DE102005014794A1

DE102005014794A1 - Anlage und Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe

Info

Publication number: DE102005014794A1
Application number: DE102005014794A
Authority: DE
Inventors: Quentin De Robillard
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: US20060219902A1; DE102005014794B4; US7351967B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anlage und ein Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe. Mehrere Abtastungen der Halbleiterprobe werden aufgezeichnet. Jede der Abtastungen umfasst eine räumlich aufgelöste Messung einer interessierenden Größe. Mindestens eine Kreuzkorrelation zwischen mindestens zwei der mehreren Abtastungen wird berechnet. Für jede der mehreren Abtastungen wird auf Grundlage der mindestens einen Kreuzkorrelation ein jeweiliger Verschiebungswert berechnet. Die Abtastungen werden miteinander überlagert. Bei der Überlagerung wird jede der Abtastungen um den jeweiligen Verschiebungswert verschoben. Die Verschiebungswerte können dafür ausgelegt sein, eine Drift der Halbleiterprobe, die auftritt, während die Abtastungen aufgezeichnet werden, zu kompensieren. Damit hilft die vorliegende Erfindung, Probleme, die durch die Drift verursacht werden, zu überwinden.

Description

Gebiet der vorliegenden Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Ausbilden integrierter Schaltkreise und insbesondere auf die Prüfung von Halbleiterstrukturen.
Beschreibung des Stands der Technik
Integrierte Schaltkreise umfassen eine große Anzahl einzelner Schaltkreiselemente, wie beispielsweise Transistoren, Kondensatoren und Widerstände, die auf einem Substrat ausgebildet sind. Diese Elemente werden intern durch elektrisch leitfähige Leitungen verbunden, um komplexe Schaltkreise, wie Speichervorrichtungen, Logikbausteine und Mikroprozessoren auszubilden. Die Leistung integrierter Schaltkreise kann verbessert werden, indem die Anzahl von Funktionseinheiten pro Schaltkreis erhöht wird, um ihren Funktionsumfang zu erweitern und/oder indem die Arbeitsgeschwindigkeit der einzelnen Schaltkreiselemente erhöht wird. Eine Verringerung der Strukturgrößen ermöglicht das Ausbilden einer größeren Anzahl von Schaltkreiselementen auf der selben Fläche, wodurch eine Erweiterung des Funktionsumfangs des Schaltkreises ermöglicht wird und außerdem Signalausbreitungszeiten verringert werden. Die Verringerung der Signalausbreitungszeiten ermöglicht eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltkreiselemente. In modernen integrierten Schaltkreisen können Bemessungsvorschriften von ungefähr 90 nm oder weniger verwendet werden.
Das Ausbilden integrierter Schaltkreise umfasst ein Abscheiden einer großen Anzahl von Materialschichten auf einer Halbleiterstruktur. Die Materialschichten werden durch Fotolithografie und Ätzen bemustert, um die Schaltkreiselemente und deren Bestandteile auszubilden.
Da charakteristische Eigenschaften der Materialschichten die Leistung des integrierten Schaltkreises stark beeinflussen können, erfordert das Ausbilden integrierter Schaltkreise mit kleinen Strukturgrößen eine genaue und reproduzierbare Abscheidung von Materialschichten auf einem Halbleitersubstrat. Deshalb wird bei der Entwicklung von Prozes sen für die Abscheidung von Materialschichten ein erheblicher Aufwand getrieben. Die Entwicklung solcher Prozesse erfordert Geräte und Verfahren für die Charakterisierung der abgeschiedenen Materialschichten.
Häufig wird zu diesem Zweck die Elektronenmikroskopie verwendet. Außer zur Aufnahme hochaufgelöster Bilder der Halbleiterstruktur kann die Elektronenmikroskopie auch zum Bestimmen einer chemischen Zusammensetzung der Halbleiterstruktur und der darauf ausgebildeten Materialschichten verwendet werden. Im Folgenden wird ein Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterstruktur nach dem Stand der Technik, das es ermöglicht, die chemische Zusammensetzung einer Materialschicht auf der Halbleiterstruktur zu bestimmen, mit Bezug auf die 1a und 1b beschrieben.

1a zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Ausschnitts einer Halbleiterstruktur 100. Die Halbleiterstruktur 100 umfasst ein Substrat 101. Auf dem Substrat 101 sind eine erste Materialschicht 102, eine zweite Materialschicht 103 und eine dritte Materialschicht 104 ausgebildet. Wie die Fachleute wissen, kann die Halbleiterstruktur 100 ausgebildet werden, indem eines aus einer Vielzahl von bekannten Abscheideverfahren, die eine chemische Dampfabscheidung, eine plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung und/oder eine physikalische Dampfabscheidung umfassen, durchgeführt wird.

Eine Halbleiterprobe 120 (1b), die in Form einer Querschnittsprobe der Halbleiterstruktur 100 bereitgestellt wird, wird vorbereitet. Zu diesem Zweck wird die Halbleiterstruktur entlang Linien 105, 106, die im Wesentlichen parallel zueinander sein können, geschnitten. Eine Richtung der Schnitte, die durch einen Pfeil 121 angedeutet wird, ist zu der Oberfläche des Substrats 101 und der darauf ausgebildeten Materialschichten 102, 103, 104 im Wesentlichen senkrecht. Das Schneiden der Halbleiterstruktur 100 kann mit Hilfe den Fachleuten bekannter mechanischer Frästechniken durchgeführt werden. Nach dem Schneiden kann eine Dicke der Halbleiterprobe 120 mit Hilfe fortgeschrittener Verfahren des Ionenstrahlfräsens und mit Hilfe von Poliertechniken, die den Fachleuten ebenfalls bekannt sind, verringert werden.

1b zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Elektronenmikroskops 130. Das Elektronenmikroskop 130 umfasst eine Elektronenquelle 107, eine Elektronenoptik 109, einen Detektor 110 und einen Probenhalter 121. Diese Bauteile sind in einer Vakuumkammer (nicht gezeigt) bereitgestellt. Die Halbleiterprobe 120 ist an dem Probenhalter 121 befestigt.

Die Elektronenoptik 109 ist dafür ausgelegt, einen Elektronenstrahl 108, der von der Elektronenquelle 107 bereitgestellt wird, auf die Halbleiterprobe 120 zu fokussieren. Der Detektor 110 ist dafür ausgelegt, eine interessierende Größe, beispielsweise einen Energieverlust von Elektronen aus dem Elektronenstrahl 108, die von der Halbleiterprobe 120 gestreut werden, oder eine Wellenlänge von Röntgenstrahlen, die von der Halbleiterprobe 120 infolge der Bestrahlung mit Elektronen erzeugt werden, zu messen. Die Messung der interessierenden Größe kann mit Hilfe den Fachleuten bekannter Verfahren durchgeführt werden.

