleitermaterial und einem Metall oder Silizid. In bezug auf das obige kann die Lehre dieser Erfindung auch angewendet werden bei Proben aus einer Legierung von wenigstens zwei Elementen mit unbekanntem Verhältnis. Beispiele sind Ti-W, Au-Cr, Al-Cu, Al-Cu-Si, Si-Ge, In-Ga-As, Ga-Al-As und Hg-Cd-Te.
Die Verfahren dieser Erfindung sind insbesondere nützlich bei thermisch ausgeheilten Proben zum Bestimmen der Ausheilungstemperatur, der Dicke einer ausgeheilten Schicht und der Phase einer ausgeheilten Schicht.
Diese Erfindung kann mit Vorteil in einem breiten Bereich von Materialien und Materialsystemen mit finiter (nutzbarer) Absorption der Pumpwellenlänge verwendet werden, die ausreichend ist, um Spannungswellen in der Probe anzuregen. Wie oben mit Bezug auf die Ausführungsform in 1D beschrieben wurde, können die Wellenlängen des Pump- und Meßpulses unterschiedlich sein.
Während die Erfindung insbesondere dargestellt und beschrieben wurde mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen, ist es selbstverständlich für den Fachmann, daß Änderungen in der Form und in Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne den Rahmen und die Absicht der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Charakterisieren einer Probe, das folgende Schritte umfaßt: Sammeln von Daten der Probe unter Verwendung wenigstens einer Meßstrahlwellenlänge, um über einen Bereich von Verzögerungszeiten eine Änderung wenigstens eines optischen Übergangs der Probe, der durch einen Pumpstrahl bewirkt wurde, zu messen, Analysieren der Daten, um wenigstens eine Materialeigenschaft der Probe zu bestimmen, indem eine Hintergrundsignalkomponente der Daten mit Daten verglichen wird, die für einen ähnlichen Verzögerungszeitbereich von einer oder mehreren Proben erhalten wurde, die unter bekannten Bedingungen vorbereitet wurden, um bestimmte physikalische und chemische Materialeigenschaften zu ergeben, und Analysieren einer Komponente der gemessenen Änderung des wenigstens einen optischen Übergangs unter Verwendung der wenigstens einen bestimmten Materialeigenschaft, um wenigstens eine interessierende Probeneigenschaft zu bestimmen, wobei die Komponente von Ultraschallwellen herrührt, die durch den Pumpstrahl erzeugt wurden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste Schritt des Analysierens einen Schritt des Interpolierens zwischen Referenzproben beinhaltet, um einen Zwischensatz von Materialeigenschaften zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Materialeigenschaften wenigstens entweder die Schallgeschwindigkeit, die Dichte, optische Konstanten, den thermischen Expansionskoeffizienten, die Wärmekapazität, die thermische Leitfähigkeit und Ableitungen der optischen Konstanten nach Zugbelastung oder mehrere davon beinhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem wenigstens entweder die Stöchiometrie, die Kristallstruk tur, die Morphologie, die strukturelle Phase, die Legierungszusammensetzung, der Verunreinigungsgehalt, der Dotierungspegel, die Defektdichte, der Isotopengehalt und die Kornorientierung des Filmes oder mehrere davon bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Anfangsschritt des Eichens eines Meßsystems, das zum Sammeln der Daten dient, wobei der Eichschritt einen Schritt des Bestimmens einer Größe und eines Bereichs des Überlapps des Pump- und Meßstrahls auf einer Oberfläche der Probe umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der wenigstens eine optische Übergang entweder eine Messung einer modulierten Änderung ΔR einer Intensität eines reflektierten Teils eines Meßpulses, eine Änderung ΔT einer Intensität eines übertragenen Anteils des Meßpulses, eine Änderung ΔP einer Polarisation des reflektierten Meßpulses, eine Änderung Δφ einer optischen Phase des reflektierten Meßpulses oder eine Änderung eines Reflexionswinkels Δβ des Meßpulses oder mehrere davon beinhaltet.
