【光刻】散射仪 Scattermetry

　　散射仪（scattermetry）的工作原理是：一束光入射在晶圆表面，晶圆表面的光刻胶图形对入射光产生散射和衍射，这些含有表面结构信息的光被探测仪接收。对探测仪器接收的信号做分析，得到晶圆表面光刻胶图形的三维尺寸。由于散射仪是使用光学的办法来测量光刻胶图形的线宽等几何尺寸，因此，又被称为光学CD测量。使用散射仪来测量光刻胶图形线宽的努力早在21世纪初期就开始，但是，一直到28nm技术节点以后才开始受到广泛的关注，这是因为CD-SEM测量导致的光刻胶损失效应在28nm以下再也不能忽略了，而且，光学CD测量还能提供图形的三维信息。

　 　散射仪的结构如图1所示。一束波段的偏振光垂直入射在晶圆表面，在晶圆表面图形发生衍射，0级衍射束TE和TM分量被探测器接收。这种入射光垂直于样品表面的系统被称为垂直入射线宽测量系统。也可以使用非垂直入射的设计，但是垂直入射的设计使得设备更加紧凑。使用耦合波分析方法对接收到的测量信号进行回归分析，可以获得晶圆上图形的三维轮廓。各散射仪供应商都提供专用的分析软件包。在使用这些专用的软件时，必须首先建立测量和数据分析模型。可以获得的光刻胶图形三维信息包括：光刻胶图形高度h，顶部的线宽CDtop，腰部的线宽CDmid，底部的线宽CDbottom，和侧壁的角度SWA，如图2所示。刻蚀后的图形包含多层不同的材料，可以建立更复杂的模型，把每一层的厚度、线宽和SWA拟合出来。散射仪具有速度快、无损伤的优点，但测量结果的精度与测量模型的准确性有关。

图1 垂直入射散射仪结构示意图

图2 散射仪测量的光刻胶图形的三维形貌

参考文献：

[1] 张楠. 一种基于光散射原理在线测量晶圆表面质量的方法[J]. 传感器与微系统. 2009：104-106.

[2] 韦亚一. 超大规模集成电路先进光刻理论与应用. 科学出版社. 2016：392-383