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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine
Vorrichtung zum Auswerten eines Datensatzes, der geeignet ist, ein
Bild einer strukturierten Halbleiter-Oberfläche wiederzugeben.
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Bei
der Herstellung von Halbleiterbauelementen wie beispielsweise DRAM-Speicherbausteinen
("Dynamic Random
Access Memory",
dynamischer Schreib-Lese-Speicher mit wahlfreiem Zugriff), logischen
Schaltungen, optoelektronischen Bauelementen oder MEMS ("Micro-Electro-Mechanical-Systems", mikroelektromechanische
Systeme) werden die zugehörigen
integrierten Schaltungen zunächst
auf Waferebene prozessiert. Nach Beendigung der Fertigungsschritte
wird der Wafer in Chips vereinzelt, die jeweils die entsprechenden
Schaltungen enthalten, und zur Herstellung der Halbleiterbauelemente
in geeignete Gehäuse
verpackt.
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Zur
Herstellung von DRAM-Speicherbausteinen durchläuft der Wafer beispielsweise
eine Vielzahl von Strukturierungsschritten, bei denen unter anderem
Schichten abgeschieden und insbesondere Vertiefungen in die Substratoberfläche geätzt werden.
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7 zeigt
eine beispielhafte Querschnittsansicht durch einen zu einer DRAM-Speicherzelle gehörenden Grabenkondensator
nach Durchführung des
so genannten Single-Sided-Buried-Strap-Ätzschritts.
In 7 ist auf der Oberfläche eines Silizium-Wafers 20 eine
S13N4-Schicht 25 abgeschieden. In
die sich ergebende Oberfläche
ist ein Kondensatorgraben 24 geätzt, an dessen Rand nach Ausbildung
einer unteren Kondensatorelektrode (nicht gezeigt), eines Kondensatordielektrikums 23,
und einer oberen Kondensatorelektrode (nicht gezeigt) jeweils ein
SiO2-Spacer 22 gebildet ist, der
im fertigen Speicherkondensator als Isolationsgraben wirkt. Der
sich ergebende Graben ist mit einer Polysiliziumfüllung 21 gefüllt. Zur
Vorbereitung der Kontaktbereiche zum Anschließen des Speicherkondensators
an den Auswahltransistor wird im Single-Sided-Buried-Strap-Ätzschritt
die Polysiliziumfüllung 21 einseitig
zurückgeätzt, so
dass sich die in 7 gezeigte einseitige Vertiefung
innerhalb des geätzten
Trenchgrabens 24 ergibt.
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Für die Weiterentwicklung
bestehender Prozesse und Produkte sind Metrologie-Verfahren von besonderer
Bedeutung. Durch sie wird beispielsweise nach Durchführung des
Single-Sided-Buried-Strap-Ätzschritts überprüft, ob die
geätzte
Vertiefung die vorgegebene Tiefe und Breite aufweist, ob der Boden
flach geätzt
ist oder Auswölbungen
aufweist. Ferner können
durch Metrologie-Verfahren auftretende Verunreinigungen, wie beispielsweise beim Ätzen nicht
vollständig
entfernte Bereiche aber auch auftretende Schmutzpartikel nachgewiesen werden,
die zu einem Ausfall des Bauelements führen. Weitere Defekte, die
durch Metrologie-Verfahren nachgewiesen werden können, sind insbesondere fehlende
oder deformierte Trenchgräben
oder aber auch Lunker innerhalb der Trenchgräben.
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Die
durch die Metrologie-Verfahren gewonnenen Erkenntnisse dienen einerseits
der Überwachung
der einzelnen Prozessschritte, um sicherzustellen, dass die prozessierten
Strukturen die notwendigen Anforderungen erfüllen, andererseits dienen sie
auch der Prozessoptimierung, da beispielsweise aufgrund der gewonnenen
Erkenntnisse für nachfolgend
zu bearbeitende Wafer die Ätzparameter
verändert
werden können.
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Für die Optimierung
der Prozessparameter ist weiterhin wichtig, Variationen der Qualität der Trenchgräben festzustellen,
die von ihrer Position auf dem Wafer abhängen.
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Ein
häufig
eingesetztes Metrologie-Verfahren ist die Raster-Elektronenmikroskopie (REM). Die 1A und 1B zeigen Ras ter-Elektronenmikroskop-Aufnahmen
der Oberfläche
der in 7 dargestellten
Struktur. Dabei zeigt 1A Aufnahmen
von Trenchgräben,
die als "gut" bewertet werden,
während 1B Aufnahmen von Trenchgräben zeigt,
die als "schlecht" bewertet werden.
Die Auswertung derartiger REM-Bilder kann beispielsweise erfolgen,
indem stichprobenartig Bilder bestimmter Trenchgräben visuell
untersucht werden.
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Einige
Kriterien der visuellen Prüfung
der REM-Bilder werden nachstehend veranschaulicht.
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1C zeigt in ihrem oberen
Bereich eine schematische Darstellung der in dem in 1A gezeigten REM-Bild enthaltenen Draufsicht
auf einen Trenchgraben. Der untere Teil der 1C zeigt die Zuordnung der im oberen
Teil gezeigten Bereiche zu einer schematischen Querschnittsansicht
der vermessenen Struktur entlang der Linie I-I.
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Bezugszeichen 30 bezeichnet
den in 1A gezeigten
weißen
Randbereich des Trenchgrabens. Bezugszeichen 32 bezeichnet
den hellgrauen Bereich innerhalb des Trenchgrabens in 1A und Bezugszeichen 31 bezeichnet
den schwarzen Bereich innerhalb des Trenchgrabens. Der weiße ovale Ringbereich 30 ergibt
sich durch die Rückstreuung der
Elektronen an der Trenchgrabenkante 40, der graue Bereich 32 ergibt
sich aus der Rückstreuung der
Elektronen an dem Absatzbereich 42, und der schwarze Bereich 31 ergibt
sich aus der Rückstreuung
der Elektronen am Boden des Trenchgrabenbereichs 41. Je
größer der
graue Bereich 32 im Vergleich zum schwarzen Bereich 31 desto
größer die horizontale
Ausdehnung des Absatzbereiches 42 im Vergleich zum Bodenbereich 41.
