CN107978536A - 一种晶圆版图中图案的cdsem扫描方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种晶圆版图中图案的CDSEM扫描方法。所述方法包括：将CDSEM中电子束垂直于所述晶圆版图进行扫描，以得到所述晶圆版图中所述图案的水平形貌；将CDSEM中电子束倾斜于所述晶圆版图进行扫描，以得到所述晶圆版图中所述图案的侧面形貌；根据得到的所述水平形貌和所述侧面形貌对所述晶圆版图中图案的特征进行分析和检测。本发明所述扫描方法不仅可以得到图案水平面上的形貌，而且通过倾斜的电子束对其侧壁进行扫描还可以得到所述图案的侧壁形貌，以得到Z方向上的特征，而且Z方向提供的特征更加详尽，可以更好地对所述图案进行监控，进一步提高器件的良率。

Description

一种晶圆版图中图案的CDSEM扫描方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种晶圆版图中图案的CDSEM扫描方法。
背景技术
关键尺寸扫描电子显微镜(CDSEM)是一种在半导体制程中用于测量晶圆上图案的关键尺寸(CD)的仪器，其工作原理是：从电子枪照射出的电子束通过聚光透镜汇聚，穿过开孔(aperture)到达测定对象的图案上，利用探测器捕捉放出的二次电子并将其变换为电信号，获得二维图像，以二维图像信息为基础高精度的测量出测定对象的关键尺寸。
常规的关键尺寸扫描电子显微镜(CDSEM)限制于X和Y方向，而选用AFM或OCD等检测图案的第三方向(Z方向)的特性，而Z方向的扫描也可以提供更多的图案的细节，但是目前所述关键尺寸扫描电子显微镜(CDSEM)并不能进行Z方向的扫描。
因此，有必要提出一种新的关键尺寸扫描电子显微镜(CDSEM)的扫描检测方法，以解决现有的技术问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为了克服目前存在的问题，本发明提供了一种晶圆版图中图案的CDSEM扫描方法，所述方法包括：
将CDSEM中电子束垂直于所述晶圆版图进行扫描，以得到所述晶圆版图中所述图案的水平形貌；
将CDSEM中电子束倾斜于所述晶圆版图进行扫描，以得到所述晶圆版图中所述图案的侧面形貌；
根据得到的所述水平形貌和所述侧面形貌对所述晶圆版图中图案的特征进行分析和检测。
可选地，所述CDSEM中所述电子束与所述晶圆版图的法线之间的夹角为7-14°。
可选地，对所述晶圆版图进行扫描的步骤包括：
对所述晶圆版图进行初步扫描，以确定所述图案所在的区域；
将所述电子束聚焦在所述图案所在的所述区域，以对所述图案进行扫描。
可选地，通过调整所述电子束与所述晶圆版图之间的电压差，以使所述电子束聚焦在所述图案上。
可选地，通过调节电子束镜头的参数，以实现焦点的上下移动并使所述电子束聚焦在所述图案上。
可选地，通过调整所述晶圆版图的位置，以使所述电子束聚焦在所述图案上。
可选地，通过移动放置所述晶圆版图的托盘来调整所述晶圆版图的位置，所述托盘的移动通过压电陶瓷的方法实现。
可选地，在所述电子束垂直于所述晶圆版图进行扫描的步骤中，所述电子束在水平面中的第一方向和第二方向上对所述图案进行扫描，其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。
可选地，在所述电子束倾斜于所述晶圆版图进行扫描的步骤中，所述电子束在第三方向上对所述图案进行扫描，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向所在的所述水平面。
可选地，所述CDSEM中水平扫描的测量精度在测量的关键尺寸的1.5％以内。
本发明为了解决目前常规的关键尺寸扫描电子显微镜(CDSEM)限制于X和Y方向，而选用AFM或OCD等检测图案的第三方向(Z方向的特性)的限制，提供了一种CDSEM的3D扫描方法，所述扫描方法不仅可以得到图案水平面上的形貌，而且通过倾斜的电子束对其侧壁进行扫描还可以得到所述图案的侧壁形貌，以得到Z方向上的特征，而且Z方向提供的特征更加详尽，可以更好地对所述图案进行监控，进一步提高器件的良率。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1示出了本发明所述晶圆版图中图案的CDSEM扫描方法的工艺流程图；
