TW381314B - Submicron level dimension reference for adjusting scanning electron microscope in manufacturing semiconductor device - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（I ) 本發明之背景 本發明之領域 本發明係翮係於被用來當作用κ控制被使用作在製 造半導體元件中控制微细線幅（CD)目的之用的掃描電 子顯微鏡（SEM)之精密度的檷準之次微米位準尺寸基 準*尤其，指用以控制掃描電子顯微鏡之精密度以便解決 在製造半導體元件中之帶電的問題。 相關技術之說明： 在製造半導體元件的工廠中，掃描電子顯微鏡（ SEM)通常被用來量測微细線幅（CD)，此掃描電子 顯徽鏡精密度是非常重要的，所Μ此掃描電子顯微鏡應該 在被維持於適當的水準之下來操作。 此掃描電子顯微鏡係用Κ童測微小之物體的大小之裝 置，當此掃描電子顯微鏡之操作改菱時，物體之被量測的 數值可能與其真正的數值不同，當大小及圈樣均為已知之 基準以此掃描電子顯微鏡來做量測時，其所量測之數值與 其已知之真正的數值相比較，如果該兩個數值不同，則此 掃描電子顯微鏡懕該經由此掃描電子顯微鏡的微調操作來 調整到使得這兩個數值相同，此時，用於調整所使用的基 準，其大小及圖樣均為已知的，係一個次微米位準尺寸基 準，傳統上有三種次徹米位準尺寸基準被使用。 第一種次微米位準尺寸基準為顯示於圖1中之多圖樣 型，在這種型式中，二氧化矽1 2被沈積於矽基板1 1之 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝' •言 A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（·/) 1 上 使 得 增 加 介 於 將 被 沈 積 於 該 二 氧 化 矽 層 1 2 之 上 的 多 晶 1 ! I 矽 1 3 與 該 矽 基 板 1 1 之 間 的 附 著 力 該 多 晶 矽 1 3 被 沈 /-—^ I I 積 遍 布 於 該 二 氧 化 矽 1 2 之 上 以 便 形 成 圖 樣 0 請 £ 1 1 閱 I 第 二 種 次 微 米 位 準 尺 寸 基 準 為 顯 示 於 fan 圖 2 中 之 二 氧 化 讀 背 面 I 矽 圖 樣 型 在 這 種 型 式 中 二 氧 化 矽 2 2 被 沈 積 於 矽 基 板 之 注 1 1 | 2 1 之 上 使 得 增 加 介 於 該 矽 基 板 2 1 與 類 似 被 沈 積 於 該 二 事 項 1 | 氧 化 矽 2 2 之 上 的 導 電 層 2 3 之 間 的 附 著 力 在 - 氣 化 矽 再 填- 該 圖 樣 被 成 該 % 裝 層 2 4 被 形 成 於 該 導 電 層 2 3 上 之 後 9 形 於 頁 1 I 二 氧 化 矽 層 2 4 之 中 0 1 1 第 三 種 次 微 米 位 準 尺 寸 基 準 為 顯 示 於 圈 3 中 之 標 準 的 1 1 微 细 尺 度 型 在 這 種 型 式 中 圖 樣 被 形 成 於 矽 基 板 3 1 其 1 訂 本 身 之 上 .這 個 基 準 係 由 曰 本 的 Hitachi 所 製 造 並 且 被 1 | 本 品 質 保 證 組 織 所 批 准 其 寬 度 及 長 度 個 別 為 1 公 分 0 1 有 幾 個 為 用 調 整 掃 描 電 子 顯 微 鏡 之 次 微 米 位 準 尺 寸 1 1 基 準 所 需 的 條 件 0 1 1 1 | 第 一 該 基 準 之 ΓΕΠ 画 樣 的間 距 或 大 小 必 須 藉 該 特 定 之 掃 描 電 子 顯 微 鏡 Μ 外 的 精 密 量 測 裝 置 來 確 認 該 精 密 的 量 測 1 1 装 置 將 藉 有 闞 的 基 準 調 