DE69734413T2

DE69734413T2 - Instrument mit Doppeltisch zum Abtasten eines Probenkörpers

Info

Publication number: DE69734413T2
Application number: DE69734413T
Authority: DE
Inventors: Amin Sunnyvale Samsavar; William R. Saratoga Wheeler; Steven G. Sunnyvale Eaton; Jian-Ping Zhuang
Original assignee: Tencor Instruments Inc
Current assignee: Tencor Instruments Inc
Priority date: 1996-02-09
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2017-02-08
Also published as: EP0790482A1; EP0790482B1; EP1574815A2; DE69734413D1; US6267005B1; US5948972A; US20030089162A1; US7100430B2; EP1574815B1; JPH1031084A; US20010047682A1; JP4398519B2; US20050005688A1; EP1574815A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Instrumente zum Abtasten von Proben oder Prüflingen und insbesondere ein System zum Abtasten von Proben oder Prüflingen mit verbesserten Charakteristiken.
Profilierungsinstrumente wurden zuerst zur Charakterisierung von Oberflächen im Hinblick auf Rauigkeit, Welligkeit und Form entwickelt. In den letzten Jahren wurden sie für präzise Metrologie bei der Messung und Produktionssteuerung von Halbleitergeräten verfeinert. Profilierungsinstrumente werden auch außerhalb der Halbleiterindustrie eingesetzt, z.B. zum Abtasten und Erfassen von Bildplatten, Flachbildschirmen und anderen Geräten.
Tast-Profilmessgeräte für die Verwendung in den oben erwähnten Anwendungen sind von Tencor Instruments aus Mountain View in Kalifornien sowie von anderen Herstellern erhältlich. In einem herkömmlichen Tast-Profilmessgerät wird eine Probe auf eine X-Y-Positionierungsstufe gelegt, wo die Oberfläche der zu messenden oder zu erfassenden Probe die X-Y-Ebene definiert. Das Tast-Profilmessgerät hat eine Tastspitze, die in eine Position relativ zur Probe gebracht wird, in der bestimmte Interaktionen zwischen der Tastspitze und der Oberfläche der Probe erfasst werden können. Taster und Tastspitze sind an einem Hubtisch angebracht, der sich in einer Z-Richtung bewegt, die lotrecht zur X-Y-Ebene ist. Der Sensor bewegt sich nicht in den X- oder Y-Richtungen (d.h. Richtungen in der Ebene parallel zur Oberfläche der Probe). Die Interaktionen zwischen der Tastspitze und der Probe werden mit dem Sensor gemessen. In einer Datenerfassungsfolge bewegt die X-Y-Stufe die Probe auf kontrollierte Weise unter der Tastspitze durch, während der Sensor Variationen von Interaktionen zwischen Probe und Tastspitze über die Probenoberfläche erfasst, während der Sensor die Probenoberfläche abtastet. Somit bewegt die X-Y-Stufe während der Datenerfassung mit dem Sensor die Probe auf kontrollierte Weise.
Alphastep ist ein weiterer Typ von Tast-Profilmessgerät, das von Tencor Instruments aus Mountain View in Kalifornien erhältlich ist. Alphastep tastet eine Probe dadurch ab, dass er einen Tastarm über die Probe bewegt.
Somit ermöglichen Tast-Profilmessgeräte Abtastungen in der X-Y-Ebene für Distanzen, die von ein paar Mikron bis zu hunderten von Millimetern reichen. Die für Profilmessgeräte verwendeten Sensoren haben gewöhnlich ebenfalls einen großen dynamischen Bereich. So können beispielsweise in Tast-Profilmessgeräten für Probenhöhenmessungen vertikale Variationen in der Z-Richtung von nur wenigen Ångström bis zu einigen hundert Mikrometern detektiert werden. Signifikanterweise misst das Höhenmessungs-Profilmessgerät Höhe direkt.
Mit zunehmendem Fortschritt in der Halbleiterindustrie im Hinblick auf geringere Abmessungen mit jeder neuen Produktgeneration steigt der Bedarf an Abtastinstrumenten, die wiederholt Proben mit sehr hoher Auflösung abtasten können. Die enorme Größe der X-Y-Stufe im Tast-Profilmessgerät begrenzt die laterale Positionierungsauflösung herkömmlicher Tast-Profilmessgeräte. So ist die Wiederholbarkeit der X-Y-Umpositionierung von Tast-Profilmessgeräten auf etwa 1 Mikrometer begrenzt; einem solchen Gerät fehlt die Fähigkeit für eine wiederholte X-Y-Positionierung im Nanometer- oder Subnanometerbereich.
Es ist daher wünschenswert, ein verbessertes Abtastinstrument bereitzustellen, das eine bessere wiederholbare X-Y-Positionierungsauflösung bietet als das herkömmliche Tast-Profilmessgerät und dabei viele der Vorteile des Profilmessgeräts beibehält, wie z.B. der große dynamische Bereich in der Z-Richtung sowie die lange Abtastkapazität von bis zu hunderten von Millimetern.
Es ist wünschenswert, dass Halbleiterwaferoberflächen flach oder planar sind. Um eine solche globale Planarisierung zu erzielen, wird chemisch-mechanisches Polieren (CMP) angewendet. Eine CMP-Verarbeitung erfolgt gewöhnlich, nachdem Wolframstopfen und Kontaktlöcher auf den Oberflächen der Halbleiterwafer ausgebildet wurden. Wenn die CMP-Verarbeitung nicht ordnungsgemäß funktioniert, dann kann dies eine Vertiefung im Wolframstopfen oder im Kontaktloch verursachen, was Größe und Tiefe der Wolframstopfen und Kontaktlöcher beeinflussen kann. Dies kann zu einer Veränderung von Kapazität und elektrischem Widerstand über die Oberfläche des Halbleiterwafers führen, was den Betrieb von auf dem Wafer ausgebildeten elektronischen Schaltungen beeinträchtigen kann. Das Problem wird besonders akut in Größtintegrationsschaltungen, bei denen die Größe von Transistoren und anderen elektronischen Bauelementen kontinuierlich reduziert wurde. Dies gilt auch für laserstrukturierte Festplatten.
Zum Überwachen der Funktion von CMP-Verarbeitung wurden Raster-Sondenmikroskope und Profilmessgeräte verwendet. Profilmessgeräte können zwar ein Maß für die Oberflächentopografie des Wafers ergeben, aber herkömmlichen Profilmessgeräten fehlt die Auflösung, um beispielsweise Form und Tiefe der Wolframstopfen oder Kontaktlöcher zu entdecken. Wenn also das Profilmessgerät beim Scannen nicht über den Wolframstopfen oder das Kontaktloch gefahren ist, dann würden Informationen von dem Scan keine solchen Informationen zu Tage bringen. Herkömmlichen Profilmessgeräten fehlt die Positions/Positionierungsfähigkeit, um eine präzise Ausrichtung von Submikron-Merkmalen mit der Abtastung zu ermöglichen. Daher kann, wenn Profilmessgeräte zum Überwachen des CMP-Prozesses verwendet werden, auch wenn die globale Planarisierung der Probe und die relative Höhe von auf dem Wafer beabstandeten Punkten überwacht werden können, keine präzise lokale Morphologie der Oberfläche gemessen werden.
Raster-Sondenmikroskope (RSMs) haben zwar die präzise Positionierungsfähigkeit, die eine präzise Ausrichtung von Submikronmerkmalen auf den Abtastpfad zulässt, aber RSM-Geräte haben keine präzise lange Reichweite und wiederholbare Bewegungen, so dass es schwierig ist, RSM-Geräte zu benutzen, um die relativen Positionen von zwei Punkten, die auf der Waferoberfläche weit beabstandet sind, oder die Höhenbeziehung zwischen Wolframstopfen oder Kontaktlöchern zu ermitteln, die auf dem Wafer beabstandet sind. Tatsächlich wird in vielen RSM-Geräten jede Neigung, die die Geräte erfahren, als Hintergrund angesehen und subtrahiert. Selbst dann, wenn eine Reihe von vom RSM erfassten lokalen Bildern aneinander gereiht werden, geht die globale Topografie der Oberfläche verloren, und Höhendifferenzen zwischen Punkten, die Abstände voneinander haben, die über die Reichweite von RSM-Geräten hinaus gehen, können nicht präzise gemessen werden. Darüber hinaus ist die Datenkorrelation zwischen einer Reihe von lokalen Bildern des RSM umständlich, zeitaufwändig und erfordert eine erhebliche Duplizierung von Betriebsmitteln.
Es ist daher wünschenswert, ein verbessertes System bereitzustellen, das die oben beschriebenen Schwierigkeiten vermeidet.
Die US 5,406,832 offenbart ein synchrones Probenahme-Rasterkraftmikroskop, das mit Hilfe von piezoelektrischen Geräten Bewegungen in den X-, Y- und Z-Richtungen steuert.
Die EP 0,536,827 offenbart ein integriertes Probenahme-Kraftmikrosondensystem, bei dem die Sonde unbeweglich bleibt, während die Probe relativ zur Sonde bewegt wird. Das System justiert die relative Position der Probe vertikal und transversal in Abhängigkeit von Ausgangssignalen, die die vertikale und transversale Beziehung der Sonde zur Probe anzeigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Beobachtung, dass durch Integrieren einer Feinstufe mit einer Auflösung, die viel feiner ist als die der herkömmlichen, für das Tast-Profilmessgeräte verwendeten X-Y-Positionierungsstufe, die Positionierungsauflösung stark verbessert werden kann, während alle Vorteile des herkömmlichen Tast-Profilmessgeräts erhalten bleiben. Eine Positionierungsstufe mit Charakteristiken ähnlich denen der im Tast-Profilmessgerät verwendeten herkömmlichen X-Y-Positionierungsstufe wird nachfolgend als Grobstufe im Gegensatz zur Feinstufe bezeichnet. Eine Feinstufe wird als eine Positionierungsstufe mit einer Auflösung definiert, die besser ist als die der Grobstufe.
In der bevorzugten Ausgestaltung und zur Zeit der vorliegenden Anmeldung wird unter einer Grobstufe eine Stufe verstanden, die einen Sensor mit einer Genauigkeit von bestenfalls etwa 10^–8m (100 Ångström) positionieren kann, und eine Feinstufe wird als eine Stufe definiert, die den Sensor mit einer Genauigkeit von besser als 10^–8m (100 Ångström) positionieren kann. Wie der Fachperson bekannt ist, wird die Trennlinie zwischen einer Grobstufe und einer Feinstufe, nämlich 10^–8m (100 Ångström), mit fortschreitender technischer Entwicklung wohl kontinuierlich abnehmen. Solche Grob- und Feinstufen mit verbesserter Auflösung, die in der hierin beschriebenen Weise eingesetzt werden, fallen ebenfalls in den Umfang der Erfindung.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Instrument zum Abtasten einer Probe, das Folgendes umfasst: einen Sensor zum Erfassen eines Parameters der Probe; eine Grobstufe, die so konfiguriert ist, dass sie eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe bewirkt; eine Feinstufe, die so konfiguriert ist, dass sie eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe bewirkt; und wenigstens ein Steuergerät mit der Aufgabe, die beiden Stufen so zu steuern, dass die relative Bewegung, die durch die Grobstufe bewirkt wird, so konfiguriert ist, dass der Sensor veranlasst wird, die Oberfläche der Probe abzutasten, wenn der Sensor den genannten Parameter der Probe erfasst.
Das Instrument hat vorzugsweise eine feinere laterale Auflösung als ein herkömmliches Profilmessgerät, behält aber den breiten dynamischen Bereich des herkömmlichen Profilmessgeräts in vertikaler Richtung bei.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Instrument mit einem Sensor und einer Grobstufe und einer Feinstufe, jeweils zum Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem Sensor und einer Probe, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe mittels der Grobstufe; Erfassen eines Parameters der Probe, wenn die relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe von der Grobstufe bewirkt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Doppelstufen-Abtastinstruments, die die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung illustriert;
2 ist ein Blockdiagramm eines Doppelstufen-Abtastinstruments und seines Steuer- und Anzeigesystems, um die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren;
3A ist eine schematische Ansicht eines Höhensensors, der mit einer piezoelektrischen Röhre verbunden ist, die als Feinstufe in einem Doppelstufen-Abtastinstrument dient, um eine erste Ausgestaltung der Feinstufen- und Sensorbaugruppe zu illustrieren;
3B ist eine perspektivische Ansicht eines Höhensensors und von zwei piezoelektrischen Röhren, die als Feinstufe dienen, um die zweite Ausgestaltung der Feinstufen- und Sensorbaugruppe zu illustrieren;
4A ist eine perspektivische Seitenansicht einer Sensorbaugruppe, die ein Magnetmittel verwendet, um zu bewirken, dass eine Tastspitze eine gewünschte Kraft auf eine Probe aufbringt, um die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren;
4B ist eine Querschnittsansicht eines Teils der Sensorbaugruppe von 4A;
4C ist eine perspektivische Endansicht, die Einzelheiten des magnetischen Tastkraft-Vorspannmittels der Sensorbaugruppe von 4A zeigt;
4D ist ein Blockdiagramm der Elektronik zur Tastkrafteinstellung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4E ist ein schematisches Diagramm einer Sensorbaugruppe, die mit Hilfe eines kapazitiven Mittels bewirkt, dass eine Tastspitze eine gewünschte Kraft auf eine Probe aufbringt, um eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren;
5 ist ein schematisches Diagramm eines Doppelstufen-Abtastinstruments, bei dem die Probe von der Feinstufe getragen wird und der Sensor vom Z-Abschnitt der Grobstufe getragen wird, um eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren;
6 ist ein schematisches Diagramm eines Sensors, der in einem Doppelstufen-Abtastinstrument der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann, um eine Ausgestaltung des Sensors zu illustrieren;
7A–7C sind schematische Diagramme eines Sensors des in 6 gezeigten Typs, in denen verschiedene Ausgestaltungen des Ablenkungssensorteils gezeigt werden;
7D ist ein schematisches Diagramm eines Sondenteils, um eine weitere Ausgestaltung des Näherungssensors von 7C zu illustrieren;
8A–8C sind schematische Zeichnungen des Sensors des in 6 gezeigten Typs, in denen verschiedene Ausgestaltungen des sekundären Sensors ausführlicher dargestellt sind;
9 ist ein schematisches Diagramm einer Tastspitze, die zum Implementieren des Sensors von 8A verwendet werden kann;
10 ist eine Querschnittsansicht einer Tastspitze, die zum Implementieren des Sensors in 8B verwendet werden kann;
11 ist eine Draufsicht auf einen Ablenkungssensor, der aus einer planaren Materialfolie hergestellt ist, um die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren;
12 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer Feinstufe, die mit piezoelektrischen Stapeln arbeitet, um die Erfindung zu illustrieren;
13 ist eine schematische Ansicht eines Pfads zum Abtasten einer Probenoberfläche, über die ein Sensor in einem Doppelstufen-Abtastinstrument läuft, um die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren;
14 ist ein Blockdiagramm eines Oberflächenmesssystems, das zum Illustrieren der Erfindung der Begleitanmeldung nützlich ist;
15 ist eine schematische Ansicht eines Zielbereichs einer Oberfläche mit einem Merkmal und Suchpfaden darauf, um das Ortungsverfahren vom Merkmal der Erfindung der Begleitanmeldung zu illustrieren;
16 ist eine schematische Ansicht eines Zielbereichs einer Oberfläche und von Suchpfaden darauf, die ein Merkmalsortungsverfahren von 15 illustriert, um die Erfindung der Begleitanmeldung zu illustrieren;
17 ist eine schematische Ansicht eines Zielbereichs der Oberfläche mit einem Merkmal und mit Suchpfaden darauf, die ein Verfahren der Erfindung der Begleitanmeldung illustriert;
18 ist eine repräsentative Querschnittsansicht eines Merkmals der Oberfläche, um die Erfindung der Begleitanmeldung zu illustrieren;
19A–19I sind schematische Ansichten eines Zielbereichs einer Oberfläche mit einem Merkmal darin und Suchpfaden darauf, um ein Verfahren zum Ort von Merkmalen als die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung der Begleitanmeldung zu illustrieren;
20A–20C sind schematische Ansichten eines Zielbereichs einer Oberfläche mit einem Merkmal darin und Suchpfaden darauf, um ein Suchverfahren zu illustrieren, das in einem intermittierenden Kontaktmodus in Kombination mit einem Kontaktmodus oder einem kontaktlosen Modus arbeitet, um eine weitere Ausgestaltung der Erfindung der Begleitanmeldung zu illustrieren;
20D ist eine schematische Ansicht eines größeren und eines kleineren Zielbereichs einer Oberfläche mit einem Merkmal darin und Suchpfaden darauf in beiden Zielbereichen, um ein Suchverfahren zum Illustrieren noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Begleitanmeldung zu illustrieren; das Verfahren kann im Kontaktmodus, im kontaktlosen Modus oder im intermittierenden Kontaktmodus angewendet werden;
21A–21C sind Querschnittsansichten einer Oberfläche und von intermittierenden Suchpfaden, um eine weitere Ausgestaltung der Erfindung der Begleitanmeldung zu illustrieren;
22 ist eine schematische Ansicht eines Zielbereichs einer Oberfläche und von Suchpfaden darauf, um ein Suchverfahren zu illustrieren, das mit einer Sequenz von Zufallspositionen arbeitet, um den ungefähren Ort des Merkmals zu finden, und mit einem Nicht-Zufallsalgorithmus, um die Merkmalsgrenze zu finden, nachdem der ungefähre Ort des Merkmals gefunden wurde, um noch eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung der Begleitanmeldung zu illustrieren;
23 ist eine schematische Ansicht eines spiralförmigen Suchpfads auf einer Oberfläche zum Suchen eines Merkmals auf oder in einer Oberfläche, um noch eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung der Begleitanmeldung zu illustrieren;
24 ist eine schematische Ansicht eines im Wesentlichen geradlinigen Spiralsuchpfades zum Finden des Merkmals einer Oberfläche, um eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung der Begleitanmeldung zu illustrieren;
25 ist eine schematische Ansicht eines serpentinenartigen Suchpfads zum Finden des Merkmals einer Oberfläche, um noch eine weitere alternative Ausgestaltung der Erfindung der Begleitanmeldung zu illustrieren;
26 ist ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen Raster-Sondenmikroskops, das zum Illustrieren der Erfindung nützlich ist;
27 ist eine schematische Ansicht eines Doppelstufen-Abtastinstruments mit einem Raster-Sondenmikroskopsensor sowie einem Profilmessgerät-Sensor, wobei beide Sensoren auf derselben X-Y-Feinstufe montiert sind, um noch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren;
28 ist eine schematische Ansicht eines Doppelstufen-Abtastinstruments mit den beiden Sensoren von 27, wobei jedoch nur der Raster-Sondenmikroskopsensor auf einer Feinstufe montiert ist, um eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren;
29A ist eine schematische Ansicht eines Profils einer Oberfläche, die über zwei Punkte AA, BB abgetastet wurde, um die Erfindung zu illustrieren;
29B, 29C sind lokale hochauflösende Profile der Oberfläche von 29A bei hoher Auflösung, um das lokale Profil jeweils an den Punkten AA, BB zu zeigen;
30 ist eine schematische Ansicht eines Abtastvorgangs, bei dem eine lange Abtastung über eine Oberfläche sowie eine Reihe von kurzen Abtastungen erfolgen, von denen einige die lange Abtastung schneiden, wobei wenigstens eine kurze Abtastung in der Nähe der langen Abtastung liegt, diese aber nicht schneidet, um die Erfindung zu illustrieren;
31 ist eine schematische Ansicht eines Abtastpfades, der eine Reihe von im Wesentlichen parallelen Abtastliniensegmenten beinhaltet, um das Abtastmuster entweder für die lange Abtastung oder die kurze Abtastung zu illustrieren, um die Erfindung zu illustrieren;
32 ist eine schematische Ansicht eines Abtastpfades, bei dem dasselbe Abtastinstrument für eine lange Abtastung zwischen einem Anfangspunkt und einem Endpunkt sowie für kurze lokale Abtastungen an einem Anfangspunkt oder einem Endpunkt verwendet wird, um eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren;
33 ist eine schematische Ansicht eines Abtastpfades, der in der Nähe einer Reihe von Punkten auf der Oberfläche erfolgt, sowie von lokalen Abtastungen an solchen Punkten, um eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren;
34A–34E sind schematische Ansichten eines Profils und von drei lokalen Merkmalen sowie von deren relativen Höhen, um die Erfindung zu illustrieren.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wurden identische Komponenten in den unterschiedlichen Figuren der vorliegenden Anmeldung mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNG
1 ist eine schematische Ansicht eines Doppelstufen-Abtastinstruments 100, um die bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren. Da die Sensorbaugruppe 60 viel leichter sein kann als die Probe oder der Prüfling 90, ist es möglicherweise wünschenswert, den Sensor auf der Feinstufe 70 zu lagern und den Prüfling oder die Probe auf den XY-Teil 80b der Grobstufe 80 zu legen. Die Feinstufe wiederum ist mit dem Z-Teil 80a der Grobstufe verbunden und darauf gelagert. Somit beinhaltet, wie in 1 gezeigt, das Abtastinstrument 100 eine Sensorbaugruppe 60, die mit einer Feinstufe 70 verbunden ist und von dieser getragen wird, die wiederum mit dem Z-Teil 80a der Grobstufe 80 verbunden ist und davon getragen wird. Eine Probe 90 liegt auf dem XY-Teil 80b der Grobstufe 80. Der Z-Teil 80a und der X-Y-Teil 80b der Grobstufe 80 sind wie in 1 gezeigt mit der Basis 102 verbunden und werden davon getragen.
