DE10054142B4

DE10054142B4 - Verfahren und Systeme zur Messung der Mikrorauhigkeit eines Substrates unter Kombination von Partikelzählung und Atomarkraft-Mikroskopmessungen

Info

Publication number: DE10054142B4
Application number: DE10054142A
Authority: DE
Inventors: Kyoo-Chul Cho; Tae-Yeol Heo; Jeong-Hoon An; Gi-Jung Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2020-11-03
Also published as: FR2800514B1; JP2001201448A; GB0026479D0; FR2800514A1; GB2358923A; KR100382721B1; GB2358923B; US6552337B1; TW465002B; DE10054142A1; KR20010051128A

Abstract

Verfahren zur Messung der Rauhigkeit einer Waferoberfläche mit folgenden Verfahrensschritten:
Messen von mindestens einem Teil der Waferoberfläche unter Verwendung eines Partikelzählers zur Erzeugung erster Messungen entsprechend einer Mehrzahl von Punkten auf der Waferoberfläche;
Messen einer ausgewählten Fläche der Waferoberfläche, wobei die Fläche einen aus der Mehrzahl von Punkten enthält, unter Verwendung eines Atomarkraftmikroskopes (AFM) zur Erzeugung einer Mirkorauhigkeitsmessung der ausgewählten Fläche, die eine lokalisierte Fläche der mindestens einen Teil der Waferoberfläche bildenden Fläche ist, die unter Verwendung des Partikelzählers gemessen wurde; und
Darbieten der ersten Messungen und der Mirkorauhigkeitsmessung als Vermessungsergebnis der Waferoberfläche,
der Schritt des Messens der ausgewählten Fläche der Waferoberfläche weiter den Schritt der Bestimmung mindestens eines quadratischen Mittelwertes (RMS) oder eines Maximum-/Minimum-Ausgangswertes (P-V) als Mikrorauhigkeitsmessung umfasst.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Beurteilung einer Waferoberfläche und im einzelnen Verfahren und Systeme zur Messung der Mikrorauhigkeit einer Halbleiter-Waferoberfläche.
Halbleitergeräte werden im allgemeinen auf der Oberfläche eines darunter liegenden Silizium-Wafersubstrats hergestellt. Demgemäß ist es im allgemeinen erwünscht, daß Bereiche auf einer Waferoberfläche, welche zur Bildung aktiver Bereiche verwendet werden, die solche Geräte enthalten, einen hohen Grad an Oberflächenebenheit aufweisen. Die Entwicklung von Halbleitergeräten mit einer hohen Integrationsdichte und einer geringen Größe der einzelnen Merkmale erhöht weiter den Bedarf an einem Halbleiterwafer mit einem hohen Grad an Oberflächenebenheit, was auch als geringe Mikrorauhigkeit bezeichnet wird. Es ist weiter bei Halbleiterwafern, die für die Herstellung von Halbleitergeräten verwendet werden, wünschenswert, daß sie sowohl allgemein eine Gleichförmigkeit der Oberflächenebenheit über den Wafer hin aufweisen, als auch eine verminderte durchschnittliche Größe der Rauhigkeit besitzen.
Mit der Verminderung der Größe der Geräte, beispielsweise eines Transistors, welcher auf einem Halbleiterwafer erzeugt wird, wird beispielsweise ein dünnerer dielektrischer Gatefilm zwischen einer Gateelektrode und dem Wafer benötigt, um eine gewünschte Wirkungsweise des Transistors zu erzielen. Genauer gesagt, selbst, wenn die Dicke des dielektrischen Gatefilms typischerweise vermindert werden muß, ist es wünschenswert bzw. erforderlich, die elektrischen Eigenschaften des Films aufrecht zu erhalten, beispielsweise die Durchbruchsfeldstärke. Um diese Planungsanforderungen zu erfüllen, ist es im allgemeinen notwendig, die Mikrorauhigkeit der Oberfläche des Halbleiterwafers minimal zu machen, insbesondere an der Trennfläche zwischen dem dielektrischen Gatefilm und dem Halbleiterwafer. Für einen dielektrischen Gatefilm mit einer Dicke von 50 Å (5 nm) ist es beispielsweise zum Erzielen einer gewünschten Eigenschaft nicht annehmbar, daß irgendeine Rauhigkeit, die in der Größenordnung einiger weniger Angström ist, vorhanden ist, und diese Rauhigkeit muß entfernt werden. Zur Vornahme entsprechender Maßnahmen sind Verfahren und Systeme notwendig, die eine effektive Messung, Steuerung und Überwachung der Mikrorauhigkeit der Oberfläche eines Halbleiterwafers ermöglichen.
