CN104658936A - 检测半导体器件图形的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测半导体器件图形的方法与***。其中，所述方法包括：提供多个测试图形；采用扫描电子显微镜对所述多个测试图形分别进行不同程度的扫描；分别获取经不同程度扫描后的多个测试图形的尺寸减少量；根据获取的所述尺寸减少量与标准尺寸减少量判断所述扫描电子显微镜是否工作正常；以及，若判断结果为是，利用所述扫描电子显微镜检测待测的半导体器件图形。本发明可以提高对半导体器件图形的检测精度与效率。

Description

检测半导体器件图形的方法及***

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及一种检测半导体器件图形的方法及检测半导体器件图形的***。

背景技术

半导体制造工艺中，经常需要检测半导体器件的图形。例如，光刻胶在成型的过程中会发生收缩，其收缩量受到诸如衬底材料、图形间距（patternpitch）、烘烤温度等多种因素的影响，因此，需要对光刻胶图形进行检测。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种检测半导体器件图形的方法与***，提高检测精度与效率。

为解决上述问题，本发明提供一种检测半导体器件图形的方法，包括：

提供多个测试图形；

采用扫描电子显微镜对所述多个测试图形分别进行不同程度的扫描；

分别获取经不同程度扫描后的多个测试图形的尺寸减少量；

根据标准尺寸减少量以及获得的所述尺寸减少量判断所述扫描电子显微镜是否工作正常；以及

若判断结果为是，利用所述扫描电子显微镜检测待测的半导体器件图形。

可选地，对所述多个测试图形分别进行不同程度的扫描包括：控制所述扫描电子显微镜对所述多个测试图形进行不同次数的扫描。

可选地，对所述多个测试图形分别进行不同次数的扫描包括对其中一个测试图形不进行扫描，且所述尺寸减少量通过对比经过扫描的测试图形的尺寸与未经过扫描的测试图形的尺寸获得。

可选地，所述多个测试图形为通过对一个完整的测试结构进行划分而形成。

可选地，所述测试结构与实际待测的半导体器件采用相同的工艺形成。

可选地，所述测试结构为宽度为定值的长条形，所述多个测试图形沿所述测试结构的伸长方向分布。

可选地，所述多个测试图形的尺寸相同。

可选地，所述尺寸减少量包括：高度减少量、中段宽度减少量、底端宽度减少量以及截面面积减少量中的任意一种或其任意组合。

可选地，判断所述扫描电子显微镜是否工作正常包括：将获得的所述尺寸减少量随扫描程度变化的曲线与标准尺寸减少量随扫描程度变化的曲线相对比。

相应地，本发明还提供一种检测半导体器件图形的***，包括：扫描电子显微镜、测量设备及控制器件，其中所述控制器件用于：获取多个测试图形；控制所述扫描电子显微镜对所述多个测试图形分别进行不同程度的扫描；控制所述测量设备分别获取所述多个测试图形的尺寸减少量；根据标准尺寸减少量以及获得的所述尺寸减少量判断所述扫描电子显微镜是否工作正常；以及，若判断结果为是，控制所述扫描电子显微镜检测待测的半导体器件图形。

可选地，所述控制器件控制所述扫描电子显微镜对所述多个测试图形分别进行不同程度的扫描通过控制所述扫描电子显微镜对所述多个测试图形进行不同次数的扫描进行。

可选地，所述控制器件控制所述扫描电子显微镜对所述多个测试图形进行不同次数的扫描包括对其中一个测试图形不进行扫描，且所述控制器件通过对比经过扫描的测试图形的尺寸与未经过扫描的测试图形的尺寸获得所述尺寸减少量。

可选地，所述控制器件控制所述测量设备分别获取所述多个测试图形的尺寸减少量包括：控制所述测量设备分别测量所述经过扫描的测试图形以及所述未经过扫描的测试图形各自的高度、中段宽度、底端宽度以及截面面积减少量中的任意一种或其任意组合；以及，将所述未经过扫描的测试图形的高度、中段宽度、底端宽度以及截面面积减少量中的任意一种或其任意组合分别与所述经过扫描的测试图形的对应尺寸作差，获取所述多个测试图形的尺寸减少量。

