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技術 可変密度走査関連出願の相互参照本出願は、2006年1月31日に出願された米国仮特許出願60/763,659の優先権を主張し、2006年11月28日に出願された、米国特許出願11/563,822(発明の名称「可変密度走査」)に関連しその優先権を主張するものであり、引用によりその全体を本明細書に包含する。

出願人 アサイラムリサーチコーポレーション
発明者 プロコッシュ,ロジャービー.キャラハン,ロジャーシー.
出願日 2006年11月30日 (12年10ヶ月経過) 出願番号 2008-552303
公開日 2009年7月9日 (10年3ヶ月経過) 公開番号 2009-525466
状態 拒絶査定
技術分野 走査型プローブ顕微鏡
主要キーワード 走査セグメント 光学プロファイラ 方向転換領域 ピエゾ材料 線形可変差動変圧器 開ループ電圧 予測モデル化 閉ループフィードバック制御
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

比較的短いデータ取得時間内で、限界寸法高精度測定用に、試料表面の特定領域を選択的に画像化することである。

解決手段

測定器における走査速度を変更するシステムおよび技術を提供する。当該技術は、試料の関心領域の位置を示す情報を受信するステップと、前記試料の前記関心領域内において第1のデータ密度を得るように構成された第1の波形セグメントと、前記試料の前記関心領域外において第1のデータ密度より低い第2のデータ密度を得るように構成された第2の波形セグメントとを含む走査波形を生成するステップと、を備える。前記走査波形は、さらに、第3の異なるデータ密度を得るように構成された第3の波形セグメントを含んでもよい。

概要

背景

本明細書は、便宜上、特定タイプカンチレバーベース測定器、すなわち、ATFにおいて実現可能なシステムおよび技術に主に重点を置いて説明する。

カンチレバーベースの測定器としては、AFM、分子間力プローブ測定器(1Dまたは3D)、高解像度表面形状測定器機械式スタイラス表面形状測定器を含む)、表面改質装置化学的または生物学的検出プローブ、および微小駆動装置のような測定器が挙げられる。本明細書において説明するシステムおよび技術はこれら以外のカンチレバーベースの測定器おいても実現可能であり、また、他の走査型プローブ測定器と共に使用することもできる。例えば、それらは、光学共焦点顕微鏡のような走査型光プローブと共に使用することもできる。

AFMは、試料の表面に対して、カンチレバー先端の鋭いプローブ走査する(例えば、ラスタする)ことにより得られた情報に基づき、表面トポグラフィ(および/または他の試料特性)の画像を生成する装置である。表面のトポグラフィ特徴および/または他の特徴は、カンチレバーの撓みおよび/または発振特性における変化を検出することにより(例えば、撓み、移送周波数などにおける小さな変化を検出し、そのフィードバックを利用して該システムを基準状態に戻すことにより)、検出される。試料に対してプローブを走査することにより、試料のトポグラフィや他のサンプル特性マップを得ることができる。

撓みまたは発振における変化は、典型的には、光てこ機構(optical lever arrangement)により検出され、それにより、光てこと同じ基準系内のカンチレバー上に光束が向けられる。カンチレバーから反射した光束は、位置敏感検出器PSD)を照らす。カンチレバーの撓みまたは発振が変化すると、PSD上の反射点の位置が変化し、それにより、PSDからの出力に変化をもたらす。典型的に、撓みまたは発振を予め設定された一定の値に維持するために、撓みまたは発振の変化により、試料に対するカンチレバー台の垂直方向位置変化が誘発される。AFM画像を生成する際に一般的に使用されるのは、このフィードバックである。

AFMは、カンチレバーの先端が試料表面と常に接触するコンタクトモードや、先端が試料表面と接触しないか、もしくは、断続的にのみ接触する発振モード等、多様な画像化モードで動作し得る。

アクチュエータは、一般的に、AFMで使用され、例えば、試料表面に対してプローブをラスタしたり、または、カンチレバー台の位置を変化させたりする。アクチュエータの目的は、AFMの異なる構成要素(例えば、プローブと試料)間に相互移動を提供することにある。目的や結果に応じて、試料、先端、または、両方の組み合わせを駆動することは有益であろう。センサもまた、AFMにおいて一般的に使用される。センサは、AFMの多様な構成要素の移動、位置、または、アクチュエータによる移動も含むその他の属性を検出するのに使用される。

本明細書において、特段の定めがない限り、「アクチュエータ」は、入力信号物理的な運動に変換する装置を広く意味し、これには、ピエゾ作動湾曲(piezo activated flexures)、ピエゾチューブピエゾスタックブロック、バイモルフユニモルフリニアモータ電歪アクチュエータ、静電モータ容量型モータボイスコイルアクチュエータ磁歪アクチュエータが含まれる。「位置センサ」または「センサ」という用語は、変位、速度または加速度のような物理的パラメータを、電気信号のような1つ以上の信号に変換する装置を指し、これには、容量型センサ誘導センサ渦電流センサを含む)、差動変圧器引用によりその全体を本明細書に包含する、同時係属出願中のUS20020175677A1およびUS20040075428A1の「高精度位置測定用の線形可変差動変圧器」、並びにUS20040056653A1の「デジタルエレクトロニクスによる線形可変差動変圧器」に記載されるような差動変圧器)、可変リラクタンス光干渉法光偏向検出器(前述のPSD、ならびに、引用によりその全体を本明細書に包含する、同時係属出願中のUS20030209060A1およびUS20040079142A1の「計測装置おける単離させ移動を測定する装置および方法」に記載されるような光偏向検出器)、ひずみ計ピエゾセンサ磁歪および電歪センサなどを含む。