Die Feinstufe 70 hat vorzugsweise eine laterale Auflösung von etwa 1 bis 50 Ångström (0,1 bis 5 Nanometer), obwohl eine laterale Auflösung von 100 oder sogar 1000 Ångström (10 oder 100 nm) für einige Anwendungen ausreichen kann. Die laterale Auflösung der Grobstufe 80 beträgt vorzugsweise 50 bis 100 Ångström (5 bis 10 Nanometer), die vertikale Auflösung etwa 10 bis 50 Ångström (1 bis 5 Nanometer), obwohl eine laterale und vertikale Auflösung von 1 Mikrometer für einige Anwendungen ausreichen kann.
Die Grobstufe hat einen Abtastbereich von etwa 1 Mikrometer bis hunderte von Millimetern, wie z.B. 500 Millimetern. Während die Feinstufe einen Abtastbereich von etwa 0,01 bis 500 Mikrometern hat, wird dies von der Grobstufe kompensiert, so dass das Doppelstufeninstrument 100 einen Abtastbereich von etwa 0,01 Mikrometer bis hunderte von Millimetern wie z.B. 500 Millimetern hat. Dies wird nachfolgend ausführlicher illustriert. Der Sensor 60 ist von einem Typ, der einen dynamischen Bereich hat, der den vertikalen dynamischen Bereich der Grobstufe oder wenigstens etwa 500 Mikrometer aufnehmen kann.
Das Instrument 100 kann in einer Reihe von Modi zum Erfassen von Proben verwendet werden. So kann das Instrument 100 in derselben Weise verwendet werden wie ein herkömmliches Profilmessgerät. Durch Deaktivieren der Feinstufe 70 kann die Grobstufe 80 wie ein herkömmliches Profilmessgerät zum Abtasten einer Probe 90 mit einer Sensorbaugruppe 60 benutzt werden. Dies ist deshalb möglich, weil die Sensorbaugruppe 60 einen ausreichenden dynamischen Bereich hat, um mögliche große Variationen in der Höhe einer Oberfläche der Probe 90 über eine lange Abtastung aufzunehmen, die eine Länge von bis zu hunderten von Millimetern haben kann.
Ein weiterer möglicher Modus ist, die Grobstufe zum Bewegen der Sensorbaugruppe 60 zu benutzen, während die Probe ähnlich wie bei einem herkömmlichen Profilmessgerät erfasst wird, um einen Bereich des Prüflings oder der Probe 90 von Interesse zu finden, während die Feinstufe deaktiviert ist. Wenn ein solcher Bereich gefunden ist, kann die Grobstufe deaktiviert und die Feinstufe aktiviert und zum Abtasten des Bereichs von Interesse mit hoher Auflösung verwendet werden. Mit anderen Worten, die beiden Stufen können sequentiell benutzt werden, um den Sensor zu bewegen, während ein Probenparameter erfasst wird.
Eine weitere mögliche Betriebsart besteht darin, sowohl die Feinstufe 70 als auch die Grobstufe 80 im Wesentlichen gleichzeitig zu betreiben und die Sensorbaugruppe 60 zum Erfassen eines Parameters der Probe 90 zu verwenden, während beide Stufen im Wesentlichen gleichzeitig eine relative Bewegung zwischen der Sensorbaugruppe und der Probe 90 bewirken. So kann der X-Y-Teil 80b der Grobstufe zum Bewegen der Probe über die X-Achse verwendet werden, während die Feinstufe 70 zum Bewegen der Sensorbaugruppe 60 über die Y-Achse verwendet wird. Wenn beide Stufen eine relative Bewegung zwischen der Sensorbaugruppe und der Probe bewirken, dann kann die Sensorbaugruppe 60 zum Erfassen von einem oder mehreren Parametern der Probe 90 verwendet werden. Auf diese Weise würde, da der X-Y-Teil der Grobstufe 80 in der Y-Richtung stationär ist, die Auflösung der Feinstufe 70 steuern, wenn die Sensorbaugruppe 60 den Parameter der Probe in der Y-Richtung erfasst. Dann kann zum Erhalten derselben Auflösung der X-Y-Teil 80b der Grobstufe in der X-Richtung benutzt werden, um die Probe in der Y-Richtung zu bewegen, aber in der X-Achse festzuhalten, während mit der Feinstufe die Sensorbaugruppe 60 in der X-Richtung bewegt, aber in der Y-Richtung festgehalten wird. Auf diese Weise kann eine feine Auflösung sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung erzielt werden. Weitere Betriebsarten werden nachfolgend ausführlicher beschrieben.
2 ist ein Blockdiagramm eines Doppelstufen-Abtastinstruments und seines Steuer- und Anzeigesystems, um die Erfindung zu illustrieren. 2 braucht nur geringfügig modifiziert zu werden, um die Ausgestaltung des Instruments wie in 5 gezeigt zu steuern.
Wie in 2 gezeigt, wird die Feinstufe 70 von einem Feinstufensteuergerät 110 gesteuert. Der Z-Teil 80a der Grobstufe wird vom Z-Grobstufensteuergerät 112 und der X-Y-Teil 80b der Grobstufe von einem X-Y-Grobstufensteuergerät 114 gesteuert. Die Sensorbaugruppe 60 und die Probe 90 werden von einem Sensor/Proben-Steuergerät 116 gesteuert. Somit kann das Steuergerät 116 eine Spannung mit geregelter Frequenz und Amplitude an eine Probe anlegen, oder ein elektrisches Signal kann von der Probe erfasst werden. Ein Speichergerät 118 wird zum Speichern der Daten von der Sensorbaugruppe 60 verwendet. Das Speichergerät 118 empfängt auch XYZ-Positionierungsinformationen von Steuergeräten 110, 112, 114, 116, so dass der Parameter der erfassten Probe mit der XYZ-Position der Sensorbaugruppe 60 und somit mit bestimmten Positionen der Probe 90 korreliert werden kann. Das Systemsteuergerät 120 dient zum Steuern des gesamten Systems und zum Senden von Informationen zu einem Monitor 122 zur Anzeige. Somit kann der von der Baugruppe 60 zusammen mit der Positionierungsinformation von den Steuergeräten 110–116 gesendete Parameter „on-the-fly" vom Systemsteuergerät 120 verarbeitet und angezeigt werden; alternativ können solche Daten in einem Speichergerät 118 gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt verarbeitet und angezeigt werden. Das Systemsteuergerät 120 und die Steuergeräte 110–116 werden benutzt, damit die Baugruppe 60 verschiedene Vorgänge wie nachfolgend beschrieben ausführen kann. Die Implementation der Steuergeräte 110–120 auf der Basis ihrer Funktionen wie hierin beschrieben sind Routine und der Fachperson bekannt.
Die 3A, 3B, 4A–4D und 5 illustrieren unterschiedliche Ausgestaltungen der Fein- und Grobstufe und der Sensorbaugruppe 60. 3A ist eine perspektivische Ansicht einer Ausgestaltung der Feinstufe und der Sensorbaugruppe. In 3A beinhaltet die Feinstufe 70' eine piezoelektrische Röhre 132. Die Ausgestaltung von 3B unterscheidet sich von der von 3A dahingehend, dass die Feinstufe 70'' zwei piezoelektrische Röhren 132 anstatt einer beinhaltet. Dieselbe Ausgestaltung 60' der Sensorbaugruppe ist in den 3A, 3B, 4A–4D und 5 dargestellt. Der Aufbau von einer Ausgestaltung 60' der Sensorbaugruppe 60 und deren nachfolgend mit Bezug auf die 4A–4D beschriebene Betrieb sind im Wesentlichen der Stammanmeldung entnommen.
Mit Bezug auf 4A, eine Diamanttastspitze 11 mit einem Radius von 0,01 mm oder weniger wird an ein Ende eines schlanken Edelstahldrahts 13 geheftet, der im rechten Winkel gebogen ist. Der Radius des Drahtes beträgt etwa 0,25 mm. Die Diamantspitze wird an ein abgekantetes Ende des Drahtes 30 geklebt, während das gegenüberliegende Ende des Drahts 13 in einen länglichen hohlen Aluminiumarm 15 gesteckt wird, der eine Länge von etwa 2 cm und einen Wandinnenradius von etwa 0,018 cm hat. Der Aluminiumarm ist starr genug, damit er sich beim Erfassen von Stufenhöhen nicht verbiegt, und hat dabei doch eine ausreichend geringe Masse, damit sein Trägheitsmoment tief gehalten werden kann. Die Gesamtmasse des Arms, des Drahtes und der Diamantspitze soll vorzugsweise etwa 0,05 Gramm nicht übersteigen. Der Arm 15 passt in einen Lagerbock 19 und ist funktionsmäßig mit dem Biegepunkt 21 verbunden, das ebenfalls in den Lagerbock 19 passt. Auf diese Weise hat der Aluminiumarm 15 ein Drehzentrum um den Biegepunkt 21. Der Biegepunkt 21 hat genügend Torsion, um die Tastspitze 11 leicht nach unten gegen eine zu messende Oberfläche zu halten, wie z.B. den Prüfling oder die Probe 10. Die gesamte Masse auf der Tastseite des Drehpunkts, einschließlich einem nachfolgend beschriebenen Hebel 59, sollte vorzugsweise 0,50 Gramm nicht übersteigen.
Eine Elektromagnetspule 51 umfasst eine Drahtspule 53 um eine Kunststoffbobine 50. Der verwendete Draht hat vorzugsweise tausende von Umdrehungen von feinem Kupferdraht. Die Spule 51 wird nach Zuführung von Strom durch Drähte 55 magnetisiert, wie in 4B zu sehen ist. Die magnetisierte Spule 51 zieht eine ferromagnetische Spitze eines Aluminiumhebels 59 an. Der Hebel 59 hat gegenüber der ferromagnetischen Spitze ein Ende, das am Lagerbock 19 befestigt ist. Die ferromagnetische Spitze ist vorzugsweise ein Magnet, der aus einem Material besteht, das magnetisch sehr hart ist und ein sehr starkes Feld für seine Größe hat, wie z.B. ein Neodym-Eisen-Bor-Magnet. Ein Magnet 57 ist in einem am Ende des Hebels 59 gegenüber dem Lagerbock 19 in den 4A–4C angebrachten Halter 52 dargestellt. Der Hebel 59 ist vorzugsweise so gekrümmt, dass der Magnet 57 direkt über dem Biegepunkt 21 positioniert werden kann. Durch Zuführen von Strom zu den Drähten 55 und Magnetisieren der Spule 51 wird eine Magnetkraft auf den Hebel 59 ausgeübt, die eine Vorspannkraft in Form eines Zugs zur Mitte der Spule 51 hin oder davon weg bewirkt. Der Hebel 59 sollte leicht und doch so steif sein, dass er sich beim Aufbringen von Magnetkraft nicht biegt. Der Magnet 57 und die Magnetspule 51 sind Teil des Tastvorspannkraftmittels der vorliegenden Erfindung.
Variationen der Kraft, die ausgeübt wird, wenn sich der Magnet 57 bewegt, können minimal gehalten werden, und die Größe der Kraft kann durch Platzieren des Magnets 57 in der Nähe der Position des Scheitels des Magnetfeldgradienten maximiert werden, d.h. auf der Achse der Spule 51 und in der Nähe der Ebene des Endes der Spulenwicklung. In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Magnet 57 von der Spulenwicklung 51 beabstandet, um zu verhüten, dass er in die Mittelbohrung der Spule gerät. In seiner dichtesten Position berührt der Magnet 57 die Spule 51 fast. Aufgrund der Platzierung des Magnets 57 ist eine leichte Justierung der Position des Magnets möglich. Alternativ kann der Magnet 57 so positioniert werden, dass er in die Mittelbohrung der Spule 51 eintritt. So kann der Bewegungsbereich des Magnets auf dem Scheitel des Magnetfeldgradienten zentriert werden, erfordert aber eine präzise Ausrichtung des Magnets 57 auf die Spule 51.
Aufgrund der Verwendung eines sehr leistungsstarken Materials für den Magnet 57, wie z.B. eines Neodym-Eisen-Bor-Materials, kann der Magnet sehr klein und leicht sein und doch nützliche Kräfte erzeugen. In der bevorzugten Ausgestaltung hat der Magnet einen Durchmesser von 3 mm und eine Dicke von 1,5 mm. Die entsprechende geringe Stromanforderung minimiert die Verlustleistung in der Spule, wodurch die erzeugte Wärme minimal gehalten wird. Dadurch wird wiederum die thermisch induzierie Expansion und Kontraktion der die Sensorbaugruppe bildenden Materialien minimal gehalten. Diese thermisch induzierten Größenänderungen können einen unerwünschten Drift in dem gemessenen Profil der Probe oder des Prüflings verursachen.
In der bevorzugten Ausgestaltung ist an der Unterseite eines Tragkörpers 71 eine Wandlerauflage 72 befestigt, die als Hubjustage für ein Paar beabstandeter paralleler Kondensatorplatten 35 und 37 dient. Der Abstand zwischen den Platten beträgt etwa 0,7 mm, mit einem Luftspalt zwischen den Platten. Ein kleiner Abstandshalter (nicht dargestellt) trennt die Platte 35 von der Platte 37, und eine Schraube befestigt die beiden Platten an der Wandlerauflage 72. Die Fläche der Platten sollte so groß sein, dass der Flügel 41 vor Außenluft abgeschirmt wird, so dass der Flügel Bewegungswiderstand aufgrund der Kompression von Luft erfährt, die momentan zwischen den dicht beabstandeten Platten eingeschlossen wird. Ein Paar elektrische Leitungen 39 von 4B ist mit den parallelen Platten verbunden, jeweils eine Leitung mit jeder Platte. Zwischen den parallelen Platten ist ein massearmer, elektrisch leitender Flügel 41 beabstandet, der einen Kondensator mit Bezug auf jede der parallelen Platten 35 und 37 bildet. Der Bewegungsbereich des Flügels, der in 4B durch Pfeile A angedeutet ist, ist plus/minus 0,16 mm. Darüber hinaus dämpft der Flügel 41, da er mit dem Lagerbock 19 und dem Biegepunkt 21 verbunden ist, eine Schwenkbewegung, während der Flügel versucht, Luft zwischen den parallelen Platten zu komprimieren. Diese Dämpfbewegung des Flügels dient zum Reduzieren von Vibrationen und Schocks, die in den Arm 15 übertragen werden können. Der Flügel 41 ist mit einem Blatt 43 verbunden, das die hintere Verlängerung des Lagerbocks 19 gegenüber dem Tastarm 15 ist, und dient als Gegengewicht zum Arm. Die Gesamtmasse von Flügel, Blatt und Schwenkelement auf der Flügelseite des Schwenkelementes sollte vorzugsweise etwa 0,6 g nicht übersteigen. Die Bewegung des Flügels zwischen den Platten 35 und 37 führt zu einer Kapazitätsänderung, die eine Tastarmbewegung anzeigt. Ein solcher Bewegungswandler wird im US-Patent Nr. 5,309,755 von Wheeler gelehrt.
