使用瞬态热响应确定构图薄膜金属结构特性的方法技术

一种用于测量包括多个窄金属区域的结构的方法，其中每个窄金属区域被设置在包括第二非金属材料的相邻区域之间，该方法包括：　　　　通过利用由激励条形成的空间周期性激励场照射来激励该结构，以生成热光栅；　　　　从热光栅衍射出探测激光束，以形成信号束；　　　　作为时间的函数，检测信号束，以形成信号波形；和　　　　根据信号波形的热分量，确定该结构的至少一个特性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及确定诸如薄膜结构的样品特性的光学计量领域。微电子器件的制作通常包括利用多步薄膜淀积和构图(pattering)工艺形成的金属结构。例如，在一种工艺中，将金属诸如铜淀积在具有介电层的晶片上，该介电层经过蚀刻构图为具有一系列挖剪图形(cutout)或沟槽(trench)。接着，通过化学-机械平面化(CMP)来平面化晶片，以除去在原始介电薄膜表面上的多余金属。所得的结构是一系列嵌入介质中的分隔的窄金属区域。这些区域通常是椭圆形或矩形的，但也可以采用任何形状。在本文中窄限定为具有的宽度小于5微米。这样的图形的例子包括镶嵌的平行金属线阵列和镶嵌的金属柱的二维阵列。工业过程监视和控制非常需要测量这种结构的非接触式光学方法。工艺控制应用中最感兴趣的参数包括结构中金属区域的尺寸。检测在结构顶上存在的金属残余同样重要，在抛光步骤结束时可能遗留的残余金属会危害其电气特性。然而，由于金属薄膜通常是不透明的，所以金属结构的光学测量是一个挑战性问题。在本文中引入以供参考的现有技术美国专利6,256,100中所述的一种公知方法中，用一种脉冲刺激的热散射(ISTS)表面声波分光计来探测集成电路上的金属阵列结构。在这种技术中，如附图说明图1所示，用激光成像的短脉冲激励样品结构1，以便在样品表面上利用两个波束3，3’的干涉形成光栅图形2。光栅图形2的各个明亮条纹5下面的光的吸收造成样品的局部发热，这致使样品表面上急剧的周期性膨胀发射声波。在放大部分8中可以看到声波传播。随着此表面声波(SAW)在薄膜平面内传播，它也调制衍射信号光束6的强度，在检测信号中产生振荡分量(以下称为“声学分量”)。上述技术已用于利用SAW频谱的分析来测量薄膜层的厚度。这种技术在下面被称为“频率分析”。上述美国专利6,256,100描述了应用频率分析来测量镶嵌在绝缘介电材料中的窄(即微米或亚微米宽度)金属结构形成的复合层的有效厚度。该方法的局限在于，它测量单一参数SAW频率，其对结构中金属区域的厚度和横向尺寸敏感。另外，这种方法不区分金属残余的存在和结构的厚度或横向尺寸的变化。因而，希望使用ISTS信号中包含的附加信息来克服这些局限。事实上，在现有技术中(参见Rogers等人Appl.Phys.A58，523-534(1994))公知ISTS信号包含由于与温度分布(profile)有关的空间周期性位移和反射率变化引起的成分，称为热光栅。这种成分引起的信号分量(以下称为“热分量”)的变化比声学振荡引起的分量更慢。然而，现有技术中还没有使用热分量来测量构图的金属结构。因而希望提供利用检测信号的附加特性的方法。本专利技术一方面满足利用检测信号的附加特性的方法的需要。该方法测量包括多个窄金属区域的结构，各区域布置在包括第二非金属材料的相邻区域之间。该方法的一个步骤是利用由激励条(excitationstripe)形成的空间周期性激励场照射来激励这种结构，以产生热光栅。其它步骤是从热光栅衍射出探测激光束，以形成信号束；按时间的函数，检测信号束，以产生信号波形；并且根据信号波形的热分量，确定该结构的至少一个特性。按照一个实施例，由激励条形成的空间周期性激励场具有的周期范围在1到20微米。按照另一实施例，窄金属区域各自具有的宽度小于5微米。按照再一实施例，窄金属区域各自具有的宽度小于1微米。按照一个实施例，该结构包括金属线阵列。按照另一实施例，布置空间周期性激励场，以使激励条与金属线平行。