[发明专利]用于椭偏量测系统的拟合优化方法和相关装置

说明书

本公开提供了一种用于椭偏量测系统的拟合优化方法及其相关装置。该方法包括：使用所述椭偏量测系统对参考样品进行M次测量，以获取对应的M个光谱信号；获取依赖于所述参考样品的理论材料模型的理论灵敏度函数；基于所述信噪比函数和所述理论灵敏度函数，获得适用于待测样品的实际测得的目标拟合函数的拟合权重函数，所述待测样品的类型与所述参考样品的类型相同；以及基于所述理论材料模型，使用所述拟合权重函数并以所述待测样品的目标待测量为变量，对所述待测样品的所述实际测得的目标拟合函数进行拟合。利用本公开的方法，可以显著地提高椭偏量测系统的测量精度和灵敏度。

技术领域

本公开涉及光学检测领域，并且特别地涉及用于椭偏量测系统的拟合优化方法和相关装置。

背景技术

在集成电路制造过程中，为提高芯片良率，需对各工艺环节进行监测，以便在制造完成前及时发现工艺问题并纠正。目前，无接触式的光学量测与检测技术被大规模用于各工艺环节的监测。

诸如光谱型的椭偏量测系统便是其中一种，它被大量用于各类半导体薄膜的厚度、光学常数、关键尺寸等性质的无损量测。当前，随着半导体工艺节点的快速发展，各种光学量测与检测设备的性能指标要求也被进一步提高。例如，椭偏量测系统的膜厚量测精度(3σ)要求已低于0.01nm。

大多数椭偏量测系统的原理都是利用一个已知偏振态的入射光，入射至待测样品；尔后，待测样品反射的光经检偏器后由光谱仪收集；最终，通过计算拟合光谱仪收集的光谱，提取出待测样品的属性。整个过程即通过分析待测样品给入射光带来的偏振变化，来获得待测样品的属性。

发明内容

本公开的目的之一在于提供一种改进的用于椭偏量测系统的拟合优化方法，其至少可以以更高地精度来实现椭偏量测系统的测量。

根据本公开的第一方面，提供了一种用于椭偏量测系统的拟合优化方法。该方法包括：使用所述椭偏量测系统对参考样品进行M次测量，以获取对应的M个光谱信号，其中每次测量对应地获取一个光谱信号，并且M为大于1的整数；基于所述M个光谱信号，计算与所述M个光谱信号相关的信噪比函数；获取依赖于所述参考样品的理论材料模型的理论灵敏度函数，所述理论灵敏度函数适于表征理论目标拟合函数相对于所述参考样品的目标待测量的理论灵敏度，所述理论目标拟合函数与入射到所述参考样品上的波长的光强的傅里叶表达式中的理论傅里叶系数相关；基于所述信噪比函数和所述理论灵敏度函数，获得适用于待测样品的实际测得的目标拟合函数的拟合权重函数，所述待测样品的类型与所述参考样品的类型相同；以及基于所述理论材料模型，使用所述拟合权重函数并以所述待测样品的目标待测量为变量，来对所述待测样品的所述实际测得的目标拟合函数进行拟合。

容易理解，本公开的上述拟合权重函数既考虑了信噪比的影响，又考虑了理论灵敏度函数的影响，这可以有利地提高椭偏量测系统的测量灵敏度和精度。

在一些实施例中，使用所述椭偏量测系统对参考样品进行M次测量，以获取对应的M个光谱信号包括：在每次测量过程中，使所述椭偏量测系统中的选定偏振器或补偿器旋转预定角度Ω，每个所述光谱信号为基于旋转所述预定角度Ω所产生的积分信号，其中Ω小于或等于360度。

在一些实施例中，所述预定角度Ω是360度。

在一些实施例中，所述选定偏振器件是所述椭偏量测系统中的起偏器或检偏器。

在一些实施例中，所述M次测量中的至少一次测量包括n次子测量，所述n次子测量对应地产生n个子积分信号，其中不同的所述子测量遍历所述预定角度Ω内的不同角度范围，n为大于1的整数。

在一些实施例中，所述n次子测量中各个不同子测量所遍历的角度θ彼此相等，并且等于Ω/n。

在一些实施例中，所述信噪比函数基于对所述M个光谱信号的总光谱能量信号的统计分析来获得。

在一些实施例中，所述信噪比函数SNR(λ_i)被表示为：