用於表徵微電子特徵部件質量的方法和裝置的製作方法

2023-04-24 14:20:01 7

專利名稱：用於表徵微電子特徵部件質量的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路(IC)的製造。本發明具體涉及用於表徵IC上的微電子特徵部件質量的方法和裝置。
背景技術：
集成電路的製造需要各種構成器件的材料被構圖為所需電路元件。這種構圖操作通常是通過澱積所需材料的一個均勻膜層完成的。然後利用光敏材料在該膜上形成「掩模」，並最終把暴露的材料蝕刻掉以留下希望的電路元件。
集成電路的生產率和性能決定性地取決於所蝕刻的電路元件或特徵部件的細微特徵性質。這些重要的特徵性質中的一些是線寬損失(底切或「偏置」)，側壁角(斜度)，表面粗糙度，臺階邊沿處存在的殘餘材料(「柵欄」或「縱梁」)，和所蝕刻的特徵部件的基部的接觸角(「基腳」)。這些蝕刻性質來自於蝕刻化學性質、等離子體物理性質、和蝕刻系統設計和維護的複雜相互作用。
半導體設備製造的作用是研究硬體、工藝和控制系統，使得能夠可靠地、可再現地產生特定條件組以產生希望的蝕刻特徵性質。研究和優化蝕刻工藝和硬體的能力決定性地取決於能夠測量這些重要性質的傳感器和儀器的可用性。對於不能測量的性質，也就不能被優化或可靠地再現。
此外，在蝕刻發生時的時間與在測量蝕刻性質時的時間之間的時延是非常大的。在執行蝕刻時進行的測量(例如通過終點的蝕刻速率檢測)通常用於提供即時工藝反饋，並由此維持最佳結果。在蝕刻工藝之後立即執行的測量通常用於缺陷檢測，並用於提供工藝偏差或硬體老化的「回合到回合」補償。那些需要顯著時延或人類交互和解釋的測量通常用於基礎工藝和硬體研究，但是通常不用於優化和維護該工藝。
很多細微但是決定性的蝕刻性質(例如側壁角，縱梁形成，殘餘等等)目前只能通過使用掃描電子顯微術(SEM)或其它複雜測試技術來監測。這些技術是費時的，非常局部化的，經常對晶片造成損害，並且需要實質性的人類評估和解釋。由此，在工藝和硬體研究中集中地使用SEM表徵，而在把一個工藝維持在它的最佳條件時其可用性有限。SEM在集成電路製造中的主要應用是對通過某些其它方式檢測的問題(例如生產率降低)進行詳細分析和評估。由於蝕刻性質中的細微變化(通常會導致生產率損失)沒有被有效地監測，大量的晶片處於危險狀態。
另一個用於分析晶片質量的技術是散射測量。散射測量基於對從所評估的晶片表面反射或散射的光的分析。當前可以得到的基於散射測量的傳感器可以測量平均表面粗糙度，估計特徵分布，和確定特徵間距，周期性，和高度。這些傳感器通常利用從特殊設計的周期性的、類似於衍射光柵的結構反射的單色雷射來監測特徵部件的性質。對於在晶片上的一個特殊測試結構的需要嚴重限制和複雜化了這些儀器對於工藝控制和/或實時缺陷檢測的應用。而且，對於不同特徵屬性的測量需要不同的、特定的配置。
鑑於上述，需要一種用於提供對晶片質量的指示的方法和系統，其不費時，不損傷晶片，並且不需要實質性的人類評估和解釋。而且，該方法不應需要晶片上的特殊測試結構，並且應該在經濟上可行。

發明內容
本發明通過提供一種用於利用寬帶白光表徵微電子特徵部件的質量的系統和方法來滿足這些需要。在一個實施例中，一個高度準直的光源使用多光譜光照射一個第一晶片的一個區域。優選地，該高度準直的光源的角發散小於±1°，更優選小於±0.5°。然後測量從第一晶片散射的光的角分布。通常，改變光源、檢測器或二者的角度，並在每個角度進行角分布的測量，產生第一晶片的散射特徵標記(scatter signature)。最後，把第一晶片的散射特徵標記與一個具有良好質量的第二晶片的已知散射特徵標記進行比較以確定第一晶片的質量。
在另一個實施例中，揭示了一種用於利用寬帶白光表徵微電子特徵部件的質量的裝置。該裝置包括一個寬帶準直光源，該光源適合於利用一個光束照射一個第一晶片的一個表面。該裝置進一步包括一個光檢測器，該光檢測器適合於感測從第一晶片的被照射表面散射的光。最後，還包括一個計算機，用於把第一晶片的散射特徵標記與一個具有良好質量的第二晶片的已知散射特徵標記進行比較。
在本發明的再一個實施例中，揭示了一種用於製造具有被監測的特徵性質的集成電路結構的方法。該方法通過使用一個高度準直的光源照射一個第一晶片的一個區域來開始，其中該光源產生寬帶多光譜光。優選地，該高度準直的光源的角發散小於±1°，更優選小於±0.5°。然後測量從第一晶片散射的光的角分布。通常，改變光源、檢測器或二者的角度，並在每個角度進行角分布的測量，產生第一晶片的散射特徵標記。然後把第一晶片的散射特徵標記與一個具有良好質量的第二晶片的已知散射特徵標記進行比較以確定第一晶片的質量。最後，通過一系列半導體工藝處理該晶片以形成集成電路。
有利地，本發明以及時的方式提供了晶片質量的指示。而且，由於可以容易地在一個計算機系統中分析散射特徵標記，本發明不需要實質性的人類評估和解釋。
