CN105571484B - 确定测量模式和光学系统参数容差的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于确定OCD测量中的光学系统参数容差的方案，其中，对于多个测量模式中的每一个测量模式所对应的归一化的信号偏移量；并从所述多个测量模式中选择所对应的归一化的信号偏移量最大的测量模式，作为最佳测量模式；并根据最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述光学系统参数容差。根据本实施例的方法，可以确定满足各个结构参数测量灵敏度和精确度需求的最佳测量模式，并确定各个光学系统参数容差，从而提高测量的灵敏度和精确度。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量技术领域，尤其涉及一种在计算机设备中面向待测器件结构的用于确定光学关键尺寸OCD(Optical Critical Dimension)测量中的测量模式和OCD测量设备的光学系统参数容差 (即，OCD测量设备的各光学系统参数的最大可接受误差范围)的方法和装置。
背景技术
随着2x纳米技术节点后摩尔时代的临近，器件的结构尺寸越来越小，新制程和新材料引入独特的图形设计规则和测量要求，如三维快闪存储器3D(3-Dimensional)Flash、鳍型场效应晶体管FinFET (Fin-Field-Effect-Transistor)、沉浸式光刻、光学邻近校正OPC (Optical Proximity Correction)、基于设计的测量DBM(Design Based Metrology)、双重掩膜DP(Double Patterning)、应变沟道和晶片堆迭通孔技术TSV(Through SiliconVia)等3D器件和新技术的导入，驱动光学关键尺寸OCD(Optical Critical Dimension)测量技术进一步提升测量的灵敏度和精确度，以应对愈加微细的工艺控制需求和尺寸越来越小的器件结构的测量要求。
目前，常用于极大规模集成电路制造工艺中的、基于散射光谱信号的光学关键尺寸OCD测量设备的主要光学系统硬件装置都是固定组装的，在测量器件结构时，其相应的光学系统参数(“OCD测量设备的光学系统参数”以下均简称为“光学系统参数”)也是固定不变的。这种测量方式难以满足目前对不同器件的高灵敏度和精确度测量需求。同时，芯片生产对各道工序中涉及的各个待测结构参数的容差提出具体的精确度需求，因此，如何针对性的改进光学测量系统设备的硬件装置的精确度，既满足测量精确度要求，同时高效实现测量设备的改造升级，成为面临解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种在计算机设备中用于确定OCD测量中的测量模式和光学系统参数容差(即，OCD测量设备的各光学系统参数的最大可接受误差范围)的方法和装置。
根据本发明的一个方面，提供一种在计算机设备中用于确定OCD 测量中的测量模式和光学系统参数容差的方法，其中，该方法包括以下步骤：
a对于多个测量模式中的每一个测量模式，根据待测结构模型的多个结构参数中每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的归一化的信号偏移量，并通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，选择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量，其中，所述测量模式规定了用于测量所述待测结构模型的测量光的光谱类型以及光学系统参数组合；
b从所述多个测量模式中选择所对应的归一化的信号偏移量最大的测量模式，作为最佳测量模式；
c根据最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述光学系统参数容差。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种在计算机设备中用于确定OCD测量中的光学系统参数容差的取值范围确定装置，其中，该取值范围确定装置包括以下装置：
第一确定装置，用于对于多个测量模式中的每一个测量模式，根据待测结构模型的多个结构参数中每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的归一化的信号偏移量，并通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，选择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量，其中，所述测量模式规定了用于测量所述待测结构模型的测量光的光谱类型以及光学系统参数组合；
第一选择装置，用于从所述多个测量模式中选择所对应的归一化的信号偏移量最大的测量模式，作为最佳测量模式；
第二确定装置，用于根据最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述光学系统参数容差。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1)可以通过分析待测结构模型的每个结构参数引起的归一化的信号偏移量，来确定满足一个待测结构的所有结构参数的测量灵敏度和精确度要求(即工艺容差定义)的最佳测量模式及该最佳测量模式所对应的各个光学系统参数的参数值，使得能够在该最佳测量模式下对该待测结构进行OCD测量，并大幅提高该待测结构测量结果的精确度；2)可根据最佳测量模式对应的未归一化的信号偏移量，来确定满足待测结构的测量灵敏度和精确度要求情况下的各个光学系统参数所允许的最大可接受误差范围，即光学系统参数容差。从而可针对性的提出对各个光学系统参数的设计要求，对各个光学系统参数在测量光路中的不确定性予以控制，以达到抑制光学系统参数所引起的测量噪声的目的；3)可以获取最佳测量模式下各个光学系统参数所引起的噪声之间的比例关系，该比例关系可以用于进行进一步的噪声控制。并且，本发明的方案可以定性的描述硬件的改进方向，以及定量指出各光学系统参数的改进空间。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的一个优选实施例的在计算机设备中用于确定 OCD测量中的测量模式和光学系统参数容差的方法的流程示意图；
图2为本发明的一个优选实施例的在计算机设备中用于确定 OCD测量中的测量模式和光学系统参数容差的容差取值范围确定装置的结构示意图；
图3为基于OCD测量原理进行OCD测量的流程示意图；
图4为鳍式场效应晶体管FinFET示例的剖面示意图；
图5为一个优选实施例的根据曲线来确定光学系统参数中的第一参数容差的示意图；
图6为图4所示的待测结构模型的多个结构参数的未归一化的信号偏移量的柱状分布示意图；
图7为图4所述的待测结构模型的结构参数的信号偏移量、第一参数引起的噪声、第二参数引起的噪声之间的关系示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
为更清楚地说明本发明的方案，以下先对OCD测量原理进行说明：
OCD测量原理的实现步骤可包括：
1)OCD测量设备建立与待测结构的形貌相对应的理论光谱数据库。
该步骤的具体实现方式包括：首先，OCD测量设备根据待测结构的形貌建立待测结构模型；接着，OCD测量设备根据所选的测量模式和光学系统参数对该待测结构模型进行理论仿真，来获取待测结构相应的理论光谱；然后，OCD测量设备根据仿真获取的待测结构的理论光谱，来建立待测结构的理论光谱数据库。
其中，待测结构模型可通过其结构参数变量来被确定，一个待测结构具有多个结构参数变量。一般地，可用参数向量x＝(x0,x1,...,xL-1)T， xj,j＝0,...,L-1，来表示待测结构全部的结构参数。对于给定的具体结构参数组合x，根据周期性结构的光散射原理，可以计算相应该结构参数的待测结构的理论光谱s(λ)。赋予不同结构参数数值的组合，会产生不同的理论光谱，从而可根据该等不同的理论光谱建立待测结构的理论光谱数据库。
