本發(fā)明屬于光學(xué)工程領(lǐng)域，涉及一種微電子結(jié)構(gòu)光學(xué)關(guān)鍵尺寸測試/分析系統(tǒng)的模擬檢測方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體及其他微電子產(chǎn)業(yè)中，芯片結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和制造時(shí)，對其微電子結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸(cd)的有效快速檢測是提高芯片量產(chǎn)良品率和效率的重要手段。芯片集成度高，通過制版、光刻、刻蝕等一系列工藝后，芯片上的結(jié)構(gòu)(pattern)將形成周期性排列。周期性排列微結(jié)構(gòu)的尺寸檢測方法較多，如傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡技術(shù)、顯微術(shù)(em)、探針顯微術(shù)(spm)等。但是這些檢測方法或者需要復(fù)雜的顯微鏡設(shè)備，或者需要高真空環(huán)境測試，或者只能實(shí)現(xiàn)表面輪廓形貌測試，或者對微結(jié)構(gòu)會造成破壞，因此都難以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)過程中的在線快速檢測。利用光學(xué)衍射原理則可以對微電子結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸實(shí)現(xiàn)在線檢測，它對測試環(huán)境要求簡單，也可分析結(jié)構(gòu)非表面層的尺寸參數(shù)，因此成為cd測試/分析中重要的技術(shù)手段。該技術(shù)起源于光柵設(shè)計(jì)與制備過程中的衍射度量術(shù)，通過對周期性結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)場衍射特性分析從而獲取結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，如魏石銘的博士論文“衍射度量術(shù)在光柵形貌測量與小階梯光柵制作中的應(yīng)用”所述。在半導(dǎo)體微電子領(lǐng)域中，由于側(cè)重于對芯片關(guān)鍵尺寸的測量，該技術(shù)更多的被稱為光學(xué)關(guān)鍵尺寸檢測(ocd)。該技術(shù)在國際上已有三十多年發(fā)展史，早期的ocd檢測采用標(biāo)量衍射模型模擬微結(jié)構(gòu)中電磁場以實(shí)現(xiàn)cd測試/分析。但是隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中工藝制程的不斷升級，如先進(jìn)技術(shù)節(jié)點(diǎn)持續(xù)更新(目前半導(dǎo)體行業(yè)已進(jìn)入16nm量級芯片量產(chǎn))以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)(finfet鰭式場效應(yīng)晶體管等)廣泛應(yīng)用,標(biāo)量衍射模型已難以適應(yīng)ocd檢測中的精度要求，更精確模擬微結(jié)構(gòu)衍射電磁場的矢量衍射模型開始被普遍采用，其中嚴(yán)格耦合波分析(rcwa)是主要算法。其它還包括一些頻域、時(shí)域有限差分法的ocd 應(yīng)用。雖然rcwa非常適合垂直側(cè)壁周期結(jié)構(gòu)的衍射模擬，但是對于任意形貌的復(fù)雜周期結(jié)構(gòu)則往往需要通過階梯近似技術(shù)計(jì)算。值得注意的是，階梯近似的多層劃分對rcwa的計(jì)算效率影響較大，因?yàn)閷τ诙鄬幽Ｐ?，rcwa需要逐層計(jì)算特征值這一耗時(shí)問題。因此選擇規(guī)避了特征值求解問題的層吸收法(sam)模擬多層模型的衍射電磁場可以有效提高ocd檢測效率。此外由于sam法在計(jì)算多層模型時(shí)避免了層內(nèi)難以并行分解處理的特征值問題，而且sam模型的各層間也可并行計(jì)算，因此它更易于結(jié)合并行處理計(jì)算平臺(如gpu/cpu架構(gòu)工作站)提高其計(jì)算效率。更進(jìn)一步，一般的傳統(tǒng)ocd檢測系統(tǒng)對于復(fù)雜的一維微電子結(jié)構(gòu)和二維結(jié)構(gòu)均需要實(shí)施“先建庫后分析”的檢測策略，選擇sam法則可對更多一維結(jié)構(gòu)實(shí)施“實(shí)時(shí)模擬后分析”的檢測策略。工程實(shí)際中，軟件分析工具可以同時(shí)提供rcwa與sam算法路徑，針對垂直側(cè)壁與非垂直側(cè)壁復(fù)雜物理模型，優(yōu)選對應(yīng)算法路徑，實(shí)現(xiàn)微電子結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸光學(xué)檢測系統(tǒng)的高效分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本申請的一個(gè)方面，提供了一種平行光微光斑光學(xué)關(guān)鍵尺寸檢測方法，采用該檢測方法，能夠分析微電子結(jié)構(gòu)中垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)與非垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)。該檢測方法先通過光譜儀檢測到的關(guān)注參數(shù)曲線，再通過建立樣品結(jié)構(gòu)光柵周期、占空比、光柵厚度等關(guān)鍵尺寸信息的微電子周期結(jié)構(gòu)物理模型，模擬計(jì)算出樣品的零級衍射率曲線，并將模擬所得零級衍射率曲線與光譜儀檢測到的零級衍射率曲線擬合分析，最終反演出待測微電子周期結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵尺寸。該裝置能夠?qū)Ψ谴怪眰?cè)壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速檢測分析。

