[发明专利]一种光学关键尺寸测量系统及其方法

说明书

本公开提供了一种测量器件的方法及其装置，其中包括步骤：采集被测器件的测量光谱；采集入射光的信息；采集被测器件的形貌信息；在理论数据库中找出匹配所述测量光谱的形貌结果。通过本发明避免了当入射光发生轻微变动时重新建立理论数据库，提高了光学测量的效率。

技术领域

本公开主要涉及半导体制造领域。特别的，涉及一种在半导体制造工艺的光学关键尺寸(Optical Critical-Dimension，OCD)测量技术及其设备。

背景技术

随着半导体工业向深亚微米技术节点持续推进，集成电路器件尺寸不断缩小，器件结构设计愈加复杂，特别是三维器件的出现，使得工艺控制在半导体制备工艺中越来越重要。生产过程中，通过严格的工艺控制才能获得功能完整的电路和高速工作的器件。

光学关键尺寸(Optical Critical-Dimension，OCD)测量技术是当前半导体制造工艺中一种主流的工艺控制技术，如图1和图2所示，其基本工作原理可描述为：(1)通过光学关键尺寸测量设备200获得样品40的测量光谱。光源201中的光经过准直和多次反射形成了平行光射出，并入射到起偏器202上，从起偏器出来的偏振光30入射到测量样品40表面，从样品40表面反射出的带有样品信息的光，再经过验偏器203进入到探测器204。(2)将入射的平行偏振光30和测量样品40的基本信息储存到计算机集群100中。由光学模型模块根据电磁场理论建立相应的光学计算模型，并由“理论光谱生成模块”生成对应的理论光谱库。(3)光谱匹配模块50在理论光谱库中找到与测量光谱最佳匹配的特征光谱41，从而确定该样品的形貌42并输出结果。

理论光谱计算模块的通常包括严格耦合波分析(Rigorous Coupled WaveAnalysis，RCWA)算法。严格耦合波分析是一种基于麦克斯韦方程微分形式的矢量衍射建模理论，将光栅区域内的介电常数及电磁场作傅里叶级数展开，建立耦合波方程并进行数值求解，最终获得所需衍射电磁场信息，该方法特别适合周期性结构的光学特性建模及光学散射测量。

光学关键尺寸测量的传统方案如图3的流程图所示：

在步骤300中，光学关键尺寸测量设备开始测量。一次测量代表针对同一样品的一系列的连续测量，同一样品是指同一工艺下产生一系列样品。

在步骤301中，通过光学关键尺寸测量设备获得测量样品的测量光谱；

在步骤302中，收集测量样品信息。测量样品信息是指所测量半导体器件的材料分布信息。

在步骤303中，收集测量中入射到样品表面的平行偏振光的信息。入射到样品表面的平行偏振光的信息包括平行偏振光的入射角度，方位角和数值孔径。平行偏振光的入射角度，方位角和数值孔径的定义如图5所示。

在步骤304中，根据302中获取的测量样品的信息和303中获取的入射光的信息，判断是否已经存在可用的理论数据库，即判断测量样品是否初次进行测量。

若在步骤304中判断的结果为没有存在可用的理论数据库，即样品为初次测量，则：

在步骤305中，根据步骤302中获取的测量样品的信息，建立测量样品的材料分布的形貌模型，即：将测量样品的材料分布可以使用参数描述，S＝S(P)。其中P是用来描述形貌模型的一系列参数。

继而，在步骤307中，基于303中收集的入射光信息和305中建立的待测样品形貌模型，建立入射光入射到样品上并反射的电磁场数值计算模型，并得到反射光的理论数据库。

若在步骤304中判断的结果为已存在可用的理论数据库，则：

在步骤306中，基于303中获取的入射光信息，判断入射光相对于已存在的理论数据库中的入射光信息是否发生变动，若没有发生变动，则：

在步骤309中提取原有的理论数据库。