整 0 r r 第 二 當 該 基 準 被 量 測 於 像 掃 描 電 子 顯 微 鏡 一 樣 的 電 子 光 束 量 測 系 统 時 必 定 會 產 生 具 有 高 對 比 性 的 二 次 電 子 1 I 信 號 換 句 話 說 該 基 準 的 大 小 或 ΓΒΠ 圖 樣 必 須 被 精 確 地 檢 测 1 1 9 逭 與 該 圖 樣 之 形 成 的 特 性 有 U 0 1 1 最 後 該 基 準 在 被 電 子 光 4- 束 投 射 的 情 況 下 必 須 m 定 而 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210乂297公釐〉 經濟部中央標準局員工消費合作衽印製 A7 B7 _ 五、發明説明（、） 且免於充電（帶電）之憂並且可被使用於較長時間期間。 考盧上面的要求，該傳統的次微米位準尺寸基準有以 下的問題。 如果在該為圖樣型及二氧化矽圖樣型的情況中，該基 準因為被掃描電子顯微鏡的運作所累積的電子而充霣過度 ，在該基準上所累積的電子改變從該掃描電子顯微鏡所投 射出來的電子之路徑，其改變被該儀器（掃描鬣子顯微鏡 )所量測的物體之數值，所以難以精確地控制該儀器，換 句話說I介於該矽基板與該導體多晶矽之間的非導賵二氧 化矽不讓在該多晶矽之表面上所累積的電荷流向該基板， 所Μ藉該基準所量測之微细線幅的數值變得與已知的真正 數值不同。. 這種現象經由顯示根據本發明之寅施例的效果之圖4 及圖表1被明確地顯現。 圖4為一張根據習知技術之二氧化矽圖樣型之次微米 位準尺寸基準的掃描電子顯激鏡照片，這張照片顯示Κ包 括用低能量之掃描電子顯微鏡掃描狭窄部份之該基準的表 面的較寬廣之區域為背景在用高能量之掃描電子顯微鏡掃 描該基準的表面之該狹窄部分6 0秒之後所執行的量測结 果。 在這種情形下，從該掃描電子顯微鏡所投射出來的電 子被累積並且被充電在先前所量測的狭窄部分之上，如顯 示於照片中，雖然真正的區域是平的而且具有包括與該狭 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐〉 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 經濟部中夬標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（1) 窄部分相同的材科，該先前所量測的狹窄部分顯現比周圍 的部份更暗，在照片的圖式中，這個被箭頭” 1”所指示 之狹窄的部份也顯現比被箭頭” 2 ”所指示之周圍的部分 暗些，由充電效果所產生之該基準的圖樣之失真被清楚地 顯現。 如果在該標準的微细尺度型的情況中，雖然沒有充電 的問題，但是這種型式之圖樣過於單純K致於不能番敏地 察覺量测微细線幅之掃描電子顯微鏡的菱化，換句話說， 如果掃描電子顯微鏡的設定被稍微地改變，而且你使用其 他的基準，你能夠知道該掃描電子顯微鏡必須從經由顯示 结果的照片顯現之不確定的焦距來調整，但是如果你使用 該標準的微细尺度型，你不能夠知道該掃描電子顯微鏡之 調整的必要性，因為該圖樣的對比因該圖樣之單純而清楚 地顯現於顯示該结果的照Η中，因此，如果用掃描電子顯 微鏡來量測更複雜的物體，該量測不能夠在最佳的設定條 件下被執行，所Κ該被量的數值不能夠被精確地計算或者 與真正的數值不同。 除此之外，難Μ直接装設該傳統的基準於一個像適合 製造晶圓之用於半導體元件製造遇程的掃描電子顯微鏡一 樣的設備中，因為該基準的形狀和晶圓不相同之故，該基 準也容易被污染，當操作員為了求適合於該設備的運作而 用手來操作時，遢有另一項缺點在於它不能夠長時間被使 用，因為周圍的雜質易於附著到該基準之故。 -6 一 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· '1Τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（t；) 所κ，難以使用該傳統的次微米位準尺寸基準來精確 地調整該掃描電子顯微鏡。 