TW201935006A

TW201935006A - 原子力顯微術系統、用以對映位於半導體裝置中之一或多個子表面結構或用以監控半導體裝置中之微影術參數之方法、及此原子力顯微術系統之用途

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Publication number: TW201935006A
Application number: TW107141716A
Authority: TW
Inventors: 勞倫特費林格; 保羅ＬＭＪ凡涅爾; 丹尼爾皮拉斯; 馬克斯Ｊ范德蘭斯; 馬汀Ｈ范艾斯; 哈美德沙地海恩瑪納尼
Original assignee: 荷蘭商荷蘭Ｔｎｏ自然科學組織公司
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2019-09-01
Also published as: US11035878B2; KR20200093625A; TWI785152B; EP3721240A1; US20200309816A1; WO2019112424A1; EP3495827A1; WO2019112424A8; KR102664745B1

Abstract

本發明係關於一種包含一原子力顯微術裝置及一基板載體之原子力顯微術系統，該基板載體具有攜載一基板的一載體表面。該基板具有一基板主表面及與該基板主表面相對之一基板掃描表面。該原子力顯微術裝置包含一掃描頭，該掃描頭包括一探針。該探針包含一懸臂及配置於該懸臂上的一探針尖端。該原子力裝置進一步包含一致動器，該致動器與該掃描頭或該基板載體中之至少一者合作以用於使該探針尖端及該基板載體在平行於該載體表面之一或多個方向上相對於彼此移動來用於該基板掃描表面藉由該探針尖端的掃描。一信號施加致動器在該掃描期間將一聲學輸入信號施加至該基板，該聲學輸入信號僅在一第一位移方向上產生一第一位移場。一尖端位置偵測器在該掃描期間監控該探針尖端相對於該掃描頭之運動以用於獲得一輸出信號。該尖端位置偵測器經配置以用於監控該探針尖端僅在正交於該位移方向之一方向上的運動。

Description

原子力顯微術系統、用以對映位於半導體裝置中之一或多個子表面結構或用以監控半導體裝置中之微影術參數之方法、及此原子力顯微術系統之用途

本發明係關於一種原子力顯微術系統，其包含一原子力顯微術裝置、具有一載體表面之一基板載體，及包含一半導體裝置的一基板，該基板具有一基板主表面、與該基板主表面相對之一基板掃描表面及經定向橫向於該基板主表面的至少一基板側表面，該載體表面經配置以用於支撐該基板之該基板主表面，該原子力顯微術裝置包含一掃描頭，該掃描頭包括一探針，該探針包含一懸臂及配置於該懸臂上的一探針尖端。

此原子力顯微術系統係大體已知的。在此已知的原子力顯微術系統中，壓縮波換能器附接於基板主表面處且在平面外方向上產生具有位移場之聲學輸入信號，亦即，橫向於基板主表面且因此橫向於基板掃描表面。已知的原子力顯微術系統之尖端位置偵測器監控在基板掃描表面處之平面外運動的所得改變，以監控子表面形貌體。

半導體產業之發展通常藉由摩爾定律掌控，摩爾定律預測密集積體電路中之電晶體的數目每兩年加倍。如將瞭解，此在如下情況下提出大的技術挑戰：無論何時藉由物理定律構成之技術邊界被遭遇且需要克服來滿足對於愈來愈小的積體電路之產業需求時。

在二十世紀已遭遇之一典型挑戰為，需要考慮在多層半導體裝置之功能層之間的層間未對準情況。在半導體裝置之多層式結構中，功能裝置層通常積設於其他功能裝置層頂部。功能產品特徵，亦即，在每一層中所形成之圖案的特徵，需要與相連功能層中的特徵準確地對準以允許最終產品：半導體裝置之正確操作。此係藉由以下操作達成：藉由判定後續層中之標記元件之間的相對位置而在製造期間監控上覆誤差，亦即，後續層之間的未對準之量。此改良，及在此之後達成的在上覆誤差之判定方面的進步，已允許根據摩爾定律在過去的幾十年內繼續使半導體元件愈來愈小。