图2示出了本发明所述晶圆版图中图案的CDSEM扫描过程的示意图；
图3示出了本发明所述晶圆版图中图案的CDSEM扫描过程的示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构以及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
为了解决目前工艺中存在的上述问题，本发明提供了一种晶圆版图中图案的CDSEM扫描方法，所述方法包括：
将CDSEM中电子束垂直于所述晶圆版图进行扫描，以得到所述晶圆版图中所述图案的水平形貌；
将CDSEM中电子束倾斜于所述晶圆版图进行扫描，以得到所述晶圆版图中所述图案的侧面形貌；
根据得到的所述水平形貌和所述侧面形貌对所述晶圆版图中图案的特征进行分析和检测。
在本发明中通过对图案全方位的CDSEM扫描可以获得待测图案的3D形貌，其中，在CDSEM中将电子束设置为垂直于所述晶圆版图时，所述电子束可以对所述晶圆版图中所述图案的水平形貌进行扫描，例如所述电子束在水平面中的第一方向和第二方向上对所述图案进行扫描，其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。
更具体地，其中，所述第一方向为X方向，所述第二方向为Y方向，即通过对所述图案在X方向和Y方向上的扫描，可以得到图案在X方向和Y方向上的形貌以及关键尺寸。
例如当所述图案为锥形图案，比如上窄下宽的锥形图案时，通过垂直于所述晶圆版图方向上的扫描可以获得所述锥形图案顶部的关键尺寸和底部的关键尺寸。
但是目前所述工艺中并不能获得其在垂直于所述X方向和Y方向组成的水平面的第三方向-Z轴方向上的关键尺寸及形貌，例如所述锥形图案的高度以及锥形图案的倾斜程度等信息，而Z方向上可以提供更多的图案特性，因此在本申请中对所述扫描方法进行了改进，在对X方向和Y方向进行扫描之后将所述电子束倾斜于所述晶圆版图进行扫描，对所述图案的侧面进行扫描，以获得所述图案的侧面形貌。
可选地，在本发明中选用倾斜的电子束对图案的侧面进行扫描，以得到侧面上图案的形状、图案的取向、图案的关键尺寸以及图案的位置等关键特征。
可选地，例如将所述CDSEM中电子束设置为与所述晶圆版图的法线之间的夹角为7-14°。
例如，将所述CDSEM中电子束设置为与所述晶圆版图的法线之间的夹角为14°。
虽然目前工艺中有选用倾斜电子束的扫描方式，但是目前所述倾斜电子束仍仅仅对X方向和Y方向进行扫描，并没有对Z方形进行扫描，对于Z方向上的形貌仍选用常规的AFM或OCD等方法进行，在本发明中通过将所述电子束设置为倾斜可以对所述图案的侧壁形貌进行扫描，实现在Z方向上的扫描，从而得到其侧面形貌，而不在通过AFM或OCD等检测图案的第三方向的特性，所述方法更加简单，而且可以获得更多的图案特性。
本发明为了解决目前常规的关键尺寸扫描电子显微镜(CDSEM)限制于X和Y方向，而选用AFM或OCD等检测图案的第三方向(Z方向的特性)的限制，提供了一种CDSEM的3D扫描方法，所述扫描方法不仅可以得到图案水平面上的形貌，而且通过倾斜的电子束对其侧壁进行扫描还可以得到所述图案的侧壁形貌，以得到Z方向上的特征，而且Z方向提供的特征更加详尽，可以更好地对所述图案进行监控，进一步提高器件的良率。
实施例一
下面参考附图对本发明的晶圆版图中图案的CDSEM扫描方法做详细描述，图1示出了本发明所述晶圆版图中图案的CDSEM扫描方法的工艺流程图；图2示出了本发明所述晶圆版图中图案的CDSEM扫描过程的示意图；图3示出了本发明所述晶圆版图中图案的CDSEM扫描过程的示意图。
本发明提供一种晶圆版图中图案的CDSEM扫描方法，如图1所示，该方法的主要步骤包括：
步骤S1：将CDSEM中电子束垂直于所述晶圆版图进行扫描，以得到所述晶圆版图中所述图案的水平形貌；
步骤S2：将CDSEM中电子束倾斜于所述晶圆版图进行扫描，以得到所述晶圆版图中所述图案的侧面形貌；
