确定测量模式和光学系统参数容差的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种在计算机设备中面向待测器件结构 的用于确定光学关键尺寸0⑶(Optical Critical Dimension)测量中的测量模式和(XD测 量设备的光学系统参数容差（即，0CD测量设备的各光学系统参数的最大可接受误差范围） 的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 随着2x纳米技术节点后摩尔时代的临近，器件的结构尺寸越来越小，新制程和新 材料引入独特的图形设计规则和测量要求，如三维快闪存储器3D (3-Dimensional) Flash、 鳍型场效应晶体管FinFET(Fin-Field-Effect-Transistor)、沉浸式光刻、光学邻近校正 0PC(0ptical Proximity Correction)、基于设计的测量 DBM(Design Based Metrology)、 双重掩膜DP(Double Patterning)、应变沟道和晶片堆迭通孔技术TSV(Through Silicon Via)等3D器件和新技术的导入，驱动光学关键尺寸(XD(0ptical Critical Dimension)测 量技术进一步提升测量的灵敏度和精确度，以应对愈加微细的工艺控制需求和尺寸越来越 小的器件结构的测量要求。
[0003] 目前，常用于极大规模集成电路制造工艺中的、基于散射光谱信号的光学关键尺 寸0CD测量设备的主要光学系统硬件装置都是固定组装的，在测量器件结构时，其相应的 光学系统参数（"0CD测量设备的光学系统参数"以下均简称为"光学系统参数"）也是固 定不变的。这种测量方式难以满足目前对不同器件的高灵敏度和精确度测量需求。同时， 芯片生产对各道工序中涉及的各个待测结构参数的容差提出具体的精确度需求，因此，如 何针对性的改进光学测量系统设备的硬件装置的精确度，既满足测量精确度要求，同时高 效实现测量设备的改造升级，成为面临解决的重要问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种在计算机设备中用于确定0CD测量中的测量模式和光 学系统参数容差（即，0CD测量设备的各光学系统参数的最大可接受误差范围）的方法和 装置。
[0005] 根据本发明的一个方面，提供一种在计算机设备中用于确定0CD测量中的测量模 式和光学系统参数容差的方法，其中，该方法包括以下步骤：
[0006] a对于多个测量模式中的每一个测量模式，根据待测结构模型的多个结构参数中 每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的归一化的信号偏移量，并 通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，选择其中最小的归一 化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量，其中，所述测量模式规定 了用于测量所述待测结构模型的测量光的光谱类型以及光学系统参数组合；
[0007] b从所述多个测量模式中选择所对应的归一化的信号偏移量最大的测量模式，作 为最佳测量模式；
[0008] c根据最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述光学系统参数容 差。
[0009] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种在计算机设备中用于确定0CD测量中的 光学系统参数容差的取值范围确定装置，其中，该取值范围确定装置包括以下装置：
[0010] 第一确定装置，用于对于多个测量模式中的每一个测量模式，根据待测结构模型 的多个结构参数中每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的归一化 的信号偏移量，并通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，选 择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量，其中， 所述测量模式规定了用于测量所述待测结构模型的测量光的光谱类型以及光学系统参数 组合；
[0011] 第一选择装置，用于从所述多个测量模式中选择所对应的归一化的信号偏移量最 大的测量模式，作为最佳测量模式；
[0012] 第二确定装置，用于根据最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所 述光学系统参数容差。
[0013] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：1)可以通过分析待测结构模型的每个结 构参数引起的归一化的信号偏移量，来确定满足一个待测结构的所有结构参数的测量灵敏 度和精确度要求（即工艺容差定义）的最佳测量模式及该最佳测量模式所对应的各个光学 系统参数的参数值，使得能够在该最佳测量模式下对该待测结构进行0CD测量，并大幅提 高该待测结构测量结果的精确度；2)可根据最佳测量模式对应的未归一化的信号偏移量， 来确定满足待测结构的测量灵敏度和精确度要求情况下的各个光学系统参数所允许的最 大可接受误差范围，即光学系统参数容差。从而可针对性的提出对各个光学系统参数的设 计要求，对各个光学系统参数在测量光路中的不确定性予以控制，以达到抑制光学系统参 数所引起的测量噪声的目的；3)可以获取最佳测量模式下各个光学系统参数所引起的噪 声之间的比例关系，该比例关系可以用于进行进一步的噪声控制。并且，本发明的方案可以 定性的描述硬件的改进方向，以及定量指出各光学系统参数的改进空间。
【附图说明】
[0014] 通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它 特征、目的和优点将会变得更明显：