Atomarkraftmikroskope (AFM) werden oft zur Messung der Mikrorauhigkeit von Waferoberflächen eingesetzt. Ein Atomarkraftmikroskop (AFM) mißt im allgemeinen die Mikrorauhigkeit einer Waferoberfläche durch Bewegen einer Meßsonde atomarer Größe längs der Oberfläche des Wafers zur Feststellung mikroskopischer Kräfte, typischerweise von Van-der-Waal-Kräften, die zwischen den Atomen der Waferoberfläche und der Sonde wirksam sind, wobei Änderungen dieser Kräfte aufgrund von winzigen Unterschieden der Abstände zwischen den Atomen des Prüflings und der Meßsonde detektiert werden. Für eine Mikrorauhigkeitsmessung unter Verwendung eines typischen AFM-Mikroskops wird eine vorbestimmte festgelegte Abmessung einer Probe, beispielsweise 0,1 μm mal 0,1 μm, 1 μm mal 1 μm oder 10 μm mal 10 μm als Abtastfläche festgelegt und verschiedene Punkte innerhalb der Abtastfläche werden detektiert. Die von dem Atomarkraftmikroskop (AFM) bestimmte Mikrorauhigkeit wird im allgemeinen aus dem quadratischen Mittelwert der detektierten Punkte gebildet und dargestellt.
Die Verwendung des Atomarkraftmikroskops bei der Messung der Mikrorauhigkeit einer Waferoberfläche liefert ein hochgenaues Ergebnis ohne eine Zerstörung der Waferoberfläche. Der quadratische Mittelwert kann jedoch abhängig von der Abmessung der Abtastfläche und von der Art der Atome, die an dem Wafer vorhanden sind, schwanken. Das bedeutet, die Ergebnisse einer AFM-Messung können entsprechend den Abmessungen der Abtastoberfläche schwanken. Nachdem zusätzlich die Abmes sungen der Abtastoberfläche typischerweise relativ zur Wafergröße recht klein sind, kann das Meßergebnis bezüglich des gesamten Wafers die Mikrorauhigkeit nicht repräsentieren, was die Entsprechung der gemessenen Ergebnisse mit dem Zustand oder der Gestalt der gesamten Waferoberfläche begrenzt. Nachdem weiter dieses Verfahren typischerweise langsam ist, kann die Mikrorauhigkeitsmessung durch ein Atomarkraftmikroskop für eine Echtzeitüberwachung der Mikrorauhigkeit eines Halbleiterwafers während der Produktion ungeeignet sein.
Eine weitere existierende Technik für die Messung der Mikrorauhigkeit einer Waferoberfläche zieht die Messung von Schleierpegeln oder Störpegeln unter Verwendung eines Partikelzählers vor. Partikelzähler verwenden typischerweise eine Lichtquelle, um Licht von der Waferoberfläche weg zu reflektieren und die Streuung des Lichtes aufgrund der Mikrorauhigkeit der Waferoberfläche zu messen. Ein entsprechender Meßwert der Streuung des Lichtes kann als ein Maß der Mikrorauhigkeit der Waferoberfläche verwendet werden. Die Schleierpegel oder Störpegel von einem Partikelzähler können als Anzeige der Mikrorauhigkeit unter Verwendung optischer Methoden dienen. Ein höherer Schleierpegel oder Störungspegel zeigt im allgemeinen an, daß die Waferoberfläche eine größere Rauhigkeit besitzt.
Bei der Messung von Schleierpegeln oder Störpegeln mit einem Partikelzähler befindet sich die Waferoberfläche typischerweise nicht in unmittelbarem Kontakt mit einem Meßgerät und die Meßgeschwindigkeit kann im Vergleich zur Messung unter Verwendung eines Atomarkraftmikroskops schneller vor sich gehen. Typischerweise werden bei der Schleierpegelmessung einer Waferoberfläche mehrere Schleierpegel oder Störpegel für eine bestimmte Fläche auf dem Wafer gemessen und der mittlere Schleierpegel wird errechnet, um einen repräsentativen Schleierpegel für die betreffende Oberfläche zu ermitteln. Mit anderen Worten, der Schleierpegel für eine bestimmte Fläche kann als ein Mittelwert ausgedrückt werden, der den Schleierpegelausgang bezüglich der betreffenden Fläche auf einen einzigen Wert begrenzt. Auch kann der Schleierpegel für eine lokalisierte Fläche gewählter Abmessungen innerhalb der betreffenden Fläche nicht separat durch eine Messung charakterisiert werden. Der Schleierpegel oder Störungspegel, welcher erhalten wurde, kann nicht eine vollständige Charakterisierung die Mikrorauhigkeit der Waferoberfläche während der Herstellung eines Halbleitergerätes liefern.
Aus der Druckschrift US 5,517,027 A ist eine Vorrichtung zum Vermessen und Untersuchen eines leicht unregelmäßigen Oberflächenzustandes bekannt, wobei zuerst mittels einem optischen Verfahren eine Unregelmäßigkeit der Oberfläche detektiert wird, welche dann mittels eines Atomkraftmikroskops genauer untersucht und dargestellt wird.
Aus der Druckschrift EP 0 715 147 A2 ist eine Vorrichtung bekannt, welche in einem Atomkraftmikroskop ein optisches Messgerät integriert, welches anhand von Lichtreflexion die Oberfläche einer Probe untersucht.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Messen der Oberflächenrauhigkeit eines Wafers bereitzustellen, das möglichst schnell und zuverlässig die Oberflächenrauhigkeit bestimmen kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Messung der Rauhigkeit einer Waferoberfläche nach Anspruch 1 oder 11. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen Verfahren zur Messung einer Waferoberfläche. Ein Teil der Waferoberfläche wird unter Verwendung eines Partikelzählers ausgemessen, um erste Messungen entsprechend einer Mehrzahl von Punkten auf der Waferoberfläche zu erhalten. Eine ausgewählte Fläche der Waferoberfläche, welche einen aus der Mehrzahl von Punkten enthält, wird unter Verwendung eines Atomarkraftmikroskops (AFM) gemessen, um eine Mikrorauhigkeitsmessung der ausgewählten Fläche vorzunehmen. Die ausgewählte Fläche kann ein lokalisierter Flächen bereich eines Teiles der Waferoberfläche sein, welcher unter Verwendung des Partikelzählers einer Messung unterzogen wurde. Die ersten Messungen und die Mikrorauhigkeitsmessung bilden das Meßergebnis für die Waferoberfläche.
Bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Maßnahmen weiter das Formatieren der Mikrorauhigkeitsmessungen der ausgewählten Fläche als dreidimensionales Bild. Das dreidimensionale Bild wird als Meßergebnis für die Waferoberfläche geliefert. Der Teil der Waferoberfläche, der durch den Partikelzähler ausgemessen worden ist, kann im wesentlichen die Gesamtheit des Teiles der Waferoberfläche sein, der für die aktiven Bereiche verwendet wird. Die ersten Messungen können als eine Messung der Mikrorauhigkeit der gesamten Waferoberfläche geliefert werden und das dreidimensionale Bild kann als Mikrorauhigkeits-Gleichförmigkeitsmessung der Waferoberfläche angegeben werden.
In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geht den Meßvorgängen mit dem Atomarkraftmikroskop eine Aufzeichnung des gewählten Punktes aus einem ersten Koordinatensystem, das zum Partikelzähler gehört, in Zuordnung zu der ausgewählten Fläche in einem zweiten Koordinatensystem voraus, das zu dem Atomar kraftmikroskop gehört. Die Aufzeichnungsvorgänge können die Bestimmung eines Koordinatenwertes in dem ersten Koordinatensystem eines der Mehrzahl von Punkten und die Identifizierung einer zweidimensionalen lokalisierten Fläche, welche den ersten Punkt umfaßt, durch eine Mehrzahl von definierenden zweiten Koordinatenwerten in dem ersten Koordinatensystem umfassen. Die Mehrzahl von zweiten Koordinatenwerten in dem ersten Koordinatensystem werden in entsprechende Koordinatenwerte in dem zweiten Koordinatensystem umgeformt, um die gewählte Fläche zu definieren. Das erste Koordinatensystem kann ein X-Y-Koordinatensystem der Aufnahme des betreffenden Zählers sein und das zweite Koordinatensystem kann ein X-Y-Koordinatensystem der Aufnahme des Atomarkraftmikroskops sein.
In wieder anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Maßnahmen bei der Messung mittels Partikelzähler die Bestrahlung der Waferoberfläche mit Licht. Das von der Waferoberfläche gestreute Licht wird gemessen. Ein Schleierpegel oder Störungspegel über die Waferoberfläche hin wird errechnet und bildet die ersten Messungen basierend auf einer Änderung einer Menge des an der Waferoberfläche gestreuten Lichtes. Das gemessene Licht kann das Licht sein, das von einem Dunkelfeldabschnitt des aufgestrahlten Lichtes gestreut wird.
In weiteren Ausführungsformen ist die ausgewählte Fläche etwa 5 μm mal 5 μm. Die Messungen mit dem Atomarkraftmikroskop können entweder die Bestimmung des quadratischen Mittelwertes oder des Maximum-/Minimum-Ausgangswertes als Mikrorauhigkeitsmessung umfassen.
In wiederum anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Systeme zur Messung einer Waferoberfläche vorgesehen. Ein bestimmter Zähler mißt einen bestimmten Teil, beispielsweise im wesentlichen die Gesamtheit, der Waferoberfläche zur Lieferung erster Messungen entsprechend einer Anzahl von Punkten auf der Waferoberfläche. Ein Atomarkraftmikroskop (AFM) mißt eine ausgewählte Fläche der Waferoberfläche, die einen der Punkte enthält, um eine Mikrorauhigkeitsmessung der ausgewählten Fläche darzubieten. Die ausgewählte Fläche ist eine lokalisierte Fläche mindestens eines Teiles der Waferoberfläche, der durch den Partikelzähler gemessen worden ist. Ein Steuersystem überträgt den ausgewählten Punkt aus einem ersten Koordinatensystem, das dem Partikelzähler zugeordnet ist, auf die ausgewählte Fläche in einem zweiten Koordinatensystem, das dem Atomarkraftmikroskop zugeordnet ist. Das Steuersystem liefert weiter die ersten Messungen und die Mikrorauhigkeitsmessungen als Ergebnis der Messung der Waferoberfläche.