本發明之概述： 如上所述，本發明係闞於能實際上防止因為相鼷技術 之限制及缺點所產生的一個或多個問題之次微米位準尺寸 基準。 本發明之目的在於提供次微米位準尺寸基準，用以在 進一步被改菩的位準之情況下調整掃描電子顯微鏡，使得 在製造半導體元件的工廠中能夠精確地量測該半導體元件 的微细線幅。 本發明之其他的特色及優點將於其後的說明中被提出 ，而且在某種程度上將爾著說明而爱得明顯，或是藉本發 明之茛施而被學習，本發明之目的及其他的優點將藉在書 面的說明書中Μ及其後之專利項與附圖中所特別指出的结 櫞而被實現和達成。 為了達成這些Μ及其他的優點並且根據本發明之目的 ，當被具體化和赝泛地說明時，掃描電子顯微鏡之次微米 位準尺寸基準包括被形成於晶圓的半導體基板上之絕緣物 質層，用Κ放射被累積於該絕緣物質層中之電荷的接觸， 被形成遍布於該晶圓的整體部分上之導電層，以及特定的 物質並且被形成於該導電層之上的特定大小之圖樣。 在本發明中，一系列的多晶矽係適合用於該導電層， 因其具有良好的導電性，而且從該絕緣物質層或特定的物 -7- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2! Ο X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 五、發明説明（ A7 B7 經濟部中央標率局員工消費合作社印製 顯好 兩明 這與 尺 米 微 次 .基 基 子最明發 成及 準微次 的寸寸 電度說本 構M位次之 型尺尺 描厚的之 和例 米的型 樣準準 掃的细項 入施 微型度 圖位位 該體 詳利 併簧 次 樣尺矽 米米 在専 之專 被之 的 圖 细 化.，微 微 。 使該 後如 及明。 型 矽 微 氧片次 次 造以， 隨供 解發用 樣 化 的 二照的 的 製度樣 及提 了本則 圈 氧 準 之鏡例 例 來高圈 明欲 步明原 多 二 標 術徽施 施 矽的的 說意 一說之 之 之 之 技顯實 實 化當楚。性且 進示圖 術 術 術 知子之 之 氧適清 A 般並 之圖附 技 技 技；習電明 明 二在及 οι 的 明圖該 知 知.，知圖據描發 發 由持純 ο 之性 發附釋 習 習圖習面根掃本 本 夠維單 ο 述明 本之解 攞 據面據截示之據 據 能被止 2 前說 ：供分供 根；根截根的顯準根 根 樣好防到到和。明提部提：示圖示之示準張基示及張 圖最中 A 解性明說來 一 起中顯面顯準顯基 一 寸顯 .，I 之樣整 ο 了表說略括的 一 圖係截係基係寸係尺係圖係 成圖調 ο 可代步藺包 書書附 1 之 2 寸 3 尺 4 準 5 面 6 形該的 ο 將為一之被明明在圖準圖尺圖準圈位圖截圖 所 鏡 1 皆進圖 說說 基 準 位 张 之 質 微為 者的附 個本 寸 位 米 微 準 ----------^---- 裝-------訂------線 - . ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（ 1 ) I 準 之 掃 描 電 子 顯 微 鏡 照 片 0 I I | 較 佳 實 施 例 之 詳 细 說 明 1 1 I 現 在 將 對 本 發 明 之 較 佳 苴 施 例 詳 细 地 做 成 參 考 資 料 » 請 it, 1 I 閲 I 而 其 例 被 圖 示 說 明 於 伴 随 之 附 圈 中 〇 讀 背 f 6 1 | 如 顯 示 於 圖 5 中 經 由 形 成 二 氧 化 矽 層 4 2 於 晶 圓 矽 之 1 基 板 4 1 之 上 形 成 幾 個 用 於 電 荷 之 流 動 的 接觸 4 5 外 意 事 1 項 1 成 — m 像 多 晶 矽 樣 的 導 層 4 3 Μ 及 形 成 由 二 氧 化 矽 再 填 」 4 4 所 做 的 圖 樣 在 該 導 電 層 4 3 之 