最後，由於本發明提供晶片質量數據而無需複雜的設備，因此系統成本保持相對較低。


通過以下結合附圖的說明，可以對本發明及其進一步優點有最好的理解，其中
圖1顯示根據本發明的一個實施例用於使用寬帶白光表徵微電子特徵部件的質量的系統；圖2是根據本發明的另一個實施例從一個晶片的表面散射的光的散射特徵標記的曲線圖；圖3是根據本發明的再一個實施例具有相關質量界限的散射特徵標記的曲線圖；圖4是顯示根據本發明的一個實施例一個「白」光源和一個單色光源的散射特徵標記的曲線圖；圖5A顯示根據本發明的一個方面的一個固定光配置；圖5B顯示根據本發明的另一個方面的一個固定檢測器配置；圖5C顯示根據本發明的另一個方面的一個可變配置；圖5D顯示根據本發明的另一個方面的一個固定-可變配置；圖6顯示根據本發明的一個實施例用於利用寬帶白光表徵微電子特徵部件的質量的系統圖；圖7顯示根據本發明的另一個實施例的一個同軸配置；圖8是顯示根據本發明的一個實施例的用於監測所蝕刻晶片的特徵性質的方法的流程圖；圖9是顯示根據本發明的另一個實施例的用於監測所蝕刻晶片的特徵性質的方法的流程圖；圖10是顯示根據本發明的一個實施例的用於監測所蝕刻晶片的特徵性質的方法的流程圖；圖11是顯示根據本發明的一個實施例的用於監測所蝕刻晶片的特徵性質的方法的流程圖。
發明詳述所揭示的方法用於利用成角度分解的寬帶白光來表徵微電子特徵部件的質量。在下面的說明中，給出了很多特定細節以提供對本發明的完全理解。但是，本領域技術人員應該明白，本發明可以在沒有部分或全部這些特定細節的情況下實施。在其它情況下，為了不使本發明混淆，沒有詳細說明公知的工藝步驟。
圖1顯示根據本發明的一個實施例用於使用寬帶白光表徵微電子特徵部件的質量的系統10。該系統10包括一個光源12，一個光檢測器14，電機16，和一個計算機控制的數據採集和掃描角控制器18。優選地，如下所詳細說明的，光源12被充分地進行準直校準，以產生窄範圍的入射角。
在使用時，準直光源12利用一個光束22照射晶片20的區域21。光源12產生的光束22最好在光譜上是寬廣的。如前所述，常規散射測量方法通常是使用單色光(通常來自一個雷射器)執行的。本發明優選地使用一個光譜寬廣的寬帶光源(在約200nm到900nm的範圍內)，以使得入射照射的相干長度較短。以此方式，對應於大規模結構(例如電路圖形的細節)的晶片空間信息在散射特徵分布(scattering profile)中被抑制。
接著，使用光檢測器14測量從晶片20的表面散射的光的強度。在一個實施例中，電機16用於圍繞晶片20掃過入射角24和散射角26。通過移動光源12，可以改變光束22與晶片20表面之間的入射角24。同樣，通過移動光檢測器14，可以改變散射光束28與晶片20表面之間的散射角26。
電機16由計算機控制的數據採集和掃描角控制器18控制。而且，計算機控制的數據採集和掃描角控制器18用於分析由光檢測器14從散射光收集的光強度數據。
如上所述，光束22最好充分準直以確保相對於照射區域21的一側的散射角26實質上與相對於照射區域21的另一例的散射角26相同。優選地，高度準直的光源12的角發散小於±1°，更優選小於±0.5°。光束22的射線在從光源21傳送到被照射區域21時最好是平行的，以便同等地照射晶片的每個特徵部件。同樣，將被檢測的散射光28的射線在從被照射區域21傳送到光檢測器14時最好是平行的，以便在單個角度測量來自每個特徵部件的光。其結果是對每個特徵部件如何與光相互作用的分布的測量。
而且，由光源12產生的光束最好在光譜上是寬廣的。如前所述，常規散射測量方法通常是使用單色光(通常由雷射器產生)來執行的。本發明優選使用一個在光譜上寬廣的寬帶光源以確保入射照射的相干長度較短。以此方式，對應於大規模結構(例如電路圖形的細節)的晶片空間信息在散射特徵標記中被抑制。
此外，照射區域21最好較大以便使得光強度測量值對於晶片20內的相對管芯位置不敏感。而且，大光斑尺寸極大簡化了把本發明實際地、節省成本地集成為一個生產工具。小照射區域21使得散射光對在一個特定照射區域21中照射的特定特徵部件非常敏感。而且，特徵尺寸的變化沒有得到平衡(averagedout)。
希望在晶片20上有一個合理程度的空間平均。因此，照射區域21最好處於晶片20上存在的平均管芯尺寸的數量級。以此方式，當照射區域21在晶片20上移動時照射區域21內的特徵部件不改變。優選地，照射區域21不小於晶片上的一個重複單元尺寸的50％。
而且，希望平均晶片20上的管芯之間的位置線(scribe line)，否則該工藝將對照射區域21的精確放置敏感。如果需要把照射區域21放置在一個管芯區域內而不包括任何位置線，該工藝將被限制為僅用於預定尺寸的管芯。在這種工藝中，任何較小的管芯都將包括位置線，因此，由於位置線沒有被平均，將破壞測量。因此，最好使用本發明平均位置線。
