用于表征微电子特征部件质量的方法和装置制造方法及图纸

揭示了一种用于利用宽带白光表征微电子特征部件的质量的方法。一个高度准直的光源使用宽带多光谱光照射一个第一晶片的一个区域。然后测量从第一晶片散射的光的角分布。通常，改变光源、检测器、或二者的角度，并在每个角度进行角分布测量，产生第一晶片的散射特征标记。最后，把第一晶片的散射特征标记与一个具有良好质量的第二晶片的已知散射特征标记进行比较以确定第一晶片的质量。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路(IC)的制造。本专利技术具体涉及用于表征IC上的微电子特征部件质量的方法和装置。
技术介绍
集成电路的制造需要各种构成器件的材料被构图为所需电路元件。这种构图操作通常是通过淀积所需材料的一个均匀膜层完成的。然后利用光敏材料在该膜上形成“掩模”，并最终把暴露的材料蚀刻掉以留下希望的电路元件。集成电路的生产率和性能决定性地取决于所蚀刻的电路元件或特征部件的细微特征性质。这些重要的特征性质中的一些是线宽损失(底切或“偏置”)，侧壁角(斜度)，表面粗糙度，台阶边沿处存在的残余材料(“栅栏”或“纵梁”)，和所蚀刻的特征部件的基部的接触角(“基脚”)。这些蚀刻性质来自于蚀刻化学性质、等离子体物理性质、和蚀刻系统设计和维护的复杂相互作用。半导体设备制造的作用是研究硬件、工艺和控制系统，使得能够可靠地、可再现地产生特定条件组以产生希望的蚀刻特征性质。研究和优化蚀刻工艺和硬件的能力决定性地取决于能够测量这些重要性质的传感器和仪器的可用性。对于不能测量的性质，也就不能被优化或可靠地再现。此外，在蚀刻发生时的时间与在测量蚀刻性质时的时间之间的时延是非常大的。在执行蚀刻时进行的测量(例如通过终点的蚀刻速率检测)通常用于提供即时工艺反馈，并由此维持最佳结果。在蚀刻工艺之后立即执行的测量通常用于缺陷检测，并用于提供工艺偏差或硬件老化的“回合到回合”补偿。那些需要显著时延或人类交互和解释的测量通常用于基础工艺和硬件研究，但是通常不用于优化和维护该工艺。很多细微但是决定性的蚀刻性质(例如侧壁角，纵梁形成，残余等等)目前只能通过使用扫描电子显微术(SEM)或其它复杂测试技术来监测。这些技术是费时的，非常局部化的，经常对晶片造成损害，并且需要实质性的人类评估和解释。由此，在工艺和硬件研究中集中地使用SEM表征，而在把一个工艺维持在它的最佳条件时其可用性有限。SEM在集成电路制造中的主要应用是对通过某些其它方式检测的问题(例如生产率降低)进行详细分析和评估。由于蚀刻性质中的细微变化(通常会导致生产率损失)没有被有效地监测，大量的晶片处于危险状态。另一个用于分析晶片质量的技术是散射测量。散射测量基于对从所评估的晶片表面反射或散射的光的分析。当前可以得到的基于散射测量的传感器可以测量平均表面粗糙度，估计特征分布，和确定特征间距，周期性，和高度。这些传感器通常利用从特殊设计的周期性的、类似于衍射光栅的结构反射的单色激光来监测特征部件的性质。对于在晶片上的一个特殊测试结构的需要严重限制和复杂化了这些仪器对于工艺控制和/或实时缺陷检测的应用。而且，对于不同特征属性的测量需要不同的、特定的配置。鉴于上述，需要一种用于提供对晶片质量的指示的方法和系统，其不费时，不损伤晶片，并且不需要实质性的人类评估和解释。而且，该方法不应需要晶片上的特殊测试结构，并且应该在经济上可行。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种用于利用宽带白光表征微电子特征部件的质量的系统和方法来满足这些需要。在一个实施例中，一个高度准直的光源使用多光谱光照射一个第一晶片的一个区域。优选地，该高度准直的光源的角发散小于±1°，更优选小于±0.5°。然后测量从第一晶片散射的光的角分布。通常，改变光源、检测器或二者的角度，并在每个角度进行角分布的测量，产生第一晶片的散射特征标记(scatter signature)。最后，把第一晶片的散射特征标记与一个具有良好质量的第二晶片的已知散射特征标记进行比较以确定第一晶片的质量。在另一个实施例中，揭示了一种用于利用宽带白光表征微电子特征部件的质量的装置。该装置包括一个宽带准直光源，该光源适合于利用一个光束照射一个第一晶片的一个表面。该装置进一步包括一个光检测器，该光检测器适合于感测从第一晶片的被照射表面散射的光。最后，还包括一个计算机，用于把第一晶片的散射特征标记与一个具有良好质量的第二晶片的已知散射特征标记进行比较。在本专利技术的再一个实施例中，揭示了一种用于制造具有被监测的特征性质的集成电路结构的方法。该方法通过使用一个高度准直的光源照射一个第一晶片的一个区域来开始，其中该光源产生宽带多光谱光。优选地，该高度准直的光源的角发散小于±1°，更优选小于±0.5°。然后测量从第一晶片散射的光的角分布。通常，改变光源、检测器或二者的角度，并在每个角度进行角分布的测量，产生第一晶片的散射特征标记。然后把第一晶片的散射特征标记与一个具有良好质量的第二晶片的已知散射特征标记进行比较以确定第一晶片的质量。最后，通过一系列半导体工艺处理该晶片以形成集成电路。有利地，本专利技术以及时的方式提供了晶片质量的指示。