[发明专利]基材上图案的测量系统及方法

说明书

本发明公开了基材上图案的测量系统及方法。所述方法可包括：制备具有有机图案的基材，将激发光导向基材上的有机图案，从有机图案发射荧光，探测从有机图案发射的荧光强度，根据探测到的荧光强度，确定基材上有机图案的体积。

背景技术

本发明涉及基材上结构或图案的体积和临界尺寸(CD)测量与控制，尤其涉及含半导体晶圆的基材上结构和图案的测量系统及方法。

半导体器件速度提高和通信链路带宽增加，提升了计算能力和信息共享能力。处理器和存储器等半导体器件速度有所提高，需要更为严格的设计规则。相应地，宽度小于1微米以及更小宽度的图案正在形成。同样，光纤链路用发射机(例如分布反馈激光器)需要生成具有亚微米体积和临界尺寸(CD)的周期性结构。

产生亚微米体积和CD的处理方法通常采用光刻工艺。光刻工艺是一种微细加工技术，即利用分辨率非常高的成像系统，在有机光敏材料(通常称为光刻胶)中传输器件的图像，从而形成潜影图案的一种技术。这些潜影图案可以发展成浮雕图案，作为结构或刻蚀掩模，在底层材料中创建结构和图案。后续微细加工工艺利用等离子刻蚀将光刻胶中的浮雕图案转移到永久或临时结构上，形成半导体器件图案或其部分。由此产生的浮雕图案尺寸会直接影响到器件的性能。因此，通过精确控制尺寸即可得到正常运行的半导体器件。尺寸控制不当则会引起器件失效。

传统的尺寸计量方法采用高度放大的电子显微镜图像，如10万-50万倍放大率，并采用扫描电子显微镜测量晶圆上给定的图案宽度。测量用SEM(扫描电子显微术)可用于单个器件的测量，或者可以采用CD(临界尺寸)SEM。实际上，测量目标图案图像可以在局部区域内捕获。信号波形模式通过在测量点之间添加该轮廓尺寸中检测到的左右图案的平均值，纵向创建图像轮廓，然后按距离计算图案大小。扫描电子显微术是一种用于测量器件尺寸和任何种类形状和尺寸的十分有用的技术。

然而，电子显微镜成像过程非常缓慢。另一个挑战则在于SEM成像还需要使用真空法。因此，与光刻工艺的生产速度相比，总体测量速度非常慢。由于存在上述挑战，SEM成像受到所测量器件数量的限制，特别是大批量生产。

采样和测量结果的局限性导致很多问题直到对最终器件进行电气检测为止，依然隐藏而且无法检测。器件尺寸控制失效导致器件性能下降，甚至无法工作。因此，对更多晶圆面积和更多总晶圆的测量需求日益增加。

另一种计量方法是利用光的衍射性质进行计量，称为散射测量。散射测量也可用于测量线宽，但该方法需要用到与入射光束成不同角度布置的几个探测器，以测量不同的衍射级。

例如，Clark等人的第5114233号美国专利介绍了一种用于检验刻蚀工件的方法，其中，一束相干光照射到工件上，测量几个衍射级的散射光强度。然后，计算每次强度测量的空间频率。优选安装在旋转臂上的光电二极管可探测到散射光，旋转臂轴应与工件的目标区域对齐。角度范围约为90度至180度，在此范围内进行数百次强度测量并加以记录。随后，将强度-空间频率的包络线近似为矩阵，并根据该矩阵确定主要分量。对工件的刻蚀特性进行关联，如底切轮廓或锥状轮廓。虽然是无损检测，但由于需要扫描的衍射角范围，很难在真空腔室中实现原位处理。

散射测量是一种很有用的工具，用于测量具有周期性结构的小结构，但是无法测量非周期结构，也很难测量长周期结构。在实际器件制作过程中，需要对器件图案进行监测。然而，有很多器件图案并不具有周期性。此外，底层结构的变化增加了过多的散射测量模型参数，因此只能使用专门设计的目标。