Способ определения общей площадки топологических элементов Советский патент 1992 года по МПК G01B5/26 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения общей площади топологических элементов различных объектов, преимущественно интегральных микросхем.

Известны способы определения общей площади топологических элементов различных обьектов, заключающиеся в расчете площадей отдельных элементов или их частей по математическим формулам с последующим арифметическим суммированием.

Недостатками этих способов являются необходимость знания размеров элементов, невозможность применения в случае элементов и объектов произвольной формы, большая трудоемкость и недостаточная точность.

Известны способы определения площадей топологических элементов объектов с помощью палеток, планиметра, интегрированием по контуру или по части площади элементов с последующим суммированием измерительных площадей элементов.

Эти способы также имеют большую трудность и погрешность и не могут применяться для объектов с произвольной формой. Они не могут быть использованы также

1

со XJ ю ел о

для определения общих площадей микротопологических элементов интегральных схем непосредственно на полупроводниковых пластинах.

Известен также способ измерения общей площади однородных по оптической плотности фигур, расположенных на однородном и отличном по оптической плотности фоне, заключающийся в том, что производят сканирование кадра со всего объектива, т. е. с фигур и фона, и преобразование световых сигналов в электрические, которые затем преобразуют в код и производят его интегрирование, на основании чего определяют величину, пропорциональную площади объекта.

Недостатком этого способа является недостаточная точность, сложность реализации и применяемость только к оптически прозрачным объектам с плоской формой.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ измерения общей площади однородных по оптической плотности фигур, расположенных на однородном и отличном по оптической плотности фоне.

Сущность способа состоит в том, что измеряют в проходящем свете освещенность Е поля, имеющего оптическую плотность, одинаковую с оптической плотностью фона, т. е. оптическую плотность подложки, освещенность Е поля, имеющего оптическую плотность, одинаковую с плотностью фигур, а также освещенность Е поля, образованного фигурами и фоном. При этом площади освещаемых объектов одинаковы, освещение их постоянно, а общую площадь фигур находят по формуле

Е-Е

Sx - S

:1

Е-Е1

где S - площадь поля, образованного фигурами и фоном.

Однако для реализации этого способа необходимо сложное и дорогостоящее оптическое и измерительное оборудование (часовой проектор, люксметр, стабилизированный источник питания), а при измерениях возникают значительные погрешности вследствие колебаний освещенности во времени и по полю, неточности юстировки люксметра по координате, неравномерности оптической плотности подложки с фигурами по площади, несоответствия площадей засветки и светочувствительного элемента люксметра, погрешностей люксметра.

Способ применим только на оптически прозрачных плоских объектах и не позволяет определить площади элементов интегральных микросхем непосредственно на полупроводниковых пластинах, а также на подложках с произвольными размерами.

Цель изобретения - повышение точности и расширение технологических возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения общей пло0 щади топологических элементов на объекте, включающему измерение одного из параметров исходного объекта до изменения состояния его поверхности, идентичного объекта после изменения состояния всей

5 его поверхности и идентичного объекта после изменения состояния участков его поверхности, соответствующих конфигурации топологических элементов, и определение общей площади топологических элементов

0 по результатам измерений, в качестве параметра используют вес объекта, а общую площадь топологических элементов определяют по формуле

Рз-Pi 5

оэ - So

Р2-РГ

где 5э и So соответственно площади топологических элементов на объекте и всего объекта,

Pi, Pi и Рз - соответственно веса иден0 тичныхобъекта до изменения состояния, после изменения состояния всей поверхности и после изменения состояния участков его поверхности, соответствующих конфигурации топологических элементов.

5 При этом изменение состояния всей поверхности и участков, соответствующих конфигурации топологических элементов, может быть осуществлено либо за счет нанесения пленки на объект и последующего

0 ее удаления, либо путем последовательного удаления поверхностного слоя идентичных объектов.

Согласно предлагаемому способу в качестве параметра объекта - подложки ис5 пользуют вес одного и того же объекта, который измеряется трехкратно: до изменения объекта, после изменения состояния всей поверхностью и после изменения состояния участков поверхности объекта, со0 ответствующихконфигурациям

топологических элементов. При этом обязательным условием реализации предлагаемого способа является то, что при изменении поверхности объекта и формиро5 вании на его поверхности аналогичным образом топологических элементов изменяется соответственно общий параметр объекта - вес подложки.

Для однозначного соответствия изменения веса подложки площади топологиче- ских элементов необходимо, чтобы изменение поверхности объекта приводило к равномерному по всей поверхности изменению веса каждой единицы площади поверхности.

Это требование можно реализовать двумя способами.

Первый: на всю поверхность объекта наносят пленочное покрытие с одинаковым удельным весом на единицу поверхности, что соответствует признаку изменение состояния всей поверхности. На поверхности объекта формируют топологические элементы в пленочном покрытии, оставляя пленочное покрытие в пределах площади топологического элемента и удаляя его за пределами топологических элементов, что соответствует признаку формирование участков поверхности, соответствующих конфигурации топологических элементов.

