DE10337255A1

DE10337255A1 - Abtastverfahren für die Atomkraftmikroskopie

Info

Publication number: DE10337255A1
Application number: DE10337255A
Authority: DE
Inventors: David James Shuman
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2002-08-13
Filing date: 2003-08-13
Publication date: 2004-03-04
Also published as: US20040031315A1; US6715346B2

Abstract

Ein Verfahren zum Abtasten eines tiefen Strukturmerkmals unter Verwendung einer Atomkraftmikroskopie-(AFM)-Spitze beinhaltet: Finden und Abbilden des tiefen Strukturmerkmals mit einer Oberflächenübersichtsabtastung; Analysieren der Abtastdaten, um eine anfängliche optimale Stelle zu identifizieren; Bewegen der AFM-Spitze zu der anfänglichen optimalen Stelle und Wiederholen eines ersten Vorgangs, bis die AFM-Spitze einen Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht, was beinhaltet: (a) Absenken der AFM-Spitze in einer ersten Richtung um ein erstes Entfernungsinkrement; (b) Messen von auf die AFM-Spitze ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen, um zu bestimmen, ob der Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht worden ist; (c) Bewegen der AFM-Spitze in einem geometrischen Muster und in einer aktuellen Ebene; (d) Messen von auf die AFM-Spitze ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen an verschiedenen Stellen im geometrischen Muster, um eine neue optimale Stelle zu bestimmen, wo die Atomkraftwechselwirkungen minimal sind; und (e) Bewegen der AFM-Spitze zu der neuen optimalen Stelle, Wiederholen von (a-e), bis der Boden erreicht worden ist, (f) dann Messen der Tiefe.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft die Atomkraftmikroskopie. Unter einem Aspekt betrifft sie Abtastverfahren für die Atomkraftmikroskopie, die sich für die Auswertung tiefer Strukturmerkmale von Halbleiterprodukten eignen können.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Atomkraftmikroskopie-Sonden (AFM-Sonden) werden oftmals dazu verwendet, Strukturmerkmale auf einem Halbleiterprodukt auszuwerten und zu messen, während das Halbleiterprodukt beispielsweise zu einem integrierten Schaltungsbauelement entwickelt oder hergestellt wird. Herkömmliche AFM-Sonden enthalten in der Regel einen Silizium-Federbalken mit einer Siliziumspitze („AFM-Spitze"), die sich senkrecht oder unter einem kleinen Winkel (zum Beispiel 10°) relativ zum Federbalken erstreckt. Die Spitze ist oftmals zu einem langen und dünnen Stab ausgebildet. Die Siliziumspitze wird oftmals so geätzt, daß eine kleine Kegelspitze gebildet wird, die so klein ist, daß sie in ein tiefes Strukturmerkmal paßt. Auf dem Markt gibt es mehrere Spitzen mit einem großen Seitenverhältnis, die hergestellt werden, um tiefe, schmale Strukturmerkmale abzubilden und zu messen. Einige Spitzen mit großem Seitenverhältnis werden unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls hergestellt, der die Siliziumspitze zu einem langen dünnen Stab mit einem Seitenverhältnis zwischen 7:1 und 10:1 bearbeitet. Somit kann eine AFM-Spitze mit einem Seitenverhältnis von 10:1 (d.h. Länge:Durchmesser) 1000 nm tief in einen Graben von 100 nm Durchmesser reichen. Andere Spitzen mit einem großen Seitenverhältnis können unter Verwendung von Elektronenstrahlabscheidung (z.B. EBD-Spitzen) ausgebildet werden, oder sie können Kohlenstoff-Nanoröhren mit einem Durchmesser zwischen 10 nm und 80 nm sein (als Beispiel).
Die AFM-Spitze wird manchmal über eine Probenoberfläche geführt, um ein Bild der erfaßten Strukturmerkmale der Oberfläche zu erzeugen. Spezielle Spitzen werden oftmals mit einem großen Seitenverhältnis hergestellt, wodurch sie ohne Berührung der Seitenwände in Strukturmerkmale mit einem kleinen Durchmesser abgesenkt werden können.
Bei fortschreitender Technologie werden die Strukturmerkmale integrierter Schaltungen in der Regel kleiner und in einigen Fällen tiefer. So steigen allgemein auch die Anforderungen hinsichtlich der Größe und der Präzision der Bewegung von AFM-Sondenspitzen. Zu Problemen, die bei der Benutzung derartiger AFM-Sonden oftmals auftreten, zählen der schnelle Verschleiß und das Abbrechen der AFM-Spitze. Zu einem derartigen Verschleiß kommt es, wenn die AFM-Spitze auf eine Seitenwand auftrifft, in einer steilen Oberfläche haften bleibt oder beim Manövrieren der AFM-Spitze über eine Seitenwand oder eine Oberfläche gezogen wird. Durch die Kosten und die Werkzeugausfallzeit einer AFM-Sonde wird es wünschenswert, die Lebensdauer einer AFM-Spitze zu vergrößern. Somit besteht ein Bedarf nach einer Möglichkeit, den Verschleiß der AFM-Sondenspitze zu reduzieren und die Lebensdauer einer AFM-Sonde zu verlängern. Die Produktion von Halbleitern erfordert oftmals Messungen von tiefen Strukturmerkmalen mit einem kleinen Durchmesser. Somit besteht außerdem ein Bedarf, den Verschleiß der AFM-Spitze und das Haften der AFM-Spitze zu reduzieren und gleichzeitig die AFM-Tiefenmessung zu vergrößern.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Auf die oben umrissenen Probleme und Notwendigkeiten wird durch bestimmte Aspekte der vorliegenden Erfindung eingegangen. Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Abtasten eines sich in eine Oberfläche erstreckenden tiefen Strukturmerkmals unter Verwendung einer Atomkraftmikroskopie-Spitze (AFM-Spitze) bereitgestellt. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte. Zuerst wird das tiefe Strukturmerkmal mit einer Oberflächenübersichtsabtasten gefunden und abgebildet. Zweitens werden Daten aus der Oberflächenübersichtsabtastung analysiert, um eine anfängliche optimale Stelle zum Erforschen des Inneren des tiefen Strukturmerkmals mit der AFM-Spitze zu identifizieren. Drittens wird die AFM-Spitze zu der ungefähr auf der Höhe der Oberfläche befindlichen anfänglichen optimalen Stelle bewegt. Viertens wird ein erster Vorgang wiederholt, bis die AFM-Spitze einen Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht. Der erste Vorgang beinhaltet die folgenden Schritte: (i) Absenken der AFM-Spitze in einer ersten Richtung parallel zu einer sich in das tiefe Strukturmerkmal erstreckenden ersten Achse um ein erstes Entfernungsinkrement; (ii) Messen von auf die AFM-Spitze wirkenden Atomkraftwechselwirkungen, um zu bestimmen, ob der Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht worden ist; (iii) Bewegen der AFM-Spitze in einem geometrischen Muster und in einer aktuellen Ebene an einer aktuellen Stelle entlang der ersten Achse vieler Ebenen, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Achse verlaufen; (iv) Messen von auf die AFM-Spitze einwirkenden Atomkraftwechselwirkungen an verschiedenen Stellen im geometrischen Muster, um im geometrischen Muster eine neue optimale Stelle zu bestimmen, wo die Atomkraftwechselwirkungen minimal sind; und (v) Bewegen der AFM-Spitze in der aktuellen Ebene zu der neuen optimalen Stelle. Das Verfahren kann weiterhin den folgenden Schritt beinhalten: Berechnen einer Tiefe des tiefen Strukturmerkmals, nachdem die AFM-Spitze den Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht hat. Bei dem tiefen Strukturmerkmal kann es sich beispielsweise um einen Graben handeln, der bei der Herstellung eines Kondensators für eine integrierte Schaltung in einem Halbleiterwafer ausgebildet wird. Das Verfahren kann somit zum Testen eines integrierten Schaltungsbauelements während der Produktion verwendet werden.
Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Abtasten eines sich in eine Oberfläche er streckenden tiefen Strukturmerkmals unter Verwendung einer AFM-Spitze bereitgestellt. Dieses Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte. Zuerst wird das tiefe Merkmal mit einer Oberflächenübersichtsabtastung gefunden und abgebildet. Zweitens werden Daten aus der Oberflächenübersichtsabtastung analysiert, um eine anfängliche optimale Stelle zum Erforschen des Inneren des tiefen Strukturmerkmals mit der AFM-Spitze zu identifizieren. Drittens wird die AFM-Spitze zu der ungefähr auf der Höhe der Oberfläche befindlichen anfänglichen optimalen Stelle bewegt. Viertens wird ein erster Vorgang wiederholt, bis die AFM-Spitze einen Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht. Der erste Vorgang beinhaltet die folgenden Schritte: (a) Absenken der AFM-Spitze in einer ersten Richtung parallel zu einer sich in das tiefe Strukturmerkmal erstreckenden ersten Achse um ein erstes Entfernungsinkrement; (b) Messen von auf die AFM-Spitze wirkenden Atomkraftwechselwirkungen, um zu bestimmen, ob der Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht worden ist; (c) Bewegen der AFM-Spitze in, einem geometrischen Muster und in einer aktuellen Ebene an einer aktuellen Stelle entlang der ersten Achse vieler Ebenen, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Achse verlaufen; (d) Messen von auf die AFM-Spitze einwirkenden Atomkraftwechselwirkungen an verschiedenen Stellen im geometrischen Muster, um im geometrischen Muster eine neue optimale Stelle zu bestimmen, wo die Atomkraftwechselwirkungen minimal sind; und (e) Bewegen der AFM-Spitze in der aktuellen Ebene zu der neuen optimalen Stelle. Fünftens wird eine Tiefe des tiefen Strukturmerkmals berechnet, nachdem die AFM-Spitze den Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht hat. Ein zweiter Vorgang, der verwendet wird, um die AFM-Spitze aus dem tiefen Strukturmerkmal herauszuholen und über die Oberfläche zu bewegen, beinhaltet die folgenden Schritte: (a) zuerst Anheben der Spitze, so daß sie die Oberfläche nicht berührt. (b) Bewegen der AFM-Spitze in der zweiten Richtung parallel zur Oberfläche, nämlich in Richtung auf die nächste zum Messen der Oberflächenhöhe eingestellte Stelle. (c) Wiederholen des zweiten Bewegungsinkre ments, bis die AFM-Spitze die nächste Stelle erreicht oder sich einem Objekt auf der Oberfläche annähert. (d) Falls ein Objekt angetroffen wird, dann Bewegen um ein Inkrement rückwärts zur zweiten Bewegung. (e) Wiederholen der Schritte des zweiten Vorgangs a-d, das die nächste Stelle erreicht ist. Dieses Verfahren kann auch zum Testen eines integrierten Schaltungsbauelements während der Produktion verwendet werden.
Gemäß noch eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines integrierten Schaltungsbauelements bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte. Zuerst wird in einem Halbleiterwafer ein Graben ausgebildet. Der Graben erstreckt sich in eine Oberfläche des Wafers. Zweitens wird eine Tiefe des Grabens unter Verwendung eines Verfahrens des Abtastens des Grabens mit einer Atomkraftmikroskopie-Spitze (AFM-Spitze) gemessen. Das Verfahren des Abtastens beinhaltet: (i) Finden und Abbilden des Grabens mit einer Oberflächenübersichtsabtastung; (ii) Analysieren von Daten aus der Oberflächenübersichtsabtastung, um eine anfängliche optimale Stelle zum Erforschen des Inneren des Grabens mit der AFM-Spitze zu identifizieren; (iii) Bewegen der AFM-Spitze zu der ungefähr auf der Höhe der Oberfläche befindlichen anfänglichen optimalen Stelle und (iv) Wiederholen eines ersten Vorgangs, bis die AFM-Spitze einen Boden des Grabens erreicht, wobei der erste Vorgang folgendes beinhaltet: (a) Absenken der AFM-Spitze in einer ersten Richtung in den Graben um ein erstes Entfernungsinkrement, (b) Messen von auf die AFM-Spitze ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen, um zu bestimmen, ob der Boden des Grabens erreicht worden ist, (c) Bewegen der AFM-Spitze in einem geometrischen Muster und in einer aktuellen Ebene an einer aktuellen Stelle entlang der tiefen Achse vieler Ebenen, die senkrecht zur ersten Achse verlaufen, (d) Messen von auf die AFM-Spitze ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen an verschiedenen Stellen im geometrischen Muster, um eine neue optimale Stelle im geometrischen Muster zu bestimmen, wo die Atomkraftwechselwirkungen minimal sind, und (e) Bewegen der AFM-Spitze in der aktuellen Ebene zu der neuen optimalen Stelle. Der Graben kann, bevor seine Tiefe gemessen wird, teilweise mit Polysilizium gefüllt werden. Dieses Verfahren kann weiterhin die folgenden Schritte beinhalten: Zeichnen einer Draufsicht auf einen ungefähren Grabenumriß auf der Basis der Analyse der Oberflächenübersichtsabtastung und/oder Zeichnen einer Stelle der ungefähren Mitte des Grabenumrisses auf der Basis der Analyse der Oberflächenuntersuchungsscans. Dieses Verfahren kann außerdem weiterhin folgendes beinhalten: Berechnen einer Tiefe des Grabens, nachdem die AFM-Spitze den Boden des Grabens erreicht hat, und Anzeigen der Tiefe in der Nähe der Zeichnung des Grabenumrisses. Mit diesem Verfahren kann somit ein integriertes Schaltungsbauelement während der Produktion getestet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen Merkmale der vorliegenden Erfindung kann man bei Betrachtung der folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser verstehen. Es zeigen:
1 ein Pseudocode-Flußdiagramm für ein Hauptprogramm für ein AFM-Tiefenmessungsscanverfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Bildanalyseunterroutine des Hauptprogramms, um die Stelle der Mitte jedes Grabens zu finden (1);
3 zeigt eine weitere Unterroutine des Hauptprogramms von 1, die zum Messen der Grabentiefe verwendet wird;
4 zeigt noch eine weitere Unterroutine des Hauptprogramms von 1 zum Verlassen eines Grabens;
5 zeigt ein typisches, in einer Waferoberfläche eines Halbleiterprodukts ausgebildetes Muster eines tiefen Grabens;
6 zeigt einen vereinfachten Screenshot davon, was während einer Abtastung zur AFM-Tiefenmessung angezeigt werden kann;
7 zeigt eine Draufsicht auf einen in einer Oberfläche eines Halbleiterprodukts ausgebildeten Graben;
8 zeigt eine Querschnittsansicht des Grabens von 6, während er von einer AFM-Spitze abgetastet wird;
9 bis 13 zeigen die AFM-Spitze in verschiedenen Stadien, wenn sie gemäß dem Abtastverfahren der bevorzugten Ausführungsform in den Graben abgesenkt wird;
14 bis 19 zeigen die AFM-Spitze in verschiedenen Stadien, wenn sie gemäß dem Abtastverfahren der bevorzugten Ausführungsform den Graben verläßt;
20 zeigt einen vereinfachten Screenshot dessen, was angezeigt werden kann, nachdem die AFM-Spitze die Tiefenmessungen vorgenommen hat;
21 zeigt die AFM-Spitze in einer geneigten Konfiguration;
22 zeigt eine AFM-Spitze, die ausgelenkt wird und an einer Seitenwand eines Grabens haftet;
23 zeigt ein Beispiel für Abtastergebnisse, wenn die Spitze haftet; und
24 zeigt eine Kohlenstoff-Nanoröhren-AFM-Spitze am Boden eines Grabens.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Referenzzahlen verwendet werden, um in den verschiedenen Ansichten gleiche Elemente zu bezeichnen, wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht und beschrieben. Wie der Durchschnittsfachmann versteht, sind die Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet, und lediglich zu Zwecken der Veranschaulichung wurden die Zeichnungen teilweise übertrieben und/oder vereinfacht. Der Durchschnittsfachmann erkennt angesichts der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die vielen Anwendungen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung. Die hier erörterte bevorzugte Ausführungsform ist ein veranschaulichendes Beispiel der vorliegenden Erfindung und begrenzt nicht den Umfang der Erfindung auf die hier beschriebene bevorzugte Ausführungsform.