為了實現這一點，通常把大約一半的照射區域21放置在一個第一管芯上，而把另一部分照射區域21放置在一個第二管芯上。以此方式，位置線被包括在測量中，其是由光檢測器所記錄的總散射信號中的一個相對較小部分。而且，使用一個大的照射區域21會使得散射信號中位置線所佔的部分與散射信號中實際電路所佔的部分之比率在整個測量過程中保持恆定。因此，使用一個大照射區域21減小了相對於晶片上的一個管芯定位照射區域21時所需的精度，並因此減小或消除了對用於照射定位的高成本圖像識別系統的需要。
接著參見圖2，顯示了根據本發明的另一個實施例從晶片表面散射的光的散射特徵標記52的曲線圖50。散射特徵標記52是作為散射角的函數的散射光幅度。所示的強度是從晶片表面散射的光的強度的對數。此外，0°散射角與晶片表面平行，而90°散射角與晶片表面垂直。而且，通過在改變散射角的同時使入射角固定在大約90°來產生圖2的散射特徵標記52。
優選地，首先為一已知的具有良好質量的樣本晶片產生散射特徵標記52。應該利用某個獨立的驗證方法(例如SEM)獨立地驗證該已知樣本晶片的質量。然後，可以把將來晶片的散射特徵標記與該已知樣本晶片的散射特徵標記52進行比較。
圖3是根據本發明另一個實施例的具有相關質量界限64的散射特徵標記62的曲線圖60。可以通過觀測已知的可接受晶片樣本中的變化來以統計方式建立界限64。其結果是該已知的具有良好質量的樣本晶片的散射特徵標記62之上和之下的一組質量界限64。
然後，可以把將來晶片的散射特徵標記與該已知樣本晶片的散射特徵標記62進行比較。如果一個將來晶片的散射特徵標記在質量界限64之內，則給出該晶片具有良好質量的良好指示。而且，如在本發明中一樣使用一個寬帶光源，使得非常容易解釋散射光數據。
圖4是顯示一個「白」光源82和一個單色光源84的散射特徵標記的曲線圖80。「白」光源82和單色光源84的散射特徵標記是作為散射角的函數的散射光幅度。顯示的強度是從晶片表面散射的光的強度的對數。而且，0°散射角平行於晶片表面，而90°散射角垂直於晶片表面。
曲線圖80顯示的單色光源84的散射特徵標記包括由來自位於晶片上的特徵部件的頂部和底部的衍射的衍射效應造成的寬幅擺動。由於從所澱積的膜的厚度可以知道特徵部件的頂部和底部(即蝕刻深度)，因此蝕刻深度不是蝕刻質量測量的一個重要性質。使用單色光源導致由晶片上的特徵部件造成的非常大的信號振蕩被施加到背景信號上。這些信號振蕩使得對散射數據的解釋和對特徵標記是否落入質量界限的確定非常困難。因此，本發明使用寬帶入射光來抑制由晶片上的大規模特徵部件造成的空間信息。
應該知道，本發明從實際產品晶片收集測量數據。常規散射測量技術使用特殊的測試晶片和圖形以便在分析性衍射模型方面簡化對測量數據的解釋。在「真實」集成電路上的圖形的複雜性使得這種方式是不實用的。在本發明中，通過使用寬帶照射在一個大區域上積分來有意抑制傳統的衍射效應。本發明的中心構成是發現根據所公開的方法和裝置進行的測量對於揭示具有實際重要性的蝕刻性質的變化是足夠靈敏和可再現的。
接著參見圖5A-5D，顯示了本發明的各種配置。圖5A顯示根據本發明一個方面的固定光配置100。該固定光配置100包括一個光檢測器110和一個光源112。在固定光配置100中，光源112在整個檢測過程中固定在一個恆定入射角114。然後，光檢測器110掃描一系列的散射角116以捕獲散射光數據。優選地，檢測器從約-70°到+70°掃描，為每個散射角116進行一次散射光測量。
圖5B顯示根據本發明另一個方面的固定檢測器配置102。固定檢測器配置102包括一個光檢測器110和一個光源112。在固定檢測器配置102中，光檢測器110在整個檢測過程中固定在一個恆定散射角116。然後，光源112掃描經過一系列入射角114以改變入射角。優選地，光源從約70°掃描到近似0°(垂直於晶片表面)，為每個入射角114進行一次散射光測量。
圖5C顯示根據本發明另一個方面的可變配置104。可變配置104包括一個光檢測器110和一個光源112。在可變配置104中，光檢測器110和光源112都掃描經過一系列角度，同時改變入射角114和散射角116。優選地，光源和檢測器都從約垂直於表面的0°掃描到70°，為每個散射角116進行一次散射光測量。在另一個實施例中，為每個入射角114以及每個散射角116進行一次散射光測量。在再一個實施例中，僅為每個入射角114進行一次散射光測量。可以改變入射角114與散射角116之間的偏角118。
圖5D顯示根據本發明另一個方面的固定-可變配置106。固定-可變配置106包括一個光檢測器110，一個光源112，和一個光束分離器115。在固定-可變配置106中，光檢測器110和光源112都掃描經過一系列角度，同時改變入射角114和散射角116。優選地，光源和檢測器都從約-70°掃描到+70°，為每個入射角116進行一次散射光測量。但是，與可變配置104不同，入射角114與散射角116之間的偏角保持恆定為0°。
