一种用于优化光学系统参数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用于确定光学关键 尺寸0CD(0ptical Critical Dimension)测量中的结构参数的可控测量精度的方法和装 置。
【背景技术】
[0002] 在集成电路产业，主要应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测量设备的系统硬件部分，其主要的噪声来源是0CD测量设备的光 学系统参数的误差，即理论设计参数和实际组装得到的参数之间的差别。目前基于散射光 谱信号的0CD测量设备的硬件部分的光学部件通常是固定不变的，因而光学系统参数通常 是按设计设置不变的，然而，包含待测器件结构的信息的散射光谱信号，对0CD测量设备的 各个光学系统参数具有相当不同的灵敏度。也就是说，不同的待测器件结构，以及待测器件 结构的不同结构参数，如关键尺寸CD和侧壁角SWA等，其对于不同的光学系统参数具有相 当的灵敏度差异。而灵敏度关系到测量的信噪比进而影响测量结果的准确性和工艺控制能 力。比如，对于某种常见于1C制造的由多晶硅（Poly)构成的周期性光栅结构，关键尺寸 CD的测量精度和0CD工艺控制能力严重依赖于0CD测量设备的光学系统参数的设置，对于 最高灵敏度和最低灵敏度的光学系统参数的设置，其灵敏度差异可能达到十数倍甚至几十 倍，这意味着对于具有相同硬件精度的0CD测量设备，采用高灵敏度的光学系统参数设置， 将极大的提升0CD测量设备对待测结构参数的测量精度和对工艺流程的控制能力。然而， 目前的光学系统参数是预先设置固定的，在0CD测量中不能够针对不同的待测结构参数而 灵活的选择高灵敏度、高信噪比的测量模式。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种优化光学系统参数的方法和装置。
[0004] 根据本发明的一个方面，提供一种优化光学系统参数的方法，其中，该方法包括以 下步骤：
[0005] a对于多个测量模式中每一个测量模式，根据该测量模式下各个光学系统的设计 参数值以及实际组装集成可能得到的最大误差范围，确定所有光学系统参数可引入的总的 系统噪声，作为与该测量模式对应的系统噪声，其中，所述测量模式规定了用于0CD测量的 测量光的光谱类型以及各个光学系统参数的组合；
[0006] b对于待测结构模型的每个结构参数，执行以下步骤：
[0007] bl对于多个测量模式中每一个测量模式，根据该测量模式所对应的系统噪声，并 结合该结构参数的标称值与多个浮动值，同时基于所述待测结构模型的其他结构参数的标 称值，确定该结构参数在该测量模式下的可控测量精度；
[0008] b2根据该结构参数在所述多个测量模式下的多个可控测量精度，确定该结构参数 的一个或多个可选测量模式，并将该结构参数分别在所述一个或多个可选测量模式下的一 个或多个可控测量精度，作为该结构参数对应的可控测量精度。
[0009] 根据本发明的另一个方面，还提供了一种优化光学系统参数的精度确定装置，其 中，该精度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每一个测量模式，根据该测量模式下各 个光学系统参数的标称值以及预设最大误差值，确定所有光学系统参数引入的总的系统噪 声，作为与该测量模式对应的系统噪声，其中，所述测量模式规定了用于0CD测量的测量光 的光谱类型以及各个光学系统参数的组合；
[0011] 其中，该精度确定装置还包括对于待测结构模型的每个结构参数执行操作的以下 装置：
[0012] 第二确定装置，用于对于多个测量模式中每一个测量模式，根据该测量模式所对 应的系统噪声，并结合该结构参数的标称值与多个浮动值，同时基于所述待测结构模型的 其他结构参数的标称值，确定该结构参数在该测量模式下的可控测量精度；
[0013] 第三确定装置，用于根据该结构参数在所述多个测量模式下的多个可控测量精 度，确定该结构参数的一个或多个可选测量模式，并将该结构参数分别在所述一个或多个 可选测量模式下的一个或多个可控测量精度，作为该结构参数对应的可控测量精度。
[0014] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：1)可以在每个测量模式下，通过确定由 光学系统参数的不确定性引起的系统噪声，来确定待测结构模型的多个结构参数的中的每 个结构参数在该测量模式下的可控测量精度，且对于每个结构参数，通过比较其在多个测 量模式下的可控测量精度，可确定该结构参数的最佳测量模式，以及其在该最佳测量模式 下的最佳可控测量精度，从而可以针对结构参数来选择满足其测量精度需求的测量模式， 且使得在0CD测量过程中能够结合不同的结构参数的不同精度需求，来确定能够满足所有 结构参数的精度需求的可选测量模式；2)通过将结构参数的多个可控测量精度与预定参 数容差值进行比对，可在实际测量之前确定测量设备是否能够满足结构参数的精度需求， 并可确定一个或多个能满足结构参数精度需求的可选测测量模式。
【附图说明】
[0015] 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：
[0016] 图1为本发明的一个优选实施例的优化光学系统参数的方法的流程示意图；
[0017] 图2为本发明的另一个优选实施例的优化光学系统参数的方法的流程示意图；
[0018] 图3为本发明的一个优选实施例的优化光学系统参数的精度确定装置的结构示 意图；
[0019] 图4为本发明的另一个优选实施例的优化光学系统参数的精度确定装置的结构 示意图。
[0020] 图5为基于(XD测量原理进行(XD测量的流程示意图；
[0021] 图6为多晶硅待测结构的待测结构模型示意图；
[0022] 图7为基于图6所示的待测结构模型来确定结构参数CD的可控测量精度的示意 图；
[0023] 图8为固定第一参数时结构参数的可控测量精度随第二参数变化的分布示意图；
[0024] 图9为图6所示待测结构模型的结构参数t_poly随系统参数变化的分布示意图。
[0025] 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】
[0026] 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：
