檢測10nm以下半導體　CD-SEM量測技術(shù)邁大步

　　半導體進(jìn)入10奈米以下技術(shù)節點(diǎn)或三維(3D)結構時(shí)，將面臨嚴重的導孔偏移問(wèn)題，所幸，設備商已研發(fā)出具備更高影像解析能力的微距量測掃描式電子顯微鏡(CD-SEM)，可提供更清晰的對焦和更精細的量測影像，有效克服導孔對準挑戰。

　　多年來(lái)，業(yè)界一直使用微距量測掃描式電子顯微鏡(CD-SEM)來(lái)進(jìn)行量測，此種顯微鏡會(huì )射出電子束，與要掃描的材料作用，然后回傳訊號，再由量測機臺比對運算這些訊號。今日，針對小于10奈米(nm)的尺寸，CD-SEM或其他所有量測設備，必須處理更多的薄膜層、更高的縱橫比(HAR)、更窄的間距，以及三維(3D)架構的輪廓和形狀，人們對于這些設備是否具備此等能力，提出嚴重的質(zhì)疑。

　　在量測技術(shù)、多重微影技術(shù)與材料的改良下，半導體裝置的3D記憶體與臨界尺寸(CD)能夠沿用到小于10奈米制程。在10奈米制程上，元件的復雜度不斷提高，使得目前的光微影技術(shù)遭遇到極為重大的挑戰。鰭式場(chǎng)效電晶體(FinFET)與3D儲存型快閃記憶體(NANDFlash)設計，讓需要量測與控制的參數持續增加，進(jìn)一步提高圖案制作與量測的復雜性。

　　技術(shù)新突破CD-SEM量測精準度受矚目

　　應用材料對CD-SEM技術(shù)進(jìn)行重大的改良，在最近于加州舉行的國際光學(xué)工程學(xué)會(huì )(SPIE)先進(jìn)微影技術(shù)研討會(huì )上，展示這項量測技術(shù)的可沿用性。此項改良技術(shù)的主要應用，包括有效將新的先進(jìn)CD-SEM技術(shù)應用于邏輯導孔(LogicVias)、復雜的疊層(Overlay)、超高縱橫比的先進(jìn)記憶體(HARContacts)等高難度制程挑戰。

　　CD-SEM已可做為有效量測技術(shù)

　　從圖1可看出在溝槽內導孔底部臨界尺寸與對準方面，所面臨的量測與監控挑戰--導孔的邊緣與位置必須精確，才能確保底層與疊覆金屬層間的正確連結。位在右側的導孔并未與下方的銅線(xiàn)對準，將會(huì )影響到各層間的導電性;底下的SEM影像則顯示偏移與對準導孔間的差異。這兩組關(guān)鍵影像，都是采用稱(chēng)為背向散射電子(BSE)影像技術(shù)取得，這項技術(shù)正成為可行的量測技術(shù)。這個(gè)例子顯示，在此等復雜的多步驟制程中，可使用CD-SEM做為有效的量測與對準技術(shù)。

　　CD-SEM擁有高解析影像顯示能力

　　由于目前的CD-SEM技術(shù)不夠精確，若要針對小于10奈米尺寸找出導孔對準的問(wèn)題，則須提高掃描電子顯微鏡(SEM)的解析度。由于制程必須一路往下對準底部抗反射涂層(BARC)、硬質(zhì)罩幕層，以及金屬(接點(diǎn)或鰭片)，因此今日業(yè)界的新發(fā)展，是使用數千伏特能源的SEM來(lái)「透視」到最低層，比較先進(jìn)CD-SEM與傳統SEM技術(shù)，可看出在透視材料時(shí)，擁有更高解析度影像顯示能力。

　　CD-SEM可結合BSE訊號輕取導孔真實(shí)影像

　　2D升級3D量測技術(shù)迭有突破

　　除了以上范例成功針對小于10奈米尺寸運用CD-SEM技術(shù)外，應用材料也提出先前所述應用的案例，將CD-SEM應用于FinFET電晶體與矽奈米線(xiàn)3D量測。前述的這些主題都有一個(gè)共通點(diǎn)，就是能夠讓受到光微影限制的2D影像縮放技術(shù)，轉換為以量測與材料為主的3D圖案影像技術(shù)。

　　幸運的是，量測技術(shù)的進(jìn)展正在克服主要的制程微縮問(wèn)題。小于10奈米結構與3D記憶體需要更高解析度的SEM，提供更清晰的對焦、更精細的影像與資料擷取方法，以及對形狀更為敏感、以物理學(xué)為基礎的模型和模擬技術(shù)。未來(lái)也會(huì )須要結合不同的量測技術(shù)，包括CD-SEM、CD原子力顯微鏡(AFM)，以及穿透式電子顯微鏡(TEM)。