Die Halbleiterprobe 120 wird mit dem Elektronenstrahl 108 abgetastet. Zu diesem Zweck werden der Elektronenstrahl 108 und die Halbleiterprobe 120 relativ zueinander bewegt. Dies kann dadurch geschehen, dass die Halbleiterprobe 120 mechanisch bewegt wird, oder indem der Elektronenstrahl 108 abgelenkt wird. Wie die Fachleute wissen, kann der Elektronenstrahl 108 durch Anlegen eines elektrischen Felds oder eines Magnetfeldes, das auf die Elektronen im Elektronenstrahl 108 eine Kraft ausübt, abgelenkt werden.

Bei dem Abtastprozess kann der Elektronenstrahl 108 auf mehrere Punkte 112 gerichtet werden, die entlang einer Linie 111, die über die Halbleiterprobe 111 verläuft, liegen. Die Linie 111 kann über Teile des Substrats 111 und der Materialschichten 102, 103, 104, die an einer Schnittfläche der Halbleiterprobe 120 frei liegen, verlaufen. Jedesmal wenn der Elektronenstrahl 108 auf einen der mehreren Punkte 112 auftrifft, wird der Detektor 110 dazu verwendet, die interessierende Größe zu messen. Beispielsweise kann an jedem der Punkte 112 ein Röntgenspektrum oder ein Elektronenenergieverlustspektrum aufgezeichnet werden.

Die interessierende Eigenschaft kann anschließend untersucht werden, um charakteristische Eigenschaften der Halbleiterprobe 120 zu bestimmen. In Beispielen von Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterstruktur nach dem Stand der Technik können aus den ausgezeichneten Röntgenspektren und/oder den aufgezeichneten Elektronenenergieverlust spektren Informationen über eine chemische Zusammensetzung der Halbleiterprobe 120 abgeleitet werden. Dadurch kann man eine Verteilung chemischer Elemente entlang der Linie 111 erhalten, die dann beispielsweise dazu verwendet werden kann, eine Homogenität der Materialschichten 102, 103, 104 und/oder eine Schärfe von Grenzflächen zwischen den Materialschichten 102, 103, 104 zu untersuchen.

Neben der Bewegung der Halbleiterprobe 120 und des Elektronenstrahls 108 relativ zueinander, die beim Abtasten der Halbleiterprobe 120 ausgeführt wird, kann eine zusätzliche Relativbewegung der Halbleiterprobe 120 und des Elektronenstrahls 108, die als "Drift" bezeichnet wird, auftreten, wie in 1b schematisch durch einen Pfeil 113 angedeutet. Die Drift kann durch mechanische Verschiebungen im Elektronenmikroskop 130 verursacht werden, die beispielsweise durch eine thermische Ausdehnung von dessen Bauteilen oder durch eine Relaxation von elastischen Spannungen in Bauteilen des Elektronenmikroskops 130 verursacht werden können. Eine weitere Ursache der Drift können Änderungen statischer elektromagnetischer Felder im Elektronenmikroskop 130 oder dessen Umgebung sein. Solche elektromagnetischen Felder können einen Einfluss auf Bahnen von Elektronen im Elektronenstrahl 108 haben.

Die Drift kann das Abtasten der Halbleiterprobe 120 störend beeinflussen. Dadurch können fehlerhafte Ergebnisse des Abtastprozesses entstehen. Insbesondere kann eine Drift der Halbleiterprobe 120 in der Abtastrichtung fehlerhafte Messungen von Dicken der Materialschichten 102, 103, 104 verursachen. Während eine Drift der Halbleiterprobe in der Abtastrichtung zu große Messwerte von Schichtdicken zur Folge haben kann, kann eine Drift der Halbleiterprobe in einer Richtung, die der Abtastrichtung entgegengesetzt ist, zu kleine Messwerte von Schichtdicken zur Folge haben. Um solche Fehler zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, die Drift durch eine mechanische Bewegung der Halbleiterprobe 120 zu korrigieren. Zu diesem Zweck können Geschwindigkeit und Richtung der Drift bestimmt werden und anschließend kann der Probenhalter 120 in die entgegengesetzte Richtung bewegt werden.

Ein Nachteil des obigen Verfahrens zur Kompensation der Drift ist, dass die Genauigkeit der mechanischen Driftkorrektur begrenzt ist. Außerdem wird die mechanische Driftkorrektur üblicherweise schrittweise nach einer Messung der interessierenden Eigenschaft an mehreren Punkten, beispielsweise nach einer Messung an ungefähr 30 Punkten, durchgeführt. Dabei kann eine Drift, die während der Messung an den mehreren Punkten auftritt, nicht berücksichtigt werden. Somit erhält man lediglich eine teilweise Korrektur der Drift. Folglich kann eine mechanische Driftkorrektur für genaue Messungen unzureichend sein, insbesondere im Fall einer relativ großen Driftrate.

Im Hinblick auf die oben erwähnten Nachteile besteht ein Bedarf nach einem Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterstruktur, das eine genauere Korrektur der Drift ermöglicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe ein Aufzeichnen mehrerer Abtastungen der Halbleiterprobe. Jede der Abtastungen umfasst eine räumlich aufgelöste Messung einer interessierenden Größe. Mindestens eine Kreuzkorrelation zwischen mindestens zwei der mehreren Abtastungen wird berechnet. Für jede der mehreren Abtastungen wird auf Grundlage der mindestens einen Kreuzkorrelation ein jeweiliger Verschiebungswert berechnet. Die Abtastungen werden überlagert. Bei der Überlagerung wird jede der Abtastungen um den jeweiligen Verschiebungswert verschoben.

Gemäß einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe ein Aufzeichnen mehrerer Abtastungen der Halbleiterprobe. Das Aufzeichnen von jeder der Abtastungen umfasst ein Abtasten der Halbleiterstruktur mit einem Elektronenstrahl und eine Messung einer Antwort der Halbleiterstruktur auf den Elektronenstrahl. Mindestens eine Kreuzkorrelation zwischen mindestens zwei der mehreren Abtastungen wird berechnet. Für jede der mehreren Abtastungen wird auf Grundlage der mindestens einen Kreuzkorrelation ein jeweiliger Verschiebungswert bestimmt. Die Abtastungen werden addiert. Bei der Addition wird jede der Abtastungen um den jeweiligen Verschiebungswert verschoben.

Gemäß noch einer weiteren veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Anlage zum Prüfen einer Halbleiterprobe ein Elektronenmikroskop, das dafür ausgelegt ist, mehrere Abtastungen der Halbleiterprobe aufzuzeichnen.