可选地，所述控制器件判断所述扫描电子显微镜是否工作正常通过将获得的所述尺寸减少量随扫描程度变化的曲线与标准尺寸减少量随扫描程度变化的曲线相对比进行。

可选地，所述***包括数据库，用于存储所述标准尺寸减少量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过控制扫描电子显微镜对多个测试图形分别进行不同程度的扫描，以造成不同程度的尺寸减少，利用较为精确的测量设备测量所述多个测试图形的尺寸减少量，并与已知的标准尺寸减少量对比，先判断所述扫描电子显微镜是否工作正常。通过先判断所述扫描电子显微镜工作是否正常，为后续测量实际的待测的半导体器件图形做准备，保证了后续测量结果的可靠性。而且，耗时较长的精确测量仅用于获得所述测试结构的尺寸减少量，并不需要检测大量的待测样品，不会额外增加检测时间和降低检测效率。

附图说明

图1示出了本发明实施例的检测半导体器件图形的方法的流程示意图。

图2示出了本发明实施例的一种测试结构的俯视图。

图3示出了本发明实施例的在测试结构上划分多个测试图形的一种方式。

图4示出了本发明实施例的对多个测试图形进行不同程度的扫描的方式。

图5示出了经过扫描的测试图形的部分截面图与未经过扫描的测试图形的部分截面图。

图6示出了标准尺寸减少量随扫描次数变化的曲线。

图7示出了本发明提供的检测半导体器件图形的***的示意图。

具体实施方式

由于采用扫描电子显微镜（SEM）进行半导体器件图形的检测具有效率高的优势，半导体制造领域更广泛地使用SEM进行图形检测。虽然SEM的电子束会造成半导体器件图形，特别是光刻胶图形的收缩，使得测得的尺寸与原始尺寸不符，但是正常工作情况下的SEM造成的图形收缩量是可知的。因此，可以通过采用SEM获得图形并配合已知的图形收缩量来推测原始图形的尺寸。然而，SEM的器件参数、工作状态等会发生改变，从而使已知的图形收缩量不再适用，在检测出器件图形误差较大时，无法判断是制作工艺出现问题，还是检测设备出现问题。因此，如果能够在线检测出SEM的工作状态，控制因其产生的图形收缩量在已知的范围，就能够采用SEM可靠地检测半导体器件图形。

因此，本发明提供一种检测半导体器件图形的方法，参照图1，示出了本发明实施例的检测半导体器件图形的方法的流程示意图，所述方法包括：

步骤S101，提供测试结构；

步骤S103，将所述测试结构划分为多个测试图形；

步骤S105，采用扫描电子显微镜对所述多个测试图形分别进行不同程度的扫描；

步骤S107，分别获取所述多个测试图形的尺寸减少量；

步骤S109，根据获得的所述尺寸减少量与标准尺寸减少量，判断所述扫描电子显微镜是否工作正常；

步骤S111，若判断结果为是，利用所述扫描电子显微镜检测待测的半导体器件图形；以及

步骤S113，若判断结果为否，调整所述扫描电子显微镜。

下面结合具体实施例及附图对本发明提供的检测半导体器件图形的方法进行说明。

参考图2，执行步骤S101，提供测试结构。

如上所述，用于检测半导体器件图形的检测设备可能会偏离正常的工作状态，具体而言，所述检测设备对待检测的所述半导体器件图形造成的影响可能不在已知的范围之内。因此，需要提供测试结构，判断所述检测设备是否处于正常的工作状态。

所述测试结构可以是实际的半导体器件的待测部分，也可以是根据实际待测的半导体器件而额外专门做的测试结构。若是后者，所述测试结构与所述实际待测的半导体器件工艺，包括尺寸、材料以及制作方式等，都要相同。当然，在一些实施例中，若产品的尺寸对要测试的项目影响不大，可以不限制测试结构和实际待测的半导体器件的尺寸相同。

图2示出了本发明实施例的一种测试结构的俯视图。如图2所示，在一些实施例中，所述测试结构210和待检测的半导体器件图形形成于同一晶圆20上，例如，可以利用所述晶圆20上的空白区域，即不形成器件的区域来制作所述测试结构210。在一些实施例中，所述测试结构210所包括的材料与待检测的所述半导体器件图形所包括的材料相同。例如，所述测试结构210和待检测的所述半导体器件图形可以是包括相同材料、采用同一工艺产生的光刻胶图形。在一些实施例中，所述测试结构210所包括的图形可以与待检测的所述半导体器件图形相类似。在这样的配置下，通过所述测试结构210判断所述检测设备是否工作正常的判断结果更加具有参考价值。下面给出当待检测的所述半导体器件图形为28nm工艺节点下制作的线型光刻胶图形时，可以采用的测试结构的具体实例。