In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Verfahren zur Messung der Mikrorauhigkeit einer Waferoberfläche angegeben. Eine Schleieraufzeichnung der Waferoberfläche wird vorbereitet, indem ein Partikelzähler mit einem X-Y-Achsen-Koordinatensystem verwendet wird. Ein erster Koordinatenwert entsprechend einer Position eines ersten Punktes, der aus der Schleieraufzeichnung gewählt worden ist, wird festgelegt. Eine zweidimensionale lokalisierte Fläche, welche den ersten Punkt mit umfaßt, wird bestimmt. Ein Mehrzahl von zweiten Koordinatenwerten, welche die lokalisierte Fläche definieren, wird bestimmt. Der erste Koordinatenwert und die Mehrzahl von zweiten Koordinatenwerten werden in entsprechende Koordinatenwerte auf einem X-Y-Achsen-Koordinatensystem eines Atomarkraftmikroskops (AFM) durch Koordinatenverknüpfung umgeformt. Die entsprechenden Koordinatenwerte gestatten es dem X-Y-Koordinaten-Aufnahmesystem des Atomarkraftmikroskops, die zweidimensionale lokalisierte Fläche aufzufinden, welche den ersten Punkt enthält. Die Mikrorauhigkeit der Waferoberfläche in der zweidimensionalen lokalisierten Fläche, welche den ersten Punkt enthält, wird unter Verwendung des Atomarkraftmikroskops basierend auf den entsprechenden Koordinatenwerteingängen zum X-Y-Koordinatenaufnahmesystem des Atomarkraftmikroskops gemessen.
Bei Verwendung der Mikrorauhigkeits-Meßverfahren und – systeme nach der vorliegenden Erfindung kann die Mikrorauhigkeit innerhalb lokalisierter Flächenbereiche eines Wafers genau gemessen werden und in verschiedenen Ausführungsformen kann das Meßergebnis als dreidimensionales Bild dargestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit bei der Herstellung von Schaltungen mit hoher Integrationsdichte eingesetzt werden, bei welcher eine strenge und genaue Einstellung der Mikrorauhigkeit erwünscht ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher durch die Beschreibung der Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen. In diesen stellen dar:
1 ein Flußdiagramm zur Erläuterung von Verfahren zur Messung der Mikrorauhigkeit eines Wafers gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung von Verfahren zur Messung einer Waferoberfläche entsprechend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und
3 ein Blockdiagramm zur Erläuterung eines Systems zur Messung einer Waferoberfläche gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen genauer beschrieben, in welchen bevorzugte Ausführungsformen dargestellt bzw. erläutert sind. Die Erfindung kann jedoch auch in verschiedenen unterschiedlichen Formen verwirklicht werden und ist nicht auf die hier dargelegten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr dienen diese Ausführungsformen der vollständigen und sorgfältigen Offenbarung zur Verbesserung des Verständnisses des Fachmannes bezüglich des Umfanges der Erfindung entsprechend den anliegenden Ansprüchen.
Wie der Fachmann erkennt, kann die vorliegende Erfindung in einem Verfahren, einem System oder in einem Computerprogrammprodukt verwirklicht werden. Demge mäß kann die Erfindung die Gestalt einer gänzlich in Hardware verwirklichten Ausführungsform annehmen, einer gänzlich in Software verwirklichten Ausführungsform annehmen oder sich in einer Ausführungsform darstellen, in der sich Software- und Hardwareaspekte kombinieren. Weiter kann die Erfindung die Gestalt eines Computerprogrammproduktes mit einem computergeeigneten Speichermedium haben, welches zur Speicherung eines in einem Computer verwendbaren Programmcodes dient. Jedwede geeignete computerlesbare Speichermittel können verwendet werden einschließlich Festplatten, CD-ROMS, optische Speichergeräte, Übertragungsmedien, etwa solche, über welche das Internet geführt ist oder ein beschränktes Netz geführt ist, sowie magnetische Speichergeräte.
Ein Computerprogrammcode zur Ausführung der Maßnahmen nach der vorliegenden Erfindung kann in einer objektorientierten Programmierungssprache geschrieben sein, beispielsweise Java^®, Smalltalk oder C++. Der Computerprogrammcode zur Durchführung der Maßnahmen nach der vorliegenden Erfindung kann aber auch im herkömmlichen Prozedur-Programmsprachen, beispielsweise der „C"-Programmsprache geschrieben sein. Der Programmcode kann vollständig auf dem Rechner des Benutzers durchgeführt werden, kann teilweise auf dem Rechner des Benutzers durchgeführt werden als alleinstehendes Softwarepaket, teilweise auf dem Rechner des Benutzers und teilweise auf einem entfernten Rechner, oder vollständig auf einem entfernten Rechner. In dem letzten Falle kann der entfernte Rechner mit dem Rechner des Benutzers über ein lokales Netzwerk (LAN) oder ein großflächiges Netzwerk (WAN) verbunden sein oder die Verbindung kann zu einem externen Rechner hergestellt werden (beispielsweise über das Internet unter Verwendung eines Internet-Service Providers).
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Flußdiagramme und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Einrichtungen (Systemen) und Computerprogrammprodukten in Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich, daß jedes Blocksymbol in den Flußdiagrammen und/oder jedes Blocksymbol in den Blockdiagrammen sowie Kombinationen von Blöcken in den Flußdiagrammen und/oder in den Blockdiagrammen durch Computerprogrammbefehle verwirklicht werden kann.
Diese Computerprogrammbefehle können von einem Prozessor eines Vielzweckrechners, eines Spezialrechners oder anderen programmierbaren Datenverarbeitungseinrichtungen geliefert werden, um eine Maschinerie herzustellen. Beispielsweise sind es die Befehle, welche über den Prozessor des Computers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungseinrichtung Fertigungsmittel dazu veranlassen, die Funktionen durchzuführen, die in dem betreffenden Block des Flußdiagramms und/oder in dem Block des Blockdiagramms oder in mehreren Blöcken angegeben sind. Es versteht sich ferner, daß dann, wenn ein Element als mit einem anderen Element verbunden oder gekoppelt bezeichnet ist, es entweder unmittelbar mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann, oder daß noch dazwischen liegende Elemente vorhanden sind. Wenn andererseits ein Element als unmittelbar mit einem anderen Element verbunden oder gekoppelt bezeichnet ist, dann sind keine dazwischen liegenden Elemente vorhanden.
