(57)【要約】サンプルの表面形状を測定するためのＳＰＭベースの計測技法は、表面形状のＳＰＭ走査の結果取得された形状端部ポイントの一群に曲線をフィットさせる。２つの曲線が注目する形状の両端部でフィットされる場合、それらの曲線間の最大または最小距離を決定して、最大ビア幅、最小ライン幅などの注目する寸法を確定することができる。走査は、好ましくは、Ｙ方向には比較的低い解像度の走査であり、一般に、注目する形状全体で８〜１２個の走査プロファイルを有し、従来技法で一般に使用される解像度の約半分の低解像度である。低解像度走査は比較的迅速に高い併行精度で行うことができる。併行精度も従来技法の場合よりも高く、併行精度のレベルはＹ方向の解像度に比較的影響されない。低解像度を使用するとチップ摩耗も著しく減少し、高解像度走査と比較して処理能力が向上する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル形状の特性を測定する方法であって、
（Ａ）サンプルの少なくとも一部の、複数のＳＰＭ走査プロファイルを取得する工程と、
（Ｂ）該サンプルの形状の少なくとも１つの端部の位置を決定する工程と、
（Ｃ）該端部の該決定された位置を通る曲線をフィットさせる工程と
を備える、方法。
【請求項２】
前記決定する工程が、前記形状の第１および第２の端部の位置を決定する工程を含み、
前記フィットさせる工程が、該第１および第２の端部の該決定された位置を通る第１および第２の曲線をフィットさせる工程を含み、
該第１の曲線と該第２の曲線との間の極限距離を決定する工程
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１および第２の端部の前記位置が、実質的に水平な共通の面内にある、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記決定する工程が、ビアの最大幅、間隙の最大幅、およびラインの最小幅の少なくとも１つを決定する工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記サンプルが半導体ウェハである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
表面形状が、ビア、間隙、ライン、およびトレンチのうちの１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記表面形状がラインであり、前記端部の位置がライン端部であり、前記フィットさせる工程が該ライン端部を通る曲線をフィットさせる工程を含み、理想的なライン端部からの該フィットされた曲線の偏りの特性を決定することによってライン端部粗さを決定する工程をさらに備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記フィットさせる工程が、前記取得された走査プロファイルからのデータを多項式にフィットさせる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記多項式をフィットさせる曲線が、前記走査プロファイルと少なくとも実質的に平行である主軸を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記多項式が、
【数１】
2009509145.tif 000008
の形態を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記多項式の導関数が実質的に０である前記曲線の前記主軸上のポイントを検出する工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記取得する工程が、Ｘ方向に延び、該Ｘ方向に垂直であるＹ方向に離間される走査プロファイルを生成し、該Ｙ方向に走査プロファイルが１μｍ当たり３０個未満の走査密度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記取得する工程が前記Ｙ方向に走査プロファイルが１μｍ当たり８個未満の走査密度を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記取得する工程が前記形状を通って延びる１２個未満の走査プロファイルを取得する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記取得する工程が、ＳＰＭ画像化の限界寸法モードで行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
約２．０ｎｍ未満である３シグマの併行精度の測定値を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