Die illustrierte Konfiguration von Tragkörper 71, L-förmiger Halterung 73 und Wandlerauflage 72 soll lediglich als Beispiel für eine Auflage für die SensorTastbaugruppe der vorliegenden Erfindung dienen. Außerdem wird das/der beschriebene und relativ zur Tastspitze positionierte Tastverschiebungsmessmittel oder Bewegungswandler bevorzugt, das/der aber durch ein äquivalentes Mittel zum Anzeigen der Tastspitzenbewegung substituiert werden kann.
Beim Betrieb tastet die Tastspitze 11 eine zu messende Oberfläche wie z.B. einen strukturierten Halbleiterwafer ab. Die Abtastung kann entweder durch Bewegen des Tastarmrahmens mit Bezug auf eine feste Waferposition oder alternativ durch Bewegen des Wafers auf einer X-Y-Positionierungswaferstufe wie z.B. der Fein- und/oder Grobstufe, wobei die Position des Tasters fest ist, oder eine Kombination der beiden Bewegungen erzielt werden. Im letzteren Fall kann der Tastarm linear in der X-Richtung bewegt werden, während der Wafer, nach jeder Längsabtastung in X-Richtung, in der Y-Richtung vorgeschoben wird. Die Tastspitze 11 wird von einer geeigneten Vorspannung, die von der Spule 51 auf den Hebel 59 appliziert wird, auf einem ständigen Kraftniveau mit der Oberfläche des Wafers in Kontakt gehalten. Die Vorspannung wird vorzugsweise so groß gehalten, dass der Kontakt erhalten bleibt, aber nicht so groß, dass die zu messende Oberfläche beschädigt wird. Ablenkungen der Spitze 11 werden durch topologische Varianzen in der gemessenen Oberfläche verursacht, und diese werden durch den Biegepunkt 21 nach hinten zum Flügel 41 umgesetzt. Der Flügel 41 widersteht einer unerwünschten großen Amplitudenbewegung aufgrund von Vibrationen durch die Luftverschiebung zwischen den parallelen Platten 35 und 37. Wenn jedoch die Luft komprimiert und verdrängt wird, bewegt sich der Flügel 41 geringfügig und erzeugt ein Signal in den elektrischen Leitungen 39, das eine Änderung in der mit diesen Drähten verbundenen elektrischen Brückenschaltung reflektiert. Am Ende einer Abtastung wird die Spitze 11 angehoben, um sie vor Schäden zu schützen, falls ein Wafer ausgewechselt wird.
Beim Konstruieren von Arm 15, Draht 13 und Spitze 11 ist es wünschenswert, das Trägheitsmoment möglichst gering zu halten. Das Produkt von Masse und Radius zum Quadrat sollte vorzugsweise etwa 0,5 g-cm² nicht übersteigen. Das derzeitige Design hat ein Produkt von Masse und Radius zum Quadrat von 0,42 g-cm². Der Radius wird mit Bezug auf die Mitte des Biegepunkts 21 bis zum entferntesten radialen Ausmaß des Stahldrahts 13 gemessen. Ein ähnliches Trägheitsmoment wird mit Bezug auf den Flügel 41 und den Hebel 59 berechnet. Die Summe der Momente wird als das Trägheitsmoment für den gesamten Tastarm bezeichnet. Indem ein niedriges Trägheitsmoment gehalten wird, ist der Tastarm weniger vibrationsempfindlich. Somit kann eine größere Auflösung bei Profilmessungen von dünnen Folien und dergleichen in der bevorzugten Ausgestaltung erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung bedeutet eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, weil sie eine dynamische Änderung im Kraftspulenstrom bei vertikaler Bewegung des Tasters zulässt, wodurch die Tastkraftveränderlichkeit früherer Geräte wegfällt. Das Instrument der vorliegenden Erfindung kann durch Zuführen von Strom zum Antrieb kalibriert werden, um den nicht im Eingriff befindlichen Taster in regelmäßig beabstandete Positionen zu bewegen, um eine Tabelle von Positionen gegenüber Stromeinstellungen zu erzeugen. Diese Tabelle enthält die Daten für eine polynomische Kurvenanpassungsnäherung. Ein Digitalsignalprozessor 84 von 4D verwendet die Kurvenanpassung zum dynamischen Ändern der Krafteinstellung während der Positionsmessungen mit einem platzierten Prüfling. Eine positive, konstante Kraft wird durch Addieren eines stetigen Stromversatzes zu dem Anpassungspolynom erzeugt, da eine direkte Anpassung zu einer Null-Kraft führen würde.
4D ist ein illustratives Blockdiagramm der obigen Tastkrafteinstellungselektronik. Die vom Bewegungswandler 81, d.h. vom Flügel 41 in Verbindung mit parallelen Platten 35 und 37, erzeugten elektrischen Signale werden gewählt und in einer Signalkonditionierungsschaltung 82 für vorgegebene vertikale Positionen gespeichert, so dass Datenpunkte erzeugt werden, während die Tastspitze 11 nicht am Prüfling 10 angreift. Da die Tastspitze von einer Biege-, d.h. einer Torsionsfeder getragen wird, sind die Datenpunkte direkt proportional zu Kraftwerten aufgrund des Federgesetzes F = kx. Die Signale werden dann vom Wandler 83 in ein digitales Format konvertiert, und ein Digitalsignalprozessor 84 erzeugt eine Polynomkurve für die Datenpunkte. Die Kurve wird dann vom Prozessor 84 justiert, so dass sie die gewünschte Kraft auf die Tastspitze 11 während der Profilierung repräsentiert. Die justierte Kurve enthält Modulationsanweisungen, d.h. Feedbacksignale, die vom Wandler 85 in ein analoges Format konvertiert werden und die der die Spule 51 ansteuernden Schaltung 86 signalisieren, Strom 87 in der Spule für eine konstante Tastkraft zu modulieren.
Die obige Beschreibung einer Ausgestaltung 60' der Sensorbaugruppe 60 wurde der Stammanmeldung entnommen. Mit Bezug auf die 1, 3A, 3B und 5 sind, wenn die Baugruppe 60' verwendet wird, die Feinstufen 70, 70', 70'' und der Z-Teil 134 der Grobstufe jeweils mit dem Tragkörper 71 der Sensorbaugruppe 60' verbunden und daran angebracht. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kombination aus einer Positionierungsfeinstufe und der Sensorbaugruppe 60' der 4A–4D. Eine solche Kombination hat den Vorteil einer feinen X-Y- oder lateralen Auflösung von 1 Nanometer oder besser, während der breite Z- oder vertikale dynamische Bereich des herkömmlichen Profilmessgeräts erhalten bleibt.
Anstatt eines in den 4A–4D gezeigten Magnetkraftvorspannungsgeräts kann ein Kapazitivkraft-Vorspannungsgerät 91 mit zwei kapazitiven Platten 93 verwendet werden. Wie in 4E gezeigt, ist der Arm 162 mit einem Verbinder 166a an einer Ablenkplatte 95 angebracht, die sich zwischen den von der Auflage 150 getragenen zwei Platten 93 befindet. Eine Spannungsversorgung (nicht dargestellt) legt geeignete Spannungen an die beiden Platten 93 an, um zu bewirken, dass die Tastspitze 164 eine gewünschte variable oder konstante Kraft auf die Probe oder den Prüfling aufbringt. Die gewünschte Kraft kann wie oben für die Magnetvorspannung mit Bezug auf 4D beschrieben reguliert werden.
Gemäß den 3A, 3B haben die piezoelektrischen Röhren 132 jeweils eine Achse 132'. Ein Ende der Röhre(n) ist an der Auflageplatte 134 angebracht. Durch Anlegen geeigneter Spannungen an jede Röhre 132 kann jede Röhre veranlasst werden, sich in einer Richtung lotrecht zu ihrer Achse 132' relativ zur Basisplatte 134 zu biegen, um zu bewirken, dass sich die Sensorbaugruppe 60 in einer beliebigen Richtung in der X-Y-Ebene bewegt. Geeignete Spannungen können auch an jede der Röhren 132 angelegt werden, um zu bewirken, dass sich die Röhre in der Richtung parallel zu ihrer Achse 132' ausdehnt oder zusammenzieht. Auf diese Weise kann jede der Röhren 132 so gesteuert werden, dass sie die Sensorbaugruppe 60 über die Z-Achse bewegt. Die Art und Weise, in der dies erfolgen kann, ist ausführlich in „Single-Tube Three-Dimensional Scanner for Scanning Tunneling Microscopy" von Binnig und Smith, Rev. Sci. Instrum., 57(8), August 1986, auf den Seiten 1688–1689 erläutert. Daher wird hier auf eine ausführliche Erläuterung, wie die Röhren 132 gesteuert werden können, um eine Bewegung der Baugruppe 60 in einer beliebigen Richtung im dreidimensionalen Raum zu bewirken, verzichtet.
Die bogenförmige Bewegung der Röhre ist nichtlinear und kann Fehler in der Z-Richtung verursachen. Dies kann mit Hilfe von kapazitiven Bauelementen 136 korrigiert werden, um die Position der Baugruppe 60 in der Z-Richtung zu messen und jede Z-Bewegung zur Feinstufensteuerung 110 zurückzumelden. Es können auch andere der Fachperson bekannte Bauelemente als kapazitive Bauelemente 136 zum Einsatz kommen.
Wie also in den 1, 3A und 3B gezeigt, ist die Feinstufe 70, 70', 70'' mit einer Basisplatte 134 verbunden, die wiederum am Z-Teil von 80a der Grobstufe wie in 1 gezeigt angebracht ist. In einer besonderen Ausgestaltung sind die Innen- und Außenflächen der Röhre 132 in Quadranten segmentiert. Im Gegensatz zu Binnig und Smith, können anstatt einer Spannung nur an die Außenfläche des Quadranten anzulegen, geeignete Spannungen auch an die Innenflächen der Quadranten angelegt werden. Dies hat der Effekt, dass der Bewegungsbereich der Röhre verdoppelt wird. Stattdessen kann eine kürzere Röhre benutzt werden, um denselben Bewegungsbereich zu erzielen. Eine kürzere Röhre erhöht auch die mechanische Resonanzfrequenz der Sensorbaugruppe, was wiederum eine schnellere Bewegung der Feinstufe zulässt.
Die Ausgestaltung von 3B ist gegenüber der von 3A dahingehend von Vorteil, dass das Gewicht der Sensorbaugruppe 60 über zwei Röhren 132 verteilt ist, so dass schnellere Abtastungen und eine bessere Steuerung der Position der Sensorbaugruppe relativ zur Oberfläche eines Prüflings oder einer Probe ermöglicht werden. In der Ausgestaltung von 3B kann die Sensorbaugruppe 60 mit den zwei Röhren 132 mit Biegegelenken 138 verbunden werden, die aus Edelstahlflügeln bestehen.
In einigen Anwendungen ist es möglicherweise wünschenswert, die Feinstufe zum Bewegen der Probe oder des Prüflings zu benutzen. Dies ist in 5 dargestellt. Wie in 5 gezeigt, wird die Probe 90 von drei piezoelektrischen Röhren 132 getragen, die mit dem X-Y-Teil 80b der Grobstufe verbunden und von diesem getragen werden. Die Sensorbaugruppe 60 ist direkt an einer Basisplatte 134 angebracht, die wiederum am Z-Teil 80a der Grobstufe angebracht ist. Beide Teile der Grobstufe werden dann an der Basis 102 angebracht und davon getragen, die als feste Referenz dient. In dieser Ausgestaltung wird die Sensorbaugruppe nur vom Z-Teil der Grobstufe bewegt, während die Probe 90 sowohl von der Feinstufe als auch vom X-Z-Teil der Grobstufe bewegt wird.
6 ist ein schematisches Diagramm eines Sensors 60'', der eine weitere Ausgestaltung des Sensors 60 der 1, 2, 3A, 3B und 5 ist. Der Sensor 60'' unterscheidet sich vom Sensor 60' der 3A und 3B dahingehend, dass er nicht nur eine Spitze zum Erfassen der Höhe einer Oberfläche einer Probe beinhaltet, sondern auch einen sekundären Sensor zum Erfassen von einem oder mehreren zusätzlichen Parametern, wie z.B. thermische Variationen oder einen elektrostatischen, magnetischen, Lichtreflexions- oder Lichtdurchlassparameter der Probe oder des Prüflings. Wie in 6 gezeigt, weist die Sensorbaugruppe 60'' eine Auflage 150 auf, die einen Höhensensor 160 und einen sekundären Sensor 170 trägt. Der Höhensensor 160 hat einen Tastarm 162 mit Enden 162a, 162b, der mit dem Ende 162a des Arms einer Tastspitze 164 verbunden ist. Der Höhensensor 160 beinhaltet auch eine Kraftregelvorrichtung 166 und einen Ablenkungssensor 168 zum Erfassen der Menge an Ablenkung des Tastarms, die durch eine Höhenvariation der Oberfläche einer Probe verursacht wird. Der Ablenkungssensor kann magnetisch oder kapazitiv sein, wie oben mit Bezug auf die 4A–4E beschrieben wurde. Es können auch andere Ablenkungserfassungsschemata zum Einsatz kommen, die in den Rahmen der Erfindung fallen.
In 6 wird der Tastarm 162 drehbar von einer Auflage 150 am Gelenk 182 getragen, so dass das Ende 162a des Arms, wenn dieser gedreht wird, einen dynamischen Bereich von wenigstens etwa 500 Mikrometern hat. Die Kraftregelung 166 umfasst vorzugsweise eine magnetische oder kapazitive Kraflvorspannungsvorrichtung 166b wie oben beschrieben sowie einen Verbinder 166a, der die Vorrichtung 166b am Arm 162 befestigt.
Die Interaktionen zwischen der Tastspitze 164 und einer Oberfläche der Probe würden eine Rotation des Arms 162 um das Gelenk 182 bewirken. Durch die Rotation des Arms 162 bewegt sich das hintere Ende 162b vom Ablenkungssensor 168 weg oder zu diesem hin. Eine solche Bewegung des Endes 162b wird vom Sensor 168 wie oben erörtert erfasst, um die Probenoberflächenhöhe direkt zu messen.
7A illustriert eine besondere Ausgestaltung der Sensorbaugruppe 60'', bei der der Ablenkungssensor 168 ein kapazitiver Sensor ist. Mit anderen Worten, der kapazitive Sensor 168a funktioniert im Wesentlichen genauso wie der Sensor 60' der oben beschriebenen 4A–4D. Während sich das Ende 162b des Arms näher zur kapazitiven Platte 202 hin und weiter von der kapazitiven Platte 204 weg bewegt, ändert das Ende oder der Flügel 162b die Kapazität zwischen den Platten 202, 204, und dies wird als eine Delle auf einer Oberfläche der Probe erfasst, die mit der Spitze 164 zusammenwirkt. Eine Bewegung des Endes 162b in der entgegengesetzten Richtung bewirkt eine entsprechende Änderung der Kapazität und würde eine Erhebung oder Aufwärtsneigung einer mit der Spitze 164 interagierenden Oberfläche anzeigen. Wie oben sowie nachfolgend mit Bezug auf die 4A–4D, 11, ausführlich erläutert, kann mittels der Kraftregelung 170 eine Kraft zwischen der Tastspitze 164 und der Oberfläche der Probe geregelt werden.
7B illustriert eine weitere Ausgestaltung des Sensors 60'', bei der der Ablenkungssensor ein LVDT (Linear Voltage Differential Transformer) Sensor ist. Wie in 7B gezeigt, würde sich ein am Ende 162b des Arms angebrachter Kern 212, während sich das Ende 162b des Arms bewegt, wenn der Arm um das Gelenk 182 rotiert, in den von den Spulen 214 des LVDT-Sensors umschlossenen Raum hinein und aus diesem heraus bewegen. Dadurch würde eine Stromänderung durch die Spulen 214 als direkte Anzeige der Höhe einer mit der Tastspitze 164 interagierenden Oberfläche bewirkt.
7C ist eine weitere Ausgestaltung der Sensorbaugruppe 60'', bei der der Ablenkungssensor 168c eine Lichtquelle 222, eine Eingangslichtleitfaser 224 zum Zuführen von Licht von der Lichtquelle in Richtung auf einen Spiegel 226 auf der Oberseite von Ende 162b des Arms 162 umfasst. Ein solches Licht wird vom Spiegel 226 in Richtung auf eine Detektionslichtleitfaser 228 reflektiert, die das reflektierte Licht zu einem Fotodetektor 230 leitet. Eine Bewegung des Endes 162b bewirkt eine Änderung der vom Spiegel 226 reflektierten und von der Detektionsfaser 228 und dem Detektor 230 erfassten Lichtmenge, was wiederum die Höhenvariationen einer mit dem Taster 164 interagierenden Oberfläche direkt anzeigt. Die Fasern 224, 228 können praktischerweise bei der Handhabung wie in 7D gezeigt in einem Sondenauflagekörper 229 gebündelt werden. Geeignete Geräte, die für den Sensor 168c verwendet werden können, sind z.B. der faseroptische Näherungssensor von Phone-Or, Ltd., Ashkelon, Israel, sowie die faseroptischen Verschiebungssensoren der Baureihe 88 von Philtec, Inc. aus Arnold in Maryland.
Wie in 6 gezeigt, sind ein oder mehrere sekundäre Sensoren 170 an der Auflage 150 angebracht, wobei der/die sekundäre(n) Sensor(en) in einer solchen Position platziert ist/sind, dass sie einen anderen Parameter als die Höhe der Probe an einer Stelle erfassen, deren Höhe von der Tastspitze 164 und vom Ablenkungssensor 168 erfasst wird.
