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上網(wǎng)時間：2003年01月28日
| 這篇技術(shù)文章討論了幾何尺寸如何突破0.1μm臨界值以及特徵輪廓測量如何成為控制蝕刻製程的關(guān)鍵因素。 半導(dǎo)體元件特徵尺寸的不斷減小推動著先進測量方法的發(fā)展。當(dāng)幾何尺寸低於0.1μm臨界值時，特徵輪廓測量成為控制光刻及蝕刻製程的關(guān)鍵因素，它有助於提高量產(chǎn)的良率。 傳統(tǒng)CD測量方法已接近先進半導(dǎo)體元件解析度的有效極限，如臨界尺寸掃描電子顯微鏡（CD-SEM）和基於影像的傳統(tǒng)光學(xué)方法。由於它們採用自上而下的觀測方法，因此局限性很大，無法提供邊緣及底部的特徵數(shù)據(jù)，從而也不能提供不規(guī)則器件的相關(guān)數(shù)據(jù)。雖然特徵數(shù)據(jù)可以藉由SEM橫截面獲得，但這種方法必須離線執(zhí)行，而且費時費力，還可能具有破壞性。 |
臨界尺寸發(fā)散對稱法
為了解決CD-SEM和基於影像的傳統(tǒng)光學(xué)CD方法所面臨的局限性，基於散射測量法（Scatterometry） 的光學(xué)參數(shù)測量法已經(jīng)成為新興的CD測量方法。散射測量法利用反射對稱法或橢圓對稱法測量產(chǎn)生的光信號，即測量在透明薄膜上形成的包含對稱線/間隔陣列的光柵結(jié)構(gòu)。藉由目標器件上光反射、衍射及折射的相互作用可從反射信號中擷取相位及密度資訊，這些資訊可用於採用嚴格耦合波分析（RCWA）的計算建模方法重建特徵模式的輪廓。
現(xiàn)有的散射測量法CD及輪廓測量方法使用了各種光信號採集法，它們的複雜性不同，檢測故障的能力也不一樣。此外，重構(gòu)CD及輪廓的發(fā)散對稱法數(shù)據(jù)建模有兩種主要途徑，一種為與解決方案資料庫相結(jié)合的離線建模，另一種為線上即時直接回歸方案計算。
光信號採集的三種方法廣泛用於散射測量法臨界尺寸CD應(yīng)用中：
- 採用普通入射角的反射對稱法。這種方法將密度與波長相比較。
- 2角單波長橢圓對稱法。這種方法是將密度及相位與入射角的變化作比較。
- 採用切線入射角的分光鏡橢圓對稱法。它將密度和相位與波長作比較
這三種方法在品質(zhì)和產(chǎn)生光信號的資訊內(nèi)容上存在顯著區(qū)別。普通入射反射對稱法支援快速採集數(shù)據(jù)，但不提供相位資訊，對再次進入或過切的邊牆輪廓不敏感。變角橢圓對稱法及分光鏡橢圓法雖然數(shù)據(jù)採集速度慢，但由於入射角近似切線，且信號中包含的資訊量大，它們能提供更多關(guān)於形狀和輪廓的數(shù)據(jù)。
重構(gòu)特徵參數(shù)的數(shù)據(jù)建?？蓲裼镁€上方式，即採用即時回歸法尋找方案，也可採用離線方式，將捕獲的頻譜與儲存的方案資料庫進行比較。RCWA利用晶圓的光柵結(jié)構(gòu)計算光的衍射以模擬SE或光柵獨特結(jié)構(gòu)（輪廓、CD、角、薄膜厚度）所對應(yīng)的反射對稱信號。由於光信號中所含資訊量減少了，因此普通入射角反射對稱法及2θ橢圓對稱法所使用的RCWA模型的複雜性有所降低。由於分光鏡橢圓對稱法輸出信號中資訊量增多，它所使用的RCWA模型變得複雜一些，也可以構(gòu)建更詳細的輪廓。
即時回歸法直到近期才被限制用於普通入射角反射光度法及2θ橢圓光度法信號的建模。這兩種方法可以進行計算，只需幾秒鐘即可得出結(jié)果，但這只是因為起始數(shù)據(jù)內(nèi)容少。這些結(jié)果反過來又進行非複雜的結(jié)構(gòu)近似，如矩形和梯形，它們不能提供更詳盡的輪廓資訊，以便在高級器件的光刻製程中有效地實現(xiàn)製程控制。
