專利名稱：一種關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的樣品結構和測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制造工藝中的設備技術領域，特別涉及一種關鍵尺寸掃描電子顯微鏡(Critical Dimension Scanning Electronic Microscope，CDSEM)的樣品結構和測
量方法。
背景技術：
目前，在半導體器件制造中，采用關鍵尺寸掃描電子顯微鏡(CriticalDimension Scanning Electronic Microscope, CDSEM)測量制作在晶片上的圖案的關鍵尺寸 (Critical Dimension,⑶)。隨著半導體制造技術的發(fā)展，半導體器件的⑶越來越小。為保證光刻后晶片上圖案的準確性，經(jīng)過曝光顯影將光罩上的圖案轉移到晶片上以后，帶有圖案的晶片會放置在CDSEM機臺，由CDSEM控制系統(tǒng)控制CDSEM機臺測量光刻后圖案的CD， CDSEM機臺將得到的圖案的CD反饋給CDSEM控制系統(tǒng)，以確認圖案的CD是否符合大規(guī)模集成電路(IC)設計要求，從而了解光刻的準確性。在半導體器件制造中，最受關注的是晶片上某些特定圖案的⑶，例如通孔(hole)、器件寬度(line)和器件間距(space)圖案的⑶， 這些特定圖案定義為待測圖案。以hole圖案為待測圖案為例，一般地，晶片上的待測圖案按照間隔距離(pitch)的大小，比如按照hole與hole間距的大小，將具有相同pitch的 hole圖案分為一個區(qū)域，不同pitch分別對應不同區(qū)域?，F(xiàn)有技術中，如圖1所示，⑶SEM對晶片上圖案的⑶測量方法的步驟如下步驟101、選擇晶片上某個區(qū)域的特征圖案，記錄特征圖案作為模板；本步驟中，當晶片放入⑶SEM機臺后，首先通過⑶SEM控制系統(tǒng)控制⑶SEM機臺選擇抓取晶片上某個區(qū)域的特征圖案，具體的可以抓取具有可辨認和區(qū)別特征的特征圖案， 然后，將抓取的特征圖案作為模板存入CDSEM控制系統(tǒng)中，此步驟為現(xiàn)有技術，不再贅述。步驟102、在與特征圖案具有相同pitch的晶片圖案區(qū)域中，確定一個基準圖案與特征圖案的相對位置坐標，建立⑶測量處方(recipe)；本步驟中，以hole圖案的⑶測量為例，通過⑶SEM控制系統(tǒng)控制⑶SEM機臺，在相同pitch的晶片圖案中找到一個hole圖案作為基準圖案，由現(xiàn)有技術確定基準圖案與特征圖案之間的相對位置坐標；根據(jù)基準圖案CD測量的需要，為基準圖案CD測量配置相應的 ⑶SEM機臺控制參數(shù)，作為⑶測量recipe存儲在⑶SEM控制系統(tǒng)中；⑶測量recipe中的 CDSEM機臺控制參數(shù)包括CDSEM機臺的探針在CD測量過程中移動的角度、深度、距離等，其中，探針移動的距離是指基準圖案與特征圖案之間的距離，配置CDSEM機臺控制參數(shù)的步驟為現(xiàn)有技術，此不再贅述。步驟103、在晶片上查找與模板圖形相同的第一圖案，以第一圖案的坐標為原點， 根據(jù)步驟102中確定的相對位置坐標，定位晶片上第一待測圖案后，按照建立的⑶recipe 測量第一待測圖案的CD。本步驟中，由CDSEM控制系統(tǒng)控制CDSEM機臺掃描晶片上圖案，找出與模板相同的第一圖案，需要注意的是，第一圖案可以是特征圖案也可以是除了特征圖案以外的其他與模板圖案相同的圖形；以第一圖案的坐標為原點進行定位，當從原點開始位移的坐標為基準圖案與特征圖案的相對位置坐標時，就定位到第一待測hole圖案的所在位置；在相同 pitch的區(qū)域內，由于半導體工藝制造的特殊性和可重復性，晶片上的第一圖案與第一待測 hole圖案之間的相對位置坐標與特征圖案與基準圖案之間的相對位置坐標相同，因此可以重復利用特征圖案與基準圖案之間的相對位置坐標定位第一待測hole圖案。