作为一个示例，可根据严格耦合波分析RCWA(Rigorous Coupled-Wave Analysis)来获取待测结构的理论光谱数据。
本领域技术人员应该理解，上述采用RCWA方法来获取待测结构的理论光谱数据的方式仅为举例，任何其他计算理论光谱数据的方法，如可利用本发明的方法，均应包含在本发明的保护范围以内，并以引用方式包含于此。
2)OCD测量设备获得待测结构的测量光谱。
具体地，OCD测量设备获取包含待测结构的结构信息的散射信号，并将接收到的散射信号处理为包含待测结构的结构信息的测量光谱。其中，测量光谱的数值的描述形式包括但不限于：反射率Rs,Rp(如用于描述SR,Spectroscopic Reflectometry)、偏振态变化的描述tanψ和 cosΔ(如用于描述SE,Spectroscopic Ellipsometry)、偏振态分析的傅立叶系数α,β(如用于描述SE,Spectroscopic Ellipsometry)、直接输出描述散射过程的穆勒矩阵(Mueller Matrix)、NCS谱型等；其中，NCS 谱型表示分别对应称之为N、C、S的三条偏振光谱，N、C、S分别是stoke向量的元素，在穆勒矩阵光谱类型中，stoke向量是表示出射光和入射光的一种方式。
3)从理论光谱数据库中寻找与测量光谱最佳匹配的特征光谱，从而确定该待测结构的结构参数。
具体地，OCD测量设备根据预定匹配标准，将步骤1)中建立的待测结构的理论光谱数据库与步骤2)中获得的待测结构的测量光谱进行匹配，来获取理论光谱数据库中的、与测量光谱最佳匹配的特征光谱，并根据该特征光谱所对应的参数向量来确定最佳匹配时该待测结构的结构参数，其中，xj,j＝0,...,L-1，来表示待测结构全部的结构参数。也即，参数向量对应的理论光谱s(x*,λ)与测量光谱sM(λ)可实现最佳匹配。优选地，所述预定匹配标准可以采用拟合优度GOF(Goodness of Fit)或均方根误差RMSE (Root Mean Square Error)等。
图3为根据上述OCD测量原理进行OCD测量的流程示意图。
在对待测结构的结构参数进行灵敏度分析的过程中，灵敏度公式定义如下：
其中，Parameter为某个结构参数标称值的数值，也可符号化为xj；ΔParameter为对应该结构参数引入的一个变化量，即Δxj，因此有：
Signal为某种类型光谱在某个波段范围的信号值；ΔSignal为结构参数 xj在该波段范围的整体信号偏移量，其可通过对结构参数xj的浮动值Δxj在所选全体波长点引起的光谱信号偏移量进行统计处理来获得。
同时，定义ΔS(x,Δxj,λi)表示结构参数xj在某波长点λi,(i＝1,...,N)处的光谱信号偏移量。如下式：
ΔS(x,Δxj,λi)＝s(x,Δxj,λi)-s(x,0,λi)
其中，s(x,Δxj,λi)表示结构参数xj基于其标称值浮动Δxj时在波长点λi处产生的光谱数据，同时，其余结构参数取相应标称值；s(x,0,λi) 表示结构参数xj为其标称值时在波长点λi处产生的光谱数据，即是，全体结构参数取其标称值。
通常，ΔSignal采取均方根误差计算方式对所选测量波段的光谱变化值进行处理，N表示所选波段所包含的波长点数目，λi,(i＝1,...,N)，结合对ΔS(x,Δxj,λi)的定义，有下式，
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明的一个优选实施例的在计算机设备中用于确定OCD测量中的测量模式和光学系统参数容差的方法的流程示意图；本发明的确定OCD测量中的测量模式和光学系统参数容差的方法主要涉及图3所示的对待测结构的结构参数及光学系统参数进行灵敏度分析的步骤。
其中，本实施例的方法主要通过计算机设备来实现。优选地，根据本发明的所述计算机设备包括OCD测量设备。
需要说明的是，所述OCD测量设备仅为举例，其他现有的或今后可能出现的计算机设备如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。
根据本实施例的方法包括步骤S1、步骤S2和步骤S3。
在步骤S1中，对于多个测量模式中的每一个测量模式，计算机设备根据待测结构模型的多个结构参数中每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的归一化的信号偏移量，并通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，选择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量，其中，所述测量模式规定了用于测量所述待测结构模型的测量光的光谱类型以及光学系统参数组合。
其中，可采用多种方式来表示所述光谱类型，例如反射率参数、偏振态变化参数、用于偏振态分析的傅立叶系数、用于表示散射过程的穆勒矩阵(Mueller matrix)和NCS谱型等；其中，所述光学系统参数包括任何与测量光相关的参数。
例如，光谱类型包括反射率参数Rs和Rp、偏振态变化参数tanψ和 cosΔ、偏振态分析的傅立叶系数α和β；光学系统参数包括用于各自表示一种角度的第一参数和第二参数，其中，第一参数的取值范围为 [0°,90°]，第二参数的取值范围为[-90°,90°]，则所述多个测量模式包括上述光谱类型与第一参数和第二参数的组合。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何规定了用于测量所述待测结构模型的测量光的光谱类型以及光学系统参数组合的测量模式，均应包含在本发明的测量模式的定义范围内。
其中，所述待测结构模型为用于表示待测结构的材料及结构信息的模型；其中，所述结构参数为任何可用于表示所述待测结构模型的结构特征的各种参数，例如，待测结构模型的关键尺寸、涂层厚度、侧壁角度和高度等；其中，所述预设最大容差值用于表示由用户或客户定义的，或由待测结构在制造工艺中的精确度控制需求所决定的，相应体现在待测结构模型中的结构参数所允许的误差范围。
例如，图4所示为鳍式场效应晶体管FinFET示例的剖面示意图，该待测结构模型的结构参数包括如图4中所示的Fin_CD、TiN_coat、 HK_coat、hardmask_HT、Fin_height、Box_height、SOI_recess；其中，关键尺寸Fin_CD所对应的最内层柱状体的材料为Poly Si(多晶硅)，覆盖层厚度Tin_coat所对应的第一层覆盖层的材料为TiN(氮化钛)，覆盖层厚度HK_coat所对应的第二层覆盖层的材料为HfO2(二氧化铪)，hardmask_HT所对应部分的材料为SiN(氮化硅)，第二层覆盖层和最内层柱状体之间除hardmask_HT所对应部分以外的覆盖层的材料为SiO2，底座中最底层的材料为Si(硅)，最底层上一层的材料为SiO2；其中，结构参数Fin_CD的预设最大误差值为0.1nm，即表示结构参数Fin_CD所允许的误差范围为(-0.1nm，+0.1nm)。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何用于表示所述待测结构模型的结构特征的各种参数，均应包含在本发明的结构参数的定义范围内。
具体地，在步骤S1中，对于多个测量模式中的每一个测量模式，计算机设备确定每个结构参数的归一化的信号偏移量后，通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，选择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量。
