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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Charakterisieren einer Tiefenstruktur in einem Substrat an einer Oberfläche des Substrats, wobei die Tiefenstruktur insbesondere eine Ausnehmung oder eine Ausnehmung mit einem großen Verhältnis zwischen Tiefe und lateraler Abmessung ist oder auch eine Struktur aus einem Material, das sich von dem Material des Substrats unterscheidet.
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In zunehmendem Maße werden insbesondere in der Halbleiterfertigung Strukturen mit einem großen Verhältnis zwischen der senkrecht zur Oberfläche eines Substrats gemessenen Tiefe und den lateralen Abmessungen (HAR-Strukturen; HAR = High Aspect Ratio) erzeugt und verwendet, beispielsweise für Kondensatoren in Speicherzellen von Speicherbauelementen. Derartige Strukturen müssen in einer laufenden Produktion zumindest stichprobenweise charakterisiert werden, wobei insbesondere ihre Abmessungen bestimmt werden, um die Produktionslinie zu überwachen und ggfs. Prozessparameter nachzuführen. Diese Charakterisierung geschieht herkömmlich beispielsweise durch Brechen des Halbleitersubstrats, wobei anschließend eine an der Bruchkante angeordnete Struktur rasterelektronenmikroskopisch, rasterkraftmikroskopisch oder auf andere geeignete Weise abgebildet wird, um sie zu charakterisieren und insbesondere ihre Abmessungen aus der Abbildung zu bestimmen. Vor allem im Fall lateral kleiner Strukturen muss das Substrat eine Vielzahl derselben enthalten, damit zumindest eine an der Bruchkante liegt. Mit dem Brechen des Wafers ist eine Weiterverarbeitung desselben in der Regel ausgeschlossen.
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Bei einem alternativen Verfahren wird mittels eines fokussierten Ionenstrahls eine als Sichtfenster dienende Ausnehmung in dem Substrat erzeugt, welche die Tiefenstruktur anschneidet. Die Ausnehmung ist so angeordnet und ausgebildet, dass die angeschnittene Struktur anschließend mittels eines schräg auf die angeschnittene Struktur einfallenden Elektronenstrahls rasterelektronenmikroskopisch erfasst bzw. abgebildet werden kann.
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Problematisch bei diesem Verfahren ist der sogenannte „Wasserfalleffekt”, der von der unvermeidbaren Aufweitung des fokussierten Ionenstrahls herrührt und eine Veränderung der angeschnittenen Struktur bereits beim Anschneiden derselben zur Folge hat. Der Wasserfalleffekt kann im Fall einer einfachen. Struktur durch vorheriges Abscheiden einer Schutzkappe minimiert oder vermieden werden. Für HAR-Strukturen existiert jedoch kein herkömmliches Verfahren zum Vermeiden des Wasserfalleffekts.
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Die
US 6,268,608 B1 zeigt ein Halbleitersubstrat mit einer Tiefenstruktur, bei der eine dreieckige Ausnehmung vorgesehen ist. Eine Vorrichtung zur Charakterisierung einer Tiefenstruktur ist in der
US 2003/0098416 A1 offenbart. Ein weiteres Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung einer Tiefenstruktur wird in der
JP 08 298 275 A beschrieben.
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Der Artikel ”A Method for Exact Determination of DRAM Deep Trench Surface Area” von J. D. Russell et al. (Conference Proceedings of the 29th International Symposium for Testing and Failure Analysis, Santa Clara, ASM International, S. 140 143, Nov. 2003) beschreibt, dass eine Probe zunächst nahe einem geometrisch zu vermessenden Kondensator gespalten bzw. gebrochen wird. Von dieser Bruchkante aus wird dann der zu vermessende Kondensator mittels eines fokussierten Ionenstrahls nacheinander in mehreren (parallelen) Ebenen angeschnitten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Charakterisieren einer Tiefenstruktur in einem Substrat an einer Oberfläche desselben zu schaffen, bei dem der verfälschende Einfluss des Wasserfalleffekts vermieden oder verringert wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die vorliegende Erfindung verwendet ein Verfahren zum Charakterisieren einer Tiefenstruktur in einem Substrat an einer Oberfläche des Substrats mit folgenden Schritten:
- a) Erzeugen einer Ausnehmung an der Oberfläche des Substrats zwischen einer Abbildungseinrichtung und der Tiefenstruktur, wobei die Ausnehmung von der Tiefenstruktur beabstandet ist;
- b) Abtragen einer Schicht des Substrats, welche die Tiefenstruktur und die Ausnehmung anschneidet, mittels eines Ionenstrahls, um eine Schnittfläche zu erhalten, wobei die Schicht und die Flächennormale der Oberfläche des Substrats einen spitzen Winkel einnehmen, der größer als Null ist, und
- c) Abbilden der Schnittfläche mittels der Abbildungseinrichtung, um die Tiefenstruktur zu charakterisieren.