Partikel auf der Oberfläche eines Wafers wurden gebräuchlicherweise unter Verwendung eines Streuungs-Partikelmessystems gezählt, das typischerweise die Partikel auf der Basis einer Lichtstreuerscheinung detektiert. Beispiele von Systemen zum Detektieren von Partikeln und zum Messen von Schleierpegeln eines Wafers umfassen im Handel erhältliche Partikelzähler. Solche im Handel erhältlichen Partikelzähler und Analysiersysteme, beispielsweise ein Atomarkraftmikroskop (AFM), enthalten im allgemeinen ein Koordinatensystem, etwa einen XY-Tisch, und nehmen eine Streumessung mit Bezug auf Koordinaten auf dem XY-Tisch vor, wobei bekanntermaßen das XY-Koordinatensystem verwendet wird. Gemäß vielerlei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung einer Koordinatenkopplung zwischen den Koordinatensystemen eines Partikelzählers und eines Atomarkraftmikroskops, sowie der Flächenortungsfunktion des Atomarkraftmikroskops die Rauhigkeit eines Wafers innerhalb einer lokalisierten Fläche dreidimensional gemessen werden.
1 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung von Verfahren zur Messung der Mikrorauhigkeit einer Waferoberfläche gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1 seien Maßnahmen bzw. Vorgänge für Ausführungsformen unter Verwendung eines gebräuchlichen Partikelzählers beschrieben, der ein XY-Koordinatensystem verwendet. Unter Verwendung des Partikelzählers wird eine Schleieraufzeichnung der Oberfläche eines Prüfobjektwafers vorgenommen (Blocksymbol 10). Zur Erzeugung der Schleieraufzeichnung kann ein Lichtstrahl auf einen bestimmten Punkt des Prüflingwafers gerichtet werden. Das Licht, das von einem Dunkelfeldabschnitt zurückgestreut wird, kann dann gemessen werden.
Basierend auf der Veränderung der Lichtstreuung kann der Schleierpegel oder Störungspegel für einen bestimmten Punkt bestimmt werden. Die Schleierpegel können über die gesamte Waferfläche hin gemessen und dann als eine Schleieraufzeichnung festgehalten werden.
Nachdem die Störungsverteilung oder Schleierverteilung über einen Teil der Waferfläche, beispielsweise über im wesentlichen den gesamten Wafer hin basierend auf der Schleieraufzeichnung gefunden worden ist, wird eine Fläche, an der ein Benutzer eine weitere Untersuchung der Mikrorauhigkeit vornehmen will, aus der Schleieraufzeichnung ausgewählt und von der Fläche wird ein Punkt gewählt (Block 20). Ein Koordinatenwert (x₀, y₀) an der X-Y Aufnahme des Partikelzählers wird für die Position des ausgewählten Punktes bestimmt (Block 30). Ein Bereich einer lokalisierten Fläche wird für die Mikrorauhigkeitsmessung um die Koordinaten (x₀, y₀) des ausgewählten Punktes herum bestimmt (Block 40). Beispielsweise wird eine rechteckige Fläche mit einer Abmessung von 5 μm mal 5 μm um die Koordinaten des ausgewählten Punktes herum als eine lokalisierte Fläche bestimmt. Eine Mehrzahl von zweiten Koordinatenwerten wird festgelegt, um die lokalisierte Fläche zu umgrenzen (Block 50). Im Einzelnen können die Koordinaten der Spitzen des rechteckigen Bereiches, der als lokalisierte Fläche gewählt wurde, bestimmt werden, nämlich (x₁, y₁,), (x₂, y₂), (x₃, y₃) und (x₄, y₄). Die fünf Koordinaten (x₀, y₀), (x₁, y₁), (x₂, y₂), (x₃, y₃) und (x₄, y₄) auf der XY-Aufnahme des Partikelzählers werden mit dem XY-Aufnahmekoordinatensystem des AFM-Mikroskop verknüpft, um die Koordinaten in die entsprechenden geeigneten Koordinaten des XY-Aufnahmekoordinatensystems des AFM-Mikroskops umzuformen, nämlich (X₀, Y₀), (X₁, Y₁), (X₂, Y₂), (X₃, Y₃) und (X₄, Y₄) (Block 60). Die Koordinaten (X₀, Y₀), (X₁, Y₁), (X₂, Y₂), (X₃, Y₃) und (X₄, Y₄) können unter Verwendung der Ortungsfunktion des AFM-Mikroskops aufgefunden werden. Die Mikrorauhigkeit bezüglich der lokalisierten Fläche, die durch die Koordinaten (X₀, Y₀), (X₁, Y₁), (X₂, Y₂), (X₃, Y₃) und (X₄, Y₄) definiert bzw. begrenzt ist, wird unter Verwendung des AFM-Mikroskops gemessen (Block 70).