例如，对于图4所示的待测结构模型，计算机设备确定该待测结构模型的每个结构参数的归一化的信号偏移量分别为： Normalized_ΔSignalFIN_CD，Normalized_ΔSignalTin_coat， Normalized_ΔSignalHK_coat，Normalized_ΔSignalhardmask_HT， Normalized_ΔSignalFin_height，Normalized_ΔSignalBox_height， Normalized_ΔSignalSOI_recess；计算机设备对上述归一化的信号偏移量的数值进行对比，并选择其中数值最小的信号偏移量Normalized_ΔSignalSOI_recess作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何对于多个测量模式中的每一个测量模式，根据待测结构模型的多个结构参数中每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的归一化的信号偏移量，并通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，选择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
优选地，计算机设备确定一个结构参数的归一化的信号偏移量的实现方式包括步骤S11和步骤S12。
在步骤S11中，计算机设备根据该结构参数的标称值与预设最大容差值，并结合所述多个结构参数中其他结构参数的标称值，确定该结构参数的标称值所对应的光谱数据，作为标称光谱数据，并确定所述标称值上下偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的光谱数据，作为容差光谱数据。
其中，所述容差光谱数据包括结构参数的标称值向上偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的光谱数据，以及结构参数的标称值向下偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的光谱数据。
具体地，计算机设备通过将该结构参数和该结构参数以外的其他结构参数均设置为其标称值，并根据上述设置来对待测结构模型进行仿真，从而确定结构参数的标称值对应的标称光谱数据；计算机设备通过将该结构参数以外的其他结构参数设置为其标称值，将该结构参数设置为其标称值向上偏离预设最大容差值后得到的数值，并根据上述设置来对待测结构模型进行仿真，从而确定标称值向上偏离预设最大容差值后得到的数值对应的一条容差光谱数据；计算机设备通过将该结构参数以外的其他结构参数设置为其标称值，并将该结构参数设置为其标称值向下偏离预设最大容差值后得到的数值，并根据上述设置来对待测结构模型进行仿真，从而确定标称值向下偏离预设最大容差值后得到的数值对应的一条容差光谱数据。
例如，图4为鳍式场效应晶体管FinFET示例的剖面示意图，以处理该图所示的待测结构模型的结构参数Fin_CD为例，结构参数 Fin_CD的标称值为Nominal_Fin_CD，预设最大容差值为0.1nm。计算机设备将Fin_CD取值为Nominal_Fin_CD，并将该待测结构模型的其他结构参数取值为该等结构参数的标称值，通过仿真计算可得到结构参数Fin_CD的标称值对应的标称光谱数据S(Nominal_Fin_CD,λi)；并且，计算机设备将Fin_CD取值为Nominal_Fin_CD+0.1nm，并将该待测结构模型的其他结构参数取值为该等结构参数的标称值，通过仿真计算可得到结构参数Fin_CD的标称值向上偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的容差光谱数据S(Nominal_Fin_CD+0.1nm,λi)；并且，计算机设备将Fin_CD取值为Nominal_Fin_CD-0.1nm，并将该待测结构模型的其他结构参数取值为该等结构参数的标称值，通过仿真计算可得到结构参数Fin_CD的标称值向下偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的容差光谱数据S(Nominal_Fin_CD-0.1nm,λi)。
需要说明的是，本领域技术人员应能理解，由于标称光谱数据是基于所有结构参数的标称值来确定的，而每个结构参数的标称值均是固定的，因此，各个结构参数的标称光谱数据均是相同的。故在一个测量模式下，通过执行一次步骤S11中的标称光谱数据的步骤，即可获得所有结构参数的标称光谱数据；而各个结构参数的容差光谱数据则需要通过多次执行步骤S11中确定容差光谱数据的步骤来获得。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据该结构参数的标称值与预设最大容差值，并结合所述多个结构参数中其他结构参数的标称值，确定所述结构参数的标称值所对应的光谱数据，作为标称光谱数据，并确定所述标称值上下偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的光谱数据，作为容差光谱数据的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
在步骤S12中，计算机设备根据该结构参数的标称光谱数据及容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量。
优选地，计算机设备根据所述标称光谱数据及容差光谱数据，确定标称值对应的标称光谱数据与标称值向上偏离预设最大误差值后得到的数值对应的容差光谱数据之间的未归一化的信号偏移量，以及标称值对应的标称光谱数据与标称值向下偏离预设最大误差值后得到的数值对应的容差光谱数据之间的未归一化的信号偏移量，并选择上述两个未归一化的信号偏移量中的较小的信号偏移量，作为该结构参数的未归一化的信号偏移量；接着，计算机设备对该结构参数的未归一化的信号偏移量进行归一化处理，来确定该结构参数的归一化的信号偏移量。
其中，计算机设备可采用多种计算方法，来根据所述标称光谱数据及容差光谱数据确定该结构参数的未归一化的信号偏移量，如采用均方误差计算方法、均方根误差计算方法、平均绝对百分误差计算方法等。
基于已述符号定义和公式，计算机设备采用均方根误差RMSE计算方式来获得标称光谱数据与容差光谱数据之间的信号偏移量ΔSignal的一个示例如下所示：
ΔS(x,Δxj,λi)＝s(x,Δxj,λi)-s(x,0,λi)
其中，ΔSignal表示结构参数的未归一化的信号偏移量，s(x,0,λi)表示结构参数的标称值在波长点λi处所对应的光谱数据，s(x,Δxj,λi)表示结构参数xj的标称值偏离Δxj后得到的数值在波长点λi处所对应的光谱数据，N表示全波段的全体波长点数量，其中λi(i＝1,...,N)，所述全波段为预先确定的用于OCD测量的波段范围。
计算机设备对结构参数的未归一化的信号偏移量进行归一化处理，来确定该结构参数的归一化的信号偏移量的一个示例如下：
其中，Normalized_ΔSignal为该结构参数的归一化的信号偏移量；用于表示根据该结构参数的标称值对应的光谱，对全体波长点处的光谱数据进行统计平均处理后所得到的光谱信号强度，其可基于以下公式得到：
例如，以图4所示的待测结构模型的结构参数Fin_CD为例，结构参数Fin_CD的标称值为Nominal_Fin_CD，预设最大容差值为 0.1nm。在步骤S11中，计算机设备确定结构参数Fin_CD取值为 Nominal_Fin_CD时的标称光谱数据S(Nominal_Fin_CD,λi)、Fin_CD取值为Nominal_Fin_CD+0.1nm时的容差光谱数据 S(Nominal_Fin_CD+0.1nm,λi)、和Fin_CD取值为Nominal_Fin_CD-0.1nm 时的容差光谱数据S(Nominal_Fin_CD-0.1nm,λi)；在步骤S12中，计算机设备确定该结构参数取值为Nominal_Fin_CD+0.1nm时的未归一化的信号偏移量为：
