先進(jìn)測(cè)量技術(shù)：更好的工藝控制，更高的成品率
摘要：傳統(tǒng)的測(cè)量技術(shù),比如特征尺寸掃描電子顯微鏡（CD-SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、橢偏儀、散射儀和其它一些設(shè)備,顯示出有希望不斷完善和能滿足極端的檢測(cè)、測(cè)量和測(cè)試的需求,并為45納米及更先進(jìn)的技術(shù)所應(yīng)用。建模的能力也將不得不發(fā)展以滿足挑戰(zhàn)。
為了工藝控制,先進(jìn)測(cè)量技術(shù)可以被分解入工藝集成,提供反饋和預(yù)見的能力,從而改善工藝和減少在工藝控制中浪費(fèi)的晶圓數(shù)量。獨(dú)立工具基本上用來提供反饋而不是預(yù)見,例如CD-SEM,斷面SEM,雙束流等等。
隨著新結(jié)構(gòu)、具有挑戰(zhàn)性的高寬比和材料的引入,需要不同的方法和測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校正。集成測(cè)量技術(shù)（IM）,比如光學(xué)特征尺寸（OCD）,將要求通過新途徑更快地開發(fā)模型,這是因?yàn)楫?dāng)一種工藝被引入時(shí),花六個(gè)月時(shí)間等待建模是不可接受的。
Applied Materials刻蝕組應(yīng)用和測(cè)量技術(shù)的項(xiàng)目經(jīng)理Izak Kapilevich指出集成了OCD能力的刻蝕系統(tǒng)能夠預(yù)見和反饋工藝監(jiān)控的數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)控晶圓流入,經(jīng)過刻蝕、流出時(shí),將構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。更加嚴(yán)格的參數(shù)控制可以使預(yù)見和精細(xì)調(diào)整刻蝕菜單成為可能,既節(jié)約了晶圓又節(jié)省了時(shí)間。困難在于,一個(gè)快速可靠的集成OCD系統(tǒng)需要一個(gè)模型庫：包括各種能預(yù)見的情況,如不同的材料、薄膜層的光學(xué)屬性等。
LER的問題
“CD-SEM不只是用于特征尺寸的測(cè)量,” Kapilevich說,“還有需求去做LER（線條邊緣粗糙度）和LWR（線條寬度粗糙度）的測(cè)量和表征;刻蝕菜單不僅要優(yōu)化CD的均勻性和匹配性,還要優(yōu)化由線條邊緣粗糙而引起的條紋。
Dean Dawson,Veeco Instruments公司半導(dǎo)體AFM設(shè)備的市場總監(jiān)認(rèn)為：光刻膠的LER在65納米節(jié)點(diǎn),對(duì)于CD預(yù)算來說占了非常大的一部分。 “AFM可能是除斷面技術(shù)外唯一的一種可以直接測(cè)量LER的技術(shù),并且它不附帶模型和取平均值帶來的不準(zhǔn)確性。這是因?yàn)樗苯釉谔卣鼽c(diǎn),如多晶柵極上,進(jìn)行三維測(cè)量。”他說。CD AFM將補(bǔ)充現(xiàn)有的測(cè)量技術(shù),它將在精確測(cè)量LER和LWR上作出努力。
在65納米以及更先進(jìn)的技術(shù)中,TEM斷面技術(shù)將用得越來越多。器件制造者越來越多地避免用斷面SEM,而是用斷面TEM來得到所需要的分辨率和精確度。這是昂貴并且耗費(fèi)勞力的。對(duì)于關(guān)鍵層次,工業(yè)界已經(jīng)把三維AFM作為選擇之一。它更快速,非破壞性,也更加便宜。
根據(jù)Applied Materials的研究,通孔和接觸孔變得更加復(fù)雜,對(duì)其形狀和尺寸進(jìn)行二維和多方位的測(cè)量。結(jié)果必須要看在特征點(diǎn)附近的總體表現(xiàn)。這就要求高分辨率的SEM設(shè)備。并且,因?yàn)闇y(cè)量要求在器件而不是測(cè)試結(jié)構(gòu)上進(jìn)行,這就要求測(cè)量技術(shù)是非破壞性的。在更高的電壓和劑量下,SEM提供了更好的分辨率,但這也破壞了它所測(cè)量的器件,特別是當(dāng)在晶圓上測(cè)多個(gè)點(diǎn)時(shí),這是我們所不愿看到的。
Gregg Higashi,Applied Materials負(fù)責(zé)前端產(chǎn)品組的CTO,指出：“人們?cè)噲D利用橢偏測(cè)量儀來測(cè)試厚度,但不幸的是,在小于50?的情況下,你不能同時(shí)得到薄膜的折射率和厚度。你必須首先假設(shè)折射率,然后再從這個(gè)折射率提取出厚度。”
Applied Materials最近在開發(fā)一種去耦合等離子體氮化硅（DPN）薄膜。富含的氮元素改變了下層薄膜的介電常數(shù),使柵氧化物變成一種中等K值的物質(zhì),這減小了由于膜非常薄而帶來的漏電流。然而,也使得折射率發(fā)生改變。Applied Materials已經(jīng)發(fā)現(xiàn)XPS對(duì)于這種等離子體氮化物薄膜是一種合適的測(cè)量手段,因?yàn)閄PS能測(cè)得氮元素的濃度,穩(wěn)定地測(cè)算出等價(jià)的氧化膜厚度。難點(diǎn)是高K值的材料,因?yàn)檫@將涉及到如何計(jì)算復(fù)合多組分的包含鉿、硅、氧和氮元素的薄膜的化學(xué)當(dāng)量。
FEI公司的fab產(chǎn)品市場總監(jiān)Todd Henry預(yù)測(cè)測(cè)量技術(shù)的拐點(diǎn)將出現(xiàn)在65納米和45納米技術(shù)節(jié)點(diǎn),為了支持性能上的需求和得到更高的封裝密度,新材料和新結(jié)構(gòu)
