CN105628722B - 测量结构和对测量结构进行测量的测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种测量结构和对测量结构进行测量的测量方法。测量结构包括测量图形和基本定位图形，每个测量图形均有一个基本定位图形与之对应以在测量时根据该基本定位图形对该测量图形进行基本定位，测量图形的数量大于基本定位图形的数量，至少两个测量图形与同一个基本定位图形对应设置以在测量时根据该同一个基本定位图形对该至少两个测量图形进行基本定位。根据本申请的测量结构和对测量结构进行测量的测量方法，可以节约测量所需的总时间，进而提高测量工序的产量。进一步地，可以减少基本定位图形的设置，还可以相应减少测量结构占用的布置区域。

Description

测量结构和对测量结构进行测量的测量方法

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，更具体地，涉及一种测量结构和对测量结构进行测量的测量方法。

背景技术

光刻技术是在半导体制造过程中的关键技术。而光刻技术中需要进行图形的关键尺寸测量等大量的测量工作。

扫描电子显微镜(SEM，Scanning Electron Microscope)在微米和纳米物质的两维或三维的形态观测研究和微尺度测量方面具有许多先天的优越性。扫描电子显微镜是微米以及纳米量级的非常好的瞄准器，能准确选择测量位置，分辨力足够高，测量范围较大，可以在短时间内直接显示微米、纳米级物体的形态，并直接在图像上准确地选择测量位置以及进行直接测量，对待测物的粒度、尺度观察直观，其方便和直观的程度是其他测量方法无可比拟的，而且目前的图像数字化处理技术又给扫描电子显微镜测量提供了极大的方便和正确性。因此，扫描电子显微镜测量目前已成为了光刻技术中监测光刻图形的特征尺寸的重要测量方式。

通常扫描电子显微镜测量是通过对测量结构中测量图形的特征尺寸进行测量来测量真正器件的特征尺寸，因为测量结构的测量图形的特征尺寸值通常与真正器件的特征尺寸值十分接近。为了准确测量测量图形的特征尺寸，测量结构还设置有用于使扫描电子显微镜准确寻找到相应的测量图形的基本定位图形。

图1示出了现有技术中的一种测量结构示意图。现有技术的该测量结构中，包括多个测量图形P’和多个基本定位图形A’，并且多个测量图形P’和多个基本定位图形A’一一对应地设置。在通过扫描电子显微镜对测量图形P’的特征尺寸进行测量时，需要先通过相应的基本定位图形A’寻找并定位对应的测量图形P’，之后开始对对应的该测量图形P’进行测量。

图2示出了对图1所示的现有技术的测量结构进行测量的第一种测量方法的流程图。如图2所示，该测量方法中，对每个测量图形进行测量时均包括以下三个步骤：

1)测量图形初步定位：使待测的测量图形P’置于扫描电子显微镜的测量范围中；

2)测量图形基本定位：通过与该待测的测量图形P’对应的基本定位图形A’来对该待测的测量图形P’进行基本定位；

3)测量图形特征尺寸测量：基于对待测的测量图形P’进行基本定位的定位结果对该待测的测量图形P’的特征尺寸进行测量。

从第一个待测量的测量图形P’开始按照以上三个步骤测量，直至最后一个的待测量的测量图形P’按照以上三个步骤测量完毕，完成整个测量工作。

图3示出了对现有技术的另一种测量结构进行测量的第二种测量方法的流程图。该种测量结构与图1所示的测量结构的区别在于各测量图形还一一对应的设置有精确定位图形。如图3所示，该测量方法中，对每个测量图形时行测量时均包括以下四个步骤：

