利用几何模型进行3D临界尺寸测量的制作方法

本领域涉及临界尺寸(cd)测量。

背景技术：

1、半导体制造需要越来越精确的临界尺寸(cd)计量和各种小型结构的材料成分测量，这些小型结构在半导体装置制造中生产并且通过研发进行探索。这样的结构的临界尺寸可以包括沟槽的深度、重复结构的间距、侧壁角度和下面的薄膜厚度等。这些测量由ocd、cd-sem、(s)tem、fib-sem、eds和其他方法提供。(s)tem是直接成像技术，具有最高分辨率，并且因此通常被认为是获得个体签名的cd测量的直接成像技术中质量最好的。然而，(s)tem的吞吐量低，并且样本制备需要破坏性过程。由于现代半导体制造中的在线计量需要高吞吐量和非破坏性方法，所以(s)tem已被用作参考计量。光学临界尺寸(ocd)方法和cd-sem已被用作在线计量方案。随着装置大小不断缩小并且向3d架构发展，cd-sem只能提供有限的计量数据。ocd可以提供快速、在线和3d计量方案。然而，与任何基于模型的光学计量技术一样，ocd依赖于模型的准确性和可靠性。

2、建立密集ocd模型的传统方法基于大量光谱的物理计算和回归分析。然后将测量的光谱与模型的模拟光谱进行比较，以找到最佳拟合。为了提高ocd测量的准确性和可靠性，cd-sem、(s)tem测量和其他技术的结果被输入ocd工具以验证模型。由于纳米级的n和k限制、表面和边缘粗糙度、材料成分的小偏差以及来自gaa和其他先进装置工艺的新3d架构，所以诸如随着参数相关性和歧义问题的增加，构建准确可靠的模型变得非常具有挑战性。这需要大量的计算能力(成本)和较长的解决时间。机器学习(ml)可以通过反复试验和反馈循环学习来提供更快的方案。但ml从根本上受到数据质量的限制。

3、因此，仍然需要通过使用直接尺寸和材料成分测量结果的准确可靠的3d建模来缩短ocd测量时间以提供优质方案。

技术实现思路

1、根据所公开技术的一方面，方法包括：获取模型样本的体积的一系列图像或光谱；使用一系列图像重建模型样本的体积的3d图像；通过形成重建的3d图像的分割并且将一个或多个原始几何形状拟合到分割来构建模型样本的体积的3d模型；获取测试样本图像或光谱；以及使用构建的3d模型测量测试样本临界尺寸，以指导测试光谱或图像的分析。一些方法示例包括将测量的临界尺寸与构建的3d模型的cd测量进行比较以验证直接cd测量准确性。一些方法示例包括通过测量构建的3d模型的尺寸来测量一系列图像或光谱的模型样本的临界尺寸、形状、轮廓和成分。在一些示例中，获取模型样本的体积的一系列图像或光谱包含，对于一系列图像中的每个图像，调整模型样本处的成像光束的参数和/或支撑模型样本的移动平台的参数，并且在每次调整后使用一个或多个图像传感器收集图像。

2、根据所公开技术的另一方面，方法包括：从3d图像构建模型样本的体积的3d模型，以形成构建的3d模型；通过将ocd探测光束引导至测试样本并且检测ocd响应光束来获取测试样本的光学临界尺寸(ocd)光谱；以及将获取的ocd光谱与模拟的ocd数据进行比较以确定测试样本的cd、形状、轮廓和成分，其中，模拟的ocd数据对应于ocd探测光束的模拟ocd响应光束特性，ocd探测光束指向对应于构建的3d模型的形状。一些示例还包括使用构建的3d模型和相关联的参数作为模拟的输入和约束，利用数值求解器执行ocd模拟以产生模拟的ocd数据。在一些示例中，模拟包括基于严格耦合波分析(rcwa)、有限元建模(fem)和/或有限差分时域法(fdtd)对方程组进行数值求解。在一些示例中，模拟的ocd数据包含通过改变3d模型的一个或多个参数迭代的多个数值求解的解中的一个。在一些示例中，3d图像通过以下方式来获得：获取模型样本的体积的一系列图像或光谱；以及使用一系列图像重建模型样本的体积的3d图像；在一些示例中，构建的3d模型通过形成重建的3d图像的分割并且将一个或多个原始几何形状拟合到分割来获得。一些方法示例可以包括：从光学临界尺寸(ocd)系统库中检索构建的3d模型；以及调整构建的3d模型的原始几何形状以对应ocd测试样本的结构。

