DE10332451B4

DE10332451B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen eines Höhenprofils auf einer Substratoberfläche

Info

Publication number: DE10332451B4
Application number: DE10332451A
Authority: DE
Inventors: Peter Weidner; Thomas Trenkler
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-07-18
Also published as: DE10332451A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Höhenprofils auf einer halbleitersubstratoberfläche beschrieben, DOLLAR A wobei die Substratoberfläche mit Hilfe eines Rastersondenmikroskops (SPM) entlang einer vorgegebenen Abtaststrecke (A), die im Wesentlichen parallel zur Substratoberfläche (11) verläuft, abgetastet und dabei das jeweilige Niveau (N) der Substratoberfläche (11) am Ort der Sonde (S) anhand einer lokalen Wechselwirkung der Sonde (S) mit der Substratoberfläche (11) ermittelt wird, und DOLLAR A wobei die Abtaststrecke (A) auf der Substratoberfläche (11) einen ersten Abschnitt (A¶1¶) mit einem ersten Niveau (N¶1¶), einen an den ersten Abschnitt (A¶1¶) anschließenden zweiten Abschnitt (A¶2¶) mit einem zweiten Niveau (N¶2¶) und einen an den zweiten Abschnitt (A¶2¶) anschließenden dritten Abschnitt (A¶3¶) mit dem ersten Niveau (N¶1¶) aufweist, DOLLAR A mit den folgenden Verfahrensschritten: DOLLAR A Abtasten der Substratoberfläche (11) im ersten Abschnitt (A¶1¶) in einem ersten Betriebsmodus (M¶1¶) mit einer ersten Abtastgeschwindigkeit (v¶1¶), DOLLAR A Wechseln des Abtastvorgangs in einen zweiten Betriebsmodus (M2) mit einer zweiten Abtastgeschwindigkeit (v¶2¶), sobald der zweite Abschnitt (A¶2¶) der Substratoberfläche (11) erreicht ist, DOLLAR A Abtasten der Substratoberfläche (11) im zweiten Abschnitt (A¶2¶) mit der zweiten Abtastgeschwindigkeit (v¶2¶), DOLLAR A Wechseln des Abtastvorgangs in den ersten Betriebsmodus (M¶1¶), sobald der dritte Abschnitt (A¶3¶) der Substratoberfläche (11) erreicht ist, und DOLLAR A ...

Description

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung eines Höhenprofils auf einer Halbleitersubstratoberfläche, insbesondere der Tiefe von in der Substratoberfläche erzeugten Gräben. Dabei wird die Substratoberfläche mit Hilfe eines Rastersondenmikroskops abgetastet. Ferner beschreibt die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
Bereits seit vielen Jahren kommen bei der industriellen Produktion integrierter Schaltkreise Verfahren zum Einsatz, die eine Herstellung von Strukturen im Submikrometer-Bereich erlauben. Insbesondere der rasante Fortschritt auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie brachte in der Vergangenheit immer kleinere Strukturen hervor. Dabei sind unter anderem Fortschritte in der Lithographietechnik sowie das zunehmende Verständnis der physikalischen und chemischen Vorgänge der im Herstellungsprozess von Halbleitern verwendeten Verfahren an der steten Schrumpfung hochintegrierter Schaltkreise maßgeblich mit beteiligt. Einen wesentlichen Anteil an diesem Fortschritt haben auch innovative sowie verbesserte Messverfahren, mit Hilfe derer die Ergebnisse der teilweise sehr komplexen und fein aufeinander abgestimmten Herstellungsprozesse kontrolliert werden können. So kommen heutzutage im industriellen Herstellungsprozess verschiedene moderne Messverfahren zum Einsatz, die je nach verwendeter Methode Aussagen über eine Vielzahl von Eigenschaften des bearbeiteten Halbleitersubstrats, wie z.B. die Dicke von auf der Substratoberfläche erzeugten Schichten oder die Tiefe von Gräben, erlauben. Eines der am weitesten verbreiteten Messverfahren stellt dabei die Rasterelektronenmikroskopie (REM) dar, mit deren Hilfe hochaufgelöste Bilder der Substratoberfläche möglich sind. Rasterelektronenmikroskope arbeiten jedoch nicht in der benötigten Genauigkeit. In der Probenkammer ist in der Regel ein Hochvakuum nötig. Des weiteren stören bei diesem Messverfahren Aufladungseffekte auf nichtleitenden Oberflächen, die durch den Elektronenstrahl entstehen. Schließlich lassen sich mit Hilfe dieser Technologie aufgrund einer perspektivischen Darstellung relativ schlecht Höhenprofile von Substratoberflächen ermitteln, auf den z.B. Gräben mit hohen Aspektverhältnissen ausgebildet sind. Zur genauen Untersuchung dieser Strukturen muss der Wafer üblicherweise in einer entsprechenden Ebene zerschnitten werden, um das Höhenprofil anhand eines Schnittbildes eines Rasterelektronenmikroskops zu vermessen.
Dieses Vorgehen ist jedoch sehr kostspielig und geht zu lasten der Ausbeute. Daher haben insbesondere nichtdestruktive hochauflösende Messverfahren, wie z.B. verschiedene Rastersondenverfahren (SPM, Scanning Probe Microscopy) ihren Weg in die Halbleiterherstellung gefunden. In Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten SPM-Verfahren können dabei unterschiedlichste Eigenschaften der Substratoberfläche ermittelt werden.
Einer der berühmtesten Vertreter dieser Gruppe von Messverfahren, ist die Rasterkraftmikroskopie (SFM, Scanning Force Microscopy). Diese Technologie erlaubt die Aufnahme hochaufgelöster topographischer Bilder von Oberflächen. SFM arbeitet dabei materialunabhängig und in nahezu jeder Umgebung. Dies macht die Rasterkraftmikroskopie zu einem unverzichtbaren Messinstrument in vielen Bereichen der modernen Halbleiterindustrie.
