一種用于優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在計(jì)算機(jī)設(shè)備中用于確定光學(xué)關(guān)鍵 尺寸0CD(0ptical Critical Dimension)測量中的結(jié)構(gòu)參數(shù)的可控測量精度的方法和裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在集成電路產(chǎn)業(yè)，主要應(yīng)用于極大規(guī)模集成電路制造工藝中的、基于散射光譜信 號的光學(xué)關(guān)鍵尺寸0CD測量設(shè)備的系統(tǒng)硬件部分，其主要的噪聲來源是0CD測量設(shè)備的光 學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的誤差，即理論設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)際組裝得到的參數(shù)之間的差別。目前基于散射光 譜信號的0CD測量設(shè)備的硬件部分的光學(xué)部件通常是固定不變的，因而光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)通常 是按設(shè)計(jì)設(shè)置不變的，然而，包含待測器件結(jié)構(gòu)的信息的散射光譜信號，對0CD測量設(shè)備的 各個(gè)光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)具有相當(dāng)不同的靈敏度。也就是說，不同的待測器件結(jié)構(gòu)，以及待測器件 結(jié)構(gòu)的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)，如關(guān)鍵尺寸CD和側(cè)壁角SWA等，其對于不同的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)具有相 當(dāng)?shù)撵`敏度差異。而靈敏度關(guān)系到測量的信噪比進(jìn)而影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和工藝控制能 力。比如，對于某種常見于1C制造的由多晶硅（Poly)構(gòu)成的周期性光柵結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵尺寸 CD的測量精度和0CD工藝控制能力嚴(yán)重依賴于0CD測量設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，對于 最高靈敏度和最低靈敏度的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置，其靈敏度差異可能達(dá)到十?dāng)?shù)倍甚至幾十 倍，這意味著對于具有相同硬件精度的0CD測量設(shè)備，采用高靈敏度的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置， 將極大的提升0CD測量設(shè)備對待測結(jié)構(gòu)參數(shù)的測量精度和對工藝流程的控制能力。然而， 目前的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)是預(yù)先設(shè)置固定的，在0CD測量中不能夠針對不同的待測結(jié)構(gòu)參數(shù)而 靈活的選擇高靈敏度、高信噪比的測量模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的方法和裝置。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的方法，其中，該方法包括以 下步驟：
[0005] a對于多個(gè)測量模式中每一個(gè)測量模式，根據(jù)該測量模式下各個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 參數(shù)值以及實(shí)際組裝集成可能得到的最大誤差范圍，確定所有光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)可引入的總的 系統(tǒng)噪聲，作為與該測量模式對應(yīng)的系統(tǒng)噪聲，其中，所述測量模式規(guī)定了用于0CD測量的 測量光的光譜類型以及各個(gè)光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的組合；
[0006] b對于待測結(jié)構(gòu)模型的每個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，執(zhí)行以下步驟：
[0007] bl對于多個(gè)測量模式中每一個(gè)測量模式，根據(jù)該測量模式所對應(yīng)的系統(tǒng)噪聲，并 結(jié)合該結(jié)構(gòu)參數(shù)的標(biāo)稱值與多個(gè)浮動值，同時(shí)基于所述待測結(jié)構(gòu)模型的其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的標(biāo) 稱值，確定該結(jié)構(gòu)參數(shù)在該測量模式下的可控測量精度；
