本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造工藝中的關(guān)鍵尺寸測量領(lǐng)域，尤其涉及一種用于獲取集成電路器件樣品參數(shù)信息的方法和裝置。
背景技術(shù)：
：隨著半導(dǎo)體工業(yè)向深亞微米技術(shù)節(jié)點(diǎn)持續(xù)推進(jìn)，集成電路器件尺寸不斷縮小，器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)愈加復(fù)雜。只有通過嚴(yán)格的工藝控制才能獲得功能完整的電路和高速工作的器件。光學(xué)關(guān)鍵尺寸(OpticalCritical-Dimension，OCD)測量技術(shù)是當(dāng)前半導(dǎo)體制造工藝中一種主流的工藝控制技術(shù)，其一般基于樣品的測量光譜和預(yù)定的光譜數(shù)據(jù)庫來確定樣品的輪廓尺寸?；趲斓墓庾V匹配方法需要大量的數(shù)值計(jì)算，通常在測量之前在專用計(jì)算服務(wù)器上建立。匹配測量光譜時(shí)，從已經(jīng)建立的理論光譜數(shù)據(jù)庫中找出與測量光譜最佳匹配的光譜，并索引出各個(gè)參數(shù)值。因此，亟需一種既有高測量準(zhǔn)確性，又能夠大幅減少當(dāng)前測量所需進(jìn)行匹配的光譜數(shù)據(jù)數(shù)量的測量方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：基于以上考慮，因此，本發(fā)明通過提出基于前值的關(guān)鍵尺寸測量方法和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)提升測量效率。本發(fā)明首先提出了一種基于前值的測量方法，包括：A.獲取樣品在前次工藝步驟中的第一測量數(shù)據(jù)；B.構(gòu)建所述樣品在當(dāng)前工藝步驟中的光譜數(shù)據(jù)庫，其中，在所述當(dāng)前工藝步驟中的樣品輪廓與所述 前次工藝步驟中的樣品輪廓至少部分地相關(guān)聯(lián)；C.在所述前次工藝步驟中的測量區(qū)域上獲取所述樣品在當(dāng)前工藝步驟中的測量光譜；D.基于所述樣品在所述前次工藝步驟中的輪廓參數(shù)的數(shù)據(jù)，在所述光譜數(shù)據(jù)庫中對所述測量光譜進(jìn)行匹配分析，進(jìn)而確定所述樣品在所述當(dāng)前工藝步驟中的輪廓參數(shù)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明還提出了一種用于基于前值的測量設(shè)備，其包括：第一獲取裝置，用于獲取能夠表征樣品在前次工藝步驟中的輪廓參數(shù)的第一測量數(shù)據(jù)；第二獲取裝置，用于在所述前次工藝步驟中的測量區(qū)域上獲取所述樣品在當(dāng)前工藝步驟中的測量光譜；匹配裝置，用于基于所述第一數(shù)據(jù)在光譜數(shù)據(jù)庫中對測量光譜進(jìn)行匹配分析，進(jìn)而確定樣品在當(dāng)前工藝步驟中的輪廓參數(shù)的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的方案，基于前次工藝步驟中的輪廓參數(shù)的測量數(shù)據(jù)，先確定樣品輪廓中的某些變量的數(shù)值，從而能夠精確定位樣品所對應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)庫的變量范圍的區(qū)間，既能提高光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量方法的測量準(zhǔn)確性，又能夠大幅減少當(dāng)前測量所需進(jìn)行匹配的光譜數(shù)據(jù)數(shù)量，極大地提高獲取樣品參數(shù)信息的效率。附圖說明通過參照附圖并閱讀以下所作的對非限制性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯。圖1示出了具有二維周期性光柵結(jié)構(gòu)的被測樣品剖面示意圖；圖2示出了當(dāng)前利用光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量技術(shù)對被測樣品進(jìn)行測量的流程圖；圖3示意出了根據(jù)本發(fā)明的一種用于獲取樣品參數(shù)信息的方法流程圖；圖4示意出了二維周期性光柵結(jié)構(gòu)前次工藝步驟中的被測樣品剖面示意圖。在圖中，貫穿不同的示圖，相同或類似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的裝置(模塊)或步驟。具體實(shí)施方式在以下優(yōu)選的實(shí)施例的具體描述中，將參考構(gòu)成本發(fā)明一部分的所附的附圖。