1)测量图形初步定位：将待测的测量图形置于扫描电子显微镜的测量范围中；

2)测量图形基本定位：通过与该待测的测量图形对应的基本定位图形来对该待测的测量图形进行基本定位；

3)测量图形精确定位：基于对待测的测量图形进行基本定位的定位结果，根据与测量图形对应设置的精确定位图形来对该待测的测量图形进行精确定位；

4)测量图形特征尺寸测量：基于对待测的测量图形进行精确定位的定位结果，对该待测的测量图形的特征尺寸进行测量。

从第一个待测量的测量图形开始按照以上四个步骤测量，直至最后一个的待测量的测量图形按照以上四个步骤测量完毕，完成整个测量工作。

在实现本申请的过程中，发明人发现以上测量结构和对该测量结构进行测量的测量方法存在如下问题：

1、测量效率较低。例如，对于图2和图3所对应的测量方法而言，对于每次测量来说，每测量一个测量图形的尺寸都需要进行一次基本定位操作。因此，如果有N个测量图形，就需要进行N次基本定位操作，对于具有N个测量图形的情况，每次测量所需的总时间将是N次基本定位操作的时间和N次测量所需的时间，即测量所需的总时间T＝(Ta+Tm)×N，其中，Ta代表对每个图形进行基本定位操作所需的时间；Tm代表对每个测量图形进行测量操作所需的时间。可见，多次的基本定位操作会显著增加测量所需的总时间T，而且对测量工序的产量造成较大影响。

2、每个测量图形需要对应设置基本定位图形，过多的基本定位图形使得测量结构占用了过多的布置区域。

发明内容

本申请目的在于提供一种测量结构和对测量结构进行测量的测量方法，以节约测量所需的总时间，提高测量工序的产量。进一步地，还可以减少测量结构占用的布置区域。

本申请的第一方面提供了一种测量结构，测量结构包括测量图形和基本定位图形，每个测量图形均有一个基本定位图形与之对应以在测量时根据该基本定位图形对该测量图形进行基本定位，测量图形的数量大于基本定位图形的数量，至少两个测量图形与同一个基本定位图形对应设置以在测量时根据该同一个基本定位图形对该至少两个测量图形进行基本定位。

进一步地，每个基本定位图形均与两个以上测量图形对应设置以在测量时对对应的两个以上测量图形进行基本定位。

进一步地，每个基本定位图形对应一个测量区域，其中，与每个基本定位图形对应的各测量图形均位于相应的基本定位图形所在的测量区域内。

进一步地，测量区域为以相应的基本定位图形的中心为圆心的圆形区域；或者，测量区域为以相应的基本定位图形的中心为中心的矩形区域。

进一步地，测量结构用于扫描电子显微镜测量，测量区域位于扫描电子显微镜测量时通过该测量区域内的基本定位图形进行基本定位后的测量范围内部。

进一步地，在具有两个以上测量图形的至少一个测量区域中，各测量图形以矩阵形式规则排列。

进一步地，在具有两个以上测量图形的至少一个测量区域中，至少两个测量图形相同或者至少两个测量图形不同。

进一步地，至少一个测量区域还包括用于对该测量区域内的至少一个测量图形进行精确定位的精确定位图形。

进一步地，至少一个测量区域还包括与该测量区域内的各个测量图形一一对应的一个以上精确定位图形以通过各精确定位图形对相应测量图形进行精确定位。

进一步地，各测量图形中，至少两个测量图形相同或者至少两个测量图形不同；或者，各基本定位图形中，至少两个基本定位图形相同或者至少两个基本定位图形不同。

本申请的第二方面提供一种对测量结构进行测量的测量方法，测量结构包括基本定位图形和与基本定位图形对应设置的一个第一测量图形和至少一个第二测量图形，测量方法包括：步骤S30：根据基本定位图形对第一测量图形和至少一个第二测量图形进行基本定位；步骤S50：基于基本定位的定位结果，测量第一测量图形的特征尺寸；步骤S70：基于基本定位的定位结果，测量至少一个第二测量图形的特征尺寸。

进一步地，在步骤S30之前，测量方法还包括步骤S10：对第一测量图形进行初步定位。

进一步地，测量结构还包括与第一测量图形对应设置的第一精确定位图形，步骤S50包括：分步骤S51：基于基本定位的定位结果，根据第一精确定位图形对第一测量图形进行精确定位；分步骤S53：基于对第一测量图形进行精确定位的定位结果，测量第一测量图形的特征尺寸。