[0008] b2根據(jù)該結(jié)構(gòu)參數(shù)在所述多個(gè)測量模式下的多個(gè)可控測量精度，確定該結(jié)構(gòu)參數(shù) 的一個(gè)或多個(gè)可選測量模式，并將該結(jié)構(gòu)參數(shù)分別在所述一個(gè)或多個(gè)可選測量模式下的一 個(gè)或多個(gè)可控測量精度，作為該結(jié)構(gòu)參數(shù)對應(yīng)的可控測量精度。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的精度確定裝置，其 中，該精度確定裝置包括以下裝置：
[0010] 第一確定裝置，用于對于多個(gè)測量模式中每一個(gè)測量模式，根據(jù)該測量模式下各 個(gè)光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)稱值以及預(yù)設(shè)最大誤差值，確定所有光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)引入的總的系統(tǒng)噪 聲，作為與該測量模式對應(yīng)的系統(tǒng)噪聲，其中，所述測量模式規(guī)定了用于0CD測量的測量光 的光譜類型以及各個(gè)光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的組合；
[0011] 其中，該精度確定裝置還包括對于待測結(jié)構(gòu)模型的每個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)執(zhí)行操作的以下 裝置：
[0012] 第二確定裝置，用于對于多個(gè)測量模式中每一個(gè)測量模式，根據(jù)該測量模式所對 應(yīng)的系統(tǒng)噪聲，并結(jié)合該結(jié)構(gòu)參數(shù)的標(biāo)稱值與多個(gè)浮動值，同時(shí)基于所述待測結(jié)構(gòu)模型的 其他結(jié)構(gòu)參數(shù)的標(biāo)稱值，確定該結(jié)構(gòu)參數(shù)在該測量模式下的可控測量精度；
[0013] 第三確定裝置，用于根據(jù)該結(jié)構(gòu)參數(shù)在所述多個(gè)測量模式下的多個(gè)可控測量精 度，確定該結(jié)構(gòu)參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)可選測量模式，并將該結(jié)構(gòu)參數(shù)分別在所述一個(gè)或多個(gè) 可選測量模式下的一個(gè)或多個(gè)可控測量精度，作為該結(jié)構(gòu)參數(shù)對應(yīng)的可控測量精度。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)可以在每個(gè)測量模式下，通過確定由 光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的不確定性引起的系統(tǒng)噪聲，來確定待測結(jié)構(gòu)模型的多個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)的中的每 個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)在該測量模式下的可控測量精度，且對于每個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過比較其在多個(gè)測 量模式下的可控測量精度，可確定該結(jié)構(gòu)參數(shù)的最佳測量模式，以及其在該最佳測量模式 下的最佳可控測量精度，從而可以針對結(jié)構(gòu)參數(shù)來選擇滿足其測量精度需求的測量模式， 且使得在0CD測量過程中能夠結(jié)合不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同精度需求，來確定能夠滿足所有 結(jié)構(gòu)參數(shù)的精度需求的可選測量模式；2)通過將結(jié)構(gòu)參數(shù)的多個(gè)可控測量精度與預(yù)定參 數(shù)容差值進(jìn)行比對，可在實(shí)際測量之前確定測量設(shè)備是否能夠滿足結(jié)構(gòu)參數(shù)的精度需求， 并可確定一個(gè)或多個(gè)能滿足結(jié)構(gòu)參數(shù)精度需求的可選測測量模式。
【附圖說明】
[0015] 通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實(shí)施例所作的詳細(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：
[0016] 圖1為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的方法的流程示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的方法的流程示意圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的精度確定裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的精度確定裝置的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0020] 圖5為基于(XD測量原理進(jìn)行(XD測量的流程示意圖；
[0021] 圖6為多晶硅待測結(jié)構(gòu)的待測結(jié)構(gòu)模型示意圖；
[0022] 圖7為基于圖6所示的待測結(jié)構(gòu)模型來確定結(jié)構(gòu)參數(shù)CD的可控測量精度的示意 圖；
