CN105627936A

CN105627936A - 基于od测量的金属膜厚度快速测量方法

Info

Publication number: CN105627936A
Application number: CN201510962154.3A
Authority: CN
Inventors: 喻波; 姚舜; 金春水
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2016-06-01

Abstract

本发明公开了一种基于OD测量的金属膜厚度快速测量方法，属于极紫外光刻技术领域。解决了现有技术中膜厚的测量方法只适用于测量少量金属膜样品，测量大部分金属膜样品时，由于膜层表面在空气中氧化速度较快，影响测量精度的技术问题。本发明的测量方法，先通过金属膜的吸收系数随波长的变化曲线，选取吸收系数最大时的波长，并以此处波长作为OD值的测量波长；然后在测量波长下，通过式OD＝ad+b拟合得到系数a和系数b；再在测量波长下，测量金属膜的实际OD值，代入系数a和系数b确定的OD＝ad+b中，得到金属膜厚度。该方法能够快速测量大量金属膜样品的膜厚，避免了金属膜长时间暴露在空气中氧化影响测量精度。

Description

基于OD测量的金属膜厚度快速测量方法

技术领域

本发明属于极紫外光刻技术领域，具体涉及一种基于OD测量的金属膜厚度快速测量方法。

背景技术

极紫外光刻(ExtremeUltravioletLithography，EUVL)技术是使用EUV波段，主要是13.5nm波段，进行光刻的微纳加工技术。目前，EUVL技术已经能够实现7nm线宽的刻蚀工艺，并具备进一步缩小刻蚀线宽的可能性。这在大规模集成电路制造领域具有重要意义，能够实现更大密度的元件集成，以及更低的能耗。

极紫外光刻使用波长为10-14nm的光源照明，由于几乎所有已知光学材料在这一波段都具有强吸收，无法采用传统的折射式光学系统，所以极紫外光刻系统的照明系统、掩模和投影物镜均采用反射式设计，其反射光学元件需镀有周期性多层膜以提高反射率。对于投影物镜系统，为实现波长匹配和面形保持，必须对物镜基底上多层膜的膜厚分布实现深亚纳米级别精度的控制，这首先需要有高精度的膜厚检测手段。在极紫外多层膜领域，膜厚一般采用掠入射X射线衍射谱来测量，单个样品的测量时间一般在10min左右，这种速度对于一次测量几个样品是没有问题的，但在膜厚分布控制工艺优化过程中，一次测量样品的数量一般在几十个，且对于一些金属膜如Mo单层膜由于其表面在空气中氧化速度较快，因此必须在一小时之内完成所有样品的测量，否则表面氧化将极大地影响膜厚测量精度，这时，掠入射X射线衍射谱测量方法便不能满足测试需求。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中膜厚的测量方法只适用于测量少量金属膜样品，测量大部分金属膜样品时，由于膜层表面在空气中氧化速度较快，影响测量精度的技术问题，提供一种基于OD测量的金属膜厚度快速测量方法。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

基于OD测量的金属膜厚度快速测量方法，步骤如下：

步骤一、通过金属膜的吸收系数随波长的变化曲线，选取吸收系数最大时的波长，并以此处波长作为OD值的测量波长；

步骤二、在步骤一的测量波长下，通过式(1)拟合得到系数a和系数b；

OD＝ad+b(1)

式(1)中，

OD为正入射下金属膜的光学厚度，d为金属膜厚度；

步骤三、在步骤一的测量波长下，测量金属膜的OD值，代入系数a和系数b确定的式(1)中，得到金属膜厚度。

进一步的，通过式(1)拟合得到系数a和系数b的过程是：分别测量多个不同的金属膜厚度d对应的OD值，线性拟合，得到系数a和系数b。

进一步的，所述OD值采用lambda950分光光度计进行测量。

进一步的，所述金属膜厚度测量范围为20-50nm。

进一步的，所述OD值通过将金属膜镀制在透明基底上测量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的基于OD测量的金属膜厚度快速测量方法，通过测量金属膜的光学厚度OD(opticaldensity)，能够快速测量大量金属膜样品的厚度，避免了金属膜长时间暴露在空气中氧化影响测量精度，为膜厚分布控制工艺优化提供了有力的表征手段。