Второй: выполняют равномерное по всей поверхности удаление слоя подложки (изменение всей поверхности), а формирование топологических элементов в этом случае выполняют за счет равномерного локального удаления поверхностного слоя подложки на точно такую же глубину в пределах контуров топологических элементов.

Предлагаемый способ применительно к первому варианту осуществляется следующим образом,

Подложку, на поверхности которой должны быть сформированы топологические элементы, взвешивают с использованием весов, обеспечивающих необходимые пределы и точность взвешивания (измеряют вес подложки без покрытия Pi), на всю поверхность подложки наносят пленочное покрытие с одинаковым удельным весом на единицу площади поверхности подложки. Последнее условие подразумевает постоянство удельного веса и толщины покрытия по всей поверхности.

Методы нанесения и материал пленочного покрытия выбирают в зависимости от характера объекта. Например, для определения общей площади топологических элементов интегральных микросхем на поверхности плоских полупроводниковых пластин (кремния), лучше всего использовать тонкие пленки металлов или диэлектриков, напыляемых в вакууме или осаждаемые их газовой фазы, К ним относятся, например, пленки алюминия, меди, титана, вольфрама, окисла кремния, силикатных стекол, натрида кремния и т. д. Указанные методы обеспечивают точность выдерживания толщины и удельного веса

пленок в пределах площади объекта около 3%.

На поверхность подложек с произвольной формой и размерами пленочное покрытие можно наносить также методами пульверизации, намазывания, окунания, гальванического осаждения и т. д.

После нанесения покрытия выполняют взвешивание объекта с покрытием (измеря0 ют вес объекта с покрытием на всей поверхности Ри). Затем на поверхности объекта формируют топологические элементы, общую площадь которых необходимо определить. Для формирования элементов

5 интегральных микросхем лучше всего использовать метод фотогравировки рисунка элементов в пленочном покрытии. При этом необходимо через фоторезистивную маску, соответствующую рисунку топологических

0 элементов, стравливать пленочное покрытие, на закрытое маской, без затравливания подложки.

Например, на кремниевой подложке пленку алюминия можно стравить селектив5 но в травителе на основе соляной или орто- фосфорной кислоты, а пленку окисла кремния - в травителе на основе плавиковой кислоты. После травления снимают фо- торезистивную маску и измеряют вес

0 подложки с топологическими элементами Рз. На поверхности подложек с произвольной толщиной и формой формируют топологические элементы с требуемой геометрией, используя любые подходящие методы се5 лективного удаления покрытия: вырезание, соскабливание, растворение, выжигание, выпиливание, сверление, электроэрозию и т.д.

Общую площадь топологических эле0 ментов на подложке определяют по формуле

(P3-P1)/P2-P1,

где Sn - общая площадь поверхности подложки.

5 В отличие от прототипа измеряемым параметром объекта согласно предлагаемому способу является его вес. Поэтому не требуется, чтобы объект был оптически прозрачным. Он может иметь любые оптические

0 свойства, так как это не препятствует определению его веса. Кроме того, объект может иметь любые объем и форму, так как форма объекта не влияет на измерение его веса Наконец, само пленочное покрытие может

5 быть оптически подобным подложке, что также не препятствует определению веса.

Отсюда следует, что предлагаемый способ может быть применен к значительно большему количеству разнотипных объектов (как по оптическим характеристикам, так

и по их форме), при этом можно использовать пленочные покрытия с любыми оптическими свойствами.

Кроме того, возможность использования широкого круга подложек и пленочных покрытий создает предпосылки для уменьшения трудозатрат при измерении и для повышения точности измерений.

Точность определения общей площади элементов предлагаемым способом тем выше, чем меньше погрешность используемых весов при измерении веса исходного объекта.

Точность предлагаемого способа повышается, если использовать один и тот же объект во время всего цикла определения площади топологических элементов, так как при трехкратном измерении его веса можно использовать одни и те же разновески и пределы измерительных декад.

Кроме того, применение предлагаемого способа позволяет уменьшить материальные затраты.

Для повышения точности способа необходимо, чтобы вес пленочного покрытия был как можно больше по сравнению с весом исходного объекта и точностью весов. Это условие легко обеспечивается, так как можно в широких пределах изменять толщину пленочных покрытий и делать их из материалов с высоким удельным весом, а также изменять материал, толщину, площадь и вес исходного объекта.

Предлагаемый способ применительно второму варианту осуществляется следующим образом.

Взвешивают два идентичных объекта (пластины) с заранее определенной площадью. После этого на один из объектов наносят маскирующее покрытие (фоторезист) и подвергают его литографической обработке в соответствии с конфигурацией топологических элементов.

Далее оба объекта подвергают одновременному травлению, при котором происходит одинаковое по толщине удаление материала пластин по всей поверхности для одной пластины и в пределах контуров топологических элементов - для другой. После этого снимают фоторезистивную маску и оба объекта повторно взвешивают на тех же весах. Находят общую площадь, занимаемую топологическими элементами, по той же расчетной формуле.