概要

比較的短いデータ取得時間内で、限界寸法高精度測定用に、試料表面の特定領域を選択的に画像化することである。測定器における走査速度を変更するシステムおよび技術を提供する。当該技術は、試料の関心領域の位置を示す情報を受信するステップと、前記試料の前記関心領域内において第1のデータ密度を得るように構成された第1の波形セグメントと、前記試料の前記関心領域外において第1のデータ密度より低い第2のデータ密度を得るように構成された第2の波形セグメントとを含む走査波形を生成するステップと、を備える。前記走査波形は、さらに、第3の異なるデータ密度を得るように構成された第3の波形セグメントを含んでもよい。

目的

また、他の態様において、本開示は、高いデータ密度かつ短い測定時間という相反する要求の均衡を図るように選択された可変ピクセル密度により、異なるサイズの特徴を測定する単一画像の取得が可能である新規なカンチレバーベースの機器を提供する。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

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請求項1

試料の関心領域の位置を示す情報を受信するステップと、前記試料の前記関心領域内において第1のデータ密度を得るように構成された第1の波形セグメントと、前記試料の前記関心領域外において前記第1のデータ密度より低い第2のデータ密度を得るように構成された第2の波形セグメントと、を含む走査波形を生成するステップと、を含む、方法。

請求項2

請求項1に記載の方法であって、さらに、前記走査波形を用いて、前記試料に対して測定器走査するステップを含み、前記走査波形を用いて、前記試料に対して前記測定器を走査するステップは、高速走査軸に沿って前記測定器を走査するステップを含み、前記高速走査軸に沿って前記測定器を走査するステップは、前記第1の波形セグメントを使用して、第1の走査セグメントに沿って前記測定器を走査するステップと、前記第2の走査波形セグメントを使用して、第2の走査セグメントに沿って前記測定器を走査するステップを含み、前記第1の走査セグメントおよび前記第2の走査セグメントは略線形である、方法。

請求項3

請求項2に記載の方法であって、前記走査波形は、さらに、前記試料の前記関心領域内において第3のデータ密度を得るように構成された第3の波形セグメントと、前記試料の前記関心領域外において前記第3のデータ密度よりも低い第4のデータ密度を得るように構成された第4の波形セグメントとを含み、前記走査波形を用いて、前記試料に対して前記測定器を走査するステップは、さらに、低速軸に沿って前記測定器を走査するステップを含み、前記低速軸に沿って前記測定器を走査するステップは、前記第3の波形セグメントを使用して、第3の走査セグメントに沿って測定器を走査するステップと、前記第4の波形セグメントを使用して、第4の走査セグメントに沿って前記測定器を走査するステップを含む、方法。

請求項4

請求項1に記載の方法であって、前記走査波形を用いて、前記試料に対して前記測定器を走査するステップは、低速軸に沿って前記測定器を走査するステップを含み、前記低速軸に沿って前記測定器を走査するステップは、前記第1の波形セグメントを使用して、第1の走査セグメントに沿って前記測定器を走査するステップと、前記第2の波形セグメントを使用して、第2の走査セグメントに沿って前記測定器を走査するステップとを含む、方法。

請求項5

請求項1に記載の方法であって、前記測定器は、原子間力顕微鏡である、方法。

請求項6

請求項1に記載の方法であって、前記走査波形は、第3の異なるデータ密度を得るように構成された第3の波形セグメントを含む、方法。

請求項7

作動中、試料と干渉するように構成された部分を備える測定器と、前記測定器の前記部分に対して、前記試料を配置するように構成された試料ホルダと、前記測定器と前記試料ホルダとの間の相対走査を提供するコントローラと、備え、前記コントローラは、第1の方向に相対走査を提供するように構成され、前記相対走査は、所定の試料領域内において第1のデータ密度を得るための第1の走査セグメントと、前記所定の試料領域外において、第2の異なるデータ密度を得るための第2の走査セグメントとを含む、装置。

請求項8

請求項7に記載の装置であって、前記コントローラは、前記試料ホルダを制御するように構成される、装置。

請求項9

請求項7に記載の装置であって、前記コントローラは前記測定器を制御するように構成される、装置。

請求項10

請求項7に記載の装置であって、さらに、前記コントローラと通信するデータ要素を備え、前記データ要素は、前記第1の走査セグメントおよび前記第2の走査セグメントを含む走査波形を決定するためのデータおよび測定器のうち少なくとも1つを備える、装置。

請求項11

1つ以上の機械で実行されて動作をもたらす命令を示す情報を組み込んだ機械読み取り可能な媒体を備えた物品であって、前記動作は、試料の関心領域を示す情報を受信すること、前記試料に亘って測定器の相対走査用の走査速度プロファイルを決定すること、を含み、前記走査速度プロファイルは、前記関心領域に関連する第1の走査速度セグメントと、前記試料のうち前記関心領域に含まれない領域に関連する第3の走査速度セグメントとを含み、前記第1の走査速度セグメントは、前記第2の走査速度セグメントよりも高密度で相対走査が実行されるように構成される、物品。

請求項12

請求項11に記載の物品であって、前記第1の走査速度セグメントは、線形走査を実行するよう構成される、物品。

請求項13

請求項11に記載の物品であって、前記動作は、さらに、前記走査速度プロファイルを使った走査に対して、1つ以上の試料パラメータを示す測定データを受信することと、前記測定データおよび前記走査速度プロファイルを使用して、前記1つ以上の試料パラメータを決定することと、を含む、物品。