約１．３ｎｍ未満である３シグマの併行精度をもつ測定値を生成する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
サンプルの形状の第１および第２の端部の位置を通ってフィットする第１の曲線と第２の曲線との間の距離を決定する工程であって、位置は複数のＳＰＭ走査プロファイルを取得することにより決定される、距離を決定する工程
を備える、方法。
【請求項１９】
Ｘ方向に延び、前記Ｘ方向に垂直なＹ方向に走査プロファイルが１μｍ当たり３０個未満の走査密度を有する複数の走査プロファイルを有する走査を行うことによって、前記位置が決定される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記走査が前記Ｙ方向に１μｍ当たり走査プロファイルが１５個未満の走査密度を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記位置が、前記注目する形状全体を１２個未満の走査プロファイルを有する走査を行うことによって決定される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
約２．０ｎｍ未満である３シグマの併行精度の測定値を生成する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
走査型プローブ顕微鏡によって測定された半導体の形状の特徴的な寸法を測定する方法であって、該形状がビア、ライン、およびトレンチのうちの１つを含み、
（Ａ）該注目する形状を含む該半導体の表面の一部の、複数のＳＰＭ走査プロファイルを取得する工程であって、１２個未満の走査プロファイルが該形状に分布する、複数のＳＰＭ操作プロファイルを取得する工程と、
（Ｂ）該形状の第１および第２の端部の位置を決定する工程と、
（Ｃ）該取得された走査プロファイルからのデータを多項式にフィットさせることによって、該第１および第２の端部の該決定された位置を通る第１および第２の曲線をフィットさせる工程と、
（Ｄ）該多項式の各々の導関数が実質的に０である該曲線上の位置を決定することによって、該第１の曲線と該第２の曲線との間の極限距離を決定する工程と
を備える、方法。
【請求項２４】
（Ａ）サンプルに対して走査されるプローブと、
（Ｂ）該プローブからデータを受け取るＳＰＭ制御ステーションであって、
ｉ．該サンプルの複数のＳＰＭ走査プロファイルを取得し、
ｉｉ．該サンプルの形状の少なくとも１つの端部の位置を決定し、
ｉｉｉ．該端部の該決定された位置を通る曲線をフィットさせる、
ＳＰＭ制御ステーションと
を備える、走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）。
【請求項２５】
前記制御ステーションが、
前記形状の第１および第２の端部の位置を決定し、
前記第１および第２の端部の前記決定された位置を通る第１および第２の曲線をフィットさせ、
前記第１の曲線と前記第２の曲線との間の極限距離を決定する、
請求項２４に記載のＳＰＭ。
【請求項２６】
前記ＳＰＭが原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）である、請求項２４に記載のＳＰＭ。
【請求項２７】
前記制御ステーションが、前記取得された走査プロファイルからのデータを多項式にフィットさせる、請求項２４に記載のＳＰＭ。
【請求項２８】
前記多項式が、
【数２】
2009509145.tif 000009
の形態を有する、請求項２７に記載のＳＰＭ。
【請求項２９】
Ｘ方向に垂直であるＹ方向に走査プロファイルが１μｍ当たり該Ｘ方向の３０個未満の走査密度でデータを取得する、請求項２４に記載のＳＰＭ。
【請求項３０】
限界寸法モードでデータを取得する、請求項２４に記載のＳＰＭ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプローブ・ベースの機器に関し、より詳細には、半導体ビアの最大幅、半導体ラインの最小幅、または半導体ライン端部の粗さなどのサンプル形状の特性の高速測定を容易にするための走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）ベースの方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかのプローブ・ベースの機器は、カンチレバー・ベースのプローブとサンプルとの間の相互作用を観測して、サンプルの１つまたは複数の特性に関する情報を得る。例えば、走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）は、一般に、サンプルとカンチレバー・プローブ上のチップとの間の相互作用を観測することによって、原子の大きさまでサンプル表面の特性を決定する。チップとサンプルとの間に相対的走査移動を与えることによって、表面特性データがサンプルの特定の領域にわたって取得され、サンプルの対応するマップが生成される。