Die von dem AFM-Mikroskop erhaltenen Ergebnisse können als quadratische Mittelwerte (RMS) oder als Maximum/Minimum-Wert (P-V) ausgedrückt werden. Nimmt man an, daß die Höhe von einer Bezugsebene zu N Messpunkten hin x_j ist, worin j = 1, 2, ..., N, ist, so kann der quadratische Mittelwert durch folgenden Ausdruck beschrieben werden:
Darin bedeutet x
Die Maximum/Minimumwerte P-V können durch folgenden Ausdruck beschrieben werden: P – V = [Xj]max – [Xj]min (3)
Hierin ist [x_j]_max der Maximalwert von x_j und [x_j]_max ist der Minimalwert von x_j.
Somit wird die Schleierpegelverteilung oder Störpegelverteilung zuerst durch Bildung einer Schleieraufzeichnung beispielsweise mit Bezug auf im wesentlichen die gesamte Oberfläche eines Wafers unter Verwendung eines Partikelzählers bestimmt. Eine gewünschte lokalisierte Fläche wird basierend auf der Schleierpegelverteilung oder Störpegelverteilung ausgewählt. Die Mikrorauhigkeit der lokalisierten Fläche wird dann weiterhin, und möglicherweise noch genauer, unter Verwendung des AFM-Mikroskops gemessen. Die Mikrorauhigkeit mit Bezug auf eine bestimmte lokalisierte Fläche kann als ein dreidimensionales Bild angegeben werden.
Vorgänge gemäß weiteren Ausführungsformen von Verfahren zur Ausmessung einer Waferoberfläche werden nun unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von 2 beschrieben. Die Operationen beginnen bei dem Block 200, wenn ein Teil einer Waferoberfläche unter Verwendung eines Partikelzählers ausgemessen wird, um erste Messungen entsprechend einer Mehrzahl von Punkten auf der Waferoberfläche vorzunehmen. Der Teil der Waferoberfläche, der unter Verwendung des Partikelzählers gemäß Block 200 ausgemessen wird, kann im wesentlichen die Gesamtheit desjenigen Teils der Waferoberfläche sein, der für die aktiven Bereiche verwendet wird. Hierbei kann es sich im wesentlichen um die gesamte Oberfläche handeln. Die Messungen mit dem Partikelzähler können beispielsweise erzeugt werden, indem Licht auf die Waferoberfläche aufgestrahlt wird, das von der Waferoberfläche aufgrund des aufgestrahlten Lichtes gestreute Licht gemessen wird und ein Schleierpegel oder Störungspegel der Waferoberfläche als die Partikelzählermessungen errechnet wird, basierend auf eine Veränderung der Menge des Lichtes, das von der Waferoberfläche gestreut wird.
In verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung folgt auf die Vermessung der Waferoberfläche unter Verwendung eines Partikelzählers eine Übertra gung eines der Messpunkte auf der Waferoberfläche von einem ersten Koordinatensystem, das dem Partikelzähler zugeordnet ist, auf eine ausgewählte lokalisierte Oberfläche, die in einem zweiten Koordinatensystem definiert ist, das einem Atomarkraftmikroskop oder AFM-Mikroskop zugeordnet ist (siehe Block 210). Ähnlich den Ausführungsbeispielen, wie sie im Zusammenhang mit 1 beschrieben wurden, können die Übertragungsmaßnahmen in Block 210 die Bestimmung eines Koordinatenwertes in dem ersten Koordinatensystem für einen der Messpunkte, weiter die Identifizierung einer Mehrzahl von zweiten Koordinatenwerten im ersten Koordinatensystem zur Bestimmung einer zweidimensionalen lokalisierten Fläche, welche den ersten Meßpunkt enthält, sowie die Umwandlung einer Mehrzahl von zweiten Koordinatenwerten in einen entsprechenden Koordinatenwertesatz in dem zweiten Koordinatensystem umfassen, um die lokalisierte Fläche zu bestimmen. Das erste Koordinatensystem kann ein X-Y-Koordinatensystem einer Aufnahme des Partikelzählers sein und das zweite Koordinatensystem kann ein X-Y-Koordinatensystem einer Aufnahme des AFM-Mikroskops sein.
Die ausgewählte lokalisierte Fläche der Waferoberfläche, welche einen der Meßpunkte der Messungen mit dem Partikelzähler enthält, wird unter Verwendung des AFM-Mikroskops ausgemessen, um eine Mikrorauhigkeitsmessung der lokalisierten Fläche vorzunehmen (Block 215). Die ersten Messungen und die Mikrorauhigkeitsmessung werden als eine Messung der Waferoberfläche dargeboten (Block 220). In verschiedenen Ausführungsformen wird die Mikrorauhigkeitsmessung der lokalisierten Fläche von dem AFM-Mikroskop als ein dreidimensionales Bild angegeben. In weiteren Ausführungsformen können die Maßnahmen von Block 220 die Darbietung der ersten Messungen von dem Partikelzähler als eine Vermessung der Mikrorauhigkeit der gesamten Waferoberfläche sein und das dreidimensionale Bild von dem AFM-Mikroskop kann als Mikrorauhigkeit-Gleichförmigkeitsmessung der Waferoberfläche dargeboten werden.