請求項14

試料表面に対して測定器の部分の相対走査するステップであって、前記試料表面は第1の領域と第2の領域とを含み、前記試料表面に対して前記測定器の前記部分を相対走査するステップは、前記第1の領域の相対走査に関連する第1の高データ密度セグメントと、前記第2の領域の相対走査に関連する第2の低データ密度セグメントとを有する波形に従って相対走査を行うステップと、前記測定器の前記部分の前記試料表面に対する相対走査に基づき、前記第1の領域および前記第2の領域の1つ以上の試料特性を示す情報を受信するステップと、を含む、方法。

請求項15

請求項14に記載の方法であって、前記試料表面は、第1の試料タイプの試料の試料表面を含み、前記第1の領域は、前記第1の試料タイプに対する関心領域である、方法。

請求項16

請求項14に記載の方法であって、前記測定器は、原子間力顕微鏡を含む、方法。

請求項17

特定の試料タイプに対して、第1の領域と第2の異なる領域との相対位置を示す情報を受信するステップと、第1のデータ密度波形部分と第2のデータ密度波形部分とを含む走査波形を示す情報を生成するステップであって、前記走査波形は、前記第1のデータ密度波形部分を使用して前記第1の領域において第1の高データ密度を得て、かつ、前記第2のデータ密度波形部分を使用して前記第2の領域においてより高い異なるデータ密度を得るよう構成された、ステップと、を含む、方法。

請求項18

請求項17に記載の方法であって、前記特定の試料タイプは、半導体装置試料タイプであって、前記第1の領域は、半導体基板上に形成される半導体デバイスに含まれる回路の特定領域である、方法。

請求項19

請求項18に記載の方法であって、前記第2の領域は前記回路内に含まれる、または、前記回路とは離れた、前記半導体基板の参照領域である、方法。

請求項20

請求項17に記載の方法において、さらに、前記試料タイプを有する試料の走査における走査波形を示す情報を使用するステップを備えることを特徴とする方法。

技術分野

0001

本発明は、概して、原子間力顕微鏡AFM)などの、カンチレバーベース測定器および走査プローブ型測定器を含む所定の測定器に関する。

背景技術

0002

本明細書は、便宜上、特定タイプのカンチレバーベースの測定器、すなわち、ATFにおいて実現可能なシステムおよび技術に主に重点を置いて説明する。

0003

カンチレバーベースの測定器としては、AFM、分子間力プローブ測定器(1Dまたは3D)、高解像度表面形状測定器機械式スタイラス表面形状測定器を含む)、表面改質装置化学的または生物学的検出プローブ、および微小駆動装置のような測定器が挙げられる。本明細書において説明するシステムおよび技術はこれら以外のカンチレバーベースの測定器おいても実現可能であり、また、他の走査型プローブ測定器と共に使用することもできる。例えば、それらは、光学共焦点顕微鏡のような走査型光プローブと共に使用することもできる。

0004

AFMは、試料の表面に対して、カンチレバー先端の鋭いプローブ走査する(例えば、ラスタする)ことにより得られた情報に基づき、表面トポグラフィ(および/または他の試料特性)の画像を生成する装置である。表面のトポグラフィ特徴および/または他の特徴は、カンチレバーの撓みおよび/または発振特性における変化を検出することにより(例えば、撓み、移送周波数などにおける小さな変化を検出し、そのフィードバックを利用して該システムを基準状態に戻すことにより)、検出される。試料に対してプローブを走査することにより、試料のトポグラフィや他のサンプル特性マップを得ることができる。

0005

撓みまたは発振における変化は、典型的には、光てこ機構(optical lever arrangement)により検出され、それにより、光てこと同じ基準系内のカンチレバー上に光束が向けられる。カンチレバーから反射した光束は、位置敏感検出器PSD)を照らす。カンチレバーの撓みまたは発振が変化すると、PSD上の反射点の位置が変化し、それにより、PSDからの出力に変化をもたらす。典型的に、撓みまたは発振を予め設定された一定の値に維持するために、撓みまたは発振の変化により、試料に対するカンチレバー台の垂直方向位置変化が誘発される。AFM画像を生成する際に一般的に使用されるのは、このフィードバックである。

0006

AFMは、カンチレバーの先端が試料表面と常に接触するコンタクトモードや、先端が試料表面と接触しないか、もしくは、断続的にのみ接触する発振モード等、多様な画像化モードで動作し得る。

0007

アクチュエータは、一般的に、AFMで使用され、例えば、試料表面に対してプローブをラスタしたり、または、カンチレバー台の位置を変化させたりする。アクチュエータの目的は、AFMの異なる構成要素(例えば、プローブと試料)間に相互移動を提供することにある。目的や結果に応じて、試料、先端、または、両方の組み合わせを駆動することは有益であろう。センサもまた、AFMにおいて一般的に使用される。センサは、AFMの多様な構成要素の移動、位置、または、アクチュエータによる移動も含むその他の属性を検出するのに使用される。

0008

本明細書において、特段の定めがない限り、「アクチュエータ」は、入力信号物理的な運動に変換する装置を広く意味し、これには、ピエゾ作動湾曲(piezo activated flexures)、ピエゾチューブピエゾスタックブロック、バイモルフユニモルフリニアモータ電歪アクチュエータ、静電モータ容量型モータボイスコイルアクチュエータ磁歪アクチュエータが含まれる。「位置センサ」または「センサ」という用語は、変位、速度または加速度のような物理的パラメータを、電気信号のような1つ以上の信号に変換する装置を指し、これには、容量型センサ誘導センサ渦電流センサを含む)、差動変圧器引用によりその全体を本明細書に包含する、同時係属出願中のUS20020175677A1およびUS20040075428A1の「高精度位置測定用の線形可変差動変圧器」、並びにUS20040056653A1の「デジタルエレクトロニクスによる線形可変差動変圧器」に記載されるような差動変圧器)、可変リラクタンス光干渉法光偏向検出器(前述のPSD、ならびに、引用によりその全体を本明細書に包含する、同時係属出願中のUS20030209060A1およびUS20040079142A1の「計測装置おける単離させ移動を測定する装置および方法」に記載されるような光偏向検出器)、ひずみ計ピエゾセンサ磁歪および電歪センサなどを含む。