所述平行光微光斑光學(xué)關(guān)鍵尺寸檢測方法，其特征在于，所述方法至少包括步驟：

a)將光源發(fā)出的光束入射到樣品表面，測得樣品關(guān)注參數(shù)曲線；

b)設(shè)定樣品初始關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立基于初始關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)的數(shù)學(xué)物理模型，計(jì)算數(shù)學(xué)物理模型的模擬關(guān)注參數(shù)曲線；

c)將步驟b)中計(jì)算得到的所述模擬關(guān)注參數(shù)曲線與步驟a)中測得的所述樣品關(guān)注參數(shù)曲線對比：如曲線對比結(jié)果不一致，則修改步驟b) 中所述數(shù)學(xué)物理模型所基于的關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)，重新計(jì)算所述模擬關(guān)注參數(shù)曲線并與步驟a)中測得的所述樣品關(guān)注參數(shù)曲線對比；如曲線對比結(jié)果一致，則以當(dāng)前的所述數(shù)學(xué)物理模型的關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)作為樣品的關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)。

所述樣品關(guān)注參數(shù)曲線、所述模擬關(guān)注參數(shù)曲線中的關(guān)注參數(shù)曲線是指能夠表征樣品表面關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)的光學(xué)光譜曲線。優(yōu)選地，所述關(guān)注參數(shù)曲線包括零級衍射率曲線和/或橢圓偏振參數(shù)曲線。

優(yōu)選地，所述步驟a)為將寬譜光源發(fā)出的光束經(jīng)過準(zhǔn)直和匯聚后，轉(zhuǎn)換為線偏振光入射到樣品表面，由光譜儀測得樣品關(guān)注參數(shù)曲線。

所述檢測到的樣品的零級衍射率曲線，由光譜儀檢測到的零級衍射光譜曲線與光源光譜強(qiáng)度曲線的比值得到。

優(yōu)選地，所述步驟b)中采用嚴(yán)格耦合波分析算法建立垂直側(cè)壁柵脊樣品的數(shù)學(xué)物理模型的模擬關(guān)注參數(shù)曲線；采用層吸收算法建立非垂直側(cè)壁柵脊樣品的數(shù)學(xué)物理模型的模擬關(guān)注參數(shù)曲線。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述層吸收算法建立非垂直側(cè)壁柵脊樣品的數(shù)學(xué)物理模型中，將所述非垂直側(cè)壁柵脊結(jié)構(gòu)劃分10～500個(gè)階梯近似薄層進(jìn)行層吸收算法模擬計(jì)算。更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述層吸收算法建立非垂直側(cè)壁柵脊樣品的數(shù)學(xué)物理模型中，將所述非垂直側(cè)壁柵脊結(jié)構(gòu)劃分10～200個(gè)階梯近似薄層進(jìn)行層吸收算法模擬計(jì)算。對于簡單的非垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)，可以劃分較少的階梯近似薄層進(jìn)行模擬，能夠較少分析時(shí)間；對于較復(fù)雜的非垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)，一般可以劃分200個(gè)、最多劃分500個(gè)階梯近似薄層即可進(jìn)行有效的模擬分析。作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述層吸收算法建立非垂直側(cè)壁柵脊樣品的數(shù)學(xué)物理模型中，將所述非垂直側(cè)壁柵脊結(jié)構(gòu)劃分65個(gè)階梯近似薄層進(jìn)行層吸收算法模擬計(jì)算。

