线宽标准样片的线宽量值确定的方法及系统与流程

本发明属于微纳米测量仪器计量技术领域，尤其涉及一种线宽标准样片的线宽量值确定的方法及系统。

背景技术：

线宽标准样片作为微纳米测量仪器的校准标准器具，在半导体和微电子领域的扫描电子显微镜、透射电子显微镜等领域应用广泛。线宽标准样片量值的准确度直接影响测量仪器校准结果的可靠性。

线宽标准样片通常采用电镜法和原子力显微镜法进行定值。目前采用多层膜沉积技术制备形成线宽标准样片后，只能使用原子力显微镜或电子显微镜进行线宽的测量定值，然而，当线宽量值达到纳米量级后，电镜法给出的线宽量值的测量不确定度较大，通常为3nm左右；而原子力显微镜则由于存在探针效应无法测量。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种线宽标准样片的线宽量值确定的方法及系统，旨在解决现有技术中无法准确测量纳米量级的线宽标准样片线宽量值的问题。

为实现上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种线宽标准样片的线宽量值确定的方法，包括：

对椭偏仪进行校准；

建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型，并在所述多层膜厚样片测量模型建立过程中对初次校准后的椭偏仪进行再次校准；

基于多层膜沉积工艺沉积多层膜厚样片；

采用再次校准后的椭偏仪，对所述多层膜厚样片的薄膜厚度进行测量，得到测量结果，并将所述测量结果作为线宽标准样片的线宽量值。

作为本申请另一实施例，所述对椭偏仪进行校准，包括：

采用薄膜厚度不同的多个二氧化硅膜厚标准样片对椭偏仪进行校准。

作为本申请另一实施例，所述建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型，包括：

采用晶圆片和第一陪片在所述第一陪片上生长一层第一介质材料；

测量所述第一介质材料的介质参数；

采用所述晶圆片和第二陪片在所述第二陪片上生长一层第二介质材料；

测量所述第二介质材料的介质参数；

根据所述第一介质材料的介质参数和所述第二介质材料的介质参数，建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型。

作为本申请另一实施例，所述采用晶圆片和第一陪片在所述第一陪片上生长一层第一介质材料，包括：

基于晶圆片和第一陪片采用磁控溅射工艺在所述第一陪片上生长一层第一介质材料；

采用所述晶圆片和第二陪片在所述第二陪片上生长一层第二介质材料，包括：

基于所述晶圆片和第二陪片采用磁控溅射工艺在所述第二陪片上生长一层第二介质材料。

作为本申请另一实施例，测量所述第一介质材料的介质参数，包括：

根据所述晶圆片和所述第一陪片的材质对初次校准后的椭偏仪设置初始测量参数；

基于初次校准后的椭偏仪测量所述第一介质材料的介质参数；

当所述介质参数未在预设标准介质参数范围内时，再次对所述初次校准后的椭偏仪进行校准，并采用再次校准后的椭偏仪测量所述第一介质材料的介质参数，直到测量的介质参数在所述预设标准介质参数范围内，确定最终测得的介质参数为所述第一介质材料的介质参数。

