[发明专利]线条三维形貌测量方法及线宽测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及计量技术领域，具体涉及一种基于前凸针尖原子力显微镜针尖对顶的线条三维形貌测量方法及线宽测量方法。

背景技术

随着半导体集成电路工艺的快速发展，半导体器件的关键尺寸(CriticalDimension，CD)已经小于50纳米。对于纳米级的器件，特别是鳍状场效应管FinFET，其线宽、侧壁倾斜度、以及线边缘粗糙度(LineEdgeRoughness)对器件的特性有明显的影响。在半导体制造过程中，光刻工艺作为核心技术占据重要位置。标准的CMOS工艺需要数十次的光刻，光刻胶的形貌需要精确地表征。

现有技术对线宽的测量和表征通常使用光学成像、扫描电镜、电子束扫描、原子力显微镜(AtomicForceMicroscope,AFM)。其中，在微纳几何尺寸的表征中，原子力显微镜具有明显的优势。

原子力显微镜利用微悬臂作为力信号的传递媒介。微悬臂通常由一个几百微米长的硅片或氮化硅片制成，微悬臂顶端有一个尖锐的针尖。通过间接测量针尖与样品间的近场力的大小来表征样品表面形貌，微悬臂的形变量反应了针尖和样品表面的近场力的大小，提取微悬臂的弯曲形变来表征样品表面的形貌。微悬臂弯曲形变的检测手段包括隧道电流检测法、电容检测法、光杠杆法以及光学干涉法等。随着MEMS技术的发展，出现了自感应的微悬臂检测手段，如压阻、压电式测量法。按照针尖与样品表面的位置关系，原子力显微镜分为接触模式、非接触模式以及轻敲模式三种。

AFM针尖的半径通常为10nm左右，可以满足微纳几何结构测量的需求，但是针尖通常是圆锥体或三棱锥体，即使是高长宽比的针尖，其锥角也大于10度。在原子力显微镜测量时，针尖垂直微悬臂的设置方式需要事先知道针尖的形貌；针尖处于倾斜放置的方式，只能够准确测量线宽的一个侧壁，很难测量线条完整的两个侧壁。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于前凸针尖原子力显微镜的线条三维形貌测量方法，用于测量线条的真三维形貌，以及线条的宽度。所述线条包括顶部以及相对的第一侧壁和第二侧壁。

根据本发明的一个方面，提供一种基于前凸针尖原子力显微镜的线条三维形貌测量方法，包括：采用第一探针扫描所述线条，以得到第一形貌曲线，所述第一形貌曲线至少包括第一侧壁的形貌；采用第二探针扫描所述线条，以得到第二形貌曲线，所述第二形貌曲线至少包括第二侧壁的形貌；将所述第一形貌曲线和第二形貌曲线合成第三形貌曲线，其中，所述采用第一探针扫描的路径和采用第二探针扫描的路径重叠；在所述线条的不同位置重复上述步骤以获得线条的三维形貌。

优选地，所述前凸针尖原子力显微镜包括相对设置的第一探针和第二探针，所述第一探针和第二探针分别包括微悬臂和在微悬臂末端倾斜设置的前凸针尖。

优选地，所述第一探针扫描所述线条和第二探针扫描所述线条同时进行。

优选地，通过第一干涉仪系统获得所述第一形貌曲线的坐标，通过第二干涉仪系统获得所述第二形貌曲线的坐标。

优选地，在采用第一探针扫描所述线条和采用第二探针扫描所述线条之前，还包括：第一探针和第二探针的针尖对齐；第一探针和第二探针在扫描方向拉开第一距离，以使得第一探针和第二探针不互相干扰。

优选地，所述将第一形貌曲线和第二形貌曲线合成第三形貌曲线方法包括：将第二形貌曲线沿扫描路径平移第一距离后与第一曲线合并。

优选地，所述第三形貌曲线的第一侧壁形貌取自第一形貌曲线，所述第三形貌曲线的第二侧壁形貌取自第二形貌曲线。

根据本发明的另一方面，提供一种基于前凸针尖原子力显微镜的线宽测量方法，包括：采用第一探针扫描所述线条，以得到第一形貌曲线，所述第一形貌曲线至少包括第一侧壁的形貌；采用第二探针扫描所述线条，以得到第二形貌曲线，所述第二形貌曲线至少包括第二侧壁的形貌；将所述第一形貌曲线和第二形貌曲线合成第三形貌曲线；根据第三形貌曲线中第一侧壁和第二侧壁的位置，计算第一线宽D，其中，所述采用第一探针扫描的路径和采用第二探针扫描的路径重叠，所述第三形貌曲线的第一侧壁形貌取自第一形貌曲线，所述第三形貌曲线的第二侧壁形貌取自第二形貌曲线。

优选地，所述第一探针扫描所述线条和第二探针扫描所述线条同时进行。