[發(fā)明專利]線條三維形貌測量方法及線寬測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510584024.0
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號: CN105157557A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發(fā)明（設計）人: 高思田;李偉;王鶴群;施玉書;李琪;李適
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01B7/28
• 分類號: G01B7/28;G01B7/02;G01Q60/24
• 代理公司: 北京成創(chuàng)同維知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11449
• 代理人: 蔡純;張靖琳

技術領域

本發(fā)明涉及計量技術領域，具體涉及一種基于前凸針尖原子力顯微鏡針尖對頂?shù)木€條三維形貌測量方法及線寬測量方法。

背景技術

隨著半導體集成電路工藝的快速發(fā)展，半導體器件的關鍵尺寸(CriticalDimension，CD)已經(jīng)小于50納米。對于納米級的器件，特別是鰭狀場效應管FinFET，其線寬、側(cè)壁傾斜度、以及線邊緣粗糙度(LineEdgeRoughness)對器件的特性有明顯的影響。在半導體制造過程中，光刻工藝作為核心技術占據(jù)重要位置。標準的CMOS工藝需要數(shù)十次的光刻，光刻膠的形貌需要精確地表征。

現(xiàn)有技術對線寬的測量和表征通常使用光學成像、掃描電鏡、電子束掃描、原子力顯微鏡(AtomicForceMicroscope,AFM)。其中，在微納幾何尺寸的表征中，原子力顯微鏡具有明顯的優(yōu)勢。

原子力顯微鏡利用微懸臂作為力信號的傳遞媒介。微懸臂通常由一個幾百微米長的硅片或氮化硅片制成，微懸臂頂端有一個尖銳的針尖。通過間接測量針尖與樣品間的近場力的大小來表征樣品表面形貌，微懸臂的形變量反應了針尖和樣品表面的近場力的大小，提取微懸臂的彎曲形變來表征樣品表面的形貌。微懸臂彎曲形變的檢測手段包括隧道電流檢測法、電容檢測法、光杠桿法以及光學干涉法等。隨著MEMS技術的發(fā)展，出現(xiàn)了自感應的微懸臂檢測手段，如壓阻、壓電式測量法。按照針尖與樣品表面的位置關系，原子力顯微鏡分為接觸模式、非接觸模式以及輕敲模式三種。

AFM針尖的半徑通常為10nm左右，可以滿足微納幾何結(jié)構(gòu)測量的需求，但是針尖通常是圓錐體或三棱錐體，即使是高長寬比的針尖，其錐角也大于10度。在原子力顯微鏡測量時，針尖垂直微懸臂的設置方式需要事先知道針尖的形貌；針尖處于傾斜放置的方式，只能夠準確測量線寬的一個側(cè)壁，很難測量線條完整的兩個側(cè)壁。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種基于前凸針尖原子力顯微鏡的線條三維形貌測量方法，用于測量線條的真三維形貌，以及線條的寬度。所述線條包括頂部以及相對的第一側(cè)壁和第二側(cè)壁。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于前凸針尖原子力顯微鏡的線條三維形貌測量方法，包括：采用第一探針掃描所述線條，以得到第一形貌曲線，所述第一形貌曲線至少包括第一側(cè)壁的形貌；采用第二探針掃描所述線條，以得到第二形貌曲線，所述第二形貌曲線至少包括第二側(cè)壁的形貌；將所述第一形貌曲線和第二形貌曲線合成第三形貌曲線，其中，所述采用第一探針掃描的路徑和采用第二探針掃描的路徑重疊；在所述線條的不同位置重復上述步驟以獲得線條的三維形貌。

優(yōu)選地，所述前凸針尖原子力顯微鏡包括相對設置的第一探針和第二探針，所述第一探針和第二探針分別包括微懸臂和在微懸臂末端傾斜設置的前凸針尖。

優(yōu)選地，所述第一探針掃描所述線條和第二探針掃描所述線條同時進行。

優(yōu)選地，通過第一干涉儀系統(tǒng)獲得所述第一形貌曲線的坐標，通過第二干涉儀系統(tǒng)獲得所述第二形貌曲線的坐標。

優(yōu)選地，在采用第一探針掃描所述線條和采用第二探針掃描所述線條之前，還包括：第一探針和第二探針的針尖對齊；第一探針和第二探針在掃描方向拉開第一距離，以使得第一探針和第二探針不互相干擾。

優(yōu)選地，所述將第一形貌曲線和第二形貌曲線合成第三形貌曲線方法包括：將第二形貌曲線沿掃描路徑平移第一距離后與第一曲線合并。

優(yōu)選地，所述第三形貌曲線的第一側(cè)壁形貌取自第一形貌曲線，所述第三形貌曲線的第二側(cè)壁形貌取自第二形貌曲線。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種基于前凸針尖原子力顯微鏡的線寬測量方法，包括：采用第一探針掃描所述線條，以得到第一形貌曲線，所述第一形貌曲線至少包括第一側(cè)壁的形貌；采用第二探針掃描所述線條，以得到第二形貌曲線，所述第二形貌曲線至少包括第二側(cè)壁的形貌；將所述第一形貌曲線和第二形貌曲線合成第三形貌曲線；根據(jù)第三形貌曲線中第一側(cè)壁和第二側(cè)壁的位置，計算第一線寬D，其中，所述采用第一探針掃描的路徑和采用第二探針掃描的路徑重疊，所述第三形貌曲線的第一側(cè)壁形貌取自第一形貌曲線，所述第三形貌曲線的第二側(cè)壁形貌取自第二形貌曲線。

優(yōu)選地，所述第一探針掃描所述線條和第二探針掃描所述線條同時進行。