確定測量模式和光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)容差的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種在計算機設(shè)備中面向待測器件結(jié)構(gòu) 的用于確定光學(xué)關(guān)鍵尺寸0⑶(Optical Critical Dimension)測量中的測量模式和(XD測 量設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)容差（即，0CD測量設(shè)備的各光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的最大可接受誤差范圍） 的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著2x納米技術(shù)節(jié)點后摩爾時代的臨近，器件的結(jié)構(gòu)尺寸越來越小，新制程和新 材料引入獨特的圖形設(shè)計規(guī)則和測量要求，如三維快閃存儲器3D (3-Dimensional) Flash、 鰭型場效應(yīng)晶體管FinFET(Fin-Field-Effect-Transistor)、沉浸式光刻、光學(xué)鄰近校正 0PC(0ptical Proximity Correction)、基于設(shè)計的測量 DBM(Design Based Metrology)、 雙重掩膜DP(Double Patterning)、應(yīng)變溝道和晶片堆迭通孔技術(shù)TSV(Through Silicon Via)等3D器件和新技術(shù)的導(dǎo)入，驅(qū)動光學(xué)關(guān)鍵尺寸(XD(0ptical Critical Dimension)測 量技術(shù)進一步提升測量的靈敏度和精確度，以應(yīng)對愈加微細的工藝控制需求和尺寸越來越 小的器件結(jié)構(gòu)的測量要求。
[0003] 目前，常用于極大規(guī)模集成電路制造工藝中的、基于散射光譜信號的光學(xué)關(guān)鍵尺 寸0CD測量設(shè)備的主要光學(xué)系統(tǒng)硬件裝置都是固定組裝的，在測量器件結(jié)構(gòu)時，其相應(yīng)的 光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)（"0CD測量設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)"以下均簡稱為"光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)"）也是固 定不變的。這種測量方式難以滿足目前對不同器件的高靈敏度和精確度測量需求。同時， 芯片生產(chǎn)對各道工序中涉及的各個待測結(jié)構(gòu)參數(shù)的容差提出具體的精確度需求，因此，如 何針對性的改進光學(xué)測量系統(tǒng)設(shè)備的硬件裝置的精確度，既滿足測量精確度要求，同時高 效實現(xiàn)測量設(shè)備的改造升級，成為面臨解決的重要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種在計算機設(shè)備中用于確定0CD測量中的測量模式和光 學(xué)系統(tǒng)參數(shù)容差（即，0CD測量設(shè)備的各光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的最大可接受誤差范圍）的方法和 裝置。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種在計算機設(shè)備中用于確定0CD測量中的測量模 式和光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)容差的方法，其中，該方法包括以下步驟：
[0006] a對于多個測量模式中的每一個測量模式，根據(jù)待測結(jié)構(gòu)模型的多個結(jié)構(gòu)參數(shù)中 每個結(jié)構(gòu)參數(shù)的標稱值與預(yù)設(shè)最大容差值，確定每個結(jié)構(gòu)參數(shù)的歸一化的信號偏移量，并 通過對各個結(jié)構(gòu)參數(shù)所對應(yīng)的歸一化的信號偏移量的數(shù)值進行對比，選擇其中最小的歸一 化的信號偏移量，作為該測量模式所對應(yīng)的歸一化的信號偏移量，其中，所述測量模式規(guī)定 了用于測量所述待測結(jié)構(gòu)模型的測量光的光譜類型以及光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)組合；
[0007] b從所述多個測量模式中選擇所對應(yīng)的歸一化的信號偏移量最大的測量模式，作 為最佳測量模式；
[0008] c根據(jù)最佳測量模式所對應(yīng)的未歸一化的信號偏移量，確定所述光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)容 差。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種在計算機設(shè)備中用于確定0CD測量中的 光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)容差的取值范圍確定裝置，其中，該取值范圍確定裝置包括以下裝置：