[0015] 图1为本发明的一个优选实施例的在计算机设备中用于确定0CD测量中的测量模 式和光学系统参数容差的方法的流程示意图；
[0016] 图2为本发明的一个优选实施例的在计算机设备中用于确定0CD测量中的测量模 式和光学系统参数容差的容差取值范围确定装置的结构示意图；
[0017] 图3为基于0⑶测量原理进彳丁 0⑶测量的流程7K意图；
[0018] 图4为鳍式场效应晶体管FinFET示例的剖面示意图；
[0019] 图5为一个优选实施例的根据曲线来确定光学系统参数中的第一参数容差的示 意图；
[0020] 图6为图4所示的待测结构模型的多个结构参数的未归一化的信号偏移量的柱状 分布示意图；
[0021] 图7为图4所述的待测结构模型的结构参数的信号偏移量、第一参数引起的噪声、 第二参数引起的噪声之间的关系示意图。
[0022] 附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
【具体实施方式】
[0023] 为更清楚地说明本发明的方案，以下先对0CD测量原理进行说明：
[0024] 0⑶测量原理的实现步骤可包括：
[0025] 1) 0⑶测量设备建立与待测结构的形貌相对应的理论光谱数据库。
[0026] 该步骤的具体实现方式包括：首先，0CD测量设备根据待测结构的形貌建立待测 结构模型；接着，0CD测量设备根据所选的测量模式和光学系统参数对该待测结构模型进 行理论仿真，来获取待测结构相应的理论光谱；然后，0CD测量设备根据仿真获取的待测结 构的理论光谱，来建立待测结构的理论光谱数据库。
[0027] 其中，待测结构模型可通过其结构参数变量来被确定，一个待测结构具有多个结 构参数变量。一般地，可用参数向量X = (X。，X:，...，D'xy j = 〇,...，L-1，来表示待测 结构全部的结构参数。对于给定的具体结构参数组合χ，根据周期性结构的光散射原理，可 以计算相应该结构参数的待测结构的理论光谱s (λ )。赋予不同结构参数数值的组合，会产 生不同的理论光谱，从而可根据该等不同的理论光谱建立待测结构的理论光谱数据库。
[0028] 作为一个不例，可根据严格稱合波分析RCWA (Rigorous Coupled-Wave Analysis) 来获取待测结构的理论光谱数据。
[0029] 本领域技术人员应该理解，上述采用RCWA方法来获取待测结构的理论光谱数据 的方式仅为举例，任何其他计算理论光谱数据的方法，如可利用本发明的方法，均应包含在 本发明的保护范围以内，并以引用方式包含于此。
[0030] 2) 0⑶测量设备获得待测结构的测量光谱。
[0031] 具体地，0CD测量设备获取包含待测结构的结构信息的散射信号，并将接收到的散 射信号处理为包含待测结构的结构信息的测量光谱。其中，测量光谱的数值的描述形式包 括但不限于：反射率R s, Rp (如用于描述SR, Spectroscopic Ref lectometry)、偏振态变化的 描述tan Ψ和cos Δ (如用于描述SE, Spectroscopic Ellipsometry)、偏振态分析的傅立叶 系数α, β (如用于描述SE,Spectroscopic Ellipsometry)、直接输出描述散射过程的穆 勒矩阵（Mueller Matrix)、NCS谱型等；其中，NCS谱型表示分别对应称之为N、C、S的三条 偏振光谱，N、C、S分别是stoke向量的元素，在穆勒矩阵光谱类型中，stoke向量是表示出 射光和入射光的一种方式。
[0032] 3)从理论光谱数据库中寻找与测量光谱最佳匹配的特征光谱，从而确定该待测结 构的结构参数。
[0033] 具体地，0CD测量设备根据预定匹配标准，将步骤1)中建立的待测结构的 理论光谱数据库与步骤2)中获得的待测结构的测量光谱进行匹配，来获取理论光谱 数据库中的、与测量光谱最佳匹配的特征光谱，并根据该特征光谱所对应的参数向量 X+ = 来确定最佳匹配时该待测结构的结构参数，其中，Xj，j = 0, ...，L-1， 来表示待测结构全部的结构参数。也即，参数向量χ1* = (.τ(Κ,...,对应的理论光谱 sU' λ)与测量光谱8Μ(λ)可实现最佳匹配。优选地，所述预定匹配标准可以采用拟合优 度 GOF(Goodness of Fit)或均方根误差 RMSE (Root Mean Square Error)等。
[0034] 图3为根据上述(XD测量原理进行(XD测量的流程示意图。
[0035] 在对待测结构的结构参数进行灵敏度分析的过程中，灵敏度公式定义如下：
[0037] 其中，Parameter为某个结构参数标称值的数值，也可符号化为Xj ; AParameter 为对应该结构参数引入的一个变化量，即Λ x]，因此有：
[0039] Signal为某种类型光谱在某个波段范围的信号值；△ Signal为结构参数Xj在该 波段范围的整体信号偏移量，其可通过对结构参数X]的浮动值△^在所选全体波长点引起 的光谱信号偏移量进行统计处理来获得。
[0040] 同时，定义Δ S (X，Δ λ J表示结构参数Xj在某波长点λ ;，（i = 1，. . .，N)处的 光谱信号偏移量。如下式：
[0041] Δ S (χ, Δ X j, λ ;) = s (χ, Δ χρ λ ；) -s (x, 0, λ J
[0042] 其中，s(x，AXj，λ]表示结构参数Xj基于其标称值浮动A Xj时在波长点 产生的光谱数据，同时，其余结构参数取相应标称值；S(x，0, λ i)表示结构参数x]为其标称 值时在波长点λ i处产生的光谱数据，即是，全体结构参数取其标称值。
[0043] 通常，Λ Signal采取均方根误差计算方式对所选测量波段的光谱变化值进行处 理，N表示所选波段所包含的波长点数目，λ ;，（i = 1，. . .，N),结合对Δ S (χ, Δ χ,, λ J的 定义，有下式，