П р и м е р 1. Исходную кремниевую пластину типа КДБ-10 с диаметром 100 мм и толщиной около 480 мкм взвешивают на лабораторных весах типа ВЛ-200. Вес пластины (Pi) составляет 8,7368 г.

На одну сторону пластины методом маг- нетронного распыления наносят пленку алюминия толщиной 1 мкм с разбросом толщины по площади около 3% и повторно взвешивают на тех же весах с использованием одних и тех же разновесок и измерительных декад. Вес подложки (Ра) составляет 8,7541.

Выполняют фото гравировку, используя 0 фотошаблон межсоединений, и через маску фоторезиста селективно стравливают пленку алюминия до подложки, используя известный травитель по алюминию. Затем снимают маску фоторезиста методом плаз- 5 менного удаления и измеряют вес подложки (Рз) аналогично описанному выше. Вес подложки составляет 8,7436 г,

Вычисляют общую площадь шин межсоединений БИС на пластине по формул 0 (8,7436-8,7368)/(8,7541-8,7368) S™ 68 мг/173 ,,394 х 3,14 х ,8 см.

П р и м е р 2. Измеряют вес исходного объекта - кремниевой пластины диаметром 100 мм и толщиной 460 мкм, ,2385 г. 5Измеряют вес второго идентичного исходного объекта - кремниевой пластины, ,9428 г. На вторую пластину наносят маску из фоторезиста, соответствующую рисунку топологических элементов областям 0 п+-скрытых слоев интегральной схемы.

Обе пластины помещают в камеру установки плазмохимического травления типа УВП-2 и стравливают одинаковый слой кремния, толщиной около 1 мкм на обеих 5 пластинах одновременно в плазме гекса- фторида серы.

Измеряют вес первой пластины со стравленным слоем кремния со всей поверхности пластины, ,2195 г. 0 Снимают маску фоторезиста с второй пластины и измеряют ее вес с вытравленным рисунком, соответствующим площади топологических элементов - областям п+- скрытых слоев интегральной схемы, 5 ,9335г.

Вычисляют площадь областей п+-скры- тых слоев ИС по формуле

Рз Р1 , 3,14 25оЛ93 10Г4 г/190

Олскр - опл

Р2-Р1

0 ,5см2хО,,4см2.

Общая площадь раскрытых слоев ИС равна 38,4 см , что составляет 49 % от общей площади пластины.

Технико-экономическая эффективность

5 предлагаемого способа в сравнении с прототипом состоит в следующем: точность определения общей площади топологических элементов повышается в несколько раз, так как измерение веса объектов и его изменение выполняется с меньшими погрешностями, чем измерение оптических характеристик объектов; расширяется область применения способа за счет возможности использования объектов с любыми оптиче- скими характеристиками и формой; упрощается процесс измерений и применяемое измерительное оборудование, уменьшается стоимость применяемого оборудования и затраты на его обслуживание.

Формула изобретения 1. Способ определения общей площади топологических элементов на объекте, заключающийся в том, что измеряют один из параметров исходного объекта до измене- ния состояния его поверхности, идентичного объекта после изменения состояния всей его поверхности и идентичного объекта после изменения состояния участков его поверхности, соответствующих конфигурации топологических элементов, а по результатам измерений определяют общую площадь топологических элементов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения технологических возможно- стей, в качестве параметра используют вес объекта, а общую площадь топологических элементов определяют по формуле

с -с p3-Pi

Ьэ ° Р2 - РГ

где 5Э и So - соответственно площади топологических элементов на объекте и всего объекта;

Pi, P2 и Рз- соответственно веса исходного объекта до изменения его состояния, идентичного объекта после изменения состояния всей его поверхности и идентичного объекта после изменения расстояния участков его поверхности, соответствующих конфигурации топологических элементов.

2.Способ по п. 1,отличающийся тем, что изменение состояния поверхности последовательно выполняют на одном объекте.

3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что изменение состояния поверхности осуществляют нанесением и удалением пленочного покрытия с постоянным удельным весом на единицу поверхности.

4.Способ по п. 1,отличающийся тем, что изменение состояния поверхности осуществляют путем равномерного по толщине удаления материала с поверхности объектов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения общей площади топологических элементов различных объектов, преимущественно интегральных микросхем. Целью изобретения является повышение точности и расширение технологических возможностей. При измерении осуществляют три последовательных измерения веса идентичных объектов: до изменения состояния поверхности, после изменения состояния всей поверхности и после изменения состояния участков поверхности, соответствующих конфигурации топологических элементов, Общую площадь топологических элементов определяют по расчетной формуле. Изменение состояния поверхности объема может быть осуществлено нанесением и последующим удалением пленочного покрытия или удалением поверхностного слоя самого объекта. С целью дополнительного повышения точности определения общей площади топологических элементов изменение состояния поверхности последовательно выполняют на одном объекте. 3 з. п. ф-лы. (Л