进一步地，至少一个第二测量图形为两个以上第二测量图形，步骤S70包括：分步骤S71：测量与基本定位图形对应的一个第二测量图形的特征尺寸；分步骤S73：重复分步骤S71，测量未测量的第二测量图形的特征尺寸，直至两个以上第二测量图形的特征尺寸均测量完毕。

进一步地，测量结构还包括与各第二测量图形一一对应设置的第二精确定位图形，分步骤S71包括：子步骤S711：基于基本定位的定位结果，根据一个第二精确定位图形对对应的第二测量图形进行精确定位；子步骤S713：基于对该第二测量图形进行精确定位的定位结果，测量该第二测量图形的特征尺寸。

根据本申请的测量结构和对测量结构进行测量的测量方法，测量图形的数量大于基本定位图形的数量，至少两个测量图形与同一个基本定位图形对应设置以在测量时根据该同一个基本定位图形对该至少两个测量图形进行基本定位。因此，在测量时，对该至少两个测量图形可以通过同一个基本定位图形进行一次基本定位，即可以基于该基本定位的定位结果进行多个测量图形的测量工作，从而可以节约测量所需的总时间，进而提高测量工序的产量。进一步地，由于可以减少基本定位图形的设置，还可以相应减少测量结构占用的布置区域。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的测量结构的示意图；

图2是对图1所示的测量结构进行测量的第一种测量方法的流程图；

图3是对现有技术的另一种测量结构进行测量的第二种测量方法的流程图；

图4是本申请一个优选实施例的测量结构的示意图；

图5是对图4所示的测量结构进行测量的第一种测量方法的流程图；

图6是对本申请另一优选实施例的测量结构进行测量的第二种测量方法的流程图；

图7是对本申请又一优选实施例的测量结构进行测量的第三种测量方法的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术存在着多次的基本定位操作会显著增加测量所需的总时间，对测量工序的产量造成较大影响以及过多的基本定位图形使得测量结构占用了过多的布置区域的技术问题。为解决该技术问题，本申请提出了一种测量结构，该测量结构包括测量图形和基本定位图形，每个测量图形均有一个基本定位图形与之对应以在测量时根据该基本定位图形定位对应的测量图形。其中，测量图形的数量大于基本定位图形的数量，至少两个测量图形与同一个基本定位图形对应设置以在测量时根据该同一个基本定位图形定位该至少两个测量图形。

对以上测量结构进行测量时，对该至少两个测量图形可以通过同一个基本定位图形进行一次基本定位，即可以基于该基本定位的定位结果进行多个测量图形的测量工作，从而可以节约测量所需的总时间，进而提高测量工序的产量。进一步地，由于可以减少基本定位图形的设置，还可以相应减少测量结构占用的布置区域。

以下将结合图4至图7对本申请各优选实施例的测量结构以及对各测量结构进行测量的测量方法进行详细说明。

图4是本申请一个优选实施例的测量结构的示意图。需要说明的是，图4中仅表示出了测量结构中一个基本定位图形A以及与该基本定位图形A对应的各测量图形的布置示意图。其中各测量图形包括一个第一测量图形PM和多个第二测量图形PS。为了更快速地测量各个测量图形，在图4所示的实施例中，与基本定位图形A对应的各测量图形优选地成矩阵形式规则排列。在该测量结构中，第一测量图形PM可以根据实际需要在与基本定位图形A对应的各测量图形中设定，设定好第一测量图形PM后，其余与基本定位图形A对应的测量图形均作为第二测量图形PS对待。

但是，在一个测量结构中，可以有多个基本定位图形以及与相应的基本定位图形对应的测量图形。其中优选地是每个基本定位图形均与两个以上测量图形对应设置以在测量时定位所对应的两个以上测量图形。例如，在本优选实施例中测量结构除图4所示的基本定位图形A和相应的测量图形外还包括多个基本定位图形以及与相应的基本定位图形对应的测量图形。其中优选地是与每个基本定位图形对应设置的各测量图形均有如图4所示的成矩阵形式规则排列的布置方式。当然，在其它实施例中，各测量图形的排列方式不限于此，而是只要位于与基本定位图形相对应的一个满足测量图形的定位要求的测量区域内即可。