[0023] 圖8為固定第一參數(shù)時(shí)結(jié)構(gòu)參數(shù)的可控測量精度隨第二參數(shù)變化的分布示意圖；
[0024] 圖9為圖6所示待測結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)t_poly隨系統(tǒng)參數(shù)變化的分布示意圖。
[0025] 附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 為更清楚地說明本發(fā)明的方案，以下先對0CD測量原理進(jìn)行說明：
[0027] 0⑶測量原理的實(shí)現(xiàn)步驟可包括：
[0028] 1) 0⑶測量設(shè)備建立與待測結(jié)構(gòu)的形貌相對應(yīng)的理論光譜數(shù)據(jù)庫。
[0029] 該步驟的具體實(shí)現(xiàn)方式包括：首先，0CD測量設(shè)備根據(jù)待測結(jié)構(gòu)的形貌建立待測 結(jié)構(gòu)模型；接著，0CD測量設(shè)備對該待測結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行理論仿真，來獲取待測結(jié)構(gòu)的理論光 譜；然后，0CD測量設(shè)備根據(jù)仿真獲取的待測結(jié)構(gòu)的理論光譜，來建立待測結(jié)構(gòu)的理論光譜 數(shù)據(jù)庫。
[0030] 其中，待測結(jié)構(gòu)模型可通過其結(jié)構(gòu)參數(shù)變量來被確定，一個(gè)待測結(jié)構(gòu)具有多個(gè)結(jié) 構(gòu)參數(shù)變量。一般地，可用參數(shù)向量V = (V。，Vi,. . .，D'Vi, i = 0,. . .，L-1，來表示待測 結(jié)構(gòu)全部的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如圖6所示的待測結(jié)構(gòu)模型包括結(jié)構(gòu)參數(shù)⑶、SWA、t_poly、t_oxide, 則可用參數(shù)向量v =(⑶，SWA, t_poly, 1:_(?1(16)1'來描述該待測結(jié)構(gòu)模型。對于給定的具體 結(jié)構(gòu)參數(shù)組合V，根據(jù)周期性結(jié)構(gòu)的光散射原理，可以計(jì)算具體結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的待測結(jié)構(gòu)模 型對應(yīng)的待測結(jié)構(gòu)的理論光譜s ( λ )。賦予不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的組合，會產(chǎn)生不同的理論光譜， 從而可根據(jù)該等不同的理論光譜建立待測結(jié)構(gòu)的理論光譜數(shù)據(jù)庫。
[0031] 作為一個(gè)示例，可根據(jù)嚴(yán)格稱合波分析（RCWA，Rigorous Coupled-Wave Analysis)來獲取待測結(jié)構(gòu)的理論光譜數(shù)據(jù)：
[0032] 光在物質(zhì)中的傳播規(guī)律符合電磁波的普遍理論，即麥克斯韋（MAXWELL)方程 組。在RCWA分析方法中，參數(shù)向量v決定了整個(gè)空間材料（n，k)的周期性分布規(guī)律，用 ε (x，y，z)表示材料的介電系數(shù)的分布。以二維光柵為例，設(shè)在（x，z)平面里，材料的介電 常數(shù)呈周期性變化，而在y方向均勻。在z方向進(jìn)行分層，每層的材料表示為 eni(x，Zni)，m 為^方向的層數(shù)，111=1，2，...，1。貝1]￡|11(\2|11)在1方向具有周期性，因此可以用傅立葉 (Fourier)級數(shù)描述：
[0034] 其中d為周期。在第m層，對于TE模電場E可以展開為（2N+1)階諧波，如下所 示：
[0036] 其中，TE模是指在波導(dǎo)中，電場的縱向分量為零，而磁場的縱向分量不為零的傳播 模式。k nx，knz為波矢在x，z的分量，即每一層的電場可以用（2N+1)階散射光電場描述。若 散射階次（2N+1)足夠大，則E的精度可以得到保證。S nni(z)為各階散射光電場的幅度大小。 對于各層利用波動方程和各層的邊界條件，可以獲得一組常系數(shù)微分方程組。最后通過解 決矩陣特征值和特征向量的問題可以求解出各層的E"，并最終求出各級散射光。根據(jù)求解 的散射光，可以轉(zhuǎn)換為0CD測量設(shè)備輸出的測量光譜的描述形式。
[0037] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述采用RCWA方法來獲取待測結(jié)構(gòu)的理論光譜數(shù)據(jù) 的方式僅為舉例，任何其他計(jì)算理論光譜數(shù)據(jù)的方法，如可利用本發(fā)明的方法，均應(yīng)包含在 本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)，并以引用方式包含于此。
[0038] 2) 0⑶測量設(shè)備獲得待測結(jié)構(gòu)的測量光譜。
