基于子波分析的线边缘粗糙度表征参数研究

    随着微机械及微电子技术的发展,将半导体芯片临界尺寸测量引入纳米甚至亚纳米精度领域.在这个尺度上的测量研究集中了检测与传感、信息处理、精密运动控制和制造工艺等技术领域的最新研究成果.如何提取、评价和降低这个尺度上的工艺误差已经成为微制造和半导体工业十分关注的问题.根据国际半导体发展路线图^[1](ITRS2004)的规划,到2007年刻线的半节距(线宽)将达到65 nm,LER为0·4 nm.这样高的精确度要求给LER测量带来了极大挑战.目前存在的参数提取方法由于受到参数评定基准的影响^{[2, 3]},提取的参数在精确度和实用性等方面存在一定限制.针对于此,本文拟采用多分辨分析的思想,使解决这一问题更加具有鲁棒性:能够根据不同的使用环境及测量条件提供不同尺度的分解与重构方案,为解决刻线边缘(侧墙)的加工误差及线宽评定提供一种解决思路.

    1　LER及其现有表征参数

    ITRS定义LER为刻线单边粗糙度的3σ值.评估LER的两种方法为:一是对刻线的单边评定,得出LER的评定参数;二是对刻线的双边评定得出线宽粗糙度(LWR)参数, (综合考虑了刻线双边对线宽的影响的LER).同时要求这两种评估方法尽可能考虑所有的频率成分,评估长度至少为被测刻线宽度的2倍.图1给出了ITRS的LER和LWR的示意图.其中:P_e为线的边缘点; C_I为线边缘中心线;W_e为刻线双侧线边缘点间距离;Cw为平均线宽^[4].考虑到标准的延续性,给出了这两种描述线边缘粗糙度参数R_w和R_e的关系式

式中:R_e为LER的3σ表述,R_w为LWR的3σ表述.

    ITRS给出的参数仅包括均方根粗糙度(RMS),这也是在所有能够检索到的文献中———无论采用何种测量工具及方法,普遍使用的评价LER的参数,这些文献涉及的领域包括对形成线宽工艺的研究、LER表征侧墙粗糙度能力的研究和元件电器性能参数与LER间相互关系的研究等[2].此外,功率谱密度这一参数也出现在研究光刻加工工艺和材料自身对LER的影响中[5,6].与此同时,分形维数作为描述LER的一种参数也见于评价LER的体系中[7],但分形维数表示的物理意义以及如何与加工工艺或元件性能相联系,该文没有给予解释.总体看来,上述LER的参数评价存在如下问题:

    1)统计参数(如RMS粗糙度)应用于LER的评价体系,不足以完整的描述线边缘形貌,同时也不能得到刻线边缘细节分布的信息;

    2)基于Fourier变换的频谱方法虽然给出了线边缘的频率分布的特征,同样也不能给出线边缘的细节信息;

    3)统计和基于Fourier变换的频谱方法的评价参数的基准线(中线)采用线性拟合或多项式拟合,不可避免的带来测量精度上和参数使用上的缺陷;