用於判定上覆誤差之已知的系統及方法之缺點在於，可「看見」之標記特徵具有遠大於現今根據摩爾定律所要之功能產品特徵的尺寸，該等功能產品特徵亦即圖案特徵。因此，即使多層半導體裝置之後續層中之標記元件的正確對準可藉由用已知的系統及方法監控上覆誤差來建立，但仍不可保證後續層中之較小圖案特徵亦被正確地對準。此等小的圖案特徵常常藉由由雷射束之吸收所引起的聲波之熱誘發擴張及激發所忽略。

因此，非所要或破壞性的上覆誤差愈來愈難以在製造期間排除。

本發明之目標為提供一種原子力顯微術系統，該原子力顯微術系統例如可在多層半導體裝置之製造期間應用，且其克服上文所述的缺點，從而允許對於甚至是需要製造之最小圖案特徵的上覆誤差之正確判定。本發明之另一目標為大體增加AFM量測結果之準確性。

為此目的，根據第一態樣，隨其提供根據請求項1之原子力顯微術系統。本發明係基於僅在一方向上(相對於基板主表面為垂直或側向)產生位移場之洞察力，且藉由監控探針尖端僅在正交於第一位移方向之方向上的運動可導致基板中之子表面特徵的經改良之分析。此外，本發明之系統可關於將要視覺化之結構及中間層對廣泛範圍的材料執行。舉例而言，原子力顯微術系統可用以穿透金屬層，從而允許在例如EUV型抗蝕劑或電極層下方之結構的視覺化。由於歸因於對準之可偵測性及在次奈米級上之上覆誤差所引起的額外效應，本發明之應用允許進一步減小對準特徵及其他裝置特徵的大小。此係歸因於如下事實：系統提供監控製造過程之構件，且藉此在必要時管理該構件。又，此增加了半導體裝置之效能。請注意，根據先前技術，對探針尖端之運動的監控總是在平行於位移方向的方向上發生。請進一步注意，懸臂之先前技術振動總是在已存在於所產生之位移場中的方向上經偵測到，而根據本發明，懸臂之振動係在不存在於所產生之位移場中的方向上偵測到。

在根據本發明之原子力顯微術系統的實施例中，第一信號施加致動器經配置以用於在平面外方向上產生具有第一位移方向的第一位移場，且其中尖端位置偵測器經配置以用於監控探針尖端僅在平面內方向上的運動。因為第一位移方向平行於平面外方向扭轉模式，所以AFM提供似乎增強之靈敏度可得以獲得，該增強之靈敏度係藉由監控探針尖端在平面內方向上之運動而偵測諸如裂縫、晶格結構缺陷或未對準之平面內缺陷(亦即，平行於表面)而達成。

在根據本發明之原子力顯微術系統的另一實施例中，第一信號施加致動器經配置以用於在平行於基板主表面之平面內方向上產生具有第一位移方向的第一位移場，且其中尖端位置偵測器經配置以用於監控探針尖端僅在橫向於基板主表面之平面外方向上的運動。在根據本發明之原子力顯微術系統的另一實施例中，第一信號施加致動器經配置以用於在第一平面內主方向上產生具有第一位移方向的第一位移場，且其中尖端位置偵測器經配置以用於監控探針尖端僅在橫向於第一平面內主方向之第二平面內主方向上的運動。請注意，平面內方向可為兩個垂直的平面內極化之組合，例如，平行於x軸線及平行於y軸線，其中平面外方向為z軸線。因此，根據本發明，有可能僅在一平面內主方向上(例如，平行於x方向)產生平面內極化(或位移方向)，且監控僅在垂直的平面內主方向上(例如，平行於y方向)的位移。

在根據本發明之原子力顯微術系統的有利實施例中，信號分析器經組配以用於對映位於半導體裝置中之一或多個子表面結構，或經組配以用於監控半導體裝置中之微影術參數。詳言之，信號分析器可經組配以用於對映位於多層半導體裝置之層中之至少一者中的一或多個子表面結構，且經組配以用於判定第一半導體裝置層與第二半導體裝置層之間的上覆或對準誤差。請注意，信號分析器亦可經組配來例如監控產品計量或所關注之任何其他子表面特徵。

本發明亦關於根據請求項6的用以對映位於半導體裝置中之一或多個子表面結構或用以監控半導體裝置中之微影術參數的方法，及根據請求項11的發明性原子力顯微術系統在用以對映位於半導體裝置中之一或多個子表面結構或用以監控半導體裝置中之微影術參數的方法中之用途。

