[发明专利]测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量方法，特别涉及一种半导体器件图案尺寸的测量方法。

背景技术

随着半导体领域技术的发展，半导体器件的关键尺寸（Critical Dimension，CD）越来越小，芯片的集成度也越来越高，对半导体制造工艺提出了越来越严格的要求，因此必须在工艺过程中尽可能的减小每一步骤的误差，降低因误差而导致的器件失效。

在半导体制造过程中，光刻工艺作为核心技术占据着重要位置。在标准的CMOS工艺中，需要用到数十次的光刻步骤，受到光刻机分辨率以及对准的精确度等因素的影响，光刻工艺存在误差。

在光刻工艺中，主要通过扫描电镜（SEM，Scanning Electron Microscope）来测量以光刻胶或其它薄膜叠加层为掩模对衬底进行刻蚀而形成图案的线宽（linewidth）或关键尺寸。扫描电镜中，电子枪发射出的电子束聚焦在图案表面上，高能电子束与图案物质发生交互作用，通过对产生于图案上的二次电子搜集，经过放大后送到显像管的栅极上，形成人们可观察到的各种特征图像。

对于扫描电镜形成的图像，人们很容易将衬底上对光刻胶、介质层或介质叠加层刻蚀形成图案的边缘与图案表面和透过图案暴露出衬底表面区分开。但是，由于扫描电镜在搜集产生于图案表面和暴露出的衬底表面二次电子的效率不同，很难将图案表面与暴露出衬底表面区分开，即从扫描电镜获取的特征图像中很难区分某一平面为由光刻胶、介质层或介质叠加层图案还是由光刻胶、介质层或介质叠加层构成的沟槽图案，导致在测量图案尺寸或判断图案形状时发生错误，所获得的测量结果不准确。

参考图1，现有工艺形成的半导体器件的俯视图，包括：半导体衬底100；形成于半导体衬底100上、相互平行的两光刻胶图案120；其中，光刻胶图案120的线宽n为50nm，两光刻胶图案120之间的距离m为60nm，即半导体衬底100上由光刻胶120形成的沟槽130的宽度m为60nm。图1沿AA方向的剖视图如图2所示。

现有工艺在半导体衬底100上形成沟槽130形成后，通常通过扫描电镜测量所形成半导体结构各部分的线宽，以确保所形成的半导体器件的良率。在通过扫描电镜测量光刻胶图案120线宽n的过程中，当所获得的测量结果为60nm时，很难确定是由于形成图案工艺发生错误导致所形成的光刻胶图案120的线宽n变大10nm，还是在通过扫描电镜测量光刻胶图案120线宽n时，误将两光刻胶图案120形成沟槽130的宽度m作为光刻胶图案120的线宽n进行测量，而导致的测量错误，也无法根据扫描电镜获取的图案获知所测量部分为光刻胶图案还是通过光刻胶图案暴露出的衬底。

在公开号为CN101286008A的中国专利申请中还可以发现更多与上述技术方案相关的信息。

因此，如何有效测量半导体器件上图案的线宽，避免发生测量结果错误，就成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种测量方法，在对晶圆上光刻胶图案的线宽进行测量的过程中，提高测量准确性，同时又能够根据测量数据判断出待测图形的形状，提高测量的效率。

为解决上述问题，本发明提供了一种测量方法，包括：将表面形成有光刻胶层的晶圆置于检测台上，所述光刻胶层上形成有光刻胶图案；通过扫描电镜对晶圆上待测图案的线宽进行两次测量，并将第一次测量的测量数据记为第一测量数据、将第二次测量的测量数据记为第二测量数据；判断第一测量数据是否在第一参考值范围内以及第二测量数据是否在第二参考值范围内，并在第一测量数据、第二测量数据分别在第一参考值范围、第二参考值范围内时，将第一测量数据与第二测量数据进行比较，获取测量结果。

可选的，所述测量结果包括待测图案的线宽和形状；当第一测量数据大于第二测量数据时，所述待测图案的线宽为第一测量数据，所述待测图案的形状为光刻胶图案；当第一测量数据小于等于第二测量数据时，所述待测图案的线宽为第一测量数据，所述待测图案的形状为由光刻胶图案构成的沟槽。

可选的，当所述第一测量数据在第一参考值范围内、第二测量数据不在第二参考值范围内时，所述测量结果包括待测图案的线宽，所述待测图案的线宽为第一测量数据。

可选的，在通过扫描电镜对晶圆上待测图案的线宽进行第一次测量时，还包括，确定待测图案的视场范围内是否存在相邻图案，并在待测图案的视场范围内存在相邻图案时，对待测图案的相邻图案的线宽进行测量，获取第五测量数据。