而且，由于可以容易地在一个计算机系统中分析散射特征标记，本专利技术不需要实质性的人类评估和解释。最后，由于本专利技术提供晶片质量数据而无需复杂的设备，因此系统成本保持相对较低。附图说明通过以下结合附图的说明，可以对本专利技术及其进一步优点有最好的理解，其中 图1显示根据本专利技术的一个实施例用于使用宽带白光表征微电子特征部件的质量的系统；图2是根据本专利技术的另一个实施例从一个晶片的表面散射的光的散射特征标记的曲线图；图3是根据本专利技术的再一个实施例具有相关质量界限的散射特征标记的曲线图；图4是显示根据本专利技术的一个实施例一个“白”光源和一个单色光源的散射特征标记的曲线图；图5A显示根据本专利技术的一个方面的一个固定光配置；图5B显示根据本专利技术的另一个方面的一个固定检测器配置；图5C显示根据本专利技术的另一个方面的一个可变配置；图5D显示根据本专利技术的另一个方面的一个固定-可变配置；图6显示根据本专利技术的一个实施例用于利用宽带白光表征微电子特征部件的质量的系统图；图7显示根据本专利技术的另一个实施例的一个同轴配置；图8是显示根据本专利技术的一个实施例的用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法的流程图；图9是显示根据本专利技术的另一个实施例的用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法的流程图；图10是显示根据本专利技术的一个实施例的用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法的流程图；图11是显示根据本专利技术的一个实施例的用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法的流程图。专利技术详述所揭示的方法用于利用成角度分解的宽带白光来表征微电子特征部件的质量。在下面的说明中，给出了很多特定细节以提供对本专利技术的完全理解。但是，本领域技术人员应该明白，本专利技术可以在没有部分或全部这些特定细节的情况下实施。在其它情况下，为了不使本专利技术混淆，没有详细说明公知的工艺步骤。图1显示根据本专利技术的一个实施例用于使用宽带白光表征微电子特征部件的质量的系统10。该系统10包括一个光源12，一个光检测器14，电机16，和一个计算机控制的数据采集和扫描角控制器18。优选地，如下所详细说明的，光源12被充分地进行准直校准，以产生窄范围的入射角。在使用时，准直光源12利用一个光束22照射晶片20的区域21。光源12产生的光束22最好在光谱上是宽广的。如前所述，常规散射测量方法通常是使用单色光(通常来自一个激光器)执行的。本专利技术优选地使用一个光谱宽广的宽带光源(在约200nm到900nm的范围内)，以使得入射照射的相干长度较短。以此方式，对应于大规模结构(例如电路图形的细节)的晶片空间信息在散射特征分布(scattering profile)中被抑制。接着，使用光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法，包括以下操作：利用一个高度准直的光源照射一个第一晶片的一个区域，其中该光源是宽带多光谱光；测量从第一晶片散射的光的角分布；和把第一晶片的散射特征标记与一个第二晶片的已知散射特征标记进行比较 。

【技术特征摘要】
US 1999-9-29 09/408,4191.一种用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法，包括以下操作利用一个高度准直的光源照射一个第一晶片的一个区域，其中该光源是宽带多光谱光；测量从第一晶片散射的光的角分布；和把第一晶片的散射特征标记与一个第二晶片的已知散射特征标记进行比较。2.根据权利要求1所述的方法，其中该光源是在约200nm到900nm范围内的宽带光。3.根据权利要求1所述的方法，其中被照射区域的直径不小于晶片上的一个重复单元尺寸的50％。4.根据权利要求1所述的方法，其中该光源设置在一个固定角度，该固定角度在约垂直于表面的0°到70°的范围内。5.根据权利要求4所述的方法，其中在约-70°到+70°的范围内的多个角度处收集散射强度的测量数据。6.根据权利要求1所述的方法，其中该光源从约0°到+70°的范围内的多个角度照射晶片。7.根据权利要求6所述的方法，其中在约垂直于表面的0°到70°的范围内的一个固定角度收集散射强度的测量数据。8.根据权利要求6所述的方法，其中在约-70°到+70°的范围内的多个角度处收集散射强度的测量数据。9.根据权利要求6所述的方法，其中在一个与光源角具有固定偏角的可变角度收集散射强度的测量数据。10.根据权利要求9所述的方法，其中该固定偏角是0°。11.一种用于监测所蚀刻晶片的特征性质的装置，包括宽带准直光源，适...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰德尔S穆特，阿尔伯特J拉姆，麦克维兰，安德鲁维柯斯库尼，
申请(专利权)人：拉姆研究公司，威利蒂器械公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]