专利名称：光学关键尺寸检测设备中用户自定义轮廓的方法
技术领域：
本应用涉及半导体制造工艺的光学关键尺寸(OCD)检测设备中的各种形状的样 品轮廓模型化。
背景技术：
半导体工艺中的许多特征尺寸可以反应在专门设计用于测量的区域里。目前有各 种成像技术应用于半导体工艺的特征尺寸测量，如扫描电子显微镜(⑶-SEM)、原子力显微 镜(AFM)，可实现高精度的CD尺寸、沟槽深度尺寸的检测，但其检测过程复杂，对样品具有 破坏性，无法实现在线检测。光学关键尺寸(Optical CritiCalDimensions，OCD)检测设备 通过获取的被测区域周期性结构的光学散射信号以及周期结构的模型从而估计出结构的 特征尺寸。光学关键尺寸检测方法具有非接触性、非破坏性、同时检测多个工艺特征、可实 现工艺的在线检测等诸多优势，因此越来越广泛地应用于半导体制造工业中，并朝着更快 速更准确地检测愈精细结构的方向迅速发展。基于周期性结构光学散射原理的光学关键尺寸检测方法检测的流程如
图1所示。 AOl为反射式光谱仪获取样品测量光谱的模块。反射式光谱仪的光源经过起偏器入射至样 品的被测周期性结构区域，经过样品的反射，反射光中包含了样品的结构、材料等信息。反 射光通过检偏器被反射式光谱仪(spectrometer)的探测器接收。反射式光谱仪将接收到 的信号处理为包含了样品信息的测量光谱A05。本发明不仅适用于AOl示意的反射光信号 是波长的函数的反射式光谱仪，同样适用于透射光信号是波长的函数的透射式光谱仪以及 光信号是散射角的函数的光散射仪(scatterometer)或光信号是波长及散射角的函数的 光谱散射仪(spectrometer-scatterometer)等，这是因为样品结构没变。在下面的描述 中，我们就用反射式光谱仪(简称光谱仪)作为代表。A02为用参数描述样品光栅轮廓，即 样品轮廓模型化的模块。样品的周期性结构如果其周期数足够多，则其对光谱仪入射光的 反射特性为光学光栅。周期性结构可以是二维也可以是三维结构。若样品仅仅在一个方向 呈周期性分布，即为二维光栅。若样品在两个方向均呈周期性分布，则为三维光栅。二维光 栅在材料分布呈周期性变化的剖面称之为主剖面，如在笛卡尔坐标系中平行于XOZ面。A03 是光谱仪的光学参数模块，为光谱仪测量光栅反射的信号时设置光学参数。A04是材料的复 折射率模块。在A02用参数描述样品的光栅轮廓时，每一个基本图形对应其范围内为同一 种材料。材料的光学复折射率包括折射率和吸收系数。在A02将光栅建模参数化之后，结合 A03光谱仪光学参数和A04不同波长下材料的复折射率的信息，就可以用数值分析的方法 (如严格波耦合分析)计算样品理论光谱A06。通过参数化描述后，一组参数即对应待测样 品的一个可能轮廓，计算该组参数对应的理论光谱，就可以得到样品可能轮廓的理论光谱。 如某一组参数其对应的理论光谱在参数可能的全部范围内与测量光谱A05实现最佳匹配， 则就可以用这组参数对应的轮廓估计待测样品光栅的轮廓。A07模块就是这样寻找一组轮 廓参数使其对应的理论光谱与测量光谱实现最佳匹配的过程。A08即完成光谱最佳匹配后， 输出模型的轮廓参数，最终实现样品关键尺寸测量。