需要说明的是，若结构参数的未归一化的信号偏移量的计算结果可被直接视为已归一化，或者，不同的测量模式下结构参数的未归一化的信号偏移量之间具有明确的数值比较意义，可直接进行比较，则可无需对该等未归一化的信号偏移量的数值进行归一化处理。
作为步骤S12的一种优选方案，步骤S12进一步包括步骤S12-1 和步骤S12-2。
在步骤S12-1中，当所采用的测量模式的光谱类型的幅值范围不符合预定幅值范围时，计算机设备对该结构参数的标称光谱数据和容差光谱数据进行幅值映射，以使其符合所述预定幅值范围。
例如，预定幅值范围为(-1，+1)，多种测量模式的光谱类型包括：Mueller matrix、SE、SR等，其中，Mueller matrix和SE的幅值范围为(-1，+1)，SR的幅值范围为(0，1)。在步骤S12-1中，计算机设备判断到测量模式的光谱类型SR的幅值范围不符合预定幅值范围，则对光谱类型为SR的测量模式下确定的标称光谱数据和容差光谱数据进行幅值映射进行幅值映射，以使该等光谱的幅值范围从(0， 1)转化为(-1，+1)，该幅值映射处理过程如下：
Rs(λi)'＝2Rs(λi)-1
Rp(λi)'＝2Rp(λi)-1
其中，Rs(λi)和Rp(λi)代表S光和P光在映射处理前的原始强度数值，范围为(0，1)；Rs(λi)'和Rp(λi)'表示经历映射处理后光强范围位于 (-1，+1)的S光和P光的光谱强度数值。
需要说明的是，上述举例中采用的预定幅值范围为(-1，+1)，本领域技术人员应该理解，本发明中的所述预定幅值范围并不限于 (-1，+1)，任何光谱类型的幅值范围均可作为本发明中的预定幅值范围，例如，使用偏振态变化参数tanψ来表示光谱类型SE时，可将该光谱类型的幅值范围(-∞，+∞)，作为预定幅值范围。
需要说明的是，上述举例中的幅值映射处理方式为预定幅值范围为(-1，+1)时进行幅值映射处理的一个示例，本领域技术人员应该理解，对于要进行幅值映射的光谱，在不同的预定幅值范围下其所采用的幅值映射处理方式不同。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何当所采用的测量模式的光谱类型的幅值范围不符合预定幅值范围时，对所述标称光谱数据和容差光谱数据进行幅值映射，以使其符合所述预定幅值范围的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
在步骤S12-2中，计算机设备根据幅值映射后的标称光谱数据和容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量。
具体地，计算机设备根据幅值映射后的标称光谱数据和容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量的实现方式与步骤S12 中计算机设备根据标称光谱数据和容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量的实现方式相同或相似，在此不再赘述。
需要说明的是，由于不同的测量模式下的光谱可能具有不同的幅值范围，因此，本发明中，除了步骤S12外，任何需要对不同测量模式下获得的光谱数据进行处理时，均可采用幅值映射的方式，来对数据进行预处理。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据幅值映射后的标称光谱数据和容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所述标称光谱数据及容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
在步骤S2中，计算机设备从多个测量模式中选择所对应的归一化的信号偏移量最大的测量模式，作为待测结构模型的最佳测量模式。
具体地，计算机设备对在步骤S1中确定的多个测量模式中每个测量模式所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，确定该等归一化的信号偏移量中最大的归一化的信号偏移量，并选择对应该最大的归一化的信号偏移量的测量模式，作为最佳测量模式。
例如，在步骤S1中，计算机设备确定：测量模式1对应的归一化的信号偏移量为Normalized_ΔSignal1，测量模式2对应的归一化的信号偏移量为Normalized_ΔSignal2，测量模式3对应的归一化的信号偏移量为Normalized_ΔSignal3；则在步骤S2中，计算机设备确定：
Normalized_ΔSignal1<Normalized_ΔSignal2<Normalized_ΔSignal3；
则计算机设备选择Normalized_ΔSignal3对应的测量模式3，作为最佳测量模式。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何从所述多个测量模式中选择所对应的归一化的信号偏移量最大的测量模式，作为最佳测量模式的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
需要说明的是，步骤S1和步骤S2并无绝对的先后顺序；例如，在步骤S1中确定了各个测量模式中部分测量模式对应的归一化的信号偏移量后，在步骤S2中可先比较该部分测量模式对应的归一化的信号偏移量，并从中选择最大的归一化后的信号偏移量；与此同时，步骤S1 可继续执行并确定其他测量模式对应的归一化的信号偏移量，接着，在步骤S2中，将之前选择的最大的归一化后的信号偏移量，与所述其他测量模式对应的归一化的信号偏移量进行比较，并选择最大的归一化后的信号偏移量，从而确定最佳测量模式。
接着，在步骤S3中，计算机设备根据最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述光学系统参数容差。优选地，计算机设备可进一步结合最佳测量模式的光学系统参数，来确定光学系统参数容差。
其中，计算机设备获取最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量的实现方式包括但不限于：
1)计算机设备从步骤S1中记录的对应最佳测量模式的各个结构参数分别对应的未归一化的信号偏移量中选择最小的未归一化的信号偏移量，作为最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量。由于在步骤S1中，计算机设备可获得并记录每个测量模式下的每个结构参数的未归一化的信号偏移量，故在步骤S3中，计算机设备可直接根据该记录来选择最小的未归一化的信号偏移量，作为最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量。
例如，表1为图4所示的待测结构模型在最佳测量模式下的数据，其中包含了在最佳测量模式下每个结构参数的未归一化的信号偏移量，计算机设备可直接选择其中最小的未归一化的信号偏移量 0.0002，作为最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量。
表1
需要说明的是，计算机设备可将待测结构模型的每个结构参数的未归一化的信号偏移量以分布图的形式绘制出来，以更加直观的表示各个未归一化的信号偏移量的大小。
例如，如图6为最佳测量模式下图4所示的待测结构模型的多个结构参数的未归一化的信号偏移量的柱状分布示意图，其直观地表示出了结构参数SOI_recess的未归一化的信号偏移量最小，结构参数 Fin_CD的未归一化的信号偏移量最大。
2)计算机设备在步骤S3之前执行以下步骤：在所述最佳测量模式下，计算机设备根据所述每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的未归一化的信号偏移量，并选择每个结构参数的未归一化的信号偏移量中最小的信号偏移量，作为所述最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量。