[0039] 具體地，0CD測量設(shè)備獲取包含待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)信息的散射信號，并將接收到的 散射信號處理為包含待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)信息的測量光譜。其中，測量光譜的數(shù)值的描述形式 包括但不限于：反射率R s，Rp、偏振態(tài)變化的描述tan Ψ和cos Λ、偏振態(tài)分析的傅立葉系數(shù) α，β、直接輸出描述散射過程的穆勒矩陣（Mueller Matrix)、NCS譜型等；其中，NCS譜型 表示分別對應(yīng)稱之為N、C、S的三條偏振光譜，N、C、S分別是stoke向量的元素，在穆勒矩 陣光譜類型中，stoke向量是表7K出射光和入射光的一種方式。
[0040] 例如，0CD測量設(shè)備包括散射光譜儀，其獲得待測結(jié)構(gòu)的測量光譜的步驟包括：首 先，散射光譜儀的光源經(jīng)過起偏器入射至待測結(jié)構(gòu)的被測周期性結(jié)構(gòu)區(qū)域，該光源經(jīng)過待 測結(jié)構(gòu)的散射產(chǎn)生包含待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)信息的散射信號；接著，散射光譜儀的探測器通過 檢偏器接收該散射信號；然后，散射光譜儀將接收到的散射信號處理為包含待測結(jié)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)信息的測量光譜。
[0041] 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，從而確定該待測結(jié) 構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
[0042] 具體地，0CD測量設(shè)備根據(jù)預(yù)定匹配標(biāo)準(zhǔn)，將步驟1)中建立的待測結(jié)構(gòu)的 理論光譜數(shù)據(jù)庫與步驟2)中獲得的待測結(jié)構(gòu)的測量光譜進(jìn)行匹配，來獲取理論光 譜數(shù)據(jù)庫中的、與測量光譜最佳匹配的特征光譜，并根據(jù)該特征光譜所對應(yīng)的參數(shù) 向量f ,...,Pif，來確定最佳匹配時(shí)該待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，也即，參數(shù)向量 / = ^，6,...,</對應(yīng)的理論光譜8(/，入）與測量光譜％(入）可實(shí)現(xiàn)最佳匹配。優(yōu)選地， 所述預(yù)定匹配標(biāo)準(zhǔn)可以采用GOF(Goodness of Fit,擬合優(yōu)度）或RMSE (Root Mean Square Error,均方根誤差）等。
[0043] 圖5為根據(jù)上述0⑶測量原理進(jìn)行0⑶測量的流程示意圖。
[0044] 在對待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析的過程中，靈敏度的計(jì) 算公式如下：
[0046] 歸一化靈敏度的計(jì)算公式如下：
[0048] 其中，Parameter為某個(gè)參數(shù)標(biāo)稱值的數(shù)值；ΔParameter為某個(gè)參數(shù)的變化量； Signal對應(yīng)某種類型光譜在某個(gè)波段范圍的譜值；△ Signal為所選的測量波段對所選全 體波長間隔點(diǎn)處光譜值變化的綜合處理結(jié)果；iSignall.為針對所選全體波長間隔點(diǎn)處光譜 絕對值的方差，可用于表征信號強(qiáng)度。
[0049] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0050] 圖1為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的方法的流程示意圖；本發(fā) 明的確定結(jié)構(gòu)參數(shù)的可控測量精度的方法主要涉及圖5所示的對待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及 光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析步驟。
[0051 ] 其中，本實(shí)施例的方法主要通過計(jì)算機(jī)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的所述計(jì) 算機(jī)設(shè)備包括0CD測量設(shè)備。
[0052] 需要說明的是，所述0CD測量設(shè)備僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的計(jì)算 機(jī)設(shè)備如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)，并以引用方式包含于此。
[0053] 根據(jù)本實(shí)施例的方法包括步驟S1、步驟S2和步驟S3。
[0054] 在步驟S1中，對于多個(gè)測量模式中每一個(gè)測量模式，計(jì)算機(jī)設(shè)備根據(jù)該測量模式 下各個(gè)光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)稱值以及預(yù)設(shè)最大誤差值，確定所有光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)引入的總的系 統(tǒng)噪聲，作為與該測量模式對應(yīng)的系統(tǒng)噪聲；其中，所述測量模式規(guī)定了用于0CD測量的測 量光的光譜類型以及各個(gè)光學(xué)