散射測量技術(shù)在納米級晶圓復(fù)雜輪廓上的優(yōu)勢測量.pdf

1、近四十年以來,半導(dǎo)體技術(shù)沿摩爾定律非常迅速地發(fā)展,其技術(shù)節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)都是由一個重要特征表示的,即:制造集成電路的最小特征尺寸CD(CriticalDimension)不斷成倍地迅速縮小。隨著技術(shù)節(jié)點(diǎn)的提升,晶圓的制造過程中更多的應(yīng)用了各種各樣的新型材料與納米尺寸結(jié)構(gòu),這對測量技術(shù)提出了日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。根據(jù)國際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖ITRS(International Technology Roadmap for Semicondtlctors),

2、生產(chǎn)中對晶圓內(nèi)各式各樣的線條尺寸與輪廓進(jìn)行監(jiān)控變得越來越關(guān)鍵。在先進(jìn)的工藝中,除了CD外,輪廓的測量也非常重要,很小的傾角變化就會使大深寬比結(jié)構(gòu)的尺寸發(fā)生很大的改變,從而導(dǎo)致器件失效。然而,對于傳統(tǒng)的測量技術(shù)來講,特征尺寸掃描電子顯微鏡CD-SEM(Scanning Electron Microscope)由于僅限于自上而下的觀測而無法提供真正的輪廓信息,破壞性的截面測量方法則不適用于生產(chǎn)中。
　　 為了解決CD-SEM等方法所

3、面臨的局限性,以及提供強(qiáng)有力的晶圓納米級輪廓檢測方案以滿足生產(chǎn)的需求,基于散射測量法(Scatterometry)的光學(xué)輪廓測量得到了迅猛發(fā)展,其成為了很多國際化生產(chǎn)廠的重要CD兼輪廓測量的手段。在90納米及以下的晶圓制程中,散射測量技術(shù),或者稱為光學(xué)特征尺寸OCD(Optical critical dimension)量測,不管在特征尺寸量測或者復(fù)雜輪廓分析的應(yīng)用上都獲得快速的進(jìn)步。這項(xiàng)技術(shù)可以提供CD-SEM或原子力顯微鏡AFM(A

4、tomic Force Microscope)所無法提供的資訊,包括足部(footing)、缺角(notch)、底切(undercut)與側(cè)壁角度(sidewall angle)等結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié),同時也能計(jì)算出蝕刻深度?，F(xiàn)在,這種技術(shù)已經(jīng)成為半導(dǎo)體業(yè)中一種很重要的測量檢測手段,它的輪廓分析能力、快速量測及集成能力是其他一些測量技術(shù)無法比擬的。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前世界前20大的300毫米先進(jìn)晶圓廠均已采用了基于這種技術(shù)的平臺進(jìn)行日常產(chǎn)品測量檢測。

5、>　　 散射光學(xué)的量測是從具有光柵結(jié)構(gòu)的測試圖案上所反射回來的光譜,再從中設(shè)法得到有關(guān)光柵尺寸與線寬輪廓的資訊。這些柵線代表的是實(shí)際制造的元件尺寸。OCD采用寬頻光譜與入射的線性極化光來達(dá)成測量的目的,再借由復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型分析反射光譜,獲取有關(guān)包括CD與線寬輪廓等資訊。
　　 由于散射測量的快速性,晶圓到晶圓的采樣正變成一種日益熟知的用于預(yù)見的方法。OCD提供了線寬量測以及復(fù)雜的結(jié)構(gòu)輪廓分析的強(qiáng)大工具,可以快速測定全面CD以提

6、供先進(jìn)的制程控制。近年來,基于橢偏儀結(jié)構(gòu)的散射測量技術(shù)在國外已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用,但對于批量測量來說,其速度還滿足不了量產(chǎn)的需求。因此,許多工廠引入了速度更快的基于反射法的散射測量技術(shù)。本課題就是針對反射法OCD在國內(nèi)的300毫米先進(jìn)晶圓廠的首次應(yīng)用,對其技術(shù)能力進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)評估。在90納米柵極蝕刻測量實(shí)驗(yàn)中,評估了特征尺寸和側(cè)墻傾角等參數(shù)的動態(tài)精度與準(zhǔn)確性。通過對柵極側(cè)面輪廓的測量,研究了散射測量技術(shù)在缺陷檢測上面的能力。對于復(fù)雜輪

7、廓的測量,評估了散射測量技術(shù)在90納米ONO Spacer結(jié)構(gòu)的動態(tài)精度與準(zhǔn)確性。在納米級技術(shù)節(jié)點(diǎn),因?yàn)槿狈π酒c劃片槽上測試點(diǎn)之間的相關(guān)性,測量必須在芯片圖形上完成,實(shí)驗(yàn)采用了片內(nèi)浮柵厚度測量,評估了OCD建模能力及片內(nèi)測量的準(zhǔn)確性,此外,還對缺陷檢測方面進(jìn)行了研究。
　　 本課題還對整合散射測量和先進(jìn)工藝控制(APC)進(jìn)行了一些探討,先進(jìn)的APC系統(tǒng)能為更先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)提供可靠的工藝控制。本課題對于國內(nèi)300毫米晶圓蝕刻制程