一种测量光掩模图形中线宽的方法与流程

本发明涉及光掩模，具体涉及一种测量光掩模图形中线宽的方法。

背景技术：

1、光掩模(或称为光罩)是半导体芯片光刻过程中设计图形的载体。光掩模由空白基板制作而成，基板分三部分构成，从下至上依次为：高纯度、低反射率、低热膨胀系数的石英玻璃，不透光材料以及光刻胶。光掩模所起的作用类似于相片中的底片，由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形，并通过掩膜板在光刻机内曝光，将图形转印到硅片上。光掩模广泛应用于芯片制造，在半导体制造的整个流程中占据重要地位，特别是在从版图到wafer制造的中间过程中，是流程衔接的关键部分，同时也是造价最高的一部分和限制最小线宽的瓶颈之一。

2、在实际中，精确测量光掩模上图形的线宽也是半导体制造过程中的重要环节，线宽是半导体器件制造中的一个关键参数，它直接决定了最终产品的性能和特性，通过测量光掩模上的线宽，制造商可以确保光刻过程中图形的精确复制，从而控制产品的质量和性能，有利于制造高性能、高精度的半导体器件。同时，光刻机和其他相关设备在制造过程中需要定期校准，以确保其精度和稳定性，测量光掩模上的线宽可以作为设备校准的一个重要参考。通过对比实际线宽与预期线宽，制造商可以调整设备参数，优化工艺条件，提高生产效率和产品质量。此外，制造商还可以根据所测量的线宽进行质量控制和监测、工艺改进和优化等。

3、由于光掩模上图形的线宽通常处于微米甚至纳米级，通常需要采用光学量测显微镜(sem)才能完成线宽的测量工作。现有技术中，光学量测显微镜配置有光学量测系统和载物台，所述光学量测系统包括设置于载物台上方的镜头，镜头的镜头通常为曲面，在实际测量时，光掩模通常放置于载具，载具放置于载物台上，使得镜头正对载具上的光掩模，以便顺利的完成线宽的量测工作。在量测时，光学量测系统可以在显微镜屏幕上呈现出具有量测图形的量测视框，量测视框通常为方形结构，且量测视框的长边通常水平分布，量测视框的宽边通常竖直分布，量测视框范围内的图形称为量测图形，使用时，操作人员可以通过光学量测系统人为圈定一矩形的区域作为感兴趣区域进行线宽的量测。实际中，量测图形中线条的长度方向可能与量测视框的宽度方向一致，也可能倾斜于量测视框的宽度方向(即，量测图形中线条的长度方向与量测视框的宽度方向之间存在一定的夹角)，此时，不仅不便于操作人员圈定感兴趣区域，而且前期的试验发现：由于光学量测系统的镜头沿不同方向的曲率存在差异，该曲率差异会导致成像差异，从而导致对量测图形的量测结果产生误差，不仅会大大降低量测精度，而且导致相同线宽尺寸的图形在不同角度下的量测结果不同，从而无法判断量测结果的准确性，亟待解决。

技术实现思路

1、本发明第一方面的目的在于解决对带有任意角度的图形进行量测时，因量测镜头沿不同方向的曲率不同而导致成像差异，进而导致量测结果误差，且无法判断量测结果准确性的问题，提供了一种既可以更精确量测线宽，又可以确保量测结果一致的线宽测量方法，主要构思为：

2、一种测量光掩模图形中线宽的方法，利用光学量测显微镜测量线宽，光学量测显微镜配置有光学量测系统，所述光学量测系统包括载物台和设置于载物台上方的镜头，所述方法包括：