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Die vorliegende Erfindung verwendet ferner eine Vorrichtung zum Charakterisieren einer Tiefenstruktur in einem Substrat an einer Oberfläche des Substrats, mit einer Einrichtung zum Abtragen einer Schicht des Substrats, welche die Tiefenstruktur und eine Ausnehmung an der Oberfläche des Substrats anschneidet, mittels eines Ionenstrahls, um eine Schnittfläche zu erhalten, und einer Einrichtung zum Abbilden der Schnittfläche durch die Ausnehmung hindurch, um die Tiefenstruktur zu charakterisieren, gekennzeichnet dadurch, dass die Einrichtung zum Abtragen so ausgebildet ist, dass die Schicht und die Flächennormale der Oberfläche des Substrats einen spitzen Winkel einnehmen, der größer als Null ist.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, die Tiefenstrukturen nicht mehr in einer Ebene senkrecht zur Oberfläche des Substrats und damit parallel zur Hauptausdehnung der Tiefenstruktur anzuschneiden, sondern schräg. Die schräge Schnittfläche enthält im Gegensatz zur herkömmlichen senkrechten Schnittfläche eine wesentlich kleinere Querschnittsfläche der Tiefenstruktur. Insbesondere ist diese Querschnittsfläche bei einer HAR-Struktur im Falle einer schrägen Schnittfläche wesentliche kürzer als im Falle einer vertikalen Schnittfläche. Dies ist vorteilhaft, da die verändernde Wirkung des Wasserfalleffekts auf die Querschnittsfläche stark von der in Richtung des fokussierten Ionenstrahls gemessenen Länge der Querschnittsfläche abhängt. Insbesondere nimmt eine die Querschnittsfläche verbreiternde Wirkung des Wasserfalleffekts in Bewegungsrichtung der Ionen zu. Eine in Richtung des Ionenstrahls kurze Querschnittsfläche in der schrägen Schnittfläche wird deshalb vor allem in ihrer Breite nur geringfügig verändert.
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Bei dem erfindungsgemäßen schrägen Anschnitt der Tiefenstruktur hat der Wasserfalleffekt sogar eine positive Auswirkung, wenn zum Charakterisieren der Tiefenstruktur eine senkrecht zu der Richtung des Ionenstrahls und parallel zur Oberfläche des Substrats gemessene Breite der Querschnittsfläche erfasst wird. Der Wasserfalleffekt verlängert die Tiefenstruktur und damit die Querschnittsfläche in Richtung des Ionenstrahls. Die Breite der Querschnittsfläche ändert sich deshalb in Richtung parallel zu dem Ionenstrahl langsamer als dies ohne den Wasserfalleffekt der Fall wäre. Anders ausgedrückt, wird das Maximum der Breite der Querschnittsfläche verbreitert, wobei die maximale Breite nur unwesentlich verändert wird. Folglich ist der Ort, an dem die Breite der Querschnittsfläche erfasst wird, weniger kritisch. Dies ist vor allem bei einer automatischen Auswertung der Abbildung der Schnittfläche mit der Querschnittsfläche bzw. einer automatischen Erfassung der Breite der Querschnittsfläche aus der Abbildung vorteilhaft.
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Wenn die Tiefenstruktur anhand ihrer Breite in Abhängigkeit von der Tiefe charakterisiert werden soll, werden die Schritte a), b) und c) mehrfach ausgeführt, um die Tiefenstruktur anhand von Abbildungen von Schnittflächen in mehreren Tiefen zu charakterisieren.
