一種用于獲取樣品介質(zhì)的空間譜的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝中的光學(xué)關(guān)鍵尺寸測量和光學(xué)缺陷檢測技術(shù)，尤其涉 及一種用于獲取樣品介質(zhì)的空間譜的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體芯片制造過程中，產(chǎn)品成品率是衡量芯片制造工藝的重要指標(biāo)。為提高成 品率，現(xiàn)代先進的芯片制造的每一道工藝過程，都需要經(jīng)過不同的檢測，其中主要有光學(xué)關(guān) 鍵尺寸（OpticalCriticalDimension, 0〇))測量和光學(xué)缺陷檢測。目前一種通用的光學(xué) 關(guān)鍵尺寸（0CD)的測量方法是通過獲取被測區(qū)域周期性參考結(jié)構(gòu)的散射信號以及結(jié)構(gòu)的模 型從而估計出結(jié)構(gòu)的形貌參數(shù)。0CD測量原理總體上可概括為以下三個步驟：1)理論光譜 數(shù)據(jù)庫建庫-根據(jù)芯片的設(shè)計和制造工藝，建立器件樣品的形貌模型以及與器件樣品的形 貌模型相對應(yīng)的理論光譜數(shù)據(jù)庫；2)光譜獲取過程-獲取樣品的散射信號并處理為測量光 譜；3)光譜匹配過程-根據(jù)樣品的形貌模型尋找特定的形貌參數(shù)使其對應(yīng)的理論光譜與測 量光譜實現(xiàn)最佳匹配。
[0003] 隨著集成電路工藝技術(shù)進入45納米之后，圖形密度不斷增加、關(guān)鍵尺寸不斷微 縮，工藝控制窗口非常狹小，以前可以被忽略的缺陷現(xiàn)在可能導(dǎo)致器件不能正常工作，成為 影響成品率的致命缺陷。缺陷檢測方法通常有后道成品芯片檢測和前道工藝過程檢測等。 前道工藝過程檢測需要快速和無損，光學(xué)成像檢測技術(shù)能滿足這些要求。常用的光學(xué)成像 檢測技術(shù)是采用帶有紫外波段的寬帶照明光源和高數(shù)值孔徑大視場的光學(xué)物鏡系統(tǒng)。隨著 現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，需要測量的集成電路器件樣品的結(jié)構(gòu)形貌越來越復(fù)雜，例如三維 器件鰭式場效晶體管（FinField-EffectTransistor，F(xiàn)inFET)和新型器件材料的使用，傳 統(tǒng)的單一光學(xué)明場或暗場的光學(xué)檢測模式已不再能滿足缺陷檢測的要求。為了增強缺陷信 號強度，提高信噪比，需要通過對入射照明光束分布有針對性的控制和對經(jīng)待測硅片面反 射后通過光學(xué)放大物鏡后的散射場作有針對性的選擇濾波來實現(xiàn)優(yōu)化的成像。這一優(yōu)化過 程是一個非常復(fù)雜和耗時的過程，需要使用現(xiàn)代強大的計算機輔助設(shè)計功能來幫助實現(xiàn)選 擇優(yōu)化的檢測模式。
[0004] 光學(xué)檢測中無論光學(xué)關(guān)鍵尺寸（0CD)測量或光學(xué)成像缺陷檢測都離不開應(yīng)用計 算機實現(xiàn)嚴格精確的電磁場模擬計算。在這一領(lǐng)域，電磁場數(shù)值仿真計算代表性的一種方 法是嚴格波稱合分析理論（RigorousCoupled-WaveAnalysis，簡稱RCWA)。