如图4所示，本实施例中，每个基本定位图形对应设置一个测量区域，该测量区域为以相应的基本定位图形A的中心为圆心、以预定的安全距离L为半径设定的一个圆形区域。其中，与每个基本定位图形对应的测量图形均位于相应的基本定位图形所在的测量区域内。

安全距离L的设定应满足测量设备可以测量安全距离L内的所有与基本定位图形A对应的测量图形的需求。当然，在其它未示出的实施方式中，测量区域也可以根据机台的设计而设置为方形的或长方形的矩形区域，或者也可以为能满足测量图形的定位要求的其它形状的测量区域。

优选地，在测量结构用于扫描电子显微镜测量的情况下，测量区域设置为位于扫描电子显微镜测量时通过该测量区域内的基本定位图形进行基本定位后的测量范围内部。本实施例中，安全距离L设置为小于或等于扫描电子显微镜测量时通过该测量区域内的基本定位图形A进行基本定位后的测量范围所对应的圆形区域的半径。例如，在以日立公司(Hitachi)生产的测量范围所对应的圆形区域的半径为8微米的扫描电子显微镜作为测量设备时，安全距离L可以设置为小于或等于8微米。该设置方式可以在测量时经一次基本定位而基于该基本定位的定位结果测量整个测量区域内的全部测量图形的特征尺寸，从而减少了大量的定位时间，提高测量工序的产量。

在应用扫描电子显微镜对测量结构进行测量时，第一测量图形的测量显示界面可以与现有技术的测量显示界面相同。另外还需要新设第二测量图形的测量显示界面。

在图4中，第一测量图形PM和各第二测量图形PS均相同。但图4仅是为了表示本申请的发明思想而给出的实施方式。事实上，在一个测量结构中，可以是各测量图形中至少两个测量图形相同或者至少两个测量图形不同。或者各基本定位图形中至少两个基本定位图形相同或者至少两个基本定位图形不同。而且，在具有两个以上所述测量图形的至少一个测量区域中，可以使至少两个所述测量图形相同或者至少两个所述测量图形不同。

本申请还提供了一种对测量结构进行测量的测量方法。其中测量结构包括基本定位图形和与基本定位图形对应设置的一个第一测量图形和至少一个第二测量图形。该对测量结构进行测量的测量方法包括：步骤S30：根据基本定位图形对所述第一测量图形和所述至少一个第二测量图形进行基本定位；步骤S50：基于基本定位的定位结果测量第一测量图形的特征尺寸；步骤S70：基于基本定位的定位结果测量至少一个第二测量图形的特征尺寸。

由于该测量方法中通过基本定位图形进行一次基本定位可以对一个第一测量图形和至少一个第二测量图形进行测量，即一次基本定位可以进行多个测量图形的测量工作，从而可以节约测量所需的总时间，进而提高测量工序的产量。

