線條三維形貌測量方法及線寬測量方法
【技術領域】
[0001]本發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的線條三維形貌測量方法及線寬測量方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體集成電路工藝的快速發展，半導體器件的關鍵尺寸(CriticalDimens1n,⑶)已經小于50納米。對于納米級的器件，特別是鰭狀場效應管FinFET，其線寬、側壁傾斜度、以及線邊緣粗糙度(Line Edge Roughness)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重要位置。標準的CMOS工藝需要數十次的光刻，光刻膠的形貌需要精確地表征。
[0003]現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(Atomic Force Microscope, 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勢。
[0004]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技術的發展，出現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。
[0005]AFM針尖的半徑通常為1nm左右，可以滿足微納幾何結構測量的需求，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壁，很難測量線條完整的兩個側壁。
【發明內容】
[0006]有鑒于此，本發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壁和第二側壁。
[0007]根據本發明的一個方面，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。
[0008]優選地，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。
[0009]優選地，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。
[0010]優選地，通過第一干涉儀系統獲得所述第一形貌曲線的坐標，通過第二干涉儀系統獲得所述第二形貌曲線的坐標。
[0011]優選地，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。
[0012]優選地，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。
[0013]優選地，所述第三形貌曲線的第一側壁形貌取自第一形貌曲線，所述第三形貌曲線的第二側壁形貌取自第二形貌曲線。
[0014]根據本發明的另一方面，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；根據第三形貌曲線中第一側壁和第二側壁的位置，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壁形貌取自第一形貌曲線，所述第三形貌曲線的第二側壁形貌取自第二形貌曲線。
[0015]優選地，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。
[0016]優選地，所述方法還包括:在第一路徑上掃描以獲得第一側壁的第一位置；在第二路徑上掃描以獲得第一側壁的第二位置，其中，第一路徑、第二路徑以及獲得第一線寬D的掃描路徑彼此平行；根據如下公式修正第一線寬D以獲得第二線寬d:d = D*sina，其中，α是掃描路徑和線條的夾角，a = arctg ( Δ Y/ Δ X)，Δ X是第一位置和第二位置在掃描方向上的偏移值，A Y是第一路徑和第二路徑之間的距離。
[0017]本發明的線條三維形貌測量方法和線寬測量方法通過兩個探針分別測量線條的兩個側壁獲得線條的準確形貌，實現了線條的真三維形貌和線寬的測量。
【附圖說明】
[0018]通過以下參照附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特征和優點將更為清楚，在附圖中:
[0019]圖1a是參考設計的前凸針尖原子力顯微鏡的示意性的結構框圖；
[0020]圖1b是參考設計的前凸針尖原子力顯微鏡的探針的掃描電鏡圖像；
[0021]圖2是根據本發明第一實施例的線寬測量方法的流程圖；
[0022]圖3是根據本發明第一實施例的線寬測量方法的探針與樣品的示意圖；
[0023]圖4a_4c分別是根據本發明第一實施例的示意性第一形貌曲線、第二形貌曲線以及合成的第三形貌曲線；
[0024]圖5是根據本發明第二實施例的線寬測量修正方法的流程圖；
[0025]圖6a是根據本發明第二實施例的示意性的形貌曲線；
[0026]圖6b是根據本發明第二實施例的掃描路徑示意圖；以及
[0027]圖7是根據本發明第三實施例的線條三維形貌測量方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]以下基于實施例對本發明進行描述，但是本發明并不僅僅限于這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。
[0029]除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。在本發明的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本發明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。
[0030]圖1a是參考設計的前凸針尖原子力顯微鏡的示意性結構框圖。參考設計的前凸針尖原子力顯微鏡包括:控制機100、探針301、探針302、xyz位移平臺401、xyz位移平臺403、信號檢測裝置200、樣品臺500、樣品臺位移平臺501、干涉儀系統601、干涉儀系統603、水平CCD604以及垂直CCD605。
[0031]其中，定義線條頂部的法線方向為z方向，定義探針的掃描方向為X方向，垂直于X方向和z方向的為y方向。
[0032]探針301和探針