作为本申请另一实施例，所述测量所述第一介质材料的介质参数，包括：

当已建立了所述多层膜厚样片测量模型时，采用多层膜厚样片测量模型测量所述第一介质材料的介质参数。

作为本申请另一实施例，所述采用再次校准后的椭偏仪，对所述多层膜厚样片的薄膜厚度进行测量，得到测量结果，包括：

采用再次校准后的椭偏仪，对所述多层膜厚样片中第二介质材料的薄膜厚度进行测量，得到测量结果。

作为本申请另一实施例，所述采用再次校准后的椭偏仪，对所述多层膜厚样片中第二介质材料的薄膜厚度进行测量，得到测量结果，包括：

在所述多层膜厚样片中第二介质材料的表面确定多个测量位置；

采用再次校准后的椭偏仪对所述多个测量位置依次进行薄膜厚度的测量，得到多个测量结果；

计算所述多个测量结果的平均值，并将所述平均值作为所述第二介质材料的薄膜厚度。

作为本申请另一实施例，在所述采用再次校准后的椭偏仪，对所述多层膜厚样片的薄膜厚度进行测量，得到测量结果之后，还包括：

根据所述再次校准后的椭偏仪和所述测量结果计算所述线宽量值的不确定度。

本发明实施例的第二方面提供了一种线宽标准样片的线宽量值确定的系统，包括：椭偏仪和处理设备，所述处理设备包括校准模块，测量模型建立模块；

所述校准模块，用于对所述椭偏仪进行校准；

所述测量模型建立模块，用于建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型；

所述校准模块，还用于在所述多层膜厚样片测量模型建立过程中对初次校准后的椭偏仪进行再次校准；

所述测量模型建立模块，还用于基于多层膜沉积工艺沉积多层膜厚样片；

再次校准后的椭偏仪，用于对所述多层膜厚样片的薄膜厚度进行测量，得到测量结果，并将所述测量结果作为线宽标准样片的线宽量值。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：与现有技术相比，本发明通过对椭偏仪进行校准；建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型，并在所述多层膜厚样片测量模型建立过程中对初次校准后的椭偏仪进行再次校准；基于多层膜沉积工艺沉积多层膜厚样片；采用再次校准后的椭偏仪，对所述多层膜厚样片的薄膜厚度进行测量，得到测量结果，并将所述测量结果作为线宽标准样片的线宽量值，从而可以确定纳米级线宽标准样片的量值，提高纳米级线宽标准样片定值的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的线宽标准样片的线宽量值确定的方法的实现流程示意图；

图2是本发明实施例提供的建立多层膜厚样片测量模型的方法的示意图；

图3(1)是本发明实施例提供的第一多层膜厚样片的结构示意图；

图3(2)是本发明实施例提供的切割第一多层膜厚样片的示意图；

图3(3)是本发明实施例提供的研磨和剖光第二多层膜厚样片的示意图；

图3(4)是本发明实施例提供的多层膜厚样片的示意图；

图4是本发明实施例提供的第二介质材料的表面的测量位置的示例图；

图5是本发明实施例提供的线宽标准样片的线宽量值确定的系统的示例图；

图6是本发明另一实施例提供的线宽标准样片的线宽量值确定的系统的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1为本发明实施例提供的线宽标准样片的线宽量值确定的方法的实现流程示意图，详述如下。

步骤101，对椭偏仪进行校准。

可选的，椭偏仪可以为光谱型椭偏仪，可以采用薄膜厚度不同的多个二氧化硅膜厚标准样片对椭偏仪进行校准。例如，采用薄膜厚度为2nm～1000nm的一系列二氧化硅膜厚标准样片对光谱型椭偏仪进行校准，并对椭偏仪的硬件参数进行修正，硬件参数可以包括椭偏仪的入射角度、光源波长和椭圆偏振角等。椭偏仪硬件参数的修正可以确保仪器量值准确可靠。可选的，可以采用薄膜厚度为2nm、10nm、100nm、200nm、500nm、1000nm等等中的三个或者三个以上的二氧化硅膜厚标准样片对光谱型椭偏仪进行校准。

可选的，椭偏仪测量的准确性是建立在仪器硬件准确和测量模型准确的基础上的，因此在对椭偏仪进行校准后，还需要建立准确的测量模型，例如多层膜厚样片测量模型。

步骤102，建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型，并在所述多层膜厚样片测量模型建立过程中对初次校准后的椭偏仪进行再次校准。

可选的，本步骤中可以基于初次校准后的椭偏仪，采用陪片法建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型。如图2所示，建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型可以包括以下步骤。

步骤201，采用晶圆片和第一陪片在所述第一陪片上生长一层第一介质材料。

需要准备三片硅晶圆片，分别为晶圆片、第一陪片和第二陪片。本步骤中，基于晶圆片和第一陪片采用磁控溅射工艺在所述第一陪片上生长一层第一介质材料。

磁控溅射是物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)的一种。磁控溅射法是在真空条件下电离惰性气体，气体离子在电场的作用下，轰击金属靶材使金属原子沉积在陪片上的。

步骤202，测量所述第一介质材料的介质参数。

可选的，本步骤可以包括：根据所述晶圆片和所述第一陪片的材质对初次校准后的椭偏仪设置初始测量参数；基于初次校准后的椭偏仪测量所述第一介质材料的介质参数；当所述介质参数未在预设标准介质参数范围内时，再次对所述初次校准后的椭偏仪进行校准，并采用再次校准后的椭偏仪测量所述第一介质材料的介质参数，直到测量的介质参数在所述预设标准介质参数范围内，确定最终测得的介质参数为所述第一介质材料的介质参数。即通过多次对椭偏仪进行校准，可以提高后续对多层膜厚样片的薄膜厚度进行测量的准确度。