所附的附圖通過示例的方式示出了能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的特定的實(shí)施例。示例的實(shí)施例并不旨在窮盡根據(jù)本發(fā)明的所有實(shí)施例。可以理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的前提下，可以利用其他實(shí)施例，也可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)性或者邏輯性的修改。因此，以下的具體描述并非限制性的，且本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求所限定。在實(shí)際制造中，集成電路器件的制作往往是從硅片襯底逐層向上進(jìn)行，經(jīng)過材料沉積、離子注入、光刻、刻蝕、連線等。如圖1的結(jié)構(gòu)需要先經(jīng)過薄膜的沉積，再經(jīng)過第二層薄膜的沉積、刻蝕成形。在這些工藝過程中，第二層梯形結(jié)構(gòu)的制作可以不影響第一層薄膜的厚度，薄膜的厚度可以在前一次薄膜的沉積后的測量過程中測量得到。如果將前次測量得到的薄膜厚度代入第二次測量，那么第二次測量所用模型的未定參數(shù)就可以減少一個(gè)，變?yōu)槿齻€(gè)。這樣測量的準(zhǔn)確度和速度都可以提升。OCD測量技術(shù)的基本工作原理可描述為：(1)建立與器件樣品的輪廓結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的理論光譜數(shù)據(jù)庫；(2)通過光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量設(shè)備獲得樣品的測量光譜；(3)從理論光譜數(shù)據(jù)庫中尋找與測量光譜最佳匹配的特征光譜，從而確定該樣品的輪廓參數(shù)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，需要測量的集成電路器件樣品的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，由此光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量方法所需要的樣品理論光譜數(shù)據(jù)庫的變量數(shù)目也更多，分析效率變得越來越低。同時(shí)用戶需要測量設(shè)備準(zhǔn)確獲取這些輪廓參數(shù)，但某些輪廓參數(shù)對光譜的貢獻(xiàn)相近，即參數(shù)之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，通常的光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量方法已經(jīng)難以區(qū)分這些參數(shù)，進(jìn)行影響測量準(zhǔn)確性。如圖1的結(jié)構(gòu)，如果在關(guān)鍵尺寸測量的數(shù)據(jù)庫中浮動四個(gè)參數(shù)——底部線寬、側(cè)壁角度、高度和厚度(BCD、SWA、HT和Thickness)，由于薄膜的厚度和梯形的底部線寬對光譜的貢獻(xiàn)相似，該兩個(gè)參數(shù)Thickness、BCD會難以測量準(zhǔn)確。結(jié)合圖1和圖2來說明光學(xué)關(guān)鍵尺寸的測量原理，其中，圖1示 出了具有二維周期性光柵結(jié)構(gòu)的被測樣品剖面示意圖；圖2示出了當(dāng)前利用光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量技術(shù)對被測樣品進(jìn)行測量的流程圖。參照圖1，被測樣品為二維周期性光柵結(jié)構(gòu)。光柵的入射層材料(如空氣)用(n0，k0)描述。n為材料的折射率，k為材料吸收系數(shù)，是材料的光學(xué)性質(zhì)參數(shù)。從上往下，第一層為梯形結(jié)構(gòu)層，其材料為(n1，k1)，周期為PITCH，輪廓參數(shù)用(BCD，SWA，HT)描述。第二層為薄膜層，其材料為(n2，k2)，厚度用Thickness描述。再往下為襯底(n3，k3)材料。通常情況，材料的信息可以通過光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量設(shè)備的薄膜測量功能獲知(步驟A03)。這樣，樣品的模型就可以用參數(shù)組合v＝(BCD，SWA，HT)T來描述(步驟A04)，若一般化描述，可以寫為v＝(V1，V2...，VN)T，Vi(其中i＝1，2，...，N)為樣品模型全部的參數(shù)。