CN1522389A - 单步骤中结合临界尺寸及披覆之测量方法 - Google Patents
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Abstract
在一披覆图样中之一种半导体晶圆结构，其允许藉由CD SEM于一单次操作中沿着一已知轴决定披覆以及临界尺寸特征，包含：a)一中心特征结构提供一临界尺寸点沿着一已知轴；b)复数的较小区域位于该邻接中心特征区域沿着该已知轴，其包含复数的空间介于每一复数的较小区域之间；以及c)复数的置换线路邻接复数的较小区域用以取代一复数的空间。
Description
发明领域
本发明系关于一种用于同时测量临界尺寸(CD)以及披覆结构于一半导体芯片上藉由将结构结合入一单一特征以使测量可以被执行于CD扫描电子显微镜(SEM)中一单次操作中。
先前技艺描述
在制造半导体装置中，其系大型积体(LSI)以及非常大型积体(VLSI)，极其复杂的电子电路系被制造于一硅芯片上。此制造已经引起大体上缩减电路尺寸以及因此改变半导体装置的制造需求。
在制造程序中，光微影系典型地被利用以从一光罩转移一微小的图样至一集成电路之硅晶圆表面上。典型的光微影系统使用一步骤重复的方法，其自一微小凸版照相转移罩幕图样至硅晶圆。程序需要个别缩减之许多的交互影响，且每一个别的缩减可能将错误引入最终装置中。用以监控以及修正这些错误的传统工具不能提供必须要的分辨率以及测量准确性当使用需要缩减所需要的特别小的芯片设计时。
藉由增加半导体结构中组件的数量，集成电路组态已经发展进入复杂的三度空间版图。
当装置尺寸继续被缩小，披覆测量准确性的需求也继续增加。一般上，对于一0.25微米设计规则，披覆规格系在约0.025：米的范围中。因此，披覆测量必须使用SEM(扫描电子显微镜)技术以证明测量准确度。
一个传统晶圆制造披覆测量技术使用测试罩幕目标(即，盒中盒以及临界尺寸(CD)在不同的晶圆面积中，该处这些结构系被规划于芯片之周边区)。这些测量对照在盒子中线的位移为了获得一程序平均。然而，以此传统技术，尺寸特质或者判断结果之处理不能被决定直到盒中盒以及临界尺寸目标在装置中被呈现一明显数量的胞元。换句话说，因为此程序需要两组的测量步骤，以及一测量结果的比较，此方法系不容易使用。再者，此传统判断结果程序系更夸张的增加装置的密度且因此阻碍自动化的制造程序。
美国专利5,555,319揭露临界尺寸测量方法以及其装置。测量装置包含：
照射工具用以放射一电子束至一被测量的图样上以被测量；
侦测工具用以侦测一第二以及从该被测量的图样反射之反射电子；
过滤工具用以接收影像资料当第二以及反射的电子被侦测工具侦测时，以及执行影像资料之一空间过滤步骤且储存空间过滤步骤之结果到一第一内存中；
以长条图方式统计程序工具用以接收在空间过续步骤后所获得之被储存于第一内存之影像资料，执行影像资料之长条图统计步骤，以及储存长条图统计步骤之结果于一第二内存中；
起增值侦测工具用以接收储存在第二内存中之长条图统计步骤结果，藉由自动分离等级产生一起增值于藉由长条图统计所获得之一长条图中基于区别的准则方法，且储存起增值侦测工具所产生的结果在第三内存中；
三值改变程序工具用以接收储存在第三内存中的起增值，执行储存于第一内存中在空间过滤步骤之后之影像资料之三值改变基于起增值，且储存三值改变工具所获得的结果在一第四内存中。
第一计算工具用以接收储存在第四内存中在三值改变步骤之后所获得之影像资料，得到基于此资料之图样底部区域的面积以及周围，且储存第一计算工具获得之结果到一第五内存中；