Die Rasterkraftmikroskope, die in einer ähnlichen Weise, wie klassische Oberflächen-Profiler arbeiten, nutzen im Unterschied zu den Profilern, die einen Stift (sog. Stylus) verwenden, mit dem sie über die zu untersuchenden Oberflächen gleiten, eine mikroskopisch kleine Spitze, mit der sie die Oberfläche zerstörungsfrei abtasten können. Diese Spitze weist häufig eine konische Form auf und besteht in der Regel aus Silizium. Hierbei sind jedoch beliebige Ausgestaltungen des Spitze sowie der verwendeten Materialien denkbar (z.B. Carbon-Nanotubes). Mit dem stetig fortscheitenden Schrumpfungsprozess integrierter Bauelemente stoßen heute auch zunehmend Rastersondenmikroskope an ihre Grenzen. So lassen sich Grabenstrukturen mit besonders kleinen Öffnungsgrößen und höheren Aspektverhältnissen, wie z.B. DRAM-Speichergräben (DRAM-Trench) oder Isolationsgräben (Shallow Trench Isolation STI), schlecht mit Hilfe der Rastersondenverfahren vermessen, da die spitze Sonde dieser Mikroskope kaum den Boden dieser Gräben erreichen kann.
Die dabei gelieferten Messergebnisse weisen daher zunehmend Unsicherheiten auf, die den gesamten Herstellungsprozess beieinträchtigen können.

Eine akzeptable Lösung dieses zunehmenden Problems existiert bis dato nicht. Zur Verbesserung der Messgenauigkeit müsste die Menge bei einem Abtastprozess gesammelter Messdaten z.B. durch langsameres Abtasten gesteigert werden. Dies ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, zumal der Durchsatz eines solche SFM-Systems darunter leidet. Als einziger Hersteller bietet bisher die Firma Veeco ein SPM-System an (Dimension X3D), mit dessen Hilfe die Datendichte an steilen Flanken kleiner Strukturen erhöht und die damit verbundene Messgenauigkeit gesteigert werden kann.

Als Stand der Technik werden weiter genannt:
US 2002/00079446 A1;
US 6 520 005 B2 ;
H. Geuther, H. Jacobsen, W. Mirande: "Comparison of various microscopical techniques for CD measurements", Proceedings of the International Seminar or Quantitative Microscopy. 125^th PTB-Seminar, Braunschweig, Germany, 4–5 Oct. 1995, pp. 91–96;
Sumio Hosakaa, Takafumi Morimotob, Hiroshi Kurodab, Yasushi Minomotob, Yukio Kembob, Hirokazu Koyabu: "New AFM imaging for observing a high aspect structure", Applied Surface Science 188, pp. 467–473 (2002); und
US 5 382 795 A .

Die Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren bereitzustellen, das eine genaue Bestimmung eines Höhenprofils einer Halbleitersubstratoberfläche erlaubt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, ein Höhenprofil auf der Oberfläche eines Substrats, insbesondere eines Halbleitersubstrats, mit Hilfe eines Rastersondenmikroskops zu bestimmen. Hierzu wird die Halbleiteroberfläche mit Hilfe einer Sonde in einer zur Substratoberfläche im Wesentlichen parallel verlaufenden Abtaststrecke abgetastet und dabei das jeweilige Niveau der Substratoberfläche am Ort der Sonde anhand einer lokalen Wechselwirkung der Sonde mit der Substratoberfläche ermittelt. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, zwischen einem ersten Betriebsmodus des Rastersondenmikroskops mit einer ersten Abtastgeschwindigkeit und einem zweiten Betriebsmodus des Rastersondenmikroskops mit einer zweiten Abtastgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem jeweiligen Niveau der Substratoberfläche am Ort der Sonde zu wechseln. Vorteilhaft dabei ist, dass durch Auswahl eines geeigneten Betriebsmodus die Abtastgeschwindigkeit dem jeweiligen Zweck individuell angepasst und der Abtastvorgang somit für die Bestimmung von Eigenschaften der Substratoberfläche, wie z.B. die Tiefe von Gräben oder die Höhe von aus der Substratoberfläche vorstehender Leiterstrukturen oder Schichten, optimiert werden kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste Abtastgeschwindigkeit im ersten Betriebsmodus größer ist als die zweite Abtastgeschwindigkeit im zweiten Betriebsmodus. Vorteilhaft dabei ist insbesondere, dass hierdurch Strukturen, wie z.B. Gräben, auf der Substratoberfläche erzeugte Leiterstrukturen oder auf der Substratoberfläche abgeschiedene und strukturierte Schichten, die aufgrund ihrer extremen Profile mit Hilfe herkömmlicher Verfahren lediglich unzureichend vermessen werden können, genauer abgebildet werden können. Sofern die zweite Abtastgeschwindigkeit v2 gegenüber der Abtastgeschwindigkeit v des herkömmlichen Abtastverfahrens erhöht wird, können detaillierte Vermessungen der kritischen Strukturen durch beschleunigtes Abtasten der Substratoberfläche in den unkritischen Abschnitten kompensiert werden. Damit ist insgesamt ein gegenüber herkömmlichen Ab tastverfahren deutlich genaueres Ermitteln eines Höhenprofils der Substratoberfläche möglich, ohne einen Zeitverlust aufgrund der langsameren Abtastgeschwindigkeit in den kritischen Bereichen in Kauf nehmen zu müssen. Umgekehrt kann, sofern die Abtastgeschwindigkeit beim herkömmlichen Abtastverfahren für den jeweiligen Anwendungsfall ausreichend ist, durch die Wahl einer schnelleren Abtastgeschwindigkeit in unkritischen Bereichen der gesamte Abtastvorgang beim erfindungsgemäßen Abtastverfahren beschleunigt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Verhältnis der ersten Abtastgeschwindigkeit im ersten Betriebsmodus zur zweiten Abtastgeschwindigkeit im zweiten Betriebsmodus im Wesentlichen dem Verhältnis der Anzahl der im zweiten Betriebsmodus entlang der Abtaststrecke erfassten Messpunkte zu der Anzahl der im ersten Betriebsmodus entlang der Abtaststrecke erfassten Messpunkte entspricht. Durch diese erfindungsgemäße Anpassung der beiden Abtastgeschwindigkeiten kann die statistische Verteilung der Messpunke gleichförmiger gestaltet werden, und somit insbesondere die Bestimmung der Tiefe von Gräben oder der Höhe von der Substratoberfläche vorstehender Strukturen optimiert werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Substratoberfläche von der Sonde zeilenförmig abtastet wird. Hierdurch lassen sich die Vorteile der besseren Auflösung innerhalb kritischer Bereiche auch im Abbildungsmodus des jeweiligen Rastersondenmikroskops verwenden.