発明が解決しようとする課題

0009

本明細書で提供されるシステムおよび技術は、現在市販されているツールよりも効果的な、小さな表面特徴のトポグラフィ測定を可能にする。この技術では、最も高い空間解像度が望ましい試料領域により長い時間を充て、一定の情報は必要とされるものの精度や空間解像度は低くてもよい他の領域に短い時間を充てるというように、賢明な時間の利用がなされる。

0010

ある態様において、本開示は、より短い時間でより精度の高い試料特徴イメージングを可能にする新しいカンチレバーベースの測定器を提供し、このカンチレバーベースの測定器では、単一の取得画像フィールド全体にわたって、走査速度が可変である。

0011

また、他の態様において、本開示は、高いデータ密度かつ短い測定時間という相反する要求の均衡を図るように選択された可変ピクセル密度により、異なるサイズの特徴を測定する単一画像の取得が可能である新規なカンチレバーベースの機器を提供する。

0012

さらに他の態様において、本開示は、測定動作を行うカンチレバーベースの測定器により取得および保存されるデータのデータ量を減少させるシステムおよび技術を提供する。

課題を解決するための手段

0013

概して、さらに他の態様において、本開示は、試料の関心領域の位置を示す情報を受信するステップと、前記試料の前記関心領域内において第1のデータ密度を得るように構成された第1の波形セグメントと、前記試料の前記関心領域外において第1のデータ密度より低い第2のデータ密度を得るように構成された第2の波形セグメントとを含む走査波形を生成するステップと、を備えることを特徴とした方法を提供する。前記走査波形は、さらに、第3の異なるデータ密度を得るように構成された第3の波形セグメントを含んでもよい。

0014

前記方法は、さらに、前記走査波形を用いて、前記試料に対して測定器を走査するステップを含んでもよい。前記走査波形を用いて、前記試料に対して前記測定器を走査するステップは、高速走査軸に沿って前記測定器を走査するステップを含んでもよい。前記高速走査軸に沿って測定器を走査するステップは、前記第1の波形セグメントを使用して、第1の走査セグメントに沿って前記測定器を走査するステップと、前記第2の走査波形セグメントを使用して、第2の走査セグメントに沿って前記測定器を走査するステップとを含んでもよい。前記第1の走査セグメントおよび前記第2の走査セグメントは略線形であってもよい。

0015

前記走査波形は、さらに、前記試料の前記関心領域内において第3のデータ密度を得るように構成された第3の波形セグメントと、前記試料の前記関心領域外において前記第3のデータ密度よりも低い第4のデータ密度を得るように構成された第4の波形セグメントとを含んでもよい。前記走査波形を用いて、前記試料に対して前記測定器を走査するステップは、低速軸に沿って前記測定器を走査するステップを含んでもよく、前記低速軸に沿って前記測定器を走査するステップは、前記第3の波形セグメントを使って、第3の走査セグメントに沿って測定器を走査するステップと、前記第4の波形セグメントを使って、第4の走査セグメントに沿って前記測定器を走査するステップを含んでもよい。

0016

前記走査波形を用いて、前記試料に対して前記測定器を走査するステップは、低速軸に沿って前記測定器を走査するステップを含んでもよく、前記低速軸に沿って前記測定器を走査するステップは、前記第1の波形セグメントを使って、第1の走査セグメントに沿って前記測定器を走査するステップと、前記第2の波形セグメントを使って、第2の走査セグメントに沿って前記測定器を走査するステップとを含んでもよい。前記測定器は、原子間力顕微鏡でもよい。

0017

概して、他の態様において、装置は、試料と干渉するように構成された部分を備える測定器と、前記測定器の前記部分に対して、試料を配置するように構成された試料ホルダと、前記測定器と前記試料ホルダとの間の相対走査を提供するコントローラと、を備える。前記コントローラは、第1の方向に相対走査を提供するように構成されてもよく、前記相対走査は、所定の試料領域内において第1のデータ密度を得るための第1の走査セグメントと、前記所定の試料領域外において、第2の異なるデータ密度を得るための第2の走査セグメントとを含んでもよい。

0018

前記コントローラは、前記試料ホルダおよび/または前記測定器を制御するように構成されてもよい。前記装置は、さらに、前記コントローラと通信するデータ要素を備えてもよく、前記データ要素は、前記第1の走査セグメントおよび前記第2の走査セグメントを含む走査波形を決定するためのデータおよび測定器のうち少なくとも1つを備える。

0019

概して、さらに他の態様において、本開示は、1つ以上の機械で実行される際に以下の動作をもたらす命令を示す情報を組み込んだ機械読み取り可能な媒体を備えた物品であって、前記動作は、試料の関心領域を示す情報を受信することと、前記試料全体に亘る測定器の相対走査用の走査速度プロファイルを決定することと、を含む物品を提供する。前記走査速度プロファイルは、前記関心領域に関連する第1の走査速度セグメントと、前記試料のうち前記関心領域に含まれない領域に関連する第3の走査速度セグメントとを含んでもよく、前記第1の走査速度セグメントは、前記第2の走査速度セグメントよりも高密度で相対走査が実行されるように構成される。前記第1の走査速度セグメントは、線形走査を実行するよう構成されてもよい。前記動作は、さらに、前記走査速度プロフィールを使った走査に対して、1つ以上の試料パラメータを示す測定データを受信することと前記測定データおよび前記走査速度プロファイルを使用して、前記1つ以上の試料パラメータを決定することと、を含んでもよい。

