Способ определения общей площадки топологических элементов

)5 РЕТЕНИ К АВТОРСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВУ ных 950,собы определен их элементов о , планиметра, и ру или по части едующим сумми лощадей элементакже имеют шность и не мог тов с произволбыть использов я площаьектов с тегрироплощади рованием тов.большую ут примеьной фораны также ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЩЕЙПЛОЩАДИ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОБЪЕКТЕ(57) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения общей площади Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения общей площади топологических элементов различных объектов, преимущественно интегральных микросхем,Известны способы определения общей площади топологических элементов различных объектов, заключающиеся в расчете площадей отдельных элементов или их частей по математическим формулам с последующим арифметическим суммированием.Недостатками этих способов являются необходимость знания размеров элементопологических элементов различных объектов, преимущественно интегральных микросхем. Целью изобретения является повышение точности и расширение технологических возможностей. При измерении осуществляют три последовательных измерения веса идентичных объектов: до изменения состояния поверхности, после изменения состояния всей поверхности и после изменения состояния участков поверхности, соответствующих конфигурации топологических элементов, Общую площадь топологических элементов определяют по расчетной формуле, Изменение состояния поверхности обьема может быть осуществлено нанесением и последующим удалением пленочного покрытия или удалением поверхностного слоя самого объекта, С целью дополнительного повышения точности определения общей площади топологических элементов изменение состояния поверхности последовательно выполняют на одном объекте. 3 з, п. ф-лы. сть применения в случае тов произвольной формы, ость и недостаточная точтов, невозможно элементов и объек большая трудоем ность. Известны спо дей топологическ помощью палето ванием по конту. элементов с посл измерительных п Эти способь трудность и погре няться для объек мой, Они не могутдля определения общих площадей микротопологических элементов интегральных схем непосредственно на полупроводниковых пластинах.Известен также способ измерения общей площади однородных по оптической плотности фигур, расположенных на однородном и отличном по оптической плотности фоне, заключающийся в том, что производят сканирование кадра со всего объектива, т, е. с фигур и фона, и преобразование световых сигналов в электрические, которые затем преобразуют в код и производят его интегрирование, на основании чего определяют величину, пропорциональную площади объекта.Недостатком этого способа является недостаточная точность, сложность реализации и применяемость только к оптически прозрачным объектам с плоской формой.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ измерения общей площади однородных по оптической плотности фигур, расположенных на однородном и отличном по оптической плотности фоне.Сущность способа состоит в том, что измеряют в проходящем свете освещенность Е поля, имеющего оптическую плотность, одинаковую с оптической плотностью фона, т, е, оптическую плотность подложки, освещенность Е поля, имеющего оптическую плотность, одинаковую с плотностью фигур, а также освещенность Е поля, образованного фигурами и фоном. При этом площади освещаемых обьектов одинаковы, освещение их постоянно, а общую площадь фигур находят по формулеЕ - ЕИЯх =ЯЕ - Егде Я - площадь поля, образованного фигурами и фоном.Однако для реализации этого способа необходимо сложное и дорогостоящее оптическое и измерительное оборудование (часовой проектор,люксметр, стабилизированный источник питания), а при измерениях возникают значительные погрешности вследствие колебаний освещенности во времени и по полю, неточности юстировки люксметра по координате, неравномерности оптической плотности подложки с фигурами по площади, . несоответствия площадей засветки и светочувствительного элемента люксметра, погрешностей люкс- метра,Способ применим только на оптически прозрачных плоских объектах и не позволя 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ет определить площади элементов интегральных микросхем непосредственно на полупроводниковых пластинах, а также на подложках с произвольными размерами.Цель изобретения - повышение точности и расширение технологических возможностей.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения общей площади топологических элементов на объекте, включающему измерение одного из параметров исходного обьекта до изменения состояния его поверхности, идентичного объекта после изменения состояния всей его поверхности и идентичного объекта после изменения состояния участков его поверхности, соответствующих конфигурации топологических элементов, и определение общей площади топологических элементов по результатам измерений, в качестве параметра используют вес объекта, а общую площадь то поло гических элементов определяют по формулеРз - Р 1-э = 5 о2 1где Яэ и Яо - соответственно площади топо- логических элементов на объекте и всего объекта,Р 1, Р 2 и Рз - соответственно веса идентичных обьекта до изменения состояния, после изменения состояния всей поверхности и после изменения состояния участков его поверхности, соответствующих конфигурации топологических элементов,При этом изменение состояния всей поверхности и участков, соответствующих конфигурации топологических элементов, может быть осуществлено либо за счет нанесения пленки на объект и последующего ее удаления, либо путем последовательного удаления поверхностного слоя идентичных объектов.