Weisslichtinterferometrie

Prinzip der Weisslichtinterferometrie (WLI) Anwendungen Ergebnisse Performance Referenzen

Mit der Weisslichtinterferometrie können Oberflächentopografien mit interferometrischer Genauigkeit bestimmt werden. Die erreichbare vertikale Auflösung liegt im nm-Bereich. Das Messverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vertikalauflösung unabhängig vom Messfeld ist und sowohl raue als auch glatte Oberflächen vermessen werden können. Im Gegensatz zur klassischen Interferometrie, bei dem Licht nur einer Wellenlänge verwendet wird, bietet die Weisslichtinterferometrie die Möglichkeit, die Objekthöhen absolut zu vermessen.

Die Weisslichtinterferometrie (Abb. 1) ist ein interferometrisches Messverfahren, bei dem das Licht einer spektral breitbandigen Quelle verwendet wird. Bei der Messung wird die Probe bzw. das Mikroskop in feinen Schritten in z-Richtung verfahren. Dabei treten als Signal Interferenzen auf, die sich über das Objekt bewegen. Es wird ein Bilderstapel aufgenommen, der für jeden einzelnen Objektpunkt separat ausgewertet wird. Die Abfolge der Intensitäten in jedem Objektpunkt des Bilderstapel ergibt ein Interferogramm (Abb. 2). 

 Das Interferogramm besteht zunächst - vergleichbar zur klassischen Interferometrie - aus einem periodischen Signal. Aufgrund der Verwendung der spektral breitbandigen und damit kurzkohärenten Lichtquelle ist dieses Signal zusätzlich durch eine Einhüllende moduliert. Das WLI-Signal lässt sich mit folgender Formel beschreiben:

I₀  kennzeichnet hierbei die mittlere Intensität , m die Modulation, z die Tiefenkoordinate und z₀ die reale Objektposition. Für ein ideales Interferometer ist der Pha­senterm j eine Konstante. λ_S stellt die Schwer­punktwellenlänge dar. Die maximale Modulation im Signal ergibt sich dabei für jedes Pixel genau an der Position, an der die interferometrischen Arme (Objekt- und Referenzarm) die gleiche optische Weglänge aufweisen. Bei der im Rechner durchgeführten Messdatenauswertung wird dieses Maximum dazu verwendet, die Höhe des Objektes in einem Punkt zu bestimmen. Bei kooperativen Proben kann zusätzlich die Phase im Signal genutzt werden, um noch eine höhere Genauigkeit bei der Topografiebestimmung zu erzielen.

Abbildung 1 zeigt das WLI-Prinzip unter Verwendung eines Mirauobjektivs. Ein solcher Aufbau wird mittlerweile am häufigsten verwendet, da dieser im Vergleich zu einem Linnikaufbau leichter zu justieren und unempfindlicher gegen Vibrationen ist.

Die Weisslichtinterferometrie wird vermehrt in Industrie und Forschung zur Vermessung von glatten und rauen Oberflächen angewendet. Ein Beispiel ist die Inspektion von Siliziumwafern in der Halbleiterindustrie. Die Weisslichtinterferometrie gilt als das absolut messende, optische Messverfahren mit der höchsten z-Auflösung. Die z-Auflösung ist dabei unabhängig vom Messfeld. Im Vergleich zu üblichen interferometrischen Systemen können vor allem auch Objekte mit grossen Stufen vermessen werden. 

Abb. 3 zeigt das Kamerabild bei der Messung eines beschichteten Siliziumwafers an einer Position des z-Verstellers. Zu erkennen ist hierbei, dass die Interferenzen nur in einem begrenzten Gebiet des Kamerabildes auftreten. Im Film wird gezeigt, wie sich die Interferenzstreifen über das Bildfeld bewegen. Abb. 4 zeigt schliesslich die aus dem Weisslichtsignal berechnete Topografie des vermessenen Objektes.

Abbildung 3: Interferenzen bei der Messung eines Siliziumwafers	Abbildung 4: Topografie des Siliziumwafers

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