0020

概して、さらに他の態様では、本開示は、試料表面に対して測定器の部分を相対走査するステップであって、前記試料表面は第1の領域と第2の領域とを含むステップを備えた方法を提供する。前記試料表面に対して測定器の部分を相対走査するステップは、前記第1の領域の相対走査に関連する第1の高データ密度セグメントと、前記第2の領域の相対走査に関連する第2の低データ密度セグメントとを有する波形に従って相対走査を行うステップを備えてもよい。この方法は、さらに、前記測定器の前記部分の前記試料表面に対する相対走査に基づき、前記第1の領域および前記第2の領域の1つ以上の試料特性を示す情報を受信するステップを備えてもよい。

0021

前記試料表面は、第1の試料タイプの試料の試料表面を含んでもよく、前記第1の領域は、前記第1の試料タイプに対する関心領域であってもよい。

0022

概して、さらに他の態様では、本開示は、特定の試料タイプに対して、第1の領域と第2の異なる領域との相対位置を示す情報を受信するステップと、第1のデータ密度波形部分と第2のデータ密度波形部分とを含む走査波形を示す情報を生成するステップとを備えた方法を提供する。前記走査波形は、前記第1のデータ密度波形部分を使って前記第1の領域において第1の高いデータ密度を得て、かつ、前記第2のデータ密度波形部分を使って前記第2の領域においてより高い異なるデータ密度を得るよう構成されてもよい。

0023

前記特定の試料タイプは、半導体装置試料タイプであってもよく、前記第1の領域は、半導体基板上に形成される半導体装置に含まれる回路の特定領域であってもよい。

0024

本発明における上記の、および、その他の特徴や効果は、添付の図面を参照して以下に記載する実施例の詳細な説明により、より容易に明らかになるであろう。なお、各図面において、同一の参照符号は同一の要素を示す。

発明を実施するための最良の形態

0025

AFMのような走査プローブ型測定器による試料の正確な特徴付けは、水平方向(例えば、X方向またはY方向)に走査する一方で、正確に試料を特徴づけするのに十分なスピードで、試料表面に対してZ方向である垂直方向にカンチレバー台を移動させるAFMの能力によって制限されることがある。この移動速度は、多くの場合、帯域幅として表現される。現在市販される典型的なAFMの帯域幅は、数kHz程度である。これは、例えば、256×256ピクセルの画像を完成させるのに数分間かかることを示唆する。従来、この時間の長さが、AFMを工業プロセスに使用される通常のライン検査システムとすることの妨げとなってきた。これは、一瞬にして同様の測定をすることのできる光学検査ツールとの競合において、特に当てはまる

0026

しかしながら、部品の小型化が進むにつれ、工業プロセスにおいて、従来光学検査システムによって行っていた限界寸法(CD)測定や他の応用がより困難になり、一部ではもはや不可能になった。

0027

CD測定における要求されるダイナミックレンジも増加している。例えば、コンピュータチップまたは磁気記録ヘッドなどのデバイスのサイズは、およそ100ミクロンから約1センチメートルまでにも及ぶ一方、これらデバイスの特徴の寸法は、数原子層レベルで制御する必要がある。これは、CD測定においては、サブオングストローム標準偏差を要することになり得る。100ミクロンから1オングストロームへの遷移は、測定尺度では6次数数値幅となる。この幅は、測定装置に厳しい要求性能課す。100ミクロンの範囲で試料に対してカンチレバーを走査するのに使用するアクチュエータもまた、サブナノメートルの精度でプローブを配置することを要求される。

0028

この種の特徴のCD測定に使用されてきたカンチレバーベースの測定器には、開ループピエゾ走査装置を使用したものもある。これらの走査装置は、多くの制限を受ける。そのうち最も解決が困難な2つが、クリープヒステリシスである。クリープとは、制御信号定常に保たれているときのピエゾアクチュエータの無制御動作である。ヒステリシスは、制御信号とアクチュエータが最初に配置された場所との両方に依存するピエゾアクチュエータの予測不可能応答を指すときに使用される呼称である。ピエゾ走査装置特有のクリープとヒステリシスを克服することは、膨大な数の研究開発の課題であり、主に、ピエゾ挙動予測モデル化し、次いで、動作を線形化し、非線形かつ時間依存性指令電圧によりクリープを補正することに集中された。残念ながら、ピエゾ材料の挙動を理解することは困難であることが判明した。さらに悪いことに、その挙動は経時変化し得るため、この挙動の変化を予測することが必要となり、それどころか、挙動の変化が起こったことが明らかになったときには予測自体を時々に変化させることが必要となる。

0029

クリープおよびヒステリシスを克服する他の方法としては、ピエゾ位置を直接測定し、フィードバックループの使用により、その位置の誤差を動的に補正するセンサを提供することが上げられる。この一般的な手法は、「閉ループ」ピエゾ制御と呼ばれる。この手法は、センサに多くの性能要求を課す。一般的に、センサが線形で、拡張されたダイナミックレンジ(〜100ミクロンからオングストローム未満まで)で動作し、時間の経過に対しても安定的であることが、効果的である。引用により本明細書に包含する、同時継続出願中のUS20020175677A1、US20040075428A1およびUS20040056653A1は、低ノイズの線形差動変圧器およびこの種の配置要求に必要な性能を提供する信号処理を記載している。

0030

上述したように、CD測定における他の要求条件は、測定を迅速に行うことである。光学に基づく従来の高速技術は、特徴の長さスケール数百ナノメートルを下回って小さくなるほど、より適さなくなる。これは、製造者たちに、深刻なスループットの問題を示した。これらの光学技術に近い速度で機能する新技術が完成しない限り、これらの技術を使用するためには、製造プロセスにおいて低頻度インターバルでのテストが必要となり得る。