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Wie
aus dem Vergleich von oberem und unterem Bereich von 1C weiterhin deutlich wird, gibt
es keine 1:1-Übertragung
der gezeigten Strukturen im Querschnitt auf das zu analysierende REM-Bild.
Dies muss bei der Auswertung berücksichtigt
werden. Weitere Probleme bei der Auswertung ergeben sich aus der Tatsache,
dass die Qualität
der Ätzung
in letztendlich mehreren Ebenen bewertet werden muss, auf der Ebene
des Trenchgrabenbodens 41 und des Trenchgrabenabsatzes 42. Außerdem ist
die Qualität
der Ätzung
in mehreren Schnittrichtungen, also auch beispielsweise in einer zur
Richtung I-I senkrechten Richtung wichtig für die Bewertung.
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Bei
einer visuellen Auswertung der in 1C dargestellten
Struktur würde
man den Trenchgraben als "gut" bewerten, da das
Verhältnis
der horizontalen Ausdehnung des Bereichs 42 im Vergleich
zur horizontalen Ausdehnung des Bereichs 41 nicht zu groß ist. Darüber hinaus
erstreckt sich der Bereich 31 nicht zu sehr nach rechts,
so dass der Bereich 42 in einem vorgesehenen Winkelbereich
geätzt
worden ist.
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Demgegenüber würde man
die in 1D gezeigte Struktur
als "schlecht" bewerten. Hier zeigt der
obere Teil der 1D die
Draufsicht auf den in dem in 1B gezeigten
REM-Bild enthaltenen Trenchgraben, während der untere Teil der zugeordnete
Querschnitt durch die Struktur entlang der Linie II-II ist.
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Wie
erkennbar ist, ist der Anteil des schwarzen Bereichs 31 zu
klein im Vergleich zum Flächeninhalt
des grauen Bereichs 32. Entsprechend ist die horizontale
Ausdehnung des Bereichs 42 zu groß im Vergleich zur horizontalen
Ausdehnung des Bereichs 41. Andererseits erstreckt sich
der auslaufende schwarze Bereich 31 am Rand jeweils zu
weit nach rechts, so dass der Bereich 42 in Draufsicht
in einem zu großen
Winkelbereich geätzt
worden ist.
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Die
visuelle Auswertung ist dahingehend nachteilig, dass einerseits
bei größenordnungsmäßig mehreren
hundert Millionen Trenchgräben
pro Wafer eine unangemessen lange Zeit notwendig ist, um eine visuelle Überprüfung durchzuführen. Weiterhin tritt
das Problem auf, dass eine Quantifizierung des Auswertungsergebnisses
nicht möglich
ist.
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Ein
automatisches Verfahren zur Auswertung betrifft das so genannte
Golden-Image-Verfahren, bei dessen einfachster Ausführung Bilder
benachbarter Bereiche auf einem Wafer miteinander verglichen werden,
um gegebenenfalls auftretende Abweichungen festzustellen. Tritt
eine Abweichung dieser Bilder auf, so muss anschließend eine
visuelle Bewertung der Bilder vorgenommen werden. In diesem Fall
kann nachgeschaltet auch ein nachstehend beschriebenes ADC-Verfahren
durchgeführt
werden.
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Eine
weitere Verfeinerung des Golden-Image-Verfahrens besteht darin,
die Bilder von beispielsweise hunderttausend Trenchgräben zu überlagern
und anschließend
Bilder von Trenchgräben
mit diesem überlagertem
Bild zu vergleichen. Dieses Verfahren ist dahingehend nachteilig,
dass eine sehr lange Anlernphase notwendig ist, bis zuverlässige Ergebnisse
erzielt werden können.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass auch hier kein quantifizierbares
Auswertergebnis erhalten wird.
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Bei
dem ADC-Verfahren (Automatic-Defect-Classification) können innerhalb
eines REM-Bildes auftretende charakteristische Abbilder beispielsweise
einer Verunreinigung oder eines Kratzers aufgrund seiner Form identifiziert
werden. Der entsprechende Trenchgraben wird aufgrund dieser nachgewiesenen
Form entsprechend klassifiziert.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Auswerten eines Datensatzes, der geeignet
ist, ein Bild einer strukturierten Halbleiter-Oberfläche wiederzugeben,
bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Aufgabe gelöst
durch ein Verfahren zum Auswerten eines Datensatzes, der geeignet
ist, ein Bild einer strukturierten Halbleiter-Oberfläche wiederzugeben, wobei das
Bild verschiedene Tönungen
aufweist, die jeweils verschiedenen Bereichen der struk turierten Halbleiter-Oberfläche entsprechen,
mit den Schritten
- (a) den Teilen des Datensatzes,
die verschieden getönte
Bereiche wiedergeben, werden verschiedene Bereiche der strukturierten
Halbleiter-Oberfläche
zugeordnet;
- (b) ein Teil des Datensatzes, der einen zu analysierenden Bereich
wiedergibt, wird ausgewählt, wobei
dieser Teil des Datensatzes eine Vielzahl von Ortskoordinaten mit
zugehörigen,
ausgewählten
Tönungen
umfasst;
- (c) eine Referenzpunkts-Ortskoordinate, die einem Referenzpunkt
des zu analysierenden Bereichs entspricht, wird ermittelt;
- (d) ein Satz Referenzlinien-Ortskoordinaten, die einer durch
en Referenzpunkt verlaufenden Referenzlinie entsprechen, wird ermittelt;
- (e) ein Abstandswert, der dem Abstand des Rands des zu analysierenden
Bereichs unter einem Winkel α vom
Referenzpunkt entspricht, wobei α in
Bezug auf die Referenzlinie gemessen wird, wird bestimmt und mit
einem Vergleichswert verglichen; und
- (f) aus dem Vergleich wird ein Bewertungsergebnis erhalten.
