套刻标记的衍射场仿真、误差测量灵敏度分析方法及设备

本技术属于光刻分析领域，更具体地，涉及一种套刻标记的衍射场仿真、误差测量灵敏度分析方法及设备。

背景技术：

1、随着集成电路制造工艺的不断进步，集成电路的制造工艺已经进入了纳米级别，使得电路更加紧凑、功耗更低且性能更强大。光刻作为集成电路制造过程中的核心工艺，主要流程包括沉积、涂胶、软烘、曝光、硬烘、显影、光刻胶图形检测、刻蚀、离子注入、除胶。晶圆上曝光区域的面积非常宝贵，为在有限的曝光区域中集成更加复杂的电路，常常在晶圆上进行多次光刻以提高芯片集成度。为了保证多次光刻加工的堆叠电路能正常工作，曝光显影后存留在光刻胶上的图形(当前层)与晶圆衬底上已有的图形(前层)需套准。套刻误差的含义为当前层与参考层之间沿x和y方向上的套准误差，是光刻机的三大性能指标之一。

2、典型的套刻误差测量方法主要分为基于成像的套刻误差(image-based overlay，ibo)检测方法与基于衍射的套刻误差检测(diffraction-based overlay，dbo)方法。随着工艺节点的下降，套刻误差逐渐超出了ibo测量方法的极限从而逐渐失去主导地位。dbo方法主要包含经验性的dbo方法(empirical dbo，edbo)和基于模型的mdbo(model-baseddbo)。mdbo方法通过多次调用正向光学模型提取参数与测量衍射信号比对，实时求解复杂偏微分方程，难以满足在线原位测量的时间要求。而edbo方法利用套刻误差在一定范围内，周期性套刻标记的零级光反射率r0与套刻误差ov之间存在线性关系：

3、r0＝k·ov+b (1)

4、其中，k表示r0对套刻误差ov的灵敏度，b表示截距；利用这种经验性的线性关系，可以摆脱对正向光学模型的依赖，从而实现套刻误差的快速提取。在随后的研究中又发现，当套刻误差在一定范围内时，周期性套刻标记高级次衍射光的反射率之差与套刻误差也存在线性关系，并且当套刻误差为零时反射率之差也为零，即式(1.1)中截距b等于0，如图1所示，因此，利用两个套刻标记即可实现一个方向套刻误差的测量，大大减少了套刻标记在掩模版上占据的面积，如图2所示，因此这种方法也是目前工业界主流的套刻误差提取方法。

5、dbo技术专用的套刻标记为经过专门设计的周期性纳米光栅结构，因此在edbo方法中，一般需要首先对待测纳米结构进行光学特性建模，即建立待测纳米结构的几何参数、材料光学常数、测量条件等与反射率等光学衍射量之间的关系。严格耦合波分析(rigorouscoupled wave analysis，rcwa)是一种用于分析光波在周期性结构中传播和衍射的数值方法，它能够提供高精度的衍射效率和场分布信息。rcwa由于其数值求解过程相对简单，被广泛应用于纳米结构光学特性建模中。

6、虽然edbo方法提取套刻误差时依赖的是光学衍射量与套刻误差之间的线性关系，而无需调用套刻标记的正向光学模型，但套刻标记物镜后焦面衍射光频域图像的不同区域以及测量条件、套刻标记形貌参数等配置参数对套刻信息的灵敏度不相同。同时为了实现edbo方法对套刻误差的快速、鲁棒提取，光学衍射量关于套刻误差的灵敏度需较高，有利于抵抗测量噪声对套刻误差测量结果的影响，获得精密度较高的测量结果。因此需要理想正向仿真建模及灵敏度分析，为套刻误差测量提供依据与优化配置。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种套刻标记的衍射场仿真、误差测量灵敏度分析方法及设备，旨在解决现有技术无法仿真多级衍射场的频域光场分布，且无法获得对套刻误差感知灵敏度更高的探测区域，对测量条件配置组合进行优化的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本技术提供了一种套刻误差的衍射场仿真方法，包括：

3、结合套刻标记的参数和测量参数数确定入射光经过套刻标记后的出射点位置，所述出射光包括零级衍射光和高级次衍射光中的至少一级衍射光；

4、根据各出射点的位置，结合测量参数获取各出射点的琼斯矩阵；

5、结合各出射点的琼斯矩阵确定各出射点处的出射光电场矢量；

6、根据所述出射光电场矢量获取各出射点的光强。

7、可以理解的是，本技术能够仿真单级或多级衍射光的光场，即多级衍射光的频域图像。也可以基于仿真的光场分析各组测量参数在各出射区域的灵敏度，具体可参见第二方面的相关描述。