Unter Bezugnahme auf das Blockdiagramm von 3 seien nun Ausführungsformen eines Systems zur Vermessung einer Waferoberfläche gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin beschrieben. Das System 300 enthält einen Partikelzähler 310, der mindestens einen Teil der Waferoberfläche, beispielsweise die Gesamtheit der Oberfläche vermisst, um erste Messungen entsprechend einer Mehrzahl von Punkten auf der Waferoberfläche zu erzeugen. Ein Atomarkraftmikroskop oder AFM-Mikroskop 320 vermisst eine ausgewählte Fläche auf der Waferoberfläche, welche einen der Punkte enthält, der durch den Partikelzähler 310 vermessen wurde, um eine Mikrorauhigkeitsmessung der ausgewählten Fläche vorzunehmen. Die ausgewählte Fläche ist eine lokalisierte Fläche des Teiles der Waferoberfläche, der durch den Partikelzähler 310 vermessen wurde.
Eine Steuereinrichtung 330 überträgt einen der Punkte, die durch den Partikelzähler vermessen wurden, von einem ersten Koordinatensystem, das dem Partikelzähler 310 zugeordnet ist, auf eine ausgewählte Fläche in einem zweiten Koordinatensystem, das dem AFM-Mikroskop 320 zugeordnet ist. Die Steuereinrichtung 330 liefert weiter die ersten Messungen und die Mikrorauhigkeitsmessungen als ein Vermessungsergebniss der Waferoberfläche. Das erste Koordinatensystem kann ein X-Y-Koordinatensystem der Aufnahme des Partikelzählers 310 sein, und das zweite Koordinatensystem kann ein X-Y-Koordinatensystem der Aufnahme des AFM-Mikroskops 320 sein.
Zwar wurde hier eine Ausführungsform allgemein unter Bezugnahme auf einen Siliziumwafer beschrieben, doch kann die vorliegende Erfindung auch zur Vermessung von transparenten Substraten oder beliebigen flachen Substraten verwendet werden. Zusätzlich kann das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zur Mikrorauhigkeitsmessung in verschiedenerlei Stufen während der Herstellung von Halbleitergeräten angewendet werden. Beispielsweise kann nach einem chemisch-mechanischen Poliervorgang, der typischerweise eine präzise Mikrorauhigkeitssteuerung notwendig macht, das Mikrorauhigkeits-Meßverfahren nach der vorliegenden Erfindung mit Vorteil angewendet werden. Auch erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren während der Herstellung von integrierten Schaltgeräten hoher Integrationsdichte als zweckmäßig, wobei diese Herstellung typischerweise eine genauere und strenge Mikrorauhigkeitseinstellung erforderlich macht.
Zusätzlich kann der Einsatz der Ortungsfunktion des AFM-Mikroskops die Vermessung sehr feiner Mikrorauhigkeiten eines Wafers innerhalb einer lokalisierten Fläche mit höherer Genauigkeit ermöglichen, als dies typischerweise durch Detektierten mit einem gebräuchlichen Partikelzähler möglich ist. Auch gestatten die Mikrorauhigkeits-Meßmethoden nach der Erfindung eine Echtzeitüberwachung während der Herstellung entsprechender Halbleitergeräte.
In den Zeichnungen und in der Beschreibung sind typische bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung behandelt. Wenngleich spezifische Ausdrücke dabei verwendet wurden, sind sie in ihrem allgemeinen und beschreibenden Sinne, nicht aber beschränkend zu verstehen, derart, daß der Umfang der Erfindung sich aus den anliegenden Ansprüchen ergibt.

Claims

Verfahren zur Messung der Rauhigkeit einer Waferoberfläche mit folgenden Verfahrensschritten: Messen von mindestens einem Teil der Waferoberfläche unter Verwendung eines Partikelzählers zur Erzeugung erster Messungen entsprechend einer Mehrzahl von Punkten auf der Waferoberfläche; Messen einer ausgewählten Fläche der Waferoberfläche, wobei die Fläche einen aus der Mehrzahl von Punkten enthält, unter Verwendung eines Atomarkraftmikroskopes (AFM) zur Erzeugung einer Mirkorauhigkeitsmessung der ausgewählten Fläche, die eine lokalisierte Fläche der mindestens einen Teil der Waferoberfläche bildenden Fläche ist, die unter Verwendung des Partikelzählers gemessen wurde; und Darbieten der ersten Messungen und der Mirkorauhigkeitsmessung als Vermessungsergebnis der Waferoberfläche, der Schritt des Messens der ausgewählten Fläche der Waferoberfläche weiter den Schritt der Bestimmung mindestens eines quadratischen Mittelwertes (RMS) oder eines Maximum-/Minimum-Ausgangswertes (P-V) als Mikrorauhigkeitsmessung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter den Schritt der Formatierung der Mikrorauhigkeitsmessung der ausgewählten Fläche als ein dreidimensionales Bild umfaßt; wobei der Schritt der Darbietung der ersten Messungen und der Mikrorauhigkeitsmessung als Vermessungsergebnis der Waferoberfläche weiter den Schritt der Darbietung des dreidimensionalen Bildes als Meßergebnis der Waferoberfläche umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die mindestens einen Teil der Waferoberfläche bildende Fläche im wesentlichen die Gesamtheit des Teiles der Waferoberfläche bildet, der für die aktiven Bereiche verwendet wird, und wobei der Schritt der Darbietung der