優(yōu)選地，所述階梯近似薄層平行于樣品待測表面。

優(yōu)選地，所述步驟b)為先建立基于樣品關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)的數(shù)學(xué)物理模型數(shù)據(jù)庫，并計(jì)算樣品數(shù)學(xué)物理模型的模擬關(guān)注參數(shù)曲線數(shù)據(jù)庫；

所述步驟c)為將步驟b)中計(jì)算得到的模擬關(guān)注參數(shù)曲線數(shù)據(jù)庫與步驟a)中測得的所述樣品關(guān)注參數(shù)曲線對比，選取曲線對比結(jié)果一致的數(shù)學(xué)物理模型的關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)作為樣品的關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)。

優(yōu)選地，所述步驟b)中關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)包括光柵周期、占空比、光柵厚度和/或非垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)參數(shù)。

優(yōu)選地，所述嚴(yán)格耦合波分析算法與層吸收算法結(jié)合cpu/gpu架構(gòu)數(shù)據(jù)處理器實(shí)施cuda并行計(jì)算。其中，cuda是指nvida的通用并行計(jì)算架構(gòu)(英文：computeunifieddevicearchitecture)。

優(yōu)選地，所述步驟c)中曲線對比的方法為列文伯格-馬夸爾特法(levenberg-marquardt法)，曲線對比結(jié)果的均方差小于2×10^-3或最大絕對誤差小于5×10^-3的判定為曲線對比結(jié)果一致。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述步驟c)中曲線對比的方法為列文伯格-馬夸爾特法，曲線對比結(jié)果的均方差小于2×10^-3和最大絕對誤差小于5×10^-3的判定為曲線對比結(jié)果一致。

優(yōu)選的，層吸收算法模擬計(jì)算功能結(jié)合數(shù)據(jù)處理器實(shí)現(xiàn)非垂直側(cè)壁周期結(jié)構(gòu)多層模型并行加速計(jì)算。所述數(shù)據(jù)處理器能夠?qū)⒐庾V儀檢測得到出射光譜信號與建立的數(shù)學(xué)物理模型得到的模擬光譜信號對比并輸出對比結(jié)果。作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述數(shù)據(jù)處理器為gpu/cpu架構(gòu)計(jì)算平臺。作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，所述嚴(yán)格耦合波分析算法和層吸收算法結(jié)合cuda并行計(jì)算架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。其中，gpu是指圖形處理單元(英文：graphicsprocessingunit)；cpu是指中央處理單元(英文：centralprocessingunit)。

當(dāng)樣品具有非垂直側(cè)壁柵脊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)時(shí)，本申請技術(shù)方案中，對非垂直側(cè)壁柵脊樣品采用劃分多個(gè)階梯近似薄層，并采用層吸收算法計(jì)算，在同樣的處理器平臺上能夠以更短的時(shí)間得到結(jié)果。

根據(jù)本申請的又一個(gè)方面，提供了一種用于上述任一項(xiàng)所述檢測方法的平行光微光斑光學(xué)關(guān)鍵尺寸檢測裝置，采用該檢測裝置，能夠區(qū)別的檢測分析微電子結(jié)構(gòu)中垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)與非垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)。該檢測裝置結(jié)合分析軟件通過建立樣品結(jié)構(gòu)光柵周期、占空比、光柵厚度等關(guān)鍵尺寸信息的微電子周期結(jié)構(gòu)物理模型，模擬出樣品的零級衍射率曲線，并將模擬所得零級衍射率曲線與光譜儀檢測到的零級衍射率曲線擬合分析，最終得出待測微電子周期結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵尺寸。該裝置能夠?qū)Ψ谴怪眰?cè)壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速檢測分析。