其中，对于一个结构参数，计算机设备根据该结构参数的标称值与预设最大容差值，并结合所述多个结构参数中其他结构参数的标称值，确定结构参数的标称光谱数据及容差光谱数据；并且，计算机设备根据结构参数的所述标称光谱数据及容差光谱数据，确定其未归一化的信号偏移量。其中，该步骤的实现方式与步骤S11和步骤S12的确定未归一化的信号偏移量的步骤的实现方式相同或者相似，在此不再赘述。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何获得最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
接着，获得最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量后，计算机设备根据未归一化的信号偏移量确定所述光学系统参数容差的实现方式包括但不限于：
1)计算机设备对所述光学系统参数中的每一个执行下述步骤S31 和S32。
在步骤S31中，计算机设备根据所有结构参数的标称值，并结合当前处理的光学系统参数的多个浮动值以及其他光学系统参数中的每个的标称值，确定该光学系统参数的多个浮动值引起的多个信号偏移量。其中，所述光学系统参数的多个浮动值可根据该光学系统参数的标称值来确定；优选地，该多个浮动值接近该光学系统参数的标称值；更为优选地，该多个浮动值对称的分布在标称值的两侧。其中，当前处理的光学系统参数的一个浮动值对应一个信号偏移量。
作为一个示例，在多次仿真中，计算机设备将所有结构参数及其他光学系统参数均设置为其标称值，并将当前处理的光学系统参数分别设置为其标称值和多个浮动值，从而获得与当前处理的光学系统参数的标称值和多个浮动值分别对应的多条光谱数据；并且，计算机设备根据该等光谱数据，确定该光学系统参数的多个浮动值中的每个浮动值对应的光谱数据与该结构参数的标称值对应的光谱数据之间的信号偏移量。
例如，以图4所示的待测结构模型为例，当前处理的光学系统参数为用于表示一种角度的第一参数，最佳测量模式下第一参数的标称值为45°，第一参数的四个浮动值为：44.8°、44.9°、45.1°、45.2°。在步骤S31中，计算机设备将待测结构模型的所有结构参数及第一参数以外的其他光学系统参数均设置为其标称值，通过RCWA仿真分别获取第一参数取值为45°、44.8°、44.9°、45.1°、45.2°时对应的光谱数据S(45,λi)、S(44.8,λi)、S(44.9,λi)、S(45.1,λi)、S(45.2,λi)；接着，计算机设备根据上述光谱数据确定第一参数的每个浮动值对应的信号偏移量如下：
上述ΔSignal1、ΔSignal2、ΔSignal3和ΔSignal4即为第一参数的多个浮动值44.8°、44.9°、45.1°、45.2°引起的多个信号偏移量。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所有结构参数的标称值，并结合当前处理的光学系统参数的多个浮动值以及其他光学系统参数中的每个的标称值，确定该光学系统参数引起的多个信号偏移量的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
在步骤S32中，计算机设备根据该光学系统参数的多个浮动值引起的多个信号偏移量与所述最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述该光学系统参数容差。
具体地，计算机设备根据该光学系统参数引起的多个信号偏移量与所述最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述该光学系统参数容差的实现方式包括但不限于：
a)计算机设备根据所述多个信号偏移量，绘制光学系统参数的信号偏移量曲线，将所述信号偏移量曲线与该最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量进行比对，再通过插值来确定该光学系统参数容差。
例如，图5为确定光学系统参数中的第一参数容差的示例的示意图。其中，实线为根据第一参数引起的多个信号偏移量绘制的信号偏移量曲线；虚线表示最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量。计算机设备通过将信号偏移量曲线和最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量进行比对，确定当第一参数的浮动值为标称值与|X2|之和时，以及当第一参数的浮动值为标称值与|X1|之差时，第一参数引起的信号偏移量与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相等，且|X1|<|X2|，则计算机设备确定第一参数的取值范围为(-|X1|，|X1|)，则第一参数容差为|2X1|。
b)计算机设备根据所述多个信号偏移量，确定该光学系统参数的浮动引起的信号偏移量与该光学系统参数的数值之间的函数关系，再通过所述函数关系确定当浮动该光学系统参数时引起的信号偏移量与最佳测量模式所对应的未归一化的结构参数信号偏移量的数值相等时该光学系统参数的取值，计算机设备根据该取值可确定该光学系统参数容差。
例如，计算机设备根据在步骤S31中确定的所述多个信号偏移量，确定在该光学系统参数的标称值两侧，该光学系统参数引起的信号偏移量与该光学系统参数的取值之间存在线性关系，则根据该线性关系，计算机设备可确定当浮动该光学系统参数时引起的信号偏移量等于最佳测量模式所对应的结构参数未归一化的信号偏移量时该光学系统参数的取值，进而计算机设备可根据该取值确定该光学系统参数容差。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据该光学系统参数引起的多个信号偏移量与所述最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述该光学系统参数容差的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
该实现方式的实现简单。并且，需要说明的是，该实现方式中，可忽略其他光学系统参数引起的信号偏移量，较适合应用于硬件精确度要求较低的测量环境。
2)步骤S3包括步骤S31’和步骤S32’。
在步骤S31’中，计算机设备根据各个光学系统参数的变化量之间的数值变化对应关系，同时浮动所有光学系统参数，并计算浮动后的所有光学系统参数引起的噪声信息。
其中，所述数值变化对应关系用于表示各个光学系统参数的变化量在数值上具有的函数关系。优选地，所述数值变化对应关系为线性关系；更为优选地，所述数值变化对应关系为比例关系。
其中，可采用多种方式预先确定所述数值变化对应关系。例如，根据各个光学系统参数的在设计过程中基于测量需求进行的人为定义；又例如，基于对历史测量数据的统计分析，确定各个光学系统参数的变化量在数值上具有的函数关系。
具体地，计算机设备根据各个光学系统参数的变化量之间的数值变化对应关系，同时浮动所有光学系统参数，并根据浮动所有光学系统参数产生的光谱数据，并结合所有光学系统参数均设置为其标称值时产生的光谱数据，来计算浮动后的所有光学系统参数引起的噪声信息。
例如，暂仅考虑光学系统参数包括用于各自表示一种角度的第一参数和第二参数，第一参数和第二参数的变化量之间的数值变化对应关系为：ΔAOI＝1.5×Δφ，其中，ΔAOI为第一参数的变化量，Δφ为第二参数的变化量。则计算机设备可根据上述数值变化对应关系同时浮动第一参数和第二参数，如第二参数向上浮动0.1°且第一参数向上浮动0.15°等，并获取第一参数和第二参数浮动后进行仿真计算获得的一条光谱数据，接着计算机根据该光谱数据和所有光学系统参数均设置为其标称值时产生的光谱数据，来计算浮动第一参数和第二参数引起的噪声信息δAOI和δφ。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据各个光学系统参数的变化量之间的数值变化对应关系，浮动所有光学系统参数，并计算浮动后的所有光学系统参数引起的噪声信息的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