可选的，初始测量参数可以为晶圆片以及第一陪片的材质对光的反射参数。

可选的，介质参数可以包括厚度和色散参数。测量获得第一介质材料的介质参数之后，还可以将厚度和色散参数保存，以便后续建立多层膜厚样片测量模型时采用。

步骤203，采用所述晶圆片和第二陪片在所述第二陪片上生长一层第二介质材料。

可选的，基于所述晶圆片和第二陪片采用磁控溅射工艺在所述第二陪片上生长一层第二介质材料。

步骤204，测量所述第二介质材料的介质参数。

可选的，本步骤可以采用与步骤202相同的技术进行测量，在此不再一一赘述。

步骤205，根据所述第一介质材料的介质参数和所述第二介质材料的介质参数，建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型。

可选的，当已建立了所述多层膜厚样片测量模型后，需要构建其它材料的多层膜厚样片测量模型，可以采用加了的多层膜厚样片测量模型直接测量介质材料的介质参数，例如，当已建立了所述多层膜厚样片测量模型时，采用多层膜厚样片测量模型测量所述第一介质材料的介质参数。这样可以准确确定介质材料的介质参数，并且提高测量介质参数的测量效率。

步骤103，基于多层膜沉积工艺沉积多层膜厚样片。

可选的，如图3(1)所示，采用硅晶圆片1和硅晶圆片2采用磁控溅射工艺在硅晶圆片1和硅晶圆片2上分别生长一层介质材料1，然后采用已经生长介质材料1的硅晶圆片1上再生长一层介质材料2，采用键合方式将生长介质材料1和介质材料2的硅晶圆片1与生长介质材料1的硅晶圆片2键合在一起，得到第一多层膜厚样片，其中，硅晶圆片1的介质材料2与硅晶圆片2的介质材料1键合在一起。如图3(2)所示，将第一多层膜厚样片通过划片方式进行切割。如图3(3)所示，将切割后的任意一个第二多层膜厚样片的切割面进行研磨和剖光。如图3(4)所示，将剖光后的多层膜厚样片中的介质材料1进行刻蚀，得到多层膜厚样片。

步骤104，采用再次校准后的椭偏仪，对所述多层膜厚样片的薄膜厚度进行测量，得到测量结果，并将所述测量结果作为线宽标准样片的线宽量值。

可选的，现有技术中采用多层膜沉积技术制备形成线宽标准样片后，只能使用原子力显微镜或电子显微镜进行线宽测量定值，当线宽量值达到纳米量级后，其定值准确度较差；本发明中通过多层膜沉积技术将生长的薄膜转换为线宽，即在线宽样片加工过程中，通过多次校准后的椭偏仪测量确定薄膜的厚度量值，将厚度量值转化为线宽样片的线宽量值，并考虑薄膜均匀性的影响，综合评价给出线宽量值，从而可以准确测量薄膜厚度，使得定值准确度较高。

可选的，考虑到薄膜均匀性的影响，可以通过不同位置的薄膜厚度计算平均值的方式降低薄膜均匀性的影响。

可选的，本步骤可以包括：在所述多层膜厚样片中第二介质材料的表面确定多个测量位置；采用再次校准后的椭偏仪对所述多个测量位置依次进行薄膜厚度的测量，得到多个测量结果；计算所述多个测量结果的平均值，并将所述平均值作为所述第二介质材料的薄膜厚度。

例如，如图4所示，可以在第二介质材料的表面选择5个测量位置，需要注意的是，测量位置的选择可以均匀分布在第二介质材料的表面，以便计算的薄膜厚度的平均值更能体现薄膜的均匀性。

可选的，需要说明的是，也可以测量第一介质材料的薄膜厚度，并将第一介质材料的多个测量位置的薄膜厚度的平均值作为第二介质材料的薄膜厚度。

可选的，在所述采用再次校准后的椭偏仪，对所述多层膜厚样片的薄膜厚度进行测量，得到测量结果之后，还包括：根据所述再次校准后的椭偏仪和所述测量结果计算所述线宽量值的不确定度。

不确定度分量主要由椭偏仪和样片厚度均匀性组成，其中椭偏仪的不确定度确定方法可采用蒙特卡洛评价方法进行评价，样片厚度均匀性通过上述测量的不同位置的薄膜厚度采用极差法计算得到。例如，根据s＝(xmax-xmin)/dn计算得到样片厚度均匀性的不确定度；其中，s表示样片厚度均匀性的不确定度，xmax表示不同位置的薄膜厚度中厚度最大值，xmin表示不同位置的薄膜厚度中厚度最小值，dn表示极差系数。