圖6顯示根據本發明的一個實施例用於使用寬帶白光表徵微電子特徵部件的質量的系統圖200。系統圖200包括系統的俯視圖202，系統的側視圖204，和系統的正視圖206。該系統包括連接到光源臂212的良好準直的光源210，和連接到檢測器臂216的光檢測器214。此外，光源臂212和檢測器臂216都可圍繞晶片220移動。
在使用時，光源臂212用於把光源210圍繞晶片220移動。同樣，檢測器臂216用於把光檢測器214圍繞晶片220移動。有利地，系統圖200中顯示的裝置能夠圍繞晶片220的表面移動光源210，而同時把光檢測器214保持在一個相對於晶片220表面的固定角度，並且反之亦然。此外，系統圖200中顯示的裝置能夠圍繞晶片220的表面、以一個固定偏角或一個可變偏角同時移動光源210和光檢測器214。因此，圖6的裝置在測量來自晶片220表面的散射光方面提供了很大程度的自由。
接著參見圖7，顯示了根據本發明一個實施例的同軸配置300。同軸配置300包括一個光源302，一個光檢測器304，一個光束分離器306，一個準直器308，一個可旋轉反射鏡310，和一個連接到可旋轉反射鏡310的電機312。同軸配置300用於收集來自晶片314的表面的散射數據，而無需移動實際光源302或光檢測器304。
在操作中，光從光源302經過光束分離器306傳送到準直器308，準直器308使光準直。然後，準直光傳送到可旋轉反射鏡310，在可旋轉反射鏡310與晶片314的表面之間進行光反射。可旋轉反射鏡310能夠利用電機312圍繞一個軸旋轉。由於可旋轉反射鏡310能夠圍繞一個軸旋轉，反射鏡310用於引導光束橫跨過晶片314的表面。以此方式，光源302和光檢測器304可以保持靜止而同時仍然能夠收集在變化的入射角和散射角的散射光數據。希望以這種方式進行檢測是因為如果需要光源302和光檢測器304是可移動的，那麼它們有電源供給、冷卻需要和可能增加系統複雜性的其他系統。
而且，同軸配置300允許使用一個準直器308。光束和散射信號都經過相同的光學元件，使用該相同的光學元件兩次。首先是作為一個用於把光傳送到晶片314的光束形成器，其次是作為一個用於把散射信號從晶片314傳送到光檢測器304的望遠鏡式光學元件。以此方式，自動地匹配這兩個發散(divergences)。
而且，為了實現較高的信噪比和消除暗電流和其他噪聲，最好以特定頻率對光進行閃斷。使檢測與該頻率同步以利用鎖相環的等效結構。
圖8是顯示根據本發明一個實施例用於監測所蝕刻晶片的特徵性質的方法400的流程圖。在初始操作402中，執行預處理操作。預處理操作包括製備一個用於蝕刻的晶片，並蝕刻該晶片。
在固定角度操作404中，固定一個良好準直的光源光學角。把該準直光源光學角固定為一個相對於晶片表面的預定角度。然後使用光源來照射晶片的表面上的一個區域。如上所述，光源可以直接照射晶片表面，或者使用一個反射鏡間接照射晶片表面。
而且，由光源產生的光束最好在光譜上是寬廣的。如前所述，通常使用單色光(通常來自一個雷射器)執行常規散射測量。本發明最好使用一個光譜上寬廣的寬帶光源以使入射照射的相干長度較短。以此方式，對應於大規模結構(例如電路圖形的細節)的晶片空間信息在散射特徵標記中被抑制。
此外，照射區域最好較大以使得光強度測量對於晶片內的相對管芯位置不敏感。而且，大的光斑尺寸極大簡化了把本發明實際地、節省成本地集成為一個生產工具。小照射區域使得散射光對在一個特定照射區域中照射的特定特徵部件非常敏感，而特徵尺寸的變化沒有得到平衡。希望在晶片上有一個合理程度的空間平均。因此，照射區域最好處於晶片上存在的平均管芯尺寸的數量級，使得當照射區域在晶片上移動時照射區域內的特徵部件的分布不改變。
而且，希望平均晶片上的管芯之間的位置線，否則該工藝將對照射區域的精確放置敏感。如果需要把照射區域放置在一個管芯區域內而不包括任何位置線，該工藝將被限制為僅用於特定尺寸的管芯。在這種工藝中，任何較小的管芯都將在測量中包括位置線，因此將破壞測量。因此，最好使用本發明平均位置線。
為了實現這一點，通常把大約一半的照射區域放置在一個第一管芯上，而把另一部分照射區域放置在一個第二管芯上。以此方式，位置線被包括在測量中，其是由光檢測器所記錄的總散射信號中的一個相對較小部分。使用一個大的照射區域會使得散射信號中位置線所佔的部分與散射信號中實際電路所佔的部分之比率在整個測量過程中保持恆定。因此，使用一個大照射區域減小了相對於晶片上的一個管芯定位照射區域時所需的精度，並因此減小或消除了對用於照射定位的圖像識別系統的需要。
接著，在收集操作406中，光檢測器收集從晶片表面散射的光。優選地，光是良好準直的，以使得從被照射區域的一側傳送的散射光線平行於從被照射區域的另一側傳送的散射光線。與光源一樣，光檢測器可以直接檢測來自晶片表面的散射光，或者使用一個反射鏡間接檢測。