所述平行光微光斑光學(xué)關(guān)鍵尺寸檢測裝置，其特征在于，所述檢測裝置包括寬譜光源、光束控制部、探測鏡頭、光譜儀及數(shù)據(jù)處理器；

所述寬譜光源發(fā)射出的光束通過所述光束控制部之后，入射到樣品表面產(chǎn)生衍射光，衍射光通過所述探測鏡頭由光譜儀檢測得到衍射光譜信號，衍射光譜信號輸入所述數(shù)據(jù)處理器，經(jīng)數(shù)據(jù)處理器處理后輸出樣品表面的關(guān)鍵尺寸。

優(yōu)選地，所述寬譜光源的波譜范圍為190nm～1100nm。

優(yōu)選地，所述寬頻光源所發(fā)出的光束為匯聚光束。

優(yōu)選地，所述關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)包括光柵周期、占空比、光柵厚度和/或非垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)參數(shù)。

優(yōu)選地，所述光束控制部包括針孔或光纖接頭、第一準(zhǔn)直鏡片組、偏振器、可調(diào)光闌和第一匯聚鏡片組；光束依次通過所述針孔或光纖接頭、所述第一準(zhǔn)直鏡片組、所述偏振器、所述可調(diào)光闌和所述第一匯聚鏡片組，在樣品表面形成匯聚光斑。即，作為一種實(shí)施方式，所述光束控制部包括針孔、第一準(zhǔn)直鏡片組、偏振器、可調(diào)光闌和第一匯聚鏡片組，光束依次通過所述針孔、所述第一準(zhǔn)直鏡片組、所述偏振器、所述可調(diào)光闌和所述第一匯聚鏡片組，在樣品表面形成匯聚光斑。作為另一種實(shí)施方式，所述光束控制部包括光纖接頭、第一準(zhǔn)直鏡片組、偏振器、可調(diào)光闌和第一匯聚鏡片組，光束依次通過所述光纖接頭、所述第一準(zhǔn)直鏡片組、所述偏振器、所述可調(diào)光闌和所述第一匯聚鏡片組，在樣品表面形成匯聚光斑。

進(jìn)一步優(yōu)選地，光束通過所述偏振器獲得線偏振光，所述偏振器可調(diào)節(jié)光束的偏振方向。

所述可調(diào)光闌用于調(diào)節(jié)光束直徑，光束直徑?jīng)Q定了檢測光束的匯聚角，并影響最小匯聚光斑的大小。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述可調(diào)光闌可以調(diào)節(jié)光束的直徑。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一準(zhǔn)直鏡片組對波譜范圍為190nm～1100nm的光束進(jìn)行消色差準(zhǔn)直。所述第一準(zhǔn)直鏡片組至少包括消色差鏡片和/或復(fù)消色差鏡片，具備使得入射光準(zhǔn)直的光學(xué)性能。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一匯聚鏡片組對波譜范圍為190nm～1100nm的光束進(jìn)行消色差匯聚。所述第一匯聚鏡片組至少包括消色差鏡片和/或復(fù)消 色差鏡片，具備使得入射光匯聚的光學(xué)性能。檢測要求平行光束，本裝置可實(shí)現(xiàn)小匯聚角出射。目前裝置能實(shí)現(xiàn)小于5°的匯聚角(邊緣光線夾角)，可作為平行光線。

優(yōu)選地，所述探測鏡頭的光路與所述光譜儀直接相通或者所述探測鏡頭通過光纖與所述光譜儀相連。

優(yōu)選地，所述光譜儀檢測的波譜范圍為190nm～1100nm。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述探測鏡頭包括第二準(zhǔn)直鏡片組和第二匯聚鏡片組。

