CN108050991B - 基于扫描电子显微镜测量侧壁倾斜角的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于扫描电子显微镜测量侧壁倾斜角的方法，属于半导体技术领域。所述方法包括：将电子束沿竖直方向倾斜第一角度入射沟道，通过扫描电子显微镜拍摄沟道图片得到第一图片，分析第一图片得到第一角度与预测量的侧壁倾斜角之间的第一关系表达式；将电子束沿竖直方向倾斜第二角度入射沟道，第二角度与第一角度不等，通过扫描电子显微镜拍摄沟道图片得到第二图片，分析第二图片得到第二角度与预测量的侧壁倾斜角之间的第二关系表达式；根据第一关系表达式和第二关系表达式推算出预测量的侧壁倾斜角的大小。本发明中，不仅实现了侧壁倾斜角快速的在线无损测量，而且能够节约时间和成本，缩短研发周期，从而满足大规模的生产要求。

Description

基于扫描电子显微镜测量侧壁倾斜角的方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种基于扫描电子显微镜测量侧壁倾斜角的方法。

背景技术

随着人们对电子产品的要求向小型化、多功能、环保型等方向的发展，人们努力寻求将电子系统越来越小，集成度越来越高，功能越来越多，越来越强。由此产生了许多新技术、新材料和新设计，三维堆叠封装技术就是这些技术的典型代表。其中，将三维堆叠封装技术应用于三维存储器的研发过程中，为确保研发效率及产品良率，对其关键结构的角度进行在线快速测量至关重要。其中，沟道侧壁倾斜角(腐蚀角)的测量即为之一。

现有的沟道侧壁倾斜角的测量方法，主要是采用聚焦离子束(Focused Ion beam，FIB)切割样品后，利用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)拍摄图片，并进行人工测量；然而，该方法中，聚焦离子束会破坏晶圆，并且在制备样品的过程中，切割角度不同，最终透射电子显微镜拍摄出来的图片结果之间也会存在一定差异，其无法满足大规模的在线快速测量需求。而扫描电子显微镜(ScanningElectron Microscope，SEM)测量方法，其可实现快速的在线测量，然而其在目前的应用中，通常是采用电子束沿竖直方向入射测量样品，并限于平面特征的测量。在将扫描电子显微镜应用到沟道侧壁倾斜角的测量时，如图1(电子束沿竖直方向入射时，扫描电子显微镜拍摄的沟道图片)和图2(电子束沿竖直方向入射的示意图)所示，由于沟道侧壁是倾斜的，且与竖直方向的夹角很小，故认为电子束近似与侧壁平行，边界处的二次电子受到周围的影响较小，因而在侧壁边界处收集到的电子比其他区域要多，从而产生白色的边界，而其他区域相对较暗。从图中可以看出，在电子束沿竖直方向射入的情况下，由于电子束近似与侧壁方向平行，而看不见侧壁的轮廓，只能看见白色的边界，因此无法测量出需要的数据。可见，虽然扫描电子显微镜测量方法，能够实现快速的在线测量，但是如何应用到三维存储器中沟道侧壁倾斜角的有效测量仍是需要解决的问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种基于扫描电子显微镜测量侧壁倾斜角的方法，包括：

将电子束沿竖直方向倾斜第一角度入射沟道，通过扫描电子显微镜拍摄沟道图片得到第一图片，分析所述第一图片得到所述第一角度与预测量的侧壁倾斜角之间的第一关系表达式；

将电子束沿竖直方向倾斜第二角度入射沟道，所述第二角度与所述第一角度不等，通过扫描电子显微镜拍摄沟道图片得到第二图片，分析所述第二图片得到所述第二角度与预测量的侧壁倾斜角之间的第二关系表达式；

根据所述第一关系表达式和所述第二关系表达式推算出预测量的侧壁倾斜角的大小。

可选地，所述第一角度和所述第二角度均大于0度小于10度。

可选地，所述分析所述第一图片得到所述第一角度与预测量侧壁倾斜角之间的第一关系表达式，具体为：测量所述第一图片中电子束倾斜投影的侧壁宽度，将测量的侧壁宽度用所述第一角度的三角函数及预测量侧壁倾斜角的三角函数进行表示，得到第一关系表达式；

可选地，所述分析所述第二图片得到所述第二角度与预测量侧壁倾斜角之间的第二关系表达式，具体为：测量所述第二图片中电子束倾斜投影的侧壁宽度，将测量的侧壁宽度用所述第二角度的三角函数及预测量侧壁倾斜角的三角函数进行表示，得到第二关系表达式。

