半导体蚀刻过程中光学监测

引言

为了获得功能正常的半导体器件，我们在纳米制造过程中依赖于严格的尺寸控制。在该初步校准之后，在相同的处理条件下在真实晶片上运行制造，随后再次进行后处理测量检查。这种迭代方法有明显的缺点，包括重复运行的额外时间和成本、由于系统漂移引起的变化以及缺乏自适应过程控制。此外，表征测量通常需要破坏样品。很明显，精确的、非破坏性的、实时的原位监测是非常理想的，因为它能够反馈和微调加工条件。

光学表征方法满足了无损检测的需要。因此，点测量技术，如光谱椭偏测量法、相敏椭偏测量法、激光反射测量法、多光束干涉测量法、发射光谱测量法已经成功实施。典型地，结构高度是在单个感兴趣的点或区域测量的，并且假设工艺是均匀的，则推断出晶片上的信息。这对于大多数平面工艺来说是足够的。定量相位成像的相位图像提供了关于被研究样本的结构和动力学的纳米级信息。特别是，衍射相位显微术(DPM)是一种稳定的定量相位成像方法，已经成功地用于研究细胞膜的纳米级波动。

实验

我们提出了一种新的光学方法，利用DPM的概念来执行纳米尺度动力学的实时定量地形测量。我们的方法被称为外延衍射相位显微术(epi-DPM)，在反射中操作以适应不透明的样品，并以2.8 nm的空间(即点到点)和0.6 nm的时间(帧到帧)灵敏度呈现形貌信息。纳米级地形图像是从单个相机曝光获得的，因此获取速率仅受相机帧速率的限制。此外，epi-DPM是完全非侵入性的，并且允许连续的原位监测造过程通过工具上的透明窗口