圖1示意性地說明在製造期間之晶圓上之半導體裝置1-1的情形草圖。在該製造期間，根據本發明之系統可得以使用。在圖1中，半導體裝置1-1配置於晶圓上與多個其他半導體裝置1-2、1-3、1-4相連。裝置1-1、1-2、1-3及1-4配置於上之晶圓(在情形草圖之聚焦範圍上不可見)可置放於根據本發明之系統的計量框架上，該計量框架可例如用於判定上覆誤差。晶圓處之計量框架可能並未整齊地對準，使得分離各別半導體裝置1-1至1-4之劃線道2 (將用於分離半導體裝置)可能與計量框架之計量座標系統13並非完全對準。在圖1中，此係藉由劃線道2之對準軸線15與計量框架之座標系統13的對準方位14之間的角度說明。

原則上，任何任意大小之半導體裝置可以此方式生產。可使用本發明之系統、裝置及方法視覺化的特徵之大小係藉由可用AFM獲得之側向解析度來判定，且可小於1奈米(亦即，次奈米大小形貌體)。本發明因此可與提供半導體元件之製造系統及方法一起應用，該等半導體元件諸如多閘極裝置，例如finFET及環閘結構。使用極高頻激發模式，亦即幾十個吉赫之壓縮或剪力波信號，信號之散射及低程度之衰減允許諸如3D NAND元件之相對厚的多層半導體結構之上覆及對準監控。自然地，本發明亦可與較大的或更粗糙的半導體結構組合應用，且可應用於多層及單層半導體裝置兩者。請注意，本發明不限於上覆及對準監控之應用，而亦可為其他原因而應用，諸如監控半導體裝置中之微影術參數或監控產品計量或所關注之任何其他子表面形貌體。

如圖1中所示，在劃線道2中，在將要產生之半導體裝置1-1至1-4中的兩者或兩者以上中間，存在一或多個標記元件5、6，標記元件5、6允許偵測多層半導體裝置1-1至1-4之後續層之間的上覆誤差。在圖1中，如可見，標記元件5存在於水平的劃線道2中，而標記元件6存在於垂直的劃線道2中。標記元件、及晶圓之劃線道或其他部分(此等可位於晶圓中)之數目及方位將由熟習此項技術者選擇。

另外，半導體裝置1-1至1-4中之每一者包含兩個或兩個以上功能層，該等功能層包含功能產品特徵，亦稱為圖案特徵或子表面形貌體9、10。在圖1中，兩個圖案特徵9及10經示意性地說明，但實際上，產品特徵之複雜圖案可存在於每一功能產品層中。

按照慣例，上覆誤差係藉由判定後續層中之標記元件5或6的相對位置來判定，以便建立此等標記元件之間的偏移。基於此偏移，層積設系統之系統光學及其他系統參數經校準，以便最小化或完全移除偏移。然而，藉由現今及將來製造之積體電路，圖案特徵9、10及標記元件之線圖案具有如上文論述之小得多的大小(甚至次奈米級)，且子表面形貌體可以大得多的深度嵌入。在例如圖1之情形草圖中，在放大圖H中，提供圖案特徵10之掃描電子顯微術(SEM)影像。圖案特徵10由在一層中之單向線的密集線間隔組成，且SEM影像展示500×500平方奈米之區域，從而說明線間距為22奈米。通常，在圖1之情形中，標記元件5及6由在80×50平方微米之總標記區域之上具有2.5微米之線間距的單方向線組成。因此，在圖1中概示之情形中，圖案特徵與標記元件之特徵相比近似小一百倍。使用例如基於偏轉光學的判定上覆誤差之習知方法，所量測之上覆誤差在圖案之圖案特徵9及10的尺度上可能不準確。此係例如藉由在光學感測技術中所引起之透鏡誤差及/或其他干擾因素所引起，從而在圖案特徵9及10之尺度上不同地影響特徵，但亦對諸如吸收係數的樣本參數造成影響，此取決於所使用之習知方法。因此，藉由應用量測上覆誤差之習知方法，可使半導體元件有缺陷或不工作的致命錯誤可能無法防止。

