[发明专利]用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法和设备

说明书

本公开的实施例涉及用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法和设备。该方法包括获得半导体器件的测量光谱以及测量光谱的测量波长点集合。该方法还包括从测量波长点集合中选择第一数目的波长点。该方法还包括基于第一数目的波长点，通过插值获得与测量波长点集合对应的第一拟合光谱。此外，该方法包括响应于第一拟合光谱与测量光谱之间的第一误差小于第一阈值，基于第一数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸。通过以自适应的方法自动选择计算理论光谱的波长采样点集合，本公开的实施例避免了对波长过采样而导致的计算资源浪费，也不会导致光谱失真。

技术领域

本公开主要涉及半导体制造领域；并且特别地，涉及一种用于测量半导体器件的光学关键尺寸(Optical Critical-Dimension，OCD) 的方法和设备。

背景技术

随着半导体工业向深亚微米技术节点持续推进，例如集成电路器件的半导体器件的尺寸不断缩小，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。严格的工艺控制要求在半导体制造工艺的各个步骤都需检查晶片上的缺陷以促进更高的良率。

光学关键尺寸(Optical Critical-Dimension，OCD)测量技术作为当前半导体制造工艺中一种主流的工艺控制技术，提供了更高的测量速度且无需破坏样品。当相应的理论光谱和测量光谱相同时，理论光谱所对应的周期重复结构即为测量光谱所对应的纳米级测量结构的形貌。

发明内容

计算理论光谱的波长点一般与测量光谱一致，这会导致用于计算理论光谱的波长点太过密集，严重浪费了计算资源。此外，更宽波段的计算要求和更高的计算精度，在一定的计算资源下，一般只能适当减少结构描述参数或者缩短波长计算范围。这会导致OCD测量能力以及测量精度的下降。

为了至少部分地解决上述以及其他潜在的问题，本公开的实施例提供了用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法和设备。

在本公开的第一方面，提供了一种用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法。该方法包括获得半导体器件的测量光谱以及测量光谱的测量波长点集合。该方法还包括从测量波长点集合中选择第一数目的波长点。该方法还包括基于第一数目的波长点，通过插值获得与测量波长点集合对应的第一拟合光谱。此外，该方法包括响应于第一拟合光谱与测量光谱之间的第一误差小于第一阈值，基于第一数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸。

根据第一方面的一个实施例，该方法还包括：响应于第一误差大于第一阈值，从测量波长点集合中选择第二数目的波长点，其中第二数目大于第一数目；基于第二数目的波长点，通过插值获得与测量波长点集合对应的第二拟合光谱；以及响应于第二拟合光谱与测量光谱之间的第二误差小于第一阈值，基于第二数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸。

根据第一方面的一个实施例，从测量波长点集合中选择第二数目的波长点包括：向第一数目的波长点添加另一波长点，以得到第二数目的波长点，其中另一波长点是第一拟合光谱与测量光谱的光谱值之差最大时的波长点。

根据第一方面的一个实施例，从测量波长点集合中选择第二数目的波长点包括：将第一数目的波长点划分成多个子集；基于多个子集中的子集，针对测量波长点集合的与子集的波段对应的部分，通过插值获得第三拟合光谱；以及响应于第三拟合光谱和测量光谱的与子集的波段对应的部分之间的第三误差大于第二阈值，向子集中添加波长点，其中第二数目的波长点包括第一数目的波长点和所添加的波长点。

根据第一方面的一个实施例，基于第一数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸包括：针对第一数目的波长点，使用严格耦合波分析，计算理论光谱的光谱值；针对测量波长点集合的除了第一数目的波长点外的其它波长点，使用所计算的光谱值通过插值来获得理论光谱的光谱值，其中用于获得理论光谱的插值模型与用于获得第一拟合光谱的插值模型相同；以及将理论光谱与测量光谱进行比较，以确定半导体器件的光学关键尺寸。