基于od测量的金属膜厚度快速测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于极紫外光刻技术领域，具体设及一种基于0D测量的金属膜厚度快速测 量方法。
【背景技术】
[0002] 极紫外光刻化xtreme Ultraviolet Lithography，EUVL)技术是使用抓V波段，主 要是13.5nm波段，进行光刻的微纳加工技术。目前，抓化技术已经能够实现7nm线宽的刻蚀 工艺，并具备进一步缩小刻蚀线宽的可能性。运在大规模集成电路制造领域具有重要意义， 能够实现更大密度的元件集成，W及更低的能耗。
[0003] 极紫外光刻使用波长为10-14nm的光源照明，由于几乎所有已知光学材料在运一 波段都具有强吸收，无法采用传统的折射式光学系统，所W极紫外光刻系统的照明系统、掩 模和投影物镜均采用反射式设计，其反射光学元件需锻有周期性多层膜W提高反射率。对 于投影物镜系统，为实现波长匹配和面形保持，必须对物镜基底上多层膜的膜厚分布实现 深亚纳米级别精度的控制，运首先需要有高精度的膜厚检测手段。在极紫外多层膜领域，膜 厚一般采用掠入射X射线衍射谱来测量，单个样品的测量时间一般在lOmin左右，运种速度 对于一次测量几个样品是没有问题的，但在膜厚分布控制工艺优化过程中，一次测量样品 的数量一般在几十个，且对于一些金属膜如Mo单层膜由于其表面在空气中氧化速度较快， 因此必须在一小时之内完成所有样品的测量，否则表面氧化将极大地影响膜厚测量精度， 运时，掠入射X射线衍射谱测量方法便不能满足测试需求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是解决现有技术中膜厚的测量方法只适用于测量少量金属膜样品， 测量大部分金属膜样品时，由于膜层表面在空气中氧化速度较快，影响测量精度的技术问 题，提供一种基于0D测量的金属膜厚度快速测量方法。
[0005] 本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。
[0006] 基于0D测量的金属膜厚度快速测量方法，步骤如下：
[0007] 步骤一、通过金属膜的吸收系数随波长的变化曲线，选取吸收系数最大时的波长， 并W此处波长作为0D值的测量波长；
[000引步骤二、在步骤一的测量波长下，通过式(1)拟合得到系数a和系数b;
[0009] 0D = ad+b (1)
[0010] 式(1)中，
[0011] 0D为正入射下金属膜的光学厚度，d为金属膜厚度；
[0012] 步骤Ξ、在步骤一的测量波长下，测量金属膜的0D值，代入系数a和系数b确定的式 (1)中，得到金属膜厚度。
[OOU]进一步的，通过式（1)拟合得到系数a和系数b的过程是:分别测量多个不同的金属 膜厚度d对应的0D值，线性拟合，得到系数a和系数b。
[0014] 进一步的，所述OD值采用lambda950分光光度计进行测量。
[0015] 进一步的，所述金属膜厚度测量范围为20-50nm。
[0016] 进一步的，所述0D值通过将金属膜锻制在透明基底上测量。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0018] 本发明的基于0D测量的金属膜厚度快速测量方法，通过测量金属膜的光学厚度0D (optical density)，能够快速测量大量金属膜样品的厚度，避免了金属膜长时间暴露在空 气中氧化影响测量精度，为膜厚分布控制工艺优化提供了有力的表征手段。
【附图说明】
[0019]图巧本发明实施例1中Mo单层膜的吸收系数随波长的变化曲线；
[0020] 图2为本发明实施例1中不同厚度的Mo单层膜的理论计算0D曲线；
[0021] 图3为本发明实施例1中拟合的253nm处0D值与金属膜厚度的线性关系。
【具体实施方式】
[0022] W下结合实施方式进一步说明本发明。
[0023] 本发明基于0D测量的金属膜厚度快速测量方法的原理如下。
[0024] 基底上金属单层膜透过率T由下式给出：
[0025]
[00%]式中，扣为空气与金属膜界面反射率，?=|α-N)パl+N)|2，N为金属膜的折射率； R2为金属膜与基底界面反射率，R2= I (N-Ns)/(N+Ns) I2,化为基底的折射率;R3为基底与空气 界面反射率，R3= I (化-l)/(Ns+l) |2;α为金属膜吸收系数，d为金属膜厚度，as为基底吸收系 数，cU为基底厚度。
[0027]金属单层膜的0D值由下式给出：
[002引
[0029] 式中，0D为正入射下金属膜的光学厚度，a和b均为系数。
[0030] 从上式可W看出，金属膜的0D值与其厚度成线性关系，系数a和系数b可W通过多 个金属膜厚度d和0D值的数据点进行线性拟合得到。
[0031 ]采用0D测量金属膜厚度的测量灵敏度由下式给出：
