一种用于获取样品介质的空间谱的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造工艺中的光学关键尺寸测量和光学缺陷检测技术，尤其涉 及一种用于获取样品介质的空间谱的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 半导体芯片制造过程中，产品成品率是衡量芯片制造工艺的重要指标。为提高成 品率，现代先进的芯片制造的每一道工艺过程，都需要经过不同的检测，其中主要有光学关 键尺寸（OpticalCriticalDimension, 0〇))测量和光学缺陷检测。目前一种通用的光学 关键尺寸（0CD)的测量方法是通过获取被测区域周期性参考结构的散射信号以及结构的模 型从而估计出结构的形貌参数。0CD测量原理总体上可概括为以下三个步骤：1)理论光谱 数据库建库-根据芯片的设计和制造工艺，建立器件样品的形貌模型以及与器件样品的形 貌模型相对应的理论光谱数据库；2)光谱获取过程-获取样品的散射信号并处理为测量光 谱；3)光谱匹配过程-根据样品的形貌模型寻找特定的形貌参数使其对应的理论光谱与测 量光谱实现最佳匹配。
[0003] 随着集成电路工艺技术进入45纳米之后，图形密度不断增加、关键尺寸不断微 缩，工艺控制窗口非常狭小，以前可以被忽略的缺陷现在可能导致器件不能正常工作，成为 影响成品率的致命缺陷。缺陷检测方法通常有后道成品芯片检测和前道工艺过程检测等。 前道工艺过程检测需要快速和无损，光学成像检测技术能满足这些要求。常用的光学成像 检测技术是采用带有紫外波段的宽带照明光源和高数值孔径大视场的光学物镜系统。随着 现代半导体技术的发展，需要测量的集成电路器件样品的结构形貌越来越复杂，例如三维 器件鳍式场效晶体管（FinField-EffectTransistor，FinFET)和新型器件材料的使用，传 统的单一光学明场或暗场的光学检测模式已不再能满足缺陷检测的要求。为了增强缺陷信 号强度，提高信噪比，需要通过对入射照明光束分布有针对性的控制和对经待测硅片面反 射后通过光学放大物镜后的散射场作有针对性的选择滤波来实现优化的成像。这一优化过 程是一个非常复杂和耗时的过程，需要使用现代强大的计算机辅助设计功能来帮助实现选 择优化的检测模式。
[0004] 光学检测中无论光学关键尺寸（0CD)测量或光学成像缺陷检测都离不开应用计 算机实现严格精确的电磁场模拟计算。在这一领域，电磁场数值仿真计算代表性的一种方 法是严格波稱合分析理论（RigorousCoupled-WaveAnalysis，简称RCWA)。
[0005] 如图1，所示，设介质在x，y方向呈周期性变化。其中，P表示样品的一个周期的长 度，CD表不一个周期中光栅介质的宽度，d表不该光栅介质的高度。光栅下方的衬底可以是 硅（Si)或其它材料J是垂直于入射面的单位矢量，e是入射光与Z轴的夹角，小是入射 面与X-Z面的夹角，W是电场E与入射面的夹角，k=2 31/A，其中X是入射光波长。z方 向通常情况下并非不变，光刻掩模板通常在z方向上材料均匀，或者z方向上分成几层，每 层内介质均匀不变。硅片上z方向上可有沉积的几层不同薄膜的微细结构，同一层材料介 质均匀不变。但通常工艺制造不会得到完全理想的矩形光栅，严格波耦合分析方法需要在 Z方向将非矩形光栅的同一介质划分若干薄片。薄片的厚度划分必须足够小，以满足光散 射特性方面在Z方向介质分布均匀。这样，整个介质的光散射效果可以看成若干个叠加在 一起的Z方向介质分布均匀的薄片的光散射效果。求解出每个介质薄片上平面和下平面处 的电磁场分布就可以得出整个介质的光散射仿真。
[0006] 这里仅以横向电场（TransverseElectric,TE)平面波垂直入射二维光栅为例，对 RCWA算法作简单介绍。如图1，结构分为三层，I，光栅上层空气层，II，光栅层，III，光栅下 衬底层。
[0007] 在第一和第三层中的空间谱可以分别用以下两式表示。
【主权项】
1. 一种用于获取样品介质的空间谱的方法，其中，所述样品包括多种介质，其中，所述 方法包括以下步骤： a将一个周期结构内的样品划分为多个单元区域；b选择所述样品中的一种介质作为背景介质； c分别标记各个单元区域中样品的介质种类； d将相邻的具有同种介质的单元区域进行合并，以获得一个或多个大单元区域；e根据所获得的各个大单元区域的位置信息，将所述周期中的介质的介电常数基于傅 里叶变换展开，以获得该周期中的样品的空间谱。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤c包括以下步骤： -当单元区域中的样品包含多种介质时，根据该单元区域所包含的比例最高的介质来 标记该单元区域的介质种类。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述样品的周期结构为沿着X方向变化的一 维周期结构，所述周期共被划分为Nx个单元区域，其中，所述步骤e包括： _根据所获得的各个大单元区域各自的位置信息，将所述周期中的介质的介电常数基 于傅里叶变换展开，以获得该周期中的介质的空间谱，其中，所述傅里叶变换基于以下公式 来实现：
，Nx，下标s代表大单元区域的起始位置，e代表大单元区域的终端位置，大单元的起始边界 坐标为X(i)s、终端边界坐标为X(i)e、该大单元区域的介质的介电常数为e(i)，背景材料 的介电常数为eb，Scin是克罗内克S函数，定义如下：
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述样品的周期结构为在x、y方向上周期 性变化的二维周期结构，所述单元区域为单元格，其中，所述步骤d包括： m将各个非背景介质的单元格作为行单元格，并沿X方向判断其相邻单元格是否包含 相同介质； n当判断包含相同材质时，将该相邻单元格与所述行单元格进行合并，以获得新的行单 元格； 〇对所述新的行单元格格重复执行前述步骤m和n，直至行单元格的相邻单元格包含的 介质与其不同，并将此时所获得的各个标记为非背景介质的