Weiterhin sieht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Bestimmung des Höhenprofils der Halbleitersubstratoberfläche mithilfe eines Rasterkraftmikroskops erfolgt. Aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften ist das Rasterkraftmikroskop besonders gut für die Vermessung strukturierter Halbleitersubstrate geeignet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Abtastvorgang von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus und umgekehrt wechselt, wenn das ermittelte Niveau der Substratoberfläche am Ort der Sonde einen vorgegebenen Wert, der zwischen dem ersten und dem zweiten Niveau liegt, über- bzw. unterschreitet. Dies hat den Vorteil, dass ein Wechsel der Betriebsmodi insbesondere bei gleichmäßigen Oberflächen relativ einfach erfolgen kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Abtastvorgang vom ersten in den zweiten Betriebsmodus und umgekehrt wechselt, wenn die Änderung des ermittelten Niveaus der Substratoberfläche am Ort der Sonde einen ersten bzw. einen zweiten vorgegebenen Wert über- bzw. unterschreitet. Dies hat den Vorteil, dass ein Wechsel der Betriebsmodi auch bei ungleichmäßigen Oberflächen relativ einfach erfolgen kann.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch die Sonde eines Rastersondenmikroskops beim Abtasten einer Grabenstruktur;
2a und 2b den Einfluss der Spitzengeometrie auf das ermittelte Höhenprofil eines Grabens mit einem hohen Aspektverhältnis;
3 schematisch ein Rasterkraftmikroskop zur Bestimmung eines Höhenprofils auf einer Substratoberfläche;
4a ein herkömmlicher Abtastvorgang einer Grabenstruktur mit Hilfe einer Rasterkraftsonde im Noncontact-Modus;
4b ein aus Messdaten des in 4a gezeigten herkömmlichen Abtastvorgangs ermitteltes Höhenprofil der Grabenstruktur;
5a ein erfindungsgemäßer Abtastvorgang einer Grabenstruktur mit Hilfe einer Rasterkraftsonde im Noncontact-Modus;
5b ein aus Messdaten des in 5a gezeigten erfindungsgemäßen Abtastvorgangs ermitteltes Höhenprofil der Grabenstruktur;
6a bis 6c zwei Beispiele für die Ermittlung des Triggerpunktes zum Wechseln zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus;
7a und 7b schematisch den Abtastvorgang zweier Varianten regelmäßiger Strukturen;
8a ein Histogramm eines herkömmlichen Abtastvorgangs zur Ermittlung der Tiefe von Grabenstrukturen; und
8b ein Histogramm eines erfindungsgemäßen Abtastvorgangs zur Ermittlung der Tiefe von Grabenstrukturen.
1 verdeutlicht schematisch einen Abtastvorgang einer innerhalb einer Oberfläche 11 eines Halbleitersubstrats 10 erzeugten Grabenstruktur T mit Hilfe einer Abtasteinrichtung E, die als Rastersondenmikroskop SPM ausgebildet ist. Hierbei wird eine vorzugsweise spitz ausgebildete Sonde S des Rastersondenmikroskops SPM entlang einer vorgegebenen Abtaststrecke A über die Oberfläche 11 des Halbleitersubstrats 10 geführt und dabei das jeweilige Niveau N der Substratoberfläche 11 am Ort der Sonde S anhand einer Wechselwirkung der Sonde S mit der Substratoberfläche 11 ermittelt. Eine Positionierungseinrichtung P des Rastersondenmikroskops SPM bewegt die Sonde S dabei innerhalb einer zur Substratoberfläche 11 parallelen xy-Ebene und führt die Sonde S in der Regel auch in der zur Substratoberfläche 11 orthogonalen z-Richtung nach, sobald sich das gemessene Niveau N der Substratoberfläche 11 ändert. Dabei bewegt sich die Sonde S entlang einer in 1 gestrichelt eingezeichneten Trajektorie in einem im Wesentlichen konstanten Abstand von oder direkt auf der Substratoberfläche 11. Je nach verwendeter Messmethode und Betriebsmodus kann die in 1 dargestellte Trajektorie auch variieren, z.B. als Überlagerung mit einer Oszillationsbewegung der Sonde S im sog. Noncontact-Modus eines Rasterkraftmikroskops SFM. Als Abtasteinrichtung E kommen hierbei jedoch auch weitere Messmethoden, wie z.B. Rastersondenmethoden oder Profilometer, in Frage, mit deren Hilfe die Substratoberfläche 11 abgetastet werden kann.
Wie in 1 gezeigt ist, tastet die Sonde S die Substratoberfläche 11 vorzugsweise in einem konstanten Abstand ab. In diesem Betriebsmodus wird die Wechselwirkung zwischen der Sonde S und der Substratoberfläche 11 mit Hilfe einer in 1 nicht gezeigten Detektionseinrichtung D des Rastersondenmikroskops SPM gemessen und die Sonde S vorzugsweise mit Hilfe einer hier ebenfalls nicht gezeigten Feedback-Loop-Einrichtung gegebenenfalls nachgestellt.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Abtastverfahren beispielhaft anhand eines Rasterkraftmikroskops SFM in einem sogenannten Noncontact- oder auch Intermittent-Contact-Modus erläutert. Dieses Messverfahren eignet sich aufgrund seiner nicht destruktiven Eigenschaften besonders gut zur In-Line-Untersuchung von Strukturen auf einem Halbleiterwafer. Hierbei können jedoch auch weitere Modi zum Einsatz kommen (z.B. Dipping- oder Tapping-Modus).
2a und 2b verdeutlichen den Einfluss der Geometrie der verwendeten Sonde S auf das Ergebnis eines Abtastvorgangs. Wie in 2a gezeigt ist, erweisen sich insbesondere Gräben T mit kleinen Öffnungsbereichen und einem hohen Aspektverhältnis als problematisch für die Rastersondenmikroskopie. Aufgrund der relativ geringen Öffnung und des relativ großen Aspektverhältnisses des in 2a dargestellten Grabens T kann die Spitze S nur einen relativ kleinen Abschnitt am Grund des Grabens T erreichen.
Eine herkömmlicherweise mit einer konstant hohen Abtastgeschwindigkeit v durchgeführter Abtastvorgang führt aufgrund der damit verbundenen unveränderbaren Messdichte zu relativ geringer Anzahl von Messpunkten im horizontalen Bereich des Grabens T.