然後在判決操作408中，判定是否已經收集到足夠的散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記。如果已經收集到足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記，方法400繼續一個分析操作410。如果沒有收集到足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記，方法400繼續一個步進操作412。
如果沒有收集到足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記，在步進操作412中把檢測器角步進到下一個檢測角。光檢測器最好掃描經過一系列散射角以捕獲用於產生晶片的散射特徵標記的散射光數據。優選地，檢測器從約-70°掃描到+70°。如上所述，最好利用一個連接到一計算機控制系統的電機移動光檢測器以提供希望的檢測角與實際檢測角之間的精確相關。在把檢測器角步進後，方法400繼續收集操作406。
在分析操作410中，分析所收集的散射數據。本發明使用散射數據來產生晶片的散射特徵標記。該散射特徵標記可以用於多種目的。首先，散射特徵標記可以用作一個已知的良好質量晶片的散射特徵標記的一個例子。優選地，利用另一種技術(例如SEM)獨立地驗證該已知的良好質量晶片。其次，散射特徵標記可以用於產生質量界限以產生一個限制良好質量晶片散射特徵標記的包絡。第三，可以把散射特徵標記與一個良好質量晶片的散射特徵標記進行比較以確定當前晶片的質量。優選地，使用由良好質量晶片的統計分析所產生的質量界限來進行該比較。如果當前晶片的散射特徵標記在該質量界限內，那麼可以認為當前晶片具有良好質量。
最後，在操作414，可以使用該分析結果來輔助進一步處理晶片或管芯。該進一步處理可以包括使用質量信息來校正蝕刻工藝，或驗證該工藝是按希望方式進行的。
圖9是顯示根據本發明另一個實施例的用於監測所蝕刻晶片的特徵性質的方法500的流程圖。在初始操作502中，執行預處理操作。預處理操作包括製備一個用於蝕刻的晶片，並蝕刻該晶片。
在固定角操作504中，固定一個光檢測器光學角。優選地，所檢測的光是良好準直的，以使得從被照射區域的一側傳送的散射光線平行於從被照射區域的另一側傳送的散射光線。如上所述，光檢測器可以直接檢測來自晶片表面的散射光，或者使用一個反射鏡間接檢測。
接著，在收集操作506中，一個良好準直的光源照射晶片的表面，並且光檢測器收集散射光數據。準直光源光學角開始時是相對於晶片表面的一個預定角度。然後使用該光源照射晶片表面上的一個區域。如上所述，光源可以直接照射晶片表面，或者使用一個反射鏡間接照射晶片表面。
優選地，光是良好準直的，以使得從被照射區域的一側傳送的散射光線平行於從被照射區域的另一側傳送的散射光線。與光源一樣，光檢測器可以直接檢測來自晶片表面的散射光，或者使用一個反射鏡間接檢測。
而且，由光源產生的光束最好在光譜上是寬廣的。如前所述，通常使用單色光(通常來自一個雷射器)執行常規散射測量方法。本發明最好使用一個在光譜上寬廣的寬帶光源以使入射照射的相干長度較短。以此方式，對應於大規模結構(例如電路圖形的細節)的晶片空間信息在散射特徵標記中被抑制。
此外，照射區域最好較大以使得光強度測量對於晶片內的相對管芯位置不敏感。而且，大的光斑尺寸極大簡化了把本發明實際地、節省成本地集成為一個生產工具。小照射區域使得散射光對在該特定照射區域中照射的特定特徵部件非常敏感，而特徵尺寸的變化沒有得到平衡。希望在晶片上有一個合理程度的空間平均。因此，照射區域最好處於晶片上存在的平均管芯尺寸的數量級，使得當照射區域在晶片上移動時照射區域內的特徵部件的分布不改變。
而且，希望平均晶片上的管芯之間的位置線，否則該工藝將對照射區域的精確放置敏感。如果需要把照射區域放置在一個管芯區域內而不包括任何位置線，該工藝將被限制為僅用於特定尺寸的管芯。在這種工藝中，任何較小的管芯都將在測量中包括位置線，因此將破壞測量。因此，最好使用本發明平均位置線。
為了實現這一點，通常把大約一半的照射區域放置在一個第一管芯上，而把另一部分照射區域放置在一個第二管芯上。以此方式，位置線被包括在測量中，其是由光檢測器所記錄的總散射信號中的一個相對較小部分。使用一個大的照射區域會使得散射信號中位置線所佔的部分與散射信號中實際電路所佔的部分之比率在整個測量過程中保持恆定。因此，使用一個大照射區域減小了相對於晶片上的一個管芯定位照射區域時所需的精度，並因此減小或消除了對用於照射定位的圖像識別系統的需要。