Allgemein wird von einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Abtastverfahren für die Atomkraftmikroskopie (im weiteren „AFM") bereitgestellt, das sich zum Auswerten von tiefen Strukturmerkmalen beispielsweise eines Halbleiterprodukts eignet. Eine erste Ausführungsform des Abtastverfahrens der vorliegenden Erfindung wird durch die in den 1 bis 4 gezeigten Flußdiagramme veranschaulicht. Die erste Ausführungsform des Abtastverfahrens kann in ein Computerprogramm integriert werden, das dafür ausgelegt ist, auf einem Computersystem zu laufen, das die Bewegung einer AFM-Spitze steuert. Das Computersystem kann beispielsweise Teil einer im Handel erhältlichen AFM-Testmaschine sein. Somit können die Flußdiagramme der 1 bis 4 als Pseudocode für das Computerprogramm angesehen werden. Die zum Umsetzen der in den 1 bis 4 gezeigten Logik und Anweisungen verwendete jeweilige Computersprache kann je nach der Präferenz des Programmierers und/oder je nach der Rechenein richtung einer Ausführungsform variieren. 1 zeigt ein Hauptprogramm 30. Die 2 bis 4 zeigen vom Hauptprogramm aufgerufene Unterroutinen.
Bei der Auswertung von in einer Oberfläche eines Halbleiterprodukts ausgebildeten Gräben besteht eine Aufgabe darin, die Tiefe von teilweise gefüllten Gräben zu messen. 5 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht eines teilweise mit Polysilizium 42 gefüllten tiefen Grabens 40, um beispielsweise einen Kondensator auszubilden. Eine typische Tiefe eines leeren tiefen Grabens kann über 10 Mikrometer ab der Oberfläche 44 betragen, und ein typischer, teilweise gefüllter Graben 40 kann beispielsweise etwa 100 bis 500 nm tief sein. Der tiefe Graben 40 von 5 ist lediglich ein Beispiel für ein tiefes Strukturmerkmal, das unter Verwendung der ersten Ausführungsform gemessen werden kann.
Beginnend im Flußdiagramm von 1 bei Block 46 „Start" des Hauptprogramms besteht der erste Schritt darin, die Gräben zu finden und abzubilden. Das Hauptprogramm 30 ruft die Unterroutine 48 „Gräben finden" auf, die in 2 dargestellt ist. Für die Unterroutine 48 „Gräben finden" von 2 wird mit der AFM-Spitze eine Oberflächenübersichtsabtastung vorgenommen, um die Gräben zu finden (Aktionsblock 50 in 2). Als Referenzpunkt liegen die X-Y-Ebenen im wesentlichen parallel zur Oberfläche 44 des Halbleiterprodukts, und die Gräben 40 erstrecken sich allgemein in einer Z-Richtung in die Oberfläche 44. Der Einfachheit halber werden die auf dem kartesischen Koordinatensystem basierenden X-Y-Z-Koordinaten bevorzugt, wobei sich die Z-Achse in die Seitenwände 94 des tiefen Grabens 40, an ihnen entlang und allgemein parallel zu ihnen erstreckt.
Für die Oberflächenübersichtsabtastung wird die AFM-Spitze in einer X-Y-Ebene oder -Ebenen unmittelbar über der Oberfläche über die Oberfläche bewegt, während die Messungen der Atomkraftwechselwirkung unter Verwendung eines herkömmlichen Abbildungsmodus (zum Beispiel Abgreifmodus) erfolgen. Die Atomkraftwechselwirkungen können anhand der Auslenkungen der AFM-Spitze bei Messung unter Verwendung beispielsweise eines herkömmlichen Mittels erfaßt werden (zum Beispiel Zurückreflektieren eines Laserstrahls 53 von der Oberseite oder Rückseite des AFM-Federbalkens 55, wie in 8 gezeigt, und Auffangen der Reflexionen mit einem ladungsgekoppelten Bauelement bzw. CCD-Sensor). Um die Testergebnisse weiter zu verbessern, können jedoch andere fortgeschrittenere und empfindlichere Testmodi und/oder Erfassungsmittel integriert werden. Die anhand der Oberflächenübersichtsabtastung erhal tenen Daten werden in einer Speicherungseinrichtung (zum Beispiel RAM und/oder Plattenlaufwerk) des Computersystems gespeichert (Aktionsblock 54 in 2).
Als nächstes werden die Bilddaten aus der Oberflächenübersichtsabtastung analysiert, um die Stelle jedes Grabens abzubilden (Aktionsblock 56 in 2) und die ungefähre Mitte jedes Grabens zu finden. Die Daten können während ihrer Erfassung laufend oder später unter Verwendung der gespeicherten Daten analysiert werden, was von der Kapazität des Computersystems und/oder den zeitlichen Begrenzungen des Testvorgangs abhängt. Die Daten der Oberflächenübersichtsabtastung werden dann unter Verwendung einer Schwellwertbildungstechnik verarbeitet. Bei der Schwellwertbildungstechnik wird Datenpunkten aus der Oberflächenabtastung, die eine Schwellwerttiefe übersteigen, ein erster Wert (zum Beispiel eine binäre 1) zugeordnet, und etwaigen Datenpunkten unter dem Schwellwert wird ein zweiter Wert (zum Beispiel eine binäre 0) zugeordnet. Unmittelbar benachbarte Punkte mit dem zugeordneten ersten Wert werden zusammengruppiert, um die Gräben „auszufüllen", und jeder Gruppe von Werten wird eine Identifikationszahl zugeordnet (zum Beispiel Graben Nr. 1, Graben Nr. 2 usw.) (Aktionsblock 62). Isolierte Datenpunkte oder Gruppen von Datenpunkten, die die Grenze oder Kante des Abtastbereichs berühren, wer den ignoriert, und ihnen wird der zweite Wert zugeordnet, da es sich bei ihnen wahrscheinlich nicht um Gräben handelt.
Nach dem Füllen jedes Grabens und Kopieren der Datenpunkte kann der Umriß des Grabens bestimmt und abgebildet werden. Die Daten für jeden Graben können gespeichert werden (Aktionsblock 60). Außerdem können die Umrisse der Gräben 40 auf dem Schirm gezeichnet werden, damit ein Bediener der AFM-Maschine den Fortschritt sieht (Aktionsblock 64), wie beispielsweise in 6 gezeigt. Als nächstes wird die ungefähre Mitte für jeden Graben gefunden (Aktionsblock 66), und die Stelle der ungefähren Mitte wird in einem Speicherungs-bauelement des Computersystems für jeden Graben gespeichert (Aktionsblock 68). Die Stelle 76 der ungefähren Mitte kann außerdem gezeichnet werden (Aktionsblock 70), wie ebenfalls in 6 gezeigt. Mit den anhand der Schwellwertbildungstechnik erfaßten Daten können auch der Flächeninhalt und der elliptische Durchmesser jedes Grabens bestimmt und gespeichert werden (zum Beispiel bei Aktionsblock 58).