图2的虚线框中示出了所述测试结构210的放大图。在一些实施例中，所述测试结构210包括至少一个线型的，即长条形的光刻胶条。所述光刻胶条的宽度可以与所述晶圆20的其他区域上形成的线型光刻胶图形的宽度相近或一致，以更好地模拟检测设备对线型光刻胶图形的影响。例如，在28nm工艺节点下，所述测试结构210可以包括3至7条（图2所示的实施例中包括5条）、每条宽度大致为100nm的光刻胶条，所述光刻胶条的长度范围大致为1至30μm。所述光刻胶条的数量及长度均配合后续所用的检测设备进行配置，之后会详细描述。

需要说明的是，以上阐述的所述测试结构210的图形类型、材料、图形数量、宽度和长度只是为了示意性的说明，并不对本发明的范围进行限制。本领域技术人员在不脱离本发明的精神的情况下，可以根据具体工艺需求做出相应的调整。

参考图3，执行步骤S103，将所述测试结构划分为多个测试图形。

所述多个测试图形可以通过对所述测试结构进行划分获得。在一些实施例中，所述多个测试图形可以是通过同样工艺形成的多个测试结构。下文以通过划分测试结构获得测试图形为例进行说明。

后续将采用检测设备对所述多个测试图形进行不同程度的扫描。因此，配合将要采用的检测设备（即SEM）的扫描方式定义所述多个测试图形，能够简化流程。

图3示出了本发明实施例的在测试结构上划分多个测试图形的一种方式。如图3所示，在一些实施例中，由于所述测试结构210包括多个线型的图形，进一步地，为了配合SEM的步进式扫描方式，所述多个测试图形沿所述测试结构210的长度方向分布。具体地，所述测试结构210沿其长度方向被分为五个区域211、213、215、217和219。需要说明的是，所述多个测试图形的个数并不限于5个，可以根据预设有几种不同程度的扫描来设置。一些实施例中，每个所述多个测试图形的长度L与SEM一次所扫描区域的长度相配合，每一个所述多个测试图形的宽度W与SEM一次所扫描区域的宽度相配合，因此，所述测试结构210包括的图形结构的数量、每个图形结构的宽度以及长度可以进行相应的配置。

参考图4，执行步骤S105，采用扫描电子显微镜（SEM）对所述多个测试图形分别进行不同程度的扫描。

所述不同程度的扫描，是指通过所述SEM对所述多个测试图形照射不同能量的电子束，从而在所述多个测试图形上产生不同的尺寸减少量。

图4示出了本发明实施例的对多个测试图形进行不同程度的扫描的方式。图4中的箭头代表所述SEM的扫描路径，其中水平方向的箭头代表扫描的方向，斜向的箭头代表步进的方向。在一些实施例中，所述测试结构210附近还可以形成有标记区域221，包括分别对应于所述多个测试图形的数字标记。所述SEM扫描到所述数字标记，即可识别其所代表的数字，进而根据预定的流程决定对所述数字标记所分别对应的所述多个测试图形进行扫描的程度。

有多种方式实现对所述多个测试图形进行不同程度的扫描。例如，控制所述SEM每次扫描的时间、电子束的能量等参数，以进行不同程度的扫描。一些实施例中，通过控制所述SEM对所述多个测试图形进行扫描的次数，以实现对其进行不同程度的扫描，从而避免对检测设备的关键参数进行重复调整。具体地，所述SEM分别对第一区域211、第二区域213、第三区域215、第四区域217以及第五区域219进行0次、2次、4次、8次以及16次扫描。

通过进行不同次数的扫描，所述多个测试图形中的图形结构可能产生不同程度的尺寸减少量，通过所述尺寸减少量，能够判断所述SEM是否工作正常。其中，所述第一区域211未经过扫描，因此其图形结构未发生收缩，从而保证在后续的精确测量中能够测得原始图形尺寸。由于随着扫描次数的增大，在超过一定次数之后的图形尺寸会趋于稳定，因此不同的扫描次数由小至大排列而成的数列中，越靠后的数列项之间的差越大。