可选地，所述第一角度为α，测量所述第一图片中电子束倾斜投影的侧壁宽度为L1；所述第二角度为β，测量所述第二图片中电子束倾斜的侧壁宽度为L2；预测量的侧壁倾斜角为θ，预测量的侧壁倾斜角θ对应的直角边为H；

将测量的侧壁宽度L1用所述第一角度的三角函数及预测量侧壁倾斜角的三角函数进行表示得到的第一关系表达式为：L1＝H(tanα+tan(90°-θ))；

将测量的侧壁宽度L2用所述第二角度的三角函数及预测量侧壁倾斜角的三角函数进行表示得到的第二关系表达式为：L2＝H(tanβ+tan(90°-θ))；

可选地，根据所述第一关系表达式和所述第二关系表达式推算出所述预测量侧壁倾斜角的大小为：

可选地，所述方法还应用于凸台的侧壁倾斜角、光刻后光阻的倾斜角的测量。

本发明的优点在于：

本发明中，基于扫描电子显微镜，并结合成像原理和三角函数能够快速有效的计算出沟道的侧壁倾斜角，并且该方法不限于沟道的侧壁倾斜角的测量，还可应用于凸台的侧壁倾斜角、光刻后光阻的倾斜角的测量等；其不仅实现了快速的在线无损测量，而且能够节约时间和成本，缩短研发周期，从而满足大规模的生产要求。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1为电子束沿竖直方向入射时扫描电子显微镜拍摄的沟道图片；

附图2为电子束沿竖直方向入射时的示意图；

附图3为本发明提供的一种基于扫描电子显微镜测量侧壁倾斜角的方法流程图；

附图4为电子束倾斜第一角度入射时扫描电子显微镜拍摄的沟道图片；

附图5为电子束倾斜第一角度时的入射示意图；

附图6为电子束倾斜第二角度入射时扫描电子显微镜拍摄的沟道图片；

附图7为电子束倾斜第二角度时的入射示意图；

附图8为电子束倾斜第一角度及第二角度入射的合并示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提供一种基于扫描电子显微镜测量侧壁倾斜角的方法，如图3所示，包括：

将电子束沿竖直方向倾斜第一角度入射沟道，通过扫描电子显微镜拍摄沟道图片得到第一图片，分析第一图片得到第一角度与预测量的侧壁倾斜角之间的第一关系表达式；

将电子束沿竖直方向倾斜第二角度入射沟道，第二角度与第一角度不等，通过扫描电子显微镜拍摄沟道图片得到第二图片，分析第二图片得到第二角度与预测量的侧壁倾斜角之间的第二关系表达式；

根据第一关系表达式和第二关系表达式推算出预测量的侧壁倾斜角的大小。

根据本发明的实施方式，第一角度和第二角度均大于0度小于10度。

根据本发明的实施方式，分析第一图片得到第一角度与预测量侧壁倾斜角之间的第一关系表达式，具体为：测量第一图片中电子束倾斜投影的侧壁宽度，将测量的侧壁宽度用第一角度的三角函数及预测量侧壁倾斜角的三角函数进行表示，得到第一关系表达式；

根据本发明的实施方式，分析第二图片得到第二角度与预测量侧壁倾斜角之间的第二关系表达式，具体为：测量第二图片中电子束倾斜投影的侧壁宽度，将测量的侧壁宽度用第二角度的三角函数及预测量侧壁倾斜角的三角函数进行表示，得到第二关系表达式。

需要指出地，本发明中，第一角度可以大于第二角度，也可以小于第二角度；第一角度对应的电子束的倾斜方向与第二角度对应的电子束的倾斜方向可以相同，也可以不同。本发明中，为便于描述，以第一角度小于第二角度，且两次电子束的倾斜方向相同，均为向右倾斜为例进行说明。

具体地，如图4和图5所示，当电子束沿竖直方向向右倾斜第一角度α入射沟道时，由于沟道左侧底部被沟道左侧顶部所阻挡，因而无法收集到沟道左侧底部的信息；因此，在图4所示的使用扫描电子显微镜拍摄的图片中，左侧的第一条亮线为沟道左侧顶部的信息，第二条亮线为沟道右侧底部的信息，第三条亮线为沟道右侧顶部的信息；此时，第二条亮线与第三条亮线之间的距离L1即为电子束倾斜投影的侧壁宽度，可在图片中测量而得；进一步地，由于沟道的侧壁是倾斜的，与竖直方向之间存在一定的夹角γ，因而，L1对应的角度为γ与α之和；将预测量的侧壁倾斜角记为θ，将AC记为H，则有：