按照再一实施例，该结构包括金属柱的二维阵列。按照另一实施例，至少一种特性包括至少一个窄金属区域的宽度。按照再一实施例，至少一种特性包括至少一个窄金属区域的厚度。按照又一实施例，至少一种特性包括金属残余的厚度或存在与否。按照一个实施例，确定步骤包括根据信号波形的衰减速率，确定该结构的至少一种特性。按照另一实施例，按激励场的多个周期重复激励和检测步骤，并且分析多个得到的波形，以确定该结构的至少一种特性。按照再一实施例，分析多个波形，以确定该结构的至少两种特性。按照又一实施例，确定步骤包括利用一种经验校准来分析信号波形。按照另一实施例，确定步骤包括根据该结构的选择的热和弹性特性利用一种理论模型来分析信号波形。按照一个方面，用于测量包括多个窄金属区域的结构的一种方法包括若干步骤，其中各区域布置在包括第二非金属材料的相邻区域之间。一个步骤是通过利用由激励条形成的空间周期性激励场照射来激励这种结构，以产生热光栅和声波。其它步骤是从热光栅和声波中衍射出探测激光束，以形成信号束；作为时间的函数，检测信号束，以产生信号波形；和根据信号波形的热分量和声学分量，确定该结构的至少一个特性。在一个实施例中，由激励条形成的空间周期性激励场具有的周期范围从1到20微米。按照另一实施例，窄金属区域各自具有的宽度小于5微米。在一个实施例中，该结构包括金属线阵列。按照另一实施例，安排空间周期性激励场，以使激励条与金属线平行。在另一实施例中，该结构包括金属柱的二维阵列。在又一实施例中，至少一种特性是至少一个窄金属区域的宽度。在另一实施例中，至少一种特性是至少一个窄金属区域的厚度。在另一实施例中，至少一种特性是金属残余的厚度或存在与否。在一个实施例中，以激励图形的多个周期重复激励和检测步骤，并且分析多个信号波形，以确定该结构的至少一种特性。在另一实施例中，分析信号波形，以确定该结构的至少两种特性。在另一实施例中，确定步骤包括利用经验校准分析信号波形。在另一实施例中，确定步骤包括根据该结构的选定的热和弹性特性利用理论模型分析信号波形。在再一实施例中，确定步骤包括确定该结构的至少一个窄金属区域的厚度和宽度。在另一实施例中，确定步骤包括确定金属残余的厚度或存在与否以及该阵列结构的至少一维尺寸。本专利技术提供从以下的描述、附图和权利要求书中明白的许多优点。参照以下附图，可以更全面地理解本专利技术图1表示按照现有技术方法利用脉冲刺激热散射探测的集成电路上的金属薄膜结构；图2表示利用ISTS测量线阵列结构；图3表示热光栅的热耗散；图4表示从单个金属线到其周围紧邻的介电材料的热流；图5表示信号波形；图6表示线宽与衰减速率之间的关系；图7表示衰减速率对阵列结构的厚度T的敏感性；图8表示阵列顶部存在金属残余时的热流；以及图9表示在线阵列顶上有金属残余和没有金属残余时产生的信号波形。在新专利技术的方法中，信号波形的热分量被用来分析结构的特性。这种技术在下面被称为“热分析”。图2表示本专利技术方法在阵列结构由宽度为W和厚度为T的多个平行金属线构成的情况下的应用。在这种情况下，激励条21应该与阵列结构24的线22，23平行布置，如图2所示。如果激励周期Λ与阵列间距P相比是大的，并且激励条21与阵列结构24的线22，23平行定向，在各个金属线22由于热传导到周围介电材料23并最终传导到基板25而冷却时，热光栅的耗散出现，如图3所示。激励条21之间热流的速率相对低，因为介电材料23的热传导差。因此，特征热衰减时间要比激励条21与金属线22垂直定向时(在这种情况下，热光栅会因沿着热传导金属的热传导而衰减)所观察到的长得多。最初，热流主要是从各个金属线22流向其周围紧邻的介电材料23，如图4所示。因此，在最初激励之后的早期，热光栅的衰减速率R与金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：M·戈斯泰恩，A·马滋内夫，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：