8A ist ein schematisches Diagramm der Sensorbaugruppe 60'', wobei der sekundäre Sensor thermische Variationen über die Probe erfasst. Der sekundäre Sensor umfasst ein Paar in der Tastspitze 164 eingebettete Thermopaardrähte 252, 254. Das Drähtepaar 252, 254 ist mit einem Thermopaarsensor 256 verbunden. 9 stellt einen Teil des sekundären Sensors von 8A ausführlicher dar.
8B ist eine schematische Ansicht des Sensors 60' und zeigt eine besondere Ausgestaltung des sekundären Sensors. Wie in 8B gezeigt, ist der sekundäre Sensor ein elektrostatischer Sensor, der einen elektrisch leitenden Kern 262 umfasst, der von einer leitenden Abschirmung 264 umgeben ist, wobei der Kern und die Abschirmung durch eine Isolierschicht 266 (nicht dargestellt) getrennt sind und wobei Kern, Abschirmung und Isolierschicht alle wie in 10 gezeigt in der Tastspitze 164 eingebettet sind. Der Kern ist durch den Draht 272 und eine Abschirmung durch den Draht 274 mit dem Sensor 276 verbunden. Daher werden eventuelle elektrostatische Ladungsvariationen der Probe an dem von der Tastspitze 164 erfassten Ort durch den Sensor 276 erfasst. 10 illustriert ausführlicher den Aufbau der Tastspitze 164 mit dem leitenden Kern 262, der leitenden Abschirmung 264 und der darin eingebetteten Isolierschicht 266. Das scharfe Ende 268 des Tasts kann durch die Isolierschicht oder die Abschirmung 264 ausgebildet sein.
8C ist eine weitere Ausgestaltung der Sensorbaugruppe 60'', wobei der sekundäre Sensor einen Lichtintensitätsreflexionssensor umfasst, der eine Lichtquelle 302 beinhaltet, die Licht durch einen halbversilberten Spiegel 304 zur Probe an der mit der Tastspitze 164 interagierenden Stelle leitet. Von der Probe an einer solchen Stelle reflektiertes oder gestreutes Licht wird vom Fotodetektor 306 detektiert, um das Lichtreflexionsvermögen oder die Streueigenschafren der Probe an den Stellen zu erfassen, an denen Höhenvariationen detektiert werden. Wenn der Fotodetektor 302 auf der gegenüberliegenden Seite der Probe von der Quelle 302 platziert ist, dann können die Lichttransmissionseigenschaften stattdessen mit der Sensoranordnung von 8D erfasst werden. Die in diesem Fall verwendete Tastspitze 164 ist vorzugsweise transparent.
11 ist eine Draufsicht auf eine Sensorbaugruppe 400, die eine bevorzugte Ausgestaltung der Baugruppe illustriert. Die gesamte Sensorbaugruppe kann aus mit einem planaren Stück Silicium oder Siliciumoxid hergestellt werden. Mit in der Halbleiterindustrie angewendeten konventionellen Techniken kann eine Silicium- oder Siliciumoxidplatte zu einem Arm 362 mit einem breiteren Abschnitt 362' und einem schmäleren Abschnitt 362'' ausgebildet werden. Am Ende des dünneren Abschnitts 362'' ist eine Spitze vorzugsweise aus Diamant angebracht. Mit dem Arm 362 ist einstückig ein Auflagestück 370 zum Lagern einer Kraftspule 372 ausgebildet. Die Auflage 370 zusammen mit dem Arm 362 ist mit zwei Gelenken 374 mit dem restlichen Teil der Platte verbunden. Die Kraftspule kann eine Schicht aus elektrisch leitendem Material umfassen, das auf die Oberfläche der Auflage 370 aufgebracht oder darin implantiert wurde. Die Materialschicht ist vorzugsweise spiralförmig. Ein Magnet 382 ist nahe an der Kraftspule an der Auflage 384 angebracht. Auf diese Weise wird die Auflage 370, wenn Strom durch die Kraftspule geleitet wird, durch elektromagnetische Interaktionen zwischen der Kraftspule und dem Magnet mit einer Kraft beaufschlagt. Da die Auflage 370 einstückig mit dem Arm 362 ausgebildet ist und beide durch das Gelenk 374 an der Auflage 384 angebracht sind, wird die auf die Auflage 370 aufgebrachte Kraft auch auf den Arm aufgebracht. Mit anderen Worten, Magnet und Kraftspule haben dieselben Funktionen wie die ferromagnetische Spitze 57 und die Magnetspule 51 des US-Patents Nr. 5,309,755.
Der Sensor 400 hat eine Dicke von etwa 0,1–0,2 mm, mit Ausnahme der Gelenke. Der Arm 362 hat eine Länge von etwa 15 bis 16 mm. Die Gelenke 374 sind etwa 0,02 mm dick. Die Baugruppe aus Arm, Auflage und Gelenk hat eine Resonanzfrequenz von etwa 1 bis 50 kHz.
12 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer Feinstufe zum Illustrieren einer Ausgestaltung der Feinstufe 70, die piezoelektrische Stapel verwendet. Wie in 12 gezeigt, beinhaltet diese Ausgestaltung 400 der Feinstufe einen Tragrahmen 402 und einen beweglichen Rahmen 404, der mit der Sensorbaugruppe 60 verbunden oder daran angebracht ist. Der bewegliche Rahmen 404 ist mit dem Tragrahmen durch vier piezoelektrische Stapel 406a, 406b, 406c, 406d sowie mit acht Biegegelenken 408 verbunden. Die piezoelektrischen Stapel 406a, 406c werden zum Bewegen des beweglichen Rahmens 404 über die positive oder negative X-Achse relativ zum Tragrahmen verwendet, und die piezoelektrischen Stapel 406b, 406d dienen zum Bewegen des beweglichen Rahmens über die positive oder negative Y-Achse mit Bezug auf den Tragrahmen. Die Verwendung von piezoelektrischen Stapeln in dieser Konfiguration ist gegenüber der Verwendung von piezoelektrischen Röhren dahingehend von Vorteil, dass die piezoelektrischen Stapel eine relative Bewegung zwischen dem beweglichen Rahmen und dem Tragrahmen in der X-Y-Ebene mit minimalem Fehler in der Z-Richtung bewirken. Somit kann aufgrund der Verwendung von piezoelektrischen Stapeln eine Bewegung aus der X-Y-Ebene hinaus in einigen Fällen kleiner als 5 arc sein. Kapazitätssensoren (nicht dargestellt) können zum Erfassen von Übersprechen oder Nichtlinearität der Stufe und zum Zurückmelden zur Feinstufensteuerung 110 von 2 verwendet werden, um eventuelle(s) Übersprechen oder Nichtlinearität zu korrigieren. Die Fehlerreduzierung in der Z-Richtung reduziert die Komplexität für einen separaten Sensor zum Erfassen von Bewegungen in der Z-Richtung sowie für Feedback-Regelung von Bewegungen in der Z-Richtung. Eine geeignete Vorrichtung unter Verwendung von piezoelektrischen Stapeln für eine X-Y-Positionierung ist P-730 oder P-731 von Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. aus Waldbronn in Deutschland.
BETRIEBSMODUS
Einige der Betriebsmodi wurden bereits oben beschrieben. So kann das Doppelstufen-Abtastinstrument wie ein herkömmliches Tast-Profilmessgerät verwendet werden, indem die Feinstufe insgesamt deaktiviert wird. Alternativ kann das Doppelstufen-Abtastinstrument zunächst als Tast-Profilmessgerät verwendet werden, um einen Bereich von Interesse zu finden. Dann können sowohl die Feinstufe als auch die Grobstufe aktiviert werden, um eine relative Bewegung zwischen der Sensorbaugruppe und der Probe zu bewirken. Wie oben erwähnt, ist es zum Halten der feinen Auflösung der Feinstufe bei der X-Y-Positionierung wünschenswert, die Feinstufe zu benutzen, um eine relative Bewegung zwischen der Sensorbaugruppe und der Probe in einer Richtung orthogonal zu der von der Grobstufe bewirkten zu bewirken.
Wo es wünschenswert ist, ein Höhenprofil einer Oberfläche einer Probe zu erhalten, da kann der oben beschriebene Modus, bei dem die Feinstufe eine relative Bewegung in einer Richtung orthogonal zu der von der Grobstufe bewirkten bewirkt, gesteuert werden, um jeden gewünschten Bereich der Oberfläche der Probe abzudecken. Dies ist in 13 illustriert. Wie in 13 gezeigt, wird die Feinstufe so gesteuert, dass sie eine relative Bewegung zwischen der Sensorbaugruppe und der Probe über die Y-Achse und eine Grobstufe eine solche relative Bewegung entlang der X-Achse bewirkt.
Die Bedienelemente 110–120 von 2 können zwar mit analogen Schaltungen ausgeführt werden, aber in der bevorzugten Ausgestaltung werden diese Bedienelemente mit digitalen Schaltungen implementiert. In einem solchen Fall werden Motoren oder Positionsstellglieder in der Fein- und der Grobstufe verwendet, um relative Bewegungen zwischen der Sensorbaugruppe und der Probe in separaten Schritten zu bewirken. Wie in 13 gezeigt, wird der Motor zur Durchführung einer Feinstufenbewegung bei einer weitaus höheren Frequenz im Vergleich zu der zum Steuern einer Grobstufenbewegung gesteuert, so dass die resultierende relative Bewegung der Sensorbaugruppe relativ zur Probe über einen Zickzackpfad wie in 13 gezeigt erfolgt. Ebenso wie in 13 gezeigt, werden die beiden Stufen so gesteuert, dass die relative Bewegung zwischen der Sensorbaugruppe und der Probe über einen Zickzackpfad 450 erfolgt, der um eine Linie 452 mit einer im Wesentlichen konstanten Amplitude oszilliert, so dass der Zickzackpfad 450 einen im Wesentlichen rechteckigen Bereich abdeckt. Alternativ können die beiden Stufen so gesteuert werden, dass der Zickzackpfad einen Bereich abdeckt, der nicht rechteckig ist. Die Art und Weise des Steuerns der beiden Stufen, so dass der Zickzackpfad Bereiche mit anderen Formen abdeckt, ist der Fachperson bekannt und wird hier nicht ausführlich erläutert.
Wie oben erwähnt, können ein oder mehrere Parameter der Probe erfasst werden, während eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und dem Prüfling mit der Fein- und der Grobstufe bewirkt wird. Der Sensor kann mit einer Abtastrate betrieben werden, die von der Geschwindigkeit der relativen Bewegung zwischen der Sensorbaugruppe und der Probe durch die beiden Stufen unabhängig ist. Spezieller, wo die beiden Stufen eine relative Bewegung mit einer oder mehreren Frequenzen bewirken, da ist die Abtastrate des Sensors von solchen Frequenzen unabhängig und kann in Bezug auf solche Frequenzen asynchron sein. Der Sensor kann zum Erfassen des einen oder der mehreren Parameter verwendet werden, wenn die Grobstufe eine relative Bewegung in einer Richtung bewirkt und die Feinstufe keine relative Bewegung in einer solchen Richtung bewirkt. Alternativ kann der Sensor zum Erfassen des einen oder der mehreren Parameter verwendet werden, wenn die Feinstufe eine relative Bewegung in einer anderen Richtung bewirkt und eine Grobstufe keine relative Bewegung in einer solchen Richtung bewirkt.
In einem solchen besonderen Betriebsmodus können eine oder beide Stufen verwendet werden, um eine relative Bewegung zwischen der Sensorbaugruppe und der Probe zu bewirken, bis sich die Sensorbaugruppe in einer vorbestimmten Position relativ zu einer Oberfläche der Probe befindet, und dies definiert die Imaging-Anfangsposition. Dann wird eine relative Bewegung zwischen der Sensorbaugruppe und der Probe bewirkt, so dass sich die Sensorbaugruppe in einer Anfangsrichtung im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Probe bewegt, um die Oberfläche abzutasten. In einem Kontaktmodus, z.B. dann, wenn die Höhenvariationen der Oberfläche der Probe erfasst werden sollen, ist die vorbestimmte Position der Sensorbaugruppe relativ zur Probe derart, dass die Tastspitze der Sensorbaugruppe mit der Oberfläche der zu messenden oder zu erfassenden Probe in Kontakt ist. In einem kontaktlosen Modus, z.B. dann, wenn ein anderer Parameter der Probe als die Höhenvariation erfasst werden soll, ist die vorbestimmte Position derart, dass die Sensorbaugruppe nicht mit der Probe in Kontakt ist. Ob im Kontaktmodus oder im kontaktlosen Modus, die Steuergeräte der Fein- und der Grobstufe können in einem konstanten Kraftmodus betrieben werden, in dem der Ausgang des Ablenkungssensors 168 zurück zur Kraftregelung 166 in 6 gespeist wird, so dass eine konstante Kraft zwischen der Tastspitze 164 und der Oberfläche der Probe aufgebracht wird. Alternativ kann dieses Feedback sowohl im Kontaktmodus als auch im kontaktlosen Modus abgeschaltet oder auf einen sehr kleinen Wert in einem konstanten Höhenmodus eingestellt werden.
In noch einer weiteren nützlichen Betriebsart kann entweder die Fein- oder die Grobstufe oder beide zum Bewirken einer relativen Bewegung benutzt werden, so dass sich die Tastspitze 164 und die Probenoberfläche zueinander hin bewegen. Diese Bewegung kann fortgesetzt werden, wenn die Tastspitze mit der Oberfläche der Probe in Kontakt ist, um die Nachgiebigkeit der Oberfläche zu messen. Mit dem Magnetvorspannungsschema der 4A–4D oben wird durch Erhöhen des zur Kraftspule gespeisten Stroms der Tastarm in Richtung auf die Probenoberfläche abgelenkt. Ein Plot der Kraft gegenüber der Ablenkung des Arms gibt den Betrag an, um den die Oberfläche relativ zu der auf sie aufgebrachten Kraft reagiert hat. Wenn die Oberfläche plastisch oder weich ist, dann bewirkt dieselbe Kraft eine größere Ablenkung im Vergleich zu einer harten Oberfläche und umgekehrt.
Durch Verwenden des sekundären Sensors zum Messen von einem oder mehreren anderen Parametern als Höhenvariationen der Probenoberfläche an Stellen der Oberfläche der Probe, die mit der Tastspitze 164 interagiert, ist es möglich, das Abtastinstrument der vorliegenden Anmeldung zu benutzen, um die Höhe an einer oder mehreren Stellen der Oberfläche sowie einen anderen Parameter des Prüflings an den ein oder mehreren Stellen im Wesentlichen gleichzeitig zu erfassen. Dies kann mit oder ohne Benutzung der Fein- und Grobstufe erfolgen. Mit anderen Worten, es kann entweder nur die Grobstufe oder nur die Feinstufe verwendet werden, um die Sensorbaugruppe an bestimmten Stellen relativ zur Oberfläche der Probe zu platzieren, um sowohl die Höhe als auch einen oder mehrere andere Parameter an einer solchen Stelle der Oberfläche zu messen.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren zum Suchen nach Merkmalen einer Oberfläche unter Bezugnahme auf die 14–25.
14 illustriert ein System zum Orten und Messen eines Merkmals von Interesse auf einer Oberfläche einer Probe. Gemäß 14 beinhaltet System 1020 einen Scanner-Kopf 1022, einen Sensor 1024 und eine Tastspitze oder Sondenspitze 1026 zum Erfassen des Merkmals 1030 von Interesse auf der Oberfläche 1032 einer Probe 1034. Die Position der Probe 1026 wird mit einem Präzisionssteuerblock 1036 gesteuert, der von einer Systemsteuerung 1038 gesteuert wird. System 1020 kann ein Profilmessgerät des im US-Patent Nr. 5,309,755 von Wheeler beschriebenen Typs sein. In einem solchen Fall bleibt die Sonde 1026 mit der Oberfläche 1032 in Kontakt und bewegt sich nach oben und unten, wenn sich die Topologie der Oberfläche ändert, während die Spitze über die Oberfläche bewegt wird. Der Sensor 1024 erfasst dann die Positionsänderungen der Spitze der Sonde 1026, um die Topologie der Oberfläche 1032 zu messen.
Das System 1020 kann auch ein Raster-Sondenmikroskop sein, und in diesem Fall kann die Sonde 1026 mit der Oberfläche 1032 in Kontakt sein oder auch nicht. Stattdessen wird die Sonde 1026 in einem vorbestimmten Abstand von der Oberfläche 1032 oder in Kontakt mit dieser gehalten, indem Scanner, Sensor und Sonde über ein Feedback-Signal auf- und abwärts bewegt werden. Die Änderung des Feedback-Signals gibt dann eine Anzeige über die Topologie der Oberfläche 1032. Ein Typ von Raster-Sondenmikroskop ist im US-Patent Nr. 4,724,318 illustriert. Der Sensor 1024 kann auch ein Kapazitäts-, Magnetkraft-, Van-der-Waals-, elektrischer Widerstands- oder Stromsensor zum Erfassen von Parametern zusätzlich zur Topologie oder Topografie der Oberfläche sein. Auf eine solche Weise kann ein Merkmal von Interesse, auch wenn es optisch nicht erfassbar ist, weiterhin gefunden und gemessen werden, solange es andere detektierbare Eigenschaften wie Magnetkraft, elektrische Kapazität oder elektrischen Widerstand oder Van-der-Waals-Kräfte aufweist.
15 ist eine schematische Ansicht eines Zielbereichs einer Oberfläche mit einem Merkmal 1030 von Interesse. Zunächst wird ein Zielbereich 1040 auf der Oberfläche bestimmt. Sind die Abmessungen des zu ortenden Merkmals bekannt, dann kann es wünschenswert sein, die Sonde 1026 über im Wesentlichen parallele Linien abzutasten, wobei der Abstand d zwischen benachbarten Linien geringer ist als die erwarteten Abmessungen des zu erfassenden Merkmals, wie in 15 illustriert ist. Wie 15 zeigt, kann die Sonde 1026 über sieben Abtastlinien abgetastet werden, wobei der Abstand d zwischen benachbarten Abtastlinien wie 1042 und 1044 geringer als die erwarteten Abmessungen des Merkmals ist. In 15 beträgt der Abstand d etwa 75% der erwarteten Abmessungen des Merkmals. Der Abstand wird so gewählt, dass der Durchsatz maximiert wird, ohne dass dadurch die Abtastung das Merkmal verfehlt. Ein solcher Abstand liegt vorzugsweise im Bereich von 50 bis 85% der erwarteten Abmessungen des Merkmals.
