[发明专利]一种生成样品的光谱数据库及获取参数信息的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺中的光学关键尺寸测量技术，尤其涉及一种生成集成电路器件样品的光谱数据库及获取样品参数信息的方法和装置。

背景技术

近年来，半导体工业遵循摩尔定律向深亚微米技术节点持续推进，集成电路器件的尺寸不断缩小，器件结构设计愈加复杂。器件的测量面临较大挑战，只有通过严格的尺寸控制才能获得完整的电路功能和保持器件高速工作，因此器件的关键尺寸成功地在线测量对提高良率极为必要。然而，图形尺寸和设计规则的缩小，以及新制程和新材料不断引入独特的测量要求，使得在线测量面临着全新挑战。

光学关键尺寸(OCD,Optical Critical-Dimension)测量技术是半导体制造工艺中一种常用的关键尺寸测量技术，其基本工作原理可描述为：（1）根据样品的工艺信息建立样品周期性结构的形貌模型，其中形貌模型由样品轮廓结构参数决定；（2）建立与样品的形貌模型相对应的理论光谱库，相应地，变化形貌模型的参数，就有不同的样品理论光谱,其中理论光谱库中数据的描述形式有反射率R_s和R_p、透射率T_s和T_p、偏振态变化的描述tanΨ和cosΔ、偏振态分析的傅立叶系数α和β、直接输出描述散射过程的穆勒矩阵（MuellerMatrix）等；（3）通过光学关键尺寸测量设备获得的样品的测量光谱；（4）从理论光谱库中寻找与测量光谱最佳匹配的特征光谱，从而确定该样品的形貌参数。OCD测量方法可以实现CD及其它形貌尺寸的测量，并且具有非接触性、非破坏性、同时测量多个工艺特征、可实现工艺的在线测量等诸多优势，因此越来越广泛地应用于半导体制造工业中，并朝着更快速更准确地测量愈精细结构的方向迅速发展。

如图1所示，被测样品区域为二维周期性结构。光栅的入射层材料（如空气）用其光学性质参数(n₁,k₁)描述，n为材料的折射率，k为材料吸收系数。从上往下，第一层为周期为PITCH的梯形光栅层，其材料为(n₂,k₂)，用(TCD,BCD,HT)描述；第二层为薄膜层，其材料为(n₃,k₃)，厚度用Thickness描述；第三层为衬底，其材料为(n₄,k₄)。通常情况下材料的信息可以通过薄膜测量技术获知。因此，样品模型可以用参数向量v=(TCD,BCD,HT,Thickness)^T描述，若一般化描述，可以写为v=(V₀,V₁,...,V_N-1)^T，V_i,i=0,...,N-1为各层结构全部的参数。根据光散射理论，对于特定的样品v，理论光谱的数值可以用一组复杂理论方程确定。

样品的特征光谱s(v,λ)可以通过光学关键尺寸测量设备获取，若获取的测量光谱为s_M(λ)，在不考虑测量噪声的情况下s(v,λ)=s_M(λ)。则找到s(v,λ)对应的v就可获得测量参数。其思路是：查找理论光谱s(v^*,λ)与测量光谱s_M(λ)能够最佳匹配的一个参数组合v^*=(V₁^*,V₂^*,...,V_I^*)^T，则被测样品的形貌就可以用参数V₁^*,V₂^*,...,V_I^*表示。

因此，需建立一种建立光谱数据库并进行光谱匹配的方法。思路为：根据有关工艺获知待测样品可能的偏移量，建立模型并设置模型各个变量参数的浮动范围和浮动步长，其中各个变量的步长设置基于测量光谱的噪声情况，以及各个参数测量精度要求，并由灵敏度分析来确定。假设样品结构需要用I个参数描述，即v=(V₁,V₂,...V_I)^T，每个变量对应的参数范围为V_imin<V_i<V_imax,i=1,..I，变量步长为ΔV_i，从而可以确定每个变量的离散值为：