上述扫描次数的配置仅为一个实例，并不对本发明进行限制。

参考图5，执行步骤S107，分别获取所述多个测试图形的尺寸减少量。

在一些实施例中，通过采用原子力显微镜测量获得所述多个测试图形的尺寸，然后相互对比所述多个测试图形相对应的尺寸，或者将经过扫描的测试图形的尺寸与未经过扫描的测试图形的尺寸进行对比，获取所述尺寸减少量。原子力显微镜能够精确测得图形，并不对图形造成实质损害。在其他实施例中，也可以采用其他设备测得所述图形尺寸较少量。

具体地，在一些实施例中，通过采用所述原子力显微镜分别获得所述多个测试图形的截面图形，然后通过对比所述截面图形与未进行扫描的测试图形的截面图形，获得所述多个测试图形的尺寸减少量。在一些实施例中，所述多个测试图形均经过扫描，即不存在未经过扫描、未发生图形尺寸减少的测试图形，也可以通过获得所述多个测试图形之间的尺寸差值来获得所述尺寸减少量。

图5示出了经过扫描的测试图形的部分截面图与未经过扫描的测试图形的部分截面图。其中，虚线示出了所述未经过扫描的测试图形的部分截面图223，实线示出了所述经过扫描的测试图形的部分截面图225。通过将两者截面图中对应尺寸做差，即可获得所述尺寸减少量。在一些实施例中，所述尺寸减少量包括：高度减少量（例如，图5所示箭头227所示）、中段宽度减少量（例如，图5所示箭头229所示）、底端宽度减少量（例如，图5所示箭头231所示）以及截面面积减少量中的任意一种或其任意组合。

参考图6，执行步骤S109，根据获得的所述尺寸减少量与标准尺寸减少量，判断所述扫描电子显微镜是否工作正常。

所述标准尺寸减少量可以事先通过多次试验测得，通过对比获得的所述尺寸减少量与所述标准尺寸减少量，判断所述SEM是否工作正常。

在一些实施例中，通过对比获得的所述尺寸减少量随扫描程度（例，扫描次数）变化的曲线与所述标准尺寸减少量随扫描程度变化的曲线，即判断获得的所述尺寸减少量是否在标准尺寸减少量的阈值范围内，来判断所述SEM是否工作正常。图6示出了标准尺寸减少量随扫描次数变化的曲线。如图6所示，所述标准尺寸减少量随扫描次数的变化曲线（图6中用实线表示）大体呈前段陡峭、后段平缓的特点，这是因为当扫描次数达到一定数量（例如，20次）以后，图形尺寸基本不再减少。图6中还用虚线示出了与所述标准尺寸减少量的差距的阈值范围，若测得的所述尺寸减少量随扫描次数变化的曲线落入所述阈值范围内，即在图6所示的两条虚线之间，则判断所述SEM工作正常，否则，判断所述SEM工作不正常。如上所述，由于SEM造成的尺寸减少量在扫描次数达到一定数量以后趋于零，而且，在扫描次数很少时也差距不大，因此，所述阈值范围与所述标准尺寸减少量的差距随着扫描次数的变化大体呈开头小、中段大以及后段又变小的规律。通过对比整条变化曲线而不是单个点，可以提高判断的可靠性。

若步骤S109的判断结果为是，则说明所述扫描电子显微镜工作正常，则执行步骤S111，利用所述扫描电子显微镜检测待测的半导体器件图形。若步骤S109的判断结果为否，则执行步骤S113，调整所述扫描电子显微镜。在一些实施例中，可以再次采用上述方法判断调整过后的扫描电子显微镜是否工作正常

通过控制扫描电子显微镜对多个测试图形分别进行不同程度的扫描，以造成不同程度的尺寸减少，利用较为精确的测量设备测量所述多个测试图形的尺寸减少量，并与已知的标准尺寸减少量对比，先判断所述扫描电子显微镜是否工作正常。通过先判断所述扫描电子显微镜工作是否正常，为后续测量实际的待测的半导体器件图形做准备，保证了后续测量结果的可靠性。而且，耗时较长的精确测量仅用于获得所述测试结构的尺寸减少量，并不需要检测大量的待测样品，不会额外增加检测时间和降低检测效率。

需要说明的是，并不需要在每次检测半导体器件图形前均判断SEM是否工作正常。通常，SEM的工作状态会每隔一段时间发生变化，例如，4至6个小时。因此，当通过检测判断SEM工作正常后，下一次对SEM工作状态的判断可以间隔相对较长的时间，这样可以尽量避免影响测试效率。