Für viele Merkmale von Interesse ist es möglicherweise wichtig, nicht nur das Merkmal, sondern auch eine Mitte des Merkmals zu finden. So ist es beispielsweise für Wolframstopfen, Kontaktlöcher oder Cluster aus einem elektrisch leitenden Material, Höcker oder Täler auf der Oberfläche einer strukturierten Festplatte oder Zugspitzenvertiefungen eines Lese-/Schreib-Kopfes nützlich oder zuweilen wichtig, die Mitte solcher Merkmale zu finden und die Messung mit der Sonde in der Mitte des Merkmals durchzuführen. 16 ist eine schematische Ansicht des Fenster- oder Zielbereichs 1040 einer Oberfläche mit einem Merkmal 1030 darauf oder darin, um eine Suchmethode zum Orten des Mitte des Merkmals zu illustrieren. Wie in 16 gezeigt, wird die Sondenspitze zunächst über das Abtastliniensegment 1052(1), dann über das Liniensegment 1052(2), das Abtastliniensegment 1052(3) und bei Bedarf über zusätzliche Liniensegmente gefahren, wobei Segmente 1052(2), 1052(3) und die zusätzlichen Liniensegmente im Wesentlichen parallel zum Segment 1052(1) sind. Wenn die Sonde über solche Liniensegmente gescannt wird, dann wird mit dem Sensor 1024 das Merkmal 1030 erfasst, sei es Topologie, elektrische(r) Widerstand oder Kapazität, Magnetkraft, Van-der-Waals-Kräfte oder andere Merkmale mit detektierbaren Eigenschaften. Wenn also die Spitze der Sonde 1026 über das Abtastliniensegment 1052(3) gefahren wird, dann erfasst der Sensor 1024 das Merkmal 1030. Der Sensor 1024 erfasst nicht nur die Anwesenheit des Merkmals 1030, sondern auch die Grenzpunkte A, B des Merkmals 1030 entlang dem Abtastliniensegment 1052(3) und sendet seinen Ausgang zur Systemsteuerung 1038, um dies anzuzeigen.
Wenn der Sensor 1024 die Anwesenheit des Merkmals 1030 erfasst, dann weist die Systemsteuerung 1038 die Positionssteuerschaltung 1036 an, die Abtastbewegung über das Abtastliniensegment 1052(3) zu stoppen, auch wenn einige Teile des Bereichs 1040 noch unabgetastet sind. Die Grenzpunkte A, B werden notiert und der Mittelpunkt C zwischen den Punkten A, B wird ermittelt, und die Systemsteuerung 1038 und die Positionssteuerung 1036 veranlassen den Scanner 1022, stattdessen über das Abtastliniensegment 1052(4) abzutasten, wo das Abtastliniensegment 1052(4) durch Punkt C passiert und transversal zu den Abtastliniensegmenten 1052(1)–1052(3) ist. Der Sensor 1024 erfasst die Grenzen D, E des Merkmals 1030 entlang dem Abtastliniensegment 1052(4). Dann wird der Mittelpunkt O des Teils des Liniensegments 1052(4) zwischen den Punkten D, E als die Mitte des Merkmals 1030 ermittelt, und die Steuergeräte 1036, 1038 veranlassen den Scanner 1022, die Sonde über das Abtastliniensegment 1052(5) zu bewegen, d.h. durch den Mittelpunkt 0 des Merkmals 1030, um das Merkmal zu messen. Das Systemsteuergerät 1038 zeichnet den Ausgang des Sensors 1024 auf und ermittelt die Orte der Punkte A, B, C, D, E und O. Die Grenzpunkte A, B, D, E können durch Erfassen von Variationen im Merkmal über die Oberfläche gefunden werden.
Wo es nicht wichtig ist, den Mittelpunkt des Merkmals zu ermitteln und das Merkmal in seiner Mitte zu messen, da kann der obige Suchvorgang beendet werden, nachdem das Merkmal 1030 beim Abtasten über das Abtastliniensegment 1052(3) gefunden wurde. Das Merkmal kann einfach gemessen werden, z.B. an Punkt C.
Aus der obigen Prozedur geht hervor, dass die Suchmethode der herkömmlichen Suchtechnik überlegen ist. Da kein optisches System separat und über das System 1020 hinaus zum Finden des ungefähren Ortes von Merkmal 1030 verwendet wird, ist die Suchmethode der Erfindung der Begleitanmeldung nicht durch die Auflösung oder Leistung eines optischen Systems mit einer oder mehreren Linsen begrenzt. Da das Instrument zum Messen des Merkmals auch zum Orten des Merkmals verwendet wird, erübrigt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Notwendigkeit zum Orten der Messsonde und des Sensors relativ zu dem Merkmal, nachdem das Merkmal geortet wurde. Ferner besteht keine Notwendigkeit, Daten über den gesamten Zielbereich 1040 zu erfassen, bevor der Ort des Merkmals genau bestimmt werden kann. Stattdessen besteht, wenn das Merkmal entdeckt ist, keine Notwendigkeit, den Rest des unabgetasteten Teils des Zielbereichs abzutasten, und der Benutzer kann sofort zum Messen des Merkmals übergehen. Dadurch wird der Durchsatz stark verbessert und es werden keine Betriebsmittel des Benutzers vergeudet.
Die Vorteile der Erfindung werden nach einer Bezugnahme auf ein konkretes Beispiel deutlicher. Das Merkmal von Interesse ist ein Objekt von einem Mikron Durchmesser. Man nehme an, dass es möglich ist, zunächst das Merkmal mit einer Genauigkeit von plus oder minus zwei Mikron zu identifizieren. Dies bedeutet, dass das Objekt zunächst bestenfalls innerhalb eines Zielbereichs von vier Mikron mal vier Mikron gefunden werden kann. Dieser Zielbereich kann dann über die Abtastliniensegmente mit einer Länge von vier Mikron in der X-Richtung abgetastet werden, wobei die Sonde 1026 jedes Mal in der Y-Richtung um 0,75 Mikron versetzt wird, bis eine der Abtastlinien das Objekt von Interesse kreuzt. Dies bedeutet, dass maximal 5 Abtastlinien nötig sind, um das Objekt in 17 zu überqueren. Wenn die Abtastlinie das Objekt von Interesse überquert hat, können ähnliche Schritte wie oben in 16 beschrieben ausgeführt werden, um die scheinbare Mitte des Merkmals zu ermitteln. Dies bedeutet, dass nach maximal sechs Abtastungen die Mitte des Objekts gefunden ist und das Merkmal gemessen werden kann. Selbst wenn die Abtastzeit von jedem der Vier-Mikron-Abtastliniensegmente eine Sekunde beträgt, kann die maximale Zeit, die für die sechs Abtastungen mit Overhead benötigt wird, bei etwa zehn Sekunden liegen. Dahingegen würde eine Erfassung von 256 Datenpunkten auf jeder von 256 Abtastzeilen mit einer Geschwindigkeit von einer Zeile pro Sekunde über einen Bereich von vier mal vier Mikron viereinhalb Minuten erfordern, wobei die Datenpunkte auf allen außer einer der 256 Abtastzeilen vergeudet würden.
18 ist eine repräsentative Querschnittsansicht eines Merkmals der Oberfläche, um die Erfindung zu illustrieren.
Die 19A–19I sind schematische Ansichten eines Zielbereichs einer Oberfläche, die ein Merkmal und Suchabtastsegmente enthält, um eine Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren. Wie zuvor, wird ein Zielbereich 1040' einer Oberfläche definiert, der bekanntlich das Merkmal 1030' von Interesse enthält, das geortet und gemessen werden soll. Zwei Richtungen zum Abtasten werden mit Abtastliniensegmenten 1062 in der ersten Richtung und Abtastliniensegmenten 1072 in der zweiten Richtung definiert. Die erste und die zweite Richtung sind transversal zueinander. Wie in den 19A–19I gezeigt, befindet sich der Zielbereich 1040' auf einer Oberfläche, die nicht planar ist, und die Abtastliniensegmente 1062 und 1072 sind gekrümmte Liniensegmente anstatt gerade Liniensegmente. Trotzdem kann dieselbe Suchmethode zum Orten des Merkmals 1030' auf der Oberfläche zur Anwendung kommen. Somit wird, wie in 19D gezeigt, das Merkmal 1030' gefunden, wenn die Spitze 1026 über das Abtastliniensegment 1062a gefahren wird. Auch hier werden die vom Sensor 1024 erfassten Grenzpunkte A', B' von der Systemsteuerung 1038 aufgezeichnet und ein Mittelpunkt C' zwischen Punkt A', B' entlang Segment 1062a wird bestimmt und die Sonde veranlasst, in der zweiten Richtung über das Abtastliniensegment 1072a abzutasten. Die Systemsteuerung 1038 zeichnet dann die vom Sensor 1024 erfassten Grenzpunkte D', E' auf, und der Mittelpunkt O' zwischen den Punkten D', E' entlang dem Segment 1072a wird als die anscheinende Mitte des Merkmals 1030' ermittelt. Dann wird die Sonde veranlasst, über das Abtastliniensegment 1062b abzutasten, wo das Merkmal 1030' vom Sensor 1024 gemessen wird.
19G illustriert die Abtastmethode, wobei es ausreicht, das Merkmal zu orten, ohne unbedingt eine Mitte des Merkmals zu finden. In einem solchen Fall kann die Suche beendet werden, wenn das Merkmal gefunden ist. Das Merkmal kann nach dem Beenden der Suche gemessen werden, ohne dass die Oberfläche weiter abgetastet wird. Alternativ kann das Merkmal über das Abtastliniensegment 1072a in 19G gemessen werden. Wo das Merkmal symmetrisch ist, wie in 19H gezeigt, da ist die Mitte des Merkmals in einigen Anwendungen bedeutsamer und es kann wichtig sein, das Merkmal in einer solchen Mitte zu messen. 19I Illustriert die Suchmethode für ein im Wesentlichen rechteckiges Fenster auf einer flachen Oberfläche.
Die 20A–20C sind schematische Ansichten eines Zielbereichs einer Oberfläche mit einem Merkmal von Interesse und von Abtastpfaden, die in unterschiedlichen Modi arbeiten, einschließlich einem kontaktlosen Modus, einem Modus mit intermittierendem Kontakt und einem Kontaktmodus, um die Erfindung zu illustrieren. 20A ist eine schematische Ansicht eines Zielbereichs und eines Abtastpfades, die den intermittierenden Kontaktmodus illustriert. Wie in 20A gezeigt ist, wird die Spitze der Sonde 1026 über die Abtastliniensegmente 1162a, 1162b, 1162c und 1162d gefahren, wobei diese Abtastliniensegmente im Wesentlichen parallel zueinander sind. Wie in 20A gezeigt, fährt die Spitze der Sonde 1026 in einem intermittierenden Modus jedes Abtastliniensegment über die Oberfläche 1040' ab. Im Falle des Abtastliniensegments 1162a hat die Sonde zunächst keinen Kontakt mit der Oberfläche, wie z.B. entlang dem Teil 1162a' des Segments 1162a. Dann wird die Spitze in Richtung auf die Oberfläche 1040' abgesenkt, bis sie über den Teil 1162a'' Kontakt mit der Oberfläche erhält, und dann wird die Spitze im Wesentlichen mit konstantem Kontakt mit der Oberfläche 1040' über den Teil 1162a''' gezogen. Die Spitze wird dann wieder entlang Teil 1162a'''' von der Oberfläche abgehoben, dann wird der oben beschriebene Zyklus wiederholt, während die Spitze über die Oberfläche 1040' bewegt wird, um das Abtastliniensegment 1162a abzufahren. Die anderen drei Abtastliniensegmente 1162b, 1162c, 1162d werden von der Spitze auf eine ähnliche Weise abgetastet. Der Vorteil einer oben beschriebenen intermittierenden Abtastung ist, dass sie in einigen Anwendungen den Abtastprozess im Vergleich zu einem Betriebsmodus beschleunigt, bei dem die Spitze der Sonde in konstantem Kontakt mit der Oberfläche ist. Dieser Betriebsmodus reduziert auch mögliche Schäden an der Sondenspitze und/oder der Oberfläche aufgrund von Reibungskräften zwischen der Sondenspitze und der Probe. Dasselbe gilt für den kontaktlosen Modus im Vergleich zu dem Modus mit intermittierendem Kontakt oder dem Kontaktmodus.
Wie zuvor, wird das Merkmal 1030' erfasst, wenn die Sondenspitze über das Abtastliniensegment 1162d gefahren wird, und die Grenzpunkte A', B' werden notiert und der Mittelpunkt des Teils des Liniensegments zwischen den Punkten A', B' wird notiert und die Sondenspitze wird veranlasst, über das Abtastlinien- oder Pfadsegment 1162e transversal zu den anderen Abtastliniensegmenten wie zuvor abzutasten, um Grenzpunkte D', E' zu orten, um wie zuvor die Mitte des Merkmals 1030' zu orten.
In einigen Anwendungen ist es vorteilhaft, den Betriebsmodus nach dem Finden des ungefähren Orts des Merkmals zu ändern. Wo also das zu erfassende Merkmal zwei unterschiedliche Eigenschaften hat, die unterschiedlich erfasst werden können, kann eine erste Eigenschaft verwendet werden, wenn die Oberfläche abgetastet wird, um den ungefähren Ort des Merkmals zu entdecken, wie z.B. auf den Abtastpfaden 1162a–1162d. Dann kann der Benutzer, nachdem der ungefähre Ort des Merkmals geortet wurde, in einen anderen Betriebsmodus umschalten, um die Mitte des Merkmals zu erfassen. Dann kann das Merkmal mittels der einen oder anderen der beiden Eigenschaften gemessen werden, die das Merkmal evtl. hat. In vielen Anwendungen reicht es jedoch möglicherweise aus, denselben Betriebsmodus anzuwenden, um den ungefähren Ort des Merkmals sowie die Mitte des Merkmals zu orten, und einen anderen Betriebsmodus zu benutzen, wenn das Merkmal tatsächlich gemessen wird. Dies ist in den 20B und 20C illustriert.
Wie in 20B gezeigt, wird der ungefähre Ort von Merkmal 1030' gefunden, wenn die Oberfläche 1040' mit der Sondenspitze im intermittierenden Kontaktmodus über die Abtastliniensegmente 1162a, 1162b, 1162c und 1162d abgetastet wird. Die Grenzpunkte A', B' werden notiert und die Oberfläche wird über das Abtastliniensegment 1162e abgetastet, um die Grenzpunkte D', E' und den Mittelpunkt O' wie oben mit Bezug auf 20A beschrieben zu finden. Wenn der Mittelpunkt O' geortet ist, dann wird das System 1020 jedoch veranlasst, in einem Kontaktmodus zu arbeiten, in dem die Spitze der Sonde 1026 veranlasst wird, mit der Oberfläche 1040' Kontakt aufzunehmen, wenn sie über das Abtastliniensegment 1162 durch den Mittelpunkt O' abgetastet wird, um das Merkmal zu messen.
In 20C werden zunächst die Grenzpunkte A', B', D', E' und der Mittelpunkt O' des Merkmals 1030' durch Abtasten mit der Spitze der Sonde 1026 über die Abtastliniensegmente 1182a, 1182b, 1182c, 1182d und 1182e ähnlich wie oben in Bezug auf 20B beschrieben geortet, mit der Ausnahme, dass die Sondenspitze, wenn sie über die Segmente 1182a–1182e gefahren wird, nicht mit der Oberfläche 1040' in Kontakt ist. Wenn der Mittelpunkt O' des Merkmals 1030' geortet ist, dann wird das System 1020 veranlasst, in einem intermittierenden Kontaktmodus entlang dem Abtastliniensegment 1182f zu arbeiten, um das Merkmal zu messen. Offensichtlich kann das Merkmal auch, anstatt es in einem intermittierenden Kontaktmodus entlang dem Abtastliniensegment 1182f wie in 20C gezeigt zu messen, in einem kontaktlosen Modus oder einem Kontaktmodus über ein solches Abtastliniensegment gemessen werden. Ebenso kann das Merkmal 1030' in 20B in einem intermittierenden Kontaktmodus oder einem kontaktlosen Modus gemessen werden.
Es sind unterschiedliche Modi für verschiedene Messungen geeignet. Zum Finden von magnetischen oder elektrischen Variationen ist es möglicherweise angemessen, einen intermittierenden oder einen kontaktlosen Modus anzuwenden. Für präzise geometrische Messungen ist möglicherweise ein Kontaktmodus oder ein intermittierender Kontaktmodus wünschenswerter. Das Merkmal kann eine messbare magnetische Charakteristik sowie eine raue Oberfläche haben. Es kann im kontaktlosen Modus geortet und seine Rauigkeit im Kontaktmodus gemessen werden. Wenn ein solches Merkmal jedoch sehr rau ist, dann ist es möglicherweise wünschenswert, es stattdessen im intermittierenden Kontaktmodus zu messen, um Schäden an der Spitze oder der Oberfläche zu vermeiden, um Reibungseffekte zu vermeiden, die bei einer Technik mit konstantem Kontakt von Natur aus auftreten.
Die Abtastgeschwindigkeit im intermittierenden Kontaktmodus kann auch höher sein als im Kontaktmodus. Wenn dann das Merkmal geortet und seine Mitte identifiziert sind, dann kann das Merkmal, wie z.B. sein Profil oder seine Geometrie, mit einem Betriebsmodus gemessen werden, der sich von dem zum Orten des Merkmals und seiner Mitte unterscheidet, wenn dies wünschenswert oder notwendig ist. Wenn also die Geometrie oder das Profil des Merkmals gemessen werden soll, dann würde das System 1020 entweder im Kontaktmodus oder im intermittierenden Kontaktmodus betrieben.