步骤S3：根据得到的所述水平形貌和所述侧面形貌对所述晶圆版图中图案的特征进行分析和检测。
下面，对本发明的晶圆版图中图案的CDSEM扫描方法的具体实施方式做详细的说明。
首先，执行步骤一，将CDSEM中电子束垂直于所述晶圆版图进行扫描，以得到所述晶圆版图中所述图案的水平形貌。
具体地，其中，所述晶圆可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。
其中，所述晶圆版图中的图案可以为晶圆器件制备过程中某一阶段的图案或者需要制备的目标图案等，并不局限于某一种。
在本发明中通过对图案全方位的CDSEM扫描可以获得待测图案的3D形貌，其中，在CDSEM中将电子束设置为垂直于所述晶圆版图时，所述电子束可以对所述晶圆版图中所述图案的水平形貌进行扫描，例如所述电子束在水平面中的第一方向和第二方向上对所述图案进行扫描，其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。
更具体地，其中，所述第一方向为X轴方向，所述第二方向为Y轴方向，即通过对所述图案在X方向和Y方向上的扫描，可以得到图案在X方向和Y方向上的形貌以及关键尺寸。
例如当所述图案为锥形图案，比如上窄下宽的锥形图案时，通过垂直于所述晶圆版图方向上的扫描可以获得所述锥形图案顶部的关键尺寸和底部的关键尺寸。
为了更好地对所述图案进行扫描，在该步骤中对所述晶圆版图进行扫描的步骤包括：
沿垂直于所述晶圆版图的方向对所述晶圆版图进行初步扫描，以确定所述图案所在的区域，如图2所示；
将所述电子束聚焦在所述图案所在的所述区域，以对所述图案进行扫描，如图3所示。
更具体地，为了获得更好的分辨率和更小的误差，在该步骤中需要将所述电子束聚焦在所述图案上，为了实现所述目的可以通过以下三种方法进行调节：
第一通过调整所述电子束与所述晶圆版图之间的电压差，以使所述电子束聚焦在所述图案上。
第二通过调整所述晶圆版图的位置，以使所述电子束聚焦在所述图案上。
第三通过精细调节电子束镜头的参数，实现焦点的上下移动，以使所述电子束聚焦在所述图案上。
其中，另外移动所述晶圆版图是通过移动托着晶圆的托盘的方式实现，移动的方式可以使用压电陶瓷，例如改变加在陶瓷两端的电压，陶瓷的厚度实现纳米级的变化。
在该步骤中所述水平移动的测量精度已经达到所测量尺度的1.5％，可以投入到应用中。
执行步骤二，将CDSEM中电子束倾斜于所述晶圆版图进行扫描，以得到所述晶圆版图中所述图案的侧面形貌。
由于目前所述工艺中并不能获得其在垂直于所述X方向和Y方向组成的水平面的第三方向-Z轴方向上的关键尺寸及形貌，例如所述锥形图案的高度以及锥形图案的倾斜程度等信息，而Z方向上可以提供更多的图案特性，因此在本申请中对所述扫描方法进行了改进，在对X方向和Y方向进行扫描之后将所述电子束倾斜于所述晶圆版图进行扫描，对所述图案的侧面进行扫描，以获得所述图案的侧面形貌。
可选地，例如将所述CDSEM中电子束设置为与所述晶圆版图的法线之间的夹角为7-14°。
例如，将所述CDSEM中电子束设置为与所述晶圆版图的法线之间的夹角为14°。
通过将所述电子束设置为倾斜可以对所述图案的侧壁形貌进行扫描，实现在Z方向上的扫描，从而得到其侧面形貌，而不再通过AFM或OCD等检测图案的第三方向的特性，所述方法更加简单。
例如当所述图案为锥形图案，比如上窄下宽的锥形图案时，通过倾斜电子束的扫描可以获得所述锥形图案的高度或倾斜程度等图案的侧面形貌的信息。
为了更好地对所述图案进行扫描，在该步骤中对所述晶圆版图进行扫描的步骤包括：
将所述电子束倾斜于所述晶圆版图的方向对所述晶圆版图进行初步扫描，以确定所述图案所在的区域；
将所述电子束倾斜地聚焦在所述图案所在的所述区域，以对所述图案进行扫描。
即将所述电子束倾斜于所述晶圆版图的方向对所述图案在Z方向上进行初步扫描，以确定所述图案所在的区域，如图2所示；
将所述电子束倾斜地聚焦在所述图案所在的所述区域，以在Z方向上对确定的所述图案进行扫描，如图3所示。
更具体地，为了获得更好的分辨率和更小的误差，在该步骤中需要将所述电子束聚焦在所述图案上，为了实现所述目的可以通过以下三种方法进行调节：
