[發(fā)明專利]光刻掩模版鉻膜厚度測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410543262.2
• 申請日: 2014-10-01
• 公開（公告）號: CN104359412A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳開盛;曹莊琪;沈益翰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海光刻電子科技有限公司
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種測量方法，特別是一種光刻掩模版鉻膜厚度測量方法，屬于物理測量領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

鉻是一種銀白色的金屬，硬度很大，而且化學性質(zhì)極穩(wěn)定，在常溫下，放在空氣中或浸在水里，不會生銹，因此用玻璃基上的鉻膜制作掩模版是光刻技術(shù)的不二選擇。近三十年來，隨著微電子技術(shù)特別是集成電路的發(fā)展，薄膜厚度及關(guān)鍵尺寸線寬測量的研究和應用取得了長足進步。納米級金屬薄膜的生長、表征以及其厚度的非接觸、非破壞精確測量顯得尤為重要。目前，通常金屬薄膜厚度的測量方法包括四點探針法、電渦流法、X射線吸收法、X熒光法、激光超聲檢測等技術(shù)。但四點探針法會對硅片表面造成損傷，X射線吸收法與X熒光法具有放射性，不適宜于在一般的環(huán)境中應用。而電渦流法一般只能測量微米尺度以上的金屬膜。光學方法具有測量精度高，成本低，可采用多探頭測量，測量區(qū)域大的優(yōu)點。但是光學測量方法由于光穿透能力的限制，儀可用于測量透明或半透明的金屬薄膜，這就要求待測金屬膜對激發(fā)光的吸收很小，而金屬鉻幾乎在整個光波長范圍內(nèi)介電系數(shù)的虛部都很大，表明對光有極強的吸收，因此采用常用光學方法難以測量鉻膜的厚度。經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利號為5034617和中國專利號為02136611.X，這兩個專利都提出了一種測量光學薄膜厚度的方法。但這些方法僅能測最介質(zhì)薄膜的厚度，無法測量金屬薄膜的厚度。利用表面等離子波的雙波長法，雖然可測量50納米左右的貴金屬(金、銀和銅等)薄膜的厚度，但對鉻膜卻無能為力，而且這種方法的測量范圍僅在40nm～60nm范圍，無法擴展到幾個納米和100nm的范圍。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提出一種利用中紅外光源激發(fā)長程表面等離子共振的測量方法及其裝置。該方案能測量強吸收金屬薄膜厚度，具有靈敏度高，測量時間短，實用性強的優(yōu)點，而且鉻膜厚度的有效測量范圍可從5nm擴展到100nm。?

本發(fā)明是一種光刻掩模版鉻膜厚度測量方法，該測量方法采用中紅外激光經(jīng)TM偏振后在光刻掩模版鉻膜表面激發(fā)長程表面等離子共振，通過攜帶著鉻膜厚度參數(shù)信息的衰減全發(fā)射光的探測，測量出光刻掩模版鉻膜厚度；該測量方法基于一個包括了棱鏡耦合長程表面等離子共振激發(fā)結(jié)構(gòu)A和光電發(fā)射與信號探測模塊B的測量裝置，其特征在于：?

棱鏡耦合長程表面等離子共振激發(fā)結(jié)構(gòu)A，由玻璃棱鏡1、匹配液2、玻璃墊圈3、鉻膜4、石英玻璃襯底5、基板6、液體進口7、液體出口8等部件組成，其特征在于：?

玻璃墊圈3膠合于玻璃棱鏡1的底面，鉻膜4沉積在石英玻璃襯底5上，玻璃棱鏡1為三角形棱鏡，材料為光學玻璃，其折射率范圍為1.60～1.80之間；?

石英玻璃襯底5膠合于基板6，石英玻璃襯底5的厚度小于玻璃墊圈3，兩者厚度之差使玻璃棱鏡1的底面與鉻膜4之間形成一空腔，該空腔存放折射率與石英玻璃襯底5相同的匹配液2。空腔的厚度由鉻膜4厚度的測量范圍確定，當鉻膜4厚度測量范圍為5nm～20nm時，空腔厚度定40um；而當鉻膜4厚度測量范圍為20nm～100nm時，空腔厚度定為8.5um。?

基板上開兩個通孔，分別是棱鏡耦合長程表面等離子共振激發(fā)結(jié)構(gòu)的液體進口7和液體出口8，匹配液2由液體進口7進入，而廢棄匹配液通過液體出口8排出。?

光電發(fā)射與信號探測模塊B，由中紅外He-Ne激光器9、偏振鏡10和熱輻射探測器11等部件組成，其特征在于：?

中紅外He-Ne激光器9發(fā)射波長為λ＝3.391um的平行光經(jīng)偏振鏡10后以一定角度入射于玻璃棱鏡1的底面，反射光投影到熱輻射探測器11，隨著入射角的變化，形成反射率一入射角度曲線。?

長程表面等離子共振激發(fā)的標志是反射率一入射角度曲線上的衰減全反射(ATR)吸收峰，由于ATR吸收峰的角位置是光刻掩模版鉻膜厚度的靈敏函數(shù)，因此可根據(jù)ATR吸收峰的角位置來確定光刻掩?模版鉻膜的厚度。?

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：(1)采用中紅外He-Ne激光λ＝3.391um激發(fā)鉻膜與兩側(cè)介質(zhì)界面上的長程表面等離子共振，產(chǎn)生衰減全反射(ATR)吸收峰。由于ATR峰的角位置是鉻膜厚度的靈敏函數(shù)，因此，可根據(jù)反射率-入射角曲線上的ATR峰的角位置確定鉻膜厚度；(2)測量范圍可分為5nm～20nm和20nm～100nm兩檔，測量的分辨率分別為0.001°/nm和0.003°/nm；(3)測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉。?

參考文獻?