掩模版專用CDSEM(Critical Dimension Scanning Electron Microscopy )是用來確認(rèn)掩模版上圖形的關(guān)鍵尺寸及質(zhì)量的半導(dǎo)體量測設(shè)備。通過二次電子成像技術(shù)，CDSEM得到掩模版表面圖形(Pattern)的圖像(Image)信息，實(shí)現(xiàn)對圖形的測量及評估。隨著特征尺寸縮小化進(jìn)程以及光刻技術(shù)的進(jìn)步，掩模版上的圖形也趨向微小化，復(fù)雜化發(fā)展。

業(yè)界用保真度(Fidelity)來反映掩模版上的圖形與目標(biāo)設(shè)計(jì)圖形的接近程度，保真度越高，圖形的質(zhì)量越好。如下圖所示，對簡單光刻圖形，一維CD值(Critical Dimension)可以反映圖形的保真度。而針對復(fù)雜圖形如OPC圖形，用一維CD值來反映保真度則變得非常困難。因此，掩模版上圖形的微小化復(fù)雜化對量測環(huán)節(jié)提出了更高的要求。

愛德萬測試解決方案：

DBM有望同時滿足精度和效率的量測需求

基于設(shè)計(jì)圖形的二維量測技術(shù)DBM(DBM: Design-Based Metrology)，是當(dāng)前最重要的解決方案之一。DBM技術(shù)對CDSEM拍攝到的SEM(Scanning Electron Microscope) 圖像進(jìn)行精確的輪廓提取，將圖像輪廓與設(shè)計(jì)圖形比對，根據(jù)比對的結(jié)果來評估圖形保真度。

由于DBM技術(shù)在提取SEM圖像輪廓時數(shù)據(jù)量增大，加上先進(jìn)制程下掩模版上量測點(diǎn)的增加，業(yè)界對DBM的量測效率提出了更高的要求。愛德萬測試近期推出了全新概念的DBM擴(kuò)展軟件，并構(gòu)建了由該軟件和相應(yīng)的最新計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成的DBM 集群系統(tǒng)，使量測速度得到大幅度提升。量測工程師不僅能夠進(jìn)行高精度的二維量測，還可以根據(jù)實(shí)際量測需求選擇相應(yīng)的軟件和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來提高量測效率。

DBM技術(shù)的應(yīng)用場景：

EPE(Edge Placement Error)量測基本原理

如下圖所示，保真度的分析包含對圖形的尺寸和形狀進(jìn)行分析，即兩者均接近設(shè)計(jì)圖形時，圖形保真度好。在DBM中，由CDSEM獲取SEM圖像的邊緣(Edge)每一個像素點(diǎn)與對應(yīng)設(shè)計(jì)圖形之間存在一一對應(yīng)的矢量關(guān)系。這些矢量是用來表示EPE的基本信息，稱之為EPE矢量。利用EPE矢量測量可以定量地分析圖形保真度。

每個圖形在EPE矢量分析后得到各個像素點(diǎn)的EPE矢量距離數(shù)據(jù)。因此對于一個圖形，EPE矢量距離數(shù)據(jù)也存在均值和標(biāo)準(zhǔn)差。在掩模圖形保真度定量分析中，EPE矢量距離均值和標(biāo)準(zhǔn)差兩個值反應(yīng)了實(shí)際圖形與目標(biāo)設(shè)計(jì)圖形之間圖形形狀和尺寸的差異。如下圖所示，當(dāng)圖形保真度較好時，實(shí)際圖形形狀和尺寸與目標(biāo)設(shè)計(jì)形狀和尺寸的差異較小，因此EPE矢量距離均值和標(biāo)準(zhǔn)差值較小。相反，當(dāng)EPE矢量距離均值和標(biāo)準(zhǔn)差值較大時，圖形保真度差。

EPE矢量分析可以擴(kuò)展至一個區(qū)域甚至整個掩模版，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，可以定量地分析不同區(qū)域保真度的差異。

EPE量測實(shí)例：

通過EPE二維量測來監(jiān)測&優(yōu)化制造工藝

利用EPE量測方法對保真度進(jìn)行分析為復(fù)雜掩模制造工藝的改進(jìn)提供了可量化分析的可能性。在以下例子中，我們通過定期監(jiān)測復(fù)雜圖形的EPE數(shù)值，以確認(rèn)在一段時間內(nèi)圖形保真度是否存在奇點(diǎn)。圖中Y方向上的數(shù)值表示圖形形狀的變化，數(shù)值越小，表示圖形越接近設(shè)計(jì)圖形，保真度越好。我們發(fā)現(xiàn)，在5月份該數(shù)值突然升高，在調(diào)查原因以及改進(jìn)工藝后該數(shù)值不斷減小。這意味著掩模質(zhì)量一直在不斷提高。因此，量測工程師可以使用DBM的二維量測技術(shù)，來監(jiān)測掩模版的當(dāng)前質(zhì)量，并可以使用這些數(shù)據(jù)來改善工藝。