Die hieraus gewonnenen Informationen über das Höhenprofil der Substratoberfläche 11 im Bereich des Grabens T sind aufgrund der relativ geringen Verweildauer der Sonde im Graben T daher auch nicht allzu sehr aussagekräftig. Typische Störeffekte, wie das Rauschen, denen solche Messungen unterworfen sind, führen oft zu falschen Messergebnissen. Um insbesondere solche, durch zufällige Störungen verursachten Messfehler mit Hilfe statistischer Methoden zu minimieren, bedarf es einer hohen Anzahl von Messpunkten im horizontalen Bereich des Grabens T. Die anhand der relativ geringen Anzahl von Messpunkten im horizontalen Bereich des Grabes T stark streuenden Messergebnisse führen daher zu einer Unsicherheit der ermittelten Grabentiefe.
Steigenden Aspektverhältnissen mit gleichzeitig kleiner werdenden lateralen Dimensionen von Gräben T kann mit spitzeren Sonden S entgegengewirkt werden. Wie 2b zeigt, ist bei einem analog zur 2a durchgeführten Abtastvorgang des Grabens T mit Hilfe einer gegenüber der in 2a gezeigten Sonde S spitzeren Sonde S eines Rastersondenmikroskops SPM die effektive Abtaststrecke im horizontalen Abschnitt A₂ des Grabens T deutlich vergrößert werden. Dieser Prozess lässt sich jedoch nicht beliebig fortsetzen. Um eine ausreichende mechanische Stabilität zu gewährleisten, dürfen bestimmte geometrische und mechanische Grenzen bei der Herstellung von spitzen Sonden S nicht überschritten werden. Ferner bringt die veränderte Geometrie einer Sonde S für sich allein genommen einen relativ kleinen Vorteil. Ein nach dem herkömmlichen Verfahren durchgeführter Abtastvorgang, wobei das Abasten auf den horizontalen Bereichen A_2n–1, A_2n der Substratoberfläche 11 sowohl außerhalb als auch innerhalb der Gräben T mit einer konstant hohen Abtastgeschwindigkeit v und damit mit einer konstanten Messpunktdichte erfolgt, führt aufgrund einer geringen Anzahl brauchbarer Messergebnisse immer wieder zu erheblichen Unsicherheiten bei der Bestimmung der Grabentiefe.
Dieses Problem lässt sich jedoch mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lösen, das im Folgenden anhand eines Rasterkraftmikroskops SFM als Rastersondenmikroskop SPM erläutert wird.
3 zeigt eine Abtasteinrichtung E, die vorzugsweise als ein Rasterkraftmikroskop SFM ausgebildet ist, in einer schematischen Darstellung. Bei diesem Rastersondenverfahren dienen als Wechselwirkung verschiedene zwischen der Sonde S, die als eine feine Spitze ausgebildet ist, und der Substratoberfläche 11 wirkenden Kräfte. Diese Kräfte können, je nach Abstand der Spitze S von der Substratoberfläche 11 anziehend (Van der Waals Kraft) oder auch abstoßend (z.B. atomare Kräfte) wirken. Neben einer Kraft senkrecht zur Substratoberfläche 11 können hierbei auch seitliche Kräfte bestimmt werden (Reibungskräfte, Lateral Force Mikroskopie (LFM)). Ferner können auch nicht atomare Kräfte, wie z.B. die magnetische Kraft, die elektrostatische Kraft sowie viele andere Wechselwirkungen zwischen der Spitze S und der Substratoberfläche 11 ausgenutzt werden, um die Substrateigenschaften mit einer hohen Auflösung zu bestimmen. Üblicherweise werden diese Kräfte anhand der elastischen Auslenkung eines feinen Balkens C, eines sog. Cantilevers, gemessen, an dem die Spitze S befestigt ist. Hierzu wird die Auslenkung des Cantilevers C vorzugsweise mit Hilfe einer differenziellen Photodiode D ermittelt, die einen auf den Cantilever C fokussierten und von diesem reflektierten Laserstrahl einer Laserquelle L detektiert. Sowohl die Laserquelle L als auch die differentielle Photodiode D sind in dem in 3 beispielhaft dargestellten Rasterkraftmikroskop SFM auf der Halterung des Cantilevers C und der Spitze S angeordnet. Hierbei sind jedoch auch weitere Methoden denkbar, unter anderem auch eine direkte Messung der Auslenkung des Cantilevers C anhand einer Detektion der Dehnung bestimmter Bereiche des Cantilevers C erlauben.
Die Positionierung der Spitze S relativ zum Halbleitersubstrat 10 erfolgt mit Hilfe einer Positionierungseinrichtung P. Im vorliegenden Fall weist das Rasterkraftmikroskop SFM einen Piezoscanner auf, an dem der Cantilever C und die Spitze S befestigt sind. Ein solcher Piezoscanner kann z.B. als ein Viersegment-Piezorohr ausgebildet sein und dient in der Regel nur für die Feinpositionierung der Spitze S relativ zur Substratoberfläche 11. Die für die Grobpositionierung der Spitze S über der Substratoberfläche 11 verwendete Einrichtung ist hier nicht dargestellt.
Zur Steuerung des Abtastvorgangs des Systems ist eine Steuereinrichtung 20 vorgesehen, die typischerweise eine Feedback-Loop-Steuerung (hier nicht dargestellt) sowie eine Recheneinheit (hier ebenfalls nicht dargestellt) umfasst. Die Steuereinrichtung 20 ist mit Hilfe von Leitungen 21, 22 mit der Detektionseinrichtung D und der Positionierungseinrichtung P verbunden. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung 20 ausgebildet, um zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus M₁, M₂ in Abhängigkeit von dem ermittelten Niveau N der Substratoberfläche 11 am Ort der Spitze S zu wechseln.
Die 4a und 4b verdeutlichen einen Abtastvorgang eines Grabens T mittels eines herkömmlichen Abtastverfahrens. Dabei wird der Graben T, wie in 4a dargestellt, mit Hilfe einer in z-Richtung oszillierenden Spitze S eines Rasterkraftmikroskops SFM abgetastet. Die Kurve 30 zeigt beispielhaft einen Verlauf (Trajektorie) der abtastenden Spitze S. Aufgrund der konstanten Abtastgeschwindigkeit v bei dem herkömmlichen Verfahren wird der horizontale Abschnitt A2 des Grabens T ebenso schnell von der Spitze S durchfahren, wie die beiden horizontalen Abschnitte A₁, A₃. Damit ist die Anzahl der Messpunkte entlang der horizontalen Abschnitte A₁, A₂, A₃ konstant. Bedingt durch die Geometrie der verwendeten Spitze bzw. des Grabens erreicht die Spitze S den Grabenboden im Bereich der steilen Flanken des Grabens T nicht vollständig. Auch die im herkömmlichen Abtastverfahren konstant hohe Abtastgeschwindigkeit v ist für die relativ schlechte Abbildung dieser Bereiche mit verantwortlich.
