[發明專利]基材上圖案的測量系統及方法

在審

• 申請號: 202010317565.8
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111948908A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 全祥求
• 申請（專利權）人: 全祥求
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;H01L21/66
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 熊永強

本發明公開了基材上圖案的測量系統及方法。所述方法可包括：制備具有有機圖案的基材，將激發光導向基材上的有機圖案，從有機圖案發射熒光，探測從有機圖案發射的熒光強度，根據探測到的熒光強度，確定基材上有機圖案的體積。

背景技術

本發明涉及基材上結構或圖案的體積和臨界尺寸(CD)測量與控制，尤其涉及含半導體晶圓的基材上結構和圖案的測量系統及方法。

半導體器件速度提高和通信鏈路帶寬增加，提升了計算能力和信息共享能力。處理器和存儲器等半導體器件速度有所提高，需要更為嚴格的設計規則。相應地，寬度小于1微米以及更小寬度的圖案正在形成。同樣，光纖鏈路用發射機(例如分布反饋激光器)需要生成具有亞微米體積和臨界尺寸(CD)的周期性結構。

產生亞微米體積和CD的處理方法通常采用光刻工藝。光刻工藝是一種微細加工技術，即利用分辨率非常高的成像系統，在有機光敏材料(通常稱為光刻膠)中傳輸器件的圖像，從而形成潛影圖案的一種技術。這些潛影圖案可以發展成浮雕圖案，作為結構或刻蝕掩模，在底層材料中創建結構和圖案。后續微細加工工藝利用等離子刻蝕將光刻膠中的浮雕圖案轉移到永久或臨時結構上，形成半導體器件圖案或其部分。由此產生的浮雕圖案尺寸會直接影響到器件的性能。因此，通過精確控制尺寸即可得到正常運行的半導體器件。尺寸控制不當則會引起器件失效。

傳統的尺寸計量方法采用高度放大的電子顯微鏡圖像，如10萬-50萬倍放大率，并采用掃描電子顯微鏡測量晶圓上給定的圖案寬度。測量用SEM(掃描電子顯微術)可用于單個器件的測量，或者可以采用CD(臨界尺寸)SEM。實際上，測量目標圖案圖像可以在局部區域內捕獲。信號波形模式通過在測量點之間添加該輪廓尺寸中檢測到的左右圖案的平均值，縱向創建圖像輪廓，然后按距離計算圖案大小。掃描電子顯微術是一種用于測量器件尺寸和任何種類形狀和尺寸的十分有用的技術。

然而，電子顯微鏡成像過程非常緩慢。另一個挑戰則在于SEM成像還需要使用真空法。因此，與光刻工藝的生產速度相比，總體測量速度非常慢。由于存在上述挑戰，SEM成像受到所測量器件數量的限制，特別是大批量生產。

采樣和測量結果的局限性導致很多問題直到對最終器件進行電氣檢測為止，依然隱藏而且無法檢測。器件尺寸控制失效導致器件性能下降，甚至無法工作。因此，對更多晶圓面積和更多總晶圓的測量需求日益增加。

另一種計量方法是利用光的衍射性質進行計量，稱為散射測量。散射測量也可用于測量線寬，但該方法需要用到與入射光束成不同角度布置的幾個探測器，以測量不同的衍射級。

例如，Clark等人的第5114233號美國專利介紹了一種用于檢驗刻蝕工件的方法，其中，一束相干光照射到工件上，測量幾個衍射級的散射光強度。然后，計算每次強度測量的空間頻率。優選安裝在旋轉臂上的光電二極管可探測到散射光，旋轉臂軸應與工件的目標區域對齊。角度范圍約為90度至180度，在此范圍內進行數百次強度測量并加以記錄。隨后，將強度-空間頻率的包絡線近似為矩陣，并根據該矩陣確定主要分量。對工件的刻蝕特性進行關聯，如底切輪廓或錐狀輪廓。雖然是無損檢測，但由于需要掃描的衍射角范圍，很難在真空腔室中實現原位處理。

散射測量是一種很有用的工具，用于測量具有周期性結構的小結構，但是無法測量非周期結構，也很難測量長周期結構。在實際器件制作過程中，需要對器件圖案進行監測。然而，有很多器件圖案并不具有周期性。此外，底層結構的變化增加了過多的散射測量模型參數，因此只能使用專門設計的目標。