以下，以对图4所示的测量结构进行测量的第一种测量方法以及对本申请的其它实施例的测量结构进行测量的测量方法为例，说明本申请的测量方法。

图5是对图4所示的测量结构进行测量的第一种测量方法的流程图。图5所示的第一种测量方法包括：

步骤S10：对第一测量图形PM进行初步定位，将第一测量图形PM置于扫描电子显微镜的测量范围中。

步骤S30：根据基本定位图形A对第一测量图形PM和至少一个第二测量图形PS进行基本定位。

步骤S50：基于基本定位的定位结果测量第一测量图形的特征尺寸。

步骤S70：基于基本定位的定位结果测量至少一个第二测量图形的特征尺寸。

在第二测量图形PS的数量为两个以上时，步骤S70具体包括：

分步骤S71：测量与基本定位图形A对应的一个第二测量图形PS的特征尺寸。

分步骤S73：重复分步骤S71，测量未测量的第二测量图形PS的特征尺寸，直至所有第二测量图形PS的特征尺寸均测量完毕。

图6是对本申请另一实施例的测量结构进行测量的第二种测量方法的流程图。该另一实施例的测量结构与图4对应的测量结构的区别在于至少一个测量区域还包括用于对该测量区域内的至少一个测量图形进行精确定位的精确定位图形。例如，在图4对应的测量结构中，在图4所示的测量区域内还可以包括与第一测量图形PM对应设置的未在图4中示出的第一精确定位图形。

图6所示的第二种测量方法与图5所示的第一种测量方法的不同之处在于：将步骤S50细分为两个分步骤：

分步骤S51：基于基本定位的定位结果，根据第一精确定位图形对第一测量图形进行精确定位。

分步骤S53：基于对第一测量图形进行精确定位的定位结果，测量第一测量图形的特征尺寸。

图6所示的第二种测量方法的其它步骤可以参考前述的第一种测量方法。

图7是对本申请又一实施例的测量结构进行测量的第三种测量方法的流程图。该又一实施例的测量结构与图4对应的测量结构的区别在于至少一个测量区域还包括与该测量区域内的各个测量图形一一对应的一个以上精确定位图形以通过各精确定位图形对相应所述测量图形进行精确定位。例如，在图4对应的测量结构中，在图4所示的测量区域内还包括与第一测量图形PM对应设置的未在图4中示出的第一精确定位图形和与各第二测量图形PS一一对应的未在图4中示出的多个第二精确定位图形。

图7所示的第三种测量方法与图6所示的第二种测量方法的不同之处在于进一步细化了分步骤S71。在第三种测量方法中，分步骤S71包括：

子步骤S711：基于基本定位的定位结果，根据一个第二精确定位图形对对应的第二测量图形进行精确定位。其中，在对第二测量图形进行精确定位时，可以通过绝对位置和相对于第一测量图形的相对位置这两种表示方法表示第二测量图形的位置。

子步骤S713：基于对该第二测量图形进行精确定位的定位结果测量该第二测量图形的特征尺寸。

在图7中仅显示了第一个第二测量图形精确定位的子步骤S711和该第一个第二测量图形测量的子步骤S713。在第一个第二测量图形测量完毕后，需要重复子步骤S711和子步骤S713对其余各个第二测量图形依次测量，直到全部的第二测量图形测量完毕。

图7所示的第三种测量方法的其它步骤可以参考前述的第一种测量方法和第二种测量方法。

当然，如果测量结构中包括多个基本定位图形及与该基本定位图形对应的测量图形，则以上第一种至第三种测量方法还需要针对其余的基本定位图形及其所对应的测量图形进行重复测量，直至所有待测量的测量图形均测量完毕，完成整个测量工作。另外，以上测量方法中优选地采用扫描电子显微镜对测量结构进行测量。

应用本申请的测量方法对测量结构进行测量时，假定每个基本定位图形可以对应N个测量图形，则测量N个测量图形测量所需的总时间Tnew＝Ta+Tm×N，其中，Ta代表对基本定位图形所对应的各测量图形进行基本定位操作所需的时间；Tm代表对每个测量图形进行测量操作所需的时间。因此，与现有技术相比，本申请的测量结构和对测量结构进行测量的测量方法节约了大量测量所需的总时间，提高了测量工序的产量。

根据以上描述可知，应用本申请的测量结构和对测量结构进行测量的测量方法，进行一次基本定位操作可以测量多个测量图形的特征尺寸。以上测量结构和对测量结构进行测量的测量方法优选地应用于晶片加工时光刻工艺的掩模设计以及对光刻图形的特征尺寸的测量。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种测量结构，所述测量结构包括测量图形和基本定位图形，每个所述测量图形均有一个基本定位图形与之对应以在测量时根据该基本定位图形对该测量图形进行基本定位，其特征在于，所述测量图形的数量大于所述基本定位图形的数量，至少两个所述测量图形与同一个所述基本定位图形对应设置以在测量时根据该同一个基本定位图形对该至少两个测量图形进行基本定位；每个所述基本定位图形对应一个测量区域，其中，与每个所述基本定位图形对应的各测量图形均位于相应的基本定位图形所在的测量区域内。