Согласно предлагаемому способу в качестве параметра объекта - подложки используют вес одного и того же обьекта, который измеряется трехкратно: до изменения объекта, после изменения состояния всей поверхностью и после изменения состояния участков поверхности объекта, соответствующих конфигурациям топологических элементов. При этом обязательным условием реализации предлагаемого способа является то, что при изменении поверхности обьекта и формировании на его поверхности аналогичным образом топологических элементов изменяется соответственно общий параметр объекта - вес подложки,55 Для однозначного соответствия изменения веса подложки площади топологических элементов необходимо, чтобыизменение поверхности объекта приводилок равномерному по всей поверхности изменению веса каждой единицы площади поверхности.Это требование можно реализоватьдвумя способами.Первый: на всю поверхность объектананосят пленочное покрытие с одинаковымудельным весом на единицу поверхности,что соответствует признаку "изменение состояния всей поверхности". На поверхностиобъекта формируют топологические элементы в пленочном покрытии, оставляя пленочное покрытие в пределах площадитопологического элемента и удаляя его запределами топологических элементов, чтосоответствует признаку "формированиеучастков поверхности, соответствующихконфигурации топологических элементов".Второй: выполняют равномерное повсей поверхности удаление слоя подложки(изменение всей поверхности), а формирование топологических элементов в этом случае выполняют за счет равномерноголокального удаления поверхностного слояподложки на точно такую же глубину в пределах контуров топологических элементов,Предлагаемый способ применительно кпервому варианту осуществляется следующим образом,Подложку, на поверхности которой должны быть сформированы топологическиеэлементы, взвешивают с использованиемвесов, обеспечивающих необходимые пределы и точность взвешивания (измеряют весподложки без покрытия Р 1), на всю поверхность подложки наносят пленочное покрытие с одинаковым удельным весом наединицу площади поверхности подложки,Последнее условие подразумевает постоянство удельного веса и толщины покрытия повсей поверхности.Методы нанесения и материал пленочного покрытия выбирают в зависимости отхарактера объекта, Например, для определения общей площади топологических элементов интегральных микросхем наповерхности плоских полупроводниковыхпластин (кремния), лучше всего использовать тонкие пленки металлов или диэлектриков, напыляемых в вакууме илиосаждаемые их газовой фазы, К ним относятся, например, пленки алюминия, меди,титана, вольфрама, окисла кремния, силикатных стекол, натрида кремния и т. д. Указанные методы обеспечивают точностьвыдерживания толщины и удельного веса 15 20 25 30 35 40 45 50 пленок в пределах площади объекта около 3%.На поверхность подложек с произвольной формой и размерами пленочное покрытие можно наносить также методами пульверизации, намазывания, окунания, гальванического осаждения и т. д.После нанесения покрытия выполняют взвешивание объекта с покрытием (измеряют вес объекта с покрытием на всей поверхности Р). Затем на поверхности объекта формируют топологические элементы, общую площадь которых необходимо определить, Для формирования элементов интегральных микросхем лучше всего использовать метод фотогравировки рисунка элементов в пленочном покрытии. При этом необходимо через фоторезистивную маску, соответствующую рисунку топологических элементов, стравливать пленочное покрытие, на закрытое маской, без затравливания подложки.Например, на кремниевой подложке пленку алюминия можно стравить селективно в травителе на основе соляной или ортофосфорной кислоты, а пленку окисла кремния - в травителе на основе плавиковой кислоты, После травления снимают фоторезистивную маску и измеряют вес подложки с топологическими элементами Рз, На поверхности подложек с произвольной толщиной и формой формируют топологические элементы с требуемой геометрией, используя любые подходящие методы селективного удаления покрытия; вырезание, соскабливание, растворение, выжигание, выпиливание, сверление, электроэрозию и т. д.Общую площадь топологических элементов на подложке определяют по формуле. я =Ь (Рз-Р 1)/Рг - Р 1,где Ял - общая площадь поверхности подложки.В отличие от прототипа измеряемым параметром обьекта согласно предлагаемому способу является его вес. Поэтому не требуется, чтобы объект был оптически прозрачным. Он может иметь любые оптические свойства, так как это не препятствует определению его веса. Кроме того, объект может иметь любые объем и форму, так как форма объекта не влияет на измерение его веса, Наконец, само пленочное покрытие может быть оптически подобным подложке, что также не препятствует определению веса,Отсюда следует, что предлагаемый способ может быть применен к значительно большему количеству разнотипных объектов(как по оптическим характеристикам, таки по их форме), при этом можно использовать пленочные покрытия с любыми оптическими свойствами,Кроме того, возможность использования широкого круга подложек и пленочныхпокрытий создает предпосылки для уменьшения трудозатрат при измерении и дляповышения точности измерений.Точность определения общей площадиэлементов предлагаемым способом тем выше, чем меньше погрешность используемых весов при измерении веса исходногообъекта.Точность предлагаемого способа повышается, если использовать один и тот жеобъект во время всего цикла определенияплощади топологических элементов, так какпри трехкратном измерении его веса можноиспользовать одни и те же разновески ипределы измерительных декад.