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Ausgangspunkt
für die
vorliegende Erfindung ist somit ein Datensatz mit einer Vielzahl
von Ortskoordinaten, denen jeweils eine Tönung zugeordnet ist. Wird ein
wie in 1A gezeigtes REM-Bild ausgewertet,
so sind die verschiedenen Tönungen
verschiedene Graustufen; je nach Art der auszuwertenden Bilder können es
aber auch verschiedene Farbtöne
sein.
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In
einem ersten Schritt werden den Teilen des Datensatzes, die verschieden
getönte
Bereiche wiedergeben, verschiedene Bereiche der strukturierten Halbleiter-Oberfläche zugeordnet.
Dabei werden beispielsweise benachbarten Ortskoordinaten, die den
Grauwert G des Bereichs 32 aufweisen, der Bereich 32 zugeordnet.
Es ist ebenfalls möglich,
dass benachbarten Ortskoordinaten, die in einem vorgegebenen Grauwertbereich liegen,
ein bestimmter Bereich der Halbleiter-Oberfläche zugeordnet wird.
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Im
nächsten
Schritt wird ein Teil des Datensatzes, der einen zu analysierenden
Bereich wiedergibt, ausgewählt.
Hier kann beispielsweise ein Bereich benachbarter Ortskoordinaten
mit einem vorgegebenen Grauwert oder Grauwertbereich, also auch mehreren
Grauwerten, ausgewählt
werden.
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Als
nächstes
wird eine Referenzpunkt-Ortskoordinate ausgewählt. Diese kann insbesondere
der Schwerpunkt des zu analysierenden Bereichs sein. Die Referenzpunkt-Ortskoordinate
kann auch eine Ortskoordinate außerhalb des zu analysierenden
Bereichs sein. Wenn beispielsweise der weiße Randbereich in 1A analysiert
werden soll, so kann der Schwerpunkt des von ihm eingeschlossen Bereichs
als Referenzpunkt-Ortskoordinate
verwendet werden.
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Anschließend wird
ein Satz Referenzlinien-Ortskoordinaten, die einer durch den Referenzpunkt
verlaufenden Referenzlinie entsprechen, ermittelt. Diese kann insbesondere
eine Mittellinie sein, die den zu analysierenden Bereich in zwei
flächengleiche
Hälften
teilt.
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Nachfolgend
wird ein Abstandswert, der dem Abstand des Rands des zu analysierenden
Bereichs unter einem Winkel α vom
Referenzpunkt entspricht, wobei α in
Bezug auf die Referenzlinie gemessen wird, bestimmt und mit einem
Vergleichswert verglichen.
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Dabei
wird der Abstand einer Grenze des zu analysierenden Bereichs von
dem Referenzpunkt ermittelt. Wenn der Referenzpunkt innerhalb des
zu analysierenden Bereichs liegt, dann hat die Grenze die Ortskoordinate
der am weitesten von dem Referenzpunkt entfernten Position innerhalb
des zu analysierenden Bereichs.
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Wenn
der Referenzpunkt außerhalb
des zu analysierenden Bereichs liegt, dann gibt es zu jedem Winkel
zwei Grenzen, eine erste mit einer Ortskoordinate der am wenigsten
weit von dem Referenzpunkt entfernten Position innerhalb des zu
analysierenden Bereichs, und eine zweite mit einer Ortskoordinate
der am weitesten von dem Referenzpunkt entfernten Position innerhalb
des zu analysierenden Bereichs.
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Wenn
unter dem vorgegebenen Winkel α keine
Grenze vorliegt, weil sich der zu analysierende Bereich nicht zu
diesem Winkel erstreckt, dann wird festgestellt, dass in einem bestimmten
Abstandsbereich kein Pixel mit dem vorgegebenen Tönungswert vorliegt,
und beispielsweise der Abstandswert "0" zugeordnet.
In diesem Fall ist es interessant, den Winkel zu bestimmen, bis
zu dem sich der zu analysierende Bereich erstreckt, also den Winkel,
unter dem noch ein Pixel mit dem vorgegebenen Tönungswert auftritt, während unter
einem etwas größeren oder kleineren
Winkel kein Pixel mit dem vorgegebenen Tönungswert mehr auftritt.
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Schließlich wird
aus dem Vergleich ein Bewertungsergebnis erhalten. Dieses kann messbar sein,
indem beispielsweise eine prozentuale Abweichung oder eine Punktzahl
zugeordnet wird.
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Die
vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren zum automatischen,
quantitativen Auswerten von Bilddaten bereit.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann automatisch erfolgen und beispielsweise parallel zu der Bildaufnahme
durchgeführt
werden. Entsprechend kann die erforderliche Zeitdauer für die Analyse
entscheidend verkürzt
werden, und es wird ein objektives Kriterium zur Bewertung der Bilder
erhalten.
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Dabei
kann der Schritt (d) für
beliebige Winkel wiederholt werden, so dass der Abstandswert in allen
relevanten Richtungen bestimmt werden kann.
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Wenn
die Referenzlinie eine Mittellinie des zu analysierenden Bereichs
ist, kann insbesondere der Winkel α 90° betragen, und das Verfahren
kann für
beliebige Positionen auf der Mittellinie wiederholt werden. Dies
ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn länglich ausgedehnte Bereiche
analysiert werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass der Vergleichswert ein Abstandswert ist, der dem Abstand des
Rands des zu analysierenden Bereichs unter einem Winkel 360°-α vom Referenzpunkt
entspricht. In diesem Fall wird insbesondere die Punktsymmetrie
des Bereichs in Bezug auf den Referenzpunkt untersucht.