在步骤S32’中，当所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配时，计算机设备将当前各个光学系统参数的变化量，作为所述光学系统参数容差，当所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量不匹配时，计算机设备重复所述步骤S31’，直至光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配。
优选地，计算机设备将光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量进行数值比较，当两者相等或相近时，计算机设备确定所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配，并将当前各个光学系统参数的变化量，作为各个光学系统参数容差；当两者不相等或不相近时，计算机设备重复前述步骤S31’，直至光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配。
例如，表1为图4所示的待测结构模型在最佳测量模式下生成的数据。其中，光学系统参数仅包括用于各自表示一种角度的第一参数和第二参数，其中，第一参数AOI和第二参数φ的变化量之间的数值变化对应关系为：ΔAOI＝1.5×Δφ。在步骤S32’中，第一参数的变化量为0.45°且第二参数的变化量为0.30°时，计算机设备确定两者产生的噪声信息的数值之和等于最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量0.0002，则计算机设备确定第一参数容差为(-0.45°，+0.45°)，第二参数容差为(-0.30°，+0.30°)。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何当所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配时，将当前各个光学系统参数的变化量，作为所述光学系统参数容差，当所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量不匹配时，重复所述步骤S31’，直至光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
需要说明的是，该实现方式同时考虑各个光学系统参数引起的噪声信息，所确定的各个光学系统参数容差更加准确，故其能够实现更高灵敏度和精确度的测量。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述光学系统参数容差的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
作为本实施例的另一种优选方案，本实施的方法还包括在步骤 S1之前执行以下步骤：计算机设备根据所述待测结构的材料与所述结构参数，建立所述待测结构模型。
例如，对于图4所示的待测结构，其材料包括：硅，二氧化硅，二氧化铪，氮化钛，氮化硅。其结构参数包括：Fin_CD，TiN_coat， HK_coat，hardmask_HT，Fin_height，Box_height，SOI_recess。计算机设备可根据上述材料及结构参数的标称值，建立图4中所示的待测结构模型。
需要说明的是，计算机设备根据所述待测结构的材料与所述结构参数，建立所述待测结构模型之后，可根据所述待测结构的结构参数对所述待测结构模型进行片层划分分析和收敛性分析，来确定待测结构模型的薄片划分和级数设置。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据待测结构的材料与结构参数，建立待测结构模型的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
作为本实施例的再一种优选方案，本实施例的方法还包括步骤S4。
在步骤S4中，在最佳测量模式下，计算机设备根据所有光学系统参数的标称值以及预设容差值，确定所述各个光学系统参数分别引起的噪声之间的比例关系。其中，所述比例关系可用于在OCD测量系统中进行进一步的硬件噪声控制，例如，可在前述步骤S31’中作为数值变化对应关系来被使用。
其中，所述预设容差值用于表示预先设定的、光学系统参数的误差范围。优选地，可采用多种方式设定光学系统参数的预设容差值；例如，根据测量经验设定光学系统参数的预设容差值；又例如，将在步骤S3中所确定的光学系统参数容差，设定为光学系统参数的预设容差值。
优选地，在最佳测量模式下，对于所有光学系统参数中的每个光学系统参数，计算机设备根据该光学系统参数的标称值与预设容差值，并结合其他光学系统参数的标称值，确定该光学系统参数的标称值所对应的标称光谱数据，并确定该光学系统参数的标称值上下偏离预设容差值后得到的数值所对应的容差光谱数据；接着，计算机设备根据所述标称光谱数据和容差光谱数据，来确定该光学系统参数的未归一化的信号偏移量，并将该信号偏移量作为该光学系统参数引起的噪声；并且，计算机设备根据各个光学系统参数分别引起的噪声，确定各个光学系统参数引起的噪声之间的比例关系。
其中，计算机设备根据该光学系统参数的标称值与预设最大容差值，并结合其他光学系统参数的标称值，确定该光学系统参数的标称值所对应的标称光谱数据，并确定该光学系统参数的标称值上下偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的容差光谱数据的实现方式，与步骤S11中计算机设备根据结构参数的标称值与预设最大容差值，并结合所述多个结构参数中其他结构参数的标称值，确定所述结构参数的标称值所对应的光谱数据，作为标称光谱数据，并确定所述标称值上下偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的光谱数据，作为容差光谱数据的实现方式相同或者相似，在此不再赘述。
计算机设备根据该光学系统参数的标称光谱数据和容差光谱数据，确定该光学系统参数引起的噪声的实现方式，与步骤S12中计算机设备根据结构参数的标称光谱数据和容差光谱数据，确定结构参数的未归一化的信号偏移量的实现方式相同或者相似，在此不再赘述。
本实施例中，δTotal由某个结构参数的容差引入的光谱信号偏移量ΔSignal进行定义(如图7所示)。即ΔSignal＝δTotal，使结构参数容差引入的光谱信号偏移量对等于各个光学系统参数容差引起的噪声之和。
通常各个光学系统参数容差以及其所引起的噪声均为小量(例如若光学系统参数容差包括第一参数的容差ΔAOI和第二参数的容差Δφ，ΔAOI＝Δφ＝0.1°，其噪声在10-3量级)，则可假设认为各个光学系统参数容差和噪声之间存在线性的比例关系(下式中的和变成已知量)。
同时，先验的已知各个光学系统参数容差之间的关系，以及各个光学系统参数容差引起的噪声之间的关系(如比例关系，则下式中的 w成已知量)。则可基于此容差之间的关系，共同浮动各个光学系统参数，并基于各个光学系统参数容差与其引入噪声之间的线性关系，计算噪声之和，并与某个结构参数容差对应的光谱信号偏移量δTotal，进行比对(图7所示)，例如：
δAOI＝wδφ
其中，δTotal为总的系统噪声，可视为最佳测量模式对应的未归一化的信号偏移量；δAOI和δφ分别为第一参数容差和第二参数容差引起的噪声；w表示第一参数引起的噪声与第二参数引起的噪声之间的比例关系。
综合上述表达式，可得到如下关系式：
计算机设备基于上述表达式认为各个光学系统参数之间为线性关系的情况下，根据各个光学系统参数分别引起的噪声，确定各个光学系统参数引起的噪声之间的比例关系后，可基于该比例关系来进行进一步的噪声控制。