本發明不僅允許以習知方式判定標記元件之間的上覆誤差，而且允許另外判定標記元件及產品特徵9、10中之一或多者或全部在每一層內的相對位置。成像方法之側向解析度係足夠高的以視覺化包括所有形貌體之每一層的確切佈局，且本發明允許對於多個層進行此操作。在製造期間，此例如允許光阻之下之層的視覺化，以便在圖案化抗蝕劑之前準確地核實或控制遮罩或照明圖案的定位。

圖2示意性地說明根據本發明之第一實施例的系統20。在系統20中，探針28附接至掃描頭22。掃描頭22允許探針28相對於基板之基板掃描表面25的掃描，該基板包含多層半導體裝置，該基板亦稱為樣本26。

基板26具有基板主表面24、與基板主表面24相對(且平行)之基板掃描表面25，及經定向橫向於基板主表面24的至少一基板側表面21、23。基板主表面24及基板掃描表面25在z方向上彼此隔開，z方向亦即平面外方向。基板26藉由具有載體表面70之基板載體71支撐或攜載，基板載體71最常水平地定位。為了實現在基板掃描表面25之上的掃描，系統20包含致動器73，致動器73與基板載體71合作以用於使探針尖端30及基板載體71以及因此基板掃描表面25在平行於載體表面70之一或多個方向上相對於彼此移動來用於基板掃描表面25藉由探針尖端30的掃描，且使得探針尖端30在該掃描期間間歇地或連續地與基板掃描表面25接觸或極緊密接近基板掃描表面25。請注意，在另一實施例中，致動器可得以使用，其與掃描頭22合作以使掃描頭22在基板掃描表面25之上移動。

探針28包含懸臂29及探針尖端30。在掃描期間，探針尖端30被帶至靠近樣本26之基板掃描表面25或與基板掃描表面25接觸。舉例而言，探針尖端30可以接觸模式(探針尖端30與樣本26之基板掃描表面25之間的連續接觸)掃描跨越樣本26之表面25。雷射單元36提供雷射束35，雷射束35撞擊於懸臂29上且朝向光學偵測器38 (例如，光二極體)反射。使用光學偵測器38，懸臂29中之振動可歸因於經反射光束35在此等振動之影響下的小偏轉而經感測到。此提供輸出信號39以用於進一步分析。根據一些實施例且如關於圖4進一步解釋，光二極體38可為四象限光二極體。如可瞭解，儘管在圖1中，單一掃描頭22經描繪，但該方法可同樣地應用於包括多個掃描頭之系統中。光學偵測器38形成探針尖端位置偵測器之部分，該偵測器用於在該掃描期間監控探針尖端30相對於掃描頭22之運動以用於獲得輸出信號39。

在圖1中所示之實施例中，發明性系統允許在該掃描期間監控探針尖端30相對於掃描頭22在平行於基板主表面25之平面內方向上的運動，以用於獲得輸出信號39。在此實施例中，平面內方向可為x方向、y方向(其正交於x方向及z方向兩者)，或兩者之組合。第一信號施加致動器3將第一聲學輸入信號90施加至樣本26，從而產生僅具有平行於平面外方向之位移方向的位移場。系統20包含控制第一信號施加致動器3之操作的控制器72，使得第一信號施加致動器3提供具有輸入信號分量之聲學輸入信號，該輸入信號分量具有在100千赫至50百萬赫之範圍內，較佳在100千赫至10百萬赫之範圍內的第一頻率，或具有在50百萬赫至500吉赫之範圍內的頻率。

聲學輸入信號90可具有有限之持續時間以防止熱顯影。或者，持續時間可為較長的，或可甚至為連續的，前提條件為強度受限制以將熱顯影保持於極限內。聲學輸入信號90將傳播通過樣本26之材料，且所遭遇之任何子表面結構80或密度變化將使輸入信號90的片段92散射回至基板掃描表面25。輸入信號之片段92亦被稱為返回信號92，該返回信號92係使用探針28拾取。因此，探針尖端30將由於此返回信號92而經歷運動。根據本發明，與基板掃描表面25接觸之探針尖端30經配置來監控探針尖端僅在正交於位移方向(亦即，正交於平面外方向)之方向上的運動。因此，探針尖端之運動僅在平面內方向上經監控，該運動係藉由返回信號92之聲振動誘發。輸出信號39之恰當分析允許任何子表面結構80藉由返回信號92之分析而視覺化，返回信號92係經由懸臂29及探針尖端30之振動回應接收。此係經由光二極體38量測，且可因此藉由分析輸出信號39而得自輸出信號39。此輸出信號39提供至信號分析器43。在信號分析器43中，硬體或軟體模組可隔離經散射片段92與輸出信號39以提供子表面結構80的影像。

