該發(fā)明專利技術公開了一種基于微光斑平行光束的微結構關鍵尺寸OCD測試系統(tǒng)，包括光源、壓縮透鏡組、待測周期結構、檢測器及數(shù)據處理器。光源激勵出光斑直徑大小為4.9-5.1mm的平行光，該光束通過壓縮透鏡組被壓縮為直徑為49-51μm的平行光，此平行光入射到安置臺上的待測周期結構表面，實現(xiàn)反射，檢測器檢測并提取反射光參數(shù)，最后通過數(shù)據處理器的電磁模擬/分析軟件優(yōu)化分析反射光參數(shù)，反衍出待測結構的關鍵尺寸。該發(fā)明專利技術直接實現(xiàn)微光斑平行光束的測試系統(tǒng)能夠很大程度上提高OCD測試系統(tǒng)測試小尺寸結構的精度與速度。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于半導體微電子計量領域，涉及實現(xiàn)微光斑平行光束入射的光學關鍵尺寸(OCD)測試系統(tǒng)。技術背景在半導體以及其他微電子產業(yè)中，芯片在經過集成電路設計者設計后通過加工設備以加工實現(xiàn)設計者所期望的結構。芯片的集成度很高，需要通過制版、光刻、刻蝕等一系列工藝使其結構(Pattern)在芯片中實現(xiàn)，因此芯片上的結構基本都呈周期性排列。但在工藝制作以后，其中的關鍵尺寸(CD)能否滿足設計要求則需要進行測試/分析。這樣的測試/分析在各個工藝階段以及工藝完成后都需要做，因此對芯片制造來說具有極其重要的意義。CD測試/分析的方法有多種，如：采用掃描電子顯微鏡(SEM)，原子力顯微鏡(AFM)等，但這些顯微鏡測試的技術或者需要復雜的真空環(huán)境，或者只能實現(xiàn)對表面輪廓的局部分析，無法實現(xiàn)對多層結構中非表面層(underlay)的測試，更不可能實現(xiàn)生產過程中的在線檢測。采用光學手段對CD測試/分析(通常稱為OCD)則能夠實現(xiàn)在線檢測，它對測試環(huán)境的要求簡單，且可對非表面層結構的分析，因此成為CD測試/分析中最主要的技術手段。該技術在國際上已有二十多年的發(fā)展歷史，早期的OCD測試只要采用普通的光束(毫米級直徑)就可以實現(xiàn)，分析技術中的電場模擬采用標量分析的近似，該方法最早由Haimann等人提出(Journal?of?Electrochemical?Socity,v.131,p.881,1984)，后來由Maynard等人(Journal?of?vacuum?Science?and?Technology)以及Lee等人(International?Conference?on?Characterization?and?Metrology?for?ULSI?Technology,Gaithersburg,MD,p.23-27,Mar.1998)在產業(yè)界得到應用，Li等在美國專利US?Patent7212293B1中對這中方法做了一些改進。但隨著集成度的提高，微結構中的幾何尺寸越來越小，標量分析這種近似方法已難以適應要求，更精確反映各種衍射信息的嚴格方法----矢量分析法被普遍采用，其中包括耦合波分析法(RCWA，Moharam等,Journal?of?Optical?Society?of?America,A12,n.5,p.1068-1076,1995)，以及頻域、時域有限差分法等。此外還有一些企業(yè)采用一些新的近似方法，但幾乎所有應用于OCD的模擬算法都假定光源為平行光。隨著以半導體集成電路為代表的微電子技術的發(fā)展，不僅結構上尺寸越來越小，而且允許測試的面積也減小。因此需要測試系統(tǒng)的光斑相應減小。當前普遍采用匯聚光束的方法減小光斑，讓測試位置位于聚焦的光斑點。但這種做法與基于模擬算法的軟件分析模型是有差異的(實際光源不再為模擬光源所假定的平行光)，這將直接影響測試/分析結果的準確性。工程實際中都經常是采用一些近似方法加以修改，但通常是大大增加了分析過程中計算的復雜性，嚴重影響了系統(tǒng)工作的效率；而在OCD測試/分析系統(tǒng)中，精度和效率是兩大關鍵問題，為了提高效率采用這些近似方法需要增加很多硬件上的投入，甚至有時不得不為了效率犧牲一些精度。因此，能直接實現(xiàn)微光斑平行光的測試系統(tǒng)顯得非常重要。
技術實現(xiàn)思路