【０００３】
原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）はきわめて一般的なタイプのＳＰＭである。一般的なＡＦＭのプローブは非常に小さいカンチレバーを含み、それはその基部で支持体に固定され、反対側の自由端部に取り付けられた鋭いプローブ・チップを有する。プローブ・チップは調査されるサンプル表面のごく近傍に近づけられるかまたは接触させられ、プローブ・チップのサンプルとの相互作用に応答するカンチレバーのたわみが、しばしば、ハンスマ（Ｈａｎｓｍａ）等の米国特許第ＲＥ３４４８９号明細書に記載されているような光てこシステム、または歪みゲージ、キャパシタンス・センサなどのようないくつかの他のたわみ検出器のような、きわめて敏感なたわみ検出器で測定される。プローブは、サンプル支持体および／またはプローブに作用する高解像度３軸スキャナを使用して表面上を走査される。したがって、この機器はプローブとサンプルとの間の相対的運動を生成しながら、例えば、ハンスマ等の米国特再発行許発明第３４４８９号明細書、エリングス（Ｅｌｉｎｇｓ）等の米国特許第５２２６８０１号明細書、およびエリングス等の米国特許第５４１２９８０号明細書に記載されているように、サンプルのトポグラフィ、弾性、またはいくつかの他の表面の特性が測定される。
【０００４】
ＡＦＭは接触モードおよび振動モードを含む様々なモードで作動するように設計される。接触モード動作では、顕微鏡は、一般に、サンプル表面に対するチップの力を概ね一定に保ちながらサンプル表面の端から端までチップを走査する。この作用は、プローブが表面の端から端まで水平に走査されるとき、カンチレバーの感知されたたわみに応じてサンプル表面に垂直にサンプルまたはプローブ・アセンブリのいずれかを移動させることによって達成される。このようにして、この垂直運動に関連したデータが記憶され、次にそれを使用して、測定されているサンプル特性に対応するサンプル表面の画像、例えば表面トポグラフィが構成される。あるいは、いくつかのＡＦＭは、少なくとも選択的に、タッピングモード（ＴａｐｐｉｎｇＭｏｄｅ）（商標）（タッピングモードはビーコ・インスツルメンツ社（Ｖｅｅｃｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）の商標である）動作などの振動モードの動作で作動する。ＴａｐｐｉｎｇＭｏｄｅ（商標）動作では、チップはプローブのカンチレバーの共振振動数でまたはその近くで振動する。この振動の振幅または位相は、チップ−サンプル相互作用に応じて生成されるフィードバック信号を使用して走査の間一定に保たれる。接触モードにおけるように、次にこれらのフィードバック信号が収集され、保存され、それをデータとして使用してサンプルの特性を決定する。プローブをサンプル上で固定速度により移動して、１ライン当たり設定された数のデータ・ポイント、例えばラインを５１１の等しく離間した領域に分割された５１２のデータ・ポイントを収集する。各データ・ポイントはその領域の平均の高さを表す。
【０００５】
限界寸法モードまたは簡単な「ＣＤ」モードとして知られている別の形態の振動モード動作は、変化しているトポグラフィの区域でデータ取得ポイントを最大にするように走査プロファイルに沿ってデータ取得を分配する。走査速度はＴａｐｐｉｎｇＭｏｄｅにおけるように一定でないが、その理由は、代わりにスキャナがそれ自体サンプル表面のトポグラフィに順応するからである。したがって、データ・ポイント間の領域は均等に離間しないが、代わりに、変化しているトポグラフィの領域にわたってより多量に分配される。例えば、スキャン・プロファイルに沿って選ばれた５００個のデータ・ポイントのうち３００個のデータ・ポイントがそのラインの全長の４分の１の範囲で選ばれることがある。その結果、全領域にわたって平均の高さを単に決定するのとは対照的に、実際の高さがサンプルの限界領域で決定される。
【０００６】