从上述的光学关键尺寸检测的流程可以知道，A02参数描述样品光栅轮廓是计算 样品理论光谱的前提。如果没有对光栅轮廓建模进行参数化实现样品轮廓的模型化，就无 法计算理论光谱，这样就谈不上通过匹配光谱来估计待测样品的轮廓了。二维光栅在主剖 面(在此剖面内材料呈周期性分布，设为XOZ面，则在Y方向材料均勻分布不变化)单个周 期内二维轮廓由若干基本的二维几何图形组成，将这些几何图形参数化就可以实现光栅轮 廓的参数化。三维光栅在两个方向材料均呈周期性分布，设为X和Y方向，可以使用三个平 行于Χ0Ζ、Υ0Ζ、Χ0Υ的剖面的二维几何图形描述。XOZ和YOZ剖面使用二维光栅类似的方法 描述。在不同的Z值处的XOY剖面的形状与XOZ和YOZ的图形有关，可以用以下方程统一 描述的具有对称规则的图形。
权利要求
1.一种在光学关键尺寸检测设备中用于自定义轮廓模板的方法，包括如下步骤ii.获取至少两个控制点以及基准点的位置信息；iii.获取至少一对所述控制点之间的连线的几何规律；所述控制点和基准点的位置信息和连线的几何规律作为所述轮廓模板的数据，相应 几何规律的所述连线用于连接位于相应位置的所述控制点，以形成作为所述轮廓模板的图形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤 i.获取所述轮廓模板的至少一个轮廓参数；所述步骤ii获取由所述至少一个轮廓参数描述的、所述控制点的位置信息； 所述步骤iii获取作为这一对所述控制点之间连线的几何规律的参数方程，该方程 包括这一对控制点的位置以及表征该连线几何特征的参数，也可以包含轮廓模板的轮廓参 数；所述步骤ii获取描述轮廓模板对应的图形在样品轮廓中具体位置的基准点； 所述轮廓模板的数据还包括所述轮廓参数；所述控制点位置、基准点位置、连线的几何规律的参数方程使用具体的数值和数学表 达式描述。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤i包括以下至少一项-获取至少一个公共的轮廓参数，所述公共的轮廓参数用于建立所述轮廓模板时使用， 并且用于建立样品轮廓模型和由模型重建样品轮廓时由用户所设定；_获取若干个私有的轮廓参数，所述私有的轮廓参数用于建立所述轮廓模板时使用。
4.一种在光学关键尺寸检测设备中建立样品轮廓模型的方法，该方法包括如下步骤 -接收来自用户的、将所述样品轮廓拆分为至少一个轮廓部分的输入；-对于各轮廓部分，使用根据权利要求1至3中任一项所述的方法建立相应的轮廓模 板，和/或调用使用根据权利要求1至3中任一项所述的方法已建立的相应的轮廓模板； -接收来自用户的、对所述各轮廓模板各自的轮廓参数的设定； -使用所述各轮廓模板以及各自的轮廓参数的设定，将所述各轮廓模板组合为所述样 品轮廓模型。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一接收步骤接收来自用户的、将所 述样品轮廓拆分为至少两个轮廓部分的输入；所述第二接收步骤还接收来自用户的、以所述至少两个轮廓模板各自的基准点来描述 的所述至少两个轮廓模板对应的图形的位置；所述组合步骤根据所述至少两个轮廓模板对应图形的位置，将所述至少两个轮廓模板 组合为所述样品轮廓模型。
6.一种在光学关键尺寸检测设备中重建样品轮廓的方法，该方法包括如下步骤 -使用根据权利要求4或5所述的方法建立样品轮廓的模型；_根据对所述样品轮廓的模型中使用的各轮廓模板的轮廓参数的所述设定，将所述轮 廓参数的值赋值给描述所述各轮廓模板的控制点以及控制点之间的相应连线的参数方程 的数学表达式中该所述轮廓参数，其中，所述设定包括轮廓参数的具体值、取值范围或包含 其它轮廓参数的表达式；-根据被赋值的控制点以及参数方程，计算各轮廓模板的所述控制点的位置以及之间 的连线上的至少两个离散点的位置，连线上的离散点的数量依据该连线的几何规律和轮廓 图形所需的精度确定，依次连接相邻离散点的线段得到模板对应的图形，从而重建样品的 轮廓。