附图说明

图1为本发明实施例1中Mo单层膜的吸收系数随波长的变化曲线；

图2为本发明实施例1中不同厚度的Mo单层膜的理论计算OD曲线；

图3为本发明实施例1中拟合的253nm处OD值与金属膜厚度的线性关系。

具体实施方式

以下结合实施方式进一步说明本发明。

本发明基于OD测量的金属膜厚度快速测量方法的原理如下。

基底上金属单层膜透过率T由下式给出：

\begin{matrix} T = (1 - R_{1}) e^{- α d} (1 - R_{2}) (1 - R_{3}) e^{- α_{s} d_{s}} / (1 - R_{2} R_{3} e^{- 2 α_{s} d_{s}}) \\ = {Ae}^{- α d} \end{matrix}

金属单层膜的OD值由下式给出：

O D = - l g T = - l n T / l n 10 = \frac{α}{l n 10} d - \frac{l n A}{l n 10} = a d + b

式中，OD为正入射下金属膜的光学厚度，a和b均为系数。

从上式可以看出，金属膜的OD值与其厚度成线性关系，系数a和系数b可以通过多个金属膜厚度d和OD值的数据点进行线性拟合得到。

采用OD测量金属膜厚度的测量灵敏度由下式给出：

S＝ΔD/Δd＝α/ln10＝a

式中，S为灵敏度，Δd为金属膜厚度的改变量，ΔD为OD值的改变量，从上式可以看出，要提高测量灵敏度，金属膜的吸收系数应尽量大，即应选取吸收系数最大处的波长λ作为测量波长，吸收系数α与消光系数k的关系为α＝4πk/λ，λ为波长。

本发明的基于OD测量的金属膜厚度快速测量方法，步骤如下：

步骤二、在步骤一的测量波长下，分别测量多个不同金属膜厚度d对应的OD值，然后通过式(1)线性拟合，得到系数a和系数b；

OD＝ad+b(1)

式(1)中，OD为正入射下金属膜的光学厚度，d为金属膜厚度；

步骤三、在步骤一的测量波长下，测量金属膜的实际OD值，代入系数a和系数b已经确定的式(1)中，得到金属膜厚度。

上述方法中，OD值采用lambda950分光光度计进行测量，金属膜的OD值通过将金属膜镀制在透明基底上测量。

本发明的测试方法金属膜厚度的测量范围为20-50nm。

以下结合实施例和附图进一步说明本发明。实施例中，多个不同金属膜厚度d对应的OD值通过理论值模拟获得。

实施例1

步骤一、通过Mo单层膜的吸收系数随波长的变化曲线，如图1所示，可以看出Mo单层膜的吸收系数在253nm处有一吸收峰，因此，以253nm作为OD的测量波长；

步骤二、理论计算Mo单层膜厚度分别为25nm，30nm，35nm，40nm，45nm，50nm时的OD值，结果如图2所示(图中，从上至下依次对应厚度为25nm，30nm，35nm，40nm，45nm，50nm的Mo单层膜)，然后通过获得的数据拟合253nm处Mo单层膜的OD值与Mo单层膜的厚度d的线性关系，结果如图3所示：

OD＝0.10999+0.0796d；

步骤三、将目标膜厚为40.1nm的Mo单层膜在253nm处的OD理论计算值3.301代入步骤二得到的公式中，计算得到的Mo单层膜厚度为40.088，与目标膜厚40.1mm相对误差为0.9997；

或者将目标膜厚为50.1nm的Mo单层膜在253nm处的OD理论计算值4.099代入步骤二得到的公式中，计算得到的Mo单层膜厚度为50.113，与目标膜厚50.1nm相对误差为1.0003。

可以看出，上述误差均在膜厚分布控制工艺优化所需的膜厚相对检测精度±0.1％范围内。说明本发明的方法能够测量金属膜厚度。

Claims

1.基于OD测量的金属膜厚度测量方法，其特征在于，步骤如下：

OD＝ad+b(1)

式(1)中，

OD为正入射下金属膜的光学厚度，d为金属膜厚度；

2.根据权利要求1所述的基于OD测量的金属膜厚度测量方法，其特征在于，通过式(1)拟合得到系数a和系数b的过程是：分别测量多个不同的金属膜厚度d对应的OD值，线性拟合，得到系数a和系数b。

3.根据权利要求1所述的基于OD测量的金属膜厚度测量方法，其特征在于，所述OD值采用lambda950分光光度计进行测量。

4.根据权利要求1所述的基于OD测量的金属膜厚度测量方法，其特征在于，所述金属膜厚度测量范围为20-50nm。

5.根据权利要求1所述的基于OD测量的金属膜厚度测量方法，其特征在于，所述OD值通过将金属膜镀制在透明基底上测量。