大规模集成电路中关键尺寸测量方法与应用的重要性研究.pdf

版权声明 任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经本 论文作者同意，不得将本论文转借他人，亦不得随意复制、 抄录、拍照或以任何方式传播否则，引起有碍作者著作权 之问题，将可能承担法律责任 北京大学硕士学位论文 摘要 随着集成电路的集成度越来越高，线宽越做越小，关键尺寸C D ( C r i t i c a l D i m e n s i o n ) 的测量就成为大规模生产线的重要监测手段测量的数据越精准，测 量结果的反馈越及时，才能使生产出的产品有好的良率因此，需要有测量速度 快，测量数据准，测量稳定性高的测量方法和机台来做生产线的眼睛和尺子无 论是通过统计过程控制S P C ( S t a t is tic a lP r o c e s sC o n t r 0 1 ) 来监控工艺稳定性， 还是通过智能制程控制A P C ( A d v a n c e dP r o c e s sC o n t r 0 1 ) 及时把前一道制程的变 化传递给下一道制程，从而智能控制工艺表现，都是为了生产出更好良率的产品 光谱散射仪O C D ，因其速度快，精准度高，稳定性好且对晶圆无损伤的优点， 已经在关键的工艺步骤中逐步取代S E M 和A F M 。

O C D 不仅可以测量C D ，它更多的 被用于测量微观结构的角度，侧壁各层薄膜的宽度，高度，结构各个位置的C D 等例如，S T I ( S h a l l o wT r e n c hI s o l a t i O n ) 刻蚀工艺后深度以及沟槽开口角度 的测量，以及H D P ( H i g hD e n s i t yP l a s m a ) 填充后，经过平坦化和湿法刻蚀去除 氮化硅后，A A ( A c t i v eA r e a ) 和S T I 的高度差更重要的是O C D 在P o l yG a t e ( 多 晶硅栅极) 工艺中扮演了十分重要的角色，成为一道必须测量的步骤通过A P C 系统，将光刻后关键尺寸的测量值通过智能系统传递给刻蚀工艺，从而使刻蚀工 艺根据光刻后的变化进行微调另外，在侧壁隔离层的工艺中，O C D 更是可以在 一步测量中得到各层侧壁隔离层的宽度，这正是光散射的特点更是首次将光学 测量应用与后段铜互连工艺来监测铜平坦化工艺后铜线的高度及宽度 本论文重点针对6 5 n m 逻辑M O S 电路实际生产中各道工艺对关键尺寸测量的 方法和重要性予以阐述和研究。

通过实际的案例，说明O C D 测量在各工艺制程中 扮演的角色，并通过数据追踪和分析，重点研究和分析了通过O C D 测量帮助工艺 工程师及时判断并解决工艺制程中发生的问题，从而降低缺陷，提高产品良率 关键字：关键尺寸，光谱散射仪，光刻，刻蚀，铜互连 A b s t r a c t A l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n gi n t e g r a t i o no fc i r c u i t ，t h el i n ew i d t ht e n d st ob et h i n n e r a n dt h i n n e r ，C D ( C r i t i c a lD i m e n s i o n ) m e a s u r e m e n th a sb e c o m ea ni m p o r t a n tm o n i t o r m e t h o d o l o g yf o ram a s sp r o d u c t i o nl i n e ．M o r ea c c u r a t em e a s u r e m e n td a t aa n dm o r e t i m e l yf e e d b a c kt h em e a s u r e m e n tr e s u l t s ，m a k e sag o o dy i e l dp r o d u c t s ．T h e r e f o r e ，i t n e e d saf a s t , a c c u r a t ea n d g o o ds t a b i l i t ym e a s u r e m e n tt o o lt ob ee y ea n dr u l e ro faf a b ． B o t ht h r o u g hs t a t i s t i c a lp r o c e s sc o n t r o lS P C ( S t a t i s t i c a lP r o c e s sC o n t r 0 1 ) t om o n i t o r t h ep r o c e s ss t a b i l i t y ，a n dt h r o u g ht h ei n t e l l i g e n tp r o c e s sc o n t r o lA P C ( A d v a n c e d P r o c e s sC o n t r 0 1 ) t oc o n t r o lp r o c e s si n t e l l i g e n t l ym a k e sg o o dy i e l d p r o d u c t s ． S p e c i a ls c a t t e r i n gO C D ，b e c a u s eo fi t sf a s ts p e e d ，h i 曲a c c u r a c y ，g o o ds t a b i l i t y a n dn od a m a g et ot h ew a f e r ，h a sb e e ns t e p st o r e p l a c eS E Ma n dA F Mi nc r i t i c a l p r o c e s s ．O C Dn o to n l yC a nm e a s u r et h eC D ，t h em o r e ，i ti su s e dt om e a s u r es i d ew a l l a n g l e ，w i d t h ，h e i g h to fe a c hf i l mo fs p a c e rs t r u c t u r e ，a n de a c hp o s i t i o no ft h eC D ．F o r e x a m p l e ，f o rS T I ( S h a l l o wT r e n c hI s o l a t i o n ) f o r m a t i o na f t e re t c h i n gp r o c e s s ，t h e m e a s u r e m e n to ft r e n c hd e p t ha n do p e n i n ga n g l e ．I na d d i t i o n ，i ti st h ef i r s ta p p l i c a t i o n o fo p t i c a lm e a s u r e m e n tw h i c hi su s e df o rc o p p e ri n t e r c o n n e c t st e c h n o l o g yt om o n i t o r t h eh e i g h ta n dw i d t ho f c o p p e rp l a n a r i z a f i o np r o c e s s ． I nt h i sa r t i c l e ，r e s e a r c ho nt h et e c h n o l o g yo f6 5 n ml o g i cM O Sc i r c u i t si nt h e a c t u a lp r o d u c t i o nt oe l a b o r a t et h ei m p o r t a n c eo fc r i t i c a ld i m e n s i o nm e a s u r e m e n t ． T h r o u g ht h ea c t u a lc a s e so f3 0 0 r a mw a f e rf a b ，i tv a l i d a t e st h a tO C Dm e a s u r e m e n t p l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ep r o c e s s ，a n df o c u so nt h er e s e a r c ha n da n a l y s i so ft h e m e a s u r e m e n tr e s u l t s ，O C Dc a l lh e l pp r o c e s se n g i n e e rt i m e l yd i a g n o s ea n ds o l v e p r o b l e m si nt h ep r o c e s s ，t h e r e b yr e d u c i n gt h ed e f e c t s ，i m p r o v i n gp r o d u c ty i e l d ． K e yW o r d ：C r i t i c a lD i m e n s i o n ，O C D ，L i t h o g r a p h y ，E t c h ，C o p p e rI n t e r c o n n e c t I I 北京大学硕士学位论文 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I I I 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 集成电路技术和产业的现状和发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 关键尺寸C D 测量方法的发展现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．3O C D ( 光学关键尺寸测量) 的简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 ．4 本课题的研究意义与主要工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．5 本文的组织结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 第二章关键尺寸的测量方法及其原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．1 测量关键尺寸的几种方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．2C D ．S E M 的测量方法及原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 ．3A F M 的测量方法及原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．4O C D 的测量方法及原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 3 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 5 第三章O C D 测量设备介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 3 ．1O C D 测量机台的概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 6 3 ．2 本文实际使用测量设备的具体介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 6 3 ．2 ．1 机台构造简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 7 3 ．2 ．2 该机台对测量结。