In einigen Anwendungen ist es möglicherweise wünschenswert, die Grenzen und/oder die Mitte des Merkmals genauer orten zu können. Für solche Anwendungen kann es wünschenswert sein, den oben beschriebenen Suchvorgang zu wiederholen, aber mit einer feineren Auflösung. Dies ist in 20D illustriert. Wie in 20D gezeigt, wird zunächst der Zielbereich 40 der Oberfläche mit der Sondenspitze über die Abtastliniensegmente 1192(1), 1192(2) und 1192(3) abgetastet, wo der ungefähre Ort des Merkmals 30'' bei der Abtastung entlang 1192(3) entdeckt wird. Dann wird ein kleinerer Zielbereich 1040'' definiert, um das Merkmal 1030'' einzukreisen, und der Suchprozess wird dann über die Abtastliniensegmente 1194(1), 1194(2) ... wiederholt, wo der Abstand zwischen benachbarten Abtastlinien kleiner ist als zwischen den Abtastlinien 1192(1), 1192(2) und 1192(3). Falls gewünscht, kann der gesamte Zielbereich 40'' abgetastet werden, um die Grenzpunkte des Merkmals genauer zu orten. Wenn unterschiedliche Grenzpunkte wie A'', B'', A''', B''' zum Ermitteln des Ortes für eine transversale Abtastung 1196 berücksichtigt werden als nur der Mittelpunkt, der nur zwei Grenzpunkten wie A'', B'' entspricht, dann kann die Mitte des Merkmals 1030'' genauer geortet werden. So kann beispielsweise ein genauerer Ort dadurch identifiziert werden, dass eine durchschnittliche Position zwischen dem Mittelpunkt, der den Grenzpunkten A'', B'' entspricht, und dem Mittelpunkt genommen wird, der den Grenzpunkten wie A''', B''' entspricht.
Um das Profil oder die Geometrie einer Oberfläche zu messen, mit Bezug auf 21A, hebt das System 1020 die Sondenspitze um eine vorbestimmte Distanz h von der Oberfläche ab, zeichnet die laterale Distanz δx auf, die die Spitze zurücklegt hat, bevor sie wieder abgesenkt wird und die Oberfläche berührt, und zeichnet die Distanz auf, um die die Sondenspitze abgesenkt wurde, bevor sie die Oberfläche wieder berührt. Die Spitze wird vorzugsweise wieder von einem solchen Kontaktpunkt um die Distanz h abgehoben, lateral um die Distanz δx bewegt, wieder zum Berühren der Oberfläche abgesenkt, und die Distanz, um die die Spitze abgesenkt wurde, wird wieder aufgezeichnet. Dieser Vorgang wird dann wiederholt, bis die Abtastung über den Zielbereich abgeschlossen ist. Ein Datensatz für eine solche Distanz δx und die Distanzen, um die die Spitze wiederholt abgesenkt wird, bevor sie die Oberfläche im intermittierenden Kontaktmodus während der Abtastung berührt, gibt eine Anzeige für die Geometrie oder das Profil der Oberfläche.
In der Ausgestaltung von 21A wird die Sondenspitze angehoben, nachdem sie abgesenkt wurde, um die Oberfläche 1200 zu berühren, ohne die Sondenspitze über die Oberfläche zu ziehen. Mit anderen Worten, die Sondenspitze wird veranlasst, vorsichtig auf die Oberfläche 1200 zu tippen, bevor sie angehoben wird, und die Sondenspitze wird nicht lateral über die Oberfläche bewegt, während sie mit der Oberfläche in Kontakt ist. In einigen Anwendungen ist es möglicherweise wünschenswert, die Sondenspitze über die Oberfläche zu ziehen, nachdem die Spitze zum Berühren der Oberfläche abgesenkt wurde, in einer in 21B illustrierten Ausgestaltung. Nach dem Ziehen der Sondenspitze über eine vorbestimmte Distanz über die Oberfläche 1200 wird die Sondenspitze wieder um eine vorbestimmte Distanz wie z.B. h abgehoben, lateral um eine vorbestimmte Distanz bewegt und dann wieder zum Berühren der Oberfläche 1200 abgesenkt. Wenn die Spitze die Oberfläche berührt, wird die Spitze wieder um eine vorbestimmte Distanz über die Oberfläche gezogen, und der oben beschriebene Prozess wird wiederholt, bis eine Abtastung über den gesamten Zielbereich wie zuvor abgeschlossen ist. Im Betriebsmodus von 21B zeichnet das System 1020 nicht nur die Beträge h, δx und die Distanzen auf, um die die Spitze wiederholt abgesenkt wird, bevor sie die Oberfläche im intermittierenden Kontaktmodus während der Abtastung berührt, sondern zeichnet auch die Höhenänderung der Sondenspitze auf, wenn die Spitze über die Oberfläche 1200 gezogen wird. Solche Informationen, in Verbindung mit h, δx und die Distanzen, um die die Spitze abgesenkt wird, bevor sie die Oberfläche berührt, geben eine Anzeige für die Geometrie oder das Profil der Oberfläche, wenn das System 1020 in dem in 21B angezeigten Modus betrieben wird.
21C illustriert noch einen weiteren Betriebsmodus des Systems 1020 im intermittierenden Kontaktmodus. Ein solcher Modus ist dem in 21A ähnlich, wo in den Betriebsmodi der 21A und 21C die Sondenspitze nicht lateral bewegt wird, um sie über die Oberfläche zu ziehen, nachdem die Spitze zum Berühren der Oberfläche abgesenkt wurde, sondern wird auf eine vorbestimmte Höhe h angehoben. Aber anstatt die Sondenspitze auf und abwärts und lateral über im Wesentlichen gerade Linien wie in 21A gezeigt zu bewegen, wird die Spitze in 21C über einen mehr oder weniger sinusförmigen Pfad über die Oberfläche 1200 bewegt, bis sie über den Zielbereich abtastet.
In der oben beschriebenen Weise kann eine Reihe verschiedener Merkmalstypen geortet und gemessen werden. In der Halbleiterindustrie ist es häufig wünschenswert, einen Wolframstopfen oder einen Metallcluster oder ein mit Metall gefülltes Kontaktloch zum Messen eines bestimmten geometrischen, magnetischen oder elektrischen Parameters zu orten. So kann der Wolframstopfen, der Metallcluster oder ein mit einem metallischen Material gefülltes Kontaktloch durch Erfassen von Änderungen von Kapazität, Magnetkraft, elektrischem Widerstand oder geometrischen Eigenschaften des Ortes gefunden werden. Wenn also das System 1020 in einem kontaktlosen Betriebsmodus gefahren wird, in dem die Spitze in einer geringen Distanz über der Oberfläche gehalten und mit einer hohen Geschwindigkeit in einem Suchmuster über die Oberfläche gefahren wird, dann erfasst der Sensor 1028 Änderungen der Kapazität, des Tunnelungsstroms oder des magnetischen Parameters (z.B. die Magnetkraft, die die Sondenspitze und der Sensor 1024 erfahren) der Oberfläche. Die Änderung der Kapazität, des Tunnelungsstroms oder der Magnetkraft kann den Ort des Wolframstopfens, eines Metallclusters oder eines mit Metall gefüllten Kontaktlochs anzeigen. Wenn dieser Ort ermittelt ist, dann kann der Taster oder die Sonde in Kontakt mit der Oberfläche oder in ihre unmittelbare Nähe gebracht werden, um die elektrischen, magnetischen oder geometrischen Eigenschaften des Ortes zu messen. Alternativ kann das System 1020 in einem intermittierenden Kontaktmodus gefahren werden, und der Widerstands-, Kapazitäts- oder Magnetparameter der Oberfläche wird vom Sensor 1024 an abgetasteten Orten erfasst. Wenn sich der Widerstands-, Kapazitäts- oder Magnetparameter ändert, dann kann dies den Ort des Wolframstopfens oder des Metallclusters oder des Kontaktlochs anzeigen. So kann z.B. eine Widerstandsänderung durch eine Änderung der Menge an Stromfluss zwischen der Tastspitze und der Oberfläche angezeigt werden. Wenn die Stromflussmenge zunimmt, dann kann dies bedeuten, dass sich der Taster entweder auf oder sehr nahe an einem Wolframstopfen, einem Metallcluster oder einem Kontaktloch befindet. Wenn die Spitze mit dem Stopfen, Cluster oder Kontaktloch in Kontakt oder sehr nahe daran ist, dann wird erwartet, dass maximaler Strom fließt. Wenn also der Abstand zwischen Spitze und Stopfen, Cluster oder metallgefülltem Kontaktloch abnimmt, dann nimmt auch die Kapazität zwischen Sondenspitze und Oberfläche ab, weil der dielektrische Effekt des Raums zwischen der Oberfläche und der Spitze mit dem Abstand abnimmt. Wenn sich die Spitze dem Merkmal nähert, wie z.B. einem Stopfen oder einem Cluster aus einem magnetischen Material oder einem mit einem solchen Material gefüllten Kontaktloch, dann kann auch die Magnetkraft zwischen der Sondenspitze und dem Merkmal bis zu einem maximalen Wert ansteigen, wenn das Merkmal und die Spitze in Kontakt miteinander sind. So kann der Benutzer den Stopfen, den Cluster oder das Kontaktloch finden. Nach dem Orten des Stopfens, Clusters oder Kontaktlochs kann die elektrische, optische, magnetische oder geometrische Charakteristik des Merkmals gemessen werden. Die oben beschriebenen Effekte können detektierbar sein und die Merkmale können im Kontaktmodus, im intemittierenden Kontaktmodus oder im kontaktlosen Modus erfasst werden.
Die obige Beschreibung bezieht sich auf ein Verfahren zum Orten und Messen eines magnetischen Merkmals mit einem magnetischen Parameter wie Magnetkraft. Dies kann mit einem Magnetkraftmikroskop durchgeführt werden, das die zwischen dem Sensor 1024 und einem Merkmal einer Oberfläche wie z.B. einer magnetischen Domäne ausgeübte Magnetkraft misst. Eine solche magnetische Domäne kann eine Polspitzenvertiefung auf einem magnetischen Lese-/Schreibkopf sein. Ein solches Magnetkraftmikroskop kann mit einem Atomkraftmikroskop oder einem Profilmessgerät in den AC- oder DC-Modulationsmodi arbeiten, wie in bekannten Magnetmikroskopanwendungen beschrieben ist. Magnetkraftmikroskopie wird von P. Grütter, H.J. Mamin und D. Rugar in Springer Series in Surface Science, Bd. 28 unter dem Titel „Scanning Tunneling Microscopy II", Eds. R. Wiesendanger und H.J. Güntherodt, beschrieben, veröffentlicht vom Springer-Verlag Berling Heidelberg 1992, S. 152–207.
Eine weitere Charakteristik eines Parameters, der zum Orten eines Merkmals verwendet werden kann, ist Tunnelungsstrom zwischen dem Merkmal und der Sondenspitze. Zum Beispiel, ein Metallcluster auf einer Halbleiteroberfläche kann eine radikal andere Stromtunnelungscharakteristik zur Sonde haben als zur Halbleiteroberfläche.
Noch weitere mögliche Merkmale, die mit der Erfindung geortet und gemessen werden können, sind angefüllte Kontaktlöcher und Oberflächenhöcker oder -täler auf laserstrukturierten Festplatten. Die Gleichförmigkeit der Größe dieser Höcker und Täler ist ein Hauptfaktor bei der Herstellung von Festplatten. Es kann auch eine Reihe verschiedener Größen und Formen dieser Höcker auf den Platten geben. Die Höcker haben eine Donut-Form oder sind um eine oder mehrere Achsen asymmetrisch. Das Muster solcher strukturierter Platten ist allgemein bekannt und der Benutzer ist gewöhnlich an der Messung einiger Hauptmerkmale von mehreren dieser Höcker um die Platte interessiert. Dies bedeutet, dass eine exakte Positionierung eines Höckers oder Tals unter der Sondenspitze oder dem Taster für die Messung wünschenswert ist. Die Höcker können größenmäßig zwischen 1 und 10 Mikron lateral und zwischen 100 und 10.000 Ångström in der Höhe variieren. Die ungefähren Orte solcher Höcker und Täler und die Mitten solcher Höcker und Täler können mit den oben beschriebenen Methoden geortet werden, besonders mit den Methoden, die in Bezug auf einen intermittierenden Kontaktmodus und einen Kontaktmodus zum Orten eines geometrischen Merkmals beschrieben wurden. Wenn ein intermittierender Kontaktmodus verwendet wird, dann werden die Werte von δx und Höhe h, die in Bezug auf die 21A–21C angewendet wurden, so gewählt, dass es unwahrscheinlich ist, dass die Sondenspitze über den Höcker und das Tal „springt". Ein geeigneter Bereich für h kann 10–1000 Ångström sein, ein geeigneter Wert für δx kann ein Bruchteil der erwarteten Größe des Merkmals oder Objekts sein. So können die Höcker eine Donut-Form von 5 Mikron Durchmesser mit einem Vorsprung in der Mitte des Donut haben. Von Interesse sind die Durchmesser des Höckers entlang den beiden orthogonalen Achsen in der Ebene der Oberfläche um die Mitte des Höckers, die Höhe der Lippe (der Vorsprung am Außenumfang des Laserhöckers) des Höckers und die Höhe des erhabenen Vorsprungs in der Mitte des Höckers relativ zu dem nicht strukturierten Bereich in unmittelbarer Nähe zu dem Höcker.
Wo es wünschenswert ist, eine Stufe auf einer Oberfläche zu orten, da möchte der Benutzer möglicherweise den ungefähren Ort der Stufe dadurch ermitteln, dass er die Sondenspitze in einem intermittierenden Kontaktmodus bewegt. Wenn der ungefähre Ort der Stufe gefunden ist, dann möchte der Benutzer einen solchen ungefähren Ort möglicherweise in einem Kontaktmodus erneut abtasten. Wenn der Ort der Stufe gefunden ist, kann der Benutzer die Sondenspitze oder den Taster um eine bekannte Distanz von der Oberfläche abheben, bis sie/er von der Stufe weg ist, sie/ihn lateral über die Stufe bewegen und die Spitze dann wieder über der Oberfläche absenken, bis sie die Oberseite der Stufe berührt. Die Differenz zwischen der Distanz, um die die Spitze abgehoben wurde, und der Distanz, um die die Spitze abgesenkt wurde, ergibt eine Anzeige für die Höhe der Stufe. Alternativ kann, wenn der Ort der Stufe gefunden ist, die Sondenspitze veranlasst werden, sich im Kontaktmodus über die Oberfläche an der Stufe zu bewegen, wobei die Sondenspitze die Stufe mit einem Seitwärtssensor ersteigt oder erklettert. Wenn die Stufe erfasst ist, dann kann mit dem Sensor die Topografie der Seitenwand der Stufe oder eines Grabens oder eines Wolframstopfens oder Kontaktlochs mit einer Seitwärtserfassungstechnik wie der gemessen werden, die im US-Patent Nr. 5,347,854 beschrieben ist.
Weitere Merkmale einer Oberfläche, die mit der Erfindung der Begleitanmeldung geortet und gemessen werden können, sind unter anderem raue Flecken auf einer glatten Oberfläche oder ein glatter Fleck auf einer rauen Oberfläche. Das Betriebssystem 1020 in einem Kontaktmodus oder einem intermittierenden Kontaktmodus wie in 21B gezeigt kann mit einem Reibungssensor verwendet werden, um die Reibungsänderung zwischen der Sondenspitze oder dem Taster und der Oberfläche zu erfassen. Ein geeigneter Reibungssensor wird von M. Hipp, H. Bielefeldt, J. Colchero, O. Marti und J. Mlynek in „A Stand-alone Scanning Force and Friction Microscope", Ultramicroscony, 42–44 (1992) (Elsevier Science Publishers) auf den Seiten 1498–1503 beschrieben.
In der obigen Beschreibung wird die Sondenspitze über Abtastliniensegmente gefahren, die im Wesentlichen parallel zueinander sind. Dies ist jedoch nicht erforderlich und es sind auch andere Suchpfade wie in den 22, 23 und 24 illustriert möglich.
Anstatt die Sondenspitze über im Wesentlichen parallele Abtastlinien abzutasten, kann das Merkmal 1030' im Fenster 1040' der Oberfläche mit einem in 22 illustrierten im Wesentlichen zufälligen Positionierungsschema geortet werden. Zunächst wird ein Maschengitter 1198 über das Fenster 1040' gelegt. Die Größe der Maschen in dem Gitter wird so gewählt, dass sie geringer ist als die erwartete Größe des Merkmals oder Objekts von Interesse, das geortet werden soll. So können die Raster beispielsweise Abmessungen haben, die innerhalb von 50% bis 85% oder erwarteten Größe des Merkmals oder Objekts von Interesse sind. Wie in 22 gezeigt, wird zunächst eine Folge von im Wesentlichen zufälligen Orten oder Positionen a, b, c, d, e, f ... (wobei die Folge in 22 aus nachfolgend erläuterten Gründen nicht über den Ort f hinaus dargestellt ist) an den Gitterschnittpunkten 1199 zunächst innerhalb des Fensters 1040' der Oberfläche gezeigt, und System 1020 bewirkt, dass die Sondenspitze im Wesentlichen an jeder dieser Positionen in der vorgegebenen Folge positioniert wird: a, b, c, d, e, f ... Wie in 22 illustriert, erfasst die Sondenspitze zum ersten Mal die Anwesenheit des Merkmals 1030', wenn sie in Position f platziert oder positioniert wird. Um weitere Informationen über das Merkmal an diesem Punkt zu entdecken, ist es effizienter, nicht der Folge von Zufallspositionen a, b, c, d, e, f, ... über f hinaus zu folgen, sondern einem anderen Positionierungsschema zu folgen. Stattdessen ist es möglicherweise vorzuziehen, die Sondenspitze dann konsekutiv in zwei transversalen Richtungen abzutasten. Zum Beispiel, die Sondenspitze kann in zwei orthogonalen Richtungen X, Y in 22 abgetastet werden, um die Mitte des Merkmals in der oben mit Bezug auf die 19D–19F beschriebenen Weise zu finden. Wenn die Mitte des Merkmals geortet ist, dann wird die Sondenspitze dann über eine solche Mitte abgetastet, um das Merkmal zu messen.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Sondenspitze, wenn das Merkmal an Ort f durch Positionieren der Spitze in einer Folge von zufälligen Orten entdeckt wurde, zum Finden weiterer Informationen über das Merkmal wie seine Grenze, in einer beliebigen Reihenfolge entlang der Achse +X, –X, +Y, –Y bewegt werden, um die Grenze von Merkmal 1030' entlang der neuen Achse zu finden. Die Grenze kann durch Erfassen von Änderungen oder Variationen in einem durch die Spitze oder den Sensor detektierten Parameter gefunden werden.