第一待測 hole圖案的⑶測量采用步驟102中建立的⑶測量recipe，⑶SEM控制系統(tǒng)能夠根據(jù)存儲的⑶測量recipe中的⑶SEM機臺控制參數(shù)，控制⑶SEM機臺完成第一待測hole圖案的整個CD測量過程，然后CDSEM機臺將得到的第一待測hole圖案的CD數(shù)據(jù)反饋給CDSEM控制系統(tǒng)，可以通過⑶SEM控制系統(tǒng)確定第一待測hole圖案的⑶是否符合IC設計要求。在相同pitch的晶片圖案區(qū)域內，只需重復步驟103，就可以完成對其他待測hole圖案的CD測量。由于不同半導體制造工藝和IC設計的不同，同一晶片上的待測圖案按照pitch的不同分為不同區(qū)域，以hole圖案為例，不同區(qū)域中的hole與hole的間距不同，以及hole 和晶片上其他圖案的間距也不同。在現(xiàn)有技術中，CDSEM測量CD的方法有如下缺陷，一方面，往往無法在不同pitch的區(qū)域中找到與模板圖案相同的第一圖案；另一方面，即使找到與模板圖案相同的第一圖案，但是由于晶片圖案pitch的不同，第一圖形與待測圖案之間的相對位置坐標也會發(fā)生改變，因此無法用基準圖案與特征圖案之間的相對位置坐標準確定位待測圖案，也就無法準確測量不同pitch的晶片圖案區(qū)域內的待測圖案的CD，基于上述兩方面，在測量待測圖案的CD時，往往需要手動重新找到待測圖案的正確位置，建立新的recipe，降低了 CDSEM的效率。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術問題是在關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的CD測量過程中，往往需要手工操作定位待測量的圖案，降低了 CDSEM的測量效率。為解決上述問題，本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的一種關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的樣品結構，該樣品結構包括輔助圖案和待測圖案，且所述輔助圖案與待測圖案的相對位置坐標固定不變。所述輔助圖案是十字形、長方形，圓形或三角形。所述輔助圖案與所述待測圖案的間距小于等于10微米。所述輔助圖案沿χ軸或y軸的最大長度范圍是50到5000納米。一種關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的測量方法，測量具有所述輔助圖案的樣品，關鍵尺寸掃描電子顯微鏡機臺抓取所述輔助圖案后，在關鍵尺寸掃描電子顯微鏡控制系統(tǒng)中記錄所述輔助圖案作為模板，建立和存儲待測圖案與所述輔助圖案的相對位置坐標，并設置待測圖案的關鍵尺寸測量處方，該方法還包括關鍵尺寸掃描電子顯微鏡控制系統(tǒng)根據(jù)所述模板的圖形，控制所述關鍵尺寸掃描電子顯微鏡機臺在所述樣品上查找到所述輔助圖案；根據(jù)所述待測圖案與所述輔助圖案的相對位置坐標，以所述輔助圖案的坐標為基準坐標的原點，定位待測圖案；根據(jù)所述待測圖案的關鍵尺寸測量處方控制所述關鍵尺寸掃描電子顯微鏡測量待測圖案的關鍵尺寸。由上述的技術方案可見，本發(fā)明提供了一種關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的樣品結構和測量方法，在樣品上添加一個位置固定的輔助圖案后，根據(jù)輔助圖案與待測圖案的相對位置關系實現(xiàn)待測圖案的準確定位，提高了樣品關鍵尺寸測量的效率。