6 zeigt einen vereinfachten Screenshot 72 davon, was während einer AFM-Abtastung zur Tiefenmessung angezeigt werden kann. In 6 ist eine Draufsicht auf die gefundenen Gräben 40 gezeigt. In dem Screenshot 72 von 6 sind der Umriß jedes Grabens 40, die jedem Graben 40 zugeteilte Zahl 74 und die ungefähre Mitte 76 jedes Grabens gezeigt. Es können auch andere Informationen, wie etwa der elliptische Durchmesser und/oder der Flächeninhalt jedes Grabens, angezeigt werden. Da die AFM-Maschine, auf der Software gemäß der ersten Ausführungsform läuft und die gemäß der ersten Ausführungsform gesteuert wird, bevorzugt vollautomatisch und voll automatisiert ist (d.h. zum Beenden der Meßvorgänge keinen menschlichen Eingriff benötigt), ist das Zeichnen auf dem Schirm ein fakultatives Merkmal, das möglicherweise nicht erwünscht ist oder nicht benötigt wird. Auf dem Schirm können auch weitere Informationen und Daten bereitgestellt werden.
7 zeigt eine Draufsicht auf einen Graben 40 auf einer Oberfläche 44 eines Halbleiterprodukts. Die. Stelle 76 der ungefähren Mitte des Grabens 40 ist zu Veranschaulichungszwecken gezeigt. 8 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht des Grabens 40 von 7 entlang der Linie 8-8. 8 zeigt einen möglichen Abtastweg einer AFM-Spitze 80 während der Oberflächenübersichtsabtastung. Die Umrißdarstellungen der AFM-Spitze 82 zeigen die vorherigen Positionen der AFM-Spitze 80, während sie die Oberseite der Oberfläche 44 überstreicht. Während der Oberflächenübersichtsabtastung wird das AFM-Spitzenende 84 bevorzugt nur geringfügig in die Gräben 40 abgesenkt. Die Änderungen bei den Atomkraftwechselwirkungen, die auf die AFM-Spitze ausgeübt werden, während sie sich über einen Teil der Oberfläche 44, über den Graben 40 und über einen weiteren Teil der Oberfläche 44 bewegt (wie in 8 gezeigt), offenbaren die Stelle der Gräben 40. Somit korrelieren die Gebiete geringerer Atomkraftwechselwirkungen, während das AFM-Spitzenende 84 die Oberfläche 44 und die Gräben 40 abtastet, allgemein mit den Stellen der Gräben 40. Aus der Oberflächenübersichtsabtastung können dann der Umriß der Gräben 40 und die Stelle 76 der Mitte jedes Grabens 40 approximiert und abgebildet werden.
Nach dem Beenden der Unterroutine 48 „Gräben finden" (2) kehrt die Unterroutine 48 zum Hauptprogramm 30 zurück (1). Wie im Block 88 aufgeführt ist, ist die anfängliche optimale Stelle für den Beginn einer AFM-Tiefenmessung jedes Grabens 40 die Stelle 76 der ungefähren Mitte für jeden Grabenumriß. Bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann jedoch die anfängliche optimale Stelle wegen des Spitzenwinkels oder der asymmetrischen Form eines Grabens 40 von der ungefähren Grabenmitte 76 verschieden sein. Um die AFM-Tiefenmessung der Gräben zu beginnen, wird die nicht gezeigte AFM-Maschine angewiesen, die AFM-Spitze 80 zur anfänglichen optimalen Stelle 76 für den zu messenden ersten Graben 40 zu bewegen (Aktionsblock 90 in 1). Beispielsweise kann zuerst der Graben 40 mit der zugeteilten Nummer eins (siehe 6) gemessen werden, gefolgt von Graben zwei, Graben drei usw. Es können jedoch auch andere Reihenfolgen verwendet werden. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, von Graben sechs in 8 zu Graben zwölf und dann zu Graben elf weiterzugehen, anstatt von Graben sechs zu Graben sieben zu gehen, da Graben sieben von Graben sechs weiter entfernt ist als Graben zwölf. Somit können die Gräben 40 in jeder beliebigen gewählten oder willkürlichen Reihenfolge gemessen werden. Bei diesem Stadium kann ein fakultativer Spitzenoffsetprozeß erfolgen, um den tatsächlichen Spitzenwinkel zu bestimmen und den Spitzenwinkel auf einen bevorzugten Winkel einzustellen. Der fakultative Spitzenoffsetprozeß wird hier nicht erörtert, da er der Gegenstand einer weiteren Erfindung des gleichen Erfinders ist.
9 zeigt die AFM-Spitze 80, die mit dem AFM-Spitzenende 84 ungefähr an der Stelle 76 der Mitte des Eingangs zum Graben 40 positioniert ist. Die in Umrißlinien gezeigte AFM-Spitze 82 in 9 befindet sich genau an der Stelle 76 der ungefähren Mitte, wo die AFM-Maschine versucht, die AFM-Spitze 80 zu bewegen. Aufgrund von thermischen Variationen und/oder Ungenauigkeiten beim Aktivieren der AFM-Spitze 80 bei diesem Größenmaßstab kann jedoch die tatsächliche Stelle des AFM-Spitzenendes 84 im Vergleich zur Stelle, zu der die AFM-Maschine die AFM-Spitze bewegen sollte, um bis zu zwanzig Prozent variieren. Zu Veranschaulichungszwecken zeigt 9 deshalb ein Worst-Case-Szenarium.
Beim nächsten Schritt im Hauptprogramm 30 von 1 wird die Unterroutine 92 „Grabentiefe messen" aufgerufen, die im Flußdiagramm von 3 dargestellt ist. Die AFM-Spitze 80 kann einfach in der Z-Richtung in den Graben 40 abgesenkt werden. Ohne Steuerung des Wegs der AFM-Spitze 80, wenn sie sich in den Graben 40 bewegt, kann sie oder das AFM-Spitzenende 84 in eine Seitenwand 94 fahren oder über eine innere Oberfläche des Grabens 40 gezogen werden, was oftmals einen der Gründe für Verschleiß oder Bruch von AFM-Spitzen 80 darstellt. Es wäre somit wünschenswerter, den Weg des AFM-Spitzenendes 84 bei seinem Eintritt in den Graben 40 zu steuern, um den Verschleiß an der AFM-Spitze 80 und die Häufigkeit von Brüchen der Spitze zu reduzieren. Wenn Verschleiß und Bruch derart reduziert werden können, kann dies die Lebensdauer einer AFM-Spitze 80 sehr verlängern. Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert eine Möglichkeit, den Weg der AFM-Spitze 80 bei ihren Eintritt in ein tiefes Strukturmerkmal (zum Beispiel einem Graben 40) zu steuern.
Unter Bezugnahme auf 3 wird die AFM-Spitze 80 um etwa 1 nm in Z-Richtung in den Graben 40 abgesenkt (Aktionsblock 96). 10 veranschaulicht diese Absenkbewegung. Die Umrißlinie, die die AFM-Spitze 82 in 10 zeigt, stellt die vorherige Position der AFM-Spitze 80 dar, wie in 9 gezeigt. Obwohl bei dieser Ausführungsform Absenkinkremente von 1 nm verwendet werden, können auch andere Inkremente verwendet werden. Als nächstes wird das AFM-Spitzenende 84 in der X-Y-Ebene an der aktuellen Z-Stelle in einem quadratischen Muster 98 bewegt (Aktionsblock 100 in 3). Somit kann an jeder anderen X-Y-Stelle eine andere Kraft gegen die Spitze vorliegen. An jeder anderen Z-Stelle entlang einer sich in den Graben 40 erstreckenden Z-Achse liegt eine andere X-Y-Ebene vor. Das quadratische Muster 98 ist in 11 gezeigt. Eine erste Messung der Atomkraftwechselwirkung erfolgt an der in 10 gezeigten Stelle, die im Quadrat 98 von 11 mit der Zahl 1 bezeichnet ist. Dann wird das AFM-Spitzenende 84 zu acht weiteren Stellen im quadratischen Muster 98 innerhalb der X-Y-Ebene bewegt, und eine Atomkraftwechselwirkungsmessung erfolgt an jeder Stelle (durch die Zahlen 1 bis 9 im Quadrat 98 von 11 angegeben) (Aktionsblock 102 in 3). Obwohl bei dieser Ausführungsform ein quadratisches Muster 98 verwendet wird (siehe 11), können andere Abtastmuster verwendet werden, um eine gleichwertige Ausführungsform zu erzielen, ein schließlich beispielsweise ein kreisförmiges Muster, ein elliptisches Muster, ein rechteckiges Muster, ein rechteckiges Muster mit abgerundeten Ecken, ein dreieckiges Muster oder ein hexagonales Muster (als Beispiele). Obwohl in der hier beschriebenen ersten Ausführungsform neun Messungen erfolgen, können in diesem Stadium in anderen Ausführungsformen weniger oder mehr Messungen erfolgen.