So kann die Sondenspitze zunächst über die positive Y-Achse zu Position 1 und dann zu Position 2 von Position f bewegt werden, um die Grenze in einer solchen Richtung zu finden. Wenn die Grenze in einer solchen Richtung entdeckt ist, wenn sich die Sondenspitze von Position 1 zu Position 2 bewegt, dann wird entdeckt, dass Position 2 außerhalb der Grenze liegt. Die Sonde kann dann zu Position 3 bewegt werden, die entlang der positiven X-Richtung von Position 1 liegt. Es wird entdeckt, dass Position 3 innerhalb des Merkmals ist und die Spitze wird nacheinander zu den Positionen 4 und 5 bewegt, wobei entdeckt wird, dass beide Positionen außerhalb des Merkmals liegen, so dass Position 3 an der Grenze des Merkmals liegt. Die Spitze wird dann in der -Y-Richtung von Position 3 zu Position 6 bewegt, wobei entdeckt wird, dass sie weiterhin innerhalb des Merkmals liegt. Die Sondenspitze wird dann zu Position 7, 8 in der X-Richtung bewegt, wobei entdeckt wird, dass diese innerhalb des Merkmals liegen, und wird entlang der Y-Achse zu Position 9 bewegt, wobei entdeckt wird, dass sie außerhalb des Merkmals liegt. Sie wird dann zu Position 10 bewegt, wobei gefunden wird, dass sie innerhalb des Merkmals liegt. Daher kann eine Näherung der Grenze des Merkmals durch Ziehen einer Linie erhalten werden, die die Positionen 1, 3, 6, 7, 8, 10 verbindet. Auf eine ähnliche Weise kann der restliche Teil der Grenze entdeckt werden, und eine Approximation einer solchen Grenze wird angedeutet, indem eine Linie durch die Positionen 10, 13, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 29 und zurück zu Position 1 gezogen wird. In dem oben beschriebenen Vorgang zeichnet das System 1020 die Positionen der Spitze beim Erfassen des Merkmals sowie die Ergebnisse einer solchen Erfassung auf.
Ein weiteres Verfahren, das zum Orten des Merkmals 1030'' auf einer Oberfläche angewendet werden kann, besteht darin, die Sondenspitze über einen spiralförmigen Pfad wie z.B. in der in 23 illustrierten Weise abzutasten. Wie in 23 gezeigt, wird die Sondenspitze 1026 beginnend an Position 1200 über einen Pfad in der durch den Pfeil 1202 angedeuteten Richtung gefahren. Wenn die Sondenspitze zur Anfangsposition 1200 zurückkehrt, dann beginnt sie mit einer spiralförmigen Abtastung über Pfad 1204. Die spiralförmige Abtastung ist derart, dass benachbarte Teile des Abtastpfads unterschiedliche Krümmungen und daher unterschiedliche Krümmungswinkel haben. Wie in 23 illustriert, hat der spiralförmige Pfad beispielsweise in Position 1206 einen Krümmungswinkel von θ, während der benachbarte Teil der Krümmung an Position 1208 einen Krümmungswinkel von Φ hat, wobei Φ größer ist als θ. Mit anderen Worten, der Krümmungswinkel nimmt bei der Bewegung der Spitze über den spiralförmigen Pfad zu, so dass die Sondenspitze in einen immer kleineren Bereich zoomt, um das Merkmal zu orten. Die Änderung des Krümmungswinkels ist derart, dass benachbarte Teile (wie z.B. Teile an Positionen 1206, 1208) des spiralförmigen Pfads nicht weiter als um die erwarteten Abmessungen des Merkmals voneinander beabstandet sind. Wie in 23 gezeigt, erfasst die Sondenspitze die Anwesenheit des Merkmals in oder nahe an der Position 1208. In einer solchen Position nimmt der Krümmungswinkel des spiralförmigen Pfades zu, so dass der spiralförmige Pfad einen kleineren Bereich abdecken würde, als dies anders der Fall wäre, wenn das Merkmal nicht geortet worden wäre. Dies beschleunigt den Prozess des Findens der Grenzen des Merkmals. Die Positionen der Spitze, wo die Grenze des Merkmals erfasst wurde (wie z.B. Erfassen von Variationen in einer Charakteristik des Merkmals) werden aufgezeichnet, um den Ort des Merkmals genauer zu definieren.
So kann im Allgemeinen zunächst ein vorbestimmter Abtastpfad angenommen werden, um den ungefähren Ort des Merkmals zu finden. Wenn dies geschehen ist, dann kann es vorteilhaft sein, die Abtastung über einen solchen Pfad zu stoppen und die Spitze über einen anderen Pfad zu fahren, um weitere Informationen über das Merkmal zu finden. Der oben referenzierte vorbestimmte Pfad kann ein Satz von im Wesentlichen parallelen Abtastliniensegmenten wie 1062a in den 19D–19G sein. Oder er kann eine Folge von im Wesentlichen zufälligen Orten in 22 oder der spiralförmige Pfad in 23 von Punkt 1200 zu Punkt 1208 sein. Wenn das Merkmal gefunden ist, dann ist es möglicherweise wünschenswert, auf einen anderen Abtastpfad umzuschalten, um effizienter weitere Informationen über das Merkmal herauszufinden. So wird in den 19E–19I, 20A, 20B, 20C die Spitze über Pfade 1072a, 1162e, 1182e gefahren, wobei Informationen von früheren Abtastungen zum Ermitteln solcher Pfade verwendet werden. In 22 kann sie über die X-, Y-Achsen oder über den durch die Positionen 1, 2, 3, 4, ... definerten Pfad gefahren werden, ohne andere Informationen über den früheren Abtastpfad zu verwenden als den Ort, an dem das Merkmal erfasst wurde. In 23 wird sie über den Pfad jenseits von Punkt 1208 anhand von Informationen über den Krümmungswinkel des vorherigen Abtastpfades als Referenz (um den neuen Krümmungswinkel zu ermitteln) sowie den Ort gefahren, an dem das Merkmal erfasst wurde.
Anstatt die Spitze über einen gekrümmten spiralförmigen Pfad wie in 23 zu fahren, kann der spiralförmige Pfad auch grob geradlinig sein, wie in 24 gezeigt ist. Wie in 24 gezeigt, wird die Sondenspitze über Pfade geführt, die spiralförmig in Richtung auf einen kleineren Bereich verlaufen, aber über Pfade, wo benachbarte Teile der Pfade im Wesentlichen parallel zueinander sind. Solche und andere Variationen des spiralförmigen Pfads liegen im Rahmen der Erfindung.
Anstatt die Sondenspitze über parallele Pfade zu fahren, indem immer am selben Rand begonnen wird, kann die Sondenspitze auch über einen serpentinenartigen Pfad 1250 wie in 25 gezeigt geführt werden. Das Führen einer Sondenprobe über einen Serpentinenpfad kann die Menge an Zeit, die zum Abtasten derselben Orte der Oberfläche nötig ist, im Vergleich zu einem Abtastschema reduzieren, bei dem die Sonde zum selben Rand des Zielbereichs zurückgebracht werden muss, bevor sie über die Oberfläche zum Orten des Merkmals geführt wird.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf oben beschriebene bevorzugte Ausgestaltungen beschrieben. Es können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. So kann das Merkmal anhand seiner thermischen Charakteristiken wie Wärmeleitfähigkeit mit einem Temperatursensor detektierbar sein. Als weiteres Beispiel, die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf Merkmale auf der Oberfläche von Proben illustriert, aber sie ist auch dann anwendbar, wenn sich das Merkmal innerhalb der Oberfläche befindet, solange Charakteristiken des Merkmals durch elektrische, magnetische, optische, thermische oder andere Mittel erfasst oder detektiert werden können.
26 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Raster-Sondenmikroskops, die zum Illustrieren der Erfindung nützlich ist. Wie in 26 gezeigt, beinhaltet das Raster-Sondenmikroskop (RSM) eine X-Y-Grobstufe 1502a und eine Z-Grobstufe 1502b. Die Probe 90 wird auf die Stufe 1502a gelegt. Der RSM-Sensor 1504 wird auf einer X-Y-Z-Feinstufe 1506 montiert, die wiederum mit einem Block 1508 auf der Stufe 1502b montiert wird. Der herkömmliche RSM-Sensor 1500 kann zum Ausführen des nachfolgend mit Bezug auf die 30–34E beschriebenen Abtastbetriebs verwendet werden.
27 ist eine schematische Ansicht eines Abtastinstruments, das sowohl einen RSM-Sensor 1504 als auch eine Profilmessgerät-Sensorbaugruppe 60 beinhaltet. Sowohl die Sensoren als auch die Sensorbaugruppen werden auf einer X-Y-Feinstufe montiert, die eine beliebige der oben beschriebenen Feinstufen sein kann, wie z.B. Stufen 70, 70', 70'' und 70'''. Wie in den oben beschriebenen Ausgestaltungen des Doppelstufen-Abtastinstruments, hat die Feinstufe 70–70''' eine Auflösung, die weitaus feiner ist als die der herkömmlichen X-Y-Positionierungsstufe, die für das Tast-Profilmessgerät verwendet wird, so dass die Positionierungsauflösung stark verbessert werden kann, während alle Vorteile des herkömmlichen Tast-Profilmessgeräts beibehalten bleiben. Es ist auch gegenüber RSM vorteilhaft, da das System 1550 viele der Vorteile von Profilmessgeräten beibehält, wie z.B. der breite dynamische Bereich in der Z-Richtung und die lange Abtastfähigkeit in der Größenordnung von hunderten von Millimetern.
Das Instrument 1550 kann mit dem oben in 2 illustrierten Schema im Wesentlichen wie in Bezug auf eine solche Figur beschrieben gesteuert werden. Es kann entweder der RSM-Sensor 1504 oder der Profilmessgerät-Sensor 60 verwendet werden, da beide Sensoren auf der X-Y-Feinstufe 70–70''' montiert sind. So kann die Steuerung 110 auch zum Steuern der Feinstufe in 27 verwendet werden.
28 ist eine schematische Ansicht eines Abtastinstruments mit einem RSM-Sensor und einem Profilmessgerät-Sensor, aber wo der RSM-Sensor auf einer X-Y-Z-Feinstufe eines RSM montiert ist (die wiederum an Block 134 montiert ist), das Profilmessgerät aber nicht, um eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zu illustrieren. Im System 1600 kann, da der Profilmessgerät-Sensor nicht auf einer Feinstufe montiert ist, nur der RSM-Sensor zum Erfassen von Merkmalen im Nanometer- oder Subnanometerbereich verwendet werden, während der Profilmessgerät-Sensor weiterhin für eine lange Abtastprofilierung wie im herkömmlichen Tast-Profilmessgerät verwendet werden kann. Beide Systeme 1550 und 1600 können zum Ausführen der nachfolgend mit Bezug auf die 30–34E beschriebenen Abtastoperationen verwendet werden. Die Steuerung 110 kann zum Steuern der Feinstufe 1506 in 28 verwendet werden.
29A ist ein Profil einer Oberfläche wie der eines Halbleiterwafers. Wie in 29A gezeigt, ist die Oberfläche 1602 bogenförmig. Kontaktlöcher sind an den Punkten AA, BB vorhanden. Wie oben erwähnt, haben herkömmliche Tast-Profilmessgeräte nicht die Auflösung, um die lokalen Merkmale der in den 29B, 29C gezeigten Löcher AA, BB zu detektieren, obwohl sie das bogenförmige Profil der Oberfläche detektieren können. RSMs können jedoch die lokalen Merkmale der Kontaktlöcher AA, BB detektieren, aber entweder das Profil 1602 nicht messen oder die relativen Höhen der beiden Kontaktlöcher AA, BB nicht ermitteln. Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung kann sowohl das Gesamtprofil der Oberfläche 1602 als auch das lokale Profil an den Punkten AA, BB mit hoher Auflösung und die relative Höhe der beiden Kontaktlöcher orten.
Um ein allgemeines Gesamtprofil einer Oberfläche zu erhalten, wird eine lange Abtastung wie in 30 über einen ersten Abtastpfad 1612 durchgeführt. Dann kann eine Reihe kurzer Abtastungen über die Abtastpfade 1614 entweder auf oder nahe an dem langen Abtastpfad 1612 durchgeführt werden, aber mit einer höheren Auflösung als die, die für die lange Abtastung verwendet wird, so dass in den 29B, 29C illustrierte Merkmale im Nanometer- oder Subnanometerbereich gemessen werden können. Wenn dieselbe Sondenspitze des Profilmessgeräts oder des Raster-Sondenmikroskops zum Abtasten des langen Abtastpfades 1612 und des kurzen Abtastpfades 1614 verwendet wird und die erfassten Daten mit der X-Y-Z-Position der Spitze korreliert werden, dann können die relative Höhe und die Orte von lokalen Merkmalen wie in 29A gezeigt wie Kontaktlöcher AA, BB ermittelt werden. Selbst dann, wenn die lange Abtastung über Pfad 1612 mit einer Sondenspitze genommen wird, die sich von der unterscheidet, die für die kurzen Abtastungen über den Abtastpfad 1614 verwendet wird, dann ist es, solange die relativen Positionen der beiden Sondenspitzen bekannt sind, weiterhin möglich, die relative Höhe und die Positionen von lokalen Merkmalen wie Kontaktlöchern zu korrelieren, die auf der Waferoberfläche weit beabstandet sind. Wie in 30 bemerkt, können die kurzen Abtastungen in Richtungen genommen werden, die nicht parallel zueinander oder zu dem langen Abtastpfad 1612 sind. Der lange Abtastpfad 1612 kann einen Bereich von bis zu 500 Millimetern haben. Da die Sondenspitze entweder über den langen Abtastpfad oder über die kurzen Abtastpfade geführt wird, wird ein Merkmal der Oberfläche entweder in oder auf der Oberfläche durch eine beliebige der oben beschriebenen Methoden erfasst. Solche Merkmale werden in einer kurzen Abtastung mit einer Auflösung von 0,1 bis 5 Nanometern und mit einer Auflösung von 5 bis 10 Nanometern in Richtungen parallel zur Oberfläche an (d.h. in der X-Y-Ebene) und 1 bis 5 Nanometern in Richtungen lotrecht zu der Oberfläche der Probe (d.h. in der Z-Richtung) erfasst.
Somit kann das mit Bezug auf 30 erfasste Merkmal ein Profil oder ein anderer geometrischer Parameter oder auch ein elektrischer, magnetischer, optischer, thermischer, reibungsmäßiger oder Van-der-Waals-Kraftparameter sein. Falls gewünscht, kann das Abtastsystem zum Detektieren eines anderen Parameters in den kurzen Abtastpfaden 1614 als dem verwendet werden, der über den langen Pfad 1612 detektiert wird. In der Tat können in den unterschiedlichen kurzen Abtastungen 1614 unterschiedliche Parameter erfasst werden.
Der oben in 30 illustrierte Abtastvorgang kann mit einem beliebigen einen der oben beschriebenen Doppelstufen-Abtastinstrumente durchgeführt werden. Die Z-Grobstufe 80a und die X-Y-Grobstufe 80b können zum Bewegen der Sensorbaugruppe und der Sondenspitze über den langen Abtastpfad 1612 verwendet werden, und eine X-Y-Feinstufe kann zum Bewegen der Sensorbaugruppe und der Sondenspitze in den kurzen Abtastungen verwendet werden. Im System 1500 werden beispielsweise die Grobstufen 1502a, 1502b benutzt, um relative Bewegungen zwischen Sensor 1504 und Probe 90 zum Abtasten über den langen Abtastpfad 1612 zu bewirken, und die Feinstufe 1506 kann benutzt werden, um eine solche Bewegung über kurze Abtastpfade 1614 zu bewirken. Im System 1550 werden die Grobstufen 80a, 80b für die lange Abtastung und die Feinstufe 70–70''' für die kurze Abtastung verwendet. Ein beliebiger der beiden Sensoren 60, 1504 kann in der langen Abtastung und den kurzen Abtastungen verwendet werden, und verschiedene Sensoren können in den in 30 illustrierten acht Abtastungen verwendet werden. Solange die relativen Positionen der Sensoren bekannt sind, wie z.B. durch Anbringen der beiden Sensoren, so dass sie eine feste Position relativ zueinander haben, können die von allen Abtastungen, lang oder kurz, wie in 30 gezeigt erhaltenen Daten korreliert werden. Die Abtastungen über den langen Abtastpfad 1612 und die kurzen Abtastpfade 1614 können wie oben beschrieben in einem beliebigen aus Kontaktmodus, kontaktloser Modus oder intermittierender Kontaktmodus gefahren werden. Der kurze Abtastpfad kann eine Länge von weniger als 100 Mikron haben, während der lange Abtastpfad 1612 eine Länge von mehr als 100 Mikron hat.
Wie in 30 gezeigt, schneidet der kurze Abtastpfad 1614a den langen Abtastpfad 1612 nicht. Wenn angenommen werden kann, dass sich die Topologie der Oberfläche in der Distanz zwischen Abtastpfad 1614 und 1612 nicht drastisch geändert hat, dann können die im Abtastpfad 1614a erhaltenen Daten weiterhin mit den Daten korreliert werden, die über den Teil des Abtastpfads 1612 nahe am Pfad 1614a erhalten wurden. Wenn sich der kurze Abtastpfad und der lange Abtastpfad schneiden, dann kann der Benutzer tatsächlich die Daten genauer korrelieren.