Da das Rasterkraftmikroskop SFM hauptsächlich kurzreichweitige Kräfte als Messgröße nutzt, wird im Noncontact- oder im Dipping-Modus, wobei die oszillierende Spitze S nur an bestimmten Stellen der Substratoberfläche 11 ausreichend nahe kommt, das Niveau der Substratoberfläche 11 lediglich an diesen diskreten Stellen ermittelt. In dem in 4a dargestellten stark vereinfachten Fall sind daher lediglich zwei brauchbare Messungen (schwarze Punkte) innerhalb des Grabens T erfolgt, während auf der Substratoberfläche 11 außerhalb des Grabens T insgesamt neun brauchbare Messpunkte liegen. Hieraus wird die der Erfindung zugrundeliegende Problematik deutlich, nämlich die aufgrund der geringen Anzahl brauchbarer Messpunkte innerhalb des Grabens T mit einer hohen Unsicherheit belegte Berechnung der Grabentiefe. Aber auch die Rekonstruktion der Grabentopologie ist, wie 4b zeigt, aufgrund der hohen Abtastgeschwindigkeit v und der damit verbundenen geringen Anzahl von Messpunkten innerhalb des Grabens T nicht möglich. Die Kurve 31 zeigt ein aus den Messdaten des herkömmlichen Abtastverfahrens ermitteltes Grabenprofil. Es weist deutliche Abweichungen von dem tatsächlichen Grabenprofil auf. Eine auf Grundlage dieser Messdaten durchgeführte Berechnung der Grabentiefe weist daher auch eine große Unsicherheit auf.
5a und 5b verdeutlichen einen Abtastvorgang desselben Grabens T mittels eines erfindungsgemäßen Abtastverfahrens. Dabei wird der Graben T, wie in 5a dargestellt, ebenfalls mit Hilfe einer in z-Richtung oszillierenden Spitze S eines Rasterkraftmikroskops SFM abgetastet. Die Kurve 32 zeigt beispielhaft den Verlauf (Trajektorie) der die Substratoberfläche 11 abtastenden Spitze S. Im Unterschied zu dem in den 4a und 4b dargestellten herkömmlichen Abtastverfahren bleibt die Abtastgeschwindigkeit v entlang der Abtaststrecke A jedoch nicht konstant, sondern wird erfindungsgemäß in Abhängigkeit von dem jeweiligen Niveau N der Substratoberfläche 11 verändert. Dabei wechselt die Steuereinrichtung 20 beim Erreichen des zweiten Abschnitts A₂ der Abtaststrecke A von einem ersten Betriebsmodus M₁ mit einer ersten Abtastgeschwindigkeit v1 in einen zweiten Betriebsmodus M₂ mit einer zweiten Abtastgeschwindigkeit v₂. Vorteilhafterweise ist die erste Abtastgeschwindigkeit v₁ des ersten Betriebsmodus M₁ größer als die zweite Abtastgeschwindigkeit v₂ des zweiten Betriebsmodus M₂. Da sich die Oszillationsgeschwindigkeit der Spitze S nicht wesentlich ändert, erfolgt der Abtastvorgang des zweiten Abschnitts A₂ im Graben T nun mit einer höheren Messpunktdichte. So liegen in dem in 5a gezeigten Beispiel bereits acht brauchbare Messpunkte (schwarze Punkte) innerhalb des horizontalen Bereichs des Grabens T, was im vorliegenden Beispiel einer Vervierfachung der Datendichte innerhalb des Grabens T entspricht.
Beim Erreichen des dritten Abschnitts A₃ der Abtaststrecke A wechselt die Steuereinrichtung 20 wieder in den ersten Betriebsmodus M₁ zurück, wodurch der dritte Abschnitt A₃ wieder mit der ersten Abtastgeschwindigkeit v₁ abgetastet wird.
Um die Gesamtdauer des Abtastvorgangs aufgrund einer gegenüber der Abtastgeschwindigkeit v eines herkömmlichen Abtastverfahrens reduzierten ersten Abtastgeschwindigkeit v₂ nicht unnötig zu verlängern und damit z.B. den Durchsatz während der Halbleiterproduktion zu reduzieren, kann die erste Abtastgeschwindigkeit v₁ gegenüber der Abtastgeschwindigkeit v des herkömmlichen Abtastverfahrens erhöht werden, so dass die Anzahl der Messpunkte im ersten und dritten Abschnitt A₁, A₃ reduziert wird. Da in den meisten Anwendungsfällen der Erfindung bei der Halbleiterherstellung relativ große horizontale Abschnitte A_2n–1 außerhalb von Gräben T₁–T_n (mit n = 1, 2, 3...) und relativ kleine Abschnitte A_2n innerhalb der Gräben T₁–T_n vorkommen, erlaubt, wie 8b zeigt, selbst eine aufgrund einer erhöhten Abtastgeschwindigkeit v₁ im ersten Betriebsmodus M₁ reduzierte Anzahl von Messpunkten in den Abschnitten A_2n–1 außerhalb von Gräben T₁–T_n eine ausreichend gute Bestimmung des ersten Niveaus N₁.
5b zeigt die bei dem in 5a dargestellten Abtastvorgang gemäß der Erfindung ermittelten Messpunkte sowie ein anhand der Messpunkte rekonstruiertes Oberflächenprofil (Kurve 33) des Halbleitersubstrats 10.
Grundsätzlich kann als Triggersignal TR jede Reaktion der Feedback-Loop-Einrichtung dienen, die geeignet ist einen Niveauwechsel der abgetasteten Substratoberfläche 11 anzuzeigen. Vorteilhafterweise wird der Betriebsmoduswechsel dadurch initiiert, dass das ermittelte Niveau N der Substratoberfläche 11 einen vorgegebenen Triggerwert TR₁ unter- bzw. überschreitet. Sofern die Tiefe von Gräben T₁–T_n oder die Höhe von Strukturen F₁–F_n (mit n = 1, 2, 3...) einer starken Prozessvariation unterliegen und eine Festlegung eines Triggerwertes TR nicht sinnvoll erscheint, kann stattdessen der Betriebsmoduswechsel z.B. beim über- bzw. unterschreiten eines Triggerwertes TR₂, TR₃ der relativen räumlichen oder zeitlichen Änderung des ermittelten Oberflächenniveaus N stattfinden. Auch ein anhand einer Kombinationen verschiedener Feedback-Loop-Parameter ermittelte Größe kann als Triggersignal dienen, sofern sie geeignet ist, den Zeitpunkt zum Wechseln des Betriebmodus M₁, M₂ korrekt anzuzeigen.