第二计算工具用以接收储存在第五内存中图样底部区域之面积以及周围，基于此资料获得确定的直径，且储存第二计算工具所获得的结果到一第六内存中；以及
图样形状确认工具以储存在第六内存中之图样直径为基础自动地决定是否图样为圆形或者椭圆形，如果图样是圆形则以面积为基础计算圆的直径，且如果图样是椭圆形以面积以及周长为基础计算一主轴以及一次轴。
一CD光标尺装置用于SEM CD测量系被揭露于美国专利5,847,818。其装置包含：
一中心带状图样沿着一特定方向布置；
一第一复数的带状图样以平行，沿着该特定方向布置，以及在一第一侧上邻接该中心带状；
一第二复数的带状图样以平行，沿着该特定方向布置，以及在一第二侧上邻接该中心带状图样；
一复数的确认图样选择性地附加至该第一复数的带状图样以及第二复数的带状图样；
其中第一复数的带状图样数量相等于第二复数的带状图样之数量，每一带状图样具有一相等长度其系短于中心带状图样的长度但是长于确认图样的长度，且其中中心带状图样之一端，每一第一复数之带状图样之一端以及每一第二复数之带状图样之一端全部被校准于一基准线，藉其该中心带状图样，该确认图样，该第一复数以及第二复数的带状图样形成一特定图标用以作为一临界尺寸光标尺图样。
一种装置用以从扫描电子显微器获得二度或三度空间资料的方法系被揭露于美国专利6,054,710。该方法包括：
收集一第一半导体结构之一第一测量从一扫描电子显微镜；
收集一第一半导体结构之一第二测量从一原子力显微镜；
建立该第一半导体结构之第一测量以及第二测量之间的关系，其中该关系指示该第二测量如果一第三测量自一第二半导体结构之一扫描电子显微镜具有相似该第一半导体结构的特性；以及
映像一二度空间的波形图经由一多重空间决定空间至一对应三度空间的特质使用一平行分布的方法操作上连接至扫描电子显微镜之一输出，平行分布步骤包含共同因素提供多重空间的图标空间用于扫描电子显微镜之输出以映像一输出值的图其提供在该半导体结构之临界尺寸上的资料。
美国专利5,701,013揭露一晶圆度量图样用于使用在一半导体组态之临界尺寸分析，其包含：
一第一中心区域用以提供一中心参考点；
一复数的区域集中地位于包含一复数的空间介于每一复数的区域之间之该中心区域周围；以及
一复数的补偿线路放射状地位于大约至少特定的复数的区域以补偿复数的空间。
在此技术中制造半导体装置期间测量CD以及披覆结构需要，CD以及披覆测量计算记基于一阻抗/特征边缘之估计以映像一测量，而可以将结构结合入一单一特征以允许CD以及披覆测量能在CD SEM之一单次操作中执行。
发明概要
本发明之一目的系提供一种方法用以在制造半导体装置期间结合CD以及披覆结构到一单次特征中。
本发明之另一目的系提供一种方法用于结合CD结构以及披覆结构到一单次特征中在制造半导体装置期间以允许CD以及披覆测量可被执行于CD SEM之一单次操作中。
本发明之再一目的系提供一种方法用以测量一CD以及披覆之结构藉由结合结构的测量到一单次特征中，基于阻抗/特征边缘的估计以允许CD以及披覆测量在CD SEM之一单次操作中被执行，藉由使用一X操作以及Y操作以使用一单一工具提供披覆于两个方向。
图标简单描述
图1a系一图标概念描述显示现行CD/披覆方法用以选择阻抗以及特征边缘以计算披覆。
图1b系一现行CD/披覆方法之概念描述其中CD SEM使用阻抗边缘之强度以计算CD。
图2系一本发明CD/披覆结构之图标概念描述其中在SEM之一单次操作中提供强度资料用于CD以及披覆测量沿着X组件。
