[发明专利]用于光学关键尺寸测量的方法及装置

说明书

本发明描述了一种在光学关键尺寸(OCD)测量设备中的提升光谱曲线匹配可靠性和测量精确度的方法及装置。其包括对各个待测结构参数在全体波长点的理论光谱进行灵敏度分析并获取灵敏度随波长分布；对各个待测结构参数的灵敏度随波长分布进行归一化处理；灵活设置统化权重系数并对所述归一化的灵敏度随波长分布进行统化处理；在理论光谱与测量光谱的匹配过程中在每个波长点设置匹配权重系数并对理论光谱与测量光谱进行评价优化操作以判定两者的匹配程度；这样，实现了匹配评价的优化设计并达到了待测结构参数拟合值精确度的提升。

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺的光学关键尺寸的测量，更具体而言，涉及一种在光学关键尺寸OCD(Optical Critical Dimension)测量设备中提升光谱曲线匹配可靠性和测量稳定性的测量方法。

背景技术

在集成电路产业，随着工艺节点的微缩，器件结构的复杂化和多样化，极大规模集成电路制造生产对测量设备的精度和灵敏度的要求也越来越高。OCD(Optical CriticalDimension)测量技术作为一种重要的关键尺寸测量技术，在65nm及以下工艺节点的逻辑器件和存储器生产中逐渐占据主导地位。

随着半导体集成电路制造工业的发展，工艺中的关键尺寸越来越小，需要控制的器件结构参数越来越多，传统的光学成像分析的方法无法满足工艺关键尺寸的测量。新的成像技术不断地应用于半导体工艺形貌的测量中，如扫描电子显微镜、原子力显微镜，可实现高精度的关键尺寸、沟槽深度尺寸的测量，但其测量过程复杂，对待测样品具有破坏性，无法实现在线测量。光学薄膜测量仪可以在无图形区域对多层不同材料的薄膜厚度进行测量，但不能对有图形区域例如周期性光栅结构进行测量。而OCD测量设备正是通过获取的被测区域周期性结构的衍射信号以及结构模型从而获取结构的具体参数。OCD测量技术可以实现关键尺寸及其它形貌尺寸的测量，在具体的测量案例中，所获得的诸多工艺尺寸可能同时需要扫描电子显微镜，原子力显微镜，光学薄膜测量仪等分别完成。由于OCD测量技术有非接触性、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更精细结构的方向迅速发展。

OCD测量技术作为当前半导体制造工艺中一种主流的工艺控制技术，其基本工作原理可描述为：(1)建立与待测样品的形貌相对应的理论光谱数据库；(2)通过OCD测量设备获得待测样品的测量光谱；(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，从而确定该待测样品的待测结构参数。

建立与待测样品的形貌相对应的理论光谱数据库，即根据光栅的模型计算具有该模型描述的待测样品的理论光谱。作为一个示例，其代表性的电磁场计算方法是：严格耦合波分析理论RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis)。待测样品的理论衍射光谱s(x,λ)可通过建立模型使用相关理论(如RCWA)计算得到。一般地，可用参数向量x＝(x0,x1,...,xL-1)T，xj,j＝0,...,L-1，来表示待测结构全部的结构参数，如图1所示的待测结构模型包括结构参数CD、SWA、HT，则可用参数向量x＝(CD,SWA,HT)T来描述该待测结构模型。

通过OCD测量设备获得待测样品的测量光谱的过程可描述为，衍射光谱仪的光源经过起偏器入射至待测样品的周期性结构区域，经过待测样品的衍射，各级衍射光中包含了待测样品的结构、材料等信息。通常零级衍射光通过检偏器被衍射探测器接收。衍射仪将接收到的衍射光信号处理为包含了待测样品信息的测量光谱。测量光谱的数值的描述形式有反射率Rs,Rp，偏振态变化的描述tanψ和cosΔ，偏振态分析的傅立叶系数α,β,或直接输出描述衍射过程的穆勒矩阵(Mueller Matrix)等形式。