[发明专利]一种微纳深沟槽结构在线测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于集成电路(IC)和微机电系统(MEMS)器件测量技术，具体涉及微纳深沟槽结构在线测量方法及装置，该方法尤其适用于场效应管(MOSFETs)和动态随机存储器(DRAM)中深沟槽结构加工过程深度及宽度的在线测量。

背景技术

在微电子和功率半导体器件设计与制造工艺过程中，目前广泛采用了密集型三维结构阵列，如在硅晶圆基底上沉积一层或多层薄膜结构，再在基底上刻蚀线条沟槽阵列、圆孔或其他形状沟槽阵列，然后用填充材料回填沟槽结构，再重复以上刻蚀、填充步骤以形成复杂沟槽阵列结构。在这些沟槽阵列结构加工过程中，其三维形貌，特别是沟槽深度，宽度等几何特征尺度的在线、非破坏性的测量控制尤为重要。在众多的非破坏性的测量方法中，光学测量方法特别适合该应用需求，例如反射光谱测量法，散射光谱法等，这些方法已广泛应用于光学薄膜厚度和成分测量，在部分专利及文献中已将其应用到光栅沟槽结构的测量中。

在本申请人于2007年09月20日提出了“一种基于红外反射光谱的微纳深沟槽结构测量方法和装置”(公告号为CN101131317A)，该发明方法将红外光束投射到含有深沟槽结构的硅片表面，分析从深沟槽结构各分界面反射形成的干涉光得到测量反射光谱；采用等效介质理论构建该深沟槽结构等效多层薄膜堆栈光学模型的理论反射光谱，利用模拟退火算法和基于梯度的优化算法，通过理论反射光谱对该测量反射光谱进行拟合，进而提取沟槽的深度及宽度等几何特征参数，实现高深宽比深沟槽宽度和深度等尺寸的精确测量。该方法可以同时对沟槽深度、宽度和薄膜厚度进行测量。该发明方法提供的实现装置通过对入射光束进行聚焦，投射到待测物品表面，在出射光路上设置一狭缝光阑，以消除待测样件背部杂散光的影响，从而测量得到沟槽精确反射光谱。

在上述专利文献中提到测量方法是一种基于复合光的反射光谱，该方法的沟槽几何建模基于非偏振光入射的等效介质理论。对于不同的偏振方向，各偏振方向等效精度有较大差异，因此，复合光入射较偏振光入射误差更大。在以上公开发明中，参数提取采用模拟退火算法和基于梯度的优化算法结合的方法，该方法较传统方法对初值的依赖小，在未知测量初值的情况下也可以提取得到沟槽待测参数。但该参数提取方法无法满足在线测量在数秒内快速提取的要求。在该方法提出的实现装置，采用精密复杂的光路结构设计，保证测量得准确的反射光谱，消除背部杂散光对测量结构的影响，但该复杂的结构设计也同时给装置的精密安装、调试以及标定工作带来了较大的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳深沟槽结构在线测量方法，该方法可以对沟槽深度、宽度等几何形貌进行刻蚀过程在线精确监测，具有非接触性，非破坏性，高速以及高精度的特点，本发明还提供了实现该方法更为简便、成本更低的装置。

本发明公开的微纳深沟槽结构在线测量方法，其步骤包括：

第1步将红外光束投射到包含微纳深沟槽结构的待测物品表面，红外光束的波长为2～20um；

第2步入射光束经微纳深沟槽结构各表面反射后，采用红外探测器接收各反射信号，得到包含沟槽几何信息的干涉信号；

第3步对第2步得到的干涉信号进行傅立叶变换，得到基于波数的红外反射光谱；

第4步对第3步得到的红外反射光谱进行低通滤波，滤除待测物品背部杂散光光谱，得到反映沟槽结构特点的测量反射光谱；

第5步根据待测深沟槽结构特点，建立其等效多层薄膜堆栈光学模型，利用式(I)计算得到的各波长下的等效薄膜堆栈的反射系数r，利用反射系数r得到该沟槽结构的理论反射光谱；

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