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Der
Vergleichswert kann auch ein Wert sein, der aus einer Mittelung über unter
demselben Winkel gemessenen Abstandswerten bei mehreren gleichartigen
Strukturen gewonnen worden ist.
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Weiterhin
kann der Vergleichswert aus einer zugehörigen Konstruktionszeichnung
berechnet worden sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann auch die Schritte
- (g) die Fläche des
zu analysierenden Bereichs wird ermittelt;
- (h) die Fläche
wird mit einem Flächen-Vergleichswert
verglichen; und
- (i) aus dem Vergleich wird ein Flächen-Bewertungsergebnis erhalten,
umfassen,
wobei die Schritte (g) bis (i) entweder in Kombination mit den Schritten
(a) und (b) wie vorstehend beschrieben oder in Kombination mit den Schritten
(a) bis (f) wie vorstehend beschrieben ausgeführt werden können.
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Dadurch
wird ein besonders einfaches Verfahren zur Bewertung der zu untersuchenden
Strukturen bereitgestellt.
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Dabei
kann der Flächen-Vergleichswert
ein Wert sein, der aus einer Mittelung über ermittelte Flächen bei
mehreren gleich artigen Strukturen gewonnen worden ist. Der Flächen-Vergleichswert kann auch
aus einer zugehörigen
Konstruktionszeichnung berechnet worden sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann darüber
hinaus die Schritte
- (j) eine Anpassungskurve,
die geeignet ist, die Grenzen des zu analysierenden Bereich entsprechend
einem theoretischen Modell zu beschreiben, wird rechnerisch ermittelt;
- (k) die Anpassungskurve wird mit einer Vergleichskurve verglichen;
und
- (l) aus dem Vergleich wird ein Anpassungs-Bewertungsergebnis
erhalten,
umfassen, die entweder nach Schritt (f) oder
nach Schritt (i) oder aber auch nach Schritt (b) wie vorstehend
erläutert
durchgeführt
werden können.
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Anders
gesagt, kann durch die in 1A gezeigten
Bereiche eine Ellipse gelegt werden, die möglichst gut mit der jeweils
dargestellten Ellipse übereinstimmt,
das heißt,
bei der eine minimale Abweichung von ermittelter Ellipse und realen
Grenzen der jeweiligen Bereiche auftritt. Dadurch wird eine Anpassungskurve
ermittelt, die mit einer Vergleichskurve verglichen werden kann.
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Dabei
kann die Vergleichskurve eine Kurve sein, die aus einer Mittelung über Anpassungskurven bei
mehreren gleichartigen Strukturen gewonnen worden ist. Die Vergleichskurve
kann auch eine Kurve sein, die aus einer Mittelung über gemessene Grenzen
bei mehreren gleichartigen Strukturen gewonnen worden ist, und/oder
aus einer zugehörigen Konstruktionszeichnung
berechnet worden sein.
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Die
vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren bereit, mit dem
bestimmte Parameter des Bildes der strukturierten Halbleiter-Oberfläche mit entsprechenden
Parametern einer Vergleichsstruktur verglichen werden, um somit
die Qualität
der erzeugten Halbleiterstruktur quantitativ zu bewerten.
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Durch
das Verfahren, bei dem die Ausdehnung des zu analysierenden Bereichs
unter verschiedenen Winkeln bestimmt und mit Vergleichswerten verglichen
wird, werden Informationen gewonnen, inwieweit die Struktur in einem
Querschnitt an dem Trenchboden oder Trenchabsatz mit der Vergleichsstruktur übereinstimmt.
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Durch
das Verfahren, bei dem der Flächeninhalt
des zu analysierenden Bereichs bestimmt und mit einem Vergleichswert
verglichen wird, wird überprüft, inwieweit
die horizontale Ausdehnung des entsprechenden Bereichs mit dem der
Vergleichsstruktur übereinstimmt.
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Durch
das Verfahren, bei dem eine Anpassungskurve, die geeignet ist, die
Grenzen des zu analysierenden Bereichs entsprechend einem theoretischen
Modell zu beschreiben, berechnet wird und mit einer Vergleichskurve
verglichen wird, werden weitere Informationen gewonnen, inwieweit
die Struktur in einem Querschnitt an dem Trenchboden oder Trenchabsatz
mit der Vergleichsstruktur übereinstimmt.
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Durch
eine Kombination der Verfahren lässt sich
die Übereinstimmung
der erzeugten Struktur mit einer Vergleichsstruktur besonders gut
quantitativ erfassen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
umfasst somit mehrere Schritte zum Vergleichen. Durch Zusammenfassen
der jeweiligen Vergleichsergebnisse, das heißt dem Abstands-Bewertungsergebnis,
dem Flächen-Bewertungsergebnis
und dem Anpassungs-Bewertungsergebnis
kann, gegebenenfalls nach einer vorgenommenen Gewichtung, ein quantitatives
Gesamtergebnis der Auswertung erhalten werden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt darüber
hinaus eine Vorrichtung zum Auswerten eines Datensatzes nach Anspruch
32, 35 und 37 bereit.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1A–1D REM-Bilder
und deren Zuordnung;
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2 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer
zweiten und dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4A–4C eine
weitere Anwendungsmöglichkeit
der vorliegenden Erfindung;
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5A–5C eine
weitere Anwendungsmöglichkeit
der vorliegenden Erfindung;
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6A und 6B eine
schematische Darstellung eines Rasterelektronenmikroskops mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
bzw. einen Wafer; und
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7 eine
Querschnittsansicht durch ein zu vermessendes Profil.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Auswerten der Bilddaten wird nachfolgend erläutert werden. Aus Gründen einer
besseren Verständlichkeit wird
die Analyse anhand der mit einem Rasterelektronenmikroskop erzeugten
Bilder wie in den 1A und 1B dargestellt,
erläutert
werden. Zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden jedoch selbstverständlich
die entsprechenden Bilddaten verarbeitet.
