一种用于获取样品的空间谱的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是提供一种用于获取样品的空间谱的方法和装置。根据本发明专利技术的方法包括：将一个周期结构内的样品划分为多个单元区域；选择所述样品中的一种介质作为背景介质；分别标记各个单元区域中样品的介质种类；将相邻的具有同种介质的单元区域进行合并，以获得一个或多个大单元区域；根据所获得的各个大单元区域的位置信息，将所述周期中的样品的介电常数基于傅里叶变换展开，以获得该周期中的样品的空间谱。根据本发明专利技术的方法，仅需存储大单元区域的各个位置信息，节省了存储空间，并且极大的减少了整体所需的计算量，提高了获取样品的空间谱的效率，并且，根据本发明专利技术获得的结果比现有技术更加准确。

【技术实现步骤摘要】
一种用于获取样品的空间谱的方法和装置
本专利技术涉及半导体制造工艺中的光学关键尺寸测量和光学缺陷检测技术，尤其涉及一种用于获取样品的空间谱的方法和装置。
技术介绍
半导体芯片制造过程中，产品成品率是衡量芯片制造工艺的重要指标。为提高成品率，现代先进的芯片制造的每一道工艺过程，都需要经过不同的检测，其中主要有光学关键尺寸(OpticalCriticalDimension,OCD)测量和光学缺陷检测。目前一种通用的光学关键尺寸(OCD)的测量方法是通过获取被测区域周期性参考结构的散射信号以及结构的模型从而估计出结构的形貌参数。OCD测量原理总体上可概括为以下三个步骤：1)理论光谱数据库建库-根据芯片的设计和制造工艺，建立器件样品的形貌模型以及与器件样品的形貌模型相对应的理论光谱数据库；2)光谱获取过程-获取样品的散射信号并处理为测量光谱；3)光谱匹配过程-根据样品的形貌模型寻找特定的形貌参数使其对应的理论光谱与测量光谱实现最佳匹配。随着集成电路工艺技术进入45纳米之后，图形密度不断增加、关键尺寸不断微缩，工艺控制窗口非常狭小，以前可以被忽略的缺陷现在可能导致器件不能正常工作，成为影响成品率的致命缺陷。缺陷检测方法通常有后道成品芯片检测和前道工艺过程检测等。前道工艺过程检测需要快速和无损，光学成像检测技术能满足这些要求。常用的光学成像检测技术是采用带有紫外波段的宽带照明光源和高数值孔径大视场的光学物镜系统。随着现代半导体技术的发展，需要测量的集成电路器件样品的结构形貌越来越复杂，例如三维器件鳍式场效晶体管(FinField-EffectTransistor，FinFET)和新型器件材料的使用，传统的单一光学明场或暗场的光学检测模式已不再能满足缺陷检测的要求。为了增强缺陷信号强度，提高信噪比，需要通过对入射照明光束分布有针对性的控制和对经待测硅片面反射后通过光学放大物镜后的散射场作有针对性的选择滤波来实现优化的成像。这一优化过程是一个非常复杂和耗时的过程，需要使用现代强大的计算机辅助设计功能来帮助实现选择优化的检测模式。光学检测中无论光学关键尺寸(OCD)测量或光学成像缺陷检测都离不开应用计算机实现严格精确的电磁场模拟计算。在这一领域，电磁场数值仿真计算代表性的一种方法是严格波耦合分析理论(RigorousCoupled-WaveAnalysis，简称RCWA)。如图1，所示，设介质在x,y方向呈周期性变化。其中，P表示样品的一个周期的长度，CD表示一个周期中光栅介质的宽度，d表示该光栅介质的高度。光栅下方的衬底可以是硅(Si)或其它材料，是垂直于入射面的单位矢量，θ是入射光与z轴的夹角，φ是入射面与x-z面的夹角，Ψ是电场E与入射面的夹角，k＝2π/λ，其中λ是入射光波长。z方向通常情况下并非不变，光刻掩模板通常在z方向上材料均匀，或者z方向上分成几层，每层内介质均匀不变。硅片上z方向上可有沉积的几层不同薄膜的微细结构，同一层材料介质均匀不变。但通常工艺制造不会得到完全理想的矩形光栅，严格波耦合分析方法需要在z方向将非矩形光栅的同一介质划分若干薄片。薄片的厚度划分必须足够小,以满足光散射特性方面在z方向介质分布均匀。这样，整个介质的光散射效果可以看成若干个叠加在一起的z方向介质分布均匀的薄片的光散射效果。求解出每个介质薄片上平面和下平面处的电磁场分布就可以得出整个介质的光散射仿真。这里仅以横向电场(TransverseElectric,TE)平面波垂直入射二维光栅为例，对RCWA算法作简单介绍。