较佳实施例之详细描述
在一半导体晶圆的制造中，需要考虑的结构具有一临界尺寸(CD)，例如骑宽度。
临界尺寸是一个确认或者定义一半导体结构之最小物理尺寸以确定可信度以及成果的因素，其系被使用以决定制造程序的品质。本发明提供一新的CD/披覆结构其中SEM中之一单次操作提供X组件中CD以及披覆测量之强度数据。
为了使容易掌握本发明之新的CD/披覆结构，图1a为参考其系一图标概念描述显示现行CD/披覆方法用以选择阻抗以及特征边缘以计算披覆。如同可从此图中所见，光学披覆工具使用由波形所示之强度显示以定义阻抗以及特征边缘来计算披覆。此晶圆度量图样10系一盒中盒图样包含一披覆11以及一披覆12。披覆11具有一宽度，且相似地，披覆12具有一宽度。亦，披覆盒中盒的图样系以阻抗以及特征边缘为特征，且这些边缘可能被使用以改变测量准确度。例如，一二度空间的长度测量系统其侦测一改变在一震动探针尖端之振幅当其接近表面时可能被使用，且此探针尖端可能在平行或者垂直方向被震动，以其该表面系被侧量。阻抗以及特征边缘系藉由使用两次操作探针被决定以计算披覆。例如，沿着X轴计算，X＝A-B，而延着Y轴计算，Y＝C-D。
在测试下从结构之探针所输出的波形系显示在图1a之波形，该处波形的强度或波峰定义阻抗以及披覆之特征边缘。再次，两次操作系被需求用以计算X＝(A-B)以及Y＝(C-D)。
因为在图1a中盒中盒度量图样10之测量装置的极限，此图样不能被使用于临界尺寸配置需要比那些披覆11以及12小的线路。
如同图1b可见，从图1a存在的晶圆度量图样CD SEM使用阻抗边缘的强度以计算CD，且强度系藉由在图1b底部图之扫描探针之输出波形中的波峰来显示。
图2之概念描述显示本发明CD/披覆结构其中在SEM之一单次操作提供强度资料用于X方向的CD以及披覆测量。
图2系一晶圆度量图样其整合披覆以及临界尺寸特征且系被配置于X方向，以及X披覆系从A以及B之间的距离差异被计算。
二者择一地，Y披覆可能从Y方向被决定，假如特征边缘被旋转90度以使Y披覆可以被计算。区域13之中心特征提供一CD点在X扫描轴且此系明显的因为在新式微影中，扫描仪仅沿着一轴扫描，且因此提供电位用于被扫瞄以及未扫瞄方向之间的CD差异。在中心特征13以及一复数的较小邻接区域14以及14a之间的空间可能被配置或者沿着X扫描轴被调整根据特定半导体应用之设计规则。较小的邻接区域14a代表位于邻接较小邻接区域14之置换线路以允许14a以及14之间的空间之调整根据设计需求。晶圆度量图样之一最佳化用于确定一半导体组态之临界尺寸分析其结合披覆以及临界尺寸特征，使用一单次操作沿着一已知轴在CD SEM中，系无困难地可达成藉由此半导体晶圆度量图样。
图2底部图描述SEM之输出波形用于测试下的装置，且波形之波峰提供自上一层被蚀刻的特征以及结构之当层之间相关距离之一指示，该处SEM输出波形系被输入到一临界尺寸扫描电子显微镜(CD-SEM)规则系统以获得测试结构之临界尺寸之一估计。
据此，本发明排除到目前为止被使用或者赖以决定测试结构之披覆的披覆工具。反而，本发明使用SEM中一单次操作来提供强度资料用于在X轴方向之CD以及披覆测量。二者择一地，本发明可能使用SEM中一单次操作以提供强度资料用于CD以及披覆测量于Y轴方向。
一般地，本发明中用于决定一半导体结构之披覆以及临界尺寸之方法系藉由下列步骤达成：
a)提供一半导体晶圆结构在一披覆图样中，该半导体晶圆结构在一披覆图样中包含：
一中心特征区域提供一临界尺寸点沿着一已知轴；