更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第二準(zhǔn)直鏡片組對波譜范圍為190nm～1100nm的光束進(jìn)行消色差準(zhǔn)直。所述第二準(zhǔn)直鏡片組至少包括消色差鏡片和/或復(fù)消色差鏡片，具備使得入射光準(zhǔn)直的光學(xué)性能。

更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第二匯聚鏡片組對波譜范圍為190nm～1100nm的光束進(jìn)行消色差匯聚。所述第二匯聚鏡片組至少包括消色差鏡片和/或復(fù)消色差鏡片，具備使得入射光匯聚的光學(xué)性能。

本申請中，“關(guān)鍵尺寸”，是指在集成電路光掩模制造及光刻工藝中為評估及控制工藝的圖形處理精度，特設(shè)計(jì)一種反映集成電路特征線條寬度的專用線條圖形，英文criticaldimension，簡稱cd。

本申請中，“嚴(yán)格耦合波分析”，是指在光柵區(qū)域嚴(yán)格的求解麥克斯韋方程，將麥克斯韋方程的求解問題化為一個(gè)求解特征函數(shù)的問題，得到光柵區(qū)域由特征函數(shù)耦合起來的電磁場表達(dá)式，然后在光柵區(qū)域與其它區(qū)域交界面上求解邊界條件得到最終衍射效率的值。英文rigorouscoupledwaveanalysis，簡寫為rcwa。

本申請中，“層吸收算法”，是指把問題區(qū)域(包括光柵區(qū)域與其它區(qū)域)劃分多薄層再求解麥克斯韋方程，將麥克斯韋方程的求解問題化為一個(gè)求解線性差分方程組的問題，利用高斯消元得到光柵區(qū)域與其它區(qū)域交界處薄層的最終衍射效率值，英文sliceabsorptionmethod，簡寫為sam。

本申請能產(chǎn)生的有益效果包括：

1)本申請所提供的平行光微光斑光學(xué)關(guān)鍵尺寸檢測方法，能夠區(qū)

別的分析微電子結(jié)構(gòu)中垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)與非垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)。

2)本申請所提供的平行光微光斑光學(xué)關(guān)鍵尺寸檢測方法，能夠克服傳統(tǒng)檢測技術(shù)對非垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)檢測分析的耗時(shí)較長的問題。

3)本申請所提供的平行光微光斑光學(xué)關(guān)鍵尺寸檢測裝置，能夠區(qū)別

的檢測分析微電子結(jié)構(gòu)中垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)與非垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)。

4)本申請所提供的平行光微光斑光學(xué)關(guān)鍵尺寸檢測裝置，能夠?qū)Ψ?/p>

垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速檢測分析。

附圖說明

圖1是本申請光學(xué)檢測系統(tǒng)裝置的部件示意圖。

圖2是本申請光學(xué)檢測檢測方法的光學(xué)原理圖。

圖3是本申請光學(xué)檢測裝置所涉及的檢測樣品類型。

圖4是本申請光學(xué)檢測檢測方法的實(shí)施原理圖。

圖5是本申請實(shí)施例中淺溝槽隔離三維結(jié)構(gòu)的簡化物理模型圖。

圖6是本申請實(shí)施例中rcwa與sam的模擬零級衍射率曲線比較圖。

附圖標(biāo)記名稱為：1.寬譜光源；2.光束控制部；3.探測鏡頭；4.光譜儀；5.數(shù)據(jù)處理器。

具體實(shí)施方式

為使本申請實(shí)施例的技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本申請實(shí)施例中的附圖，對本申請實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本申請一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本申請中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請保護(hù)的范圍。