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Eine Vorrichtung, die für die vorliegende Erfindung werwendet wird, zeichnet sich vorzugsweise dadurch aus, dass die Einrichtung zum Abtragen und die Einrichtung zum Abbilden so an einem Vakuumgefäß angeordnet sind, dass das Abtragen und das Abbilden erfolgen können, ohne das Substrat zu bewegen oder insbesondere von einem Vakuumgefäß in ein anderes Vakuumgefäß transportieren zu müssen.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematische Schnittdarstellungen zur Beschreibung eines herkömmlichen Verfahrens;
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2 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung;
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3 schematische Schnittdarstellungen zur Beschreibung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 schematische Darstellungen zur Beschreibung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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5 schematische Darstellungen zur Beschreibung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung; und
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7 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung.
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1 zeigt schematische Schnittdarstellungen A, B, C, D, E eines Substrats
10 in verschiedenen Stadien eines herkömmlichen Verfahrens, wie im Wesentlichen aus
US 6 268 608 B1 bekannt, zum Charakterisieren einer Tiefenstruktur
12 in dem Substrat
10 an einer Oberfläche
14 des Substrats
10. Die Tiefenstruktur
12 ist hier eine HAR-Struktur. Nach der Herstellung der Tiefenstruktur
12 wird diese durch eine Schutzkappe
16 (protection cap) abgedeckt (Teilbild B). Anschließend wird mittels eines fokussierten Ionenstrahls
18 (vorzugsweise Ga-Ionen; Teilbild C) eine Ausnehmung
20 erzeugt, welche im dargestellten vertikalen Schnitt einen dreieckigen Querschnitt aufweist (Teilbild D). Der fokussierte Ionenstrahl
18 verläuft dabei parallel zu der Tiefenstruktur
12 bzw. ihrer Hauptausdehnung, d. h. senkrecht zur Oberfläche
14 des Substrats
10. Mit der Ausnehmung
20 entsteht eine Schnittfläche
22, welche parallel zu dem fokussierten Ionenstrahl
18 und damit senkrecht zur Oberfläche
14 des Substrats
10 und parallel zur Tiefenstruktur
12 angeordnet ist. Die Ausnehmung
20 schneidet die Tiefenstruktur an, so dass die im übrigen ebene Schnittfläche
22 eine Vertiefung aufweist, welche von der Tiefenstruktur
12 herrührt bzw. deren Querschnittsfläche eine vertikale Querschnittsfläche der Tiefenstruktur
12 ist. Die Ausnehmung
20 dient als Sichtfenster, um die Schnittfläche
22 anschließend mittels eines Rasterelektronenmikroskops bzw. dessen fokussiertem Elektronenstrahl
24 unter einem schrägen Winkel abzutasten bzw. abzubilden (Teilbild E).
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Tatsächlich ist der fokussierte Ionenstrahl 18 nicht ideal linienförmig, sondern aus verschiedenen Gründen leicht aufgeweitet. Wie in Teilbild I durch die Teile 26 angedeutet ist, wird deshalb während der Herstellung der Ausnehmung 20 auch Material des Substrats außerhalb der idealen Gestalt der Ausnehmung 20 abgetragen. Dies führt insbesondere dazu, dass die Tiefenstruktur 12 in ihrer Geometrie verändert wird (angedeutet durch die Oberfläche 28), sobald sie von der Ausnehmung 20 angeschnitten ist. Das anschließend mit dem Elektronenstrahl 24 erfasst Bild der durch die Schnittfläche 22 angeschnittenen Tiefenstruktur 12 zeigt deshalb die Tiefenstruktur nicht in ihrer ursprünglichen Geometrie, sondern insbesondere mit einer vergrößerten Breite und einer vergrößerten (senkrecht zur Oberfläche 14 gemessenen) Tiefe.
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2 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zur Durchführung des oben anhand von 1 dargestellten herkömmlichen Verfahrens an dem Substrat 10. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung 38 zum Erzeugen des fokussierten Ionenstrahls 18 und einer Einrichtung 44 zum Erzeugen des Elektronenstrahls 24. Die durch die Elektronen des Elektronenstrahls 24 am Substrat 10 und insbesondere an der Schnittfläche 22 (1) erzeugten Wechselwirkungsprodukte (Sekundärelektronen, Röntgenstrahlen etc.) werden durch einen Detektor 46 erfasst. Die Einrichtung 44 zum Erzeugen des Elektronenstrahls 24, der Detektor 46 und eine Steuer- und Auswerteeinheit 48 bilden zusammen ein Rasterelektronenmikroskop, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit 48 durch Erfassen der zeitlichen Korrelation der von dem Detektor 46 erfassten Wechselwirkungsprodukte und dem momentanen Ort, auf den der Elektronenstrahl 26 gerichtet ist, ein Bild der abgetasteten Oberfläche erzeugt.
