一种椭偏测量光斑尺寸指标计算方法及计算系统

技术领域

本发明涉及光学散射测量领域，更具体地，涉及一种椭偏测量光斑尺寸指标计算方法及计算系统。

背景技术

椭偏测量技术相较于扫描电子显微镜、原子力显微镜等微观形貌测量方法，具有速度快、成本低、无接触、非破坏等优点，因而在先进工艺在线监测领域获得了广泛应用。椭偏测量技术测得的原始信号是待测样件的反射光强，典型的分析过程包括：首先，利用椭偏测量系统的系统模型将光强信号转化为测量光谱(如斯托克斯向量、反射率、椭偏参数、穆勒矩阵等)；接着，利用一定的数据分析手段从测量光谱中提取出关键参数，如膜层厚度、材料折射率等。由此可见，获得高准确度关键参数提取结果的前提，是获得高准确度的原始测量光强信号。

在半导体制造过程中，通常在晶圆上的数十个微区内进行加工制造，为了监控工艺良率，需要利用椭偏测量技术对微区内部膜层进行精确测量。然而，如果测量光斑尺寸过大，则微区外部的反射光将混叠到微区内部膜层的反射光中，会对最终的测量光强造成干扰，进而影响关键参数分析结果。尽管可以通过先进的几何光学设计技术尽可能减小测量光斑尺寸，但面对14/28nm技术节点下尺寸仅有数十微米的微区，仍然难以令测量光斑完全照射在微区内部，即部分光斑不可避免地照射在微区外部。因此，有必要根据关键参数准确度指标，给出落在微区内部的光斑比例系数的指标，为几何光路系统设计提供指导与约束。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种椭偏测量光斑尺寸指标计算方法及计算系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种椭偏测量光斑尺寸指标计算方法，包括：

获取测量样件微区内部和微区外部的膜层结构以及微区内部关键参数准确度指标；

建立微区内部膜层的物理模型，基于所述微区内部膜层的物理模型，计算微区内部理论光谱，并计算微区内部关键参数准确度指标对应的光谱误差；

建立微区外部膜层的物理模型，基于所述微区外部膜层的物理模型，计算微区外部理论光谱；

基于微区内部理论光谱和微区外部理论光谱，建立微区测量物理模型，计算微区理论光谱；

基于所述微区理论光谱、微区内部理论光谱和微区内部关键参数准确度指标对应的光谱误差，计算光斑落在微区内部的比例系数。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，所述建立微区内部膜层的物理模型，基于所述微区内部膜层的物理模型，计算微区内部理论光谱，并计算微区内部关键参数准确度指标对应的光谱误差，包括：

利用菲尼尔原理、薄膜传输矩阵理论、严格耦合波分析方法建立微区内部膜层的物理模型f；

基于微区内部膜层形貌参数名义值x0，计算对应的微区内部理论光谱Signal

根据微区内部关键参数准确度指标Δx，计算对应的光谱误差:

Signal

可选的，所述理论光谱包括斯托克斯向量、反射率、椭偏参数和穆勒矩阵。

可选的，所述建立微区外部膜层的物理模型，基于所述微区外部膜层的物理模型，计算微区外部理论光谱，包括：

利用菲尼尔原理、薄膜传输矩阵理论、严格耦合波分析方法，建立微区外部膜层的物理模型g；

根据外部膜层形貌参数名义值y0，计算对应的微区外部理论光谱Signal

可选的，所述基于微区内部理论光谱和微区外部理论光谱，建立微区测量物理模型，计算微区理论光谱，包括：

根据微区内部理论光谱、微区外部理论光谱以及光斑落在微区内部的比例系数，建立微区测量物理模型；

基于所述微区测量物理模型，计算微区理论光谱：

Signal＝w*Signal

其中，Signal

可选的，基于所述微区理论光谱、微区内部理论光谱和微区内部关键参数准确度指标对应的光谱误差，计算光斑落在微区内部的比例系数，包括：

计算所述微区理论光谱与微区内部理论光谱之差Signal

基于Signal

可选的，所述基于Signal

如果Signal

如果Signal

根据本发明的第二方面，提供一种椭偏测量光斑尺寸指标计算系统，包括：

获取模块，用于获取测量样件微区内部和微区外部的膜层结构以及微区内部关键参数准确度指标；

第一计算模块，用于建立微区内部膜层的物理模型，基于所述微区内部膜层的物理模型，计算微区内部理论光谱，并计算微区内部关键参数准确度指标对应的光谱误差；

第二计算模块，用于建立微区外部膜层的物理模型，基于所述微区外部膜层的物理模型，计算微区外部理论光谱；

第三计算模块，用于基于微区内部理论光谱和微区外部理论光谱，建立微区测量物理模型，计算微区理论光谱；

第四计算模块，用于基于所述微区理论光谱、微区内部理论光谱和微区内部关键参数准确度指标对应的光谱误差，计算光斑落在微区内部的比例系数。

本发明提供的一种椭偏测量光斑尺寸指标计算方法及计算系统，能够根据微区内部关键参数准确度指标，给出落在微区内部的光斑比例系数的指标，为几何光路系统设计提供指导与约束。