本申請的如圖1所示，平行光微光斑光學(xué)關(guān)鍵尺寸檢測裝置包括寬譜光源1、光束控制部2、探測鏡頭3、光譜儀4及數(shù)據(jù)處理器5。寬譜光源1能夠發(fā)射波譜范圍為190nm～1100nm的光束，此光束依次經(jīng)過光束控制部2中的針孔、第一準(zhǔn)直鏡片組、偏振器、可調(diào)光闌和第一匯聚鏡片組，在樣品表面匯聚成一個(gè)光斑，再由探測鏡頭3匯聚衍射光，匯聚后的衍射 光通入光譜儀4得到零級衍射曲線，通過與寬譜光源1的光譜曲線對比，求得比值，即得到零級衍射率曲線，將得到的零級衍射率曲線輸入數(shù)據(jù)處理器5。

其中第一準(zhǔn)直鏡片組包括一片石英透鏡和一片膠合透鏡，其中膠合透鏡由一片近光源側(cè)的石英鏡片和一片遠(yuǎn)光源側(cè)的氟化鎂鏡片組成，具備使得入射光準(zhǔn)直且消色差的光學(xué)性能。第一匯聚鏡片組的構(gòu)成與第一準(zhǔn)直鏡片組相同。探測鏡頭3

數(shù)據(jù)處理器5為nvidia公司的gpu加速器和intel公司的多核處理器組成的gpu/cpu架構(gòu)的計(jì)算平臺。

圖2為本申請光學(xué)檢測檢測方法的光學(xué)原理圖。其中寬譜光源由自由空間入射到樣品上，其空間幾何特性由三個(gè)角度限定：入射角θ(0°≤θ<90°)、方位角φ(0°≤φ<360°)、偏振角ψ(0°≤ψ<360°)。如圖2所示，本檢測系統(tǒng)中入射角為θ的寬譜光源入射到樣品上后形成樣品零級衍射光譜，然后由圖1中的光譜儀4檢測到樣品零級衍射光譜曲線，最后在圖1所示數(shù)據(jù)處理器5上通過計(jì)算樣品零級衍射光譜與寬譜光源光譜強(qiáng)度的比值得到樣品零級衍射率曲線。基于圖3所示樣品類型(左圖：垂直側(cè)壁柵脊；右圖：非垂直側(cè)壁柵脊)建立樣品的數(shù)學(xué)物理模型，先設(shè)定數(shù)學(xué)物理模型的初始關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)(關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)：結(jié)構(gòu)周期λ、光柵結(jié)構(gòu)層厚d)，采用rcwa或者sam算法以計(jì)算樣品初始數(shù)學(xué)物理模型的模擬零級衍射率曲線，再通過levenberg-marquardt算法優(yōu)化對比模擬的零級衍射率曲線與檢測的零級衍射率曲線間差異大小，判斷是否修改數(shù)學(xué)物理模型關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行再次模擬優(yōu)化分析。如模擬的零級衍射率曲線與檢測的零級衍射率曲線能夠擬合，則不需修改，以當(dāng)前數(shù)學(xué)物理模型關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)作為樣品關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)；如模擬的零級衍射率曲線與檢測的零級衍射率曲線不能擬合，則需修改數(shù)學(xué)物理模型先設(shè)定初始關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)，重復(fù)上述擬合分析過程，直至最終實(shí)現(xiàn)模擬的零級衍射率曲線與檢測的零級衍射率曲線能夠擬合。其具體實(shí)施過程中的邏輯判斷流程圖如圖4所示。

實(shí)施例1

而為了更直觀體現(xiàn)本發(fā)明所述光學(xué)關(guān)鍵尺寸測試/分析系統(tǒng)的檢測方法的特點(diǎn)，實(shí)施例則選擇了復(fù)雜二維周期結(jié)構(gòu)的模擬效率來說明rcwa/sam檢測方法與傳統(tǒng)rcwa檢測分析工具的區(qū)別。