上 等 步 驟 而 做 成 次 微 寫 本 頁 装 1 米 位 準 尺 寸 基 準 0 ί 1 因 為 經 由 上 面 的 步 驟 所 做 成 之 基 準 被 形 成 於該 晶 圓 上 1 1 > 所 以 操 作 員 不 需 要 像 傳 統 之 標 準 的 撤 细 尺 度 型 之 次 微 米 1 訂 1 I 位 準 尺 寸 基 準 一 樣 的 用 手 來 操 作 所 能 夠 很 方 便 的 Μ 及 長 時 間 的 使 用 因 為 有 較 少 的 污 染 之 故 在 介 於 該 基 準 的 1 1 1 層 與 層 之 間 的 附 著 力 也 不 會 有 問 題 因 為 從 掃 描 霄 子 顯 微 1 1 窺 所 投 射 出 來 的 電 子 不 會 被 累 積 而 是 經 由 該 接 觸 被 放 電 t 1 所 能 夠 防 止 因 充 電 而 產 生 之 圖 樣 的 失 真 0 1 I 圖 6 係 — 張 顯 示 包 括 用 低 能 量 之 掃 描 電 子 顯 微 鏡 掃 1 J 描 狹 窄 部 分 之 該 基 準 的 表 面 的 較 寬 廣 之 戚 域 為 背 景 在 用 高 1 能 量 之 掃 描 電 子 顯 微 鏡 掃 描 該 基 準 的 表 面 之 該 狭 窄 部 分 6 0 秒 之 後 所 執 行 的 量 測 结 果 該 區 域 係 平 的 而 且 具 有 與包 1 I 括 該 狹 窄 部 分 相 同 的 材 料 0 1 I 在 上 面 的 情 況 下 根 據 本 發 明 之 次 微 米 位 準 尺 寸 基 準 1 1 之 先 刖 所 量 測 的 狹 小 部 分 幾 乎 9- 與 周 圍 難 Η 分 辨 因 為 從 該 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X 297公釐） Α7 Β7 五、發明説明（Γ ) 掃描電子顯微鏡所投射 部分之上，而是經由該 於照片的較低部分中， 其差異太小而不能被察 示因放電所造成的基準 表1頭示根據習知 基準的充電所影響之由 華。 在表1中間距係針 大小而言，而條則針對 言，每一個數值代表因 樣的改變量。 出來的電子沒有被累積於該狹小的 導電層和該接觸而被放電，如顯示 該狹小部分顯現比周圍更暗，但是 覺出，與圖4做比較，這張照Η顗 失真被有效地防止。 技術與本發明之被次微米位準尺寸 掃描電子顯微鏡所量測的數值之改 對為一個單位的重複圖樣之區域的 在該圖樣之上的投影部分之寬度而 放電所造成之每一個1 ΟΟΟΑ圈 表 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •装· 、1Τ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 間距 （Α) 條狀物（Α) 經過時間 (秒） 習知技術的基準 本發明 習知技術的基準 本發明 多圖樣型 二氧化矽 圖樣型 多圖樣型 二氧化矽 圖樣型 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 五、發明説明（”） A7 B7 100 8 10 4 60 40 5 200 5 11 4 70 40 8 300 8 11 3 80 50 10 400 15 11 2 90 50 10 500 20 11 1 100 40 10 600 22 12 1 110 30 10 700 22 13 2 120 30 11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 装 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 主要的問題為因在量測時間内充電的現象而減少該圖 樣之清晰度，並且改變條狀物的大小，如顯示於表1中， 與對於根據習知技術之多圈樣型的次微米位準尺寸基準之 數值做比較，對於根據本發明之次微米位準尺寸基準的數 值被改善達到1 2倍，而且如果為二氧化矽圖漾型的話， 在因充電現象所造成的失真方面，對於本發明之次微米位 準尺寸基準的數值則被改善達到3到5倍。 -11- 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（2! Ο X 297公釐） 五、發明説明（1 A7 B7 如上所述*本發明使得精確地調整掃描電子顯微鏡成 } 鏡改 電微被 帶顯面 ί 子方 電電質 充描品 之掃其 上中在 面其程 表，過 的果造 準结製 基，件 在故元 之之體 測止導 量防半 響地的 影效件 為有元 因被驗 , 夠檢 能能來 可象用 為現被 善 發 本 在 夠 能 形 變 及 改 修 的 種 各 ^15 而 者 技 此 於 習 於 對 精附 之在 明括 發包 本被 反蓋 違涵 有欲 沒意 而明 成發 達本 被， 中此 準因 基， 寸的 尺顯 準明 位是 米將 微嚼 次範 之與 印 ?1 變 與 改 修 的 明 發 個 這 之 内 圍 範 的 物 之 等 相 其 及 項 利 專 的 〇 加形 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -装 訂 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 Μ 焓丨υ曰修正_S88 ί 補充 六、申請專利範圍 1·一種Μ—掃描電子顯微鏡半導體元件製造裝置中 之次微米位準尺寸基準，包含： 一第一絕緣層，其具有一形成於半導體晶圓基板上之 一第一圖樣； 複數個接觸點I其形成於該第一絕緣層之第一圖揉之 間，使得該接觸點直接與該晶圓基板栢通，該接觸點能夠 搞帶電荷而穿越該第一絕緣層； 一導電層，其形成於該第一絕緣層及該接觸點之上； 及 一第二絕緣層，其具有一形成於該導電層上之第二圖 樣；其中，由掃描電子顯微鏡發射至次微米位準尺寸基準 上所產生之電荷，經由該導電層及該複數個接觭點，由該 第一及第二絕緣層轉移至該晶圓基板。 2 ·如申請專利範圍第1項的基準，其中該絕緣物質 層及該特定的圖樣係由二氧化矽所製成。 3 *如申請專利範圍第1項的基準，其中該傳導層係 由多晶矽所製成。 4 ·如申請專利範圍第3項的基準，其中該傳導層的 厚度為1 000Α到2000Α。 ---.------装------訂—^-----泉 ^ ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1- 本紙法尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 Μ 焓丨υ曰修正_S88 ί 補充 六、申請專利範圍 1·一種Μ—掃描電子顯微鏡半導體元件製造裝置中 之次微米位準尺寸基準，包含： 一第一絕緣層，其具有一形成於半導體晶圓基板上之 一第一圖樣； 複數個接觸點I其形成於該第一絕緣層之第一圖揉之 間，使得該接觸點直接與該晶圓基板栢通，該接觸點能夠 搞帶電荷而穿越該第一絕緣層； 一導電層，其形成於該第一絕緣層及該接觸點之上； 及 一第二絕緣層，其具有一形成於該導電層上之第二圖 樣；其中，由掃描電子顯微鏡發射至次微米位準尺寸基準 上所產生之電荷，經由該導電層及該複數個接觭點，由該 第一及第二絕緣層轉移至該晶圓基板。 2 ·如申請專利範圍第1項的基準，其中該絕緣物質 層及該特定的圖樣係由二氧化矽所製成。 3 *如申請專利範圍第1項的基準，其中該傳導層係 由多晶矽所製成。 4 ·如申請專利範圍第3項的基準，其中該傳導層的 厚度為1 000Α到2000Α。 ---.------装------訂—^-----泉 ^ ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1- 本紙法尺度適用中國國家橾準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）