[发明专利]亚波长尺度微电子结构光学关键尺寸测试分析方法及装置

说明书

本申请公开了一种亚波长尺度微电子结构光学关键尺寸分析方法，其特征在于，包含步骤：a)将远场超透镜平行置于待测样品表面，用光源照射远场超透镜和待测样品构成的组合结构的远场超透镜表面，测得样品实测零级衍射谱；b)基于矢量分析算法，设定初始的关键尺寸参数，模拟计算得到所述组合结构的模拟零级衍射谱；c)对比上述光谱：如一致，则修改步骤b)中所述关键尺寸参数后重新模拟计算并再对比；如一致，则结合当前的模拟零级衍射谱和所述远场超透镜的参数，计算得到待测样品的关键尺寸参数。本申请还公开了上述方法使用到的装置。

技术领域

本发明属于光学工程领域，涉及一种亚波长周期微电子结构光学关键尺寸测试分析方法。

背景技术

在半导体及其他微电子产业中，芯片结构在设计和制造时，对其微电子结构关键尺寸(CD)的快速有效检测是控制芯片良品率及量产效率的重要手段。芯片集成度高，通过制版、光刻、刻蚀等一系列工艺后，芯片上的结构(Pattern)将形成周期性排列。周期性排列微结构的尺寸检测方法较多，如传统光学显微镜技术、显微术(EM)、探针显微术(SPM)等。但是这些检测方法或者需要复杂的显微镜设备，或者需要高真空环境测试，或者只能实现表面轮廓形貌测试，或者对微结构会造成破坏，因此都难以实现量产过程中的在线快速检测。利用光学衍射原理则可以对微电子结构CD实现在线检测，它对测试环境要求简单，也可分析结构非表面层的尺寸参数，因此成为CD测试/分析中重要的技术手段。该技术起源于光栅设计与制备过程中的衍射度量术，通过对周期性结构远场衍射特性分析从而获取结构特征参数。

在半导体微电子领域中，由于侧重于对芯片关键尺寸的测量，该技术更多的被称为光学关键尺寸检测(OCD)。该技术在国际上已有三十多年发展史，早期的OCD检测采用标量衍射模型模拟微结构中电磁场以实现CD测试/分析。但是随着半导体产业中工艺制程的不断升级,标量衍射模型已难以适应OCD检测中的精度要求，更精确的微电子结构关键尺寸检测技术成为亟待结局的问题。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种亚波长尺度微电子结构光学关键尺寸分析方法，该方法基于远场超透镜(简称FSL)提升光学关键尺寸(简写为OCD)的测试/分析系统的测量精度，并且可以测量更小的光学关键尺寸，该方法包含以下步骤：

a)将远场超透镜平行置于待测样品表面，用光源照射远场超透镜和待测样品构成的组合结构的远场超透镜表面，测得样品实测零级衍射谱；

b)基于矢量分析算法，设定初始的关键尺寸参数，模拟计算得到所述组合结构的模拟零级衍射谱；

c)将步骤b)得到的所述模拟零级衍射谱与步骤a)得到的所述实测光谱对比：如对比结果不一致，则修改步骤b)中所述关键尺寸参数后，重新模拟计算得到所述组合结构的模拟零级衍射谱，并与步骤a)中测得得到的所述实测光谱对比；如对比结果一致，则结合当前的模拟零级衍射谱和所述远场超透镜的参数，计算得到待测样品的关键尺寸参数。

优选地，所述远场超透镜由一维金属银-玻璃光栅和金属银薄板组成。

进一步优选地，所述待测样品靠近所述远场超透镜中的金属银薄板一侧。其有益的技术效果是先通过金属银薄板实现对样品衍射产生的隐失波的增强，然后通过金属光栅结构的衍射将隐失波转换成传输波以便在远场接收，以得到高精度的亚波长尺度微电子结构光学关键尺寸分析结果。所述远场超透镜中金属银-玻璃光栅和金属银薄板的结构参数(包括金属光栅周期、光栅厚度、金属薄板厚度等)可根据样品材料及其关键尺寸范围进行设计，以得到高精度的亚波长尺度微电子结构光学关键尺寸分析结果。