系統20經組配來允許相對於懸臂29之扭轉判定扭轉信號分量。為此目的，如所解釋，光二極體38可為四象限光二極體。如在圖4中可見，光二極體38包含指明為A、B、C及D之四個象限。因為支撐探針尖端30之懸臂29的扭轉程度為藉由施加於掃描探針上之側向力所引起的表面摩擦之相對量測，所以對於象限(A+C)-(B+D)之雷射光斑強度可視為探針尖端30與基板掃描表面25之間的摩擦信號。分析係在分析系統43中執行。

圖3示意性地說明根據本發明之系統20’的第二實施例。系統20’之部分及元件中的許多類似於或甚至可等同於系統20之彼等部分及元件，或可為提供相同或類似功能的不同元件。對於圖式之可理解性，此等元件可已用相同或類似之參考數字指明。至少在元件具有不同數字之彼等狀況下，此等元件可在系統中提供不同功能。

系統20’包括替代第一信號施加致動器3之第二信號施加致動器4，該第二信號施加致動器4係安裝於樣本26之下。在所示實施例中，第二信號施加致動器4為壓電型剪力波換能器，其使系統20’能夠僅在平行於基板主表面24 (亦即，平行於平面內方向)之方向上施加具有第二位移場的剪力波信號90’。在系統20’中，剪力波換能器4可例如施加在100千赫至50百萬赫之頻率範圍內，較佳在100千赫至10百萬赫之範圍內的第二頻率下之剪力波信號，或該剪力波信號具有在50百萬赫至500吉赫之範圍內的頻率。

如圖3中所示，剪力波輸入信號90’係使用壓電型換能器4施加至樣本26。換能器4及系統20’經配置以用於信號至樣本26之主表面24的傳輸。舉例而言，換能器4可配置於樣本載體71上，且使用透射性介質耦接至樣本載體71，該透射性介質關於聲振動係透射性的。合適之介質可例如藉由油脂或糊狀物提供。樣本載體71亦具備透射性介質，使得聲振動為沿著樣本26之載體。

剪力波信號90’將傳播通過樣本26之材料，且所遭遇之任何子表面結構80或密度變化將使輸入信號90’的片段92’散射回至基板掃描表面25。輸入信號之片段92’亦被稱為返回信號92’，該返回信號92’係使用探針28拾取，且其僅在平面外方向上(亦即，正交於平行於平面內方向之位移場方向)之運動經偵測到。輸出信號39之恰當分析允許視覺化任何子表面結構80。此再次經由光二極體38量測，且可因此藉由分析輸出信號39而得自輸出信號39。此輸出信號39提供至信號分析器43。在信號分析器43中，硬體或軟體模組可隔離經散射片段92’與輸出信號39以提供子表面結構80的影像。

應注意，輸出信號39可經受若干操作，諸如前置放大器58中之預放大及前置分析器60中之預分析，輸出信號39提供至鎖定放大器信號分析器43及低通濾波器61兩者。低通濾波器61移除關於來自輸出信號39之子表面量測結果的高頻分量，且將信號提供至比較器63。比較器比較輸出信號與在輸入端62處所接收之設定點(例如，來自控制器72)，且產生提供至回饋控制器65的差動信號。回饋控制器65提供控制信號以用於調整探針28之z位準，亦即，探針28高於基板掃描表面25之高度的距離。可藉由分析控制信號自回饋控制器65獲得之校正可用z位準感測器53更準確地判定。