ＡＦＭおよび他のＳＰＭは、高い精度および高い併行精度で半導体デバイスおよび他のデバイスの形状の特性を測定するために周波数を増加させて使用されている。例えば、半導体ウェハのいくつかの動作特性は、ウェハの表面上またはその中に形成された形状の極限寸法（ｅｘｔｒｅｍｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）に依存する。半導体デバイス製造業者は、これらの特性を高い精度で分かる必要がある。これらの特性は、限定はしないが、ビアおよびトレンチの最大幅ならびにラインの最小幅などの「極限寸法」を含む。ラインはウェハの上面に実質的に垂直に上方に延びる半導体構造である。トレンチは、ウェハの誘電体表面にエッチングされるか、さもなければ形成される細長いくぼみである。トレンチはしばしばトレンチ・キャパシタで充填される。「ビア」は、ウェハの層間絶縁膜にエッチングされるか、さもなければ形成される孔である。それは、半導体上のいくつかの層の電気的接続を可能にするために、一般にタングステンまたは銅のいずれかの金属などの導電性材料で充填される。
【０００７】
半導体処理におけるビア計測は高速で効率的な集積回路（ＩＣ）の開発および生産にとって重要である。例えば、ビアの限界寸法はチップ速度と密接に関係する。チップ速度は、スイッチが「オン」状態と「オフ」状態との間で遷移可能な速度に比例する。このスイッチング速度は回路の時定数ＲＣに反比例し、ここで、Ｃは状態を切り替えている半導体デバイスの静電容量であり、Ｒはそのコンデンサに蓄積された電荷の消散を可能にし、ビアの断面面積に反比例するビアの抵抗である。この抵抗はさらにビアを充填することになる導電性材料の導通状態と密接に結び付けられる。ビアの側壁に傾斜が付けられている場合、ボイドおよび欠陥が充填工程の間に一層生じやすく、その結果、一斉に導電性を失わないとしても、ビアに沿ってより高い抵抗が生じ、したがってデバイス／チップ速度が低下する。したがって、高速で効率的なＩＣを開発するために、最上部、中間部、および最下部のビア幅についての知見がデバイス、回路、およびチップ性能を最適化するのに有用である。
【０００８】
半導体ビアＶが図１Ａ〜１Ｃにより詳細に多少概略的に示される。それは、一般に、中央近くに最大深さＤｍａｘを有する切頭半球の形状である。ビアＶの深さに沿った所与の位置で、ビアはさらに最大幅Ｗｍａｘを有するであろう。３つの最大幅Ｗｍａｘｔｏｐ、Ｗｍａｘｍｉｄｄｌｅ、およびＷｍａｘｂｏｔｔｏｍが、ビアの上部、中央部、および下部の領域の例として図１Ｂおよび図１Ｃに示される。ビアの最大幅などの半導体特性の極限寸法を、ＡＦＭを使用して測定する技法が提案されている。しかし、これらの技法は最適ではないことが判明している。
【０００９】
例えば、ビーコ・インスツルメンツ社（Ｖｅｅｃｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．）から入手可能ないくつかのＡＦＭに組み込まれたＳＸＭソフトウェアで利用される１つの手法では、高解像度走査が注目する形状を含む半導体表面の領域全体行われる。そのような走査での代表的なものとして、データはプローブをサンプルに対して主方向すなわちＸ方向に前後に移動させながら、Ｘ方向への通過と通過との間に、サンプルに対してプローブをＹ方向に増加させることによって得られる。その結果の走査は、図２Ａで分かるように隣接するラインがＹ方向に間隙ΔＹＩＮＣだけ隔てられた状態で、Ｘ方向にプロファイルＰまたはライン「Ｌ」に沿ったデータを獲得する。各走査ラインの長さ、隣接する走査ライン間の間隔、および走査ラインの数は、ユーザーにより定義される。走査長さおよび走査高は１ミクロンよりはるかに小さいところから４ミクロン以上の範囲である。データの解像度は、一部、増加分ΔＹＩＮＣの長さに、別の言い方ではＹ方向の走査密度に依存する。ＣＤモードの高解像度走査は一般に１ミクロン当たり３５〜６０個の走査ラインを含み、一般に注目する形状を通過する１６〜３２個の走査ラインを取得することになる。注目する形状の至る所でそのような高解像度走査を行った後、ソフトウェアは注目する形状の最大長または最小長としてＸ方向の最大長または最小長を有する走査ラインを単に選択する。以前に、そのようなラインは図２Ａの記号ＬＭＡＸ  ＡＰＰである。
【００１０】
前述の技法は高解像度走査を必要とするので比較的時間が長くかかる。それはさらに比較的速いチップ摩耗をもたらし、１０００ドル以上を要することがあるＡＦＭチップが使用される場合、重要な考慮事項になる。恐らく、多少直観に反するが、併行精度は高解像度においてさえ比較的不十分である。この特性の理由は図２Ｂを参照しながら理解することができる。その図は、図２ＡのビアＶの側壁端部の一部を示し、最大長のラインＬＭＡＸ  ＡＣＴが実際に通過するポイントＰＡＣＴを含む。ラインＬＭＡＸ  ＡＣＴはソフトウェアによって最大長のラインと特定されるラインＬＭＡＸ  ＡＰＰとすぐ隣のラインとの間に位置し、ＬＭＡＸ  ＡＣＴとＬＭＡＸ  ＡＰＰとの間にオフセットΔＹをもたらす。併行精度の低減が反映するので、オフセットΔＹのもっともらしい大きさは、走査の解像度に反比例する。