Wieder unter Bezugnahme auf 3 wird dann die Stelle in dem quadratischen Scanmuster 98 (siehe 11) bestimmt, an der die auf die AFM-Spitze 80 ausgeübte Atomkraftwechselwirkung am geringsten war (Aktionsblock 104). Diese Stelle im quadratischen Muster mit der geringsten Atomkraftwechselwirkung kann als die neue optimale Stelle zum Erforschen des Inneren des Grabens eingestellt werden (Aktionsblock 104). Wenn alle oder die meisten der Stellen keine Spitze zum Abtasten einer Atomkraftwechselwirkung anzeigen, kann die Stelle der Mitte des Musters 98 für die neue optimale Stelle verwendet werden.
Nach der Bestimmung der neuen optimalen Stelle wird das AFM-Spitzenende 84 dann innerhalb der aktuellen X-Y-Ebene zu der neuen optimalen Stelle bewegt (Aktionsblock 106 in 3). Als nächstes wird das AFM-Spitzenende 84 bei Positionierung an der neuen optimalen Stelle in der X-Y-Ebene in der Z-Richtung um etwa 1 nm abgesenkt (Aktionsblock 108). Diese Bewegungen sind in 12 dargestellt. In 12 stellt die in Umrißlinien dargestellte AFM-Spitze 82 die vorherige Stelle der AFM-Spitze 80 dar (wie in 10).
Wiederum unter Bezugnahme auf die 3 und 12 werden bei Absenkung des AFM-Spitzenendes 84 in der Z-Richtung die auf die AFM-Spitze 80 ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen durch das nicht gezeigte Computersystem überwacht (Aktionsblock 112). Wenn der Boden 110 des Grabens 40 erreicht ist, sollte es zu einer dramatischen Zunahme (d.h. einem Spike) bei den Atomkraftwechselwirkungen kommen. Durch die Überwa chung der auf die AFM-Spitze 80 bei ihrem Absenken ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen sollte man somit erkennen, wann das AFM-Spitzenende 84 den Boden 110 des Grabens 40 erreicht. Aus 3 folgt somit logisch, daß eine Anfrage dahingehend vorliegt, ob das AFM-Spitzenende 84 schon den Grabenboden 110 erreicht hat (Entscheidungsblock 114).
Falls das AFM-Spitzenende 84, wie in 3 gezeigt, den Grabenboden 110 noch nicht erreicht hat, werden die folgenden Schritte wiederholt: Bewegen im quadratischen Muster 98 (Aktionsblock 100), Erfassen von neun Messungen (Aktionsblock 102), Bestimmen der neuen optimalen Stelle (Aktionsblock 104), Bewegen des AFM-Spitzenendes 84 zur neuen optimalen Stelle (Aktionsblock 106), Absenken des AFM-Spitzenendes 84 um ein weiteres Inkrement von 1 nm (Aktionsblock 108) und Messen der auf die AFM-Spitze 80 ausgeübten Atomkraftwechselwirkung. Wenn das AFM-Spitzenende 84 den Boden 110 des Grabens 40 erreicht (oder wenn das AFM-Spitzenende 84 so tief wie möglich hineingegriffen hat, d.h., falls die Spitze 80 nicht lang genug und schmal genug ist, um den Grabenboden 110 zu erreichen), kann die aktuelle Höhe des AFM-Spitzenendes 84 in der Z-Richtung aus dem Enkodieren der AFM-Maschine (nicht gezeigt) abgerufen werden (Aktionsblock 116 von 3). Anhand dieser Höheninformationen kann die Tiefe des Grabens 40 berechnet (Aktionsblock 118) und in einem Speicherungsbauelement im Computersystem gespeichert werden (Aktionsblock 120).
13 zeigt eine zentrierte Position der AFM-Spitze 80, wenn sie den Boden 110 erreicht, was oftmals die maximale Tiefe in der Einsenkung ist. Bei einigen Halbleiterprodukten ist die bevorzugte Messung die Tiefe, wo das Polysilizium 42 am Boden die Seitenwand berührt. In anderen Fällen ist erwünscht, die maximale Tiefe in der Nähe der Mitte (innerhalb der Einsenkung) zu erfahren. Je nach der Kontour des Grabenbodens 110 und dem Spitzenwinkel (siehe z.B. 21) befindet sich der tiefste Teil des gemessenen Grabens mögli cherweise nicht bei oder in der Nähe der Mitte des Grabens 40.
Während die Messungen der Grabentiefen für jeden Graben 40 erhalten werden, können sie unter Verwendung eines Anzeigeelements eines Softwarefensters auf dem Schirm neben dem entsprechenden Grabenumriß dargestellt werden, um dem Bediener der AFM-Maschine den Fortschritt anzuzeigen (siehe z.B. 20) (Aktionsblock 122 in 3). Weil jedoch das Abtasten und Sondieren bevorzugt voll automatisiert ist (d.h. keine Befehle oder Interaktion von beziehungsweise durch ei nen Menschen benötigt), kann eine derartige Zwischenanzeige fakultativ auf der Basis der Wünsche oder Bedürfnisse des Bedieners angezeigt werden, und eine derartige Zwischenanzeige ist für eine Ausführungsform nicht erforderlich.
Nach dem Ende der Unterroutine 92 „Grabentiefe messen" (3), kehrt die Unterroutine 92 zum Hauptprogramm 30 (1) zurück. Der nächste Schritt des Hauptprogramms 30 (siehe 1) besteht in dem Aufruf der Unterroutine 126 „Graben verlassen", die in 4 gezeigt ist. In diesem Stadium hat die AFM-Spitze 80 mit der Bewegung in den aktuellen Graben 40 aufgehört (siehe z.B. 13) und muß aus dem Graben 40 entfernt werden (d.h. den Graben 40 verlassen). Die AFM-Spitze 80 kann einfach aus dem Graben 40 herausgehoben werden. Ohne Steuerndes Austritts aus dem Graben 40 kann jedoch die AFM-Spitze 80 und/oder das AFM-Spitzenende 84 auf eine Seitenwand 94 auftreffen oder über eine innere Oberfläche des Grabens 40 gezogen werden, was oftmals eine der Ursachen für Verschleiß oder Bruch von AFM-Spitzen 80 ist. Es wäre somit wünschenswerter, den Weg der AFM-Spitze 80 bei ihrem Austritt aus dem Graben 40 zu steuern, um wieder den Verschleiß der AFM-Spitzen 80 und die Häufigkeit von Brüchen der Spitze zu reduzieren. Wenn Verschleiß und Bruch derart reduziert werden, kann dies die Lebensdauer einer AFM-Spitze 80 sehr verlängern. Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Mög lichkeit bereit, um den Weg der AFM-Spitze 80 bei ihrem Austritt aus einem tiefen Strukturmerkmal (z.B. einem Graben 40) zu steuern.
Unter Bezugnahme auf 4 besteht der erste Schritt der Unterroutine „Graben verlassen" darin, die AFM-Spitze 80 in der Z-Richtung nach oben zu bewegen (Aktionsblock 128 in 4), d.h. in einer Richtung entlang der Z-Achse zu der Grabenöffnung hin um etwa 1 nm, wie in Figur 14 gezeigt. In 14 stellt die in Umrißlinien gezeigte AFM-Spitze 82 die vorherige Position der AFM-Spitze 80 dar (wie in 13). Als nächstes wird die AFM-Spitze 80 in der aktuellen X-Y-Ebene um etwa 1 nm in eine Richtung zu der nächsten anfänglichen optimalen Stelle für den nächsten abzutastenden Graben hin bewegt (Aktionsblock 130). Während oder nach dem Bewegen der AFM-Spitze 80 wird ein Meßwert der auf die AFM-Spitze 80 ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen erfaßt (Aktionsblock 132). Auf der Basis der Höhe der auf die AFM-Spitze 80 ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen kann ungefähr bestimmt werden, wie nahe sich die AFM-Spitze 80 an einer Seitenwand 94 des Grabens 40 befindet.