本發明已在其一些特定實施例方面進行描述。圖式中所示及本文所述之實施例意欲僅用於所說明目的，且不欲藉由任何方式或構件對本發明為限制性的。據信，本發明之操作及構造將自前述描述及附加至其之圖式顯而易見。對於熟習此項技術者將清楚的是，本發明不限於本文所述之任何實施例，且應被認為在所附申請專利範圍之範疇內的修改係可能的。運動倒置亦被認為係固有地揭示的且將在本發明之範疇內。

在申請專利範圍中，任何參考符號不應解釋為限制請求項。術語「包含」及「包括」當在此描述或所附申請專利範圍中使用時不應以排他性或詳盡性意義來解釋，而應以包括性意義來解釋。因此，如本文所使用之表達「包含」不排除除任何請求項中所列出之元件或步驟之外的其他元件或步驟之存在。此外，詞「一」不應解釋為限於「僅一個」，而替代地用以意謂「至少一個」，且不排除多個。並未特定地或明確地描述或主張之特徵可另外在本發明之範疇內包括於本發明的結構中。諸如：「用於……之構件」之表達應理解為：「經組配以用於……之組件」或「經建構來……之部件」，且應解釋為包括對於所揭示之結構的等效物。如同「較佳」等之表達的使用不欲限制本發明。在熟習此項技術者之權界內的添加、刪除及修改可大體在不脫離本發明之情況下進行，如藉由申請專利範圍所判定。本發明可與本文特定所述不同地實踐，且僅藉由所附申請專利範圍限制。

1-1、1-2、1-3、1-4‧‧‧半導體裝置

2‧‧‧劃線道

3‧‧‧第一信號施加致動器

4‧‧‧第二信號施加致動器；剪力波換能器；(壓電型)換能器

5、6‧‧‧標記元件

9、10‧‧‧圖案特徵；子表面形貌體；產品特徵

13‧‧‧計量座標系統

14‧‧‧對準方位

15‧‧‧對準軸線

20、20’‧‧‧系統

21、23‧‧‧基板側表面

22‧‧‧掃描頭

24‧‧‧基板主表面

25‧‧‧(基板掃描)表面

26‧‧‧樣本；基板

28‧‧‧探針

29‧‧‧懸臂

30‧‧‧探針尖端

35‧‧‧雷射束；反射光束

36‧‧‧雷射單元

38‧‧‧光學偵測器；光二極體

39‧‧‧輸出信號

43‧‧‧信號分析器；分析系統；鎖定放大器信號分析器

53‧‧‧z位準感測器

58‧‧‧前置放大器

60‧‧‧前置分析器

61‧‧‧低通濾波器

62‧‧‧輸入端

63‧‧‧比較器

65‧‧‧回饋控制器

70‧‧‧載體表面

71‧‧‧基板載體；樣本載體

72‧‧‧控制器

73‧‧‧致動器

80‧‧‧子表面結構

90‧‧‧(第一)聲學輸入信號；輸入信號

90’‧‧‧剪力波(輸入)信號

92、92’‧‧‧片段；返回信號

A、B、C、D‧‧‧象限

H‧‧‧放大圖

本發明將參考所附圖式藉由其一些特定實施例之描述來進一步闡明。詳細描述提供本發明之可能實行方案的實例，但並不視為描述落在範圍下之僅有實施例。本發明之範疇係在申請專利範圍中界定，且描述將視為說明性的而非對本發明為限制性的。

