CN101846497A - 关键尺寸矫正方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种关键尺寸矫正装置，包括：SEM腔体、置于SEM腔体内部的SEM载物台、SEM腔体上侧的SEM镜筒；在SEM腔体的两侧分别形成X射线发生器和X射线探测器，所述X射线探测器与数据分析装置电连接。所述X射线发生器与所述X射线探测器的纵向高度均高于SEM载物台。本发明通过在现有的SEM增设X射线发生器、X射线探测器及数据分析装置，使得在待标度样品的关键尺寸标度时，可以避开待标度样品自身的影响因素，而调整其角度以实现待标度样品关键尺寸的精确测量。

Description

关键尺寸矫正方法及其装置
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺设备，尤其涉及一种关键尺寸矫正方法及其装置。
背景技术
随着科学技术的发展，集成电路集成度的提高，在IC工艺中的线宽控制越来越细，对侧壁、角度、线宽、形貌等方面的控制也显得尤为重要。原有的普通光学检测设备已经不能满足现有工艺的要求，因此只能借助扫描电镜，对半导体样品进行平面及剖面分析。扫描电子显微镜(scanning electronicmicroscopy，SEM)是1965年发明的，它主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。进而可以标度样品的关键尺寸(criticaldimension，CD)。
SEM使用较为方便，且具有极高的分辨率，但是SEM只能观测样品的表面形貌，不能观测到掩藏在表面绝缘层下面的半导体材料和集成电路的微结构。同时，在半导体领域，利用SEM测试待标度样品的关键尺寸时，待标度样品放置在SEM载物台的状态是任意的，即此时SEM标度的关键尺寸也是随机的；另一方面，待标度样品的断面也会偏离结晶学方向，因而使得SEM的标度结果不能正确的反映待标度样品关键尺寸的真实数值，不利于半导体制程开发、监控和良率提升。另外透射电子显微镜虽然具有更高的分辨率，但由于技术的复杂度大、样品制备速度慢、成本高等缺点而不能大量取代扫描电镜。
针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明关键尺寸矫正方法及其装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中，传统的SEM在标度样品关键尺寸时，样品在SEM载物台上的放置具有随机性，或者样品的断面偏离结晶学方向，而此时样品的倾转角度不能进行调整，而使得在样品关键尺寸标度过程中不能准确的标度等缺陷提供一种关键尺寸矫正装置。
本发明的又一目的是针对现有技术中，传统的SEM在标度样品关键尺寸时，样品在SEM载物台上的放置具有随机性，或者样品的断面偏离结晶学方向，而此时样品的倾转角度不能进行调整，而使得在样品关键尺寸标度过程中不能准确的标度等缺陷提供一种关键尺寸矫正方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种关键尺寸矫正装置，包括：SEM腔体；置于SEM腔体内部的SEM载物台；形成在SEM腔体上侧的SEM镜筒；其中，在SEM腔体的两侧分别形成X射线发生器和X射线探测器，所述X射线探测器与数据分析装置电连接。所述X射线发生器与所述X射线探测器的纵向高度均高于SEM载物台。所述X射线发生器与所述X射线探测器共面。
为达到上述又一目的，本发明采用如下的技术方案：一种应用上述关键尺寸矫正装置矫正关键尺寸的方法包括：放置待标度样品；启动X射线发生器；获取X射线衍射强度-角度关系；标度关键尺寸。为达到此目的，本发明还可以采用如下技术方案：一种应用上述关键尺寸矫正装置矫正关键尺寸的方法包括：放置待标度样品；获取关键尺寸处理值；启动X射线发生器；选取晶面；记录旋转角度；标度关键尺寸。上述放置待标度样品的方式为任意放置。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过在现有的SEM(scanning electronic microscopy，SEM)增设X射线发生器、X射线探测器及数据分析装置，使得在待标度样品的关键尺寸标度时，可以避开待标度样品自身的影响因素，而调整其角度以实现待标度样品关键尺寸的精确测量。
附图说明
图1是本发明关键尺寸矫正装置的结构示意图。
图2是本发明关键尺寸矫正方法的第一实施方式的流程图。
图3是本发明关键尺寸矫正方法的第二实施方式的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
第一实施方式
请参阅图1，图1为IC的关键尺寸矫正装置1。所述关键尺寸矫正装置1包括SEM装置10，其中所述SEM装置10包括SEM腔体11、置于SEM腔体11内部的SEM载物台12、形成在所述SEM腔体11上侧的SEM镜筒13；分别置于SEM腔体11两侧的X射线发生器14和X射线探测器15，以及与X射线探测器15电连接的数据分析装置16。其中，X射发生器14包括X射线管(未图示)和高压发生器(未图示)。SEM装置10用以标度待标度样品17的关键尺寸。所述X射线发生器14、待标度样品17、X射线探测器15位于贯穿其所在SEM腔体11两侧的大致同一纵向面，且X射线发生器14与X射线探测器15的纵向高度均高于SEM载物台12。待标度样品17具有单晶衬底特性。
请参阅图1，并结合参阅图2，图2为待标度样品17的关键尺寸标度步骤示意图。在待标度样品17的关键尺寸标度过程中，待标度样品17随机的放置在SEM载物台12上。启动X射线发生器14，在所述高压发生器的高压作用下，X射线管的电子被加速到具有数十keV的能量。电子束打击到阳极靶面上，激发出X射线，X射线照射到待标度样品17上而形成衍射光束。当衍射光束中一个X射线光子被X射线探测器15吸收后，就在其中形成一个电脉冲，之后经过数据分析装置16的处理分析便获得X射线的衍射强度-角度曲线。由X射线的衍射强度-角度关系，便可得知待标度样品17标度时所处的晶面，进而进行待标度样品17的关键尺寸标度。在本实施例中，待标度样品17选取Si，其测试结果如表一所示。根据待标度样品17的设计要求，依据晶面与2θ的对应关系，选取某一特定的晶面，通过SEM装置10便可准确的标度待标度样品17的关键尺寸。
表一 Si的X射线的衍射强度-角度关系
  Plane   d(A)   2-Theta
  (111)   3.135   28.442
  (220)   1.920   47.302
  (311)   1.637   56.121
  (400)   1.357   69.130
  (331)   1.245   76.377
  (422)   1.108   88.026
  (511)   10.045   94.948
  (440)   0.960   106.716
  (531)   0.918   114.087
  (620)   0.858   127.541
  (533)   0.828   136.890
第二实施方式
请参阅图1，并结合参阅图3，图3为待标度样品17的关键尺寸标度步骤示意图。在待标度样品17的关键尺寸标度过程中，待标度样品17随机的放置在SEM载物台12上，此时通过SEM装置10标度所述随机关键尺寸处理值。然后启动X射线发生器14。在高压发生器的高压作用下，X射线管的电子被加速到具有数十keV的能量。电子束打击到阳极靶面上，激发出X射线，X射线照射到待标度样品17上而形成衍射光束。当衍射光束中一个X射线光子被X射线探测器15吸收后，就在其中形成一个电脉冲，之后经过数据分析装置16的处理分析便获得X射线的衍射强度-角度曲线。旋转所述待标度样品17至不同角度便可获得不同的X射线衍射强度-角度关系。由X射线的衍射强度-角度关系，便可得知待标度样品17标度时所处的晶面。此时，待标度样品17的关键尺寸便可由SEM装置10预测的随机关键尺寸处理值与所旋转角度进行标度。所述旋转角度为获取关键尺寸处理值时样品的位置至旋转到所选晶面时所旋转的角度。在本实施例中，待标度样品17选取为Si，其测试结果如表一所示。根据待标度样品17的设计要求，旋转随机放置在SEM载物台12上的待标度样品17，至预选的某一特定晶面。此时，记录待标度样品17旋转角度。待标度样品17的关键尺寸便可由SEM装置10预测的随机关键尺寸处理值与所旋转角度进行标度。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过在现有的SEM(scanning electronic microscopy，SEM)增设X射线发生器14、X射线探测器15及数据分析装置16，使得在待标度样品17的关键尺寸标度时，可以避开待标度样品17自身的影响因素，而调整其角度以实现待标度样品17关键尺寸的精确测量。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims (9)