上述线宽标准样片的线宽量值确定的方法，通过对椭偏仪进行校准；建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型，并在所述多层膜厚样片测量模型建立过程中对初次校准后的椭偏仪进行再次校准；基于多层膜沉积工艺沉积多层膜厚样片；采用再次校准后的椭偏仪，对所述多层膜厚样片的薄膜厚度进行测量，得到测量结果，并将所述测量结果作为线宽标准样片的线宽量值，从而可以确定纳米级线宽标准样片的量值，提高纳米级线宽标准样片定值的准确度。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上文实施例所述的线宽标准样片的线宽量值确定的方法，图5示出了本发明实施例提供的线宽标准样片的线宽量值确定的系统的示例图。如图5所示，该装置可以包括：椭偏仪1和处理设备2，所述处理设备2包括校准模块501和测量模型建立模块502；

所述校准模块501，用于对所述椭偏仪进行校准；

所述测量模型建立模块502，用于建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型；

所述校准模块501，还用于在所述多层膜厚样片测量模型建立过程中对初次校准后的椭偏仪进行再次校准；

所述测量模型建立模块502，还用于基于多层膜沉积工艺沉积多层膜厚样片；

再次校准后的椭偏仪1，用于对所述多层膜厚样片的薄膜厚度进行测量，得到测量结果，并将所述测量结果作为线宽标准样片的线宽量值。

可选的，所述校准模块501对椭偏仪进行校准时，可以用于：采用薄膜厚度不同的多个二氧化硅膜厚标准样片对椭偏仪进行校准。

可选的，所述测量模型建立模块502建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型时，可以用于：

采用晶圆片和第一陪片在所述第一陪片上生长一层第一介质材料；

测量所述第一介质材料的介质参数；

采用所述晶圆片和第二陪片在所述第二陪片上生长一层第二介质材料；

测量所述第二介质材料的介质参数；

根据所述第一介质材料的介质参数和所述第二介质材料的介质参数，建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型。

可选的，所述测量模型建立模块502采用晶圆片和第一陪片在所述第一陪片上生长一层第一介质材料时，可以用于：基于晶圆片和第一陪片采用磁控溅射工艺在所述第一陪片上生长一层第一介质材料。

可选的，所述测量模型建立模块502采用所述晶圆片和第二陪片在所述第二陪片上生长一层第二介质材料时，可以用于：基于所述晶圆片和第二陪片采用磁控溅射工艺在所述第二陪片上生长一层第二介质材料。

可选的，所述测量模型建立模块502测量所述第一介质材料的介质参数，包括：

根据所述晶圆片和所述第一陪片的材质对初次校准后的椭偏仪设置初始测量参数；

基于初次校准后的椭偏仪测量所述第一介质材料的介质参数；

当所述介质参数未在预设标准介质参数范围内时，再次对所述初次校准后的椭偏仪进行校准，并采用再次校准后的椭偏仪测量所述第一介质材料的介质参数，直到测量的介质参数在所述预设标准介质参数范围内，确定最终测得的介质参数为所述第一介质材料的介质参数。

可选的，所述测量模型建立模块502测量所述第一介质材料的介质参数时，可以用于：

当已建立了所述多层膜厚样片测量模型时，采用多层膜厚样片测量模型测量所述第一介质材料的介质参数。

可选的，再次校准后的椭偏仪1，用于对所述多层膜厚样片中第二介质材料的薄膜厚度进行测量，得到测量结果。

可选的，再次校准后的椭偏仪1，用于在所述多层膜厚样片中第二介质材料的表面确定多个测量位置；

采用再次校准后的椭偏仪对所述多个测量位置依次进行薄膜厚度的测量，得到多个测量结果；

计算所述多个测量结果的平均值，并将所述平均值作为所述第二介质材料的薄膜厚度。

可选的，如图6所示，在再次校准后的椭偏仪对所述多层膜厚样片的薄膜厚度进行测量，得到测量结果之后，所述处理设备中还可以包括：计算模块503；

所述计算模块503，用于根据所述再次校准后的椭偏仪和所述测量结果计算所述线宽量值的不确定度。

上述线宽标准样片的线宽量值确定的系统，通过校准模块501对椭偏仪进行校准；测量模型建立模块502建立基于多层膜沉积工艺的多层膜厚样片测量模型，并在所述多层膜厚样片测量模型建立过程中校准模块501对初次校准后的椭偏仪进行再次校准；测量模型建立模块502基于多层膜沉积工艺沉积多层膜厚样片；采用再次校准后的椭偏仪，对所述多层膜厚样片的薄膜厚度进行测量，得到测量结果，并将所述测量结果作为线宽标准样片的线宽量值，从而可以确定纳米级线宽标准样片的量值，提高纳米级线宽标准样片定值的准确度。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。