[0027] 0⑶测量原理的实现步骤可包括：
[0028] 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。
[0029] 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测量设备对该待测结构模型进行理论仿真，来获取待测结构的理论光 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。
[0030] 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V = (V。，Vi,. . .，D'Vi, i = 0,. . .，L-1，来表示待测 结构全部的结构参数，如图6所示的待测结构模型包括结构参数⑶、SWA、t_poly、t_oxide, 则可用参数向量v =(⑶，SWA, t_poly, 1:_(?1(16)1'来描述该待测结构模型。对于给定的具体 结构参数组合V，根据周期性结构的光散射原理，可以计算具体结构参数确定的待测结构模 型对应的待测结构的理论光谱s ( λ )。赋予不同结构参数的组合，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。
[0031] 作为一个示例，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：
[0032] 光在物质中的传播规律符合电磁波的普遍理论，即麦克斯韦（MAXWELL)方程 组。在RCWA分析方法中，参数向量v决定了整个空间材料（n，k)的周期性分布规律，用 ε (x，y，z)表示材料的介电系数的分布。以二维光栅为例，设在（x，z)平面里，材料的介电 常数呈周期性变化，而在y方向均匀。在z方向进行分层，每层的材料表示为 eni(x，Zni)，m 为^方向的层数，111=1，2，...，1。贝1]￡|11(\2|11)在1方向具有周期性，因此可以用傅立叶 (Fourier)级数描述：
[0034] 其中d为周期。在第m层，对于TE模电场E可以展开为（2N+1)阶谐波，如下所 示：
[0036] 其中，TE模是指在波导中，电场的纵向分量为零，而磁场的纵向分量不为零的传播 模式。k nx，knz为波矢在x，z的分量，即每一层的电场可以用（2N+1)阶散射光电场描述。若 散射阶次（2N+1)足够大，则E的精度可以得到保证。S nni(z)为各阶散射光电场的幅度大小。 对于各层利用波动方程和各层的边界条件，可以获得一组常系数微分方程组。最后通过解 决矩阵特征值和特征向量的问题可以求解出各层的E"，并最终求出各级散射光。根据求解 的散射光，可以转换为0CD测量设备输出的测量光谱的描述形式。
[0037] 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。
[0038] 2) 0⑶测量设备获得待测结构的测量光谱。
[0039] 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、偏振态变化的描述tan Ψ和cos Λ、偏振态分析的傅立叶系数 α，β、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7K出射光和入射光的一种方式。
[0040] 例如，0CD测量设备包括散射光谱仪，其获得待测结构的测量光谱的步骤包括：首 先，散射光谱仪的光源经过起偏器入射至待测结构的被测周期性结构区域，该光源经过待 测结构的散射产生包含待测结构的结构信息的散射信号；接着，散射光谱仪的探测器通过 检偏器接收该散射信号；然后，散射光谱仪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。
[0041] 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。
[0042] 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f ,...,Pif，来确定最佳匹配时该待测结构的结构参数，也即，参数向量 / = ^，6,...,</对应的理论光谱8(/，入）与测量光谱％(入）可实现最佳匹配。优选地， 所述预定匹配标准可以采用GOF(Goodness of Fit,拟合优度）或RMSE (Root Mean Square Error,均方根误差）等。
[0043] 图5为根据上述0⑶测量原理进行0⑶测量的流程示意图。
[0044] 在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过程中，灵敏度的计 算公式如下：
[0046] 归一化灵敏度的计算公式如下：
[0048] 其中，Parameter为某个参数标称值的数值；ΔParameter为某个参数的变化量； Signal对应某种类型光谱在某个波段范围的谱值；△ Signal为所选的测量波段对所选全 体波长间隔点处光谱值变化的综合处理结果；iSignall.为针对所选全体波长间隔点处光谱 绝对值的方差，可用于表征信号强度。
[0049] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0050] 图1为本发明的一个优选实施例的优化光学系统参数的方法的流程示意图；本发 明的确定结构参数的可控测量精度的方法主要涉及图5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步骤。
[0051 ] 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。
[0052] 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。
[0053] 根据本实施例的方法包括步骤S1、步骤S2和步骤S3。
[0054] 在步骤S1中，对于多个测量模式中每一个测量模式，计算机设备根据该测量模式 下各个光学系统参数的标称值以及预设最大误差值，确定所有光学系统参数引入的总的系 统噪声，作为与该测量模式对应的系统噪声；其中，所述测量模式规定了用于0CD测量的测 量光的光谱类型以及各个光学