Weiter unter Bezugnahme auf 4 wird als nächstes bestimmt, ob die AFM-Spitze 80 und/oder das AFM-Spitzenende 84 eine Seitenwand 94 erreicht hat (Entscheidungsblock 134). Falls dies nicht der Fall ist, wird bestimmt, ob sich das AFM-Spitzenende 84 schon außerhalb des Grabens 40 befindet (Entscheidungsblock 136). Falls sich das AFM-Spitzenende 84 nicht schon außerhalb des Grabens 40 befindet, wird die Unterroutine 126 fortgesetzt (siehe 4). Da eine Seitenwand 94 noch nicht erreicht worden ist, werden die folgenden Schritte wiederholt: Die AFM-Spitze 80 wird in der aktuellen X-Y-Ebene um etwa 1 nm zu der nächsten anfänglichen optimalen Stelle für den nächsten abzutastenden Graben 40 hin bewegt (Aktionsblock 130), ein Meßwert der Atomkraftwechselwirkung wird erfaßt (Aktionsblock 132), und es wird wieder bestimmt, ob die AFM-Spitze 80 schon eine Seitenwand 94 er reicht hat (Entscheidungsblock 134). Somit wird das Durchlaufen der Schleife der Unterroutine 126 von 4 so lange fortgesetzt, bis eine Seitenwand 94 erreicht wird (oder bis bestimmt wird, daß das AFM-Spitzenende 84 den Graben 40 verlassen hat). Diese Bewegung in der X-Y-Ebene ist in 15 dargestellt. Die in Umrißlinien dargestellten AFM-Spitzen 82 in 15 stellen die vorausgegangenen Positionen der AFM-Spitze 80 bei ihrer Bewegung auf die Seitenwand 94 zu dar.
Wenn eine Seitenwand 94 von der AFM-Spitze 80 erreicht wird, wird die AFM-Spitze 80 zurück in ihre vorherige Position bewegt (wo sie sich befand, bevor sie auf die Seitenwand 94 traf) (Aktionsblock 138 in 4). Dann führt die Unterroutine 126 wieder eine Schleife. Das AFM-Spitzenende 84 wird wieder um etwa 1 nm nach oben in der Z-Richtung bewegt (Aktionsblock 128). 16 zeigt den Weg der AFM-Spitze 80 bei ihrer Bewegung zurück in ihre vorherige Position und dann um ein weiteres Inkrement nach oben in der Z-Richtung. Man beachte, daß die Inkremententfernung, um die sich die AFM-Spitze in der Z-Richtung und in den X-Y-Ebenen bewegt, von 1 nm verschieden sein kann. Auch kann die Inkrementsentfernung, um die sich die AFM-Spitze 80 in der X-Y-Ebene bewegt, von der in der Z-Richtung bewegten Inkrementsentfernung verschieden sein. 17 zeigt die nächste Bewegung der AFM-Spitze 80 in der X-Y-Ebene bei der nächsten Z-Position. 18 zeigt die nächste Bewegung zurück und hoch, nachdem die Seitenwand 94 wieder erreicht ist. Der Prozeß und das Bewegen der AFM-Spitze 80 in Inkrementen in einer X-Y-Ebene, bis die Seitenwand 94 erreicht ist, des Bewegens zurück zu einer vorherigen Position in der X-Y-Ebene und des Bewegens nach oben in Inkrementen in der Z-Richtung wird fortgesetzt, bis sich das AFM-Spitzenende außerhalb des Grabens 40 befindet. 19 zeigt die Bewegung bis zu dem Zeitpunkt, wenn sich das AFM-Spitzenende 84 außerhalb des Grabens 40 befindet.
Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, wie die Software bestimmen kann, daß sich das AFM-Spitzenende 84 außerhalb des Grabens 40 befindet. Beispielsweise kann die Software nach der Höhe in der Z-Richtung Ausschau halten, bei der sich das AFM-Spitzenende 84 außerhalb des Grabens 40 befinden sollte. Als weiteres Beispiel kann angenommen werden, daß sich das AFM-Spitzenende 84 außerhalb des Grabens 40 befindet, wenn es sich in der X-Y-Ebene über die für den ungefähren Umriß des Grabens 40 bekannten Koordinaten hinaus bewegt. Die Software kann aber auch eine Kombination aus derartigen Überprüfungen verwenden. Nach der Bestimmung, daß sich das AFM-Spitzenende 84 außerhalb des Grabens 40 befindet (d.h. nach dem Ende der Unterroutine 126 „Graben verlassen" (4)), geht die Unterroutine 126 zum Hauptprogramm 30 zurück (1).
Wieder unter Bezugnahme auf das Hauptprogamm 30 in 1 besteht der nächste Schritt darin zu bestimmen, ob alle Gräben 40, die abgetastet werden, gemessen worden sind (Entscheidungsblock 140). Falls dies nicht der Fall ist, wird die AFM-Spitze 80 zur anfänglichen optimalen Stelle 76 für den nächsten Graben 40, der abgetastet und gemessen werden soll, bewegt (Aktionsblock 142). Dann werden die Unterroutinen 92 „Grabentiefe messen" und 126 „Graben verlassen" wieder ausgeführt. Dieser Prozeß kann so lange wiederholt werden, bis alle Gräben 40 abgetastet und gemessen sind. Wenn die Gräben 40 abgetastet werden, kann der Fortschritt der Messungen auf dem Schirm gezeigt werden, während die Daten erfaßt werden. Nachdem alle Gräben 40 abgetastet und gemessen worden sind, können die Tiefenmessungen 144 zusätzlich oder alternativ auf dem Schirm angezeigt und/oder als ein Bild zur Integrierung in einen Bericht gesichert werden. 20 zeigt einen vereinfachten Screenshot 146 davon, was nach dem AFM-Abtasten zur Tiefenmessung angezeigt werden kann. In 20 ist eine Draufsicht auf die gefundenen Gräben 40 gezeigt. In dem Screenshot 146 von 20 sind der Umriß jedes Grabens, die jedem Graben 40 zugewiesene Zahl 74, die Stelle 76 der ungefähren Mitte jedes Grabenumrisses und die Tiefenmessung 144 für jeden Graben 40 gezeigt. Die Anzeige auf dem Schirm kann jedoch von der beispielhaft in 20 gezeigten abweichen.
Als ein zusätzliches Merkmal der ersten Ausführungsform können die Tiefenmessungen der Gräben mit einer standardmäßigen AFM-Messung oder einem Rasterelektronenmikroskop-(REM)-Querschnitt verglichen werden, um festzustellen, ob die Tiefe jedes Grabens entsprechend dem Standard innerhalb der Toleranz liegt. Ein Indikator kann auf dem Schirm zusammen mit der Tiefenanzeige angezeigt werden, um anzugeben, ob die Grabentiefe innerhalb des Standards liegt. Auf der Basis der Anzahl von Gräben, die den Standard nicht erfüllen, kann außerdem das Halbleiterprodukt, das hergestellt wird, ausgesondert oder zur Weiterführung im Herstellungsprozeß angenommen werden.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auch verwendet werden, wenn die AFM-Spitze 80 geneigt ist, wie beispielsweise in 21 dargestellt. In diesem Fall befindet sich die anfängliche optimale Stelle wegen der Neigung der AFM-Spitze 80 möglicherweise nicht an der Stelle 76 in der Mitte des Grabens 40. Bei Eintritt der geneigten AFM-Spitze 80 in den Graben 40 fällt der Punkt, an dem die geringste Atomkraftwechselwirkung vorliegt, aufgrund der Tatsache, daß die AFM-Spitze 80 geneigt ist, möglicherweise nicht mit der Stelle 76 der geometrischen Mitte des Grabens 40 zusammen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eignet sich jedoch weiterhin, um Kollisionen des geneigten AFM-Spitzenendes 84 mit den Seitenwänden 94 und ein Ziehen desselben über die Seitenwände 94 beim Eintreten in den Graben 40 und/oder Verlassen des Grabens 40 zu vermeiden, was die Lebensdauer der AFM-Spitzen 80 verlängern kann.