通過選擇光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量設(shè)備(步驟A01)，進(jìn)而獲取光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量設(shè)備的系統(tǒng)參數(shù)(步驟A02)，再結(jié)合材料的信息和樣品的參數(shù)化模型，可以用電磁場數(shù)值計(jì)算方法確定樣品v的理論光譜數(shù)據(jù)，從而建立理論光譜數(shù)據(jù)庫(步驟A06)。光譜數(shù)據(jù)的描述形式有反射率Rs和RP，偏振態(tài)變化的描述tanΨ和cosΔ，偏振態(tài)分析的傅立葉系數(shù)α和β，或直接輸出描述散射過程的穆勒矩陣等形式。通過選擇光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量設(shè)備(A01)，樣品的特征光譜S(v，λ)可以通過所選擇的光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量設(shè)備獲取，設(shè)測量設(shè)備獲取的測量光譜為SM(λ)，不考慮測量噪聲，可以認(rèn)為SM(v，λ)＝SM(λ)。如能知道SM(v，λ)對應(yīng)的參數(shù)組合v就可獲得測量樣品的參數(shù)信息。因此，可以采用建立基于庫的光譜匹配方法，尋找到一個(gè)v*＝(V1*，V2*，...，VI*)T，其理論光譜SM(v*，λ)與測量光譜SM(λ)最佳匹配，則被測樣品的結(jié)構(gòu)就可以用參數(shù)V1*，V2*，...，VI*估計(jì)。根據(jù)待測樣品有關(guān)工藝的可能偏移量，設(shè)置模型所包含的各個(gè)結(jié)構(gòu)變量的浮動范圍。設(shè)v*＝(V1，V2，...，VI)T，即需要用I個(gè)參數(shù)來描述樣品結(jié)構(gòu)。各個(gè)變量的步長設(shè)置基于測量光譜的噪聲情況，以及各個(gè)參數(shù)測量精度要求，并由靈敏度分析來確定，設(shè)步長為ΔVi。這樣每個(gè)變量的離散值就可以確定：Vi={Vi1,Vi2,...,Vij,...,ViJi}]]>設(shè)第i個(gè)分量在范圍內(nèi)等間隔有Ji個(gè)離散值，每個(gè)值為：Vij＝Vimin+j·△Vi將每個(gè)分量全部的離散值進(jìn)行組合，每一個(gè)組合代表一個(gè)結(jié)構(gòu)模型?？梢杂妙愃埔韵碌姆椒ㄋ饕恳粋€(gè)結(jié)構(gòu)：for(jI＝1，...，JI){....for(j2＝1，...，J2){for(j1＝1，...，J1){index++vindex=(Vj1,Jj2,...,VjI)]]>}}...}一個(gè)vindex對應(yīng)一個(gè)具體的結(jié)構(gòu)，并給出一個(gè)索引index。通過數(shù)值計(jì)算得到由vindex決定的理論光譜Sindex。最終將全部的光譜按索引順序組成光譜庫，在光譜庫中一條光譜對應(yīng)一個(gè)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(參照圖2中的步驟A06)。因此，可知光譜庫共有光譜的數(shù)量為：Ntotal＝J1*J2*...*JI，其中，index＝1，2，...Ntotal。定義最佳匹配標(biāo)準(zhǔn)J(s，sM)，在這個(gè)準(zhǔn)則下，遍歷所有光譜，找出使J(sindex，sM)，index＝1，...，Ntotal最小時(shí)的index，然后根據(jù)index的值利用就可以得到與測量光譜最佳匹配的理論光譜對應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)并輸出(步驟A07和A08)。通常使用擬合優(yōu)度(GoodnessofFit，GOF)或均方根誤差(RootMeanSquareError，RMSE)作為表征等表征兩個(gè)光譜數(shù)據(jù)是否匹配良好。RMSE的定義如下：RMSE=f(S,SM)=1NΣi=1N(S(λi)-SM(λi))2;]]>其中，N為離散的波長點(diǎn)的個(gè)數(shù)，S為任一光譜數(shù)據(jù)，SM為任一測量光譜數(shù)據(jù)，S(λi)為該光譜數(shù)據(jù)中第i個(gè)波長點(diǎn)的理論值，SM(λi)為該第i個(gè)波長點(diǎn)的測量值。圖3示意出了根據(jù)本發(fā)明的一種用于獲取樣品參數(shù)信息的方法流程圖，圖4示意出了二維周期性光柵結(jié)構(gòu)前次工藝步驟中的被測樣 品剖面示意圖。樣品包含至少兩個(gè)變量的變量集合，該變量集合中的各個(gè)變量用于表征所述樣品的結(jié)構(gòu)特征和/或輪廓特征，其中，變量集合中各個(gè)變量的取值組合分別對應(yīng)該樣品的一個(gè)光譜數(shù)據(jù)。