Jede der Abtastungen umfasst eine räumlich aufgelöste Messung einer interessierenden Größe. Ein Analysator ist dafür ausgelegt, mindestens eine Kreuzkorrelation zwischen mindestens zwei der mehreren Abtastungen zu berechnen und für jede der mehreren Abtastungen auf Grundlage der mindestens einen Kreuzkorrelation einen jeweiligen Verschiebungswert zu bestimmen. Ein Überlagerer ist dafür ausgelegt, die Abtastungen zu überlagern. Bei der Überlagerung wird jede der Abtastungen um den jeweiligen Verschiebungswert verschoben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Patentansprüchen definiert und werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlicher, wenn diese mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verwendet wird. Es zeigen:
1a eine schematische Perspektivansicht eines Ausschnitts aus einer Halbleiterstruktur mit mehreren Materialschichten nach dem Stand der Technik;
1b eine schematische Perspektivansicht eines Elektronenmikroskops nach dem Stand der Technik, das für eine Untersuchung von Halbleiterstrukturen ausgelegt ist;
2 eine schematische Perspektivansicht einer Anlage zum Prüfen einer Halbleiterprobe gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ein schematisches Diagramm, das ein Punktraster einer zweidimensionalen Abtastung einer Halbleiterprobe veranschaulicht, die bei einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird; und
4 ein schematisches Diagramm, das Abtastungen einer Halbleiterprobe, die bei einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung
Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf die in der folgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben wird, sollte verstanden werden, dass die folgende ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen veranschaulichenden Ausführungsformen, die offenbart werden, einzuschränken, sondern dass vielmehr die beschriebenen veranschaulichenden Ausführungsformen lediglich Beispiele für die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung, deren Umfang durch die beigefügten Patentansprüche definiert werden, geben.
Die vorliegende Erfindung richtet sich allgemein auf Verfahren und Vorrichtungen zum Prüfen einer Halbleiterstruktur, bei denen eine Drift korrigiert wird, indem mehrere Abtastungen einer Halbleiterstruktur mit einer relativ kurzen Erfassungszeit pro Messpunkt aufgezeichnet werden und anschließend die Abtastungen überlagert werden. Bei der Überlagerung wird jede der Abtastungen um einen Verschiebungswert, der dafür ausgelegt ist, die Drift auszugleichen, verschoben.
Die Erfassungszeit kann so ausgelegt sein, dass Einflüsse der Drift auf die Qualität der einzelnen Abtastungen im Wesentlichen vernachlässigt werden können. Anschließend wird die Verschiebung durch eine Untersuchung der mehreren Abtastungen bestimmt. Zu diesem Zweck kann mindestens eine Kreuzkorrelation zwischen mindestens zwei der mehreren Abtastungen berechnet werden und jeweilige Verschiebungswerte, die für eine Korrektur der Drift ausgelegt sind, können aus der mindestens einen Kreuzkorrelation bestimmt werden. Bei der Überlagerung, die eine Addition der Abtastungen umfassen kann, wird jede der Abtastungen um den jeweiligen Verschiebungswert verschoben. Dadurch können Messungen einer interessierenden Größe, die im Wesentlichen an derselben Stelle auf der Halbleiterprobe gemacht wurden, miteinander überlagert werden.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die 2, 3 und 4 beschrieben.
2 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Anlage 200 zum Prüfen einer Halbleiterprobe 207 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Anlage 200 umfasst ein Elektronenmikroskop 201. Ähnlich wie das oben mit Bezug auf 1b beschriebene Elektronenmikroskop 130 umfasst das Elektronenmikroskop 201 eine Elektronenquelle 203. Eine Elektronenoptik 205 ist dafür ausgelegt, einen Elektronenstrahl 204, der von der Elektronenquelle 203 emittiert wird, auf die Halbleiterprobe 207 zu fokussieren. Die Halbleiterprobe 207 kann eine Querschnittsprobe einer Halbleiterstruktur ähnlich der in 1a gezeigten Halbleiterstruktur 100 umfassen. Insbesondere kann die Halbleiterprobe 207 Teile eines Substrats 208, auf dem eine erste Materialschicht 209, eine zweite Materialschicht 210 und eine dritte Materialschicht 211 ausgebildet sind, umfassen. Die Halbleiterprobe 207 kann in einem Probenhalter 206, der dafür ausgelegt ist, die Halbleiterprobe 207 in einem Fokus der Elektronenoptik 205 zu halten, bereitgestellt werden.
Das Elektronenmikroskop 201 umfasst ferner einen Detektor 218. In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Detektor 218 ein Röntgenspektrometer eines den Fachleuten bekannten Typs umfassen. Das Röntgenspektrometer kann dafür ausgelegt sein, ein Spektrum von Röntgenstrahlen, die von der Halbleiterprobe 207 infolge einer Bestrahlung mit den Elektronen in dem Elektronenstrahl 207 emittiert werden, zu messen. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Detektor 218 einen energieauflösenden Röntgendetektor eines den Fachleuten bekannten Typs, der dafür ausgelegt ist, selektiv eine Intensität von Röntgenstrahlen mit einer Wellenlänge in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich zu messen, umfassen.
In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Detektor 218 einen energieauflösenden Elektronendetektor eines den Fachleuten bekannten Typs umfassen. Der energieauflösende Elektronendetektor kann dafür ausgelegt sein, eine Energieverteilung von Elektronen des Elektronenstrahls 204, die an der Halbleiterstruktur 207 gestreut wurden und/oder Sekundärelektronen, die von der Halbleiterstruktur 207 infolge der Bestrahlung mit den Elektronen des Elektronenstrahls 207 emittiert wurden, zu messen. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der energieauflö sende Elektronendetektor dafür ausgelegt sein, selektiv eine Intensität von Elektronen mit einer Energie in einem vorbestimmten Energiebereich zu messen.
Der Detektor 218 und die Elektronenquelle 203 müssen nicht, wie in 2 gezeigt, auf der selben Seite der Halbleiterprobe 207 angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Detektor 218 auf einer Seite der Halbleiterprobe 207, die der Elektronenquelle 203 und der Elektronenoptik 205 gegenüberliegt, angeordnet sein.