8、在一种可选的实现方式中，所述入射光经过物镜后再入射到套刻标记处；所述套刻标记的参数包括标记的周期参数；所述测量参数包括入射光波长和测量装置内物镜的数值孔径；

9、所述出射点的位置通过如下步骤确定：

10、根据入射光的入射坐标和入射角确定零级衍射光的出射点位置；

11、根据入射光的入射坐标、入射光的入射角、所述套刻标记的周期参数、入射光波长以及物镜的数值孔径确定高级次衍射光的出射点位置。

12、在一种可选的实现方式中，当所述套刻标记为周期性纳米光栅结构时，所述出射点位置具体为：

13、所述零级衍射光出射点坐标与入射坐标相反，出射角与入射光的入射角相同，方位角相差180°；以及

14、所述高级次衍射光的出射点坐标(xm,ym)为：

15、(xm,ym)＝(-xin+δ,-yin)

16、其中，下标m表示不同的衍射级次，(xin,yin)表示入射点坐标，δ表示相邻级次衍射光对应出射点的偏移量，λ为入射光波长，λ为光栅周期。

17、在一种可选的实现方式中，当所述套刻标记为周期性纳米光栅结构时，根据各出射点的位置计算出射面中各点的琼斯矩阵，包括：

18、根据物镜的数值孔径确定物镜后焦面上任意一点对应的入射角、出射角以及方位角；

19、基于所述入射角、出射角以及方位角，结合麦克斯韦方程组确定入射区域和透射区域的电磁场；

20、对周期性纳米光栅区域内的介电常数及所述电磁场做傅里叶级数展开，得到对应的耦合波微分方程；

21、在周期性纳米光栅区域上下边界运用电磁场边界条件，结合所述耦合波微分方程求得各个衍射级次的振幅，以确定各个点的琼斯矩阵。

22、需要说明的是，具体琼斯矩阵的计算过程可参见相关现有技术的记载，本技术对此不做任何限定，本领域技术人员可根据实际需要依照相关现有技术计算得到对应的琼斯矩阵。

23、在一种可选的实现方式中，结合各出射点的琼斯矩阵确定各出射点处的出射光电场矢量，具体为：

24、

25、其中，eoutput表示出射光电场矢量，einput表示入射光的电场矢量，表示方位角，θ表示入射角，r()表示旋转矩阵，表示出射点坐标系相对入射面旋转方位角度的旋转矩阵，p1表示起偏器，p2表示偏振分束器，所述起偏器用于调制入射光的偏振态；所述偏振分束器用于将衍射光的瞳面频域像分成co-pol共极化瞳面频域像和cross-pol交叉极化瞳面频域像；表示出射点的琼斯矩阵，jm表示，jp1表示起偏器的琼斯矩阵，jp2表示偏振分束器的琼斯矩阵。

26、可以理解的是，偏振分束器用于将衍射光的瞳面频域像分成co-pol共极化瞳面频域像和cross-pol交叉极化瞳面频域像，以便能够获取多级衍射光的频域图像，实现对多级衍射光的光场分析。

27、在一种可选的实现方式中，各出射点的光强由出射点处的出射光电场矢量与其共轭相乘后求模得到。

28、第二方面，本技术提供了一种套刻误差的测量灵敏度分析方法，包括：

29、采用第一方面或第一方面的任一种可选的实现方式所描述的方法确定一组测量参数下各出射点在不同套刻误差时的光强；

30、根据该组测量参数下出射点的光强相对套刻误差变化而变化的情况确定该组测量参数在每个出射点测量套刻误差的灵敏度。

31、可选地，本技术中套刻误差可以为已知参数，本技术能够通过对单级或多级衍射场的光场及对套刻误差的探测灵敏情况进行分析，确定单级或多级衍射场下不同测量参数下不同出射区域的套刻误差测量灵敏度。可以通过上述灵敏度分析，选择对应的衍射场、测量参数以及出射区域，对套刻误差进行测量，实现高精度的套刻误差测量。

32、可以理解的是，显而易见，套刻误差的灵敏度需较高，越有利于抵抗测量噪声对套刻误差测量结果的影响，获得精密度较高的测量结果。

33、在一种可选的实现方式中，将套刻误差发生变化前后出射点处的光强差与套刻误差变化值相除，之后乘以预设系数，得到该组测量参数在各出射点处的灵敏度。

34、第三方面，本技术提供一种电子设备，包括：至少一个存储器，用于存储程序；至少一个处理器，用于执行存储器存储的程序，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行第一方面或第一方面的任一种可选的实现方式所描述的方法。

35、第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种可选的实现方式所描述的方法。

36、第五方面，本技术提供一种计算机程序产品，当计算机程序产品在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种可选的实现方式所描述的方法。

37、可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

38、总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

39、本技术提供一种套刻标记的衍射场仿真、误差测量灵敏度分析方法及设备，可通过数值建模方法充分利用瞳面范围内的入射角和方位角信息得到零级光及高级次衍射光的频域矢量图像。利用频域矢量图像对套刻误差进行灵敏度分析，通过套刻标记物镜后焦面衍射光频域图像的不同区域以及测量条件、套刻标记形貌参数等配置参数对套刻信息的灵敏度，能获得对套刻误差感知灵敏度更高的探测区域，能对测量条件配置组合进行优化，同时也能为套刻标记形貌参数的设计与改进提供理论依据，有利于抵抗测量噪声对套刻误差测量结果的影响，获得精密度较高的测量结果，为后续仪器搭建以及实际测量提供理论依据。