3、步骤1，固定镜头，保持镜头的方位不改变；在光学量测系统的量测视框中确定一测量方向，所述测量方向为水平方向或竖直方向；

4、步骤2，配置适配载具的约束结构，并将约束结构设置于镜头的下方，约束结构用于约束载具；

5、步骤3，确定光掩模图形中线条的长度方向，将光掩模放置于载具，将载具放置于约束结构，使光掩模图形中线条的长度方向与所述测量方向一致；

6、步骤4，通过光学量测系统在显微镜屏幕上呈现出具有量测图形的量测视框，量测图形与量测视框垂直，在量测视框内的量测图形上划定一矩形的感兴趣区域，并在感兴趣区域内测量线宽。在本方案中，通过配置约束结构，以便利用约束结构有效调节和控制光掩模的方位；通过将固定镜头，并事先确定一测量方向，使得镜头相对于该测量方向的位置不变化，同时，将光掩模图形中线条的长度方向作为一个定位指标，并在测量光掩模线宽之前，先控制光掩模的方位，使得光掩模图形中线条的长度方向与所述测量方向一致，然后再进行线宽的测量工作，这样，一方面，可以确保量测视框的各边与感兴趣区域的各边相对平行，并可以确保量测图形中线宽的长度方向与感兴趣区域的其中一条边相平行，不仅更便于测量线宽，而且有利于采用图像识别的方式获得更精确的测量数据；另一方面，可以确保每次测量过程中，各光掩模都是在相同的测量方位进行测量，从而可以有效解决光学量测系统镜头沿不同方向的曲率差异导致测量不精准、不准确的问题，不仅可以有效提高测量精度，而且可以有效提高测量的准确性，使得测量结果更可靠。

7、为解决提高测量精度的问题，进一步的，所述步骤1还包括对所述测量方向进行校正的过程，该校正过程包括调节镜头的方位，并利用不同方位处的镜头测量同一测量方向上的线宽，获得多组测量数据；将测量数据与参考数据相对比，找到等于或最接近参考数据的测量数据，并将镜头固定于该测量数据所对应的镜头方位。由于光学量测系统的镜头沿不同方向的曲率存在差异，该曲率差异会导致成像差异，因此，通过事先校正镜头的方位，找到测量数据等于或最接近参考数据的镜头方位，并将镜头固定于该方位，可以确保后续的测量精度更高，测量的结果更准确。

8、本发明第二方面要解决便于任意调节光掩模方位的问题，一些方案中，所述约束结构包括座体、转台、驱动电机以及控制器，其中，

9、座体的中间位置处构造有贯穿上下两端的中心通道，

10、转台可转动的连接于座体，且至少转台的下端位于所述中心通道内，所述转台构造有适配载具的凹槽以及连通凹槽的中心通孔，中心通孔贯穿转台的下端，中心通孔与中心通道相连通，

11、驱动电机与转台传动连接，控制器与驱动电机电连接，用于控制驱动电机；

12、所述步骤3包括，计算光掩模图形中线条的长度方向与所述测量方向之间的夹角，控制器根据所述夹角驱动转台转动，直到光掩模图形中线条的长度方向与所述测量方向一致。在本方案中，通过在载物台内配置可转动的转台，并将控制器与转台的驱动电机电连接，以便利用控制器控制驱动电机，从而可以通过驱动电机自动调节和控制光掩模的方位，确保光掩模图形中线条的长度方向可以与所述测量方向一致，达到提高测量精度和准确性的目的，此外，还可以满足任意角度的调节，通用性更好。

13、优选的，所述载具为正方形结构，所述凹槽为方槽，所述中心通孔为圆孔，且所述中心通孔与中心通道共轴。以便顺利通过量测光线。

14、为简化操作，进一步的，所述约束结构还包括触控面板，所述触控面板设置于座体，触控面板与控制器电连接。使得操作人员可以通过触控面板输入所需的旋转角度。

15、本发明第三方面要解决便于快速调节光掩模方位的问题，另一些方案中，所述约束结构构造有用于支撑所述载具的支撑部、用于调整光掩模方位的定位部以及中心孔，所述定位部包括定位孔，所述定位孔构造为圆孔，定位孔的侧壁构造有360个适配载具中拐角的卡口，360个卡口沿定位孔的圆周方向均匀分布，相邻两卡口之间的夹角为1度，中心孔与定位孔相连通；

