线条三维形貌测量方法及线宽测量方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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(CriticalDimens1n,⑶)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(Line Edge Roughness)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。
[0003]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(Atomic Force Microscope, 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。
[0004]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。
[0005]AFM针尖的半径通常为1nm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】
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]优选地，所述方法还包括:在第一路径上扫描以获得第一侧壁的第一位置；在第二路径上扫描以获得第一侧壁的第二位置，其中，第一路径、第二路径以及获得第一线宽D的扫描路径彼此平行；根据如下公式修正第一线宽D以获得第二线宽d:d = D*sina，其中，α是扫描路径和线条的夹角，a = arctg ( Δ Y/ Δ X)，Δ X是第一位置和第二位置在扫描方向上的偏移值，A Y是第一路径和第二路径之间的距离。
[0017]本发明的线条三维形貌测量方法和线宽测量方法通过两个探针分别测量线条的两个侧壁获得线条的准确形貌，实现了线条的真三维形貌和线宽的测量。
【附图说明】
[0018]通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中:
[0019]图1a是参考设计的前凸针尖原子力显微镜的示意性的结构框图；
[0020]图1b是参考设计的前凸针尖原子力显微镜的探针的扫描电镜图像；
[0021]图2是根据本发明第一实施例的线宽测量方法的流程图；
[0022]图3是根据本发明第一实施例的线宽测量方法的探针与样品的示意图；
[0023]图4a_4c分别是根据本发明第一实施例的示意性第一形貌曲线、第二形貌曲线以及合成的第三形貌曲线；
[0024]图5是根据本发明第二实施例的线宽测量修正方法的流程图；
[0025]图6a是根据本发明第二实施例的示意性的形貌曲线；
[0026]图6b是根据本发明第二实施例的扫描路径示意图；以及
[0027]图7是根据本发明第三实施例的线条三维形貌测量方法的流程图。
【具体实施方式】
[0028]以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0029]除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0030]图1a是参考设计的前凸针尖原子力显微镜的示意性结构框图。参考设计的前凸针尖原子力显微镜包括:控制机100、探针301、探针302、xyz位移平台401、xyz位移平台403、信号检测装置200、样品台500、样品台位移平台501、干涉仪系统601、干涉仪系统603、水平CCD604以及垂直CCD605。
[0031]其中，定义线条顶部的法线方向为z方向，定义探针的扫描方向为X方向，垂直于X方向和z方向的为y方向。
[0032]探针301和探针