先进测量技术：更好的工艺控制，更高的成品率
摘要：传统的测量技术,比如特征尺寸扫描电子显微镜（CD-SEM）、原子力显微镜（AFM）、椭偏仪、散射仪和其它一些设备,显示出有希望不断完善和能满足极端的检测、测量和测试的需求,并为45纳米及更先进的技术所应用。建模的能力也将不得不发展以满足挑战。
为了工艺控制,先进测量技术可以被分解入工艺集成,提供反馈和预见的能力,从而改善工艺和减少在工艺控制中浪费的晶圆数量。独立工具基本上用来提供反馈而不是预见,例如CD-SEM,断面SEM,双束流等等。
随着新结构、具有挑战性的高宽比和材料的引入,需要不同的方法和测量设备进行校正。集成测量技术（IM）,比如光学特征尺寸（OCD）,将要求通过新途径更快地开发模型,这是因为当一种工艺被引入时,花六个月时间等待建模是不可接受的。
Applied Materials刻蚀组应用和测量技术的项目经理Izak Kapilevich指出集成了OCD能力的刻蚀系统能够预见和反馈工艺监控的数据。当监控晶圆流入,经过刻蚀、流出时,将构成一个闭环系统来实现监控。更加严格的参数控制可以使预见和精细调整刻蚀菜单成为可能,既节约了晶圆又节省了时间。困难在于,一个快速可靠的集成OCD系统需要一个模型库：包括各种能预见的情况,如不同的材料、薄膜层的光学属性等。
LER的问题
“CD-SEM不只是用于特征尺寸的测量,” Kapilevich说,“还有需求去做LER（线条边缘粗糙度）和LWR（线条宽度粗糙度）的测量和表征;刻蚀菜单不仅要优化CD的均匀性和匹配性,还要优化由线条边缘粗糙而引起的条纹。
Dean Dawson,Veeco Instruments公司半导体AFM设备的市场总监认为：光刻胶的LER在65纳米节点,对于CD预算来说占了非常大的一部分。 “AFM可能是除断面技术外唯一的一种可以直接测量LER的技术,并且它不附带模型和取平均值带来的不准确性。这是因为它直接在特征点,如多晶栅极上,进行三维测量。”他说。CD AFM将补充现有的测量技术,它将在精确测量LER和LWR上作出努力。
在65纳米以及更先进的技术中,TEM断面技术将用得越来越多。器件制造者越来越多地避免用断面SEM,而是用断面TEM来得到所需要的分辨率和精确度。这是昂贵并且耗费劳力的。对于关键层次,工业界已经把三维AFM作为选择之一。它更快速,非破坏性,也更加便宜。
根据Applied Materials的研究,通孔和接触孔变得更加复杂,对其形状和尺寸进行二维和多方位的测量。结果必须要看在特征点附近的总体表现。这就要求高分辨率的SEM设备。并且,因为测量要求在器件而不是测试结构上进行,这就要求测量技术是非破坏性的。在更高的电压和剂量下,SEM提供了更好的分辨率,但这也破坏了它所测量的器件,特别是当在晶圆上测多个点时,这是我们所不愿看到的。
Gregg Higashi,Applied Materials负责前端产品组的CTO,指出：“人们试图利用椭偏测量仪来测试厚度,但不幸的是,在小于50?的情况下,你不能同时得到薄膜的折射率和厚度。你必须首先假设折射率,然后再从这个折射率提取出厚度。”
Applied Materials最近在开发一种去耦合等离子体氮化硅（DPN）薄膜。富含的氮元素改变了下层薄膜的介电常数,使栅氧化物变成一种中等K值的物质,这减小了由于膜非常薄而带来的漏电流。然而,也使得折射率发生改变。Applied Materials已经发现XPS对于这种等离子体氮化物薄膜是一种合适的测量手段,因为XPS能测得氮元素的浓度,稳定地测算出等价的氧化膜厚度。难点是高K值的材料,因为这将涉及到如何计算复合多组分的包含铪、硅、氧和氮元素的薄膜的化学当量。
FEI公司的fab产品市场总监Todd Henry预测测量技术的拐点将出现在65纳米和45纳米技术节点,为了支持性能上的需求和得到更高的封装密度,新材料和新结构