[0010] 第一確定裝置，用于對于多個測量模式中的每一個測量模式，根據(jù)待測結(jié)構(gòu)模型 的多個結(jié)構(gòu)參數(shù)中每個結(jié)構(gòu)參數(shù)的標稱值與預(yù)設(shè)最大容差值，確定每個結(jié)構(gòu)參數(shù)的歸一化 的信號偏移量，并通過對各個結(jié)構(gòu)參數(shù)所對應(yīng)的歸一化的信號偏移量的數(shù)值進行對比，選 擇其中最小的歸一化的信號偏移量，作為該測量模式所對應(yīng)的歸一化的信號偏移量，其中， 所述測量模式規(guī)定了用于測量所述待測結(jié)構(gòu)模型的測量光的光譜類型以及光學(xué)系統(tǒng)參數(shù) 組合；
[0011] 第一選擇裝置，用于從所述多個測量模式中選擇所對應(yīng)的歸一化的信號偏移量最 大的測量模式，作為最佳測量模式；
[0012] 第二確定裝置，用于根據(jù)最佳測量模式所對應(yīng)的未歸一化的信號偏移量，確定所 述光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)容差。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：1)可以通過分析待測結(jié)構(gòu)模型的每個結(jié) 構(gòu)參數(shù)引起的歸一化的信號偏移量，來確定滿足一個待測結(jié)構(gòu)的所有結(jié)構(gòu)參數(shù)的測量靈敏 度和精確度要求（即工藝容差定義）的最佳測量模式及該最佳測量模式所對應(yīng)的各個光學(xué) 系統(tǒng)參數(shù)的參數(shù)值，使得能夠在該最佳測量模式下對該待測結(jié)構(gòu)進行0CD測量，并大幅提 高該待測結(jié)構(gòu)測量結(jié)果的精確度；2)可根據(jù)最佳測量模式對應(yīng)的未歸一化的信號偏移量， 來確定滿足待測結(jié)構(gòu)的測量靈敏度和精確度要求情況下的各個光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)所允許的最 大可接受誤差范圍，即光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)容差。從而可針對性的提出對各個光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè) 計要求，對各個光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)在測量光路中的不確定性予以控制，以達到抑制光學(xué)系統(tǒng)參 數(shù)所引起的測量噪聲的目的；3)可以獲取最佳測量模式下各個光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)所引起的噪 聲之間的比例關(guān)系，該比例關(guān)系可以用于進行進一步的噪聲控制。并且，本發(fā)明的方案可以 定性的描述硬件的改進方向，以及定量指出各光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的改進空間。
【附圖說明】
[0014] 通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它 特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0015] 圖1為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的在計算機設(shè)備中用于確定0CD測量中的測量模 式和光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)容差的方法的流程示意圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的在計算機設(shè)備中用于確定0CD測量中的測量模 式和光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)容差的容差取值范圍確定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3為基于0⑶測量原理進彳丁 0⑶測量的流程7K意圖；
[0018] 圖4為鰭式場效應(yīng)晶體管FinFET示例的剖面示意圖；
[0019] 圖5為一個優(yōu)選實施例的根據(jù)曲線來確定光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)中的第一參數(shù)容差的示 意圖；
[0020] 圖6為圖4所示的待測結(jié)構(gòu)模型的多個結(jié)構(gòu)參數(shù)的未歸一化的信號偏移量的柱狀 分布示意圖；
[0021] 圖7為圖4所述的待測結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)的信號偏移量、第一參數(shù)引起的噪聲、 第二參數(shù)引起的噪聲之間的關(guān)系示意圖。
[0022] 附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。
【具體實施方式】