以下采用图7来更清楚地显示上述线性关系。假设一个结构参数浮动，其他结构参数设置在标称值，则该结构参数浮动预设最大容差值所得的未归一化的信号偏移量，可被视为总的系统噪声，相当于所有光学系统参数引起的噪声之和。图7中，假设光学系统参数仅包括第一参数和第二参数，具有不同底纹的柱状图分别表示第一参数和第二参数引起的噪声，无底纹的柱状图表示在最佳测量模式下，浮动各个结构参数分别获得的未归一化的信号偏移量，如左起第一个柱状图表示在其他结构参数均设定为标称值的情况下，结构参数Fin_CD在最佳测量模式下的未归一化的信号偏移量。由图7可见第一参数引起的噪声和第二参数引起的噪声之间的比例关系，并可见每个结构参数的未归一化的信号偏移量对应的第一参数引起的噪声大小和第二参数引起的噪声大小。其可直观地表示出硬件的改进方向和光学系统参数的改进空间。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何在最佳测量模式下，根据所有光学系统参数的标称值以及预设容差值，确定所述各个光学系统参数分别引起的噪声之间的比例关系的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
现有技术并未意识到，不同的待测结构、结构参数、及光学系统参数，在不同的测量模式下的灵敏度及其引入的噪声不同，而灵敏度和噪声则直接关系到测量的精确性，进而影响测量结果的精确度和工艺控制能力。以一种常见于集成电路制造的由多晶硅(Poly)构成的周期性光栅结构为例，其关键尺寸的测量精确度和工艺控制能力严重依赖于光学系统参数的设置。事实上，对应最高和最低灵敏度的光学系统参数的设置，其灵敏度差异可能达到十数倍甚至几十倍，这意味着对于具有相同硬件精确度的OCD测量设备，采用高灵敏度的光学系统参数设置，将极大的提升OCD测量设备对待测结构的测量精确度和对工艺流程的控制能力。现有技术中，在面临不同待测结构的测量任务时，固定的OCD测量模式往往难以对每个器件均获得较高精确度的测量结果；并且，不同的测量任务因用户对待测结构参数容差的定义不同，而对光学系统参数的精确度要求不同。
而根据本实施例的方法，可以通过分析待测结构模型的每个结构参数引起的归一化的信号偏移量，来确定满足一个待测结构的所有结构参数的测量灵敏度和精确度需求以及工艺容差定义的最佳测量模式及该最佳测量模式所对应的各个光学系统参数的取值，使得能够在该最佳测量模式下对该待测结构进行OCD测量，并大幅提高该待测结构测量结果的精确度；且可根据最佳测量模式对应的未归一化的信号偏移量，来确定满足待测结构的测量精确度需求的情况下各个光学系统参数容差，从而可针对性的提出对光学系统参数的设计要求，对各个光学系统参数在测量光路中的不确定性进行控制，以达到抑制光学系统参数引起的硬件噪声的目的。
并且，待测器件结构通常包含若干个待测结构参数，可根据工艺控制需求定义各个待测结构参数的容差。本实施例中能够考虑到现有技术所没有的发现的问题：对于不同待测器件结构，各个结构参数的受关注程度不同，且所关心的待测结构参数也不同。本实施例能够针对所关注的各个待测结构参数及其定义的容差，高效并针对性的改善光学系统参数的精确度。此外，本实施例中，OCD测量设备的光学系统参数容差引起的系统噪声，能够限制在所定义的各个待测结构参数的容差对应未归一化的信号偏移量之内。
并且，根据本实施例所述的方法，可以获取最佳测量模式下各个光学系统参数引起的噪声之间的比例关系，该比例关系可以用于进行进一步的噪声控制。并且，本发明的方案可以定性的描述硬件的改进方向，以及定量指出光学系统参数精确度的改进空间。
图2为本发明的一个优选实施例的在计算机设备中用于确定 OCD测量中的测量模式和光学系统参数容差的取值范围确定装置的结构示意图；根据本实施例的取值范围确定装置包括第一确定装置1、第一选择装置2和第二确定装置3。
对于多个测量模式中的每一个测量模式，第一确定装置1根据待测结构模型的多个结构参数中每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的归一化的信号偏移量，并通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，选择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量，其中，所述测量模式规定了用于测量所述待测结构模型的测量光的光谱类型以及光学系统参数组合。
其中，可采用多种方式来表示所述光谱类型，例如反射率参数、偏振态变化参数、用于偏振态分析的傅立叶系数、用于表示散射过程的穆勒矩阵(Mueller matrix)和NCS谱型等；其中，所述光学系统参数包括任何与测量光相关的参数。
例如，光谱类型包括反射率参数Rs和Rp、偏振态变化参数tanψ和 cosΔ、偏振态分析的傅立叶系数α和β；光学系统参数包括用于各自表示一种角度的第一参数和第二参数，其中，第一参数AOI的取值范围为[0°,90°]，第二参数φ的取值范围为[-90°,90°]，则所述多个测量模式包括上述光谱类型与第一参数和第二参数的组合。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何规定了用于测量所述待测结构模型的测量光的光谱类型以及光学系统参数组合的测量模式，均应包含在本发明的测量模式的定义范围内。
其中，所述待测结构模型为用于表示待测结构的材料及结构信息的模型；其中，所述结构参数为任何可用于表示所述待测结构模型的结构特征的各种参数，例如，待测结构模型的关键尺寸、涂层厚度、侧壁角度和高度等；其中，所述预设最大容差值用于表示由用户或客户定义的，或由待测结构在制造工艺中的精确度控制需求所决定的，相应体现在待测结构模型中的结构参数所允许的误差范围。
例如，图4所示为鳍式场效应晶体管FinFET(鳍式场效应晶体管，Fin-Field-Effect-Transistor)示例的剖面示意图，该待测结构模型的结构参数包括如图4中所示的Fin_CD、TiN_coat、HK_coat、 hardmask_HT、Fin_height、Box_height、SOI_recess；其中，关键尺寸Fin_CD所对应的最内层柱状体的材料为Poly Si(多晶硅)，覆盖层厚度Tin_coat所对应的第一层覆盖层的材料为TiN(氮化钛)，覆盖层厚度HK_coat所对应的第二层覆盖层的材料为HfO2(二氧化铪)， hardmask_HT所对应部分的材料为SiN(氮化硅)，第二层覆盖层和最内层柱状体之间除hardmask_HT所对应部分以外的覆盖层的材料为SiO2，底座中最底层的材料为Si(硅)，最底层上一层的材料为 SiO2；其中，结构参数Fin_CD的预设最大误差值为0.1nm，即表示结构参数Fin_CD所允许的误差范围为(-0.1nm，+0.1nm)。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何用于表示所述待测结构模型的结构特征的各种参数，均应包含在本发明的结构参数的定义范围内。
具体地，对于多个测量模式中的每一个测量模式，第一确定装置 1确定每个结构参数的归一化的信号偏移量后，通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，选择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量。
例如，对于图4所示的待测结构模型，第一确定装置1确定该待测结构模型的每个结构参数的归一化的信号偏移量分别为：