Zusätzlich zu dem Elektronenmikroskop 201 kann die Anlage 200 zum Prüfen einer Halbleiterprobe einen Analysator 202 und eine Steuereinheit 223 umfassen. Der Analysator 202 kann einen Korrelationsrechner 219, einen Verschiebungswertrechner 220, einen Verschieber 221 und einen Überlagerer 222 aufweisen. Die Steuereinheit 223 kann dafür ausgelegt sein, den Analysator 202 und das Elektronenmikroskop 201 zu steuern. In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können der Analysator 202 und die Steuereinheit 223 in Form eines den Fachleuten bekannten Digitalrechners bereitgestellt werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe gemäß der vorliegenden Erfindung, das in manchen Ausführungsformen mit Hilfe der Anlage 200 durchgeführt werden kann, beschrieben. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen der Halbleiterprobe 207 und ein Einsetzen der Halbleiterprobe 207 in den Probenhalter 206.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst die Halbleiterprobe 207 eine Querschnittsprobe einer Halbleiterstruktur ähnlich der in 1a gezeigten Halbleiterstruktur 100. Die Halbleiterprobe 207 kann bereitgestellt werden, indem die Halbleiterstruktur entlang paralleler Linien ähnlich den in 1a gezeigten Linien 105, 106 geschnitten wird, beispielsweise mit Hilfe des den Fachleuten bekannten mechanischen Fräsens. Eine Richtung der Schnitte kann im Wesentlichen senkrecht zu einer in der Halbleiterprobe vorhandenen Materialschicht sein. Nach dem Schneiden kann eine Dicke der Halbleiterprobe 207 verringert werden, beispielsweise mit Hilfe fortgeschrittener Verfahren des Ionenstrahlfräsens und Polierens. Typischerweise kann die Halbleiterprobe eine Dicke im Bereich von ungefähr 30 nm bis ungefähr 120 nm haben.
Anschließend wird die Elektronenquelle 203 eingeschaltet, so dass sie den Elektronenstrahl 204 bereitstellt. Der Elektronenstrahl 204 wird auf einen Punkt 230 auf der Oberfläche der Halbleiterprobe 207 fokussiert. Die Elektronen im Elektronenstrahl 204 treffen auf einen Teil der Halbleiterprobe 207 in der Nähe des Punkts 230 auf und wechselwirken mit der Halbleiterprobe 207.
Wegen der Wechselwirkung zwischen den Elektronen und der Halbleiterprobe 207 kann ein Teil der Elektronen gestreut werden. Zusätzlich kann Energie von den Elektronen in dem Elektronenstrahl 204 auf Elektronen in der Halbleiterprobe 207 übertragen werden. Dadurch können Elektronen aus gebundenen Zuständen in der Halbleiterprobe 207 entfernt werden und die Halbleiterprobe 207 verlassen. Die gebundenen Zustände können anschließend durch andere Elektronen wiederbesetzt werden. Energie, die beim Wiederbesetzen der gebundenen Zustände frei wird, kann in Form von Röntgenstrahlen emittiert werden. Da der Elektronenstrahl 204 auf den Punkt 230 fokussiert ist, finden Wechselwirkungen zwischen den Elektronen des Elektronenstrahls 204 und der Halbleiterprobe 207 im Wesentlichen nur an dem Punkt 230 statt.
Sowohl die Energieverteilung der gestreuten Elektronen und der Sekundärelektronen als auch das Spektrum der Röntgenstrahlen kann Informationen bezüglich einer interessierenden Größe enthalten. Die Energieverteilung der gestreuten Elektronen und der Sekundärelektronen kann Peaks bei bestimmten Elektronenenergien aufweisen. Eine Höhe solcher Peaks kann für eine Konzentration eines bestimmten chemischen Elements und/oder das Vorhandensein einer bestimmten Art chemischer Bindungen am Punkt 230 repräsentativ sein. Entsprechend kann das Röntgenspektrum Peaks bei bestimmten Wellenlängen, die für die Anwesenheit bestimmter chemischer Elemente in der Halbleiterstruktur 207 sind charakteristisch, aufweisen.
Die interessierende Größe kann durch Untersuchungen der gestreuten Elektronen, der Sekundärelektronen und/oder der in der Halbleiterprobe 207 erzeugten Röntgenstrahlen bestimmt werden.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die interessierende Größe eine Anzahl von Elektronen, die vom Punkt 230 empfangen wurden und eine Energie in einem vorbestimmten Bereich haben, umfassen. In Ausführungsformen, in denen der Detektor 218 dafür ausgelegt ist, eine Energieverteilung der gestreuten Elektronen und/oder der Sekundärelektronen zu messen, kann die Anzahl der Elektronen, die eine Energie in dem vorbestimmten Bereich haben, bestimmt werden, indem die gemessene Energieverteilung über den vorbestimmten Energiebereich integriert wird. In anderen Ausführungsformen, in denen der Detektor 218 dafür ausgelegt ist, selektiv eine Intensität von Elektronen mit einer Energie in dem vorbestimmten Bereich zu messen, ist eine solche Integration nicht nötig.
In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die interessierende Größe eine Anzahl von Röntgenphotonen, die von dem Punkt 230 empfangen werden und eine Wellenlänge in einem bestimmten Bereich haben, umfassen. In Ausführungsformen, in denen der Detektor 218 ein Röntgenspektrometer umfasst, kann die interessierende Größe bestimmt werden, indem ein gemessenes Röntgenspektrum über den interessierenden Wellenlängenbereich integriert wird. In anderen Ausführungsformen, in denen der Detektor 218 einen energieauflösenden Röntgendetektor umfasst, der dafür ausgelegt ist, selektiv eine Intensität von Röntgenstrahlen mit einer Wellenlänge in dem vorbestimmten Wellenlängenbereich zu messen, ist eine solche Integration nicht nötig.
In einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die interessierende Größe eine Menge gestreuter Elektronen mit einer Energie in einem Bereich von ungefähr 1,5 keV weniger als der Energie der Elektronen im Elektronenstrahl 204 bis ungefähr 300 keV weniger als der Energie der Elektronen im Elektronenstrahl 204 umfassen. Die Elektronen im Elektronenstrahl 204 können eine Energie von ungefähr 120 keV, von ungefähr 200 keV oder ungefähr 300 keV haben. In einer anderen Ausführungsform kann die interessierende Größe eine Intensität von Röntgenstrahlen mit einer Energie von ungefähr 300 keV oder weniger umfassen. Beispiele für Energiebereiche von Elektronen und Wellenlängen von Röntgenstrahlen, die für eine Konzentration bestimmter chemischer Elemente und/oder ein Auftreten bestimmter Arten chemischer Bindungen repräsentativ sind, sind den Fachleuten bekannt.
Die Halbleiterprobe 207 wird mit dem Elektronenstrahl 204 abgetastet. Das Abtasten der Halbleiterprobe 207 kann von der Steuereinheit 223 gesteuert werden.
Bei dem Abtastprozess wird der Punkt 230, an dem der Elektronenstrahl 204 auf die Halbleiterprobe 207 auftrifft, über die Halbleiterprobe 207 bewegt.
Zu diesem Zweck können der Elektronenstrahl und die Halbleiterprobe 207 relativ zueinander bewegt werden. In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Relativbewegung des Elektronenstrahls 204 und der Halbleiterprobe 207 dadurch bewirkt, dass der Elektronenstrahl 204 mit Hilfe eines elektrischen oder magnetischen Feldes, das in manchen Ausführungsformen mit Hilfe der Elektronenoptik 205 erzeugtwerden kann, abgelenkt wird. In anderen Ausführungsformen kann die Relativbewegung des Elektronenstrahls 204 und der Halbleiterprobe 207 dadurch erreicht werden, dass die Halbleiterprobe mechanisch verschoben wird. Wie die Fachleute wissen, kann eine mechanische Bewegung der Halbleiterprobe 207 bewirkt werden, indem eine elektrische Spannung an piezoelektrische Kristalle (nicht gezeigt), die im Probenhalter 206 bereitgestellt sind angelegt wird, wobei die Halbleiterprobe 207 mit den piezoelektrischen Kristallen verbunden ist.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine eindimensionale Abtastung der Halbleiterprobe 207 durchgeführt. In solchen Ausführungsformen wird der Punkt 230 entlang einer Linie 212 bewegt, die im Wesentlichen senkrecht zu einer oder mehreren Materialschichten 209, 210, 211, die in der Halbleiterprobe 207 ausgebildet sind, sein kann. Während des Abtastprozesses kann die interessierende Größe an mehreren Punkten, die entlang der Linie 212 angeordnet sind, gemessen werden. Dadurch erhält man eine räumlich aufgelöste Messung der interessierenden Größe, die eindimensionale Daten enthält. Eine Auflösung der räumlich aufgelösten Messung wird durch einen Abstand zwischen den Punkten bestimmt.