第一通过调整所述电子束与所述晶圆版图之间的电压差，以使所述电子束聚焦在所述图案上。
第二通过调整所述晶圆版图的位置，以使所述电子束聚焦在所述图案上。
第三通过精细调节电子束镜头的参数，实现焦点的上下移动，以使所述电子束聚焦在所述图案上。
其中，另外移动所述晶圆版图是通过移动托着晶圆的托盘的方式实现，移动的方式可以使用压电陶瓷，例如改变加在陶瓷两端的电压，陶瓷的厚度实现纳米级的变化。
在该步骤中所述水平移动的测量精度已经达到所测量尺度的1.5％，可以投入到应用中，同时同等条件下竖直移动会比水平移动分辨率高上2-4倍。
所述方法在水平面和侧面扫描之后，根据得到的所述水平形貌和所述侧面形貌对所述晶圆版图中的图案特征进行分析和检测，例如分析所述图案的关键尺寸以及位置、取向和形状等特征，进而确定是否符合工艺的要求，是否与目标图案一致，若出现缺陷等问题可以及早发现并将进行改进。
本发明为了解决目前常规的关键尺寸扫描电子显微镜(CDSEM)限制于X和Y方向，而选用AFM或OCD等检测图案的第三方向(Z方向的特性)的限制，提供了一种CDSEM的3D扫描方法，所述扫描方法不仅可以得到图案水平面上的形貌，而且通过倾斜的电子束对其侧壁进行扫描还可以得到所述图案的侧壁形貌，以得到Z方向上的特征，而且Z方向提供的特征更加详尽，可以更好地对所述图案进行监控，进一步提高器件的良率。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种晶圆版图中图案的CDSEM扫描方法，其特征在于，所述方法包括：
将CDSEM中电子束垂直于所述晶圆版图进行扫描，以得到所述晶圆版图中所述图案的水平形貌；
将CDSEM中电子束倾斜于所述晶圆版图进行扫描，以得到所述晶圆版图中所述图案的侧面形貌；
根据得到的所述水平形貌和所述侧面形貌对所述晶圆版图中图案的特征进行分析和检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CDSEM中所述电子束与所述晶圆版图的法线之间的夹角为7-14°。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述晶圆版图进行扫描的步骤包括：
对所述晶圆版图进行初步扫描，以确定所述图案所在的区域；
将所述电子束聚焦在所述图案所在的所述区域，以对所述图案进行扫描。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调整所述电子束与所述晶圆版图之间的电压差，以使所述电子束聚焦在所述图案上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调节电子束镜头的参数，以实现焦点的上下移动并使所述电子束聚焦在所述图案上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调整所述晶圆版图的位置，以使所述电子束聚焦在所述图案上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，通过移动放置所述晶圆版图的托盘来调整所述晶圆版图的位置，所述托盘的移动通过压电陶瓷的方法实现。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述电子束垂直于所述晶圆版图进行扫描的步骤中，所述电子束在水平面中的第一方向和第二方向上对所述图案进行扫描，其中，所述第一方向和所述第二方向相互垂直。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述电子束倾斜于所述晶圆版图进行扫描的步骤中，所述电子束在第三方向上对所述图案进行扫描，所述第三方向垂直于所述第一方向和所述第二方向所在的所述水平面。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CDSEM中水平扫描的测量精度在测量的关键尺寸的1.5％以内。
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