[发明专利]一种理论光谱数据的优化方法、系统及光学测量方法

说明书

本发明提供一种理论光谱数据的优化方法、系统及光学测量方法，该优化方法包括:获取一在X、Y方向均具有周期性结构的样品模型；获取样品模型在X、Y方向上的收敛级次对集合；建立包括至少一个可调参数的级次对不等式，以级次对不等式为约束条件，在收敛级次对集合中提取第一优化级次对集合；基于RCWA算法，获取第一优化级次对集合中级次对集合对应的第一均方误差；将第一均方误差与预先设定的第一阈值比较，提取第二优化级次对集合；基于RCWA算法，获取第二优化级次对集合对应的理论光谱数据。本发明通过级次对不等式对收敛级次对集合进行优化，第二优化级次对集合中级次对的个数少，从而可以减少计算量，提高计算理论光谱数据的效率。

技术领域

本发明涉及光学测量领域；具体地，涉及光学关键尺寸测量领域；更具体地，涉及一种理论光谱数据的优化方法、系统及光学测量方法。

背景技术

光学关键尺寸测量(Optical Critical Dimension，简写为OCD)技术通过获取样品特定被测区域周期性结构的散射信号以及样品的模型从而估计出样品的具体形貌参数，可以满足在新制程和新技术中实现快速精确测量的需求，并且具有非接触性和非破坏性，广泛应用于半导体制造工业和光学测量中。而光学关键尺寸测量技术，其原理总体可以描述为：先建立与样品的形貌模型相对应的理论光谱数据库，再通过获取样品特定被测区域周期性结构的散射信号与理论光谱数据库的参量进行匹配从而估计出样品的具体形貌参数。在建立与样品的形貌模型相对应的理论光谱数据库过程中，计算理论光谱数据所使用的算法为严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis，简写为RCWA)算法。RCWA算法的流程是将样品的介电函数，以及样品区域的电磁场的傅里叶级数展开式代入到麦克斯韦方程组中，利用电磁场的连续条件，求解入射区域的电场，从而得到样品的反射系数。遍历每个波长点，使用RCWA算法计算对应波长点的样品的反射系数，从而得到样品的理论光谱数据。

具体地，在RCWA算法中：对于在X方向和Y方向均存在周期性结构的样品模型，一般会对该样品模型的X和Y方向不同光特性参量(例如，介电函数、电场以及磁场)进行傅里叶级数展开，傅里叶级数展开从负无穷阶到正无穷阶展开，在RCWA算法实际应用中需要对级数的级次进行截断，截断的最大级次称为截断级次，也就是说实际应用中对光特性参量进行傅里叶级数展开只展开到截断级次即可。而由于是X和Y两个方向，因此存在两个截断级次；故：

X方向的级次m的取值可以为-Nx到Nx的整数；

Y方向的级次n的取值可以为-Ny到Ny的整数；其中，X方向的截断级次记为Nx，Y方向的截断级次记为Ny。

由此，一个X方向的级次m和一个Y方向的级次n的组合称为级次对，记为(m，n)。由于X方向的级次有多个取值，Y方向的级次也有多个取值，所以它们的组合有多个，这些不同的级次对组合形成一个级次对集合，该级次对集合为X方向级次和Y方向级次的两两组合，记为：{(m,n)|-Nx≤m≤Nx,-Ny≤n≤Ny}，其中，X方向的截断级次记为Nx，Y方向的截断级次记为Ny。

基于该级次对集合，对不同光特性参量进行傅里叶级数展开，然后应用RCWA算法来计算理论光谱数据；因此，一个该级次对集合对应一个理论光谱数据。但计算效率与傅里叶级数对应的级次对的个数呈立方反比关系，故在计算理论光谱数据的时候：一方面，傅里叶级数对应的级次对的个数用的越多，RCWA算法计算理论光谱数据的精度越高，但是RCWA算法计算理论光谱数据的计算量越大，则计算效率越低；另一方面，傅里叶级数对应的级次对的个数用的越少，计算效率越高，但是会导致RCWA算法计算理论光谱数据的精度下降。因此，在计算理论光谱数据前会对不同光特性参量进行傅里叶级数展开对应的级次对集合进行收敛性分析，以获得收敛级次对集合。

收敛性分析的目的是得到收敛级次对集合，使用收敛级次对集合计算理论光谱数据，可以在确保精度的情况下提高计算效率。收敛性分析的做法是：