In anderen Ausführungsformen kann eine zweidimensionale Abtastung durchgeführt werden. 3 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Raster 303 von Punkten veranschaulicht. Eine erste Koordinatenachse 301 und eine zweite Koordinatenachse 302 repräsentieren Positionen auf der Oberfläche der Halbleiterprobe 207. Ein erster Index i nummeriert Spalten der Punkte 303, die entlang der ersten Koordinatenachse 301 angeordnet sind. Ein zweiter Index j nummeriert Zeilen der Punkte 303, die entlang der zweiten Koordinatenachse 302 angeordnet sind. Jeder der Punkte 303 kann durch ein Wertepaar der Indizes i, j gekennzeichnet werden. Beispielsweise ist ein Punkt 304 durch die Indizes i = j = 3 gekennzeichnet.
Während der Abtastung, wird der Punkt 230, an dem der Elektronenstrahl 204 auf die Halbleiterprobe 207 auftrifft, nacheinander zu den Punkten des Rasters 303 bewegt. In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Punkte des Rasters 303 zeilenweise abgetastet werden. Zu diesem Zweck wird der Punkt 230 zuerst nacheinander zu der Zeile von Punkten des Rasters 303 mit dem Index j = 0 bewegt. Anschließend wird der Punkt 230 nacheinander auf Zeilen von Punkten mit zunehmendem Index j gerichtet.
An jedem Punkt der Abtastung kann die interessierende Größe gemessen werden. Dadurch kann man eine räumliche aufgelöste Messung der interessierenden Größe, die zweidimensionale Daten umfasst, erhalten.
In einer speziellen Ausführungsform, in der die interessierende Größe eine Menge von Elektronen in einem bestimmten Energiebereich umfasst, kann der Abtastprozess eine Dauer von ungefähr 200 Sekunden oder weniger, von ungefähr 100 Sekunden oder weniger oder von ungefähr 50 Sekunden oder weniger haben. In einer anderen Ausführungsform, in der die interessierende Größe eine Intensität von Röntgenstrahlen mit einer Wellenlänge in einem bestimmten Wellenlängenbereich umfasst, kann der Abtastprozess eine Dauer von ungefähr 200 Minuten oder weniger, von ungefähr 100 Minuten oder weniger oder von ungefähr 50 Minuten oder weniger haben.
Ähnlich wie in dem oben mit Bezug auf die 1a und 1b beschriebenen Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterstruktur nach dem Stand der Technik kann bei dem Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe gemäß der vorliegenden Erfindung eine Drift auftreten, wie in 2 schematisch durch einen Pfeil 217 angedeutet. In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Geschwindigkeit des Abtastprozesses so ausgelegt sein, dass eine relative Verschiebung des Elektronenstrahls 204 und der Halb leiterprobe 207, die durch die Drift verursacht wird, im Vergleich zur Auflösung der räumlich aufgelösten Messung bei typischen Driftraten vernachlässigt werden kann.
Mehrere Abtastungen der Halbleiterprobe 207 ähnlich dem oben beschriebenen Abtastprozess werden durchgeführt. Bei jeder Abtastung erhält man eine räumlich aufgelöste Messung der interessierenden Größe. Wegen der Drift sind die einzelnen Abtastungen relativ zueinander verschoben.
Im Fall einer eindimensionalen Abtastung, bei der die interessierende Größe an mehreren Punkten, die entlang einer Linie angeordnet sind, gemessen wird, kann die Drift eine Komponente quer zu der Linie haben. Wenn die erste der mehreren Abtastungen entlang der Linie 212 durchgeführt wird, werden aus diesem Grund andere der mehreren Abtastungen entlang der Linien 213, 214, 215, 216, die zu der Linie 212 im Wesentlichen parallel sind, durchgeführt. Zusätzlich kann die Drift eine Komponente parallel zur Richtung der Abtastungen haben.
Wenn die Abtastungen in einer Richtung, die zumindest zu einer der Materialschichten 209, 210, 211 der Halbleiterstruktur 207 im Wesentlichen senkrecht ist, durchgeführt werden, kann die interessierende Größe wegen der unterschiedlichen Zusammensetzung der Materialschichten 209, 210, 211 relativ große Schwankungen in der Richtung der Abtastungen aufweisen. In der Richtung quer zu den Abtastungen können die Schwankungen der interessierenden Größe jedoch deutlich geringer sein. Deshalb kann die Querkomponente der Drift einen relativ kleinen Einfluss auf die bei den einzelnen Abtastungen gemessene interessierende Größe haben.
4 zeigt ein schematisches Diagramm 400, das eindimensionale Abtastungen einer Halbleiterprobe, die in Anwesenheit einer Drift aufgenommen wurden, veranschaulicht. Das Diagramm umfasst eine erste Koordinatenachse 401 und eine zweite Koordinatenachse 402. Die erste Koordinatenachse 401 repräsentiert einen Abstand von einem ersten Punkt jeder der Abtastungen, an dem die räumlich aufgelöste Messung begonnen wurde. Die zweite Koordinatenachse 402 repräsentiert Werte der interessierenden Größe, die bei jeder der Abtastungen gemessen wurden.
Eine erste Kurve 403 veranschaulicht Werte der interessierenden Größe, die bei einer ersten Abtastung gemessen wurde. Die erste Messkurve 403 kann mehrere Peaks 404, 405, 406 umfassen, die Positionen auf der Halbleiterprobe 207, an denen die interessierende Größe relativ große Werte annimmt, repräsentieren. Eine zweite Kurve 407 veranschaulicht Werte der interessierenden Größe, die bei einer zweiten Abtastung gemessen wurden. Ähnlich wie die erste Kurve 403 umfasst die zweite Kurve 407 Peaks 408, 409, 410. Wegen der Komponente der Drift in Richtung der ersten Abtastung und der zweiten Abtastung sind die Peaks 408, 409, 410 relativ zu den Peaks 404, 405, 406 um einen Abstand d verschoben.
Entsprechend sind in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen mehrere zweidimensionale Abtastungen der Halbleiterprobe 207 durchgeführt werden, charakteristische Strukturen der interessierenden Größe auf der Oberfläche der Halbleiterprobe 207 in den einzelnen Abtastungen relativ zueinander verschoben. Die Verschiebung der charakteristischen Strukturen kann sowohl eine Komponente in Richtung der ersten Koordinatenachse 301 als auch eine Komponente in Richtung der zweiten Koordinatenachse 302 haben (3).
Mindestens eine Kreuzkorrelation zwischen mindestens zwei der mehreren Abtastungen wird berechnet. Dies kann mit Hilfe des Korrelationsrechners 219 des Analysators 202 geschehen.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die Abtastungen eindimensionale Daten umfassen, wird bei jeder Abtastung die interessierende Größe an mehreren Punkten, die entlang einer Linie angeordnet sind, gemessen. Im Folgenden bezeichnet f_i den Wert der interessierenden Größe, der an einem i-ten der mehreren Punkte der ersten Abtastung gemessen wurde, während g_j den Wert der interessierenden Größe, der an einem j-ten der mehreren Punkte der zweiten Abtastung gemessen wurde, bezeichnet. Die Indizes i, j nummerieren die Punkte der jeweiligen Abtastungen. i = 0 bezeichnet einen ersten Punkt der ersten Abtastung und i = n – 1 bezeichnet einen letzten Punkt der ersten Abtastung, wobei n die Anzahl der Punkte bei jeder der Abtastungen ist. Entsprechend bezeichnet j = 0 einen ersten Punkt der zweiten Abtastung und j = n – 1 bezeichnet einen letzten Punkt der zweiten Abtastung. Für Werte der Indizes i, j kleiner als Null oder größer als n – 1 können f_i und g_j gleich Null gesetzt werden.