然後在判決操作508中，判定是否已經收集了足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記。如果已經收集了足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記，方法500繼續一個分析操作510。如果沒有收集到足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記，方法500繼續一個步進操作512。
如果沒有收集到足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記，在步進操作512中把照射入射角步進到下一個入射角。光源最好掃描經過一系列入射角，在每個入射角進行一次散射光測量以產生晶片的散射特徵標記。優選地，光源從約70°掃描到接近0°(與晶片表面垂直)。如上所述，最好利用一個連接到一計算機控制系統的電機移動光源以提供希望的照射角與實際照射角之間的精確相關。在把照射角步進後，方法500繼續另一個收集操作506。
在分析操作510中，分析所收集的散射數據。本發明使用散射數據來產生晶片的散射特徵標記。該散射特徵標記可以用於多種目的。首先，散射特徵標記可以用作一個已知的良好質量晶片的散射特徵標記的一個例子。優選地，利用另一種技術(例如SEM)獨立地驗證該已知的良好質量晶片。其次，散射特徵標記可以用於產生質量界限以產生一個限制良好質量晶片散射特徵標記的包絡。第三，可以把散射特徵標記與一個良好質量晶片的散射特徵標記進行比較以確定當前晶片的質量。優選地，使用由良好質量晶片的統計分析所產生的質量界限來進行該比較。如果當前晶片的散射特徵標記在該質量界限內，那麼可以認為當前晶片具有良好質量。
最後，在操作514，可以使用該分析結果來輔助進一步處理晶片或管芯。該進一步處理可以包括使用質量信息來校正蝕刻工藝，或驗證該工藝是按希望方式進行的。
圖10是顯示根據本發明一個實施例的用於監測所蝕刻晶片的特徵性質的方法600的流程圖。在初始操作602中，執行預處理操作。預處理操作包括製備一個用於蝕刻的晶片，並蝕刻該晶片。而且，為一個準直光源和一個光檢測器設置初始預定角。如前所述，光源和光檢測器可以直接照射晶片表面和收集來自晶片表面的數據，或使用一個反射鏡間接地進行。
由光源產生的光束最好在光譜上是寬廣的。如前所述，通常使用單色光(通常來自一個雷射器)執行常規散射測量。本發明最好使用一個光譜上寬廣的寬帶光源以使入射照射的相干長度較短。以此方式，對應於大規模結構(例如電路圖形的細節)的晶片空間信息在散射特徵標記中被抑制。
此外，照射區域最好較大以使得光強度測量對於晶片內的相對管芯位置不敏感。而且，大的光斑尺寸極大簡化了把本發明實際地、節省成本地集成為一個生產工具。小照射區域使得散射光對在該特定照射區域中照射的特定特徵部件非常敏感，而特徵尺寸的變化沒有得到平衡。希望在晶片上有一個合理程度的空間平均。因此，照射區域最好處於晶片上存在的平均管芯尺寸的數量級，使得當照射區域在晶片上移動時照射區域內的特徵部件的分布不改變。
而且，希望平均晶片上的管芯之間的位置線，否則該工藝將對照射區域的精確放置敏感。如果需要把照射區域放置在一個管芯區域內而不包括任何位置線，該工藝將被限制為僅用於特定尺寸的管芯。在這種工藝中，任何較小的管芯都將在測量中包括位置線，因此將破壞測量。因此，最好使用本發明平均位置線。
為了實現這一點，通常把大約一半的照射區域放置在一個第一管芯上，而把另一部分照射區域放置在一個第二管芯上。以此方式，位置線被包括在測量中，其是由光檢測器所記錄的總散射信號中的一個相對較小部分。使用一個大的照射區域會使得散射信號中位置線所佔的部分與散射信號中實際電路所佔的部分之比率在整個測量過程中保持恆定。因此，使用一個大照射區域減小了相對於晶片上的一個管芯定位照射區域時所需的精度，並因此減小或消除了對用於照射定位的圖像識別系統的需要。
在收集操作604中，光源照射晶片表面上的一個區域，光檢測器收集從被照射區域散射的光。優選地，光是良好準直的，以使得從被照射區域的一側傳送的散射光線平行於從被照射區域的另一側傳送的散射光線。
然後在判決操作606中，判定是否已經收集到足夠的散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記。如果已經收集到足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記，方法600繼續一個分析操作608。如果沒有收集到足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記，方法600繼續一個步進光源操作610。
如果沒有收集到足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記，在步進光源操作610中把照射入射角步進到下一個入射角。光源最好掃描經過一系列入射角，在每個入射角進行一次散射光測量，以產生晶片的散射特徵標記。優選地，光源從約垂直於表面的0°掃描到70°。如上所述，最好利用一個連接到一計算機控制系統的電機移動光源以提供希望的照射角與實際照射角之間的精確相關。