Verfahren zum Charakterisieren einer Probe, das folgende Schritte umfaßt: Sammeln von Daten der Probe unter Verwendung wenigstens einer Meßstrahlwellenlänge, um über einen Bereich von Verzögerungszeiten eine Änderung in wenigstens einem optischen Übergang der Probe, der durch einen Pumpstrahl bewirkt wurde, zu messen, Analysieren der Daten, um eine Probenvorbereitungstechnik zu bestimmen, indem eine Hintergrundsignalkomponente der Daten mit Daten verglichen wird, die für einen ähnlichen Verzögerungszeitbereich von einer oder mehreren Proben erhalten wurde, die durch ähnliche Probenvorbereitungstechniken vorbereitet wurden, und Analysieren einer Komponente der gemessenen Änderung in wenigstens einem optischen Übergang unter Verwendung von Daten, die der bestimmten Probenvorbereitungstechnik entsprechen, wobei die Komponente von Ultraschallwellen bewirkt wird, die durch den Pumpstrahl erzeugt wurden.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Probe aus einem Wafer besteht, der ein Halbleitermaterial und ein Metall enthält.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Probe aus einem Wafer besteht, der ein Halbleitermaterial und ein Silizid enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem der erste Schritt des Analysierens einen Schritt der Interpolation zwischen Referenzproben, die mit unterschiedlichen Probenvorbereitungstechniken vorbereitet wurden, enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 und mit einem Anfangsschritt des Eichens eines Meßsystems, das zum Sammeln der Daten dient, wobei der Eichschritt einen Schritt zum Einrichten einer Größe und eines Bereichs der Überlappung des Pump- und Meßstrahls auf der Oberfläche der Probe beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem die wenigstens eine optische Antwort entweder eine Messung einer modulierten Änderung ΔR einer Intensität eines reflektierten Anteils eines Meßpulses, eine Änderung ΔT einer Intensität eines übertragenen Anteils des Meßpulses, eine Änderung ΔP einer Polarisation des reflektierten Meßpulses, eine Änderung Δφ einer optischen Phase des reflektierten Meßpulses oder eine Änderung eines Reflexionswinkels Δβ des Meßpulses beinhaltet.
Zerstörungsfreies System zum Charakterisieren einer Probe, um wenigstens eine interessierende Probeneigenschaft zu bestimmen, das umfaßt: eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Folge von Pumppulsen und einer Folge von Meßpulsen und zum Ablenken der Pulse auf eine Oberfläche einer Probe; eine Vorrichtung zum Sammeln von Daten der Probe unter Verwendung wenigstens einer Meßpulswellenlänge, um über einen Bereich von Verzögerungszeiten zwischen einzelnen Pump- und Meßpulsen eine Änderung in wenigstens einem optischen Übergang der Probe, die durch den Pumppuls erzeugt wurde, zu messen, und eine Vorrichtung zum Analysieren der Daten, um wenigstens eine Materialeigenschaft der Probe zu bestimmen durch Vergleichen einer Hintergrundsignalkomponente der Daten mit Daten, die einem ähnlichen Bereich von Verzögerungszeiten bei einer oder mehreren Referenzproben entsprechen, die unter bekannten Bedingungen vorbereitet wurden, um bestimmte physikalische und chemische Materialeigenschaften zu erzeugen, wobei die Analysatorvorrichtung außerdem zum Analysieren einer Komponente der gemessenen Änderung in wenigstens einem optischen Übergang eingesetzt werden kann, die durch Ultraschallwellen hervorgerufen wurde, die durch den Pumppuls erzeugt wurden, wobei die wenigstens eine bestimmte Materialeigenschaft zum Bestimmen der wenigstens einen interessierenden Probeneigenschaft verwendet wird.
System nach Anspruch 13, bei dem die Analysatorvorrichtung eine Vorrichtung zum Interpolieren zwischen Daten von mehreren Referenzproben umfaßt.
System nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die Materialeigenschaften wenigstens entweder die Schallgeschwindigkeit, die Dichte, die optischen Konstanten, den thermischen Expansionskoeffizienten, die Wärmekapazität, die thermische Leitfähigkeit und Ableitungen der optischen Konstanten nach Zugbelastung oder mehrere davon beinhalten.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem wenigstens entweder die Stöchiometrie, die Kristallstruktur, die Morphologie, die strukturelle Phase, die Legierungszusammensetzung, der Verunreinigungsgehalt, der Dotierungspegel, die Defektdichte, der Isotopengehalt und die Kornorientierung des Films oder mehrere davon bestimmt wird.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 16 mit einer Vorrichtung zum Eichen des Systems, wobei die Eichvorrichtung eine Vorrichtung zum Einrichten einer Größe und eines Bereiches der Überlappung des Pump- und des Meßpulses auf der Oberfläche der Probe umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei welcher der wenigstens eine optische Übergang die Messung der modulierten Änderung ΔR einer Intensität eines reflektierten Anteils eines Meßpulses, die Änderung ΔT einer Intensität eines übertragenen Anteils des Meßpulses, eine Änderung ΔP einer Polarisation des reflektierten Meßpulses, eine Änderung Δφ einer optischen Phase des reflektierten Meßpulses oder eine Änderung eines Reflexionswinkels Δβ des Meßpulses umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem die Daten, die einem ähnlichen Bereich von Verzögerungszeiten entsprechen, erzeugt werden aus wenigstens (a) wenigstens einer Referenzprobe oder (b) einem modellierten Diffusionsprozeß und assoziierten physikalischen Parametern.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei dem die Probe aus einem Wafer besteht, der ein Halbleitermaterial und ein Silizid umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei dem die Probe aus einem Wafer besteht, der ein Halbleitermaterial und ein Metall umfaßt.