[0023] 為更清楚地說明本發(fā)明的方案，以下先對0CD測量原理進行說明：
[0024] 0⑶測量原理的實現(xiàn)步驟可包括：
[0025] 1) 0⑶測量設(shè)備建立與待測結(jié)構(gòu)的形貌相對應(yīng)的理論光譜數(shù)據(jù)庫。
[0026] 該步驟的具體實現(xiàn)方式包括：首先，0CD測量設(shè)備根據(jù)待測結(jié)構(gòu)的形貌建立待測 結(jié)構(gòu)模型；接著，0CD測量設(shè)備根據(jù)所選的測量模式和光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)對該待測結(jié)構(gòu)模型進 行理論仿真，來獲取待測結(jié)構(gòu)相應(yīng)的理論光譜；然后，0CD測量設(shè)備根據(jù)仿真獲取的待測結(jié) 構(gòu)的理論光譜，來建立待測結(jié)構(gòu)的理論光譜數(shù)據(jù)庫。
[0027] 其中，待測結(jié)構(gòu)模型可通過其結(jié)構(gòu)參數(shù)變量來被確定，一個待測結(jié)構(gòu)具有多個結(jié) 構(gòu)參數(shù)變量。一般地，可用參數(shù)向量X = (X。，X:，...，D'xy j = 〇,...，L-1，來表示待測 結(jié)構(gòu)全部的結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于給定的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)組合χ，根據(jù)周期性結(jié)構(gòu)的光散射原理，可 以計算相應(yīng)該結(jié)構(gòu)參數(shù)的待測結(jié)構(gòu)的理論光譜s (λ )。賦予不同結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)值的組合，會產(chǎn) 生不同的理論光譜，從而可根據(jù)該等不同的理論光譜建立待測結(jié)構(gòu)的理論光譜數(shù)據(jù)庫。
[0028] 作為一個不例，可根據(jù)嚴格稱合波分析RCWA (Rigorous Coupled-Wave Analysis) 來獲取待測結(jié)構(gòu)的理論光譜數(shù)據(jù)。
[0029] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，上述采用RCWA方法來獲取待測結(jié)構(gòu)的理論光譜數(shù)據(jù) 的方式僅為舉例，任何其他計算理論光譜數(shù)據(jù)的方法，如可利用本發(fā)明的方法，均應(yīng)包含在 本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)，并以引用方式包含于此。
[0030] 2) 0⑶測量設(shè)備獲得待測結(jié)構(gòu)的測量光譜。
[0031] 具體地，0CD測量設(shè)備獲取包含待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)信息的散射信號，并將接收到的散 射信號處理為包含待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)信息的測量光譜。其中，測量光譜的數(shù)值的描述形式包 括但不限于：反射率R s, Rp (如用于描述SR, Spectroscopic Ref lectometry)、偏振態(tài)變化的 描述tan Ψ和cos Δ (如用于描述SE, Spectroscopic Ellipsometry)、偏振態(tài)分析的傅立葉 系數(shù)α, β (如用于描述SE,Spectroscopic Ellipsometry)、直接輸出描述散射過程的穆 勒矩陣（Mueller Matrix)、NCS譜型等；其中，NCS譜型表示分別對應(yīng)稱之為N、C、S的三條 偏振光譜，N、C、S分別是stoke向量的元素，在穆勒矩陣光譜類型中，stoke向量是表示出 射光和入射光的一種方式。
[0032] 3)從理論光譜數(shù)據(jù)庫中尋找與測量光譜最佳匹配的特征光譜，從而確定該待測結(jié) 構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
[0033] 具體地，0CD測量設(shè)備根據(jù)預(yù)定匹配標準，將步驟1)中建立的待測結(jié)構(gòu)的 理論光譜數(shù)據(jù)庫與步驟2)中獲得的待測結(jié)構(gòu)的測量光譜進行匹配，來獲取理論光譜 數(shù)據(jù)庫中的、與測量光譜最佳匹配的特征光譜，并根據(jù)該特征光譜所對應(yīng)的參數(shù)向量 X+ = 來確定最佳匹配時該待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中，Xj，j = 0, ...，L-1， 來表示待測結(jié)構(gòu)全部的結(jié)構(gòu)參數(shù)。也即，參數(shù)向量χ1* = (.τ(Κ,...,對應(yīng)的理論光譜 sU' λ)與測量光譜8Μ(λ)可實現(xiàn)最佳匹配。優(yōu)選地，所述預(yù)定匹配標準可以采用擬合優(yōu) 度 GOF(Goodness of Fit)或均方根誤差 RMSE (Root Mean Square Error)等。