步驟S1：獲取樣品在前次工藝步驟中的輪廓參數(shù)的數(shù)據(jù)(前值)在該步驟中，可以通過光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量方法、掃描電子顯微鏡測量方法等獲取當(dāng)前樣品的輪廓參數(shù)，該輪廓參數(shù)包括但并不限于線寬、側(cè)壁角、深度(高度)等。譬如，在前次工藝步驟中被測樣品為一層薄膜(參見圖4)，可以通過光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量方法對三個(gè)測量區(qū)域進(jìn)行測量，進(jìn)而得到薄膜厚度(Thickness)分別為18.1、20.6和22.5nm。步驟S2：建立樣品在當(dāng)前工藝步驟中的光譜數(shù)據(jù)庫當(dāng)前工藝步驟中的樣品輪廓與前次工藝步驟中的樣品輪廓有一定關(guān)聯(lián)但不相同，并且前次和當(dāng)前工藝步驟中的樣品為同一種硅片樣品，光譜數(shù)據(jù)庫的變量包括前次工藝步驟中的所測量的輪廓參數(shù)。可以理解的是，如果需要對另一種硅片樣品進(jìn)行測量，則需要建立對應(yīng)該另一種硅片樣品的數(shù)據(jù)庫。例如，如果當(dāng)前工藝步驟是在前次薄膜工藝基礎(chǔ)上再生產(chǎn)并進(jìn)行刻蝕，則當(dāng)前工藝步驟不會影響前次步驟中薄膜的厚度。建立的光譜數(shù)據(jù)庫包括(BCD，SWA，HT，Thickness)四個(gè)變量。圖1所示的待測量樣品的OCD模型的各個(gè)參數(shù)設(shè)置如表1所示。表1樣品OCD模型的各個(gè)參數(shù)設(shè)置表參數(shù)參數(shù)說明標(biāo)稱值最小值最大值浮動數(shù)量BCD底部線寬80(nm)75(nm)85(nm)11SWA側(cè)壁角度87(deg)86(deg)90(deg)9HT高度100(nm)90(nm)110(nm)21Thickness薄膜厚度20(nm)15(nm)25(nm)11由各參數(shù)對應(yīng)的浮動數(shù)量可知，光譜數(shù)據(jù)庫包含的總光譜數(shù)為：11*9*21*11＝22869。顯然，如果直接使用該光譜數(shù)據(jù)庫，計(jì)算量將十分大，不利于當(dāng)前要求的高效率測量。步驟S3：采用光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量設(shè)備，獲取樣品在當(dāng)前工藝步 驟中的測量光譜。在該步驟中，收集測量光譜的測量區(qū)域與前次工藝步驟中的測量區(qū)域一一對應(yīng)，即步驟S3與步驟S1中的測量區(qū)域一致，對應(yīng)的測量光譜分別記為Sp1、Sp2和Sp3。步驟S4：基于樣品在前次工藝步驟中的輪廓參數(shù)的數(shù)據(jù)，調(diào)整匹配范圍，在光譜數(shù)據(jù)庫中對測量光譜進(jìn)行匹配分析。具體地，通過查詢前次測量的結(jié)果，確定前次工藝步驟中的該測量區(qū)域的輪廓參數(shù)的具體數(shù)據(jù)，譬如，三個(gè)測量區(qū)域的薄膜厚度分別為18.1、20.6和22.5nm。將光譜數(shù)據(jù)庫中這些數(shù)據(jù)對應(yīng)的變量Thickness固定，從而使得每個(gè)測量區(qū)域的測量光譜分別對應(yīng)三個(gè)不同的光譜數(shù)據(jù)庫匹配范圍，如表2所示。表2樣品的OCD模型的各個(gè)參數(shù)范圍具體地，如果前次測量的輪廓參數(shù)的結(jié)果不在光譜數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)格點(diǎn)上，則采用將最近鄰的格點(diǎn)進(jìn)行固定。如果該結(jié)果正好處于光譜數(shù)據(jù)庫中兩個(gè)相鄰格點(diǎn)的中間，則選取較小的格點(diǎn)對前次測量的結(jié)果進(jìn)行固定。如上所述，在光譜數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)前測量的光譜所對應(yīng)的變量Thickness被固定，從而可以使得每個(gè)光譜所需匹配的參數(shù)更少，壓縮匹配范圍后的光譜數(shù)據(jù)庫的光譜數(shù)為：11*9*21＝2079。顯然，在將變 量Thickness固定后，可以大幅提高匹配效率，有利于測量。步驟S5：獲取樣品在當(dāng)前工藝步驟中的輪廓參數(shù)的數(shù)據(jù)在該步驟中，由于變量Thickness已被固定，因此，在匹配過程中，變量Thickness采用前次測量的結(jié)果。