Кроме того, применение предлагаемогоспособа позволяет уменьшить материальные затраты,Для повышения точности способа необходимо, чтобы вес пленочного покрытия былкак можно больше по сравнению с весомисходного объекта и точностью весов, Этоусловие легко обеспечивается, так как можно в широких пределах изменять толщинупленочных покрытий и делать их из материалов с высоким удельным весом, а такжеизменять материал, толщину, площадь и весисходного объекта,Предлагаемый способ применительновторому варианту осуществляется следующим образом.Взвешивают два идентичных объекта(пластины) с заранее определенной площадью. После этого на один из объектовнаносят маскирующее покрытие (фоторезист) и подвергают его литографической обработке в соответствии с конфигурациейтопологических элементов,Далее оба объекта подвергают одновременному травлению, при котором происходит одинаковое по толщине удалениематериала пластин по всей поверхности дляодной пластины и в пределах контуров топологических элементов - для другой, Послеэтого снимают фоторезистивную маску иоба объекта повторно взвешивают на тех жевесах. Находят общую площадь, занимаемую топологическими элементами, по тойже расчетной формуле,П р и м е р 1. Исходную кремниевуюпластину типа КДБ - 10 с диаметром 100 мми толщиной около 480 мкм взвешивают налабораторных весах типа ВЛ. Вес пластины (Р 1) составляет 8,7368 г, 510 15 менного удаления и измеряют вес подложки 40 пластины и измеряют ее вес с вытравленным рисунком, соответствующим площадитопологических элементов - областям и+- скрытых слоев интегральной схемы,45 Рз=7,9335 г.+Вычисляют площадь областей и -скрытых слоер ИС по формулефР Р 14 25 ачг 93 10 Ю+ Рз - Р 1-сРг - Р 150 х 10 г=78,5 см 0,49=38,4 см,Общая площадь и -скрытых слоев ИСравна 38,4 см, что составляет 49 от общейгплощади пластины,Технико-экономическая эффективность55 предлагаемого способа в сравнении с прототипом состоит в следующем: точность определения общей площади топологическихэлементов повышается в несколько раз, таккак измерение веса объектов и его измене 20 25 30 35 На одну сторону пластины методом магнетронного распыления наносят пленку алюминия толщиной 1 мкм с разбросом толщины по площади около Зи повторно взвешивают на тех же весах с использованием одних и тех же разновесок и измерительных декад, Вес подложки (Р) составляет 8,7541,Выполняют фотогравировку, используя фотошаблон межсоединений, и через маску фоторезиста селективно стравливают пленку алюминия до подложки, используя известный травитель по алюминию. Затем снимают маску фоторезиста методом плаз(Рз) аналогично описанному выше. Вес подложки составляет 8,7436 г.Вычисляют общую площадь шин межсоединений БИС на пластине по формул Ям=Япл-(8,7436 - 8,7368)/(8,7541 - 8,7368)= Япг 68 мг/173 мг=0,394=0,394 х 3,14 х 25=30,8 см .П р и м е р 2. Измеряют вес исходного объекта - кремниевой пластины диаметром 100 мм и толщиной 460 мкм, Р =8,2385 г.Измеряют вес второго идентичного исходного объекта - кремниевой пластины, Р 1=7,9428 г. На вторую пластину наносят маску из фоторезиста, соответствующую рисунку топологических элементов областям и+-скрытых слоев интегральной схемы.Обе пластины помещают в камеру установки плазмохимического травления типа УВП - 2 и стравливают одинаковый слой кремния, толщиной около 1 мкм на обеих пластинах одновременно в плазме гексафторида серы,Измеряют вес первой пластины со стравленным слоем кремния со всей поверхности пластины, Р 2=8,2195 г. Снимают маску фоторезиста с второйЗаказ 1883 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 ние выполняется с меньшими погрешностями, чем измерение оптических характеристик объектов; расширяется область применения способа за счет возможности использования объектов с любыми оптическими характеристиками и формой; упрощается процесс измерений и применяемое измерительное оборудование, уменьшается стоимость применяемого оборудования и затраты на его обслуживание.Формула изобретения 1. Способ определения общей площади топологических элементов на объекте, заключающийся в том, что измеряют один из параметров исходного объекта до изменения состояния его поверхности, идентичного объекта после изменения состояния всей его поверхности и идентичного объекта после изменения состояния участков его поверхности, соответствующих конфигурации топологических элементов, а по результатам измерений определяют общую площадь топологических элементов, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения точности и расширения технологических возможностей, в качестве параметра используют вес объекта, а общую площадь топологических элементов определяют по формуле Рз - Р 18 э - о Р Р2 1где Яэ и Яо - соответственно площади топо- логических элементов на объекте и всего 5 объекта;Р 1, Р 2 и Рз - соответственно веса исходного объекта до изменения его состояния, идентичного объекта после изменения состояния всей его поверхности и идентично го объекта после изменения расстоянияучастков его поверхности, соответствующих конфигурации топологических элементов. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щи й с я 15 тем, что изменение состояния поверхностипоследовательно выполняют на одном объекте. 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что изменение состояния поверхности осуществляют нанесением и удалением пленочного покрытия с постоянным удельным весом на единицу поверхности,4. Способ по п,1,отл ич а ю щи й ся 25 тем, что изменение состояния поверхностиосуществляют путем равномерного по толщине удаления материала с поверхности объектов.