[0034] 圖3為根據(jù)上述(XD測量原理進行(XD測量的流程示意圖。
[0035] 在對待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行靈敏度分析的過程中，靈敏度公式定義如下：
[0037] 其中，Parameter為某個結(jié)構(gòu)參數(shù)標稱值的數(shù)值，也可符號化為Xj ; AParameter 為對應(yīng)該結(jié)構(gòu)參數(shù)引入的一個變化量，即Λ x]，因此有：
[0039] Signal為某種類型光譜在某個波段范圍的信號值；△ Signal為結(jié)構(gòu)參數(shù)Xj在該 波段范圍的整體信號偏移量，其可通過對結(jié)構(gòu)參數(shù)X]的浮動值△^在所選全體波長點引起 的光譜信號偏移量進行統(tǒng)計處理來獲得。
[0040] 同時，定義Δ S (X，Δ λ J表示結(jié)構(gòu)參數(shù)Xj在某波長點λ ;，（i = 1，. . .，N)處的 光譜信號偏移量。如下式：
[0041] Δ S (χ, Δ X j, λ ;) = s (χ, Δ χρ λ ；) -s (x, 0, λ J
[0042] 其中，s(x，AXj，λ]表示結(jié)構(gòu)參數(shù)Xj基于其標稱值浮動A Xj時在波長點 產(chǎn)生的光譜數(shù)據(jù)，同時，其余結(jié)構(gòu)參數(shù)取相應(yīng)標稱值；S(x，0, λ i)表示結(jié)構(gòu)參數(shù)x]為其標稱 值時在波長點λ i處產(chǎn)生的光譜數(shù)據(jù)，即是，全體結(jié)構(gòu)參數(shù)取其標稱值。
[0043] 通常，Λ Signal采取均方根誤差計算方式對所選測量波段的光譜變化值進行處 理，N表示所選波段所包含的波長點數(shù)目，λ ;，（i = 1，. . .，N),結(jié)合對Δ S (χ, Δ χ,, λ J的 定義，有下式，
[0045] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0046] 圖1為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的在計算機設(shè)備中用于確定0CD測量中的測量模 式和光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)容差的方法的流程示意圖；本發(fā)明的確定0CD測量中的測量模式和光學(xué) 系統(tǒng)參數(shù)容差的方法主要涉及圖3所示的對待測結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)進行靈 敏度分析的步驟。
[0047] 其中，本實施例的方法主要通過計算機設(shè)備來實現(xiàn)。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的所述計 算機設(shè)備包括0CD測量設(shè)備。
[0048] 需要說明的是，所述0CD測量設(shè)備僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的計算 機設(shè)備如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護范圍以內(nèi)，并以引用方式包含于此。
[0049] 根據(jù)本實施例的方法包括步驟S1、步驟S2和步驟S3。
[0050] 在步驟S1中，對于多個測量模式中的每一個測量模式，計算機設(shè)備根據(jù)待測結(jié)構(gòu) 模型的多個結(jié)構(gòu)參數(shù)中每個結(jié)構(gòu)參數(shù)的標稱值與預(yù)設(shè)最大容差值，確定每個結(jié)構(gòu)參數(shù)的歸 一化的信號偏移量，并通過對各個結(jié)構(gòu)參數(shù)所對應(yīng)的歸一化的信號偏移量的數(shù)值進行對 t匕，選擇其中最小的歸一化的信號偏移量，作為該測量模式所對應(yīng)的歸一化的信號偏移量， 其中，所述測量模式規(guī)定了用于測量所述待測結(jié)構(gòu)模型的測量光的光譜類型以及光學(xué)系統(tǒng) 參數(shù)組合。
[0051] 其中，可采用多種方式來表示所述光譜類型，例如反射率參數(shù)、偏振態(tài)變化參數(shù)、 用于偏振態(tài)分析的傅立葉系數(shù)、用于表示散射過程的穆勒矩陣（Mueller matrix)和NCS譜 型等；其中，所述光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)包括任何與測量光相關(guān)的參數(shù)。
[0052] 例如，光譜類型包括反射率參數(shù)Rs和Rp、偏振態(tài)變化參數(shù)tan Ψ和cos Λ、偏振態(tài) 分析的傅立葉系數(shù)α和β ;光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)包括用于各自表示一種角度的第一參數(shù)和第二 參數(shù)，其中，第一參數(shù)的取值范圍為[0°，90° ]，第二參數(shù)的取值范圍為[-90°，90° ]， 則所述多個測量模式包括上述光譜類型與第一參數(shù)和第二參數(shù)的組合。
