[發明專利]基于微光斑平行光束的微結構關鍵尺寸OCD測試系統

有效

• 申請號: 201410165437.0
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103940337B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 陳樹強;楊小君;鄧浩
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 張楊

技術領域

本發明屬于半導體微電子計量領域，涉及實現微光斑平行光束入射的光學關鍵尺寸(OCD)測試系統。

技術背景

在半導體以及其他微電子產業中，芯片在經過集成電路設計者設計后通過加工設備以加工實現設計者所期望的結構。芯片的集成度很高，需要通過制版、光刻、刻蝕等一系列工藝使其結構(Pattern)在芯片中實現，因此芯片上的結構基本都呈周期性排列。但在工藝制作以后，其中的關鍵尺寸(CD)能否滿足設計要求則需要進行測試/分析。這樣的測試/分析在各個工藝階段以及工藝完成后都需要做，因此對芯片制造來說具有極其重要的意義。CD測試/分析的方法有多種，如：采用掃描電子顯微鏡(SEM)，原子力顯微鏡(AFM)等，但這些顯微鏡測試的技術或者需要復雜的真空環境，或者只能實現對表面輪廓的局部分析，無法實現對多層結構中非表面層(underlay)的測試，更不可能實現生產過程中的在線檢測。采用光學手段對CD測試/分析(通常稱為OCD)則能夠實現在線檢測，它對測試環境的要求簡單，且可對非表面層結構的分析，因此成為CD測試/分析中最主要的技術手段。該技術在國際上已有二十多年的發展歷史，早期的OCD測試只要采用普通的光束(毫米級直徑)就可以實現，分析技術中的電場模擬采用標量分析的近似，該方法最早由Haimann等人提出(Journal?of?Electrochemical?Socity,v.131,p.881,1984)，后來由Maynard等人(Journal?of?vacuum?Science?and?Technology)以及Lee等人(International?Conference?on?Characterization?and?Metrology?for?ULSI?Technology,Gaithersburg,MD,p.23-27,Mar.1998)在產業界得到應用，Li等在美國專利US?Patent7212293B1中對這中方法做了一些改進。但隨著集成度的提高，微結構中的幾何尺寸越來越小，標量分析這種近似方法已難以適應要求，更精確反映各種衍射信息的嚴格方法----矢量分析法被普遍采用，其中包括耦合波分析法(RCWA，Moharam等,Journal?of?Optical?Society?of?America,A12,n.5,p.1068-1076,1995)，以及頻域、時域有限差分法等。此外還有一些企業采用一些新的近似方法，但幾乎所有應用于OCD的模擬算法都假定光源為平行光。隨著以半導體集成電路為代表的微電子技術的發展，不僅結構上尺寸越來越小，而且允許測試的面積也減小。因此需要測試系統的光斑相應減小。當前普遍采用匯聚光束的方法減小光斑，讓測試位置位于聚焦的光斑點。但這種做法與基于模擬算法的軟件分析模型是有差異的(實際光源不再為模擬光源所假定的平行光)，這將直接影響測試/分析結果的準確性。工程實際中都經常是采用一些近似方法加以修改，但通常是大大增加了分析過程中計算的復雜性，嚴重影響了系統工作的效率；而在OCD測試/分析系統中，精度和效率是兩大關鍵問題，為了提高效率采用這些近似方法需要增加很多硬件上的投入，甚至有時不得不為了效率犧牲一些精度。因此，能直接實現微光斑平行光的測試系統顯得非常重要。

發明內容

對于傳統的OCD測量技術而言，隨著集成技術的發展，微結構的尺寸越來越小。目前主要有兩個方面的困難：一是光學衍射極限的限制；二是光斑尺寸相對于芯片尺寸過大，影響測試精度甚至無法實現測試/分析。為了克服光斑尺寸過大的問題，目前普遍采用聚焦方式，這雖然解決了測試問題，但由于測試系統和模擬分析模型的差別，在很多情況下，測試之后的分析過程中需要多耗費很多時間才能得到測試/分析的最后結果。為了解決這個問題，本發明公開了一種基于微光斑平行光束的微結構關鍵尺寸OCD測試系統，使得光源通過雙膠合透鏡組變為光束直徑約50μm的平行光，從而達到提高芯片測試精度、縮短測試之后數值分析時間的目的。

圖1所示系統是本發明的一種基于微光斑平行光束的微結構關鍵尺寸OCD測試系統，包括光源、壓縮透鏡組、待測周期結構、檢測器及數據處理器。光源激勵出光斑直徑大小為4.9-5.1mm的平行光，該光束通過壓縮透鏡組被壓縮為直徑為49-51μm的平行光，此平行光入射到安置臺上的待測周期結構表面，實現反射，檢測器檢測并提取反射光參數，最后通過數據處理器的電磁模擬/分析軟件優化分析反射光參數，反衍出待測結構的關鍵尺寸。