圖1為現(xiàn)有技術中⑶SEM對晶片上圖案的⑶測量方法的流程圖；圖2為本發(fā)明待測晶片上的輔助圖案示意圖；圖3為本發(fā)明⑶SEM對晶片上圖案的⑶測量方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案、及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例， 對本發(fā)明進一步詳細說明。一種關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的樣品結構和測量方法。在光罩的制作過程中，首先在光罩上添加一個輔助圖案，該輔助圖案與光罩上其他圖案的相對位置坐標的關系，可以由現(xiàn)有技術中提供的IC設計數(shù)據(jù)得到。在本實施例中，關鍵尺寸掃描電子顯微鏡測量的樣品是晶片，該晶片上的圖案是經(jīng)過曝光顯影，將光罩上的圖案轉移到晶片上得到的。晶片上的圖案除了和現(xiàn)有技術一樣具有和IC設計數(shù)據(jù)對應的圖案外，還有輔助圖案，該輔助圖案可以為十字形、長方形，圓形或三角形等任何可辨別的圖形。在本實施例中，如圖2所示，該輔助圖案201為十字形結構， 輔助圖案201與待測圖案的間距范圍是小于等于10微米，例如，1微米，5微米和10微米， 以保證輔助圖案201與待測圖案的間距離包括在CD測量處方(recipe)中可設置的探針移動距離的范圍內，同時還要保證輔助圖案201在晶片200上的位置不會與現(xiàn)有技術中IC設計數(shù)據(jù)對應的圖案位置重疊，破壞原有的IC設計。輔助圖案201沿χ軸或y軸的最大長度范圍是50到5000納米，例如，50納米、2000納米和5000納米，其中，χ軸對應于橫向，y軸對應于縱向。如圖3所示，本發(fā)明中一種關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的測量方法的步驟如下步驟301、選擇晶片200上的輔助圖案201，將輔助圖案201作為模板記錄在⑶SEM 控制系統(tǒng)中，存儲晶片200上的hole圖案202與輔助圖案201的相對位置坐標；本實施例中，以晶片200上的hole圖案為待測圖案。本步驟中，當晶片200放入 ⑶SEM機臺后，首先通過⑶SEM控制系統(tǒng)控制⑶SEM機臺抓取晶片200上的輔助圖案201， 在本實施例中，抓取晶片200上的十字形結構的輔助圖案201，然后，將該輔助圖案201作為模板存入CDSEM控制系統(tǒng)中，具體的抓取輔助圖案201的操作步驟為現(xiàn)有技術，不再贅述；步驟302、設置 CD 測量 recipe ；本步驟中，根據(jù)CD測量的需要，在CDSEM控制系統(tǒng)中配置相應的CDSEM機臺控制參數(shù)，作為CD測量處方，其中包括，此步驟為現(xiàn)有技術，此不再贅述。步驟303、根據(jù)模板的圖形在晶片200上查找到輔助圖案201，根據(jù)hole圖案202 與輔助圖案201的相對位置坐標，定位hole圖案202 ；本步驟中，以晶片上一個hole圖案202的⑶測量為例，首先由⑶SEM控制系統(tǒng)先掃描晶片200上圖案，以模板的圖形為參照，在晶片200上查找與模板的圖形相同的圖案， 其中，由于模板的圖形就是抓取的輔助圖案201的圖形，因此在晶片200上查找到的與模板的圖像相同的圖案就是輔助圖案201 ；接著，以輔助圖案201的坐標作為基準坐標，根據(jù) hole圖案202與輔助圖案201的相對位置坐標，定位hole圖案的精確位置，其中，hole圖案202與輔助圖案201的相對位置坐標，是由現(xiàn)有技術中提供的IC設計數(shù)據(jù)得到，并存儲在CDSEM機臺控制系統(tǒng)中；在半導體制作工藝過程中，光罩上的圖案由客戶提供的IC設計數(shù)據(jù)和設計規(guī)則(Design Rule)決定，本發(fā)明中，輔助圖案201的具體位置坐標也是固定不變的。因此，當光罩上的圖案轉移到晶片200上時，hole圖案與輔助圖案201之間的相對位置坐標不會因為pitch的不同發(fā)生改變。因此，每個hole圖案都可以由基準坐標為原點， 通過相對位置坐標的位移實現(xiàn)精確定位。步驟304、⑶SEM控制系統(tǒng)根據(jù)⑶測量處方控制⑶SEM機臺測量晶片200上hole 圖案202的CD。