System nach einem der Ansprüche 13 bis 21, bei dem die Probe aus einem Wafer besteht, der ein Substrat und wenigstens eine thermisch ausgeheilte Schicht über einer Oberfläche des Substrats umfaßt.
System nach Anspruch 22, bei dem die Analysatorvorrichtung eine wahrscheinliche Ausheilungstemperatur der wenigstens einen thermisch ausgeheilten Schicht angibt.
System nach Anspruch 22, bei dem die Analysatorvorrichtung die Anwesenheit oder Abwesenheit einer erwarteten Phase, die mit der wenigstens einen thermisch ausgeheilten Schicht assoziiert ist, angibt.
System nach Anspruch 22, bei dem die Analysatorvorrichtung eine Dicke der wenigstens einen thermisch ausgeheilten Schicht angibt.
Verfahren zum Charakterisieren einer Probe, das die Schritte umfaßt: (A) Sammeln von Daten der Probe unter Verwendung wenigstens einer Meßstrahlwellenlänge, um über einen Bereich von Verzögerungszeiten eine Änderung bei wenigstens einem optischen Übergang der Probe, die durch einen Pumpstrahl hervorgerufen wurde, zu messen; (B) Einsetzen eines Wertes für eine Dicke der Probe, (C) Vergleichen eines Hintergrundsignals aus einer nicht-akustischen Komponente der gesammelten Daten mit Daten, die einer Referenzprobe gleichen allgemeinen Typs mit der eingesetzten Dicke entsprechen, um eine Zusammensetzung der Probe mit höchster Wahrscheinlichkeit anzugeben; und (D) Zuordnen der bestimmten physikalischen Eigenschaften der Probe als ein Ergebnis der Ausführung von Schritt (C) mit der Referenzprobe.
Verfahren nach Anspruch 26 und außerdem mit dem Schritt: (E) Ableiten eines verbesserten Wertes für die Dicke aus einer Analyse einer akustischen Komponente der gesammelten Daten.
Verfahren nach Anspruch 27 und außerdem mit dem Schritt: (F) Wiederholen der Schritte (C) bis (E) bis zur Konvergenz zwischen der Dicke der Probe und den Materialeigenschaften.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, bei dem der Schritt des Bestimmens einer Zusammensetzung mit größter Wahrscheinlichkeit für die Probe einen Schritt des Interpolierens zwischen Daten von Referenzproben beinhaltet, um einen Satz von Materialeigenschaften der Probe zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 29, bei dem die Materialeigenschaften wenigstens entweder die Schallgeschwindigkeit, die Dichte, die optischen Konstanten, den thermischen Expansionskoeffizienten, die Wärmekapazität, die thermische Leitfähigkeit und Ableitungen der optischen Konstanten nach der Zugbelastung oder mehrere davon beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die Materialeigenschaften wenigstens entweder die Stöchiometrie, die Kristallstruktur, die Morphologie, die strukturelle Phase, die Legierungszusammensetzung, den Verunreinigungsgehalt, den Dotierungspegel, die Defektdichte, den Isotopengehalt oder die Kornorientierung der Probe oder mehrere davon beinhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 31, bei dem der wenigstens eine optische Übergang entweder die Messung einer modulierten Änderung ΔR einer Intensität eines reflektierten Anteils eines Meßpulses, eine Änderung ΔT einer Intensität eines übertragenen Anteils des Meßpulses, eine Änderung ΔP einer Polarisation des reflektierten Meßpulses, eine Änderung Δφ einer optischen Phase des reflektierten Meßpulses oder eine Änderung eines Reflexionswinkels Δβ des Meßpulses beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 32, bei dem im Schritt des Vergleichens Daten verwendet werden, die einem Bereich von Verzögerungszeiten entsprechen, die von wenigstens (a) der wenigstens einen Referenzprobe oder (b) einem modulierten Diffusionsprozeß und assoziierten physikalischen Parametern erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, bei dem die Probe aus einem Wafer besteht, der ein Halbleitermaterial und ein Silizid beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, bei dem die Probe aus einem Wafer besteht, der ein Halbleitermaterial und ein Metall beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 35, bei dem die Probe aus einem Wafer besteht, der ein Substrat und wenigstens eine thermisch ausgeheilte Schicht über einer Oberfläche des Substrats beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 36 und außerdem mit dem Schritt des Angebens einer wahrscheinlichen Ausheilungstemperatur der wenigstens einen thermisch ausgeheilten Schicht.