[0005] 如圖1，所示，設(shè)介質(zhì)在x，y方向呈周期性變化。其中，P表示樣品的一個周期的長 度，CD表不一個周期中光柵介質(zhì)的寬度，d表不該光柵介質(zhì)的高度。光柵下方的襯底可以是 硅（Si)或其它材料J是垂直于入射面的單位矢量，e是入射光與Z軸的夾角，小是入射 面與X-Z面的夾角，W是電場E與入射面的夾角，k=2 31/A，其中X是入射光波長。z方 向通常情況下并非不變，光刻掩模板通常在z方向上材料均勻，或者z方向上分成幾層，每 層內(nèi)介質(zhì)均勻不變。硅片上z方向上可有沉積的幾層不同薄膜的微細結(jié)構(gòu)，同一層材料介 質(zhì)均勻不變。但通常工藝制造不會得到完全理想的矩形光柵，嚴格波耦合分析方法需要在 Z方向?qū)⒎蔷匦喂鈻诺耐唤橘|(zhì)劃分若干薄片。薄片的厚度劃分必須足夠小，以滿足光散 射特性方面在Z方向介質(zhì)分布均勻。這樣，整個介質(zhì)的光散射效果可以看成若干個疊加在 一起的Z方向介質(zhì)分布均勻的薄片的光散射效果。求解出每個介質(zhì)薄片上平面和下平面處 的電磁場分布就可以得出整個介質(zhì)的光散射仿真。
[0006] 這里僅以橫向電場（TransverseElectric,TE)平面波垂直入射二維光柵為例，對 RCWA算法作簡單介紹。如圖1，結(jié)構(gòu)分為三層，I，光柵上層空氣層，II，光柵層，III，光柵下 襯底層。
[0007] 在第一和第三層中的空間譜可以分別用以下兩式表示。
【主權(quán)項】
1. 一種用于獲取樣品介質(zhì)的空間譜的方法，其中，所述樣品包括多種介質(zhì)，其中，所述 方法包括以下步驟： a將一個周期結(jié)構(gòu)內(nèi)的樣品劃分為多個單元區(qū)域；b選擇所述樣品中的一種介質(zhì)作為背景介質(zhì)； c分別標(biāo)記各個單元區(qū)域中樣品的介質(zhì)種類； d將相鄰的具有同種介質(zhì)的單元區(qū)域進行合并，以獲得一個或多個大單元區(qū)域；e根據(jù)所獲得的各個大單元區(qū)域的位置信息，將所述周期中的介質(zhì)的介電常數(shù)基于傅 里葉變換展開，以獲得該周期中的樣品的空間譜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟c包括以下步驟： -當(dāng)單元區(qū)域中的樣品包含多種介質(zhì)時，根據(jù)該單元區(qū)域所包含的比例最高的介質(zhì)來 標(biāo)記該單元區(qū)域的介質(zhì)種類。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述樣品的周期結(jié)構(gòu)為沿著X方向變化的一 維周期結(jié)構(gòu)，所述周期共被劃分為Nx個單元區(qū)域，其中，所述步驟e包括： _根據(jù)所獲得的各個大單元區(qū)域各自的位置信息，將所述周期中的介質(zhì)的介電常數(shù)基 于傅里葉變換展開，以獲得該周期中的介質(zhì)的空間譜，其中，所述傅里葉變換基于以下公式 來實現(xiàn)：
，Nx，下標(biāo)s代表大單元區(qū)域的起始位置，e代表大單元區(qū)域的終端位置，大單元的起始邊界 坐標(biāo)為X(i)s、終端邊界坐標(biāo)為X(i)e、該大單元區(qū)域的介質(zhì)的介電常數(shù)為e(i)，背景材料 的介電常數(shù)為eb，Scin是克羅內(nèi)克S函數(shù)，定義如下：
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述樣品的周期結(jié)構(gòu)為在x、y方向上周期 性變化的二維周期結(jié)構(gòu)，所述單元區(qū)域為單元格，其中，所述步驟d包括： m將各個非背景介質(zhì)的單元格作為行單元格，并沿X方向判斷其相鄰單元格是否包含 相同介質(zhì)； n當(dāng)判斷包含相同材質(zhì)時，將該相鄰單元格與所述行單元格進行合并，以獲得新的行單 元格； 〇對所述新的行單元格格重復(fù)執(zhí)行前述步驟m和n，直至行單元格的相鄰單元格包含的 介質(zhì)與其不同，并將此時所獲得的各個標(biāo)記為非背景介質(zhì)的