Die Kreuzkorrelation zwischen der ersten Abtastung und einer zweiten Abtastung kann anschließend gemäß
berechnet werden, wobei der Index j sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann. Die Kreuzkorrelation entspricht einer Summe von Produkten der Werte der interessierenden Größe, die bei der ersten und bei der zweiten Abtastung gemessen wurden, wobei die zweite Abtastung um einen Abstand, der von dem Index j bestimmt wird, verschoben ist. Positive Werte des Index j entsprechen einer Verschiebung der zweiten Abtastung in der Richtung vom ersten Punkt der zweiten Abtastung zum letzten Punkt der zweiten Abtastung, während negative Werte des Index j einer Verschiebung der zweiten Abtastung in die entgegengesetzte Richtung entsprechen. j = 0 entspricht überhaupt keiner Verschiebung der ersten Abtastung.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die Abtastungen zweidimensionale Daten umfassen, kann die Kreuzkorrelation zwischen einer ersten der mehreren Abtastungen und einer zweiten der mehreren Abtastungen gemäß
berechnet werden, wobei f_k,l einen Wert der interessierenden Größe, der bei der ersten Abtastung an einem Punkt des Rasters mit einem ersten Index k und einem zweiten Index l gemessen wurde, bezeichnet und g_k+i,l+j einen Wert der interessierenden Größe, der bei der zweiten Abtastung an einem Punkt des Rasters mit einem ersten Index k + i und einem zweiten Index l + j gemessen wurde, bezeichnet. Für Werte von k + i und l + j kleiner als Null oder größer als n – 1 kann g_k+i,l+j gleich Null gesetzt werden. Das Indexpaar (i, j) charakterisiert eine Verschiebung der zweiten Abtastung.
Wie die Fachleute wissen, kann die Kreuzkorrelation mit Hilfe einer schnellen Fouriertransformation effektiv berechnet werden. Alternativ kann die Kreuzkorrelation direkt berechnet werden, indem die Summation nach Gleichung (1) bzw. Gleichung (2) durchgeführt wird.
Die Kreuzkorrelation zwischen der ersten Abtastung und der zweiten Abtastung nimmt große Werte an, wenn die zweite Abtastung so verschoben wird, dass große Werte der interessierenden Größe, die bei der ersten Abtastung gemessen wurden, mit großen Werten der interessierenden Größe, die bei der zweiten Abtastung gemessen wurden, zusammenfallen. Wenn beispielsweise die Werte der interessierenden Größe, die bei einer eindimensionalen Abtastung gemessen wurden, durch die Kurven 403, 407 gegeben sind, nimmt die Kreuzkorrelation bei einem Wert des Index j ein Maximum an, der einer Verschiebung der ersten Abtastung um den Abstand d in die der ersten Koordinatenachse 401 entgegengesetzten Richtung entspricht, so dass die Peaks 404, 408, die Peaks 409, 405 und die Peaks 406, 410 zusammenfallen. Entsprechend nimmt die Kreuzkorrelation zwischen zwei zweidimensionalen Abtastungen große Werte an, wenn die zweite Abtastung um solche Strecken in Richtung der ersten Koordinatenachse 301 bzw. der zweiten Koordinatenachse 302 verschoben wird, dass charakteristische Strukturen der interessierenden Größe in der ersten Abtastung und der zweiten Abtastung zusammenfallen.
Für jede der mehreren Abtastungen wird auf Grundlage der mindestens einen Kreuzkorrelation ein jeweiliger Verschiebungswert berechnet.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen eindimensionale Abtastungen durchgeführt werden, können Kreuzkorrelationen zwischen einer ersten der mehreren Abtastungen und jeder anderen der mehreren Abtastungen berechnet werden. Anschließend wird mit Hilfe den Fachleuten bekannter numerischer Verfahren für jede Kreuzkorrelation ein Wert des Index j, der die jeweilige Kreuzkorrelation maximiert, berechnet. Anschließend erhält die erste Abtastung einen Verschiebungswert Null. Jede der anderen Abtastungen erhält einen Verschiebungswert j_k, der dem Wert des Index j entspricht, der die Korrelation zwischen der ersten Abtastung und der jeweiligen Abtastung maximiert.
In anderen Ausführungsformen, in denen eindimensionale Abtastungen durchgeführt werden, wird eine Kreuzkorrelation zwischen der ersten der mehreren Abtastungen und der letzten der mehreren Abtastungen berechnet. Anschließend wird ein Wert j_max des Index j, der die Kreuzkorrelation maximiert, mit Hilfe den Fachleuten bekannter numerischer Verfahren berechnet. Daraufhin erhält die erste Abtastung einen Verschiebungswert Null und die letzte Abtastung erhält einen Verschiebungswert j_max. Um Verschiebungswerte für die anderen Abtastungen zu bestimmen, kann eine Interpolation zwischen dem Verschiebungswert Null und dem Verschiebungswert j_max durchgeführt werden. Die Interpolation kann eine lineare Interpolation sein, bei der der Verschiebungswert für eine k-te der Abtastungen gemäß
bestimmt werden kann, wobei N die Anzahl der durchgeführten Abtastungen ist und round(x) einen gerundeten Wert einer Zahl x bezeichnet.
Eine lineare Interpolation zwischen den Verschiebungswerten für die erste Abtastung und die letzte Abtastung ist besonders vorteilhaft, wenn die Drift im Wesentlichen eine lineare Bewegung der Halbleiterprobe 207 und des Elektronenstrahls 207 relativ zueinander mit konstanter Geschwindigkeit ist. In diesem Fall nimmt die durch die Drift verursachte Verschiebung zwischen der ersten Abtastung und einer anderen Abtastung linear mit der Zeit, die zwischen der Aufzeichnung der ersten Abtastung und der der anderen Abtastung vergangen ist, zu. Der Wert j_max des Index j ist für die Driftgeschwindigkeit repräsentativ. Je größer die Driftgeschwindigkeit, desto größer ist j_max.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen zweidimensionale Abtastungen durchgeführt werden, kann ein jeweiliger Verschiebungswert, der ein Paar Indizes (i_k, j_k) umfasst, bestimmt werden, indem Kreuzkorrelationen zwischen einer ersten der mehreren Abtastungen und jeder anderen der mehreren Abtastungen berechnet werden. Die erste Abtastung erhält einen Verschiebungswert (0, 0). Jede der anderen Abtastungen erhält einen Verschiebungswert, der einem Paar (i_k, j_k) von Werten entspricht, das die Kreuzkorrelation zwischen der jeweiligen Abtastung und der ersten Abtastung maximiert.
In anderen Ausführungsformen, in denen zweidimensionale Abtastungen durchgeführt werden, kann die Kreuzkorrelation zwischen der ersten der mehreren Abtastungen und der letzten der mehreren Abtastungen berechnet werden. Anschließend wird ein Paar (i_max, j_max) von Indizes, das die Kreuzkorrelation maximiert, bestimmt, was mit Hilfe den Fachleuten bekannter numerischer Verfahren geschehen kann. Die erste Abtastung erhält den Verschiebungswert (0, 0) und die letzte Abtastung erhält den Verschiebungswert (i_max, j_max). Verschiebungswerte (i_k, j_k) für die anderen Abtastungen können mit Hilfe einer Interpolation gemäß den folgenden mathematischen Ausdrücken bestimmt werden, wobei N die Anzahl der durchgeführten Abtastungen bezeichnet und der Index k die einzelnen Abtastungen nummeriert.