將與步驟S4中獲取的光譜數(shù)據(jù)最接近的光譜數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為最佳匹配理論光譜，從而將對應(yīng)的輪廓參數(shù)的數(shù)值作為樣品在當(dāng)前工藝步驟中的輪廓參數(shù)的數(shù)據(jù)。表3樣品的最終測量數(shù)據(jù)基于本發(fā)明的方式，每個(gè)測量光譜數(shù)據(jù)僅需與2079個(gè)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，而基于傳統(tǒng)的逐個(gè)匹配的方式，則需要將測量光譜數(shù)據(jù)與光譜數(shù)據(jù)庫中的22869個(gè)光譜數(shù)據(jù)分別進(jìn)行匹配。顯然根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠大幅減少需要參與匹配的光譜數(shù)據(jù)的數(shù)量，極大地提高了獲取樣品參數(shù)信息的效率?？梢岳斫獾氖?，上述實(shí)施例中，由于是以無需改變厚度的刻蝕為例進(jìn)行說明，因此，可以將變量Thickness固定，以減少所需匹配的總的光譜數(shù)。因此，在采用其他工藝過程時(shí)，也可以相應(yīng)地選擇變量BCD、SWA、HT或其它輪廓參數(shù)中的至少一個(gè)作為固定參數(shù)，進(jìn)而確定所需匹配的光譜，以提升測量效率。本發(fā)明還提出了一種基于前值的測量參數(shù)獲取裝置，其包括：(1)第一獲取裝置1，用于獲取樣品在前次工藝步驟中的第一 測量數(shù)據(jù)；(2)第二獲取裝置2，用于在前次工藝步驟中的測量區(qū)域上獲取樣品在當(dāng)前工藝步驟中的測量光譜；(3)查詢裝置3，用于查詢前次測量的結(jié)果文件或結(jié)果數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而確定前次工藝步驟中的該測量區(qū)域的輪廓參數(shù)的具體數(shù)據(jù)；(4)匹配裝置4，用于基于樣品在前次工藝步驟中的輪廓參數(shù)的數(shù)據(jù)，在光譜數(shù)據(jù)庫中對測量光譜進(jìn)行匹配分析，進(jìn)而確定樣品在當(dāng)前工藝步驟中的輪廓參數(shù)的數(shù)據(jù)?？梢岳斫獾氖?，這里的光譜數(shù)據(jù)庫包含至少兩個(gè)變量的變量集合。該測量參數(shù)獲取裝置的工作流程如下：首先，由第一獲取裝置1獲取樣品在前次工藝步驟中輪廓參數(shù)，譬如第一測量數(shù)據(jù)，這里獲取方法包括但并不限于光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量方法、掃描電子顯微鏡測量方法，輪廓參數(shù)包括但并不限于線寬、側(cè)壁角、深度(高度)。然后，由第二獲取裝置2在前次工藝步驟中的測量區(qū)域上獲取樣品在當(dāng)前工藝步驟中的測量光譜；然后，利用查詢裝置3在光譜數(shù)據(jù)庫中查詢前次測量的結(jié)果數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定該測量區(qū)域在前次工藝步驟中的輪廓參數(shù)的具體數(shù)據(jù)；再利用匹配裝置4基于樣品在前次工藝步驟中的輪廓參數(shù)的數(shù)據(jù)，在光譜數(shù)據(jù)庫中對測量光譜進(jìn)行匹配分析，進(jìn)而確定樣品在當(dāng)前工藝步驟中的輪廓參數(shù)的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的方案，基于前次工藝步驟中的輪廓參數(shù)的測量數(shù)據(jù)，先確定樣品輪廓中的某些變量的數(shù)值，從而能夠精確定位樣品所對應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)庫的變量范圍的區(qū)間，既能提高光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量方法的測量準(zhǔn)確性，又能夠大幅減少當(dāng)前測量所需進(jìn)行匹配的光譜數(shù)據(jù)數(shù)量，極大地提高獲取樣品參數(shù)信息的效率。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論如何來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明顯的，“包括”一詞不排除其他元素和步驟，并且措辭“一個(gè)”不排除復(fù)數(shù)。裝置權(quán)利要求中 陳述的多個(gè)元件也可以由一個(gè)元件來實(shí)現(xiàn)。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。當(dāng)前第1頁1 2 3