本步驟中，CDSEM機臺控制系統(tǒng)根據(jù)CD測量處方中的CDSEM機臺控制參數(shù)，控制 ⑶SEM機臺實現(xiàn)hole圖案202⑶的測量，從而大大提高了⑶SEM的⑶測量效率。對晶片上所有待測圖案，只需重復步驟303和步驟304，對不同的待測圖案進行CD 測量即可。本發(fā)明提供了一種關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的樣品結構，該樣品具有輔助圖案和待測圖案，且輔助圖案相對于待測圖案的位置固定，當以該輔助圖案的坐標為基準坐標時， 就能夠根據(jù)基準坐標與樣品待測圖案的相對位置坐標關系，實現(xiàn)待測圖案的定位，大大縮短了待測圖案的定位時間，提高了 CDSEM的CD測量效率。本發(fā)明提供了一種關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的測量方法，該方法一方面由于模板的圖案就是抓取的輔助圖案，因此不會出現(xiàn)無法找到相同圖形的情況；另一方面，由于樣品上待測圖案與輔助圖案的相對位置坐標就已經(jīng)確定，所以以輔助圖案的位置為基準坐標， 就能夠根據(jù)待測圖案與輔助圖案的相對位置坐標實現(xiàn)待測圖案的精確定位，而無需手動定位，大大縮短了待測圖案的定位時間，提高了 CDSEM的CD測量效率。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明保護的范圍之內。
權利要求
1.一種關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的樣品結構，其特征在于，該樣品結構包括輔助圖案和待測圖案，且所述輔助圖案與待測圖案的相對位置坐標固定不變。
2.根據(jù)權利要求1所述的結構，其特征在于，所述輔助圖案是十字形、長方形，圓形或三角形。
3.根據(jù)權利要求1所述的結構，其特征在于，所述輔助圖案與所述待測圖案的間距小于等于10微米。
4.根據(jù)權利要求1所述的結構，其特征在于，所述輔助圖案沿χ軸或y軸的最大長度范圍是50到5000納米。
5.一種關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的測量方法，測量如權利要求1所述樣品，其特征在于，關鍵尺寸掃描電子顯微鏡機臺抓取所述輔助圖案后，在關鍵尺寸掃描電子顯微鏡控制系統(tǒng)中記錄所述輔助圖案作為模板，建立和存儲待測圖案與所述輔助圖案的相對位置坐標，并設置待測圖案的關鍵尺寸測量處方，該方法還包括關鍵尺寸掃描電子顯微鏡控制系統(tǒng)根據(jù)所述模板的圖形，控制所述關鍵尺寸掃描電子顯微鏡機臺在所述樣品上查找到所述輔助圖案；根據(jù)所述待測圖案與所述輔助圖案的相對位置坐標，以所述輔助圖案的坐標為基準坐標的原點，定位待測圖案；根據(jù)所述待測圖案的關鍵尺寸測量處方控制所述關鍵尺寸掃描電子顯微鏡測量待測圖案的關鍵尺寸。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種關鍵尺寸掃描電子顯微鏡的樣品結構和測量方法，該方法在樣品上添加一個位置固定的輔助圖案，在測量該樣品的關鍵尺寸時，通過抓取該輔助圖案為模板，建立輔助圖案與樣品上待測圖案的相對位置坐標的關系和設置CD recipe，使測量待測圖案時，CDSEM能夠在樣品上查找與輔助圖案，然后以輔助圖案的坐標為基準，根據(jù)輔助圖案與樣品上待測圖案的相對位置坐標的關系，實現(xiàn)待測圖案的準確定位和CD recipe的重復可用，提高CDSEM測量的效率。
文檔編號H01L21/66GK102569258SQ20101058063
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權日2010年12月9日
發(fā)明者王偉斌, 王輝 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司