したがって、あるユーザーは処理能力を最大にするために注目する形状を通過するできるだけ少ない４つの走査ラインの走査密度を採用することがあるが、得られる測定の併行精度はきわめて不十分である。さらに、スキャナ・ヒステリシスおよび他の要因に起因する測定のノイズは、実際の表面ＳＡＣＴからずれている見掛けの表面ＳＡＰＰのデータを取得することがあり、それは実際の表面のＳＡＰＰの実際のポイントＰＡＣＴからファクターΔＸだけずれているラインＬＭＡＸ  ＡＰＰの見掛けの端部ポイントＰＡＰＰを決定することになる。オフセットΔＹは解像度を（速度の低減およびチップ摩耗の増大を犠牲にして）さらに一層向上させることによって低減することができるが、オフセットΔＸは同じかまたは悪くなることさえある。実際には、時の経過と共に生じる温度変化および他の環境変化が測定変動を増大させることがあるので、高解像度走査で必要とされる測定時間を増加すると精度は低下する。
【００１１】
ＩＢＭによって提案された別の技法は、単に走査ラインを選択するのと対照的に実際の最長走査ラインの位置を得るために、前記のように高解像度走査を取得し、次に走査ライン間の測定幅を補間することによってビアまたは同様のサンプル形状の最大幅を決定しようと試みる。しかし、この技法は、前述の技法のように、時間が長くかかり、チップ摩耗を速く起しやすい。それは幅を補間しているが、幅変化が一様であるかまたは固定の多項式次数によってモデル化することができると仮定している。さらに、ビアの両端部が対称的に同一の形状であると仮定しており、それはしばしば不正確な仮定である。この技法で利用される補間手順はさらに走査と共に変化し、したがって、良好な併行精度を有さない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記に照らして、迅速におよび高レベルの併行精度および精度で、最大または最小の幅などのサンプルの形状の特性を測定する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、前記の明らかにされた必要性は、注目する形状のＹ方向にＳＰＭ走査を取得し、次にその走査の結果生じた一群の形状端部ポイントに曲線をフィットさせる計測技法を提供することによって満たされる。単一の曲線はライン粗さまたは同様の特性に関する有益な情報を与えることができる。２つの曲線が注目する形状の両端部にフィットされる場合、それらの曲線間の最大または最小距離を決定して、最大ビア幅、最小ライン幅などの注目する寸法を確定することができる。走査は、好ましくは、Ｙ方向の１μｍ当たりＸ方向の最小で４つ、一般に約１５〜３０個の走査プロファイルを含む比較的低い解像度である。１５０ｎｍから３００ｎｍの範囲の高さを有する一般的な半導体形状では、走査は形状を通過する約８個から１２個の走査プロファイルを生成する。その結果の低解像度走査は比較的迅速に行うことができ、高解像度走査を利用する従来技術と比較してサンプル処理能力を２倍にする可能性がある。それは、さらに、高解像度走査と比較してチップ摩耗を著しく減少させる。さらに、その結果得られる測定は非常に正確で非常に再現性がよい。実際、特性的な寸法は３σの動的併行精度、すなわちほとんどの場合約２ナノメートル以下で決定することができる。
【００１４】
曲線は、好ましくは、重み付き最小自乗回帰技法によってフィットされた２次多項式曲線である。しかし、例えば、設計者の設定および測定されている形状の特性に応じて、他の多項式関数および／または他の曲線フィッティング技法を使用することができる。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、前述の処理を行うように構成されたＡＦＭが提供される。
本発明のこれらおよび他の特徴と利点は以下の詳細な説明および添付図面から当業者には明らかになるであろう。しかし、詳細な説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、例示として与えられており、限定して与えられていないことを理解すべきである。多くの変更および変形を本発明の趣旨から逸脱することなく本発明の範囲内で行うことができ、本発明は全てのそのような変形を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の好ましい例示的実施形態が添付図面に示され、同じ参照番号は全体を通して同じ部分を示す。
