[发明专利]光学关键尺寸检测设备中用户自定义轮廓的方法

说明书

技术领域

本应用涉及半导体制造工艺的光学关键尺寸(OCD)检测设备中的各种形状的样品轮廓模型化。

背景技术

半导体工艺中的许多特征尺寸可以反应在专门设计用于测量的区域里。目前有各种成像技术应用于半导体工艺的特征尺寸测量，如扫描电子显微镜(CD-SEM)、原子力显微镜(AFM)，可实现高精度的CD尺寸、沟槽深度尺寸的检测，但其检测过程复杂，对样品具有破坏性，无法实现在线检测。光学关键尺寸(Optical CriticalDimensions，OCD)检测设备通过获取的被测区域周期性结构的光学散射信号以及周期结构的模型从而估计出结构的特征尺寸。光学关键尺寸检测方法具有非接触性、非破坏性、同时检测多个工艺特征、可实现工艺的在线检测等诸多优势，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检测愈精细结构的方向迅速发展。

基于周期性结构光学散射原理的光学关键尺寸检测方法检测的流程如图1所示。A01为反射式光谱仪获取样品测量光谱的模块。反射式光谱仪的光源经过起偏器入射至样品的被测周期性结构区域，经过样品的反射，反射光中包含了样品的结构、材料等信息。反射光通过检偏器被反射式光谱仪(spectrometer)的探测器接收。反射式光谱仪将接收到的信号处理为包含了样品信息的测量光谱A05。本发明不仅适用于A01示意的反射光信号是波长的函数的反射式光谱仪，同样适用于透射光信号是波长的函数的透射式光谱仪以及光信号是散射角的函数的光散射仪(scatterometer)或光信号是波长及散射角的函数的光谱散射仪(spectrometer-scatterometer)等，这是因为样品结构没变。在下面的描述中，我们就用反射式光谱仪(简称光谱仪)作为代表。A02为用参数描述样品光栅轮廓，即样品轮廓模型化的模块。样品的周期性结构如果其周期数足够多，则其对光谱仪入射光的反射特性为光学光栅。周期性结构可以是二维也可以是三维结构。若样品仅仅在一个方向呈周期性分布，即为二维光栅。若样品在两个方向均呈周期性分布，则为三维光栅。二维光栅在材料分布呈周期性变化的剖面称之为主剖面，如在笛卡尔坐标系中平行于XOZ面。A03是光谱仪的光学参数模块，为光谱仪测量光栅反射的信号时设置光学参数。A04是材料的复折射率模块。在A02用参数描述样品的光栅轮廓时，每一个基本图形对应其范围内为同一种材料。材料的光学复折射率包括折射率和吸收系数。在A02将光栅建模参数化之后，结合A03光谱仪光学参数和A04不同波长下材料的复折射率的信息，就可以用数值分析的方法(如严格波耦合分析)计算样品理论光谱A06。通过参数化描述后，一组参数即对应待测样品的一个可能轮廓，计算该组参数对应的理论光谱，就可以得到样品可能轮廓的理论光谱。如某一组参数其对应的理论光谱在参数可能的全部范围内与测量光谱A05实现最佳匹配，则就可以用这组参数对应的轮廓估计待测样品光栅的轮廓。A07模块就是这样寻找一组轮廓参数使其对应的理论光谱与测量光谱实现最佳匹配的过程。A08即完成光谱最佳匹配后，输出模型的轮廓参数，最终实现样品关键尺寸测量。

从上述的光学关键尺寸检测的流程可以知道，A02参数描述样品光栅轮廓是计算样品理论光谱的前提。如果没有对光栅轮廓建模进行参数化实现样品轮廓的模型化，就无法计算理论光谱，这样就谈不上通过匹配光谱来估计待测样品的轮廓了。二维光栅在主剖面(在此剖面内材料呈周期性分布，设为XOZ面，则在Y方向材料均匀分布不变化)单个周期内二维轮廓由若干基本的二维几何图形组成，将这些几何图形参数化就可以实现光栅轮廓的参数化。三维光栅在两个方向材料均呈周期性分布，设为X和Y方向，可以使用三个平行于XOZ、YOZ、XOY的剖面的二维几何图形描述。XOZ和YOZ剖面使用二维光栅类似的方法描述。在不同的Z值处的XOY剖面的形状与XOZ和YOZ的图形有关，可以用以下方程统一描述的具有对称规则的图形。