在圖式中：

圖1示意性地說明在製造期間之半導體裝置的情形草圖；

圖2示意性地說明具有側向換能器的根據本發明之系統之第一實施例；

圖3示意性地說明具有垂直換能器的根據本發明之系統之第二實施例；及

圖4示意性地說明供本發明使用之四象限光感測器。

Claims

一種原子力顯微術系統，其包含一原子力顯微術裝置、具有一載體表面之一基板載體、及包含一半導體裝置的一基板，該基板具有一基板主表面、與該基板主表面相對之一基板掃描表面、及經定向橫向於該基板主表面的至少一基板側表面，該載體表面係經配置來支撐該基板之該基板主表面，該原子力顯微術裝置包含一掃描頭，該掃描頭包括一探針，該探針包含一懸臂及配置於該懸臂上的一探針尖端，其中該原子力裝置進一步包含：一致動器，其與該掃描頭或該基板載體中之至少一者合作，以使該探針尖端及該基板載體在平行於該載體表面之一或多個方向上相對於彼此移動，來以該探針尖端掃描該基板掃描表面，且使得該探針尖端在該掃描期間間歇地或連續地與該基板掃描表面接觸；一第一信號施加致動器，其用於在該掃描期間將一第一聲學輸入信號施加至該基板，該第一聲學輸入信號僅在一第一位移方向上產生一第一位移場；一尖端位置偵測器，其用於在該掃描期間監控該探針尖端相對於該掃描頭之運動以獲得一輸出信號；及一信號分析器，其係經組配來從該尖端位置偵測器接收及分析該輸出信號，其中該尖端位置偵測器係經配置來監控該探針尖端僅在正交於該第一位移方向之至少一方向上的運動。
如請求項1之原子力顯微術系統，其中該第一信號施加致動器係經配置來在平行於該基板主表面之一平面內方向上產生具有一第一位移方向的一第一位移場，且其中該尖端位置偵測器係經配置來監控該探針尖端僅在橫向於該基板主表面之平面外方向上的運動。
如請求項1之原子力顯微術系統，其中該第一信號施加致動器係經配置來在一第一平面內主方向上產生具有一第一位移方向的一第一位移場，且其中該尖端位置偵測器係經配置來監控該探針尖端僅在橫向於該第一平面內主方向之一第二平面內主方向上的運動。
如請求項1之原子力顯微術系統，其中該第一信號施加致動器係經配置來在平面外方向上產生具有一第一位移方向的一第一位移場，且其中該尖端位置偵測器係經配置來監控該探針尖端僅在一平面內方向上的運動。
如請求項1至4中任一項之原子力顯微術系統，其中該信號分析器係經組配來對映位於該半導體裝置中之一或多個子表面結構，或係經組配來監控該半導體裝置中之微影術參數。
一種用以對映位於半導體裝置中之一或多個子表面結構或用以監控半導體裝置中之微影術參數的方法，在該方法中，如請求項1至5中任一項之一原子力顯微術系統得以使用，該方法包含以下步驟：藉由該第一信號施加致動器僅在該第一位移方向上產生該第一位移場，且藉由該尖端位置偵測器監控該探針尖端僅在正交於該第一位移方向之該至少一方向上的運動。
如請求項6之方法，其中該方法包含在平行於該基板主表面之一平面內方向上產生具有一第一位移方向之該第一位移場的步驟，及監控該探針尖端僅在橫向於該基板主表面之該平面外方向上之運動的步驟。
如請求項6之方法，其中該方法包含在一第一平面內主方向上產生具有一第一位移方向之該第一位移場的步驟，及監控該探針尖端僅在橫向於該第一平面內主方向之一第二平面內主方向上之運動的步驟。
如請求項6之方法，其中該方法包含在該平面外方向上產生具有一第一位移方向之該第一位移場的步驟，及監控該探針尖端僅在一平面內方向上之運動的步驟。
如請求項6至9中任一項之方法，其中該方法包含偵測該懸臂在不存在於該所產生位移場中之一方向上之振動的步驟。
一種如請求項1至5中任一項之原子力顯微術系統在一方法中的用途，該方法係用以對映位於一半導體裝置中之一或多個子表面結構、或用以監控一半導體裝置中之微影術參數，在該用途中，該尖端位置偵測器係經配置來監控該探針尖端僅在正交於該第一位移方向之至少一方向上的運動。
如請求項11之用途，其中該第一信號施加致動器係經配置來在平行於該基板主表面之一平面內方向上產生具有一第一位移方向的一第一位移場，且其中該尖端位置偵測器係經配置來監控該探針尖端僅在橫向於該基板主表面之該平面外方向上的運動。
如請求項11之用途，其中該第一信號施加致動器係經配置來在一第一平面內主方向上產生具有一第一位移方向的一第一位移場，且其中該尖端位置偵測器係經配置來監控該探針尖端僅在橫向於該第一平面內主方向之一第二平面內主方向上的運動。
如請求項11之用途，其中該第一信號施加致動器係經配置來在該平面外方向上產生具有一第一位移方向的一第一位移場，且其中該尖端位置偵測器係經配置來監控該探針尖端僅在一平面內方向上的運動。