接著，在步進檢測器操作612中，把檢測器角步進到下一個檢測角。光檢測器最好掃描經過一系列散射角以捕獲用於產生晶片的散射特徵標記的散射光數據。優選地，檢測器從約-70°掃描到+70°。可以改變光源與光檢測器之間的偏角以產生晶片散射特徵標記。與光源一樣，最好利用一個連接到一計算機控制系統的電機移動光檢測器以提供希望的檢測角與實際檢測角之間的精確相關。在把檢測器角步進後，方法600繼續另一個收集操作604。
在分析操作608中，分析所收集的散射數據。本發明使用散射數據來產生晶片的散射特徵標記。該散射特徵標記可以用於多種目的。首先，散射特徵標記可以用作一個已知的良好質量晶片的散射特徵標記的一個例子。優選地，利用另一種技術(例如SEM)獨立地驗證該已知的良好質量晶片。其次，散射特徵標記可以用於產生質量界限以產生一個限制良好質量晶片散射特徵標記的包絡。第三，可以把散射特徵標記與一個良好質量晶片的散射特徵標記進行比較以確定當前晶片的質量。優選地，使用由良好質量晶片的統計分析所產生的質量界限來進行該比較。如果當前晶片的散射特徵標記在該質量界限內，那麼可以認為當前晶片具有良好質量。
最後，在操作614，可以使用該分析結果來輔助進一步處理晶片或管芯。該進一步處理可以包括使用質量信息來校正蝕刻工藝，或驗證該工藝是按希望方式進行的。
圖11是顯示根據本發明一個實施例的用於監測所蝕刻晶片的特徵性質的方法700的流程圖。在初始操作702中，執行預處理操作。預處理操作包括製備一個用於蝕刻的晶片，並蝕刻該晶片。此外，最初為準直光源和光檢測器設置一個預定角度。優選地，在準直光源和光檢測器之間設置一個固定偏角。而且，該偏角最好被設置為0°以便為光源和光檢測器二者使用相同的光學元件。如上所述，光源和光檢測器可以直接照射晶片表面和收集來自晶片表面的數據，或者使用一個反射鏡間接進行。
由光源產生的光束最好在光譜上是寬廣的。如前所述，通常使用單色光(通常來自一個雷射器)執行常規散射測量。本發明最好使用一個光譜上寬廣的寬帶光源以使入射照射的相干長度較短。以此方式，對應於大規模結構(例如電路圖形的細節)的晶片空間信息在散射特徵標記中被抑制。
此外，照射區域最好較大以使得光強度測量對於晶片內的相對管芯位置不敏感。而且，大的光斑尺寸極大簡化了把本發明實際地、節省成本地集成為一個生產工具。小照射區域使得散射光對在該特定照射區域中照射的特定特徵部件非常敏感，而特徵尺寸的變化沒有得到平衡。希望在晶片上有一個合理程度的空間平均。因此，照射區域最好處於晶片上存在的平均管芯尺寸的數量級，使得當照射區域在晶片上移動時照射區域內的特徵部件的分布不改變。
而且，希望平均晶片上的管芯之間的位置線，否則該工藝將對照射區域的精確放置敏感。如果需要把照射區域放置在一個管芯區域內而不包括任何位置線，該工藝將被限制為僅用於特定尺寸的管芯。在這種工藝中，任何較小的管芯都將在測量中包括位置線，因此將破壞測量。因此，最好使用本發明平均位置線。
為了實現這一點，通常把大約一半的照射區域放置在一個第一管芯上，而把另一部分照射區域放置在一個第二管芯上。以此方式，位置線被包括在測量中，其是由光檢測器所記錄的總散射信號中的一個相對較小部分。使用一個大的照射區域會使得散射信號中位置線所佔的部分與散射信號中實際電路所佔的部分之比率在整個測量過程中保持恆定。因此，使用一個大照射區域減小了相對於晶片上的一個管芯定位照射區域時所需的精度，並因此減小或消除了對用於照射定位的圖像識別系統的需要。
在收集操作704中，光源照射晶片表面上的一個區域，光檢測器收集從被照射區域散射的光。優選地，光是良好準直的，以使得從被照射區域的一側傳送的散射光線平行於從被照射區域的另一側傳送的散射光線。
然後在判決操作706中，判定是否已經收集到足夠的散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記。如果已經收集到足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記，方法700繼續一個分析操作708。如果沒有收集到足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記，方法700繼續一個步進光源操作710。
如果沒有收集到足夠散射數據以產生晶片的良好散射特徵標記，在步進光源操作710中把照射入射角和檢測角步進到下一個角度。應該注意，在方法700中光源和光檢測器之間的偏角保持恆定。
而且，光源和光檢測器最好掃描經過一系列角度，在每個入射角進行一次散射光測量以產生晶片的散射特徵標記。優選地，光源和檢測器從約-70°掃描到+70°。如上所述，最好利用連接到一計算機控制系統的電機移動光源和光檢測器以提供希望的照射和檢測角與實際角度之間的精確相關。在把檢測器角步進後，方法700繼續另一個收集操作704。