Bei der vorliegenden Erfindung können auch Spitzen mit großen Seitenverhältnissen verwendet werden. Spitzen mit großen Seitenverhältnissen sind so ausgelegt, daß sie in tiefe Strukturmerkmale mit einem kleinen Durchmesser passen. Zu Beispielen für Spitzen mit hohen Seitenverhältnissen zählen beispielsweise FIB-(fokussierte Ionenstrahl)-Spitzen, EBD(Elektronenstrahlabscheidungs)-Spitzen und Kohlenstoff-Nanoröhren-Spitzen. Spitzen mit einem großen Seitenverhältnis weisen gegenüber standardmäßigen Abgreifmodus-Spitzen wegen ihrer Form einen Vorteil auf, da derartige Spitzen in tiefe Strukturmerkmale abgesenkt werden können, ohne mit den Seiten zu kollidieren. Ein Nachteil bei der Verwendung von Spitzen mit einem großen Seitenverhältnis ist ein „Hafteffekt". Spitzen mit einem großen Seitenverhältnis können wegen ihrer Spitzenlänge leichter an der Seite haften, und zwar aufgrund von Atom- oder statischen Kräften innerhalb des tiefen Grabens, die die Spitze auslenken, wie in 22 gezeigt. Dann bleibt die Spitze haften, üblicherweise muß die Spitze in einer Richtung aus dem Graben heraus zurückbewegt werden, um die Spitze freizugeben und zu verhindern, daß sie bricht, was zu Abtastergebnissen ähnlich denen von 23 führen kann. Die erste Ausführungsform löst dieses Problem, indem sie die Spitze, während sie abgesenkt wird, in der Mitte des Grabens hält, wo die Atomkräfte gleichermassen gegen alle Seiten der Spitze ziehen, um die Auslenkung zu einer Seite reduzieren.
24 zeigt eine Kohlenstoff-Nanoröhren-Spitze, die mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Ein Vorteil bei der Verwendung einer Kohlenstoff-Nanoröhren-Spitze besteht darin, daß die Spitzen eine zylindrische Form aufweisen, was das Messen einer kritischen Tiefe erleichtert, wo das Polysilizium 42 im Boden des Grabens auf die Seitenwand des Grabens trifft (siehe 24). Ein weiterer Vorteil von Kohlenstoff-Nanoröhren liegt in ihrer Festigkeit und Dauerhaftigkeit, wodurch sie länger halten als Siliziumspitzen. Noch ein weiterer Vorteil bei der Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhren besteht in ihren er hältlichen Längen (aufgrund der Festigkeit ihrer Kohlenstoffstruktur).
Man beachte, daß die Unterroutinen 48, 92 und 126 auf andere Weise als in den 1 bis 4 gezeigt aufgeteilt werden können oder daß es möglicherweise keine Unterroutinen gibt (d.h. alle im Hauptprogramm 30). Angesichts dieser Offenbarung wird der Durchschnittsfachmann wahrscheinlich viele Variationen der vorliegenden Erfindung realisieren, die viele weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bilden können.
Der Fachmann wird angesichts dieser Offenbarung erkennen, daß eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein AFM-Abtastverfahren zur Tiefenmessung bereitstellt, die sich zum Auswerten beispielsweise von tiefen Strukturmerkmalen von Halbleiterprodukten eignen können. Es versteht sich, daß die Zeichnungen und die ausführliche Beschreibung hierin als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung anzusehen sind und die Erfindung nicht auf die besonderen Formen und Beispiele, die offenbart wurden, beschränken sollen. Im Gegenteil beinhaltet die Erfindung alle weiteren Modifikationen, Änderungen, Umordnungen, Substitutionen, Alternativen, Designentscheidungen und Ausführungsformen, die für den Durchschnittsfachmann offensichtlich sind, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert sind, abzuweichen. Die folgenden Ansprüche sollen deshalb so interpretiert werden, daß sie alle derartigen weiteren Modifikationen, Änderungen, Umordnungen, Substitutionen, Alternativen, Designentscheidungen und Ausführungsformen beinhalten.

Claims

Verfahren zum Abtasten eines sich in eine Oberfläche erstreckenden tiefen Strukturmerkmals unter Verwendung einer Atomkraftmikroskopie-Spitze (AFM-Spitze), das folgendes umfaßt: Finden und Abbilden des tiefen Strukturmerkmals mit einer Oberflächenübersichtsabtastung; Analysieren von Daten aus der Oberflächenübersichtsabtastung, um eine anfängliche optimale Stelle zum Erforschen des Inneren des tiefen Strukturmerkmals mit der AFM-Spitze zu identifizieren; Bewegen der AFM-Spitze zu der ungefähr auf der Höhe der Oberfläche befindlichen anfänglichen optimalen Stelle; Wiederholen eines ersten Vorgangs, bis die AFM-Spitze einen Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht, wobei der erste Vorgang folgendes beinhaltet: Absenken der AFM-Spitze in einer ersten Richtung parallel zu einer sich in das tiefe Strukturmerkmal erstreckenden ersten Achse um ein erstes Entfernungsinkrement; Messen von auf die AFM-Spitze wirkenden Atomkraftwechselwirkungen, um zu bestimmen, ob der Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht worden ist; Bewegen der AFM-Spitze in einem geometrischen Muster und in einer aktuellen Ebene an einer aktuellen Stelle entlang der ersten Achse vieler Ebenen, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Achse verlaufen; Messen von auf die AFM-Spitze einwirkenden Atomkraftwechselwirkungen an verschiedenen Stellen im geometrischen Muster, um im geometrischen Muster eine neue optimale Stelle zu bestimmen, wo die Atomkraftwechselwirkungen minimal sind; und Bewegen der AFM-Spitze in der aktuellen Ebene zu der neuen optimalen Stelle.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin folgendes umfaßt: Berechnen einer Tiefe des tiefen Strukturmerkmals, nachdem die AFM-Spitze den Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht hat.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das weiterhin folgendes umfaßt: Wiederholen eines zweiten Vorgangs, bis die AFM-Spitze das tiefe Strukturmerkmal verlassen hat, wobei der zweite Vorgang folgendes beinhaltet: Bewegen der AFM-Spitze in einer zweiten Richtung parallel zur ersten Achse um ein zweites Entfernungsinkrement, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist und allgemein zur Oberfläche hin verläuft; Wiederholen eines dritten Vorgangs, bis die AFM-Spitze eine Seitenwand des tiefen Strukturmerkmals erreicht, wobei der dritte Vorgang folgendes beinhaltet: Bewegen der AFM-Spitze in einer dritten Richtung um ein drittes Entfernungsinkrement innerhalb der aktuellen Ebene und Messen von auf die AFM-Spitze ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen, um zu bestimmen, ob die Seitenwand des tiefen Strukturmerkmals erreicht worden ist; und Bewegen der AFM-Spitze in einer vierten Richtung um das dritte Entfernungsinkrement in der aktuellen Ebene bis zu einer unmittelbar vorausgegangenen Position, wobei die vierte Richtung der dritten Richtung entgegengesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste, zweite und dritte Entfernungsinkrement jeweils etwa 1 nm betragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das tiefe Strukturmerkmal ein Graben ist, der bei der Herstellung eines Kondensators für eine integrierte Schaltung in einem Halbleiterwafer gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das weiterhin folgendes umfaßt: Zeichnen einer Draufsicht eines ungefähren Umrisses für das tiefe Strukturmerkmal auf der Basis der Analyse der Oberflächenübersichtsabtastung.