γ＝90°-θ，L1＝BC+CD，根据以上公式，进一步地将测量的侧壁宽度L1用第一角度α的三角函数及预测量侧壁倾斜角θ的三角函数进行表示，得到第一关系表达式：L1＝H(tanα+tan(90°-θ))。

如图6和图7所示，当电子束沿竖直方向向右倾斜第二角度β入射沟道时，由于沟道左侧底部被沟道左侧顶部所阻挡，因而无法收集到沟道左侧底部的信息；因此，在图6所示的使用扫描电子显微镜拍摄的图片中，左侧的第一条亮线为沟道左侧顶部的信息，第二条亮线为沟道右侧底部的信息，第三条亮线为沟道右侧顶部的信息；此时，第二条亮线与第三条亮线之间的距离L2即为电子束倾斜投影的侧壁宽度，可在图片中测量而得；进一步地，由于沟道的侧壁是倾斜的，与竖直方向之间存在一定的夹角γ，因而，L2对应的角度为γ与β之和；将预测量的侧壁倾斜角记为θ，将AC记为H，则有：

γ＝90°-θ，L2＝BC+CE，根据以上公式，进一步地将测量的侧壁宽度L2用第二角度β的三角函数及预测量侧壁倾斜角θ的三角函数进行表示，得到第二关系表达式：L1＝H(tanα+tan(90°-θ))。

进一步地，如图8所示，将电子束沿竖直方向向右倾斜第一角度α入射沟道以及电子束沿竖直方向向右倾斜第二角度β入射沟道时的示意图进行合并，可以明显的看出L2大于L1。

更进一步地，在本实施例中，根据第一关系表达式和第二关系表达式推算出预测量侧壁倾斜角的大小为：

由于电子束沿竖直方向射入时，电子束近似与侧壁方向平行，使得在扫描电子显微镜拍摄的沟道图片中看不见侧壁的轮廓，而只能看见白色的边界，因而无法测量出所需的数据；只有当电子束倾斜一定的角度后，侧壁才会投影出一定宽度；本发明中根据此不同，通过使电子束倾斜两次得到对应的两个宽度值，并结合三角函数从而计算出沟道的侧壁倾斜角的大小。

根据本发明的实施方式，本发明中的方法不限于测量沟道侧壁倾斜角的大小，还应用于凸台的侧壁倾斜角、光刻后光阻的倾斜角的测量。

本发明中，基于扫描电子显微镜，并结合成像原理和三角函数能够快速有效的计算出沟道的侧壁倾斜角，并且该方法不限于沟道的侧壁倾斜角的测量，还可应用于凸台的侧壁倾斜角、光刻后光阻的倾斜角的测量等；其不仅实现了快速的在线无损测量，而且能够节约时间和成本，缩短研发周期，从而满足大规模的生产要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于扫描电子显微镜测量侧壁倾斜角的方法，其特征在于，包括：

将电子束沿竖直方向倾斜第一角度入射沟道，通过扫描电子显微镜拍摄沟道图片得到第一图片，测量所述第一图片中电子束倾斜投影的侧壁宽度，将测量的侧壁宽度用所述第一角度的三角函数及预测量侧壁倾斜角的三角函数进行表示，得到第一关系表达式；

将电子束沿竖直方向倾斜第二角度入射沟道，所述第二角度与所述第一角度不等，通过扫描电子显微镜拍摄沟道图片得到第二图片，测量所述第二图片中电子束倾斜投影的侧壁宽度，将测量的侧壁宽度用所述第二角度的三角函数及预测量侧壁倾斜角的三角函数进行表示，得到第二关系表达式；

根据所述第一关系表达式和所述第二关系表达式推算出预测量的侧壁倾斜角的大小。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一角度和所述第二角度均大于0度小于10度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一角度为α，测量所述第一图片中电子束倾斜投影的侧壁宽度为L1；所述第二角度为β，测量所述第二图片中电子束倾斜的侧壁宽度为L2；预测量的侧壁倾斜角为θ，预测量的侧壁倾斜角θ对应的直角边为H；

将测量的侧壁宽度L1用所述第一角度的三角函数及预测量侧壁倾斜角的三角函数进行表示得到的第一关系表达式为：L1＝H(tanα+tan(90°-θ))；

将测量的侧壁宽度L2用所述第二角度的三角函数及预测量侧壁倾斜角的三角函数进行表示得到的第二关系表达式为：L2＝H(tanβ+tan(90°-θ))；

根据所述第一关系表达式和所述第二关系表达式推算出所述预测量侧壁倾斜角的大小为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还应用于凸台的侧壁倾斜角、光刻后光阻的倾斜角的测量。

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