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2 veranschaulicht
schematisch die in 1A gezeigten Trenchgraben-Strukturen.
Der Bereich 32 entspricht in etwa dem Absatzbereich 42 von 1C,
und der Bereich 31 entspricht in etwa dem Trenchgrabenbodenbereich
in 1C. Zur Bewertung der Qualität des geätzten Bereichs wird zunächst der
Bereich 31 analysiert.
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Ausgangspunkt
für die
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind Bilddaten, die beispielsweise in der in 6 gezeigten
Speichereinrichtung 12 gespeichert sind. Die Bilddaten
enthalten beispielsweise für
jedes Bildelement die Ortskoordinate (X,Y) sowie einen Tönungswert,
beispielsweise einen Wert, der einer der 256 Graustufen entspricht.
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Einem
Teil der Bilddaten mit einem bestimmten Ortskoordinatenbereich,
der beispielsweise die Graustufe "hellgrau" aufweist, wird der Bereich 32 zugeordnet,
einem anderen Teil der Bilddaten mit einem bestimmten Ortskoordinatenbereich,
der die Graustufe "schwarz" aufweist, wird der
Bereich 31 zugeordnet, und einem weiteren Teil der Bilddaten
mit einem bestimmten Ortskoordinatenbereich, der die Graustufen "weiß" und "weißgrau" aufweist, wird der Bereich 30 zugeordnet.
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Anschließend wird
der Teil der Bilddaten, denen der Bereich 31 zugeordnet
ist, als zu analysierender Bereich ausgewählt, und der Abstand der Grenzen
von einem Referenzpunkt wird unter verschiedenen Winkeln untersucht
und mit entsprechenden Vergleichswerten verglichen.
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Dazu
werden zunächst
eine Referenzlinie sowie ein Referenzpunkt bestimmt. Als Referenzpunkt
wird im vorliegenden Fall der Schwerpunkt 33 des von dem
ovalen Bereich 30 umschlossenen Bereich, der sich aus einer
Verbindung der Bereiche 31 und 32 ergibt, gewählt. Als
Referenzlinie wird eine Mittelli nie 35 dieses Bereichs
gewählt,
die den verbundenen Bereich in zwei flächengleiche Hälften aufteilt.
Nachfolgend wird eine Hilfslinie (nicht dargestellt) konstruiert,
die die Mittellinie 35 unter einem rechten Winkel schneidet
und den oberhalb und unterhalb der Hilfslinie liegenden Bereich
der vereinigten Flächen 31 und 32 halbiert.
Am Schnittpunkt zwischen Mittellinie 35 und der Hilfslinie
befindet sich der Schwerpunkt 33.
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Anschließend wird
eine Analyse des Bereichs 31 unter verschiedenen Winkeln α durchgeführt. α ist dabei
der Winkel zwischen einer Referenzlinie 35, die zweckmäßigerweise
die Mittellinie ist, und einer Richtung, entlang derer der Abstand
der Grenze des Gebiets 31 zum Schwerpunkt 33 bestimmt
wird. Genauer gesagt wird ein Abstand zwischen dem Schwerpunkt 33 und
einem Endpunkt des Gebiets 31 unter dem Winkel α bestimmt.
Sodann wird dieser Abstandswert mit einem Vergleichswert verglichen.
In einem einfachsten Fall kann der Vergleichswert der Abstand unter
dem Winkel 360° – α sein. In
diesem Fall wird also die Symmetrie des Bereichs 31 bzw. 32 bezüglich der
Mittellinie 35 untersucht.
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Der
Vergleichswert kann aber auch ein Wert sein, der aus der Überlagerung
einer Vielzahl von anderen Trenchgräben gemessenen Werten ermittelt worden
ist. Weiterhin kann der Vergleichswert auch ein Wert sein, der aus
einer Konstruktionszeichnung ermittelt worden ist.
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Beispielsweise
lässt sich
mit Hilfe der beschriebenen Winkelanalyse ein Winkel bestimmen, bis
zu dem sich in 2 der Bereich 31 nach
oben erstreckt. Üblicherweise
ist beispielsweise vorgesehen, dass sich der Bereich 31 bis
zu dem Winkel α = 90°, bezogen
auf die Mittellinie, erstreckt, wobei Abweichungen um ±5° noch tolerierbar
sind. Mit Hilfe der beschriebenen Winkelanalyse lässt sich
nun ermitteln, ob der geätzte
Single-Sided-Buried-Strap diese Anforderung erfüllt.
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Dazu
wird letztendlich das am weitesten oben liegende Pixel des Bereichs 31 ermittelt.
Genauer gesagt, wird ein Winkel ermittelt, bei dem es noch ein Bildelement
mit der Graustufe "schwarz" gibt, während es
zu einem geringfügig
kleinerem Winkel kein Bildelement mit der Graustufe "schwarz" mehr gibt, wobei
der Winkel in Bezug auf die vom Schwerpunkt nach oben verlaufende
Mittellinie gemessen wird.
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Die
beschriebene Messung kann für
verschiedene Winkel durchgeführt
werden, wobei die Übereinstimmung
der gemessenen Werte mit den jeweiligen Vergleichswerten quantitativ
erfasst werden kann, indem beispielsweise eine Punktzahl vergeben wird.