1.一种关键尺寸矫正装置，包括：
SEM腔体；
置于SEM腔体内部的SEM载物台；
形成在SEM腔体上侧的SEM镜筒；
其中，在SEM腔体的两侧分别形成X射线发生器和X射线探测器，所述X射线探测器与数据分析装置电连接。
2.根据权利要求1所述的关键尺寸矫正装置，其特征在于，所述X射线发生器与所述X射线探测器的纵向高度均高于SEM载物台。
3.根据权利要求1所述的关键尺寸矫正装置，其特征在于，所述X射线发生器与所述X射线探测器共面。
4.一种应用权利要求1所述的关键尺寸矫正装置矫正关键尺寸的方法包括：
放置待标度样品；
启动X射线发生器；
获取X射线衍射强度-角度关系；
标度关键尺寸。
5.根据权利要求4所述的关键尺寸矫正方法，其特征在于，放置待标度样品为任意放置。
6.根据权利要求4所述的关键尺寸矫正方法，其特征在于，待标度样品为单晶衬底。
7.一种应用权利要求1所述的关键尺寸矫正装置矫正关键尺寸的方法包括：
放置待标度样品；
获取关键尺寸处理值；
启动X射线发生器；
选取晶面；
记录旋转角度
标度关键尺寸。
8.根据权利要求7所述的关键尺寸矫正方法，其特征在于，放置待标度样品为任意放置。
9.如权利要求7所述的关键尺寸矫正方法，其特征在于，待标度样品为单晶衬底。
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