相应地，本发明还提供一种检测半导体器件图形的***。图7示出了本发明提供的检测半导体器件图形的***的示意图。参考图7，所述***包括：扫描电子显微镜310、测量设备330及控制器件350。

所述控制器件350用于：获取多个测试图形；控制所述扫描电子显微镜310对所述多个测试图形分别进行不同程度的扫描；控制所述测量设备350分别获取所述多个测试图形的尺寸减少量；根据获得的所述尺寸减少量判断所述扫描电子显微镜310是否工作正常；以及若判断结果为是，控制所述扫描电子显微镜310检测待测的半导体器件图形。

对所述扫描电子显微镜310、所述测量设备330及所述控制器件350的具体配置可参考上述实施例中的描述，在此不再赘述。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种检测半导体器件图形的方法，其特征在于，包括：

提供多个测试图形；

采用扫描电子显微镜对所述多个测试图形分别进行不同程度的扫描；

分别获取经不同程度扫描后的多个测试图形的尺寸减少量；

根据标准尺寸减少量以及获得的所述尺寸减少量判断所述扫描电子显微镜是否工作正常；以及

若判断结果为是，利用所述扫描电子显微镜检测待测的半导体器件图形。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述多个测试图形分别进行不同程度的扫描包括：控制所述扫描电子显微镜对所述多个测试图形进行不同次数的扫描。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述多个测试图形分别进行不同次数的扫描包括对其中一个测试图形不进行扫描，且所述尺寸减少量通过对比经过扫描的测试图形的尺寸与未经过扫描的测试图形的尺寸获得。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个测试图形为通过对一个完整的测试结构进行划分而形成。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述测试结构与实际待测的半导体器件采用相同的工艺形成。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述测试结构为宽度为定值的长条形，所述多个测试图形沿所述测试结构的伸长方向分布。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个测试图形的尺寸相同。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述尺寸减少量包括：高度减少量、中段宽度减少量、底端宽度减少量以及截面面积减少量中的任意一种或其任意组合。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，判断所述扫描电子显微镜是否工作正常包括：将获得的所述尺寸减少量随扫描程度变化的曲线与标准尺寸减少量随扫描程度变化的曲线相对比。

10.一种检测半导体器件图形的***，其特征在于，包括：

扫描电子显微镜；

测量设备；以及

控制器件，

所述控制器件用于：获取多个测试图形；控制所述扫描电子显微镜对所述多个测试图形分别进行不同程度的扫描；控制所述测量设备分别获取所述多个测试图形的尺寸减少量；根据标准尺寸减少量以及获得的所述尺寸减少量判断所述扫描电子显微镜是否工作正常；以及，若判断结果为是，控制所述扫描电子显微镜检测待测的半导体器件图形。

11.如权利要求10所述的***，其特征在于，所述控制器件控制所述扫描电子显微镜对所述多个测试图形分别进行不同程度的扫描通过控制所述扫描电子显微镜对所述多个测试图形进行不同次数的扫描进行。

12.如权利要求11所述的***，其特征在于，所述控制器件控制所述扫描电子显微镜对所述多个测试图形进行不同次数的扫描包括对其中一个测试图形不进行扫描，且所述控制器件通过对比经过扫描的测试图形的尺寸与未经过扫描的测试图形的尺寸获得所述尺寸减少量。

13.如权利要求12所述的***，其特征在于，所述控制器件控制所述测量设备分别获取所述多个测试图形的尺寸减少量包括：控制所述测量设备分别测量所述经过扫描的测试图形以及所述未经过扫描的测试图形各自的高度、中段宽度、底端宽度以及截面面积减少量中的任意一种或其任意组合；以及，将所述未经过扫描的测试图形的高度、中段宽度、底端宽度以及截面面积减少量中的任意一种或其任意组合分别与所述经过扫描的测试图形的对应尺寸作差，获取所述多个测试图形的尺寸减少量。

14.如权利要求10所述的***，其特征在于，所述控制器件判断所述扫描电子显微镜是否工作正常通过将获得的所述尺寸减少量随扫描程度变化的曲线与标准尺寸减少量随扫描程度变化的曲线相对比进行。

15.如权利要求10所述的***，其特征在于，所述***包括数据库，用于存储所述标准尺寸减少量。