6a bis 6c erläutern den Triggerprozess anhand zweier Beispiele. Dabei zeigt 6a den Verlauf des ermittelten Oberflächenprofils aus 5b. 6b zeigt dieses Oberflächenprofil in Form einer Graphik. Dabei ist jedem Punkt x, y der Abtaststrecke A das jeweilige errechnete Niveau N in Nanometern zugeordnet, in diesem speziellen Fall eines Grabens, also die Tiefe. Wie in 6b gezeigt ist, weist das erste Niveau N₁ des ersten und des dritten Abschnitts A₁, A₃ hier eine Tiefe von ca. 30 nm auf, während das zweite Niveau 2 des zweiten Abschnitts A₂ eine Tiefe von ca. 260 nm aufweist. Als Triggerwert TR₁ wurde hier beispielhaft ein Wert von ca. 220 gewählt (Strich-Punkt-Linie in 6b). Sobald die Steuereinrichtung 20 einen Abfall des ersten Niveaus N₁ auf einen Wert unterhalb von 220 nm feststellt, wechselt sie den Betriebsmodus des Rasterkraftmikroskops von einem ersten Betriebsmodus M₁ mit einer ersten Abtastgeschwindigkeit v₁ zu einem zweiten Betriebsmodus M₂ mit einer zweiten Abtastgeschwindigkeit v₂. Sobald die Steuereinrichtung 20 am Ende des zweiten Abschnitts A₂ der Abtaststrecke A wieder einen Anstieg des Niveaus N vom zweiten Niveau N₂ oberhalb von 220 nm verzeichnet, wechselt sie den Betriebsmodus des Rasterkraftmikroskops SFM automatisch vom zweiten Betriebsmodus M₂ zum ersten Betriebsmodus M₁ zurück. Damit wird sichergestellt, dass nur der kritische zweite Abschnitt A₂ mit der langsameren zweiten Abtastgeschwindigkeit v₂ abgetastet wird.
6c zeigt eine weitere Variante des Triggerprozesses. Hierbei ist die räumliche Ableitung des Niveaus N (Δz/Δx, Δy) entlang der Abtaststrecke A eingetragen. Beim Erreichen des zweiten Abschnitts A₂ registriert die Steuereinrichtung 20 einen starken Abfall des Niveaus N, so dass nach einer entsprechenden Auswertung ein negativer Peak an der Position x₁, y₁ erzeugt wird. Der negative Triggerwert TR₂ kann dabei derart gewählt werden, dass beim Auftreten dieses Peaks ein Wechsel des Betriebsmodus M in jedem Fall erfolgt. Aufgrund des starken Anstiegs des Niveaus N am Ende des zweiten Abschnitts A₂ wird nun ein positiver Trigger TR₃ für den Wechsel vom zweiten in den ersten Betriebsmodus M₂, M₁ generiert. Der negative und der positive Triggerwert TR₂, TR₃ werden dabei vorzugsweise im Vorfeld anhand von Erfahrungswerten oder anderen Messwerten festgelegt.
Analog zur räumlichen Änderung (Δz/Δx, Δy) des Niveaus N der Substratoberfläche 11 lässt sich auch die zeitliche Änderung (Δz/Δt) des Niveaus N verfolgen und zur Bestimmung des Triggerzeitpunktes heranziehen.
Ferner kann auch eine Abfolge von Ereignissen, wie z.B. eine große Niveauäderung am Anfang und in der Mitte des Flankenabschnitts eines Grabens S gefolgt von einer kleinen Änderung am Ende des entsprechenden Flankenabschnitts des Grabens S und umgekehrt, zur Bestimmung des Triggerzeitpunktes herangezogen werden.
Schließlich kommt zur Ermittlung eines entsprechenden Triggerereignisses auch die x,y-Position der Spitze S auf der Substratoberfläche 11 in Frage, sofern die Positionen der auf der Substratoberfläche 11 angeordneten Strukturen T₁–T_n, F₁–F_n z.B. aus einem vorhergegangenen Abtastvorgangs (Prescan) bekannt sind.
Sofern die Position, in der die Spitze S mit dem Abtastvorgang beginnt, nicht bestimmbar ist, kann das Abtasten der Substratoberfläche 11 auch mitten auf einer auf der Substratoberfläche 11 ausgebildeten Struktur F₁–F_n oder innerhalb einer Grabenstruktur T₁–T_n starten. Daher kann es vom Vorteil sein, den automatischen Betriebsmoduswechsel am Anfang zu unterdrücken und den Abtastvorgang anfangs in jedem Fall im ersten Betriebsmodus M₁ mit der schnelleren ersten Abtastgeschwindigkeit v₁ zu beginnen und erst nachdem sich das Niveau der abgetasteten Substratoberfläche 11 ein oder zwei mal geändert hat, den automatischen Wechsel der Betriebsmodi zu aktivieren.
7a und 7b zeigen zwei alternative Anwendungsgebiete für das erfinderische Verfahren. Dabei zeigt 7a schematisch einen Querschnitt durch eine Halbleiterscheibe 10, auf der eine Reihe von Grabenstrukturen T₁–T_n ausgebildet sind. Wie hier angedeutet, sind die außerhalb der Gräben T₁–T_n liegenden Abschnitte A_2n–1 länger als die innerhalb der Gräben T₁–T_n liegenden Abschnitte A_2n. Als Trigger kommen hierbei zum Beispiel die zu den 6a bis 6c besprochenen Parameter in Frage.
Hingegen zeigt 7b schematisch einen Querschnitt durch eine Halbleiterscheibe 10, auf der eine Reihe von auf der Substratoberfläche 11 erzeugter und von dieser vorstehender Strukturen F₁–F_n ausgebildet sind. Hierbei sind die horizontale Abschnitte A_2n–1 der diese Strukturen F₁–F_n umgebenden Substratoberfläche 11 ebenfalls länger als die horizontalen Abschnitte A_2n der Strukturen F₁–F_n. Zwar sind bei den aus der Substratoberfläche 11 vorstehenden Strukturen F₁–F_n grundsätzlich keine Probleme zu erwarten, die sich aufgrund hoher Aspektverhältnisse beim Abtasten der Gräben T₁–T_n mit Hilfe einer ungünstigen Spitze S ergeben können, allerdings kann hier eine gegenüber den Abschnitten A_2n geringe laterale Ausdehnung dieser Strukturen F₁–F_n in Abtastrichtung jedoch ebenfalls eine große Unsicherheit der ermittelten Strukturhöhe verursachen.