Die Abtastungen werden überlagert. Bei der Überlagerung wird jede der Abtastungen um den jeweiligen Verschiebungswert j_k verschoben. Die Überlagerung und die Verschiebung der Abtastungen können mit Hilfe des Überlagerers 222 bzw. des Verschiebers 221 des Analysators 202 durchgeführt werden.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen eindimensionale Abtastungen durchgeführt werden, kann die Verschiebung einer Abtastung durchgeführt werden, indem der Wert f_i der interessierenden Größe, der an dem i-ten Punkt der Abtastung gemessen wurde, mit dem Wert f_i+jk der interessierenden Größe, der an dem (i + j_k))-ten Punkt der Abtastung gemessen wurde, ersetzt wird. Die Abtastung wird für jeden Punkt der Abtastung durchgeführt. Für Werte von i + j_k kleiner als Null oder größer als n – 1 kann der Wert f_i,j mit dem Wert Null ersetzt werden.
In Ausführungsformen, in denen zweidimensionale Abtastungen durchgeführt werden, kann die Verschiebung einer Abtastung durchgeführt werden, in dem der Wert f_i,k der interessierenden Größe, der an einem Punkt der Abtastung, der durch ein Indexpaar (i, j) charakterisiert wird, gemessen wurde, mit dem Wert f_i+ik,j+jk der interessierenden Größe ersetzt wird, der an einem Punkt der Abtastung, der durch ein Indexpaar (i + i_k, j + j_k) charakterisiert wird, gemessen wurde. Die Ersetzung wird für jeden Punkt der Abtastung durchgeführt. Für Werte von i + i_k oder j + j_k kleiner als Null oder größer als n – 1 kann der Wert f_i,j mit dem Wert Null ersetzt werden.
Die Überlagerung der Abtastungen kann eine Addition von Messwerten der interessierenden Größe, die in den verschobenen Abtastungen enthalten sind, umfassen. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Überlagerung der Abtastungen eine Berechnung eines Mittelwerts von gemessenen Werten der interessierenden Größe, die in den einzelnen Abtastungen enthalten sind, umfassen. Die Überlagerung der Abtastungen kann Rauscheffekte, die durch die relativ kurze Erfassungszeit der einzelnen Abtastungen verursacht werden, reduzieren. Durch die Verschiebung von jeder der Abtastungen um den jeweiligen Verschiebungswert kann die Verschiebung der Halbleiterprobe 207 relativ zum Elektronenstrahl 204, die durch die Drift verursacht wird, im Wesentlichen ausgeglichen werden, ohne dass es erforderlich wäre, eine Driftkorrektur durchzuführen, während die Halbleiterprobe 207 abgetastet wird.
Ein Verfahren zur Prüfung einer Halbleiterprobe gemäß der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich eine Bestimmung von mindestens einer Komponente der Driftgeschwindigkeit der Halbleiterprobe 207 umfassen.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die Abtastungen eindimensionale Daten umfassen, kann eine Komponente der Driftgeschwindigkeit aus einem Wert j_max des Index j, der die in Gleichung (1) definierte Kreuzkorrelation c_j zwischen einer ersten Abtastung und einer zweiten Abtastung maximiert, gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden,
wobei s einen Abstand zwischen den einzelnen Punkten der Abtastungen bezeichnet und t eine Zeit ist, die zwischen der ersten Abtastung und der zweiten Abtastung verstrichen ist.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die Abtastungen zweidimensionale Daten umfassen, können eine erste Komponente v₁ der Drift in Richtung der ersten Koordinatenachse 301 und eine zweite Komponente v₂ der Drift in Richtung der zweiten Koordinatenachse 302 aus Werten i_max, j_max der Indizes i, j, die die in Gleichung (2) definierte Kreuzkorrelation c_i,j zwischen der ersten Abtastung und der zweiten Abtastung maximieren, berechnet werden,
wobei s einen Abstand zwischen den Punkten der Abtastungen bezeichnet und t eine Zeit ist, die zwischen der ersten Abtastung und der zweiten Abtastung verstrichen ist.
Die Driftgeschwindigkeit kann verwendet werden, um Abstände, die aus den Abtastungen gemessen wurden, zu korrigieren. Die Korrektur der gemessenen Abstände kann eine Skalierung der gemessenen Abstände mit einem Faktor, der auf der bestimmten Driftgeschwindigkeit beruht, umfassen.
In Ausführungsformen, in denen die Abtastungen eindimensionale Daten umfassen, kann ein korrigierter Abstand d_corr, der beispielsweise eine Dicke von einer der Materialschichten 209, 210, 211 umfassen kann, gemäß folgender Gleichung aus einem gemessenen Abstand d_measured berechnet werden.
Hier bezeichnet τ das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Messungen der interessierenden Größe bei der Abtastung.
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen zweidimensionale Abtastungen durchgeführt werden und die Punkte des Rasters 303 wie oben mit Bezug auf 3 beschrieben zeilenweise abgetastet werden, können Abstände, die aus den Abtastungen in der Richtung der ersten Koordinatenachse 301 gemessen wurden, gemäß Gleichung (9) skaliert werden, wobei für den Wert v der Driftgeschwindigkeit die erste Komponente v₁ der Driftgeschwindigkeit eingesetzt wird. Abstände, die aus den Abtastungen in der Richtung der zweiten Koordinatenachse 302 gemessen wurden, können gemäß der folgenden Gleichung skaliert werden,
wobei n die Anzahl von Punkten pro Zeile bezeichnet.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die einzelnen Abtastungen einer Transformation unterzogen, die dafür ausgelegt ist, Verzerrungen der Abtastungen, die durch die Drift verursacht wurden, auszugleichen. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen die Abtastungen eindimensionale Daten umfassen, kann die Transformation einer Skalierung der Abtastungen um einen Faktor (1 – τv/s) umfassen. Wenn die Drift in der Richtung der Abtastung verläuft, umfasst die Skalierung eine Stauchung der Abtastung. Umgekehrt kann eine Drift in die entgegengesetzte Richtung durch eine Dehnung der Abtastungen berücksichtigt werden.
In Ausführungsformen, in denen die Abtastungen zweidimensionale Daten umfassen, können die Abtastungen einer affinen Transformation, die eine Skalierung der Zeilen um einen Faktor (1 – τv₁/s) und eine Skalierung der Spalten um einen Faktor (1 – nτv₂/s) umfasst, unterzogen werden.
In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die überlagerten Abtastungen nach der Überlagerung der Abtastungen einer Transformation unterzogen werden, die dafür ausgelegt ist, die Drift zu korrigieren.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Ausführungsformen beschränkt, bei denen keine mechanische Driftkorrektur durchgeführt wird. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine mechanische Driftkorrektur durchgeführt werden, während die mehreren Abtastungen aufgezeichnet werden. Vorteilhafterweise ermöglicht dies längere Erfassungszeiten bei den einzelnen Abtastungen, was dabei helfen kann, Ungenauigkeiten der Verschiebungswerte, die durch Rauschen in den einzelnen Abtastungen verursacht werden, zu verringern.
Weitere Abwandlungen und Varianten der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten anhand dieser Beschreibung offensichtlich. Dementsprechend ist diese Beschreibung als lediglich veranschaulichend auszulegen und dient dem Zweck, den Fachleuten die allgemeine Art, die vorliegende Erfindung auszuführen, zu lehren. Es sollte verstanden werden, dass die hier gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen angesehen werden sollen.