如图1，结构分为三层，I，光栅上层空气层，II，光栅层，III，光栅下衬底层。在第一和第三层中的空间谱可以分别用以下两式表示。其中，式(1)中，第一项是入射场部分。入射光从(θ,φ)方向入射，其中，θ是入射光与z轴的夹角，φ是入射面与x-z面的夹角，在二维情况下，φ＝0。光栅层通常在z方向有变化，但严格波耦合分析方法在z方向将介质划分若干薄片.薄片的厚度划分必须足够小,以满足光散射特性在z方向介质分布均匀。在薄片中的空间谱可以用下式表示。将麦克斯韦(Maxwell)方程中的介电常数作傅里叶(Fourier)展开，并解一特征值问题，得到：其中，是特征值问题的一特征向量，γq为对应的特征值。在薄片与薄片间的分界面，光栅与空气层的分界面及光栅与衬底层的分界面上匹配切向电磁场，可获得矩阵方程组。解矩阵方程组可得散射矩阵方程：[R]＝[S][I](5)其中[R]是各模式反射系数Rm组成的矢量，[I]是各入射光束的模Im组成的矢量。[S]是散射矩阵。解上述散射矩阵方程就可获得相对于一波长的某一特定入射光束的散射结果。在上述计算过程中，严格波耦合分析理论要求计算介质的空间谱以计算(4)式中的特征值和特征向量，即介质介电常数的傅里叶(Fourier)空间变换。介质在x方向(一维)x,y方向(二维)呈周期性变化，但在一个周期内，介质分布是不规则的。参照图2a和图3a，其中，图2a示意出了一种样品在一个周期内一维方向上的变化；图3a示意出了一种样品在一个周期内在二维方向上的变化。通常用数值方法计算介电常数的傅里叶(Fourier)空间变换。一个周期划分成一维线段或二维网格，参照图2b和图3b，其中，图2b示意出了将一个一维周期结构等分为多个一维线段的情况，图3b示意出了将一个二维周期结构等分为多个二维网格的情况。在每一个线段或网格内，介质分布近似均匀。介电常数为常值。计算前，记录存储每个网格的信息。然后作一维或二维傅里叶(Fourier)空间变换。如网格数为N＝Nx或N＝Nx×Ny，则需N个存储单元并作N次求和运算。其中各个维度下介电常数的傅里叶(Fourier)空间变换如下。(1)一维情况其中，一维情况下介电常数的傅里叶(Fourier)空间变换可用以下公式来表达。上面各式中，n是周期结构中的模数，其在理论上需从-∞取到+∞，具体实践中，通常从-15取到+15。其中，现有技术中，(7)式的积分通常用数值法计算。设一维光栅结构被分成Nx个相等的单元，则通常将(7)式近似为下式来计算其空间谱：可以看到，由于需要对每一个n的取值都需要作一次数值计算，亦即需要执行Nx次数值计算，因此根据该方法所需要的计算量较大。(2)二维情况其中，二维情况下介电常数的傅里叶(Fourier)空间变换可用以下公式来表达。其中，上面各式中m，n是二维周期结构中的模数。现有技术中，(11)式的积分通常采用数值法获得。设二维周期结构被分成Nx×Ny个相等的二维网格，则通常将(11)式近似为下式来计算其空间谱：显然，根据(13)式的方法需要对每一对(m,n)取值都要作一次数值积分，亦即需要执行Nx×Ny次数值计算，因此根据该方法所需要的计算量较大。从上述说明可以看到，由于目前通常采用数值法来计算积分，从而需要对与每个单元相应的取值都需要做一次计算，因此所需要的存储空间以及计算量都非常大。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于获取样品的空间谱的方法和装置。根据本专利技术的一个方面，一种用于获取样品的空间谱的方法，其中，所述样品包括多种介质，其中，所述方法包括以下步骤：a将一个周期结构内的样品划分为多个单元区域；b选择所述样品中的一种介质作为背景介质；c分别标记各个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于获取样品介质的空间谱的方法，其中，所述样品包括多种介质，其中，所述方法包括以下步骤：a将一个周期结构内的样品划分为多个单元区域；b选择所述样品中的一种介质作为背景介质；c分别标记各个单元区域中样品的介质种类；d将相邻的具有同种介质的单元区域进行合并，以获得一个或多个大单元区域；e根据所获得的各个大单元区域的位置信息，将所述周期中的介质的介电常数基于傅里叶变换展开，以获得该周期中的样品的空间谱。