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3 zeigt schematische Schnittansichten eines Substrats 10 mit einer Tiefenstruktur 12 an einer Oberfläche 14 des Substrats 10 in verschiedenen Stadien eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Tiefenstruktur 12 ist eine beliebige, von der Oberfläche 14 des Substrats 10 in die Tiefe reichende Struktur. Anders ausgedrückt, weist die Tiefenstruktur 12 in Richtung senkrecht zu der Oberfläche 14 des Substrats 10 eine endliche Ausdehnung auf. Die vorliegende Erfindung ist besonders auch geeignet für eine Tiefenstruktur mit einem großen Verhältnis zwischen der in Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats gemessenen vertikalen Abmessung zu der oder den in Richtung parallel zu der Oberfläche gemessenen lateralen Abmessungen. Beispielsweise weist die Tiefenstruktur 12 zumindest näherungsweise die Form eines Zylinders mit kreisförmiger, quadratischer, rechteckiger oder beliebig anderer Grundfläche auf. Die Tiefenstruktur ist entweder eine Ausnehmung bzw. ein Hohlraum oder aber sie weist ein Material auf, das sich von dem umgebenden Material des Substrats 10 unterscheidet. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei einer Tiefenstruktur vorteilhaft anwendbar, die hohl bzw. ungefüllt ist oder auch ein Material aufweist bzw. mit einem Material gefüllt ist, das durch den fokussierten Ionenstrahl 24 bzw. dessen Ionen schneller abgetragen wird als das umgebende Material des Substrats 10.
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Vorzugsweise wird die Tiefenstruktur 12 zunächst durch eine Schutzkappe 16 aus W, SiO2, Pt oder einem anderen geeigneten Material abgedeckt, um sie so lang wie möglich vor einer Einwirkung der Ionen des fokussierten Ionenstrahls 18 zu schützen (Teilbild B). Anschließend wird durch den Ionenstrahl 18 eine Ausnehmung 20 erzeugt, die nahe an die Tiefenstruktur heranreicht, diese jedoch nicht anschneidet. Anders ausgedrückt, bleibt zwischen der Ausnehmung 20 und der Tiefenstruktur 12 mindestens eine dünne Wand 50 aus dem Material des Substrats 10 stehen, so dass keine Ionen des fokussierten Ionenstrahls 18 in die Tiefenstruktur 12 eindringen und diese verändern können (Teilbild D). Die Ausnehmung 20 wird vorzugsweise durch einen fokussierten Ionenstrahl 18 erzeugt, der besonders bevorzugt senkrecht zur Oberfläche 14 des Substrats 10 einfällt. Alternativ wird die Ausnehmung 20 durch ein geeignetes anderes Verfahren erzeugt, beispielsweise durch ein Nass- oder Trocken-Ätzverfahren, wobei ein anisotropes Trockenätzverfahren besonders geeignet ist, um die Ausnehmung 20 möglichst dicht neben der Tiefenstruktur 12 zu erzeugen und gleichzeitig zu gewährleisten, dass die Wand 50 eine gleichmäßige Dicke aber keine Löcher aufweist.
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Anschließend wird durch einen fokussierten Ionenstrahl 18' die Tiefenstruktur schräg angeschnitten. Dazu ist der Ionenstrahl 18' wie in Teilfigur D dargestellt, gegen die Ausnehmung 20 gekippt. Anders ausgedrückt, nimmt die Richtung des fokussierten Ionenstrahls 18 einen spitzen Winkel zur Flächennormale der Oberfläche 14 des Substrats 10 ein, der größer als Null ist. Dabei wird das die Tiefenstruktur 12 umgebende und ggfs. auch das sie ausfüllende Material in schräg zwischen der Oberfläche 14 des Substrats 10 und der Ausnehmung 20 verlaufenden Schichten abgetragen. Es entsteht eine oder vorzugsweise nacheinander mehrere gegenüber der Flächennormale der Oberfläche 14 des Substrats 10 gekippte Schnittflächen parallel zu Schnittebenen 52.