2.根据权利要求1所述的测量结构，其特征在于，每个所述基本定位图形均与两个以上所述测量图形对应设置以在测量时对对应的两个以上测量图形进行基本定位。

3.根据权利要求1所述的测量结构，其特征在于，

所述测量区域为以相应的所述基本定位图形的中心为圆心的圆形区域；或者，

所述测量区域为以相应的所述基本定位图形的中心为中心的矩形区域。

4.根据权利要求1所述的测量结构，其特征在于，所述测量结构用于扫描电子显微镜测量，所述测量区域位于所述扫描电子显微镜测量时通过该测量区域内的所述基本定位图形进行基本定位后的测量范围内部。

5.根据权利要求1所述的测量结构，其特征在于，在具有两个以上所述测量图形的至少一个测量区域中，各所述测量图形以矩阵形式规则排列。

6.根据权利要求1所述的测量结构，其特征在于，在具有两个以上所述测量图形的至少一个测量区域中，至少两个所述测量图形相同或者至少两个所述测量图形不同。

7.根据权利要求1所述的测量结构，其特征在于，至少一个所述测量区域还包括用于对该测量区域内的至少一个测量图形进行精确定位的精确定位图形。

8.根据权利要求1所述的测量结构，其特征在于，至少一个所述测量区域还包括与该测量区域内的各个测量图形一一对应的一个以上精确定位图形以通过各精确定位图形对相应所述测量图形进行精确定位。

9.根据权利要求1所述的测量结构，其特征在于，

各所述测量图形中，至少两个所述测量图形相同或者至少两个所述测量图形不同；或者，

各所述基本定位图形中，至少两个所述基本定位图形相同或者至少两个所述基本定位图形不同。

10.一种对测量结构进行测量的测量方法，其特征在于，所述测量结构包括基本定位图形和与所述基本定位图形对应设置的一个第一测量图形和至少一个第二测量图形，所述测量方法包括：

步骤S30：根据所述基本定位图形对所述第一测量图形和所述至少一个第二测量图形进行基本定位；

步骤S50：基于所述基本定位的定位结果，测量所述第一测量图形的特征尺寸；

步骤S70：基于所述基本定位的定位结果，测量所述至少一个第二测量图形的特征尺寸；

所述测量结构还包括与所述第一测量图形对应设置的第一精确定位图形，所述步骤S50包括：

分步骤S51：基于所述基本定位的定位结果，根据所述第一精确定位图形对所述第一测量图形进行精确定位；

分步骤S53：基于对所述第一测量图形进行精确定位的定位结果，测量所述第一测量图形的特征尺寸。

11.根据权利要求10所述的测量方法，其特征在于，在所述步骤S30之前，所述测量方法还包括步骤S10：对所述第一测量图形进行初步定位。

12.根据权利要求10所述的测量方法，其特征在于，所述至少一个第二测量图形为两个以上第二测量图形，所述步骤S70包括：

分步骤S71：测量与所述基本定位图形对应的一个第二测量图形的特征尺寸；

分步骤S73：重复所述分步骤S71，测量未测量的所述第二测量图形的特征尺寸，直至所述两个以上第二测量图形的特征尺寸均测量完毕。

13.根据权利要求12所述的测量方法，其特征在于，所述测量结构还包括与各所述第二测量图形一一对应设置的第二精确定位图形，所述分步骤S71包括：

子步骤S711：基于所述基本定位的定位结果，根据一个所述第二精确定位图形对对应的第二测量图形进行精确定位；

子步骤S713：基于对该第二测量图形进行精确定位的定位结果，测量该第二测量图形的特征尺寸。