0031

図1は原子間力顕微鏡用の典型的な走査波形である。このプロットでは、高速走査軸(この場合ではX軸)用のスキャナの位置が示される。この波形は、スキャナに印加される非線形の開ループ電圧により、または好ましくは、閉ループ手法により得られるだろう。スキャナが前後にラスタするため、トレースにおける線形領域1と逆トレースにおける線形領域2が存在する。これらの線形領域は、スキャナが方向を変える非線形の方向転換領域3により分断される。画像を形成する際は、線形領域からのデータのみを使用するのがデータ処理好都合である。

0032

図2は、図1の高速走査軸波形を使用して得られた二次元回折格子の画像4と、この画像の関心領域におけるソフトウェアによるズーム5を示す。画像4は、512×4096ピクセルである。長軸走査範囲は50μmとし、短軸の走査領域は12.5μmとした。これにより、おおよそ10nm幅の正方画素が得られた。2.5Hzの走査速度で、上記画像を得るのに約3.5分かかった。10nmの解像度は、ソフトウェアズーム5から明らかである。このズームは約2μm四方であり、したがって200×200ピクセルで構成される。

0033

なお、図2の画像4における長方形縦横比は、AFMの画像取得時間短縮のために使用されてきた一般的な方法の1つを表している。非正方形の走査を使用することにより、取得されたデータは装置の対象領域により厳密に整合する。この方法は一定の利点をもたらすものの、用途によっては十分ではないかもしれない。本明細書で提供するシステムおよび技術は、測定器(カンチレバーベースの測定器など)の動作における異なる測定の特定の要求条件に、データ取得密度同調させることができ、それにより、取得時間および測定精度を向上させることが可能となる。ここで、「データ密度」とは、試料表面単位(プローブ−試料間の距離、測定対象試料表面領域、または、他の適切な試料表面測定の単位)のデータ取得量を指す。

0034

現在のAFM研究開発の多くは、カンチレバーベースの測定器の測定帯域の速度を上げることを伴う。しかし、本開示は、AFMを「よりスマート」な方法で使用することに関する。本発明の実施形態において、データ密度を特定の測定条件に同調させることにより、取得時間と、結局のところ、測定の精度とを大きく向上させることができる。

0035

更に、本システムおよび技術は、少なくとも一つの高密度波形セグメントと少なくとも1つの低密度波形グメントを有する1つ以上のデータ走査波形を使用することにより、データ取得時間を増やさずにデータ密度を増加させる。従って、本技術は、既存の技術が実用的ではない環境で使用可能である。

0036

図2の例に戻って、ソフトウェアズーム5で描かれた領域は、例えば、製造公差に特に重要となりうる。この領域に対するデータ密度は高いほど好ましい。各試料を個別に評価し、特定の領域を関心領域として指定するのではなく、この領域は、図2に示される種類の各試料について、予め関心領域として指定され得る。

0037

さらに、試料上の他の領域の特徴は、それほど重要ではない。これらの領域に関する情報をいくらか得ることは重要であるが、点密度は非常に低くてもよい。実際、既存のシステムの中には、関心の低い領域からのデータを得て、低減フィルタにかけ、情報を取得後効果的にその情報を捨ててしまうものもある。これは、従来の走査方法に起因するものである。所与のAFM機械帯域において、従来のラスタ走査波形を用いて関心領域のデータ密度をより高める唯一の方法は、走査速度を下げ、像全体にわたってより多くの点を取得することである。これにより、取得時間は長くなってしまい、データファイルは、必要な大きさよりもはるかに大きくなってしまう。

0038

図3は、本発明の実施形態の1つに係る波形を示す。この実施形態では、低密度トレース6と逆トレース7の領域、および、高密度トレース8と逆トレース9の領域の2種類の取得領域が存在する。これらの領域は、遷移域10,11,12により分断されている。比較を容易にするため、図3に示される曲線の全体の走査範囲は、図1に示されたものと同じである。実際、例示された両走査には、同じ時間(おおよそ1秒)がかかっている。しかし、ここでは、プローブは低密度領域6および7には短い時間をかけ、高密度領域8および9にははるかに長い時間をかけている。

0039

図4は、図2に示された回折格子と同じものをこの方法で走査した結果を示す。回折格子の12.5μm×50μmの画像14は、図2に示した格子の画像によく似ている。しかし、14およびソフトウェアズーム15の画素正方形ではなく、画像全体にわたって均一なサイズでもない。図4のソフトウェアズーム15は、図2のソフトウェアズーム5に示されたのと同じ領域である、関心領域に対して、解像度を増加したものを示す。

0040

図5では、2つのソフトウェアズーム5および15を並べて比較している。2つの画像の画像取得時間とファイルサイズは同じであるものの、二重密度走査15は、従来技術により取得された画像5に比べ明らかに細部を示している。

0041

図3および4に示された本発明の実施形態は、高速軸(この場合、x軸)の走査速度のみが変化させられたケースを示す。他の実施形態では、低速走査(x軸が高速軸の場合、y軸)もまた、単独で、または、高速走査軸と共に変化され得る。

0042

画像データの表示は、多くの方法により達成され得る。例えば、図4では、画素は空間位置に対してプロットされている。データは、時間に対してプロットすることもでき、その場合、低速走査領域は空間的にズームされて表示されることになる。