Verfahren nach Anspruch 36 oder 37 und außerdem mit dem Schritt des Angebens der Anwesenheit oder Abwesenheit ei ner erwarteten Phase, die mit der wenigstens einen thermisch ausgeheilten Schicht zusammenhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38 und ferner mit dem Schritt des Angebens einer Dicke der wenigstens einen thermisch ausgeheilten Schicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 39 und außerdem mit einem Anfangsschritt des Eichens eines Meßsystems, das verwendet wird, um die Daten zu sammeln, wobei der Eichschritt einen Schritt zum Bestimmen einer Größe und eines Bereichs der Überlappung des Pump- und Meßstrahls auf einer Oberfläche der Probe beinhaltet.
Verfahren zum Charakterisieren einer Probe, das die Schritte umfaßt: (A) Sammeln von Daten der Probe unter Verwendung wenigstens einer Meßstrahlwellenlänge, um über einen Bereich von Verzögerungszeiten eine Änderung in wenigstens einem optischen Übergang der Probe, die durch einen Pumpstrahl hervorgerufen wurde, zu messen, (B) Einsetzen einer Zusammensetzung der Probe, (C) Ableiten eines Wertes für eine Dicke der Probe aus einer Analyse eines akustischen Teils der Daten, wobei der Schritt des Ableitens einen Schritt der Berücksichtigung der Materialeigenschaften der Probe auf der Grundlage einer Referenzprobe beinhaltet, welche die eingesetzte Zusammensetzung hat, und (D) Vergleichen eines Hintergrundsignals, das der Referenzprobe desselben allgemeinen Typs mit der abgeleiteten Dicke entspricht, um eine verbesserte Zusammensetzung der Probe zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 41, das außerdem den Schritt umfaßt: (E) Assoziieren von Materialeigenschaften der Probe aus Schritt (D) mit der Referenzprobe.
Verfahren nach Anspruch 42, das außerdem den Schritt umfaßt: (F) Wiederholen der Schritte (C) bis (E) bis zur Konvergenz zwischen der Zusammensetzung der Probe und der Materialeigenschaften.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 43, bei dem der Schritt der Bestimmung einer verbesserten Zusammensetzung der Probe einen Schritt des Interpolierens zwischen von Referenzproben erhaltenen Daten beinhaltet, um einen Satz von Materialeigenschaften der Probe zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 44, bei dem die Materialeigenschaften wenigstens entweder die Schallgeschwindigkeit, die Dichte, die optischen Konstanten, den thermischen Expansionskoeffizienten, die Wärmekapazität, die thermische Leitfähigkeit und Ableitungen der optischen Konstanten nach der Zugbelastung oder mehrere davon umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 45, bei dem die Zusammensetzung der Probe wenigstens entweder die Stöchiometrie, die Kristallstruktur, die Morphologie, die strukturelle Phase, die Legierungszusammensetzung, den Verunreinigungsgehalt, den Dotierungspegel, die Defektedichte, den Isotopengehalt und die Kornorientierung oder mehrere davon umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 46, bei dem wenigstens ein optischer Übergang entweder die Messung einer modulierten Änderung ΔR einer Intensität eines reflektierten Anteils eines Meßpulses, eine Änderung ΔT einer Intensität eines übertragenen Anteils des Meßpulses, eine Änderung ΔP einer Polarisation des reflektierten Meßpulses, eine Änderung Δφ einer optischen Phase des re flektierten Meßpulses oder eine Änderung eines Reflexionswinkels Δβ des Meßpulses beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 47, bei dem im Schritt des Vergleichens Daten verwendet werden, die einem Bereich von Verzögerungszeiten entsprechen, die erzeugt wurden von wenigstens entweder (a) der wenigstens einen Referenzprobe oder (b) einem modellierten Diffusionsprozeß und assoziierten physikalischen Parametern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 48, bei dem die Probe aus einem Wafer besteht, der ein Halbleitermaterial und ein Silizid beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 48, bei dem die Probe aus einem Wafer besteht, der ein Halbleitermaterial und ein Metall beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 50, bei dem die Probe aus einem Wafer besteht, ein Substrat und wenigstens eine thermisch ausgeheilte Schicht über einer Oberfläche des Substrats beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 51 und außerdem mit dem Schritt der Angabe einer wahrscheinlichen Ausheilungstemperatur der wenigstens einen thermisch ausgeheilten Schicht.
Verfahren nach Anspruch 51 oder 52 und außerdem umfassend einen Schritt der Angabe einer Anwesenheit oder Abwesenheit einer erwarteten Phase, die mit der wenigstens einen thermisch ausgeheilten Schicht zusammenhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 51 bis 53 und außerdem umfassend einen Schritt der Angabe einer Dicke der wenigstens einen thermisch ausgeheilten Schicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 41 bis 54 und mit einem Anfangsschritt des Eichens eines Meßsystems, das verwendet wird, um die Daten zu sammeln, wobei der Schritt des Eichens einen Schritt des Bestimmens einer Größe und eines Bereichs der Überlappung des Pump- und Meßstrahls auf einer Oberfläche der Probe beinhaltet.