在分析操作708中，分析所收集的散射數據。本發明使用散射數據來產生晶片的散射特徵標記。該散射特徵標記可以用於多種目的。首先，散射特徵標記可以用作一個已知的良好質量晶片的散射特徵標記的一個例子。優選地，利用另一種技術(例如SEM)獨立地驗證該已知的良好質量晶片。其次，散射特徵標記可以用於產生質量界限以產生一個限制良好質量晶片散射特徵標記的包絡。第三，可以把散射特徵標記與一個良好質量晶片的散射特徵標記進行比較以確定當前晶片的質量。優選地，使用由良好質量晶片的統計分析所產生的質量界限來進行該比較。如果當前晶片的散射特徵標記在該質量界限內，那麼可以認為當前晶片具有良好質量。
最後，在操作614，可以使用該分析結果來輔助進一步處理晶片或管芯。該進一步處理可以包括使用質量信息來校正蝕刻工藝，或驗證該工藝是按希望方式進行的。
雖然以幾個優選實施例描述了本發明，在本發明範圍內有很多改變、變換和等效。還應該注意，有很多實現本發明的方法和裝置的另選方式。因此，應把後附的權利要求解釋為包括所有落入本發明的真實精神和範圍內的改變、變換和等效。
權利要求
1.一種用於監測所蝕刻晶片的特徵性質的方法，包括以下操作利用一個高度準直的光源照射一個第一晶片的一個區域，其中該光源是寬帶多光譜光；測量從第一晶片散射的光的角分布；和把第一晶片的散射特徵標記與一個第二晶片的已知散射特徵標記進行比較。
2.根據權利要求1所述的方法，其中該光源是在約200nm到900nm範圍內的寬帶光。
3.根據權利要求1所述的方法，其中被照射區域的直徑不小於晶片上的一個重複單元尺寸的50％。
4.根據權利要求1所述的方法，其中該光源設置在一個固定角度，該固定角度在約垂直於表面的0°到70°的範圍內。
5.根據權利要求4所述的方法，其中在約-70°到+70°的範圍內的多個角度處收集散射強度的測量數據。
6.根據權利要求1所述的方法，其中該光源從約0°到+70°的範圍內的多個角度照射晶片。
7.根據權利要求6所述的方法，其中在約垂直於表面的0°到70°的範圍內的一個固定角度收集散射強度的測量數據。
8.根據權利要求6所述的方法，其中在約-70°到+70°的範圍內的多個角度處收集散射強度的測量數據。
9.根據權利要求6所述的方法，其中在一個與光源角具有固定偏角的可變角度收集散射強度的測量數據。
10.根據權利要求9所述的方法，其中該固定偏角是0°。
11.一種用於監測所蝕刻晶片的特徵性質的裝置，包括寬帶準直光源，適於利用一個光束照射一個第一晶片的一個表面；光檢測器，適於感測從第一晶片的被照射表面散射的光；和計算機，用於把第一晶片的散射特徵標記與一個第二晶片的已知散射特徵標記進行比較。
12.根據權利要求11所述的裝置，進一步包括一電機，用於控制光束與晶片表面相交的入射角。
13.根據權利要求11所述的裝置，進一步包括一電機，用於控制感測從晶片的被照射表面散射的光所用的散射角。
14.根據權利要求12所述的裝置，進一步包括一控制系統，其能夠控制和監測入射角的角取向。
15.根據權利要求14所述的裝置，進一步包括一控制系統，其能夠控制和調製該光源。
16.根據權利要求15所述的裝置，進一步包括一控制系統，其能夠轉換和存儲來自該光檢測器的信號。
17.一種用於製造具有被監測的特徵性質的集成電路結構的方法，包括利用一個高度準直的光源照射一個第一晶片的一個區域，其中該光源能夠產生寬帶多光譜光；測量從第一晶片散射的光的角分布；和把第一晶片的散射特徵標記與一個第二晶片的已知散射特徵標記進行比較；通過一系列半導體工藝處理該晶片以形成一個集成電路。
18.根據權利要求17所述的方法，其中該光源是在200nm到900nm範圍內的寬帶光。
19.根據權利要求17所述的方法，其中被照射區域的直徑不小於晶片上的一個重複單元尺寸的50％。
20.根據權利要求17所述的方法，其中該光源設置在一個固定角度，該固定角度在約垂直於表面的0°到70°的範圍內。
全文摘要
揭示了一種用於利用寬帶白光表徵微電子特徵部件的質量的方法。一個高度準直的光源使用寬帶多光譜光照射一個第一晶片的一個區域。然後測量從第一晶片散射的光的角分布。通常,改變光源、檢測器、或二者的角度,並在每個角度進行角分布測量,產生第一晶片的散射特徵標記。最後,把第一晶片的散射特徵標記與一個具有良好質量的第二晶片的已知散射特徵標記進行比較以確定第一晶片的質量。
文檔編號G01N21/95GK1377460SQ00813642
公開日2002年10月30日 申請日期2000年9月29日 優先權日1999年9月29日
發明者蘭德爾·S·穆特, 阿爾伯特·J·拉姆, 麥克·維蘭, 安德魯·維柯斯-庫尼 申請人:拉姆研究公司, 威利蒂器械公司