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Nach dem Abtragen jeder einzelnen Schicht bzw. nach dem Freilegen jeder einzelnen Schnittebene 52 wird die gerade freigelegte Schnittfläche durch den fokussierten Elektronenstrahl 24 eines Rasterelektronenmikroskops abgetastet, um die Schnittfläche mit der darin enthaltenen Querschnittsfläche der Tiefenstruktur 12 entlang der Schnittebene 52 abzubilden. Die Ausnehmung 20 dient dabei als Sichtfenster, das zwischen der Einrichtung zum Erzeugen des fokussierten Elektronenstrahls und der Tiefenstruktur 12 angeordnet ist, und durch das hindurch der fokussierte Elektronenstrahl 24 auf die Schnittebene fällt. Die Richtung des fokussierten Elektronenstrahls 24 und die Orientierung der Schnittebenen 52 sind dabei vorzugsweise so gewählt, dass die Richtung des fokussierten Elektronenstrahls 24 und die Flächennormale der Schnittebene 52 einen möglichst kleinen Winkel einnehmen und bevorzugt so, dass die Flächennormalen der Schnittebene 52 und der Oberfläche 14 des Substrats 10 sowie die Richtung des fokussierten Elektronenstrahls 24 in einer Ebene lieben.
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In 4 ist rechts die Situation nach Freilegen einer Schnittfläche 22' entlang einer der Schnittflächen 52 aus 3 dargestellt. Links ist schematisch das rasterelektronenmikroskopisch gewonnene Bild der Schnittfläche 22' dargestellt. Da die Schnittfläche 22' die Tiefenstruktur 12 anschneidet, weist sie eine Querschnittsfläche 60 derselben auf. Im vorliegenden Fall ist die Tiefenstruktur 12 zylindrisch und weist eine kreisförmige oder elliptische Grundfläche auf. Die Querschnittsfläche 60 in der Schnittfläche 22' ist deshalb elliptisch.
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Aufgrund des bereits in der Einleitung beschriebenen Wasserfalleffekts erzeugt der fokussierte Elektronenstrahl 18' auch bei der erfindungsgemäßen Freilegung der Schnittfläche 22' eine Veränderung der Querschnittsfläche 60. Insbesondere wird durch den Wasserfalleffekt die Querschnittsfläche 60 in Richtung des fokussierten Ionenstrahls „stromabwärts” verlängert. Dies bedeutet insbesondere, dass innerhalb eines Gebiets 62, das außerhalb der idealen Querschnittsfläche 60 liegt, das Material des Substrats 10 verstärkt abgetragen wird, so dass dort die Materialoberfläche schließlich unterhalb der Ebene der Schnittfläche 22 liegt. Das rasterelektronenmikroskopisch erhaltene, in 4 links dargestellte Bild der Schnittfläche 22' zeigt deshalb nicht die ideale Querschnittsfläche 60, sondern eine um das Gebiet 62 erweiterte Querschnittsfläche 60.
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Diese Wirkung des Wasserfalleffekts ist jedoch nicht nachteilig, sondern, wie im Folgenden beschrieben wird, in vielen Fällen vorteilhaft. Dieser Vorteil beruht darauf, dass die Breite des Gebiets 62 im wesentlichen der Breite der Querschnittsfläche 60 entspricht. Die Breite nimmt „stromabwärts” nur langsam zu. Bei einer automatischen Erfassung der Breite der Querschnittsfläche 60 ist folglich der Ort, an dem die Breite gemessen wird, wenig kritisch. Unabhängig davon, an welchem der durch die strichpunktierten Linien 64 dargestellten Orte die Breite tatsächlich gemessen wird, wird in jedem Fall in guter Näherung bzw. mit geringem Fehler die tatsächliche Breite der Querschnittsfläche 60 bzw. der Tiefenstruktur 12 erfasst.
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Wie bereits erwähnt werden vorzugsweise mit dem fokussierten Ionenstrahl 18' (3) nacheinander mehrere Schichten entfernt, wodurch nacheinander mehrere Schnittflächen 22' in verschiedenen Tiefen freigelegt werden. Jede dieser Schnittflächen 22' wird elektronenmikroskopisch abgebildet, um Bilder, wie in 4 links dargestellt, zu erhalten, die anschließend vermessen werden, um beispielsweise die Breite der Tiefenstruktur 12 in den verschiedenen Tiefen zu erhalten.
