通孔刻蚀工艺的检测技术研究

随着半导体制造技术推进到更加先进的深亚微米技术，半导体金属布线的层数越来越多，相应的通孔刻蚀工艺也越多，并且伴随着通孔的尺寸随着器件设计尺寸逐步缩小。以DRAM制造为例，存储量由4M发展到512M时，设计规则由1μm缩小到0.16μm，其中通孔的尺寸也从0.8μm下降到了0.25μm。通孔尺寸越小，刻蚀的难度也越来越大，如果刻蚀不到位，就可能出现金属布线间的开路，直接导致器件失效。

所谓通孔刻蚀，就是在两层互连金属线之间的层间膜内刻蚀出一系列通孔的过程，通孔里面填入用于两层金属线间的互连金属，通过这些金属线把成千上万的晶体管连成具有一定功能的器件回路。层间膜通常都是各种各样的氧化膜，因此，通孔刻蚀属于氧化膜刻蚀。由于氧化膜透光的特性，平常的检测技术往往很难抓通孔刻蚀的缺陷。业界会在产品下线前，对通孔刻蚀作一些简单的通孔直径量测和物理切片来判断它的工艺窗口（图1）。


但是当半导体工艺设备运作中参数产生偏差时，往往线上的通孔直径量测没办法及时反映出来，一直要等到良率出来才能发现问题，以至于有大量的生产产品受到污染，使工厂付出沉重的代价。而且当产品到最终的良率测试后，发生问题时的生产机台状况已经很难追踪，不利于线上找到问题的原因，很难做持续改善。所以，及时抓到这种缺陷十分必要。

通孔的检测技术

根据不同层面特性、缺陷尺寸和种类的不同，目前有三种主要的检测技术，即暗场、明场和电子束检测技术，以及自动工艺检测技术。

暗场检测技术是指通过在暗场中的探测器捕获缺陷的检测方法。通常以激光作为入射光源，遇到晶片上的缺陷后被散射，在暗场背景上产生亮度（强度）不一的信号，然后通过探测器捕捉到缺陷信号，灵敏度适中，检查速度快，成本低。其具体过程是：一、激光照射到硅片的某个位置；二、散射光被安置在暗场的探测器接收；三、探测器将光信号转换成电信号并传送至图像处理器；四、图像处理器将收集到的电信号转换为数字图像，并对数字图像进行分析处理，从而判断出是否存在缺陷。

暗场检测技术作为检测晶片缺陷的有效手段之一，其优点在于以下几个方面：首先，在暗场获得图像的灰阶易于控制和调节。暗场是位于硅片上方和硅片成30度角的区域，在此区域内获得的图像灰阶，可以通过调节激光的能量和探测器的敏感度来轻松控制；其次，在暗场内，可以很容易地辨认有具体形态和位于硅片表面的缺陷，比如刮伤、微粒之类的缺陷；最后，使用暗场的检测速度非常快，成本相对比较低，通常被用作快速分析影响产量的各类缺陷超出界定值的问题，AIT和COMPASS是在半导体制造企业广泛应用的暗场检测设备（如图2和3所示）。

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