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Das
beschriebene Analyseverfahren ermöglicht eine Analyse der geätzten Bereiche
in einem Querschnitt parallel zum Trenchgrabenabsatz bzw. Trenchgrabenboden
auf Höhe
des Trenchgrabenbodens bzw. Trenchgrabenabsatzes. Dabei wird, da das
Verfahren auf einem Vergleich mit einer Referenzstruktur beruht,
insbesondere überprüft, inwieweit
die geätzte
Struktur mit der Referenzstruktur übereinstimmt.
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Je
nach Anforderung können
weitere Analyseverfahren durchgeführt werden. Ein weiteres Analyseverfahren
betrifft die Berechnung des Flächeninhalts
beispielsweise des Bereichs 31, wie in 3 dargestellt.
Dazu werden die Bildelemente, die den Graustufenwert des Bereichs 31 aufweisen,
addiert bzw. die entsprechenden Ortskoordinaten mit dem entsprechenden
Graustufenwert werden aufintegriert. Auch dieser Wert wird mit einem
Vergleichswert verglichen, der beispielsweise ein Wert sein kann,
der aus der Überlagerung
vieler Messungen gewonnen wurde oder aber aus einer Konstruktionszeichnung
berechnet wurde. Die Übereinstimmung des
gemessenen Wertes mit dem Vergleichswert kann hier auch wieder quantitativ
erfasst werden, indem beispielsweise eine Punktzahl vergeben wird.
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Durch
die Bestimmung des Flächeninhalts lässt sich
jeweils die Fläche
der geätzten
Strukturen in verschiedenen Tiefen mit einem Referenzwert vergleichen.
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Gemäß einem
weiteren erfindungsgemäßen Analyseverfahren
wird eine Anpassungskurve rechnerisch ermittelt, die geeignet ist,
beispielsweise die aneinander gefügten Bereiche 31 und 32 bzw.
nur den Bereich 31 entsprechend einem theoretischen Modell
zu beschreiben. Um die Bereiche 31 und 32 wird
beispielsweise eine Anpassungskurve 34a gelegt, die einer
Ellipse entspricht. Die Ellipse wird dabei derart ermittelt, dass
sie den Bereich 31 und 32 möglichst gut beschreibt und
eine möglichst
geringe Abweichung der realen Grenzen der Bereiche 31 und 32 von
der Anpassungskurve 34a auftritt. Die Berechnung der Anpassungskurve
erfolgt dabei nach bekannten Verfahren.
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Weiterhin
wird eine Anpassungskurve 34b rechnerisch ermittelt, die
mit dem Abschluss des Bereichs 31 nach oben, das heißt, der
Grenzfläche
zwischen 31 und 32 möglichst gut übereinstimmt.
Auch die Berechnung dieser Anpassungskurve erfolgt nach bekannten
Verfahren.
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Anschließend werden
die ermittelten Anpassungskurven 34a, 34b mit
Vergleichskurven verglichen. Diese Vergleichskurven können beispielsweise wieder
durch die Überlagerung
von Anpassungskurven, die für
eine Vielzahl von geätzten
Trenchgräben nach
prinzipiell demselben Verfahren ermittelt wurden, verglichen werden.
Alternativ kann die ermittelte Anpassungskurve auch mit einer aufgrund
der Konstruktionszeichnung ermittelten Vergleichskurve verglichen
werden.
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Auch
die Übereinstimmung
der ermittelten Anpassungskurve mit einer Vergleichskurve kann quantitativ
erfasst werden, indem beispielsweise eine Punktzahl entsprechend
der Bewertung vergeben wird. Durch die Ermittlung der Anpassungskurve lässt sich
aus den REM-Bildern bestimmen, inwieweit die tatsächlich geätzte Struktur
in verschiedenen Querschnitten auf Höhe des Trenchgrabenbodens bzw.
Trenchgrabenabsatzes mit einer Referenzstruktur übereinstimmt.
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Zum
Abschluss der Analyse der Daten werden die für die jeweiligen Verfahren
ermittelten Punktzahlen mit geeigneter Gewichtung addiert, so dass ein
quantitatives Ergebnis der Auswertung erhalten wird. Dieses Ergebnis
kann dann in Abhängigkeit
der Ortskoordinate auf dem Wafer ein- oder zweidimensional aufgetragen
werden.
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Es
ist natürlich
auch möglich,
dass bei einer besonders großen
Abweichung bei einem einzelnen Analyseverfahren ein gesondertes
Bewertungsergebnis erhalten wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die vorstehend beschriebenen Verfahren einzeln oder aber auch
in beliebiger Kombination ausgeführt
werden können.
Ferner können
zur Bewertung des geätzten
Single sided buried straps beispielsweise der Bereich 31 mit
der beschriebenen Winkelanalyse untersucht werden, während der
Flächeninhalt
des Bereichs 32 bestimmt und mit einem Vergleichswert verglichen
wird, und die Anpassungskurven werden für jeweils den Bereich 31 und
den mit dem Bereich 32 verbundenen Bereich 31 ermittelt.
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Durch
eine Kombination der Analyseverfahren wird es somit möglich, auch
komplexere Strukturen mit charakteristischen Merkmalen in verschiedenen
Ebenen zu analysieren.
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4 veranschaulicht eine weitere beispielhafte
Struktur, die mit den erfindungsgemäßen Verfahren bewertet werden
kann. In 4A ist eine Vielzahl von oval
ausgebildeten Strukturen 36 mit einer vorgegebenen Ausdehnung
in X-Richtung und einer vorgegebenen Ausdehnung in Y-Richtung dargestellt.
Die Bereiche 36 können
beispielsweise den mit einem isolierenden Material gefüllten Bereichen
nach einer STI-Ätzung
entsprechen.