樣品表面結(jié)構(gòu)如圖5所示，簡化的淺溝槽隔離(sti)3d結(jié)構(gòu)(左圖)和簡化物理模型(右圖)，其x與y方向周期為402.9nm,122.8nm。該結(jié)構(gòu)為非垂直側(cè)壁面芯型橢圓陣列，其上底x方向長軸為176.2nm，y方向短軸為30nm，其下底x方向長軸為220nm，y方向短軸為65nm，襯底層與光柵層材料均為si，光柵層厚度為200nm。本申請所述光學(xué)檢測裝置對樣品零級衍射率曲線的檢測為實(shí)時(shí)檢測(檢測時(shí)間要求小于5s)。分析時(shí)間除依賴數(shù)據(jù)處理器的性能外，完全決定于模擬零級衍射率曲線的計(jì)算時(shí)間和反復(fù)調(diào)用模擬-優(yōu)化過程的擬合分析時(shí)間。因此實(shí)施例僅比較rcwa算法與sam算法的模擬零級衍射率曲線計(jì)算效率這一關(guān)鍵因素。對于圖5的非垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)，劃分65個(gè)階梯近似薄層進(jìn)行模擬，其初始關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定為：x與y方向周期402nm,122nm，上底x方向長軸為160nm，y方向短軸為30nm，其下底x方向長軸為210nm，y方向短軸為65nm，其余參數(shù)相同。

并結(jié)合cuda計(jì)算架構(gòu)分別并行化處理rcwa與sam算法，計(jì)算模擬零級衍射率曲線。用levenberg-marquardt法對比樣品零級衍射率曲線與模擬零級衍射率曲線直至rcwa與sam的模擬零級衍射率曲線滿足均方差2×10^-3、最大絕對誤差5×10^-3的等效評估標(biāo)準(zhǔn)，輸出此時(shí)模擬零級衍射率曲線對應(yīng)的關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)，即為樣品的關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)。

其190nm～1000nm波譜范圍的rcwa與sam模擬零級衍射率曲線如圖6。在相同處理器平臺上，rcwa模擬計(jì)算時(shí)間為2.81小時(shí)，sam模擬計(jì)算時(shí)間為2.41小時(shí)，單次模擬計(jì)算中sam方法相對rcwa提高了約14％的時(shí)效，因此對于實(shí)施例所示非垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)，本申請所述檢測分析過程選擇更具效率的sam方法，對于垂直側(cè)壁結(jié)構(gòu)則選擇rcwa方法。

實(shí)施例2

樣品及樣品的零級衍射率曲線檢測同實(shí)施例1，其中探測鏡頭3通過 光纖與光譜儀4相連。

曲線模擬和對比方法不同，具體而言，圖5所示的結(jié)構(gòu)為二維周期結(jié)構(gòu)，劃分500個(gè)階梯近似薄層進(jìn)行模擬，其關(guān)鍵尺寸測試/分析的單次模擬時(shí)間較長，因此先建立基于樣品關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)的數(shù)學(xué)物理模型數(shù)據(jù)庫，本實(shí)施例中建立10⁴量級的數(shù)學(xué)物理模型，并計(jì)算樣品數(shù)學(xué)物理模型的模擬零級衍射率曲線數(shù)據(jù)庫。用遍歷法將模擬零級衍射率曲線數(shù)據(jù)庫與測得的樣品零級衍射率曲線對比，選取曲線對比結(jié)果一致的數(shù)學(xué)物理模型的關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)作為樣品的關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)。計(jì)算時(shí)間為1.5s。采用先建立數(shù)據(jù)庫再對比的方法，對于如實(shí)施例1中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，就可以實(shí)時(shí)得到樣品的關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)。

實(shí)施例3

裝置及檢測方法同實(shí)施例1，將關(guān)注參數(shù)曲線由零級衍射率曲線替換為橢圓偏振參數(shù)曲線，劃分100個(gè)階梯近似薄層進(jìn)行模擬，分析結(jié)果與實(shí)施例1基本一致，所用時(shí)間減少50％。

以上所述，僅是本申請的幾個(gè)實(shí)施例，并非對本申請做任何形式的限制，雖然本申請以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限制本申請，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本申請技術(shù)方案的范圍內(nèi)，利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許的變動或修飾均等同于等效實(shí)施案例，均屬于技術(shù)方案范圍內(nèi)。