3、根据所公开技术的另一方面，一种3d直接计量测量系统包括：移动平台；光束源，其配置为将光束引导至由移动平台支撑的模型样本；传感器，其配置为接收来自模型样本的粒子；以及处理器，其耦合到移动平台和传感器，处理器耦合到或包括代码，当由处理器执行时，代码使系统获取模型样本的体积的一系列图像或光谱；使用一系列图像重建模型样本的体积的3d图像；通过形成重建的3d图像的分割并且将一个或多个原始几何形状拟合到分割来构建模型样本的体积的3d模型；以及通过以下方式测量测试样本的临界尺寸获取测试样本的一个或多个图像，标识与构建的3d模型具有相似性的测试样本的一个或多个图像的一部分，以及从获取的图像测量测试样本的临界尺寸(cd)。在一些示例中，处理器耦合到或包括代码，当由处理器执行时，代码使系统通过以下方式测量测试样本的临界尺寸：获取测试样本的一个或多个图像和/或光谱，标识与构建的3d模型具有相似性的一个或多个图像的一部分，以及从获取的图像和光谱测量测试样本的临界尺寸(cd)、形状、轮廓和材料成分。在一些示例中，处理器耦合到或包括代码，当由处理器执行时，代码使系统在通过测量构建的3d模型的尺寸获取一系列图像和/或光谱的位置处测量模型样本的临界尺寸。在一些示例中，处理器耦合到或包括代码，当由处理器执行时，代码使系统：检索从光学临界尺寸(ocd)模型库中获得的构建的3d模型；以及调整构建的3d模型的原始几何形状以对应ocd测试样本的结构。

4、根据所公开技术的另一方面，一种光学临界尺寸(ocd)测量系统包括：移动晶片台；ocd探测光束源，其配置为将ocd探测光束引导至由移动平台支撑的测试晶片；传感器，其配置为检测来自测试晶片的ocd响应光束；以及ocd处理器，其耦合到移动平台和传感器，ocd处理器耦合到或包括代码，当由ocd处理器执行时，代码使系统通过将ocd探测光束引导至测试晶片并且检测ocd响应光束来获取测试晶片的光学临界尺寸(ocd)数据；以及将获取的ocd数据与模拟的ocd数据进行比较以确定测试晶片的临界尺寸、形状、轮廓和成分，其中，模拟的ocd数据对应于ocd探测光束的模拟ocd响应光束特性，ocd探测光束指向对应于构建3d模型的形状，其中，构建的3d模型包含拟合到重建的3d图像的分割的一个或多个原始几何形状的布置。在一些示例中，处理器耦合到或包括代码，当由处理器执行时，代码使系统使用构建的3d模型和相关联的参数作为模拟的输入和约束，利用数值求解器执行ocd模拟以产生模拟的ocd数据。在一些示例中，模拟包括包括基于严格耦合波分析(rcwa)、有限元建模(fem)和/或有限差分时域法(fdtd)对方程组进行数值求解数值求解。

5、根据所公开技术的进一步方面，计算机可读存储介质包括存储的处理器可执行指令，配置为执行本文所描述的任何方法示例。

6、所公开技术的上述和其他目标、特征以及优点将根据以下参考附图进行的详细描述而变得更加明显。