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Der
linke Teil der 4B veranschaulicht eine Vergleichsstruktur 38,
die beispielsweise aus der Konstruktionszeichnung oder einer Mittelung über eine
Vielzahl von Einzelmessungen gewonnen wurde, während der rechte Teil der 4B eine
beispielhafte zu vermessende Struktur 36 zeigt. Zur Vermessung
der Struktur 36 wird wieder eine Referenzlinie ermittelt,
die beispielsweise die Mittellinie 35 sein kann. Diese
ist derart angeordnet, dass sie die Struktur 36 in zwei
flächengleiche
Hälften
teilt.
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Weiterhin
wird wiederum ein Referenzpunkt ermittelt, der beispielsweise der
Schwerpunkt 33 der Struktur sein kann und nach demselben
Verfahren wie dem unter Bezugnahme auf die 2 beschriebenen
Verfahren ermittelt wird. Anschließend wird eine Winkelanalyse
analog zu dem unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen
Verfahren durchgeführt. Als
Vergleichswerte können
dabei jeweils die Werte verwendet werden, die anhand der Struktur 38 ermittelt
wurden.
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Weiterhin
kann die Ausdehnung in X-Richtung und Y-Richtung ermittelt werden.
Dieser Wert kann dann jeweils mit dem Vergleichswert verglichen werden.
Nachfolgend wird der Flächeninhalt
der Struktur 36 ermittelt und mit einem Vergleichswert verglichen.
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Darauf
folgend kann, wie in 4C angedeutet, eine Anpassungskurve 34 ermittelt
werden, die den Bereich 36 wiedergibt. Das Berechnen der Anpassungskurve
kann wiederum nach prinzipiell bekannten Verfahren erfolgen. Anschließend wird
die ermittelte Anpassungskurve mit einer Vergleichskurve verglichen.
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5 zeigt eine weitere zu vermessende Struktur 37,
die in diesem Fall eine Anordnung von länglich ausgedehnten Streifen
umfasst. 5B bzw. 5C zeigt
mögliche
reale Ausgestaltungen dieser länglichen
Streifen 37. Zur Analyse der Bilddaten, die den in 5A dargestellten
Bereich 37 wiedergeben, wird eine Winkelanalyse an verschiedenen
Referenzpunkten auf einer Referenzlinie, die die Mittellinie 35 sein
kann, unter beispielsweise einem festen Winkel durchgeführt. Zunächst wird
also zur Durchführung
des in 5B dargestellten Verfahrens
eine Mittellinie 35 ermittelt, die an einer Position liegt,
so dass sie den zu analysierenden Bereich in zwei flächengleiche
Hälften
aufteilt.
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Sodann
wird an verschiedenen Positionen auf der Mittellinie 35 die
Ausdehnung des Bereichs 37 unter einem bestimmten Winkel α durchgeführt. Insbesondere
kann der Winkel α 90° betragen.
Der ermittelte Abstand wird mit einem Vergleichswert verglichen,
der beispielsweise den Abstandswert in entgegengesetzter Richtung
entspricht. Dadurch wird eine Symmetrie der Struktur 37 analysiert.
Ergibt die Auswertung, dass die Struktur bezüglich der ermittelten Linie 35 stark
asymmetrisch ist, so ist möglicherweise
eine Verlagerung der Linie 35 in der Weise vorzunehmen,
dass eine größtmögliche Symmetrie
auftritt.
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Als
Nächstes
wird, wie in 5C angedeutet, eine Anpassungskurve
ermittelt, die die Streifen 37 möglichst genau wiedergibt. Genauer
gesagt werden Streifen rechnerisch ermittelt, die einen möglichst
guten Überlagerungsgrad
mit den Streifen 37 aufweisen. Die rechnerisch ermittelten
Anpassungsstreifen 34 werden mit Vergleichsstreifen verglichen. Diese
Vergleichsstreifen können
aus einer Überlagerung
von vielen analogen Strukturen ermittelt werden oder aber auch aus
einer Konstruktionszeichnung ermittelt werden.
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Analog
zu den vorstehend beschriebenen Verfahren kann auch für die unter
Bezugnahme auf die 5 beschriebenen
Verfahren für
jedes Einzelverfahren eine Punktzahl vergeben, so dass eine quantitative
Bewertung der Qualität
der erzeugten Strukturen 37 ermöglicht wird.
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Die
unter Bezugnahme auf die in 5 beschriebenen
Auswerteverfahren können
bei allen streifenartigen Strukturen, beispielsweise nach dem Ätzen des
aktiven Bereichs oder nach Durchführung der Gate-Oxidation durchgeführt werden.
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6A veranschaulicht
schematisch den Aufbau eines Rasterelektronenmikroskops mit einer Bildbearbeitungseinrichtung,
die für
die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet ist.
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In 6A bezeichnet
Bezugszeichen 1 eine Elektronenstrahlquelle zum Erzeugen
eines Elektronenstrahls 2, der durch eine Ablenkeinrichtung 3 in XY-Richtung
abgelenkt wird, Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Objektivlinse
zum Bündeln
des Elektronenstrahls 2 auf das zu untersuchende Substrat.
Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Probenkammer, in der ein
zu untersuchender Wafer 5 auf einem in XY-Richtung bewegbaren
Probenhalter bzw. Objektträger 6 gehalten
wird. Ein von dem Wafer 5 reflektierter Elektronenstrahl
bzw. Sekundärelektronenstrahl 7 wird
durch eine ExB-Ablenkeinrichtung 9 abgelenkt und auf einen
Detektor 10 gelenkt, in dem er nachgewiesen und gegebenenfalls
verstärkt
wird. Das erzeugte Signal wird in einem A/D-Wandler 11 in ein digitales
Signal, das beispielsweise einer der 256 Graustufen entspricht,
wie sie beispielsweise in den 1A und 1B dargestellt
ist, entspricht, umgewandelt und zusammen mit den entsprechenden Ortskoordinaten
in einer Speichereinrichtung 12 gespeichert.