[0053] 需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限 制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何規(guī)定了用于測量所述待測結(jié)構(gòu)模型的測量光的光譜類 型以及光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)組合的測量模式，均應(yīng)包含在本發(fā)明的測量模式的定義范圍內(nèi)。
[0054] 其中，所述待測結(jié)構(gòu)模型為用于表示待測結(jié)構(gòu)的材料及結(jié)構(gòu)信息的模型；其中，所 述結(jié)構(gòu)參數(shù)為任何可用于表示所述待測結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)特征的各種參數(shù)，例如，待測結(jié)構(gòu) 模型的關(guān)鍵尺寸、涂層厚度、側(cè)壁角度和高度等；其中，所述預(yù)設(shè)最大容差值用于表示由用 戶或客戶定義的，或由待測結(jié)構(gòu)在制造工藝中的精確度控制需求所決定的，相應(yīng)體現(xiàn)在待 測結(jié)構(gòu)模型中的結(jié)構(gòu)參數(shù)所允許的誤差范圍。
[0055] 例如，圖4所示為鰭式場效應(yīng)晶體管FinFET示例的剖面示意圖，該待測結(jié)構(gòu)模型 的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括如圖 4 中所不的 Fin_CD、TiN_coat、HK_coat、hardmask_HT、Fin_height、 Box_height、S01_recess ;其中，關(guān)鍵尺寸Fin_CD所對應(yīng)的最內(nèi)層柱狀體的材料為Poly Si (多晶硅），覆蓋層厚度Tin_coat所對應(yīng)的第一層覆蓋層的材料為TiN (氮化鈦），覆蓋層 厚度HK_coat所對應(yīng)的第二層覆蓋層的材料為Hf02 (二氧化鉿），hardmask_HT所對應(yīng)部分 的材料為SiN(氮化娃），第二層覆蓋層和最內(nèi)層柱狀體之間除hardmask_HT所對應(yīng)部分以 外的覆蓋層的材料為Si0 2，底座中最底層的材料為Si (硅），最底層上一層的材料為Si02 ; 其中，結(jié)構(gòu)參數(shù)Fin_CD的預(yù)設(shè)最大誤差值為0. lnm，即表示結(jié)構(gòu)參數(shù)Fin_CD所允許的誤差 范圍為（_〇· lnm，+0· lnm)。
[0056] 需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限 制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何用于表示所述待測結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)特征的各種參數(shù)，均 應(yīng)包含在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)參數(shù)的定義范圍內(nèi)。
[0057] 具體地，在步驟S1中，對于多個測量模式中的每一個測量模式，計算機設(shè)備確定 每個結(jié)構(gòu)參數(shù)的歸一化的信號偏移量后，通過對各個結(jié)構(gòu)參數(shù)所對應(yīng)的歸一化的信號偏移 量的數(shù)值進行對比，選擇其中最小的歸一化的信號偏移量，作為該測量模式所對應(yīng)的歸一 化的信號偏移量。
[0058] 例如，對于圖4所示的待測結(jié)構(gòu)模型，計算機設(shè)備確定該待測結(jié)構(gòu)模型的每 個結(jié)構(gòu)參數(shù)的歸一化的信號偏移量分別為：Normalized_A SignalFIN_eD，Normal ized_ ASignalTincoat，Normalized-ASignalHKcoat，Normalized_ASignal hardmaskHT，Normalized_ Δ SignalFin height, Normalized_ Δ SignalBoxJieight, Normalized_ Δ SignalS0I recess ；計算機 設(shè)備對上述歸一化的信號偏移量的數(shù)值進行對比，并選擇其中數(shù)值最小的信號偏移量 N〇rmalized_ASignalsw__ess作為該測量模式所對應(yīng)的歸一化的信號偏移量。
[0059] 需要說明的是，上述舉例僅為更好地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明的限 制，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何對于多個測量模式中的每一個測量模式，根據(jù)待測結(jié)構(gòu) 模型的多個結(jié)構(gòu)參數(shù)中每個結(jié)構(gòu)參數(shù)的標稱值與預(yù)設(shè)最大容差值，確定每個結(jié)構(gòu)參數(shù)的歸 一化的信號偏移量，并通過對各個結(jié)構(gòu)參數(shù)所對應(yīng)的歸一化的信號偏移量的數(shù)值進行對 t匕，選擇其中最小的歸一化的信號偏