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Wie im folgenden anhand der 5 dargestellt wird, existiert ein einfacher trigonometrischer Zusammenhang zwischen der Tiefe T = A + B, in der die Breite der Tiefenstruktur 12 bestimmt wird, und anderen Größen, die bekannt oder leicht bestimmbar sind. Die Tiefe ist dabei der vertikale Abstand von der Ebene der Oberfläche 14 des Substrats 10. A ist die Tiefe des „vorderen” bzw. oberen Endes der Querschnittsfläche 60. C ist der Abstand dieses oberen Endes der Querschnittsfläche 60 von dem Ort, an dem die Breite bestimmt wird. C ist ohne weiteres aus dem in 5 links dargestellten Bild der Schnittfläche 22' bestimmbar und wird vorzugsweise gleichzeitig mit der Breite bestimmt. B ist die Projektion von C auf die Vertikale. α ist der Winkel zwischen der Schnittebene 52, in der die Schnittebene 22 liegt, und der Flächennormalen der Oberfläche 14 des Substrats 10. Es gilt T = A + B = A + C·sin(α)
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Mit dem anhand der 3, 4 und 5 dargestellten Verfahren kann die Breite der Tiefenstruktur 12 in mehreren Tiefen bzw. als (diskrete) Funktion der Tiefe bestimmt werden. Alternativ werden andere Parameter aus den Abbildungen der Schnittflächen 22' gewonnen, um die Tiefenstruktur 12 zu charakterisieren. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird aus den gewonnenen Daten ein zweidimensionales Bild eines vertikalen Schnitts durch die Tiefenstruktur 12 synthetisiert. Alternativ wird ein dreidimensionales Tomogramm der Tiefenstruktur synthetisiert.
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Das beschriebene Verfahren erfordert kein Brechen des Substrats 10. Es können deshalb eine größere Anzahl von Experimenten an einem einzigen Substrat durchgeführt und eine größere Anzahl von aussagekräftigen und verlässlichen Ergebnissen gewonnen werden. Wenn in einem Substrat eine Mehrzahl von Tiefenstrukturen 12 oder auch komplexeren Strukturen prozessiert werden, kann an ein und demselben Substrat 10 der Einfluss verschiedener Prozessschritte auf die Struktur studiert werden.
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Dazu wird die Prozessierung nach den entsprechenden Prozessschritten jeweils vorübergehend unterbrochen, um jeweils eine oder mehrere der soweit prozessierten Strukturen, wie oben anhand der 3, 4 und 5 beschrieben, zu charakterisieren. Die Ausnehmung 20 schneidet dabei vorzugsweise jeweils mehrere (beispielsweise vier) Tiefenstrukturen 12 gleichzeitig an. Man erhält somit jeweils eine Mini-Statistik über die untersuchten Charakteristika der Tiefenstruktur.
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Die nach den verschiedenen Prozessschritten gemäß der vorliegenden Erfindung charakterisierten Tiefenstrukturen sind vorzugsweise unmittelbar benachbart oder liegen innerhalb eines möglichst kleinen Bereichs an der Oberfläche 14 des Substrats 10. In diesem Fall kann der Einfluss von örtlichen Variationen der Prozessparameter vernachlässigt werden. Die Ergebnisse der Charakterisierung sind deshalb mit hoher Genauigkeit alleine auf den Einfluss der einzelnen Prozessschritte rückführbar.
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Ein Beispiel für eine Folge von Prozessschritten, die auf diese Weise untersucht werden können, besteht aus den Schritten PHMO (poly hard mask open), DTMO (deep trench mask open), DT(deep trench), Wet Bottle, HSG (hemi spherical grain) deposition.
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6 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Durchführen des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung 38 zum Erzeugen der fokussierten Ionenstrahlen 18, 18', eine Einrichtung 44 zum Erzeugen des fokussierten Elektronenstrahls 24, einen Detektor 46 zum Erfassen von Wechselwirkungsprodukten, die beim Auftreffen des fokussierten Elektronenstrahls 24 auf das Substrat 10 entstehen, und eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 48. Die Einrichtung 44 zum Erzeugen des fokussierten Elektronenstrahls 24, der Detektor 46 und die Steuer- und Auswerteeinheit 48 bilden beispielsweise die wesentlichen Bestandteile eines Rasterelektronenmikroskops. Die Einrichtung 38 zum Erzeugen der fokussierten Ionenstrahlen 18, 18' und die Einrichtung 44 zum Erzeugen des fokussierten Elektronenstrahls 24 sind vorzugsweise so angeordnet, dass die Ionenstrahlen 18, 18' und der Elektronenstrahl 24 einen Winkel von ca. 45° einschliessen.