[0045] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0046] 图1为本发明的一个优选实施例的在计算机设备中用于确定0CD测量中的测量模 式和光学系统参数容差的方法的流程示意图；本发明的确定0CD测量中的测量模式和光学 系统参数容差的方法主要涉及图3所示的对待测结构的结构参数及光学系统参数进行灵 敏度分析的步骤。
[0047] 其中，本实施例的方法主要通过计算机设备来实现。优选地，根据本发明的所述计 算机设备包括0CD测量设备。
[0048] 需要说明的是，所述0CD测量设备仅为举例，其他现有的或今后可能出现的计算 机设备如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。
[0049] 根据本实施例的方法包括步骤S1、步骤S2和步骤S3。
[0050] 在步骤S1中，对于多个测量模式中的每一个测量模式，计算机设备根据待测结构 模型的多个结构参数中每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的归 一化的信号偏移量，并通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对 t匕，选择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量， 其中，所述测量模式规定了用于测量所述待测结构模型的测量光的光谱类型以及光学系统 参数组合。
[0051] 其中，可采用多种方式来表示所述光谱类型，例如反射率参数、偏振态变化参数、 用于偏振态分析的傅立叶系数、用于表示散射过程的穆勒矩阵（Mueller matrix)和NCS谱 型等；其中，所述光学系统参数包括任何与测量光相关的参数。
[0052] 例如，光谱类型包括反射率参数Rs和Rp、偏振态变化参数tan Ψ和cos Λ、偏振态 分析的傅立叶系数α和β ;光学系统参数包括用于各自表示一种角度的第一参数和第二 参数，其中，第一参数的取值范围为[0°，90° ]，第二参数的取值范围为[-90°，90° ]， 则所述多个测量模式包括上述光谱类型与第一参数和第二参数的组合。
[0053] 需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限 制，本领域技术人员应该理解，任何规定了用于测量所述待测结构模型的测量光的光谱类 型以及光学系统参数组合的测量模式，均应包含在本发明的测量模式的定义范围内。
[0054] 其中，所述待测结构模型为用于表示待测结构的材料及结构信息的模型；其中，所 述结构参数为任何可用于表示所述待测结构模型的结构特征的各种参数，例如，待测结构 模型的关键尺寸、涂层厚度、侧壁角度和高度等；其中，所述预设最大容差值用于表示由用 户或客户定义的，或由待测结构在制造工艺中的精确度控制需求所决定的，相应体现在待 测结构模型中的结构参数所允许的误差范围。
[0055] 例如，图4所示为鳍式场效应晶体管FinFET示例的剖面示意图，该待测结构模型 的结构参数包括如图 4 中所不的 Fin_CD、TiN_coat、HK_coat、hardmask_HT、Fin_height、 Box_height、S01_recess ;其中，关键尺寸Fin_CD所对应的最内层柱状体的材料为Poly Si (多晶硅），覆盖层厚度Tin_coat所对应的第一层覆盖层的材料为TiN (氮化钛），覆盖层 厚度HK_coat所对应的第二层覆盖层的材料为Hf02 (二氧化铪），hardmask_HT所对应部分 的材料为SiN(氮化娃），第二层覆盖层和最内层柱状体之间除hardmask_HT所对应部分以 外的覆盖层的材料为Si0 2，底座中最底层的材料为Si (硅），最底层上一层的材料为Si02 ; 其中，结构参数Fin_CD的预设最大误差值为0. lnm，即表示结构参数Fin_CD所允许的误差 范围为（_〇· lnm，+0· lnm)。
[0056] 需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限 制，本领域技术人员应该理解，任何用于表示所述待测结构模型的结构特征的各种参数，均 应包含在本发明的结构参数的定义范围内。
[0057] 具体地，在步骤S1中，对于多个测量模式中的每一个测量模式，计算机设备确定 每个结构参数的归一化的信号偏移量后，通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移 量的数值进行对比，选择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一 化的信号偏移量。
[0058] 例如，对于图4所示的待测结构模型，计算机设备确定该待测结构模型的每 个结构参数的归一化的信号偏移量分别为：Normalized_A SignalFIN_eD，Normal ized_ ASignalTincoat，Normalized-ASignalHKcoat，Normalized_ASignal hardmaskHT，Normalized_ Δ SignalFin height, Normalized_ Δ SignalBoxJieight, Normalized_ Δ SignalS0I recess ；计算机 设备对上述归一化的信号偏移量的数值进行对比，并选择其中数值最小的信号偏移量 N〇rmalized_ASignalsw__ess作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量。
[0059] 需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限 制，本领域技术人员应该理解，任何对于多个测量模式中的每一个测量模式，根据待测结构 模型的多个结构参数中每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的归 一化的信号偏移量，并通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对 t匕，选择其中最小的归一化的信号偏