對于傳統(tǒng)的OCD測量技術而言，隨著集成技術的發(fā)展，微結構的尺寸越來越小。目前主要有兩個方面的困難：一是光學衍射極限的限制；二是光斑尺寸相對于芯片尺寸過大，影響測試精度甚至無法實現(xiàn)測試/分析。為了克服光斑尺寸過大的問題，目前普遍采用聚焦方式，這雖然解決了測試問題，但由于測試系統(tǒng)和模擬分析模型的差別，在很多情況下，測試之后的分析過程中需要多耗費很多時間才能得到測試/分析的最后結果。為了解決這個問題，本專利技術公開了一種基于微光斑平行光束的微結構關鍵尺寸OCD測試系統(tǒng)，使得光源通過雙膠合透鏡組變?yōu)楣馐睆郊s50μm的平行光，從而達到提高芯片測試精度、縮短測試之后數(shù)值分析時間的目的。圖1所示系統(tǒng)是本專利技術的一種基于微光斑平行光束的微結構關鍵尺寸OCD測試系統(tǒng)，包括光源、壓縮透鏡組、待測周期結構、檢測器及數(shù)據處理器。光源激勵出光斑直徑大小為4.9-5.1mm的平行光，該光束通過壓縮透鏡組被壓縮為直徑為49-51μm的平行光，此平行光入射到安置臺上的待測周期結構表面，實現(xiàn)反射，檢測器檢測并提取反射光參數(shù)，最后通過數(shù)據處理器的電磁模擬/分析軟件優(yōu)化分析反射光參數(shù)，反衍出待測結構的關鍵尺寸。考慮到加工水平以及可行性，本專利技術選擇加工生產方便以及測試簡便的光學元件——球面透鏡；為使入射光源可透過壓縮透鏡組的工作波長范圍足夠大，選擇適用于紫外波段的玻璃材料。如圖2所示，雙膠合透鏡組包括第一透鏡與第二透鏡，兩透鏡中軸線重合，整體通光口徑d為3mm，透鏡組外圍環(huán)境為空氣；第一透鏡置于近光源側，第二透鏡置于遠光源側。如圖3所示，第一透鏡中，近光源側的第一表面1-1的曲率半徑為15.63mm，第二表面1-2的曲率半徑為9.26mm，第三表面1-3的曲率半徑為1691.9mm；第一表面1-1與第二表面1-2之間的材料為氟化鋰，中心厚度w3為28.78mm，邊緣厚度w4為28.99mm；第二表面1-2與第三表面1-3之間材料為氟化鈣，中心厚度w5為1.13mm，邊緣厚度w6為0.64mm。如圖4所示，第二透鏡中，靠近第一透鏡的第四表面2-1的曲率半徑為-56.38mm，第五表面2-2的邊緣為平面，中間為球面，球面的曲率半徑為2.21mm，第六表面2-3邊緣為平面，中間為球面，球面的曲率半徑為0.42mm。第四表面2-1與第五表面2-2之間材料為石英，中心厚度w7為1mm，邊緣厚度w8為3.29mm；第五表面2-2與第六表面2-3之間材料為氟化鈣，中心厚度w9為30mm，邊緣厚度w10為28.21mm。第一透鏡與第二透鏡之間為空氣，兩透鏡的中心距離w1為1mm，邊緣距離w2為0.92mm。本專利技術一種基于微光斑平行光束的微結構關鍵尺寸OCD測試系統(tǒng)中雙膠合透鏡組的工作波長范圍為190-1000nm，；本專利技術通過雙膠合透鏡組實現(xiàn)有別于
技術介紹
匯聚光光斑的平行光微光斑，在測試系統(tǒng)中，平行光和匯聚光的頻譜響應是有差別的，如果OCD測試系統(tǒng)中采用匯聚光，那么基于平行光假定條件的模擬計算顯然有一定誤差。而模擬計算的誤差將帶入分析系統(tǒng)，影響系統(tǒng)分析的準確度，從而影響OCD測試系統(tǒng)的測試精度。如果要實現(xiàn)滿足精度要求的匯聚光模擬計算，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于微光斑平行光束的微結構關鍵尺寸OCD測試系統(tǒng)，包括光源、壓縮透鏡組、待測周期結構、檢測器及數(shù)據處理器，其特征在于光源激勵出光斑直徑大小為4.9?5.1mm的平行光，該光束通過壓縮透鏡組被壓縮為直徑為49?51μm的平行光，此平行光入射到安置臺上的待測周期結構表面，實現(xiàn)反射，檢測器檢測并提取反射光參數(shù)，最后通過數(shù)據處理器的電磁模擬/分析軟件優(yōu)化分析反射光參數(shù)，反衍出待測結構的關鍵尺寸。
【技術特征摘要】
1.一種基于微光斑平行光束的微結構關鍵尺寸OCD測試系統(tǒng)，包括光源、壓縮透鏡組、
待測周期結構、檢測器及數(shù)據處理器，其特征在于光源激勵出光斑直徑大小為4.9-5.1mm的
平行光，該光束通過壓縮透鏡組被壓縮為直徑為49-51μm的平行光，此平行光入射到安置臺
上的待測周期結構表面，實現(xiàn)反射，檢測器檢測并提取反射光參數(shù)，最后通過數(shù)據處理器的
電磁模擬/分析軟件優(yōu)化分析反射光參數(shù)，反衍出待測結構的關鍵尺寸。
2.如權利要求1所述的一種基于微光斑平行光束的微結構關鍵尺寸OCD測試系統(tǒng)，其特
征在于本發(fā)明的壓縮透鏡組中的透鏡為球面透鏡；材料為適用于紫外波段的玻璃材料。
3.如權利要求1所述的一種基于微光斑平行光束的微結構關鍵尺寸OCD測試系統(tǒng)，其特
征在于壓縮透鏡組包括第一透鏡與第二透鏡，兩透鏡中軸線重合，整體通光口徑為3mm，透
鏡組外圍環(huán)境為空氣；第一透鏡置于近光源側，...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：陳樹強，楊小君，鄧浩，
申請(專利權)人：電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51
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