[0032] S= Δ D/ Δ d = a/lnl0 = a
[0033] 式中，S为灵敏度，Ad为金属膜厚度的改变量，AD为OD值的改变量，从上式可W看 出，要提高测量灵敏度，金属膜的吸收系数应尽量大，即应选取吸收系数最大处的波长λ作 为测量波长，吸收系数α与消光系数k的关系为α = 43TkA，λ为波长。
[0034] 本发明的基于0D测量的金属膜厚度快速测量方法，步骤如下：
[0035] 步骤一、通过金属膜的吸收系数随波长的变化曲线，选取吸收系数最大时的波长， 并W此处波长作为0D值的测量波长；
[0036] 步骤二、在步骤一的测量波长下，分别测量多个不同金属膜厚度d对应的0D值，然 后通过式(1)线性拟合，得到系数a和系数b;
[0037] 〇D = ad+b (1)
[0038] 式（1)中，OD为正入射下金属膜的光学厚度，d为金属膜厚度；
[0039] 步骤Ξ、在步骤一的测量波长下，测量金属膜的实际0D值，代入系数a和系数b已经 确定的式(1)中，得到金属膜厚度。
[0040] 上述方法中，0D值采用lambda950分光光度计进行测量，金属膜的0D值通过将金属 膜锻制在透明基底上测量。
[0041 ]本发明的测试方法金属膜厚度的测量范围为20-50nm。
[0042] W下结合实施例和附图进一步说明本发明。实施例中，多个不同金属膜厚度d对应 的0D值通过理论值模拟获得。
[0043] 实施例1
[0044] 步骤一、通过Mo单层膜的吸收系数随波长的变化曲线，如图1所示，可W看出Mo单 层膜的吸收系数在253nm处有一吸收峰，因此，W253nm作为0D的测量波长；
[0045] 步骤二、理论计算Mo单层膜厚度分别为25皿，30皿，35皿，40皿，45皿，50皿时的0D 值，结果如图2所示（图中，从上至下依次对应厚度为25皿，30皿，35皿，40皿，45皿，50皿的Mo 单层膜），然后通过获得的数据拟合253nm处Mo单层膜的0D值与Mo单层膜的厚度d的线性关 系，结果如图3所示：
[0046] 00 = 0.10999+0.0796(1；
[0047] 步骤Ξ、将目标膜厚为40.1皿的Mo单层膜在25化m处的0D理论计算值3.301代入步 骤二得到的公式中，计算得到的Mo单层膜厚度为40.088，与目标膜厚40.1mm相对误差为 0.9997;
[004引或者将目标膜厚为50.1皿的Mo单层膜在25化m处的0D理论计算值4.099代入步骤 二得到的公式中，计算得到的Mo单层膜厚度为50.113,与目标膜厚50.1 nm相对误差为 1.0003。
[0049]可W看出，上述误差均在膜厚分布控制工艺优化所需的膜厚相对检测精度± 0.1 %范围内。说明本发明的方法能够测量金属膜厚度。
【主权项】
1. 基于0D测量的金属膜厚度测量方法，其特征在于，步骤如下： 步骤一、通过金属膜的吸收系数随波长的变化曲线，选取吸收系数最大时的波长，并以 此处波长作为0D值的测量波长； 步骤二、在步骤一的测量波长下，通过式(1)拟合得到系数a和系数b; OD = ad+b (1) 式(1)中， 0D为正入射下金属膜的光学厚度，d为金属膜厚度； 步骤三、在步骤一的测量波长下，测量金属膜的0D值，代入系数a和系数b确定的式（1) 中，得到金属膜厚度。2. 根据权利要求1所述的基于0D测量的金属膜厚度测量方法，其特征在于，通过式（1) 拟合得到系数a和系数b的过程是：分别测量多个不同的金属膜厚度d对应的0D值，线性拟 合，得到系数a和系数b。3. 根据权利要求1所述的基于0D测量的金属膜厚度测量方法，其特征在于，所述0D值采 用lambda950分光光度计进行测量。4. 根据权利要求1所述的基于0D测量的金属膜厚度测量方法，其特征在于，所述金属膜 厚度测量范围为20-50nm〇5. 根据权利要求1所述的基于0D测量的金属膜厚度测量方法，其特征在于，所述0D值通 过将金属膜镀制在透明基底上测量。
【专利摘要】本发明公开了一种基于OD测量的金属膜厚度快速测量方法，属于极紫外光刻技术领域。解决了现有技术中膜厚的测量方法只适用于测量少量金属膜样品，测量大部分金属膜样品时，由于膜层表面在空气中氧化速度较快，影响测量精度的技术问题。本发明的测量方法，先通过金属膜的吸收系数随波长的变化曲线，选取吸收系数最大时的波长，并以此处波长作为OD值的测量波长；然后在测量波长下，通过式OD＝ad+b拟合得到系数a和系数b；再在测量波长下，测量金属膜的实际OD值，代入系数a和系数b确定的OD＝ad+b中，得到金属膜厚度。该方法能够快速测量大量金属膜样品的膜厚，避免了金属膜长时间暴露在空气中氧化影响测量精度。
【IPC分类】G01B11/06
【公开号】CN105627936
【申请号】CN201510962154
【发明人】喻波, 姚舜, 金春水
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月21日