Claims

Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe mit: Aufzeichnen mehrerer Abtastungen der Halbleiterprobe, wobei jede der Abtastungen eine räumlich aufgelöste Messung einer interessierenden Größe umfasst; Berechnen mindestens einer Kreuzkorrelation zwischen mindestens zwei der mehreren Abtastungen; Bestimmen eines jeweiligen Verschiebungswerts für jede der mehreren Abtastungen auf Grundlage der mindestens einen Kreuzkorrelation; und Überlagern der Abtastungen, wobei jede der Abtastungen bei der Überlagerung um den jeweiligen Verschiebungswert verschoben wird.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 1, wobei das Aufzeichnen der Abtastungen ein Richten eines Elektronenstrahls auf die Halbleiterprobe umfasst.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 2, wobei das Aufzeichnen der Abtastungen ein Bewegen des Elektronenstrahls und der Halbleiterprobe relativ zueinander umfasst.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 1, wobei die Messung der interessierenden Größe ein Bestimmen von mindestens einem von einem Elektronenenergieverlustspektrum und einem Röntgenspektrum umfasst.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 1, zusätzlich mit Bereitstellen der Halbleiterprobe, wobei das Bereitstellen der Halbleiterprobe ein Anfertigen einer Querschnittsprobe einer Halbleiterstruktur umfasst.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 5, wobei das Anfertigen der Querschnittsprobe ein Schneiden der Halbleiterstruktur im Wesentlichen senkrecht zu einer Materialschicht, die in der Halbleiterstruktur bereitgestellt ist, umfasst.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 1, mit Berechnen von Kreuzkorrelationen zwischen einer der mehreren Abtastungen und jeder anderen der mehreren Abtastungen.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 1, bei dem das Bestimmen des jeweiligen Verschiebungswerts ein Bestimmen eines Maximums der mindestens einen Kreuzkorrelation umfasst.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 1, bei dem das Bestimmen des jeweiligen Verschiebungswerts ein Bestimmen einer Größe, die für eine Driftgeschwindigkeit der Halbleiterprobe repräsentativ ist, umfasst.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 1, bei dem die Überlagerung der Abtastungen mindestens eines von einer Addition, einer Berechnung eines Mittelwerts und einer Berechnung eines Medians von Messwerten der interessierenden Größe umfasst.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe mit: Aufzeichnen mehrerer Abtastungen der Halbleiterprobe, wobei das Aufzeichnen von jeder der Abtastungen ein Abtasten der Halbleiterstruktur mit einem Elektronenstrahl und ein Messen einer Antwort der Halbleiterstruktur auf den Elektronenstrahl umfasst; Berechnen mindestens einer Kreuzkorrelation zwischen mindestens zwei der mehreren Abtastungen; Bestimmen eines jeweiligen Verschiebungswerts für jede der mehreren Abtastungen auf Grundlage der mindestens einen Kreuzkorrelation; und Addieren der Abtastungen, wobei jede der Abtastungen bei der Addition um den jeweiligen Verschiebungswert verschoben wird.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 11, bei dem die Antwort der Halbleiterstruktur mindestens eines von einem Elektronenenergieverlustspektrum und einem Röntgenspektrum umfasst.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 11, zusätzlich mit Bereitstellen der Halbleiterprobe, wobei das Bereitstellen der Halbleiterprobe ein Anfertigen einer Querschnittsprobe der Halbleiterstruktur umfasst.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 13, bei dem das Anfertigen der Querschnittsprobe ein Schneiden der Halbleiterstruktur im Wesentlichen senkrecht zu einer Dickenrichtung einer Materialschicht, die in der Halbleiterstruktur bereitgestellt ist, umfasst.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 11, mit Berechnen von Kreuzkorrelationen zwischen mindestens einer der mehreren Abtastungen und jeder anderen der mehreren Abtastungen.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 11, bei dem das Bestimmen des jeweiligen Verschiebungswerts ein Bestimmen eines Maximums der mindestens einen Kreuzkorrelation umfasst.
Verfahren zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 11, bei dem die Bestimmung des jeweiligen Verschiebungswerts ein Bestimmen einer Größe, die für eine Driftgeschwindigkeit der Halbleiterprobe repräsentativ ist, umfasst.
Anlage zum Prüfen einer Halbleiterprobe mit: einem Elektronenmikroskop, das dafür ausgelegt ist, mehrere Abtastungen der Halbleiterprobe aufzuzeichnen, wobei jede der Abtastungen eine räumlich aufgelöste Messung einer interessierenden Größe umfasst; einem Analysator, der dafür ausgelegt ist, mindestens eine Kreuzkorrelation zwischen mindestens zwei der mehreren Abtastungen zu berechnen und für jede der mehreren Abtastungen auf Grundlage der mindestens einen Kreuzkorrelation einen jeweiligen Verschiebungswert zu bestimmen; und einem Überlagerer, der dafür ausgelegt ist, die Abtastungen zu überlagern, wobei jede der Abtastungen bei der Überlagerung um den jeweiligen Verschiebungswert verschoben wird.
Anlage zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 18, in der das Elektronenmikroskop mindestens eines von einem energieauflösenden Elektronendetektor und einem Röntgenspektrometer umfasst.
Anordnung zum Prüfen einer Halbleiterprobe nach Anspruch 18, in der der Analysator dafür ausgelegt ist, Kreuzkorrelationen zwischen mindestens einer der mehreren Abtastungen und jeder anderen der mehreren Abtastungen zu berechnen.