相反地，與方案資料庫共同使用的離線建模方法卻能進行更複雜的計算，這是因為它與測量工具的計算量並不直接相關(guān)。它將採集的頻譜數(shù)據(jù)與儲存的方案資料庫進行比較，資料庫中的每種方案都包含以前計算的光譜，並涵蓋了製程參數(shù)中各種已知的變化。所獲取數(shù)據(jù)與儲存數(shù)據(jù)的*匹配被確定為測量結(jié)果。低成本的PC硬體和定製的搜索引擎可在一秒鐘內(nèi)將測量的頻譜與預(yù)先計算的方案相匹配。
直到zui近才發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)*整體性能的方法是將基於離線庫的建模方法與分光計橢圓光度測量法結(jié)合起來，這樣既具有豐富的數(shù)據(jù)資訊，還能實現(xiàn)複雜的建模功能，因此可提供高品質(zhì)的CD測量結(jié)果和輪廓形狀資訊。重構(gòu)的輪廓與從截面SEM獲取的圖像*相關(guān)。0.1μm以下的特徵測量精密度達次奈米級。但是，當(dāng)條件快速變化時，資料庫產(chǎn)生時間及參數(shù)化會使這種方法出現(xiàn)問題。
突破性散射測量法進展
理想的散射測量法必須將資訊量大的分光計橢圓光度法與具有複雜輪廓計算功能的即時回歸建模方法結(jié)合起來。zui近已經(jīng)推出了具有這種功能的測量系統(tǒng)。它採用突破性的軟體專利算法，用現(xiàn)有的CPU即可承擔(dān)計算負荷，性能、速度或輪廓複雜性都不會受影響，其結(jié)果可在幾秒鐘內(nèi)計算完成，整個外形輪廓精密度可達次奈米級。
由於這種新方法允許迅速修改配方，而且新結(jié)構(gòu)的設(shè)置過程也很快，因此它可作為獨立使用工程及製程開發(fā)或晶圓/混合製造環(huán)境的光測量平臺。對於整合測量產(chǎn)品而言，成本是其重要因素，基於庫的分光計橢圓光度法能以合理的成本實現(xiàn)所需的速度及精密度
。
應(yīng)用
在淺溝隔離及波紋整合應(yīng)用中，製程變化可能會造成凹角、溝槽、T型頂及其它異常形狀，這些問題將會在後續(xù)製程中引起沈積薄膜空缺及破裂。在一些關(guān)鍵的閘極製程中，異常問題還會導(dǎo)致減產(chǎn)，如過切、微槽和凹槽。在這些應(yīng)用場合下，光刻法及蝕刻製程工程師們需要提供完整而精確外形資訊的CD測量工具，而不是簡單地作矩形或梯形近似。
| 在過去兩年中，先進的半導(dǎo)體器件製造商們已經(jīng)將基於SE工具及離線資料庫的建模方法用於門開發(fā)檢測（DI）及zui終檢測（FI） CD領(lǐng)域。這種具有即時回歸建模的SE新工具已經(jīng)成功地証明了其性能在這些領(lǐng)域及STI和波紋槽溝等應(yīng)用中是接近的。 小結(jié) 高級半導(dǎo)體器件的特徵尺寸向0.1μm技術(shù)發(fā)展，傳統(tǒng)CD測量工具不能為工程師們提供實現(xiàn)有效製程控制及產(chǎn)量管理所需的詳盡輪廓資訊。本文介紹了一種完整的散射測量方案，它將即時建模與基於庫的建模方法結(jié)合起來，可實現(xiàn)晶圓製造所需的高性能CD散射測量功能。 Andrew H. Shih |
此文章源自《電子工程專輯》： http://www.eettaiwan.com/article_content.php3?article_id=8800297684
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