СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ЛИТОГРАФИЧЕСКИХ СЛОЕВ Советский патент 1996 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов и интегральных схем и может быть использовано при контроле качества выполнения литографических процессов.

Известен способ измерения размеров элементов литографических слоев, образующих дифракционную решетку, включающий освещение решетки когерентным светом, измерение углового распределения интенсивности отраженного прошедшего света в различных направлениях и расчет размера элементов [1]
Недостаток известного способа различные методические погрешности, обусловленные тем, что при расчете размера элементов используются приближенные модели. Кроме того, способ позволяет определить только среднее значение размеров элементов, образующих дифракционную решетку.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения размеров элементов литографических слоев, включающий формирование увеличенного изображения литографического слоя с помощью оптического микроскопа, измерение параметров увеличенного изображения с помощью окулярного микрометра и преобразование этих параметров в размер элементов с учетом цены деления окулярного микрометра и коэффициента увеличения микроскопа [2]
Недостатком известного способа является низкая точность, обусловленная дифракцией оптического излучения на краях элементов литографического слоя.

Цель изобретения повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что по способу измерения размеров элементов литографических слоев, включающему формирование увеличенного изображения литографического слоя, измерение параметров увеличенного изображения и преобразование этих параметров в размер элементов, перед формированием увеличенного изображения в литографическом слое выполняют голографическую решетку и наносят на его поверхность латексные сферы, увеличенное изображение литографического слоя формируют с помощью растрового электронного микроскопа, после чего проводят юстировку микроскопа по латексным сферам, а параметры увеличенного изображения измеряют по форме распределения видеосигнала, при этом определяют расстояние В, соответствующее размеру элементов b, и расстояние D, соответствующее периоду голографической решетки d, а преобразование этих параметров в размер элементов осуществляют по формуле

Использование растрового электронного микроскопа для получения увеличенного изображения литографического слоя позволяет практически исключить дифракционные явления на краях элементов и тем самым существенно повысить качество изображения. Использование в качестве тест-объекта латексных сфер, обладающих идеальной сферической поверхностью, позволяет существенно улучшить юстировку и обеспечить правильность построения изображения электронного микроскопа. Использование в качестве элемента сравнения меры в виде голографической решетки, период которой может быть аттестован с высокой точностью, например, с помощью лазерного гониодифрактометра, обеспечивает абсолютную привязку измеряемого размера к длине волны лазерного излучения. Все это позволяет существенно повысить точность измерения размеров элементов.

Способ осуществляют следующим образом. В процессе формирования литографического слоя на подложке в его нерабочей части выполняют голографическую решетку путем засвечивания пленки фоторезиста двумя плоскими фронтами от гелий-кадмиевого лазера, образующего на поверхности фоторезиста гистерезисную картину дальнейшего проявления и термической обработки. Далее на нерабочий участок литографического слоя высаживают латексные сферы. Если подложка является непроводящей, то для предотвращения подзарядки и исключения воздействия электронного зонда на поверхность под скользящим углом к плоскости решетки подпыляют слой золота. Затем период полученной решетки аттестуют с помощью лазерного гониодифрактометра, принцип действия которого основан на измерении углового распределения дифракционного спектра лазерного излучения. После этого подложку с контролируемым литографическим слоем устанавливают в растровый электронный микроскоп. Первоначально в поле зрения микроскопа вводят латексные сферы, по которым производят юстировку и обеспечивают правильность построения изображения в режиме вторичных электронов. Далее в поле зрения микроскопа выводят голографическую решетку и по форме распределения видеосигнала определяют расстояние D на кривой видеосигнала, соответствующее периоду голографической решетки d. Затем в поле зрения выводят элемент литографического слоя, подлежащий измерению. Аналогично определяют расстояние В на кривой видеосигнала, соответствующее размеру элемента. Окончательно искомый размер элемента определяют по формуле

Пример. Предлагаемый способ применен для контроля фотошаблонов и полупроводниковых пластин с минимальным размером элементов литографического слоя 1 2 мкм. Для этого в процессе формирования литографического слоя на нерабочем участке фотошаблона с помощью лазерной установки типа УИГ-2М выполняют голографическую решетку с периодом d 0,5 мкм. После проявления и термообработки в фоторезистивной пленке образуется голографическая решетка 5 х 5 мм. Такая технология обеспечивает воспроизводимость периода голографической решетки не хуже 0,1% После этого вблизи голографической решетки высаживают каплю смеси водных суспензий концентрации 0,01% монодисперсных латексов с диаметром 0,5 3 мкм. Затем на полученную структуру под углом примерно 15^o к поверхности напыляют пленку золота толщиной 10 30 мм. Далее аттестуют период полученной голографической решетки. Для этого на лазерном гониодифрактометре измеряют угол между нулевым и первым дифракционным максимумами. Период голографической решетки с относительной погрешностью не хуже 0,5% определяют по формуле

где l- длина волны света.

Для формирования увеличенного изображения используют растровый электронный микроскоп МРЭМ-100 с диаметром зонда 6 мм. При этом точность измерения размеров элементов составляет ± 0,03 мкм.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно повысить точность измерения размеров элементов литографических слоев. При этом исключается погрешность, связанная с неопределенностью края контролируемых элементов. Применяемая в способе тестовая структура в виде голографической решетки с латексными сферами может быть также использована в качестве образцовой меры для аттестации и поверки технологического и контрольно-измерительного оборудования (установки совмещения и экспонирования, генераторы изображения, специализированные оптические и растровые электронные микроскопы). Данный способ совместим с типовыми литографическими процессами, а используемая в нем тестовая структура может быть встроена в любую топологию приборов, выпускаемых в серийном производстве. При использовании этого способа для контроля технологических процессов микролитографии обеспечивается высокая воспроизводимость параметров изготавливаемых полупроводниковых структур, что дает возможность повысить коэффициент выхода годных приборов.

Способ измерения размеров элементов литографических слоев, включающий формирование увеличенного изображения литографического слоя, измерение параметров увеличенного изображения и преобразование этих параметров в размер элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, перед формированием увеличенного изображения в литографическом слое выполняют голографическую решетку и наносят на его поверхность латексные сферы, увеличенное изображение литографического слоя формируют с помощью растрового электронного микроскопа, после чего проводят юстировку микроскопа по латексным сферам, а параметры увеличенного изображения измеряют по форме распределения видеосигнала, при этом определяют расстояние B, соответствующее размеру элементов b, и расстояние D, соответствующее периоду голографической решетки d, а преобразование этих параметров в размер элементов осуществляют по формуле
b = B/D • d.

Способ измерения размеров элементов литографических слоев, включающий формирование увеличенного изображения литографического слоя, измерение параметров увеличенного изображения и преобразование этих параметров в размер элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, перед формированием увеличенного изображения в литографическом слое выполняют голографическую решетку и наносят на его поверхность латексные сферы, увеличенное изображение литографического слоя формируют с помощью растрового электронного микроскопа, после чего проводят юстировку микроскопа по латексным сферам, а параметры увеличенного изображения измеряют по форме распределения видеосигнала, при этом определяют расстояние B, соответствующее размеру элементов b, и расстояние D, соответствующее периоду голографической решетки d, а преобразование этих параметров в размер элементов осуществляют по формуле
b B/D • d.