附图说明

图1为本发明提供的一种椭偏测量光斑尺寸指标计算方法流程图；

图2为微区测量原理示意图；

图3为本发明提供的一种椭偏测量光斑尺寸指标计算系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

图1为本发明提供的一种椭偏测量光斑尺寸指标计算方法流程图，如图1所示，方法主要包括如下步骤：

S1，获取测量样件微区内部和微区外部的膜层结构以及微区内部关键参数准确度指标。

可理解的是，根据加工样件设计文件，可以获得微区内部和外部的膜层结构，以及微区内部关键参数的准确度指标。

其中，图2为微区测量原理示意图，在测量过程中，如果测量光斑尺寸过大，则微区外部的反射光将混叠到微区内部膜层的反射光中，会对最终的测量光强造成干扰，进而影响关键参数分析结果。因此，有必要根据关键参数准确度指标，给出落在微区内部的光斑比例系数的指标。

S2，建立微区内部膜层的物理模型，基于所述微区内部膜层的物理模型，计算微区内部理论光谱，并计算微区内部关键参数准确度指标对应的光谱误差。

可理解的是，可利用菲尼尔原理、薄膜传输矩阵理论、严格耦合波分析等方法，建立微区内部膜层的物理模型f，其中，微区内部膜层的物理模型f表征的是微区内部膜层形貌参数与理论光谱之间的函数关系式。针对内部膜层形貌参数名义值x0，计算对应的微区内部理论光谱Signal

微区内部理论光谱包括斯托克斯向量、反射率、椭偏参数、穆勒矩阵等；以及根据关键参数准确度指标Δx，计算对应的光谱误差:

Signal

S3，建立微区外部膜层的物理模型，基于所述微区外部膜层的物理模型，计算微区外部理论光谱。

可理解的是，可利用菲尼尔原理、薄膜传输矩阵理论、严格耦合波分析等方法，建立微区外部膜层的物理模型g；针对外部膜层形貌参数名义值y0，计算对应的理论光谱Signal

S4，基于微区内部理论光谱和微区外部理论光谱，建立微区测量物理模型，计算微区理论光谱。

可理解的是，根据微区内部理论光谱和微区外部理论光谱，建立包含光斑比例系数的微区测量物理模型，仿真同时包含微区内部和外部信息的光谱。

典型地，微区测量物理模型可以是微区内部理论光谱和微区外部理论光谱的加权之和Signal＝w*Signal

S5，基于所述微区理论光谱、微区内部理论光谱和微区内部关键参数准确度指标对应的光谱误差，计算光斑比例系数，所述光斑比例系数是指光斑落在微区内部的比例系数。

作为实施例，基于所述微区理论光谱、微区内部理论光谱和微区内部关键参数准确度指标对应的光谱误差，计算光斑落在微区内部的比例系数，包括：计算所述微区理论光谱与微区内部理论光谱之差Signal

根据上述条件，可得出光斑比例系数w满足如下表达式：

如果Signal

如果Signal

此即为计算所得椭偏测量光斑落在微区内部比例系数的指标。

图3为本发明实施例提供的一种椭偏测量光斑尺寸指标计算系统结构图，如图3所示，一种椭偏测量光斑尺寸指标计算系统，包括获取模块301、第一计算模块302、第二计算模块303、第三计算模块304和第四计算模块305，其中：

获取模块301，用于获取测量样件微区内部和微区外部的膜层结构以及微区内部关键参数准确度指标；

第一计算模块302，用于建立微区内部膜层的物理模型，基于所述微区内部膜层的物理模型，计算微区内部理论光谱，并计算微区内部关键参数准确度指标对应的光谱误差；

第二计算模块303，用于建立微区外部膜层的物理模型，基于所述微区外部膜层的物理模型，计算微区外部理论光谱；

第三计算模块304，用于基于微区内部理论光谱和微区外部理论光谱，建立微区测量物理模型，计算微区理论光谱；

第四计算模块305，用于基于所述微区理论光谱、微区内部理论光谱和微区内部关键参数准确度指标对应的光谱误差，计算光斑落在微区内部的比例系数。

可以理解的是，本发明提供的一种椭偏测量光斑尺寸指标计算系统与前述各实施例提供的椭偏测量光斑尺寸指标计算方法相对应，椭偏测量光斑尺寸指标计算系统的相关技术特征可参考椭偏测量光斑尺寸指标计算方法的相关技术特征，在此不再赘述。

本发明实施例提供的一种椭偏测量光斑尺寸指标计算方法及计算系统，获取微区内部和微区外部的膜层结构以及微区内部关键参数准确度指标，分别建立微区内部膜层的物理模型和微区外部膜层的物理模型，并分别计算对应的理论光谱，最后根据微区理论光谱、微区内部理论光谱和微区内部关键参数准确度指标对应的光谱误差，计算光斑比例系数，能够根据微区内部关键参数准确度指标，给出落在微区内部的光斑比例系数的指标，为几何光路系统设计提供指导与约束。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。