0043

図6は、上述した技術を取り入れ計測システムの実施形態を示す。試料610は、zアクチュエータ620(ここで「z」は、当該アクチュエータが垂直方向に移動することを示す)に取り付けられ、また、可撓性のカンチレバー660のベース670は、ヘッドフレーム690またはzアクチュエータ620に取り付けられたxyアクチュエータ680(ここで「xy」は、当該アクチュエータが水平方向のxy平面上を移動することを示す。)に取り付けられ、このような選択肢は、xyアクチュエータ680からヘッドフレーム690までの線とzアクチュエータ620までの線により示される(xyアクチュエータ680は、これらの2つの場所のうちのどちらかに一方に取り付けられ、両方には取り付けられないことを理解されたい)。ここで、xとyは、水平平面上の2つの非平行方向(例えば、水平平面上の直交する方向)であり、zはxy平面上にない方向(例えば、xy平面に直交する垂直方向)である。xyアクチュエータ680は、zアクチュエータ620と協働し、プローブ650と試料610との間の三次元相対運動を提供する。カンチレバー660は、カンチレバー660のプローブ650と試料610との間の相互作用に応じて撓む。この撓みはPSD700によって測定される。PSD700の出力は、コントローラ710によって収集される。典型的に、コントローラ710は、信号処理を行い、カンチレバーの撓み、振幅位相、その他パラメータなどの数量を抽出する。これらの値は、表示装置720に表示されることが多い。更に、コントローラ710は、試料特性に応じて、カンチレバー660のベース670と試料610との間の相対位置を徐々に変化させるフィードバックループを操作し得る。このために、コントローラ710は、xyアクチュエータ680およびzアクチュエータ620に制御信号を送信する。一実施形態では、xyアクチュエータ680は、閉ループフィードバック位置決め制御を可能にするセンサを備える。

0044

x軸が高速走査軸であり、xyアクチュエータ680が、第1のスロープを有する第1の略線形領域と、異なる第2のスロープを有する第2の略線形領域と有する走査波形を実現し得る例が、図3に図示した実施形態で説明される。

0045

他の実施形態では、線形領域を含まない波形を使用して走査を行うことができる。しかし、走査速度の異なる線形領域を、非線形の遷移領域とは分離させることが有用なことが多い。これらの遷移領域は、スキャナの挙動を向上させ、リンギングを減少させ、好ましいフィードバック方法である閉ループフィードバック制御を可能にし、効率的な動作を可能とする。

0046

図7は、前述した技術の実施において使用されるシステムの他の実施形態を示す。図7において、コントローラ710は、カンチレバー660のプローブ650が前述したような波形を用いて試料610の表面に対して走査されるように、試料610が取り付けられたxyアクチュエータ680と通信している。顕微鏡台685のフレームは、手動式または電動式の機械移動ステージのような他の粗位置決め要素を含んでも良い。本実施形態では、カンチレバー660およびそのベース670は、コントローラ710と通信するアクチュエータ620によりz方向へ駆動される。カンチレバー660の運動は、ヘッドフレーム690またはカンチレバーベース670のどちらかに固定された検出器750により検出される。

0047

ここで説明される実施形態のほかにも、ここで説明されるシステムおよび技術からの利点を享受し得る測定器は数多くある。特に、(引用により本明細書に包含される)米国特許第6,945,100号、第6,677,567号、第6,612,160号、第6,530,268号、第6,032,518号、第5,714,682号、第5,560,244号、第5,463,897号、および米国特許出願20040079142A1および20030209060A1に記載されるような、より大きな試料用または工業測定用に構成されたAFMがこれに含まれる。

0048

これらの計測学的測定に対して、閉ループスキャナを使用することは効果的ではあるものの、必須ではない。場合によっては、本明細書に記載する走査波形を実行可能な閉ループスキャナを追加することにより、開ループスキャナの性能が向上するような構成を使用すれば十分であるか、もしくは、そのほうが効果的ですらあるかもしれない。これらのスキャナは、現在「nPoint」という商品名で市販されており、「NPXY100A」という商品名のXYスキャナや同様のシステムも含まれる。

0049

図8Aは前述した技術を取り入れた測定システム800の一実施形態を示す。システム800は、試料ホルダ820上に載置された試料810を備える。測定器830は、試料810全体から情報を得るように構成される。測定器830は、コントローラ840を使用して試料810の表面全体に亘って走査される。

0050

試料データは、PSDまたは他の検出器である、検出器850を使用して得られる。1つ以上の試料特性(トポグラフィ特性、磁気特性電気特性など)を示す情報は、データ記憶部および/または(単一ユニットまたは複合ユニットを含み、システム800の他の要素と少なくとも部分的に一体化され得る)処理部860へ与えられ得る。処理部860は、ここに記載される本発明の実施形態に係る、測定器830の走査を制御するためのデータを利用するために、ソフトウェアおよび/またはハードウェア(および当業者に周知の他の手段)も備え得る。

0051

x軸が高速走査軸である例において、処理部860は、図3に図示される実施形態において説明されたような、第1のスロープを有する第1の略線形領域と、第2の異なるスロープを有する第2の略線形領域とを有する波形を実施するデータ生成コントローラ840を備え得る。

0052

他の実施形態において、図6で図示された実施形態の説明に関連して前述したように、線形領域を有さない波形を用いて走査を行うことがある。

0053

図8Bは前述した技術を実施するために使用し得るシステム801の他の実施形態を示す。図8Bでは、コントローラ840は、試料ホルダ820と通信し、前述したような波形を使用して測定器830が試料の表面全体に対して走査されるようにホルダ820を制御し得る。コントローラ840(単一ユニットまたは複合ユニットであり、および/または、システム801の他の部品と少なくとも部分的に一体化され得る)は、必要に応じて、測定器830も制御し得る。しかし、走査平面内における測定器830または試料ホルダ820のいずれかの制御は、システム801の動作を簡素化することができる。