16、所述步骤3包括，计算光掩模图形中线条的长度方向与所述测量方向之间的夹角，根据该夹角将载具的四个拐角分别卡入对应角度的四个卡口中，使得光掩模图形中线条的长度方向与所述测量方向一致，载具放置于支撑部上，中心孔对应载具上的镂空通道。在本方案中，通过在约束结构构造定位孔，并将定位孔构造为圆孔，同时，在定位孔的侧壁构造360个适配载具中拐角的卡口，360个卡口沿定位孔的圆周方向均匀分布，且相邻两卡口之间的夹角为1度，从而可以沿圆周方向形成360个约束位，相邻两约束位的夹角为1度，进而可以沿圆周方向以1度为最小分度调节载具的方位，从而达到有效调节载具上光掩模图形方位的目的，在使用时，使用者只需将载具卡入对应的卡口即可，非常的准确、方便和高效。

17、优选的，所述中心孔构造于定位孔的下方，中心孔与定位孔共轴，中心孔的直径小于定位孔的直径，中心孔与定位孔之间的台阶形成所述支撑部。既便于加工成型，又可以形成环状的支撑部，以便稳定、可靠的支撑任意角度的载具。

18、为解决便于使用的问题，进一步的，约束结构的上表面还构造有刻度线，刻度线沿定位孔的径向布置，各刻度线的一端分别对应各卡口，至少部分刻度线的另一端还构造有角度标识。在使用时，使用者可以通过刻度线和角度标识更快速、高效的找到所需的卡口，不仅有利于使用更方便，而且有利于准确、高效的完成载具的卡控工作。

19、为解决卡控错误的问题，进一步的，相邻两刻度线配置有颜色不同的区分标识。以便使用者通过颜色快速区分相邻的两个卡口，从而可以有效防止操作人员在放置载具的过程中出现卡控错误的问题，可以有效提高准确度。

20、本发明第四方面要解决防止出现卡死的问题，进一步的，载具的四个拐角处分别构造有向外凸出的卡针，所述卡口的内表面构造为圆弧面，所述卡针的外表面构造为适配卡口的圆弧面。在实际使用时，可以通过圆弧面与圆弧面的配合约束载具，并可以通过圆弧面与圆弧面的配合引导载具卡入或取出，使得载具卡入和取出的过程更顺畅，并可以有效防止出现卡死的情况。

21、本发明第五方面要解决所加工的载具可以与约束结构形成不卡顿和不卡死配合的问题，进一步的，还提供了一种约束结构和载具的设计方法，包括，(1)建立定位孔的计算模型，在所述计算模型中，卡口的数目为n，n＝360个，各卡口分别沿圆周方向均匀分布，相邻卡口的夹角为1度，卡口的内表面为圆弧面，定位孔的基圆直径为r，卡口的直径为d1，各卡口所对应的圆心分别位于基圆上，载具的四个拐角处分别构造有向外凸出的卡针，卡针的外表面为圆弧面，将载具中相邻的两个侧边的连线作为卡针的直径，其长度为d2，载具中相邻的两个侧边的反向延长线相交于所述圆弧面的中间位置处，其中，

22、

23、

24、其中，载具的两个边长分别为a和b，单位是mm；△l为修正值，单位是mm，△l≤d1；

25、(2)根据所述计算模型计算r和d1，并根据所述d1计算卡针的直径d2，d2<d1。采用这样的设计，可以保证加工出的载具与约束结构正好可以形成有利于提高量测精度的配合。

26、优选的，△l为0.5mm-3mm。既可以确保卡针可以顺利卡入卡口，又可以使得载具具有更小的活动间隙，从而有利于提高量测精度。

27、优选的，d2＝d1-k，k为0.2mm-1mm。确保卡针与卡口可以实现更顺畅、无干涉的配合。

28、优选的，所述载具构造有适配光掩模的卡持台以及镂空通道，所述光掩模约束于卡持台，并对应所述镂空通道。

29、与现有技术相比，使用本发明提供的一种测量光掩模图形中线宽的方法，可以有效解决光学量测系统镜头沿不同方向的曲率差异导致测量不精准、不准确的问题，不仅可以有效提高测量精度，而且可以有效提高测量的准确性，使得相同线宽尺寸在不同角度的情况下量测结果一致，测量结果更可靠。