Als Trigger kommt hierbei z.B. ein positiver Niveauwert N in Frage, der zwischen dem ersten und dem zweiten Niveau N₁, N₂ liegt.
Die 8a und 8b verdeutlichen das erfindungsgemäße Verfahren anhand zweier Histogramme. Dabei zeigen beide Figuren jeweils eine relative Verteilung der bei einem Abtastvorgang einer größeren Anzahl derselben Grabenstrukturen T₁–T_n gemessenen Niveaus. Während die in 8a gezeigte Verteilung einen relativ scharfen ersten Peak aufweist, der bei einer Tiefe von ca. 40 nm liegt und in der Verteilung ganz deutlich (ca. 5%) hervortritt, lässt sich das zweite Niveau N₂ anhand des zweiten Peaks, der in etwa bei einer Tiefe von 220 nm liegt und ca. 0,25 Prozentpunkte aufweist, aus der 8a aufgrund einer relativ hohen Streuung der Messergebnisse, die durch eine besonders geringe Anzahl von Messpunkten innerhalb der Grabenstrukturen T₁–T_n resultiert, nur schwer bestimmen. Ursächlich für diese geringe Anzahl von Messpunkten ist ins besondere eine geringe laterale Ausdehnung und ein hohes Aspektverhältnis der hier untersuchten Grabenstrukturen T₁–T_n sowie die Verwendung eines herkömmlichen Abtastverfahrens, bei dem die Substratoberfläche 11 entlang der gesamten Abtaststrecke A mit einer konstanten Abtastgeschwindigkeit v abgetastet wird. Die wenigen brauchbaren Messergebnisse für die horizontalen Abschnitte A_2n der Grabenstrukturen T₁–T_n gehen im vorliegenden Fall durch verschiedene Artefakte in den Randbereichen der Grabenstrukturen T₁–T_n erzeugten fehlerbehafteten Messergebnisse im Diagramm der 8a fast unter. Eine mit Hilfe dieser Messergebnisse ermittelte Tiefe dieser Grabenstrukturen T₁–T_n weist zwangsläufig eine hohe Unsicherheit auf, die im Herstellungsprozess Integrierter Schaltkreise, wobei kritische Dimensionen nun zunehmend bereits in den Bereichen unter 100 Nanometer liegen. Dies kann eine geringere Ausbeute (Yield) zur Folge haben.
Im Unterschied hierzu zeigt eine mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Verteilung der bei einem Abtastvorgang einer größeren Anzahl derselben Grabenstrukturen T₁–T_n gemessenen Niveaus N einen deutlich höheren zweiten Peak (ca. 1%). Anhand dieser Verteilung ist es nun möglich, die bei ca. 220 nm liegende Tiefe der gemessenen Grabenstrukturen T₁–T_n mit einer ausreichenden Genauigkeit zu bestimmen.
Die Zunahme der brauchbaren Messergebnisse im Bereich des Bodens der Grabenstrukturen T₁–T_n geht einher mit der Abnahme des relativen Anteils der Messergebnisse vom den horizontalen Bereichen A_2n–1 außerhalb der Grabenstrukturen T₁–T_n. Der in 8b dargestellte erste Peak bei einer Tiefe von ca. 30 nm fällt daher gegenüber dem ersten Peak in 8a deutlich kleiner aus (ca. 1,25%. Dennoch ist es möglich, das erste Niveau N₁ anhand dieses Peaks hinreichend genau zu bestimmen.
Die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Erfindung wesentlich sein.

A: Abtaststrecke
A₁–A_n: Abschnitte der Abtaststrecke
E: Abtasteinrichtung
SPM: Rastersondenmikroskop
SFM: Rasterkraftmikroskop
N: Niveau der Substratoberfläche
T: Grabenstruktur
P: Positionierungseinrichtung
S: Sonde
C: Cantilever
D: Detektionseinrichtung, Photodiode
L: Laser
F: aus der Substratoberfläche vorstehende Strukturen
TR: Triggerwert
10: Substrat
11: Substratoberfläche
20: Steuereinrichtung
30: Trajektorie der oszillierenden Spitze im herkömmli
: chen Verfahren
31: ermitteltes Höhenprofil im herkömmlichen Verfahren
32: Trajektorie der oszillierenden Spitze im erfin
: dungsgemäßen Verfahren
33: ermitteltes Höhenprofil im erfindungsgemäßen Ver
: fahren

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Höhenprofils auf einer Halbleitersubstratoberfläche, wobei die Substratoberfläche (11) mit Hilfe eines Rastersondenmikroskops (SPM) entlang einer vorgegebenen Abtaststrecke (A), die im Wesentlichen parallel zur Substratoberfläche (11) verläuft, abgetastet und dabei das jeweilige Niveau (N₁, N₂) der Substratoberfläche (11) am Ort einer Sonde (S) anhand einer lokalen Wechselwirkung der Sonde (S) mit der Substratoberfläche (11) ermittelt wird, und wobei die Abtaststrecke (A) auf der Substratoberfläche (11) einen ersten Abschnitt (A₁) mit einem ersten Niveau (N₁), einen an den ersten Abschnitt (A₁) anschließenden zweiten Abschnitt (A₂) mit einem zweiten Niveau (N₂) und einen an den zweiten Abschnitt (A₂) anschließenden dritten Abschnitt (A₃) mit dem ersten Niveau (N₁) aufweist, mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Abtasten der Substratoberfläche (11) im ersten Abschnitt (A₁) in einem ersten Betriebsmodus (M₁) mit einer ersten Abtastgeschwindigkeit (v₁), b) Wechseln des Abtastvorgangs in einen zweiten Betriebsmodus (M₂) mit einer zweiten Abtastgeschwindigkeit (v₂) sobald der zweite Abschnitt (A₂) der Substratoberfläche (11) erreicht ist, c) Abtasten der Substratoberfläche (11) im zweiten Abschnitt (A₂) mit der zweiten Abtastgeschwindigkeit (v₂), d) Wechseln des Abtastvorgangs in den ersten Betriebsmodus (M₁) sobald der dritte Abschnitt (A₃) der Substratoberfläche (11) erreicht ist, und e) Abtasten der Substratoberfläche (11) im dritten Abschnitt (A₃) mit der ersten Abtastgeschwindigkeit (v₁).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Abtastgeschwindigkeit (v₁) des ersten Betriebsmodus (M₁) größer ist als die zweite Abtastgeschwindigkeit (v₂) des zweiten Betriebsmodus (M₂).