Jeder der langen Abtastpfade 1612 sowie der kurzen Abtastpfade 1614 kann tatsächlich eine Reihe von Abtastliniensegmenten wie z.B. 1620 umfassen, das in 31 gezeigt ist. Wo das Abtastpfadsegment 1620 einen erheblichen Teil der Waferoberfläche bedeckt, würde es ein solcher Abtastpfad dem Benutzer gestatten, die Topografie über einen erheblichen Teil der Waferoberfläche zu messen. Wo die Abtastliniensegmente 1620 kurz sind, da überprüfen die über solche Segmente erfassten Daten die Topografie in einem Bereich, in dem ein lokales Merkmal wie ein Kontaktloch erwartet wird. In einer Ausgestaltung sind die Segmente 1620 im Wesentlichen parallel zueinander. Wie in 32 gezeigt, ist es möglich, von einem Anfangspunkt 1630 zu einem Endpunkt 1632 über eine lange Abtastung abzutasten, und kurze Abtastungen durch die Punkte 1630, 1632 durchzuführen. Die kurze Abtastung durch den Punkt 1630 kommt vorzugsweise vor der langen Abtastung, und die kurze Abtastung durch den Punkt 1632 erfolgt nach der langen Abtastung.
In 30 wird die lange Abtastung zuerst und danach die kurze Abtastung durchgeführt. Wo die Orte von lokalen Merkmalen von Interesse bekannt sind, da ist es möglicherweise wünschenswert, zuerst eine Reihe von kurzen Abtastungen durchzuführen, jeweils durch ein entsprechendes Merkmal von Interesse, gefolgt von einer langen Abtastung über einen Bereich der Oberfläche, der sich nicht über einem bestimmten Merkmal von Interesse befindet, sondern an einer Stelle, die zum Korrelieren der durch die kurzen Abtastungen an jedem der Merkmale von Interesse wie in 33 illustriert erhaltenen Daten optimiert wurde. So können kurze Abtastungen zunächst durch jeden einen der Punkte 1640 durchgeführt werden. Danach kann ein optimierter Pfad 1642 gewählt werden, um die während der kurzen Abtastungen durch die Punkte 1640 erhaltenen Daten am besten zu korrelieren. In der bevorzugten Ausgestaltung kann eine Kleinste-Quadrat-Anpassungsberechnung auf der Basis der Orte des Punktes 1640 durchgeführt werden, um den optimalen Abtastpfad 1642 zu wählen.
Während einer beliebigen Zeit im Abtastprozess, wenn die Daten von der Abtastung in Echtzeit analysiert werden, kann der Benutzer entdecken, dass es wünschenswert ist, nach einem bestimmten Merkmal an oder in der Nähe der Oberfläche zu suchen. In einem solchen Fall kann der oben für ein Merkmal der Oberfläche beschriebene Suchprozess durch Ermitteln eines Zielbereichs und Absuchen der Oberfläche mit der Sondenspitze im Zielbereich angewendet werden, um eine Anzeige eines Merkmals von Interesse durch Detektieren des Merkmals bereitzustellen. Infolge eines solchen Suchvorgangs kann ein Abtastpfad in Abhängigkeit von der Anzeige gewählt werden. Wenn es beispielsweise scheint, dass eine Aussparung im Suchvorgang entdeckt wird, dann kann ein Abtastpfad gewählt werden, der über eine solche Aussparung passiert. Wie oben erwähnt, kann der Suchprozess das Abtasten der Sondenspitze über im Wesentlichen parallele Suchliniensegmente beinhalten, die durch einen Versatz getrennt sind, der vorzugsweise geringer ist als die erwarteten Abmessungen des Merkmals, das gesucht wird. Wie oben beschrieben, wird nach dem Finden der ungefähren Position des Merkmals bevorzugt, die Spitze über ein anderes Suchliniensegment transversal zu den Suchliniensegmenten in den früheren Abtastungen abzutasten, um die Mitte des Merkmals von Interesse zu finden.
Die Abtastpfade, wie z.B. die Pfade 1612, 1614, 1620, können Abtastliniensegmente umfassen, die im Wesentlichen parallel zueinander sind, wie ein spiralförmiges Abtastsegment oder ein serpentinenförmiges Abtastliniensegment, wie in den 23 und 25 illustriert ist.
Die 34A–34E illustrieren, wie von verschiedenen Abtastungen erhaltene Daten korreliert werden können. 34A ist ein Profil einer Oberfläche mit drei lokalen Merkmalen CC, DD, EE. Lokale Profile der drei Merkmale sind jeweils in den 34B–34D dargestellt. Wie in 34A gezeigt, hat die Oberfläche eine große Flächenaussparung mit Merkmal CC, EE auf den beiden Seiten der Aussparung und Merkmal DD am Boden der Aussparung. Mit dem oben beschriebenen Verfahren können das Gesamtprofil der Aussparung sowie die lokalen Merkmale CC, DD, EE mit hoher Auflösung gemessen werden. Die Korrelation der lokalen Merkmale CC, DD, EE ist in 34E dargestellt, die die Tiefe der Kontaktlöcher sowie die relative Höhe der drei Merkmale zeigt.
Die Erfindung wurde zwar oben mit Bezug auf verschiedene Ausgestaltungen beschrieben, aber man wird verstehen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der lediglich durch die beiliegenden Ansprüche begrenzt ist.

Claims

Instrument zum Abtasten einer Probe (90), das Folgendes umfasst: einen Sensor (60, 60', 60'', 1504, 170, 252, 254, 256, 262, 264, 266, 272, 274, 276, 302, 304, 306) zum Erfassen eines Parameters der Probe; eine Grobstufe (80, 80a, 80b), die so gestaltet ist, dass sie eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe bewirkt; eine Feinstufe (70, 70', 70'', 70''', 1506), die so gestaltet ist, dass sie eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe bewirkt; und wenigstens ein Steuergerät (110, 114, 120) mit der Aufgabe, die beiden Stufen so zu steuern, dass die relative Bewegung, die durch die Grobstufe bewirkt wird, so gestaltet ist, dass der Sensor veranlasst wird, die Oberfläche der Probe abzutasten, wenn der Sensor den genannten Parameter der Probe erfasst.
Instrument nach Anspruch 1, wobei die Feinstufe eine Auflösung von einem Nanometer oder besser hat.
Instrument nach Anspruch 1, wobei die Grobstufe eine Auflösung von einem Mikrometer oder besser hat.
Instrument nach Anspruch 1, wobei die beiden Stufen derart sind, dass das Instrument einen Bereich von 500 Millimetern in wenigstens einer Richtung hat, wenn der Sensor den genannten Parameter der Probe erfasst.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Höhensensor ist, der die Höhenvariation der Oberfläche der Probe direkt misst.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Sensor Folgendes umfasst: einen Tastarm (15, 162, 362) mit einer Tastspitze (11, 164); und ein Kapazitätsmessgerät, einen linearen Spannungsdifferential-Umformungssensor oder einen Lichtintensitätsnäherungssensor.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Sensor (170, 252, 254, 256, 262, 264, 266, 272, 274, 276, 302, 304, 306) thermische Variationen oder einen elektrostatischen, einen magnetischen, einen Lichtreflexions- oder Lichtdurchlassparameter der Probe oder die Höhenvariation einer Oberfläche einer Probe erfasst.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Sensor im Wesentlichen gleichzeitig die Höhe an einer oder mehreren Stellen einer Oberfläche der Probe und wenigstens einen weiteren Parameter der Probe an der einen oder den mehreren Stellen erfasst.
Instrument nach Anspruch 8, wobei der Sensor eine Tastspitze, die die Höhe an einer oder mehreren Stellen einer Oberfläche der Probe erfasst, und ein Sensorelement (252, 254, 262, 264, 266) in der Tastspitze oder in der Nähe der Tastspitze zum Erfassen des wenigstens einen anderen Parameters beinhaltet.
Instrument nach Anspruch 1, wobei die Grobstufe einen XY-Abschnitt (80b), um eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche der Probe zu bewirken, und einen Z-Abschnitt (80a, 134) umfasst, um eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe in einer Richtung im Wesentlichen normal zur Oberfläche der Probe zu bewirken, wobei der Sensor mit der Feinstufe verbunden ist und die Feinstufe mit dem Z-Abschnitt der Grobstufe verbunden ist, und wobei der XY-Abschnitt der Grobstufe die Aufgabe hat, die Probe zu bewegen, wenn der Sensor den Parameter erfasst.
Instrument nach Anspruch 10, wobei die Grobstufe einen Abschnitt umfasst, um eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe zu bewirken, wobei der Sensor mit der Feinstufe und die Feinstufe mit dem Abschnitt der Grobstufe verbunden sind.
Instrument nach Anspruch 10, wobei die Feinstufe piezoelektrische Stapel (406a, 406d) umfasst.
Instrument nach Anspruch 12, wobei die Feinstufe ferner einen Tragrahmen (402), einen beweglichen Rahmen (404) und die beiden Rahmen verbindende Biegegelenk (408) umfasst, wobei die piezoelektrischen Stapel eine relative Bewegung zwischen den beiden Rahmen bewirken.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Sensor einen Tastarm mit einer Tastspitze zum Erfassen eines Oberflächenparameters der Probe und ein Thermoelement umfasst, das zum Erfassen von thermischen Variationen in der Tastspitze eingebettet ist.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Sensor einen Tastarm mit einer Tastspitze zum Erfassen eines Oberflächenparameters der Probe umfasst.
Instrument nach Anspruch 15, wobei der Sensor ferner ein mit dem Arm verbundenes Biegegelenk (138, 182, 374, 408), eine Kraftspule und Mittel zum Leiten von Strom in die Spule und einen Magnet umfasst, wobei die Kraftspule oder der Magnet mit dem Arm verbunden ist, wobei elektromagnetische Interaktionen zwischen dem Strom in der Spule und dem Magnet den Arm zur Probe hin oder von ihr weg bewegen.
Instrument nach Anspruch 16, das ferner ein erstes Element, welches das Biegegelenk trägt, und ein mit dem Arm verbundenes zweites Element zum Tragen der Kraftspule umfasst, wobei die beiden Elemente, das Biegegelenk und der Arm aus dem einzelnen Materialbogen zur Bildung eines planaren Körpers gebildet sind.
Instrument nach Anspruch 16, das ferner ein Kapazitätsmessgerät, einen linearen Spannungsdifferential-Umformungssensor oder einen Lichtintensitätsnäherungssensor zum Messen von Bewegungen des Arms umfasst.
Instrument nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Steuergerät die beiden Stufen so steuert, dass die beiden Stufen im Wesentlichen gleichzeitig eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe bewirken, wenn der Sensor den Parameter der Probe erfasst.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Sensor Folgendes umfasst: einen Tastarm mit einer Tastspitze zum Erfassen eines Oberflächenparameters der Probe; ein Gelenk, das den Tastarm so trägt, dass der Tastarm um das Gelenk rotieren kann; und Mittel zum Beaufschlagen des Tastarms mit einer Kraft.
Instrument nach Anspruch 20, wobei das Kraftbeaufschlagungsmittel eine Kraftspule sowie Mittel zum Leiten von Strom in die Spule und einen Magnet umfasst, wobei die Kraftspule oder der Magnet mit dem Arm verbunden ist, wobei elektromagnetische Interaktionen zwischen dem Strom in der Spule und dem Magneten eine Rotation des Arms um das Gelenk zu der Probe hin oder von ihr weg bewirken.
Verfahren für ein Instrument mit einem Sensor (60, 60', 60'', 1504, 170, 252, 254, 256, 262, 264, 266, 272, 274, 276, 302, 304, 306) und einer Grobstufe (80, 80a, 80b) und einer Feinstufe (70, 70', 70'', 1506), jeweils zum Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem Sensor und einer Probe; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe mittels der Grobstufe (80, 80a, 80b); Erfassen eines Parameters der Probe, wenn die relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe von der Grobstufe bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die beiden Stufen die relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe in Schritten bei einer oder mehreren Frequenzen bewirken und wobei die Erfassungsrate von der einen oder den mehreren Frequenzen unabhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die beiden Stufen eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe im Wesentlichen gleichzeitig bewirken.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Erfassungsschritt den Parameter erfasst, wenn die Grobstufe eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe in einer Richtung bewirkt und die Feinstufe keine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe in der genannten Richtung bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Erfassungsschritt den Parameter erfasst, wenn die Feinstufe eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe in einer Richtung bewirkt und die Grobstufe keine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe in der genannten Richtung bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Bewegungsschritte eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe in zwei orthogonalen Richtungen in Schritten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewirken.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei einer der oder beide Bewegungsschritte eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe bewirkt(en), bis der Sensor in einer vorbestimmten Position relativ zu einer Oberfläche der Probe ist, wobei die vorbestimmte Position eine anfängliche Abbildungsposition ist, und die Bewegungsschritte dann eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe in einer anfänglichen Richtung im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Probe bewirken, um die Oberfläche abzutasten.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei einer der oder beide Bewegungsschritte eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe bewirkt(en), bis der Sensor mit der Oberfläche der Probe in Kontakt ist, so dass die vorbestimmte Position eine in Kontakt mit der Oberfläche der Probe ist.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei einer der oder beide Bewegungsschritte bewirkt(en), dass sich der Sensor in einer Ebene bewegt, die die anfängliche Abbildungsposition des Sensors beinhaltet, und im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Probe in einem Konstanthöhenmodus.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei der Sensor eine Spitze zum Berühren einer Oberfläche der Probe beinhaltet, wobei der Erfassungsschritt ein Ausgangssignal erzeugt, wobei das Verfahren ferner das Beaufschlagen der Spitze mit einer Kraft als Reaktion auf das Ausgangssignal umfasst, so dass die Spitze eine im Wesentlichen konstante Kraft auf die Oberfläche der Probe in einem Konstantkraftmodus ausübt, wenn die Oberfläche abgetastet wird.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei der Sensor eine Spitze beinhaltet, wobei einer der oder beide Bewegungsschritte bewirkt(en), dass sich die Spitze und die Probe zueinander hin bewegen, wenn die Spitze und die Probe in Kontakt sind, wobei der Erfassungsschritt Änderungen der Position der Spitze zum Messen der Nachgiebigkeit der Oberfläche misst.
Instrument nach Anspruch 1, das ferner einen zweiten Sensor umfasst, wobei ein Sensor ein Profilmessgerät und der andere Sensor ein Raster-Sondenmikroskop ist.
Instrument nach Anspruch 33, wobei die Grobstufe einen XY-Abschnitt (80b) zum Bewirken einer relativen Bewegung zwischen den Sensoren und der Probe in einer Richtung im Wesentlichen parallel ^zu einer Oberfläche der Probe und einen Z-Abschnitt (80a, 134) zum Bewirken einer relativen Bewegung zwischen den Sensoren und der Probe in einer Richtung im Wesentlichen normal zur Oberfläche der Probe umfasst, wobei die Sensoren mit der Feinstufe verbunden sind und die Feinstufe mit dem Z-Abschnitt der Grobstufe verbunden ist, und wobei der XY-Abschnitt der Grobstufe die Aufgabe hat, die Probe zu bewegen, wenn wenigstens einer der Sensoren den Parameter erfasst.
Instrument nach Anspruch 33, wobei die Grobstufe einen Abschnitt zum Bewirken einer relativen Bewegung zwischen den Sensoren und der Probe umfasst, wobei die Sensoren mit der Feinstufe verbunden sind und die Feinstufe mit dem Abschnitt der Grobstufe verbunden ist.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Sensor den Parameter mit einer Erfassungsrate erfasst, die von der Geschwindigkeit der relativen Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe durch die beiden Stufen unabhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Sensor den Parameter mit einer Erfassungsrate erfasst, die _von der Geschwindigkeit der relativen Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe durch die beiden Stufen unabhängig ist.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Sensor den Parameter mit einer lateralen Auflösung von 0,1 bis 5 Nanometern oder 5 bis 10 Nanometern erfasst, wenn die Feinstufe eine relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe bewirkt.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Raster-Sondenmikroskop umfasst.
Instrument nach Anspruch 1, wobei der Sensor eine Lichtquelle und einen Detektor umfasst.
Instrument nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Steuergerät (110, 114, 120) die beiden Stufen so steuert, dass die von der Feinstufe bewirkte relative Bewegung den Sensor veranlasst, über die Oberfläche der Probe abzutasten, wenn der Sensor den Parameter der Probe erfasst, und das Steuergerät vom Sensor erzeugte Daten, die von dem Sensor erzeugt werden, wenn die Feinstufe die relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe bewirkt, mit Daten korreliert, die vom Sensor erzeugt werden, wenn die Grobstufe eine solche relative Bewegung bewirkt.
Instrument nach Anspruch 41, wobei die Korrelation relative Höheninformationen zwischen unterschiedlichen Oberflächenmerkmalen über einen Abtastpfad bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 22, das ferner Folgendes umfasst: Erfassen eines Parameters der Probe und Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe mittels der Feinstufe, und Korrelieren von Daten, die vom Sensor erzeugt werden, wenn die Feinstufe die relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe bewirkt, mit Daten, die vom Sensor erzeugt werden, wenn die Grobstufe eine solche relative Bewegung bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 43, wobei die Korrelation relative Höheninformationen zwischen unterschiedlichen Oberflächenmerkmalen entlang des Pfades ergibt.
Verfahren nach Anspruch 22, das ferner das Ausführen eines chemischen oder mechanischen Polierprozesses auf einer Oberfläche der Probe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 45, wobei der Polierprozess durchgeführt wird, bevor der Parameter der Probe erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe während des Erfassens über einen Pfad eine Länge von mehr als 100 Mikrometern hat.
Instrument nach Anspruch 1, wobei die von der Grobstufe bewirkte relative Bewegung zwischen dem Sensor und der Probe während des Erfassens durch den Sensor über einen Pfad mit einer Länge von mehr als 100 Mikrometern bewirkt wird.