Verfahren nach Anspruch 6, das weiterhin folgendes umfaßt: Zeichnen einer Stelle der ungefähren Mitte des Umrisses des tiefen Strukturmerkmals auf der Basis der Analyse der Oberflächenübersichtsabtastung.
Verfahren nach Anspruch 7, das weiterhin folgendes umfaßt: Berechnen einer Tiefe des tiefen Strukturmerkmals, nachdem die AFM-Spitze den Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht hat; und Anzeigen der Tiefe in der Nähe der Zeichnung des Umrisses des tiefen Strukturmerkmals.
Integriertes Schaltungsbauelement, das während der Produktion gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 getestet wird.
Verfahren zum Abtasten eines sich in eine Oberfläche erstreckenden tiefen Strukturmerkmals unter Verwendung einer Atomkraftmikroskopie-Spitze (AFM-Spitze), das folgendes umfaßt: Finden und Abbilden des tiefen Strukturmerkmals mit einer Oberflächenübersichtsabtastung; Analysieren von Daten aus der Oberflächenübersichtsabtastung, um eine anfängliche optimale Stelle zum Erforschen des Inneren des tiefen Strukturmerkmals mit der AFM-Spitze zu identifizieren; Bewegen der AFM-Spitze zu der ungefähr auf der Höhe der Oberfläche befindlichen anfänglichen optimalen Stelle; Wiederholen eines ersten Vorgangs, bis die AFM-Spitze einen Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht, wobei der erste Vorgang folgendes beinhaltet: Absenken der AFM-Spitze in einer ersten Richtung parallel zu einer sich in das tiefe Strukturmerkmal erstreckenden ersten Achse um ein erstes Entfernungsinkrement; Messen von auf die AFM-Spitze wirkenden Atomkraftwechselwirkungen, um zu bestimmen, ob der Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht worden ist; Bewegen der AFM-Spitze in einem geometrischen Muster und in einer aktuellen Ebene an einer aktuellen Stelle entlang der ersten Achse vieler Ebenen, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Achse verlaufen; Messen von auf die AFM-Spitze einwirkenden Atomkraftwechselwirkungen an verschiedenen Stellen im geometrischen Muster, um im geometrischen Muster eine neue optimale Stelle zu bestimmen, wo die Atomkraftwechselwirkungen minimal sind; und Bewegen der AFM-Spitze in der aktuellen Ebene zu der neuen optimalen Stelle; Berechnen einer Tiefe des tiefen Strukturmerkmals, nachdem die AFM-Spitze den Boden des tiefen Strukturmerkmals erreicht hat; Wiederholen eines zweiten Vorgangs, bis die AFM-Spitze das tiefe Strukturmerkmal verlassen hat, wobei der zweite Vorgang folgendes beinhaltet: Bewegen der AFM-Spitze in einer zweiten Richtung parallel zur ersten Achse um ein zweites Entfernungsinkrement, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist und allgemein zur Oberfläche hin verläuft; Wiederholen eines dritten Vorgangs, bis die AFM-Spitze eine Seitenwand des tiefen Strukturmerkmals erreicht, wobei der dritte Vorgang folgendes beinhaltet: Bewegen der AFM-Spitze in einer dritten Richtung um ein drittes Entfernungsinkrement innerhalb der aktuellen Ebene und Messen von auf die AFM-Spitze ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen, um zu bestimmen, ob die Seitenwand des tiefen Strukturmerkmals erreicht worden ist; und Bewegen der AFM-Spitze in einer vierten Richtung um das dritte Entfernungsinkrement in der aktuellen Ebene bis zu einer unmittelbar vorausgegangenen Position, wobei die vierte Richtung der dritten Richtung entgegengesetzt ist.
Integriertes Schaltungsbauelement, das während der Produktion gemäß dem Verfahren nach Anspruch 10 getestet wird.
Verfahren zum Herstellen eines integrierten Schaltungsbauelements, das folgendes umfaßt: Ausbilden eines Grabens in einem Halbleiterwafer, wobei sich der Graben in eine Oberfläche des Wafers erstreckt; Messen einer Tiefe des Grabens unter Verwendung eines Verfahrens zum Abtasten des Grabens mit einer Atomkraftmikroskopie-Spitze (AFM-Spitze), wobei das Verfahren zum Abtasten folgendes beinhaltet: Finden und Abbilden des Grabens mit einer Oberflächenübersichtsabtastung; Analysieren von Daten aus der Oberflächenübersichtsabtastung, um eine anfängliche optimale Stelle zum Erforschen des Inneren des Grabens mit der AFM-Spitze zu identifizieren; Bewegen der AFM-Spitze zu der ungefähr auf der Höhe der Oberfläche befindlichen anfänglichen optimalen Stelle, Wiederholen eines ersten Vorgangs, bis die AFM-Spitze einen Boden des Grabens erreicht, wobei der erste Vorgang folgendes beinhaltet: Absenken der AFM-Spitze in einer ersten Richtung parallel zu einer sich in den Graben erstreckenden ersten Achse um ein erstes Entfernungsinkrement, Messen von auf die AFM-Spitze ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen, um zu bestimmen ob der Boden des Grabens erreicht worden ist, Bewegen der AFM-Spitze in einem geometrischen Muster und in einer aktuellen Ebene an einer aktuellen Stelle entlang der ersten Achse vieler Ebenen, die im wesentlichen senkrecht zur ersten Achse verlaufen, Messen von auf die AFM-Spitze ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen an verschiedenen Stellen im geometrischen Muster, um eine neue optimale Stelle im geometrischen Muster zu bestimmen, wo die Atomkraftwechselwirkungen minimal sind, und Bewegen der AFM-Spitze in der aktuellen Ebene zu der neuen optimalen Stelle.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Graben vor dem Messen seiner Tiefe teilweise mit Polysilizium gefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, das weiterhin folgendes umfaßt: Wiederholen eines zweiten Vorgangs, bis die AFM-Spitze den Graben verlassen hat, wobei der zweite Vorgang folgendes beinhaltet: Bewegen der AFM-Spitze in einer zweiten Richtung parallel zur ersten Achse um ein zweites Entfernungsinkrement, wobei die zweite Richtung der ersten Rich tung entgegengesetzt ist und allgemein zur Oberfläche hin verläuft; Wiederholen eines dritten Vorgangs, bis die AFM-Spitze eine Seitenwand des Grabens erreicht, wobei der dritte Vorgang folgendes beinhaltet: Bewegen der AFM-Spitze in einer dritten Richtung um ein drittes Entfernungsinkrement innerhalb der aktuellen Ebene und Messen von auf die AFM-Spitze ausgeübten Atomkraftwechselwirkungen, um zu bestimmen, ob die Seitenwand des Grabens erreicht worden ist; und Bewegen der AFM-Spitze in einer vierten Richtung um das dritte Entfernungsinkrement in der aktuellen Ebene bis zu einer unmittelbar vorausgegangenen Position, wobei die vierte Richtung der dritten Richtung entgegengesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das erste, zweite und dritte Entfernungsinkrement jeweils etwa 1 nm betragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das weiterhin folgendes umfaßt: Zeichnen einer Draufsicht eines ungefähren Umrisses für den Graben auf der Basis der Analyse der Oberflächenübersichtsabtastung.
Verfahren nach Anspruch 16, das weiterhin folgendes umfaßt: Zeichnen einer Stelle der ungefähren Mitte des Grabenumrisses auf der Basis der Analyse der Oberflächenübersichtsabtastung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, das weiterhin folgendes umfaßt: Berechnen einer Tiefe des Grabens, nachdem die AFM-Spitze den Boden des Grabens erreicht hat; und Anzeigen der Tiefe in der Nähe der Zeichnung des Grabenumrisses.
Integriertes Schaltungsbauelement, das während der Produktion gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18 getestet wird.