散射測量技術在納米級晶圓復雜輪廓上的優(yōu)勢測量.pdf

1、近四十年以來,半導體技術沿摩爾定律非常迅速地發(fā)展,其技術節(jié)點的推進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。隨著技術節(jié)點的提升,晶圓的制造過程中更多的應用了各種各樣的新型材料與納米尺寸結構,這對測量技術提出了日益嚴峻的挑戰(zhàn)。根據(jù)國際半導體技術藍圖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行監(jiān)控變得越來越關鍵。在先進的工藝中,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構的尺寸發(fā)生很大的改變,從而導致器件失效。然而,對于傳統(tǒng)的測量技術來講,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,或者稱為光學特征尺寸OCD(Optical critical dimension)量測,不管在特征尺寸量測或者復雜輪廓分析的應用上都獲得快速的進步。這項技術可以提供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)等結構細節(jié),同時也能計算出蝕刻深度。現(xiàn)在,這種技術已經(jīng)成為半導體業(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無法比擬的。據(jù)統(tǒng)計,目前世界前20大的300毫米先進晶圓廠均已采用了基于這種技術的平臺進行日常產(chǎn)品測量檢測。

5、>　　 散射光學的量測是從具有光柵結構的測試圖案上所反射回來的光譜,再從中設法得到有關光柵尺寸與線寬輪廓的資訊。這些柵線代表的是實際制造的元件尺寸。OCD采用寬頻光譜與入射的線性極化光來達成測量的目的,再借由復雜的數(shù)學模型分析反射光譜,獲取有關包括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見的方法。OCD提供了線寬量測以及復雜的結構輪廓分析的強大工具,可以快速測定全面CD以提

6、供先進的制程控制。近年來,基于橢偏儀結構的散射測量技術在國外已經(jīng)得到了廣泛應用,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。本課題就是針對反射法OCD在國內(nèi)的300毫米先進晶圓廠的首次應用,對其技術能力進行了一系列實驗評估。在90納米柵極蝕刻測量實驗中,評估了特征尺寸和側(cè)墻傾角等參數(shù)的動態(tài)精度與準確性。通過對柵極側(cè)面輪廓的測量,研究了散射測量技術在缺陷檢測上面的能力。對于復雜輪

7、廓的測量,評估了散射測量技術在90納米ONO Spacer結構的動態(tài)精度與準確性。在納米級技術節(jié)點,因為缺乏芯片與劃片槽上測試點之間的相關性,測量必須在芯片圖形上完成,實驗采用了片內(nèi)浮柵厚度測量,評估了OCD建模能力及片內(nèi)測量的準確性,此外,還對缺陷檢測方面進行了研究。
　　 本課題還對整合散射測量和先進工藝控制(APC)進行了一些探討,先進的APC系統(tǒng)能為更先進的技術節(jié)點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