0054

本明細書で提供されるシステムおよび技術が潜在的に有用な測定には、近傍のより大きな特徴に特定的に参照される小さな特徴の精密測定が望ましい場合や、または、自動製造プロセスにおいて、前記システムまたは技術により測定された部品公差規格内であるとみなされるまで特定のステップが続けられるような場合など、多様な測定用途が含まれる。例としては、(いくつか挙げるとすると)化学機械的研磨法(CMP)、表面平坦性表面うねり表面仕上げ品質平面性ステップ高さおよび特徴高さ、高低差などの半導体および電子デバイスプロセス制御が挙げられる。半導体製造に加えて、この技術が使用可能な数多くの他の分野としては、光学、微小電子機械MEMS)装置、および、データ記憶装置等が挙げられる。

0055

本明細書で提供されるシステムおよび技術は、他の多くの表面測定および観察機器と組み合わせることができる。例えば、特徴は、光学顕微鏡干渉計スキャッタメータ楕円偏光計、明/暗視野顕微鏡ラマン顕微鏡または光学プロファイラなどにより同定され得る。これらの特徴は、検査用の関心領域としてカンチレバーベースの測定器に登録され得る。その後、この関心領域は、カンチレバーベースの測定器における高データ密度画像領域と関連づけられ得る。この組み合わせにより、例えば、光学技術を利用して欠陥を同定するような、半導体や他のウェハ欠陥検出または欠陥レビューにおいて使用可能である。本明細書で提供されるシステムおよび技術は、その後、光学情報と共に、高解像度データが有用であり、かつ、近傍領域の低解像度データも有用であるような関心領域を描写するのに使用され得る。そして、欠陥や他の特徴に関するより詳細な情報が、上記説明に従って取得し、表示することができる。

0056

この選択的関心領域検査技術は、従来の半導体産業だけでなく他の製造産業においても自明な用途を有する。高輝度LED、CMOSおよび他の画像センサカメラ)、ガラスや他の基板インジウムすず酸化物)上の特殊コーティング液晶または他のディスプレイ技術、SiCおよびGaNベースショットキーバリアダイオード電界効果トランジスタFET)は全て小型化が進み、結果として、より厳密な測定条件をもたらす。

0057

本明細書におけるシステムおよび技術の説明は、主に、これらシステムおよび技術をトポグラフィ測定に適用することに焦点を当ててきた。カンチレバーベースの測定器は、トポグラフィ測定とは独立した、または、これと関連した他の多くの測定も可能である。これらの測定には、DC接触モードイメージング、位相イメージング、力変調、試料剛性磁力磁気的相互作用消失を含むACモードトンネル電流導電性電気容量広がり抵抗電気力ケルビン力、電位電力損失などの電気的特性、およびAFMの文献に記載される他の多くのモードが含まれる。

0058

本明細書で提供され、トポグラフィの例を用いて説明されたシステムおよび技術を、カンチレバーベースの測定器を用いた、これらのおよび他の現在では従来技術となった測定に対して適用することは、容易である。磁気力顕微鏡法、消失、位相イメージング、熱走査、磁気感度マッピングトンネル顕微鏡法、導電性AFM、走査型静電容量法、ケルビン力、走査型電位顕微鏡法、走査型電気化学またはイオン伝導度顕微鏡法、および、走査型近接場光学顕微鏡などが、その例として挙げられる。このリストは、利用可能な他の形態の一部に過ぎず、いずれも、本明細書に記載されるシステムおよび技術の利点を享受し得る。1つ以上のこれら情報チャンネルの関心領域は、トポグラフィにおける関心領域の概念に非常に似ている。関心領域が同一の物理的位置に空間的に位置することもあれば、所定の距離オフセットされる場合もある。

0059

前述した技術およびその変形例は、少なくとも部分的には、コンピュータソフトウェアの命令として実行され得る。そのような命令は、1つ以上の機械読み取り可能な記憶媒体またはデバイスに記憶され、例えば、測定器に前述の機能および操作を行わせる1つ以上のコンピュータプロセッサにより、実行される。

0060

以上、多くの実施例を記載した。上記では、一部の数実施例のみを詳細に説明したが、他の変形例も可能であり、本開示はそれら変形例の全てを含むことを意図し、特に、当業者にとって予測可能な変形例はいずれも含む。

0061

また、「手段(“means”)」という用語を使用した請求項のみ、米国特許法第112条の第6パラグラフ準拠して解釈されることを意図する。請求の範囲において、「少なくとも1つの("at least one of”)」というような語句の使用にかかわらず、「a」または「an」は、1つ以上の要素を有する構成を含み、「単一の("a single”)」は1つの要素のみを有する構成を含む。さらに、明細書中のいずれの限定も、それらが請求の範囲内に明確に含まれない限り、請求項に適用されることを意図しない。従って、他の実施形態は、以下に示す請求の範囲に含まれるものである。

図面の簡単な説明

0062

図1は、AFMにおける速軸の通常の走査波形を示す。
図2は、図1に示した通常の速軸走査波形により取得された二次元回折格子の画像とソフトウェアによるズームを示す。
図3は、AFMにおける速軸のデュアル密度走査波形を示す。
図4は、図3に示した二重密度の速軸走査波形により取得された二次元回折格子の画像とソフトウェアによるズームを示す。
図5は、通常の走査法および二重密度走査法を使用した時のソフトウェアによるズームを並べて比較した画像である。
図6は、いくつかの実施形態に係る可変密度走査の実施において使用可能なシステムの具体例を示す。
図7は、いくつかの実施形態に係る可変密度走査の実施において使用可能なシステムの具体例を示す。
図8Aは、いくつかの実施形態に係る可変密度走査において使用可能なシステムの概略図を示す。
図8Bは、いくつかの実施形態に係る可変密度走査において使用可能なシステムの概略図を示す。

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