关键尺寸和线宽测量

 

电路中每一元件所需的精确尺寸都要受全部工艺的控制和影响。垂直尺寸由掺杂和薄膜工艺设定,水平面尺寸在光刻掩膜区域形成,而作为此工艺的一部分,关键尺寸(CD)会在显影后的显微镜检测和最终显微镜检测时测量。

 

准线和图像对比尺寸测量

 

两种手动的显微测量方法:准线目镜和图像对比,常常用于测量表面图案尺寸。这两种方法对小尺寸都不很精确,但只限于实验室和培训室使用。准线测量目镜是一种安装在显微镜上的尺寸测量仪器,它以一个可移动的细线为特征,此细线是经过外界标准校正的,此外还有专门的计算方法来修正准线测量以获得更精确、更标准的尺寸。

 

准线系统很容易实现自动化。细线移动装置能够实现自动化,并且修正因子经编程可添加到计算机中,所以可以直接获得一个精确的宽度数值。比起在高功率显微镜下检查晶圆,使用可视监测器检测晶圆可大大减轻操作员的疲劳度。

 

用于显微镜的图像对比方法是另一个关键尺寸测量方法。它的设备控制允许操作员通过肉眼直接将图案分成两个图像。开始测量时,两张图像相互独立(参见下图),然后移动它们直到完全重合,初始值和终值的差异便是图形的宽度。像准线装置一样,图像对装置也必须经标准方法校正。

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反射

 

准线和图像对比这两种技术在使用过程中都有需要操作员做决定的步骤,这也是产生误差的源头之一。第三种尺寸测量仪器以反射为基础,像上述两种方法一样,操作员要在监测器上定位需要测量的图形,图形的一个边缘在屏幕上定位时要用一个大的标记来标识。此测量方法也能够实现自动化,激光束会自动沿测量方向扫描并记录下激光束的反射能量(参见下图)。当光束到达图形边缘时,会上升或下降到一个新表面。在这个新表面将产生一个与探测器中的记录不同的光束反射系数。图形的宽度就是从起点到反射产生变化点的差值,这个值会被自动读出。在这里操作员仅只需要确定起始点,这一点对获得恒定的精确度有重要的影响。

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因为此设备在设计时是读取它所感应到的反射率的第一个变化,所以这种方法存在局限性。一是不能测量带有多个台阶的图形,比如金属台阶;另外一个是带有斜坡边缘的图形,因为此时反射束呈现逐渐的变化而不是突然变化,这将给宽度测量带来很大困难。

 

一些尺寸测量显微镜使用发射光来进行掩模版关键尺寸的测量。光束由掩模版底部穿过,需要测量的图形在光束照射下移动,同时掩模版之上的探测器会在灯光被不透明图形挡住时开始进行感应,直到传感器再次探测到光线,这两点之间的水平距离便是图形尺寸。

 

图形度量衡学和光学关键尺寸(OCD)

 

下面关于扫描电镜(SEM)检测机器的描述同样是用于精确的线宽测量。在纳米时代,当使用铜金属化时,还对了解和控制在孔洞或表面岛区的截面形状(3D形状度量衡学)产生兴趣。可以用成熟的SEM实现这项任务,SEM直接将电子束扫过上表面、侧面和底面以重构精确的图形。测量直接在晶圆上进行。一个缺点是OCD不能测量孤立的线条。大目标是让OCD系统直接集成到工艺设备中,提供实时测量和工艺控制(参见下图)。

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各种表面检查技术和它们在制造工艺中的用途的总结列表在下图中。

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