7.一种在光学关键尺寸检测设备中用于建立轮廓模板的装置，包括 -第二单元，用于获取至少两个控制点以及基准点的位置信息；-第三单元，用于获取至少一对所述控制点之间的连线的几何规律，相应几何规律的所 述连线用于连接位于相应位置的控制点，以形成作为所述轮廓模板对应的图形。
8.根据权利要求7所述的装置，包括-第一单元，用于获取所述轮廓模板的至少一个轮廓参数； 所述第二单元用于获取由所述至少一个轮廓参数描述的、所述控制点的位置信息； 所述第三单元用于获取作为所述连线的几何规律、包括这一对所述控制点的位置信息 的参数方程。
9.一种在光学关键尺寸检测设备中建立样品轮廓的模型的装置，包括-第一接口，用于接收来自用户的、将所述样品轮廓拆分为至少一个轮廓部分的输入； -根据权利要求7或8所述的用于建立轮廓模板的装置；-第二接口，用于接收来自用户的指令对于各轮廓部分，使用该用于建立轮廓模板的 装置建立相应的轮廓模板，和/或调用使用该用于建立轮廓模板的装置已建立的相应的轮 廓模板；-第三接口，用于接收来自用户的、对所述各轮廓模板各自的轮廓参数的设定； -处理单元，用于使用所述各轮廓模板以及各自的轮廓参数的设定，将所述各轮廓模板 组合为所述样品轮廓的模型。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一接口接收来自用户的、将所述 样品轮廓拆分为至少两个轮廓部分的输入；所述第三接口还接收来自用户的、以所述至少两个轮廓模板各自的基准点来描述的所 述至少两个轮廓模板对应的图形的位置；所述处理单元根据所述至少两个轮廓模板对应图形的位置，将所述至少两个轮廓模板 组合为所述样品轮廓的模型。
11.一种在光学关键尺寸检测设备中重建样品的轮廓的装置，包括 -根据权利要求9所述建立样品轮廓的模型的装置；-赋值单元，用于根据对所述样品轮廓的模型中的各轮廓模板的轮廓参数的所述设定， 将所述轮廓参数的值赋值给描述所述各轮廓模板的控制点以及控制点之间的相应连线的 参数方程的数学表达式中的该所述轮廓参数，其中，所述设定包括轮廓参数的具体值、取值 范围或包含其它轮廓参数的表达式；-计算单元，用于根据被赋值的控制点以及参数方程，计算各轮廓模板的所述控制点的 位置以及之间的连线上的至少两个离散点的位置，连线上的离散点的数量依据该连线的几 何规律和轮廓图形所需的精度确定，依次连接相邻离散点的线段得到模板对应的图形，从 而重建样品的轮廓。
全文摘要
目前用户使用光学关键尺寸(OCD)检测设备时，需要将新的轮廓告知光学关键尺寸检测设备商制成轮廓模板后才能进行光谱计算，时间周期长、保密性差。本发明提供了在光学关键尺寸检测设备中用户自定义轮廓的方法，其中建立轮廓模板的方法包括如下步骤ii.获取至少两个控制点和基准点的位置信息；iii.获取至少一对所述控制点之间的连线的几何规律；所述控制点和基准点的位置信息和连线的几何规律作为所述轮廓模板的数据，相应几何规律的所述连线用于连接位于相应位置的所述控制点，以形成作为所述轮廓模板的图形。通过使用本发明提供的方案，用户可以自定义轮廓，不必将其轮廓信息告知光学关键尺寸检测设备商，缩短了时间，保密性好。
文档编号G01B11/24GK102141377SQ201110032938
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者刘国祥, 刘志钧, 张振生, 徐益平, 施耀明 申请人:睿励科学仪器(上海)有限公司