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Das Substrat 10 ist kippbar bzw. schwenkbar in der Vorrichtung angeordnet. Während des Erzeugens der Ausnehmung 20 ist das Substrat 10 vorzugsweise so angeordnet, dass der fokussierte Ionenstrahl 18 senkrecht zur Oberfläche 14 auf das Substrat 10 trifft. Zur Freilegung der Schnittflächen 22' (4, 5) wird das Substrat 10 um den Winkel α zu der Einrichtung 44 zum Erzeugen des fokussierten Elektronenstrahls 24 hin gekippt, um, wie oben anhand der 3 beschrieben, Schichten von dem Substrat 10 abzutragen, die mit der Flächennormale der Oberfläche 14 des Substrats 10 den Winkel α einzuschliessen.
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Der Detektor 46 ist beispielsweise ein einfacher Zähler für von dem Substrat 10 rückgestreute Elektronen aus dem Elektronenstrahl 24 oder durch Elektronen aus dem Elektronenstrahl 24 in dem Substrat 10 erzeugte Sekundärelektronen. Alternativ ist der Detektor energiedispersiv, um mittels Auger-Elektronen-Spektroskopie (AES) die oberflächennahe Elementzusammensetzung des Substrats 10 ortsaufgelöst zu analysieren.
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Alternativ ist der Detektor 46 ein energiedispersiver Detektor für Röntgenphotonen, um mittels energiedispersiver Röntgenspektrometrie (EDX; EDX = energy dispersive X-ray spectroskopy) die Elementzusammensetzung des Substrats 10 ortsaufgelöst zu analysieren, wobei die analysierte Schicht wesentlich dicker ist als bei der AES.
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Alternativ sind ein wellenlängendispersives Element (beispielsweise ein Analysator-Einkristall) und ein (nicht energiedispersiver) Detektor für Röntgenphotonen vorgesehen, um mittels wellenlängendispersiver Röntgenspektrometrie (WDX; WDX = wavelength dispersive X-ray spectrometry) die Elementzusammensetzung des Susbtrats 10 ortsaufgelöst zu analysieren.
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Sowohl AES als auch EDX und WDX bieten bei Verwendung eines fokussierten Elektronenstrahls 24 eine Analyse der Elementzusammensetzung mit einer Ortsauflösung bis herab zu wenigen nm.
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Alternativ wird anstelle eines fokussierten Elektronenstrahls monochromatische Röntgenstrahlung verwendet, die in dem Substrat 10 Photoelektronen erzeugt. Die erzeugten Photoelektronen werden mittels einer Elektronenoptik auf einen Eingang eines Analysators zum Analysieren der kinetischen Energie der Photoelektronen abgebildet. Ein Detektor detektiert die Photoelektronen, um mittels Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS; XPS = X-ray photoelectron spectroscopy) die Elementzusammensetzung des Substrats 10 in einer oberflächennahen Schicht zu analysieren.
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7 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung. Hier wird zum Erzeugen des fokussierten Ionenstrahls 18', mit dem die Schnittfläche 22' freigelegt werden, nicht das Substrat 10 gekippt, sondern die Einrichtung 38 zum Erzeugen des fokussierten Ionenstrahls 18' um den Winkel α um den Wechselwirkungspunkt 70 geschwenkt.
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Alternativ zu den oben anhand der 3, 4A, 4B dargestellten Ausführungsbeispiele sind die Schnittflächen 22' nicht eben. Es ist jedoch in jedem Fall vorteilhaft und bevorzugt, dass die Richtung des fokussierten Ionenstrahls 18' parallel zu der Schnittfläche 22' verläuft.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Substrat
- 12
- Tiefenstruktur
- 14
- Oberfläche des Substrats 10
- 16
- Schutzkappe
- 18, 18'
- fokussierter Ionenstrahl
- 20
- Ausnehmung
- 22, 22'
- Schnittfläche
- 24
- Elektronenstrahl
- 26
- Pfeil
- 28
- Oberfläche
- 38
- Einrichtung zum Erzeugen des fokussierten Ionenstrahls 18
- 44
- Einrichtung zum Erzeugen des Elektronenstrahls 24
- 46
- Detektor zum Erfassen von Wechselwirkungsprodukten
- 48
- Steuer- und Auswerteeinrichtung
- 50
- dünne Wand
- 52
- Schnittebene
- 60
- Querschnittsfläche der Tiefenstruktur 12
- 62
- Gebiet