ersten Messungen und der Mikrorauhigkeitsmessung als Vermessungsergebnis der Waferoberfläche weiter den Schritt der Darbietung der ersten Messungen als Messung der Mikrorauhigkeit der gesamten Waferoberfläche und der Darbietung des dreidimensionalen Bildes als eine Mikrorauhigkeits-Gleichförmigkeitsmessung der Waferoberfläche umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt der Messung einer ausgewählten Fläche der Waferoberfläche, wobei die Fläche einen der Mehrzahl von Punkten umfaßt, unter Verwendung eines Atomarkraftmikroskopes, auf einen Schritt der Übertragung des einen der Mehrzahl von Punkten von einem ersten Koordinatensystem, das dem Partikelzähler zugeordnet ist, auf die ausgewählte Fläche in einem zweiten Koordinatensystem, das dem Atomarkraftmikroskop zugeordnet ist, folgt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem der Übertragungsschritt folgende Schritte umfaßt: Bestimmen eines Koordinatenwertes in dem ersten Koordinatensystem für den einen der Mehrzahl von Punkten; Identifizieren einer Mehrzahl von zweiten Koordinatenwerten in dem ersten Koordinatensystem zur Umgrenzung einer zweidimensionalen lokalisierten Fläche, welche den ersten Punkt enthält; und Umwandeln der Mehrzahl von zweiten Koordinatenwerten im ersten Koordinatensystem in entsprechende Koordinatenwerte in dem zweiten Koordinatensystem zur Definition der ausgewählten Fläche.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem das erste Koordinatensystem ein X-Y-Koordinatensystem einer Aufnahme des Partikelzählers ist und das zweite Koordinatensystem ein X-Y-Koordinatensystem der Aufnahme des Atomarkraftmikroskops ist.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem der Schritt der Ausmessung mindestens eines Teiles der Waferoberfläche unter Verwendung eines Partikelzählers folgende Schritte umfaßt: Aufstrahlen von Licht auf die Waferoberfläche; Messen des Lichtes, das von der Waferoberfläche zurück gestreut wird und Errechnen eines Schleierpegels oder Störungspegels über die Waferoberfläche hin als die ersten Messungen, basierend auf einer Änderung einer von der Waferoberfläche zurück gestreuten Lichtmenge.
Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem der Schritt der Messung des von der Waferoberfläche gestreuten Lichtes weiter den Schritt der Messung des Lichtes umfaßt, das von einem Dunkelfeldabschnitt vom ausgestrahlten Licht gestreut wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem die ausgewählte Fläche etwa 5 μm mal 5 μm mißt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die mindestens einen Teil der Waferoberfläche bildende Fläche im wesentlichen die Gesamtheit der Waferoberfläche ist.
Verfahren zur Messung der Mikrorauhigkeit einer Waferoberfläche mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereiten einer Schleieraufzeichnung oder Störungsaufzeichnung der Waferoberfläche unter Verwendung eines Partikelzählers mit einer X-Y-Koordinatensystem-Aufnahme; b) Bestimmung eines ersten Koordinatenwertes entsprechend einer Position eines ersten Punktes, der aus der Schleieraufzeichnung oder Störungsaufzeichnung gewählt wurde; c) Bestimmung einer zweidimensionalen lokalisierten Fläche, welche den ersten Punkt enthält; d) Bestimmung einer Mehrzahl von zweiten Koordinatenwerten, welche die lokalisierte Fläche definieren; e) Umwandeln des ersten Koordinatenwertes und der Mehrzahl von zweiten Koordinatenwerten in entsprechende Koordinatenwerte einer X-Y-Koordinatensystem-Aufnahme eines Atomarkraftmikroskops (AFM) durch Koordinatenverknüpfung, wobei die entsprechenden Koordinatenwerte es der X-Y-Koordinatensystem-Aufnahme des Atomarkraftmikroskops gestatten, die zweidimensional lokalisierte Fläche, welche den ersten Punkt enthält, aufzufinden; f) Messen der Mikrorauhigkeit der Waferoberfläche in der zweidimensionalen lokalisierten Fläche, welche den ersten Punkt enthält, unter Verwendung des Atomarkraftmikroskops, basierend auf den entsprechenden Koordinatenwerteingängen zu der X-Y-Koordinatensystem-Aufnahme des Atomarkraftmikroskops; und g) Bestimmen von zumindest einem quadratischen Mittelwert (RMS) oder einem Maximum-/Minimum-Ausgangswert (P-V) der Mikrorauhigkeitsmessung.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem der Schritt des Bereitens einer Schleieraufzeichnung oder Störungsaufzeichnung folgende Schritte umfaßt: Aufstrahlen eines Lichtstrahls auf die Waferoberfläche; Messen des von der Waferoberfläche gestreuten Lichtes; und Errechnen eines Störungspegels oder Schleierpegels über die Waferoberfläche hin, basierend auf einer gemessenen Änderung einer Menge des gestreuten Lichtes zur Erzeugung der Schleieraufzeichnung oder Störungsaufzeichnung.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem der Schritt der Messung des von der Waferoberfläche gestreuten Lichtes weiter den Schritt der Messung des Lichtes umfaßt, das von einem Dunkelfeldabschnitt von dem Lichtstrahl gestreut wird.