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtaststrecke (A) eine Vielzahl von abwechselnd aufeinander folgenden Abschnitten (A_2n–1, A_2n) mit dem ersten und dem zweiten Niveau (N₁, N₂) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Abtaststrecke (A) quer zu in der Substratoberfläche (11) erzeugten Gräben (T₁–T_n) verläuft, wobei die Abschnitte (A_2n–1) mit dem ersten Niveau (N₁) entlang horizontaler Bereiche der Substratoberfläche (11) außerhalb der Gräben (T₁–T_n) und die Abschnitte (A_2n) mit dem zweiten Niveau (N₂) entlang horizontaler Bereiche innerhalb der Gräben (T₁–T_n) verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Abtastvorgang im Verfahrensschritt b) von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus (M₁, M₂) wechselt, wenn das ermittelte Niveau der Substratoberfläche (11) am Ort der Sonde (S) einen vorgegebenen Wert, der zwischen dem ersten und dem zweiten Niveau (N₁, N₂) liegt, unterschreitet, und wobei der Abtastvorgang im Verfahrensschritt d) vom zweiten in den ersten Betriebsmodus (M₂, M₁) zurückwechselt, wenn das ermittelte Niveau (N) der Substratoberfläche (11) am Ort der Sonde (S) einen vorgegebenen Wert, der zwischen dem ersten und dem zweiten Niveau (N₁, N₂) liegt, überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Abtastvorgang im Verfahrensschritt b) vom ersten in den zweiten Betriebsmodus (M₁, M₂) wechselt, wenn der Abfall des ermittelten Niveaus (N) der Substratoberfläche (11) am Ort der Sonde (S) einen ersten vorgegebenen Wert überschreitet, und wobei der Abtastvorgang im Verfahrensschritt d) von dem zweiten in den ersten Betriebsmodus (M₂, M₁) wechselt, wenn der Anstieg des ermittelten Niveaus (N) der Substratoberfläche (11) am Ort der Sonde (S) einen zweiten vorgegebenen Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Abtaststrecke (A) quer zu aus der Substratoberfläche (11) vorstehender Strukturen (F₁–F_n) verläuft, wobei die Abschnitte (A_2n–1) mit dem ersten Niveau (N₁) entlang horizontaler Bereiche der Substratoberfläche (11) außerhalb der Strukturen (F₁–F_n) und die Abschnitte (A_2n) mit dem zweiten Niveau (N₂) entlang horizontaler Bereiche der Strukturen (F₁–F_n) verlaufen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Abtastvorgang im Verfahrensschritt b) von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus (M₁, M₂) wechselt, wenn das ermittelte Niveau der Substratoberfläche (11) am Ort der Sonde (S) einen vorgegebenen Wert, der zwischen dem ersten und dem zweiten Niveau (N₁, N₂) liegt, überschreitet, und wobei der Abtastvorgang im Verfahrensschritt d) vom zweiten in den ersten Betriebsmodus (M₂, M₁) zurückwechselt, wenn das ermittelte Niveau (N) der Substratoberfläche (11) am Ort der Sonde (S) einen vorgegebenen Wert, der zwischen dem ersten und dem zweiten Niveau (N₁, N₂) liegt, unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Abtastvorgang im Verfahrensschritt b) vom ersten in den zweiten Betriebsmodus (M₁, M₂) wechselt, wenn der Anstieg des ermittelten Niveaus (N) der Substratoberfläche (11) am Ort der Sonde (S) einen ersten vorgegebenen Wert überschreitet, und wobei der Abtastvorgang im Verfahrensschritt d) von dem zweiten in den ersten Betriebsmodus (M₂, M₁) wechselt, wenn der Abfall des ermittelten Niveaus (N) der Substratoberfläche (11) am Ort der Sonde (S) einen zweiten vorgegebenen Wert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sonde (S) die Substratoberfläche (11) zeilenförmig abtastet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung des Höhenprofils der Halbleitersubstratoberfläche (11) mithilfe eines Rasterkraftmikroskops (SFM) erfolgt, wobei eine auf einem elastischen Balken (C) angeordnete Spitze (S) mithilfe einer Positionierungseinheit (P) im Wesentlichen senkrecht zur Abtastrichtung oszillierend über die Substratoberfläche (11) geführt wird und dabei das jeweilige Niveau (N) der Substratoberfläche (11) am Ort der Spitze (S) anhand von Störungen der Oszillation der Spitze (S) ermittelt wird, die durch Kräfte zwischen Spitze (S) und Substratoberfläche (11) verursacht werden.
Vorrichtung zum Bestimmen eines Höhenprofils auf einer Halbleitersubstratoberfläche, mit einer Abtasteinrichtung (E), die eine Sonde (S) und eine Positionierungseinrichtung (P) zur Positionierung der Sonde (S) relativ zur Substratoberfläche (11) umfasst, einer Detektionseinrichtung (D), um die lokale Wechselwirkung der Sonde (S) mit der Substratoberfläche (11) zu messen, und einer Steuereinrichtung (20), um den Abtastvorgang zu steuern und anhand der von der Detektionseinrichtung (D) gemessenen Wechselwirkung zwischen der Sonde (S) und der Substratoberfläche (11) das jeweilige Niveau (N) der Substratoberfläche (11) am Ort der Sonde (S) zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung (20) ausgebildet ist, um zwischen einem ersten Betriebsmodus (M₁) mit einer ersten Abtastgeschwindigkeit (v₁) und einem zweiten Betriebsmodus (M₂) mit einer zweiten Abtastgeschwindigkeit (v₂) in Abhängigkeit von dem jeweiligen Niveau (N) der Substratoberfläche (11) zu wählen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Abtasteinrichtung (E) als ein Rastersondenmikroskop (SPM) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Abtasteinrichtung (E) als ein Rasterkraftmikroskop (SFM) ausgebildet ist, dessen Spitze (S) oszillierend über die Substratoberfläche (11) geführt und dabei das jeweilige Niveau (N) der Substratoberfläche (11) am Ort der Spitze (S) anhand von Störungen der Oszillation der Spitze (S) ermittelt wird, die durch Kräfte zwischen Spitze (S) und Substratoberfläche (11) verursacht werden.