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Für die Funktionsweise
der vorliegenden Erfindung ist es unwichtig, auf welche Art die
in der Speichereinrichtung 12 gespeicherten Bilddaten gewonnen
wurden. Die Bilddaten können
auch durch Scannen einer Aufnahme mit verschiedenen Tönungen,
beispielsweise eines REM-Bildes erzeugt werden.
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In
der Bildbearbeitungseinrichtung 13 werden sodann die gespeicherten
Bilddaten verarbeitet. Die Bearbeitung der gespeicherten Bilddaten
kann parallel zu dem Abtastvorgang, bei dem der Wafer 5 mit
dem Elektronenstrahl 2 abgetastet wird, erfolgen.
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Genauer
gesagt umfasst die Bildbearbeitungseinrichtung eine Zuordnungseinrichtung 13a, die
geeignet ist, den Teilen des Datensatzes, die verschieden getönte Bereich
wiedergeben, verschiedene Bereiche der strukturierten Halbleiter-Oberfläche zuzuordnen.
Dies kann eine Art Register sein, in dem beispielsweise einem bestimmten
Grauwert, zum Beispiel "schwarz", innerhalb eines
bestimmten Ortskoordinatenbereichs ein bestimmter Bereich, zum Beispiel "31" zugeordnet ist.
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Die
Bildbearbeitungseinrichtung umfasst ferner eine Auswahleinrichtung 13b,
die geeignet ist, einen Teil des Datensatzes, der einen zu analysierenden
Bereich wiedergibt, auszuwählen.
In dem genannten Beispiel würde
die Auswahleinrichtung 13b, beispielsweise nachdem ein
Operateur als zu analysierenden Bereich den Trenchgrabenboden in
eine nicht dargestellte Eingabeeinrichtung eingegeben hat, sämtliche
Bilddaten mit dem Grauwert "schwarz" innerhalb des vorgegebenen
Ortskoordinatenbereichs auswählen.
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Die
Bildbearbeitungseinrichtung umfasst darüber hinaus auch eine Einrichtung 13c,
die geeignet ist, eine Referenzpunkts-Orskorrdinate, die eine Referenzpunkt
des zu analysierenden Bereichs entspricht, zu ermitteln sowie eine
Einrichtung 13d, die geeignet ist, einen Abstandswert,
der dem Abstand des Rands des zu analysierenden Bereichs unter einem
Winkel α vom
Referenzpunkt entspricht, wobei α in
Bezug auf eine durch den Referenzpunkt verlaufende Hilfslinie gemessen
wird, zu bestimmen und mit einem Vergleichswert zu vergleichen.
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Ferner
umfasst die Bildbearbeitungseinrichtung, zusätzlich zu den Einrichtungen 13a, 13b oder aber 13a bis 13d eine
Einrichtung 13e, die geeignet ist, die Fläche des
zu analysierenden Bereichs zu ermitteln, und eine Einrichtung 13f,
die geeignet ist, die Fläche
mit einem Flächen-Vergleichswert
zu vergleichen
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Darüber hinaus
umfasst die Bildbearbeitungseinrichtung, zusätzlich zu den Einrichtungen 13a, 13b oder
aber 13a bis 13d oder aber 13a, 13b, 13e und 13f eine
Einrichtung 13g, die geeignet ist, eine Anpassungskurve,
die geeignet ist, die Grenzen des zu analysierenden Bereich entsprechend
einem theoretischen Modell zu beschreiben, rechnerisch zu ermitteln,
und eine Einrichtung 13h, die geeignet ist, die Anpassungskurve
mit einer Vergleichskurve zu vergleichen.
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Das
Bewertungsergebnis wird auf einer Ausgabeeinrichtung 14 ausgegeben.
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6B veranschaulicht
schematisch einen Wafer 5 mit bei jedem Abtast-Vorgang
untersuchten Bereichen 15. Bei derzeit verwendeten Rasterelektronenmikroskopen
beträgt
der Flächeninhalt
eines jeden zu untersuchenden Bereichs 15 4 mm2. Üblicherweise
ist ein Rasterelektronenmikroskop derart aufgebaut, dass der Objektträger 6 eine
Bewegung des Wafers in X-Richtung
bewirkt, während
die Ablenkeinrichtung 3 eine Ablenkung des Elektronenstrahls
in Y-Richtung verursacht oder umgekehrt.
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- 1
- Elektronenstrahlquelle
- 2
- Elektronenstrahl
- 3
- Ablenkeinrichtung
- 4
- Objektivlinse
- 5
- Wafer
- 6
- Objektträger
- 7
- Sekundärelektronenstrahl
- 8
- Probenkammer
- 9
- Ablenkeinrichtung
- 10
- Detektor
- 11
- A/D-Wandler
- 12
- Speichereinrichtung
- 13
- Auswertevorrichtung
- 13a–13h
- Komponenten
der Auswertevorrichtung
- 14
- Ausgabeeinrichtung
- 15
- zu
untersuchender Bereich
- 20
- Siliziumsubstrat
- 21
- Polysiliziumfüllung
- 22
- Isolationskragen
- 23
- Speicherdielektrikum
- 24
- Trenchgraben
- 25
- Si3N4-Schicht
- 30
- weißer Bereich
- 31
- schwarzer
Bereich
- 32
- grauer
Bereich
- 33
- Schwerpunkt
- 34a,
b
- Anpassungskurve
- 35
- Mittellinie
- 36
- zu
analysierende Struktur
- 37
- zu
analysierende Struktur
- 38
- Referenz-Struktur
- 39
- Rand
der zu analysierenden Struktur
- 40
- Trenchgrabenkante
- 41
- Trenchgrabenboden
- 42
- Trenchgrabenabsatz
- 43
- Halbleiter-Oberfläche