一复数的较小区域位于邻接该中心特征区域沿着该已知轴，其包含一复数的空间介于每一该复数的较小区域；以及
一复数的置换线路邻接一复数的该较小区域用以取代一复数的空间；
b)以一扫描电子显微镜收集一第一测量沿着位于邻接该中间特征区域之该复数的较小区域，该复数的空间以及该复数的置换线路；
c)以该扫描电子显微镜收集一第二测量顺着提供一沿着该已知轴之临界尺寸点之一中间特征区域；
d)建立该半导体晶圆结构之一介于该第一测量以及该第二测量之间的关系；以及
e)映像从扫描电子显微镜之一输出对应披覆以及临界尺寸特征之一二度空间的波形输出以提供资料于半导体晶圆结构之披覆以及临界尺寸从该已知轴；
其中步骤b)以及c)系以该扫描电子显微镜被执行于一单次操作中。
Claims (14)
1.一种在一披覆图样中半导体晶圆之结构，其允许藉由在一单次操作中沿着一已知轴之CD SEM决定披覆以及临界尺寸特征，包含：
a)一中心特征区域提供沿着一已知轴之一临界尺寸点；
b)复数的较小区域位于邻接该中间特征区域沿着该已知轴，其包含复数的空间介于每一该复数的较小区域之间；以及
c)复数的置换线路邻接该复数的该较小区域用以取代复数的空间。
2.一种用于自一扫描电子显微镜而无使用一披覆工具决定在一单次操作中一半导体结构之披覆以及临界尺寸的方法，包含：
a)提供一半导体晶圆结构在一披覆图样中，该半导体晶圆结构在一披覆图样中包含：
I)一中心特征区域提供一临界尺寸点沿着一已知轴；
II)复数的较小区域位于邻接该中心特征区域沿着该已知轴，其包含复数的空间介于每一该复数的较小区域；以及
III)复数的置换线路邻接复数的该较小区域用以取代复数的空间；
b)以一扫描电子显微镜收集一第一测量沿着位于邻接该中间特征区域之该复数的较小区域，该复数的空间以及该复数的置换线路；
c)以该扫描电子显微镜收集一第二测量顺着提供一沿着该已知轴之临界尺寸点之一中间特征区域；
d)建立该半导体晶圆结构之一介于该第一测量以及该第二测量之间的关系；以及
e)映像从扫描电子显微镜之一输出对应披覆以及临界尺寸特征之一二度空间的波形输出以提供资料于半导体晶圆结构之披覆以及临界尺寸从该已知轴；
其中步骤b)以及c)系以该扫描电子显微镜被执行于一单次操作中。
3.根据权利要求第1项所述之半导体晶圆结构，其中该已知轴系X轴。
4.根据权利要求第1项所述之半导体晶圆结构，其中该已知轴系Y轴。
5.根据权利要求第2项所述之方法，其中该已知轴系X轴。
6.根据权利要求第2项所述之方法，其中该已知轴系Y轴。
7.根据权利要求第3项所述之半导体晶圆结构，其中该中心特征区域系具有比该复数的较小区域较大的长度。
8.根据权利要求第7项所述之半导体晶圆结构，其中该复数的置换线路系具有不相等的尺寸。
9.根据权利要求第6项所述之方法，其中该中心特征区域系具有比该复数的较小区域较大的长度。
10.根据权利要求第9项所述之方法，其中该复数的置换线路系具有不相等的尺寸。
11.根据权利要求第5项所述之方法，其中该晶圆在扫描时系被旋转约90E。
12.根据权利要求第6项所述之方法，其中该晶圆在扫瞄时系被旋转约90E。
13.根据权利要求第11项所述之方法，其中，在该沿着X轴旋转之后，该晶圆在扫描时系被沿着Y轴旋转约90E。
14.根据权利要求第12项所述之方法，其中，在该沿着Y轴旋转之后，该晶圆在扫描时系沿着X轴被旋转约90E。
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