【技术特征摘要】
1.一种用于获取样品的空间谱的方法，其中，所述样品包括多种介质，其中，所述方法包括以下步骤：a将一个周期结构内的样品划分为多个单元区域；b选择所述样品中的一种介质作为背景介质；c分别标记各个单元区域中样品的介质种类；d将相邻的具有同种介质的单元区域进行合并，以获得一个或多个大单元区域；e根据所获得的各个大单元区域的位置信息，将所述周期中的样品的介电常数基于傅里叶变换展开，以获得该周期中的样品的空间谱。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤c包括以下步骤：-当单元区域中的样品包含多种介质时，根据该单元区域所包含的比例最高的介质来标记该单元区域的介质种类。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述样品的周期结构为沿着x方向变化的一维周期结构，所述周期共被划分为Nx个单元区域，其中，所述步骤e包括：-根据所获得的各个大单元区域各自的位置信息，将所述周期中的样品的介电常数基于傅里叶变换展开，以获得该周期中的样品的空间谱，其中，所述傅里叶变换基于以下公式来实现：其中，其中，Λx是样品中的介质沿x方向的周期,kxn是傅里叶变换沿x方向的空间频率，n＝0,±1,±2,...,±∞；所述参数i是大单元的序号，其取值范围为i＝1,2…,NX，下标s代表大单元区域的起始位置，e代表大单元区域的终端位置，大单元的起始边界坐标为X(i)s、终端边界坐标为X(i)e、该大单元区域的介质的介电常数为ε(i)，背景材料的介电常数为εb，δ0n是克罗内克δ函数，定义如下：4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述样品的周期结构为在x、y方向上周期性变化的二维周期结构，所述单元区域为单元格，其中，所述步骤d包括以下步骤：m将各个非背景介质的单元格作为行单元格，并沿x方向判断其相邻单元格是否包含相同介质；n当判断包含相同材质时，将该相邻单元格与所述行单元格进行合并，以获得新的行单元格；o对所述新的行单元格重复执行前述步骤m和n，直至行单元格的相邻单元格包含的介质与其不同，并将此时所获得的各个标记为非背景介质的行单元格作为列单元格；p对标记为非背景介质的列单元格，沿y方向，判断是否存在与自身包含相同介质的、且具有相同的x坐标的相邻列单元格；q当存在该种相邻列单元格时，将该相邻列单元格与所述列单元格进行合并，以获得新的列单元格；r对所述新的列单元格重复执行前述步骤p和q，直至不存在该种相邻列单元格，并将此时所获得的各个标记为非背景介质的列单元格作为大单元格。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述周期共被划分为Nx×Ny个单元格，该Nx×Ny个单元格中共合并获得NX个大单元格，其中，所述步骤e包括：-根据所获得的各个大单元格的位置信息，将所述周期中的样品的介电常数基于傅里叶变换展开，以获得该周期中的样品的空间谱，其中，所述傅里叶变换基于以下公式来实现：其中，其中,Λx和Λy分别是样品中的介质沿x和y方向的周期，kxn和kym分别是傅里叶变换沿x和y方向的空间频率，n＝0,±1,±2,...,±∞,m＝0,±1,±2,...,±∞；所述参数i是大单元的序号，其取值范围为i＝1,2…,NX，下标s代表大单元格的左下角的起始位置，e代表大单元格右上角的终端位置，X(i)为x轴坐标，Y(i)为y轴坐标，则大单元格的左下角坐标为(X(i)s,Y(i)s)、右上角坐标为(X(i)e,Y(i)e)，该大单元格的介质的介电常数为ε(i)，背景材料的介电常数为εb，δ0n和δ0m是克罗内克δ函数，定义如下：6.一种用于获取样品的空间谱的获取装置，其中，所述样品包括多种介质，其中，所述获取装置包括：划分装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志钧，施耀明，徐益平，
申请(专利权)人：睿励科学仪器上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31