前記の発明の開示で簡単に説明したように、本発明の第１の好ましい実施形態に従って行われる手順は、注目する形状を含むサンプル表面の一部にＳＰＭ走査を行うこと、サンプル形状の少なくとも１つの端部の位置を決定すること、次いでその端部の位置を決定するように曲線をフィットさせることを含む。形状はサンプル表面のトポグラフィまたは他の機械的性質の変化である。単一の曲線はライン端部粗さなどの特徴的な形状に関する有用な情報を与える。２つの曲線が形状の両端部の決定された位置の至る所でフィットされる場合、それらの曲線間の最大距離および／または最小距離（「極限距離（ｅｘｔｒｅｍｅ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）」として知られる）を確定して最大ビア幅または最小ライン幅などの特徴的な寸法の正確な測定値を得ることができる。端部の位置が形状の両側で確定される場合、それらの端部は、決定された距離が垂直すなわちＺ成分を有さず、したがって水平すなわちＸＹ面内の真の距離の正確な表示になるように既知の深さの共通水平面に位置することが好ましい。
【００１７】
最初に図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、注目する形状、この場合ビアＶを含む半導体ウェハ表面Ｓの区間が走査される。典型的なものとして、ビアＶは、一般に、形状が円形であり、最大の深さＤおよび幅Ｗを有する。走査高は、ユーザーにより定義され、一般に３００ｎｍと６００ｎｍとの間であるが、例えば、ユーザーにより設定および走査されている形状の高さに応じてその範囲の両端で大幅に変わることがある。例えば、それは１ミクロンの高さに、またはさらに大幅に高くなることさえある。走査密度もユーザーにより定義され、少なくとも４つ、好ましくは約８〜１２個の走査プロファイルが注目する形状を確実に横切るように形状高さの減少につれて増加する傾向がある。走査プロファイルは、一般に、局所的な区域の表面の１つまたは複数の測定値のアレイからなる。通常、走査プロファイルは、単一の走査ライン、すなわちサンプルの一部を横切って直線的に調整されたラインに沿って行われた一連の測定値からなる。しかし、走査プロファイルは任意の形状を有することができる。そのような走査プロファイルは、例えば、必ずしも同じライン上にない多くのサンプル形状と交差するように配置される。
【００１８】
処理能力を最大にし、精度を向上させるために、好ましい走査密度は従来技術で一般的に使用されているものより小さく、より好ましくは約半分である。例えば１５０〜３００ｎｍの高さを有する形状の至る所での３００〜６００ｎｍの走査では、走査密度は好ましくは１ミクロン当たり約１５〜３０個の走査プロファイルであり、それは形状を通過する所望の８〜１２個の走査プロファイルをもたらす。その一方で、従来技法は、一般に、同じサイズの走査で走査プロファイルが１ミクロン当たり約３５〜６０個の走査密度を有し、一般に形状を通過するその結果の１６〜３２個の走査プロファイルを有していた。したがって、処理能力は概略で２分の１に低下する。
【００１９】
データは、好ましくは、前記のように、変化しているトポグラフィの区域内、この場合、ビアＶの両側壁Ｗ１およびＷ２にデータ・ポイントを集中させるいわゆる「ＣＤ」モードで収集される。その他の全てのものは同じとして、高解像度走査を必要とする従来技法と比較して、Ｙ方向に低解像度を有する走査を使用して１時間当たり少なくとも約２倍のサンプルを計測することができる。
【００２０】
データが収集された後、形状の２つの両端部Ｅ１およびＥ２上の走査されたポイントＰ１〜Ｐ８の位置が共通基準位置で識別される。この点に関して「端部」は、定義された基準位置におけるＸまたは高速走査の値である。基準位置は、基準Ｚ平面またはサンプルの最上部もしくは最下部からの特定の垂直絶対比率のオフセットとすることができる。それは形状の傾斜閾値の形態をとることもできる。Ｚ平面が基準場所として選択される場合、それは、ビアＶの表面Ｓの下またはビアＶの底面Ｂの上の固定距離で、指定された、あるいは任意の高さＨを選択することによって選択される。これらの位置は両方とも走査動作の結果分かる。高さＨの大きさはある程度任意であり、ユーザーにより定義されてもよいことが強調されるべきである。この処理は１つよりも多い高さＨで繰り返えされる。実際には、この処理を任意の所望の数の高さに対して繰り返してビアＶに沿った様々な位置の一連の最小距離または最大距離を確定することができる。例えば、この手順をビアＶの最上部、中間部、最下部の部分で行ってビアの深さに関して３つのレベルでの結果を与え、しかも依然として好ましい実施形態の処理能力の利点を維持することができる。
【００２１】
注目する形状の各側の端部ポイントＰ１〜Ｐ８が選択された後、別個の曲線Ｃ１、Ｃ２が図３Ｄに示されるようにポイントの各々の至る所でフィットさせられて対応する端部Ｅ１およびＥ２の変化を知らせる。曲線Ｃ１およびＣ２は多項式の形態を有するであろう。ＡＦＭによってマップされたビアの場合、各曲線は円ではなく放物線の形態をとるであろう。これは、プローブ・チップが走査動作中に表面を追跡する方法に起因して、円形の形状を走査するＡＦＭチップが円ではなく楕円または放物線を作成するからである。
【００２２】
この時点で、曲線Ｃ１およびＣ２は各々走査方向にすなわち図中のＸ軸に平行に位置合わせされた軸を有することが仮定されている。この仮定により、Ｙだけを変数として使用して曲線をフィットさせることができる。その仮定が正しくないと判明した場合、各曲線は２次元全てを利用した２次形式でフィットさせることができる。その結果の処理は前記のものより複雑であるが、曲線フィッティング技法を熟知している人々の能力の範囲内である。
【００２３】
任意の適切な曲線フィッティング技法を使用して、それぞれの放物線Ｃ１およびＣ２が定義される。１つの適切な、しかし唯一可能なわけではない曲線フィッティング技法はいわゆる「重み付き最小曲線」回帰技法である。重み付き最小二乗法は、モデル中のランダム誤差の挙動を反映し、パラメータにつて線形または非線形のいずれの関数でも使用することができる。この技法では、各データ・ポイントに関連した他の負でない定数すなわち重みがフィッティング基準に組み入れられる。重みの大きさは関連する観測に含まれる情報の精度を示す。パラメータ推定値を見いだすために重み付きフィッティング基準を最適化することは、重みが最終パラメータ推定値に対する各観測の寄与を決定することを可能にする。各観測の重みは他の観測の重みと比較して与えられる。したがって、絶対重みの異なる組が同一の結果を有することがある。
【００２４】
曲線をフィッティングする演算は以下の式を有する２つの放物型の式Ｃ１ｘおよびＣ２ｘを導き出すことになる。
【００２５】
【数１】
2009509145.tif 000003
ビアのＹ方向に沿った任意の位置の２つの曲線間の距離Ｄ（Ｘ）は次のように表される。
【００２６】
【数２】
2009509145.tif 000004
２つの曲線間の最大または最小距離では、この式の導関数が０になるはずである。したがって、
【００２７】
【数３】
2009509145.tif 000005
である。
【００２８】
したがって、最大ビア幅Ｘｍは、
【００２９】
【数４】
2009509145.tif 000006
によって表される。ａ１、ａ２、ｂ１、およびｂ２は曲線をフィッティングする演算から分かるので、Ｘｍは容易に決定することができる。
【００３０】
前記の基本技法をさらに使用して、時には「側壁粗さ」と呼ばれるライン端部粗さを測定することができる。ライン端部粗さは、上面で見る場合、半導体ラインの端部の理想プロファイルからの偏りである。図４を参照すると、図示された仮想ラインＬの両端部Ｌ１ｉおよびＬ２ｉは、理想的には直線などの指定された形状であるべきである。図示された仮想例では、それらは図示のように直線である。しかし、実際の端部Ｌ１ＡＣＴおよびＬ２ＡＣＴは理想形状から外れている。図示された例では、それらは湾曲しているかまたは波状である。これらの偏りの大きさを知ることが望ましい。
【００３１】
この大きさは、ラインの端部に沿った特定の高さでデータ・ポイントを収集し、前述の曲線フィッティング手順または任意の他の適切な曲線フィッティング手順を使用してこれらのポイントに曲線をフィッティングさせることによって決定される。その曲線は前記のような放物線の形態をとることも、高次多項式の形態をとることもできる。曲線がフィットされた後、ライン端部粗さはフィットされた曲線からの実際のライン端部の偏りの特性を決定することによって測定される。
【００３２】
比較的速いことの他に、曲線フィッティング処理は取得データに対してフィルタの役割をする傾向があるので、前記の技法は比較的ノイズの影響を受けず、したがって高い併行精度を有する。実際、特徴的な寸法は、ほとんどの場合、約２ｎｍ未満である３σの動的併行精度で決定することができる。その併行精度は前述のＳＸＭおよびＩＢＭの方法よりも走査密度に対してはるかに敏感でない。３つの異なるデータの組からの実際の併行精度が表１に示されている。
【００３３】
【表１】
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前記の技法を実施できるＡＦＭが図５に示される。ＡＦＭはサンプル２２の上方に取り付けられたプローブ・デバイスを含む。プローブ・デバイスは、カンチレバー１４およびカンチレバー１４の自由端部部分に取り付けられたチップ１６を有する少なくともプローブ１２を含む。プローブ・デバイスは、この場合、プローブの共振周波数またはその近傍で振動するように、プローブ１２を駆動するのに使用される振動アクチュエータまたは駆動部１６に結合される。好ましくは自由振動振幅Ａ０でプローブ１２を振動させるために、一般に、電子信号はＡＦＭ制御ステーション２０の管理下のＡＣ信号源１８から駆動部１６に加えられる。制御ステーション２０は、一般に、データ収集およびＡＦＭの制御のタスクを行う少なくとも１つのコンピュータ、関連するエレクトロニクス、およびソフトウェアからなる。制御ステーション２０は単一の統合ユニットからなっても、エレクトロニクスおよびソフトウェアの分散アレイからなってもよい。制御ステーションは一般的なデスクトップ・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、工業用コンピュータおよび／または１つまたは複数の埋込み型プロセッサを使用する。
【００３４】
制御ステーション２０によるフィードバックを介して制御される適切なアクチュエータまたはスキャナ２４を使用して、プローブ１２はサンプル２２に向かったり離れたりするように作動することもできる。振動駆動部１６はスキャナ２４およびプローブ１２に結合することができるが、自己作動型カンチレバー／プローブの一部としてプローブ１２のカンチレバー１４と一体化して形成することができる。さらに、アクチュエータ２４はプローブに結合して示されているが、アクチュエータ２４またはその一部はＸＹＺアクチュエータとして３つの直交方向にサンプル２２を移動させるために使用することができる。
【００３５】
操作中、プローブ１２が振動し、サンプル２２と接触させられるとき、プローブ１２の振動の変化を検出することによってサンプル特性を観測することができる。特に、ビーム（図示せず）がプローブ１２の裏面の方へ導かれ、次いで４分割光検出器などの検出器２６の方に反射される。ビームが検出器を横切って移動するとき、適切な信号が制御ステーション２０に送られ、そこで信号が処理されてプローブ１２の振動の変化が決定される。制御ステーション２０は一般に制御信号を生成して、チップ１６とサンプルとの間で一定の力を維持し、一般にプローブ１２の振動の設定値特性を維持する。例えば、チップ１６とサンプルとの間の力が確実に概ね一定になるようにするために、制御ステーション２０をしばしば使用して振動振幅を設定値ＡＳに維持する。別例として、設定位相または周波数が使用される。収集されたデータを制御ステーション２０から受け取り、走査中に得られたデータを処理して前記のポイント選択、曲線フィッティング、および距離決定の操作を行うワークステーションも提供される。ワークステーションは、制御ステーション２０それ自体、別個のオンボード・コントローラ、別個のオフボード・コントローラ、またはこの３つの任意の組合せとすることができる。ワークステーションが２つ以上のコントローラの組合せから形成される場合、それらは、好ましくは、例えば、ハード配線によってまたはイーサネット接続を介して互いに接続される。
【００３６】
本発明を実施する本発明者によって意図された最良の形態が前に開示されているが、本発明の実施はそれに限定されない。基本的な発明概念の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明の特徴の様々な追加、変形、および再編成を行うことができることは明白であろう。本発明に含まれるが前に詳細には説明されていない、記載された実施形態へのさらなる他の変更の範囲は、添付の特許請求の範囲および他の添付書類から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】本発明により測定できる半導体ビアの平面図。
【図１Ｂ】本発明により測定できる半導体ビアの側断面図。
【図１Ｃ】本発明により測定できる半導体ビアの断面斜視図。
【図２Ａ】適宜「従来技術」と呼ばれる、従来技法によるサンプルの特徴的な形状の走査を概略的に示す図。
【図２Ｂ】適宜「従来技術」と呼ばれる、従来技法によるサンプルの特徴的な形状の走査を概略的に示す図。
【図３Ａ】本発明の好ましい実施形態に従ってサンプル形状の特徴的な寸法を決定するための手順を概略的に示す図。
【図３Ｂ】本発明の好ましい実施形態に従ってサンプル形状の特徴的な寸法を決定するための手順を概略的に示す図。
【図３Ｃ】本発明の好ましい実施形態に従ってサンプル形状の特徴的な寸法を決定するための手順を概略的に示す図。
【図３Ｄ】本発明の好ましい実施形態に従ってサンプル形状の特徴的な寸法を決定するための手順を概略的に示す図。
【図４】本発明の好ましい実施形態に従ってライン粗さを測定する技法を概略的に示す図。
【図５】図３および図４の手順を実施するように構成されたＡＦＭを概略的に示す図。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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