Normalized_ΔSignalFIN_CD，Normalized_ΔSignalTin_coat， Normalized_ΔSignalHK_coat，Normalized_ΔSignalhardmask_HT， Normalized_ΔSignalFin_height，Normalized_ΔSignalBox_height， Normalized_ΔSignalSOI_recess；第一确定装置1对上述归一化的信号偏移量的数值进行对比，并选择其中数值最小的信号偏移量Normalized_ΔSignalSOI_recess作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何对于多个测量模式中的每一个测量模式，根据待测结构模型的多个结构参数中每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的归一化的信号偏移量，并通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，选择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
优选地，第一确定装置1包括用于确定一个结构参数的归一化的信号偏移量的第一子确定装置(图未示)和第二子确定装置(图未示)。
第一子确定装置根据该结构参数的标称值与预设最大容差值，并结合所述多个结构参数中其他结构参数的标称值，确定该结构参数的标称值所对应的光谱数据，作为标称光谱数据，并确定所述标称值上下偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的光谱数据，作为容差光谱数据。
其中，所述容差光谱数据包括结构参数的标称值向上偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的光谱数据，以及结构参数的标称值向下偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的光谱数据。
具体地，第一子确定装置通过将该结构参数和该结构参数以外的其他结构参数均设置为其标称值，并根据上述设置来对待测结构模型进行仿真，从而确定结构参数的标称值对应的标称光谱数据；第一子确定装置通过将该结构参数以外的其他结构参数设置为其标称值，将该结构参数设置为其标称值向上偏离预设最大容差值后得到的数值，并根据上述设置来对待测结构模型进行仿真，从而确定标称值向上偏离预设最大容差值后得到的数值对应的一条容差光谱数据；第一子确定装置通过将该结构参数以外的其他结构参数设置为其标称值，并将该结构参数设置为其标称值向下偏离预设最大容差值后得到的数值，并根据上述设置来对待测结构模型进行仿真，从而确定标称值向下偏离预设最大容差值后得到的数值对应的一条容差光谱数据。
例如，图4为鳍式场效应晶体管FinFET示例的剖面示意图，以处理该图所示的待测结构模型的结构参数Fin_CD为例，结构参数 Fin_CD的标称值为Nominal_Fin_CD，预设最大容差值为0.1nm。第一子确定装置将Fin_CD取值为Nominal_Fin_CD，并将该待测结构模型的其他结构参数取值为该等结构参数的标称值，通过仿真计算可得到结构参数Fin_CD的标称值对应的标称光谱数据 S(Nominal_Fin_CD,λi)；并且，第一子确定装置将Fin_CD取值为Nominal_Fin_CD+0.1nm，并将该待测结构模型的其他结构参数取值为该等结构参数的标称值，通过仿真计算可得到结构参数Fin_CD的标称值向上偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的容差光谱数据S(Nominal_Fin_CD+0.1nm,λi)；并且，第一子确定装置将Fin_CD取值为Nominal_Fin_CD-0.1nm，并将该待测结构模型的其他结构参数取值为该等结构参数的标称值，通过仿真计算可得到结构参数Fin_CD 的标称值向下偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的容差光谱数据S(Nominal_Fin_CD-0.1nm,λi)。
需要说明的是，本领域技术人员应能理解，由于标称光谱数据是基于所有结构参数的标称值来确定的，而每个结构参数的标称值均是固定的，因此，各个结构参数的标称光谱数据均是相同的。故在一个测量模式下，第一子确定装置通过执行一次确定标称光谱数据的操作，即可获得所有结构参数的标称光谱数据；而各个结构参数的容差光谱数据则需要第一子确定装置多次执行确定容差光谱数据的操作来获得。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据该结构参数的标称值与预设最大容差值，并结合所述多个结构参数中其他结构参数的标称值，确定所述结构参数的标称值所对应的光谱数据，作为标称光谱数据，并确定所述标称值上下偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的光谱数据，作为容差光谱数据的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
第二子确定装置根据该结构参数的标称光谱数据及容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量。
优选地，第二子确定装置根据所述标称光谱数据及容差光谱数据，确定标称值对应的标称光谱数据与标称值向上偏离预设最大误差值后得到的数值对应的容差光谱数据之间的未归一化的信号偏移量，以及标称值对应的标称光谱数据与标称值向下偏离预设最大误差值后得到的数值对应的容差光谱数据之间的未归一化的信号偏移量，并选择上述两个未归一化的信号偏移量中的较小的信号偏移量，作为该结构参数的未归一化的信号偏移量；接着，第二子确定装置对该结构参数的未归一化的信号偏移量进行归一化处理，来确定该结构参数的归一化的信号偏移量。
其中，第二子确定装置可采用多种计算方法，来根据所述标称光谱数据及容差光谱数据确定该结构参数的未归一化的信号偏移量，如采用均方误差计算方法、均方根误差计算方法、平均绝对百分误差计算方法等。
第二子确定装置采用均方根误差RMSE的计算方式来获得标称光谱数据与容差光谱数据之间的信号偏移量的一个示例如下所示：
ΔS(x,Δxj,λi)＝s(x,Δxj,λi)-s(x,0,λi)
其中，ΔSignal表示结构参数的未归一化的信号偏移量，s(x,0,λi)表示结构参数的标称值在波长点λi处所对应的光谱数据，s(x,Δxj,λi)表示结构参数xj的标称值偏离Δxj后得到的数值在波长点λi处所对应的光谱数据，N表示全波段的全体波长点数量，其中λi(i＝1,...,N)，所述全波段为预先确定的用于OCD测量的波段范围。
第二子确定装置对结构参数的未归一化的信号偏移量进行归一化处理，来确定该结构参数的归一化的信号偏移量的一个示例如下：
其中，Normalized_ΔSignal为该结构参数的归一化的信号偏移量；用于表示根据该结构参数的标称值对应的光谱，对全体波长点处的光谱数据进行统计平均处理后所得到的光谱信号强度，其可基于以下公式得到：
例如，以图4所示的待测结构模型的结构参数Fin_CD为例，结构参数Fin_CD的标称值为Nominal_Fin_CD，预设最大容差值为 0.1nm。第一子确定装置确定结构参数Fin_CD取值为 Nominal_Fin_CD时的标称光谱数据S(Nominal_Fin_CD,λi)、Fin_CD取值为Nominal_Fin_CD+0.1nm时的容差光谱数据 S(Nominal_Fin_CD+0.1nm,λi)、和Fin_CD取值为Nominal_Fin_CD-0.1nm 时的容差光谱数据S(Nominal_Fin_CD-0.1nm,λi)；第二子确定装置确定该结构参数取值为Nominal_Fin_CD+0.1nm时的未归一化的信号偏移量为：
需要说明的是，若结构参数的未归一化的信号偏移量的计算结果可被直接视为已归一化，或者，不同的测量模式下结构参数的未归一化的信号偏移量之间具有明确的数值比较意义，可直接进行比较，则可无需对该等未归一化的信号偏移量的数值进行归一化处理。
作为第二子确定装置的一种优选方案，第二子确定装置进一步包括处理装置(图未示)和第三子确定装置(图未示)。
当所采用的测量模式的光谱类型的幅值范围不符合预定幅值范围时，处理装置对该结构参数的标称光谱数据和容差光谱数据进行幅值映射，以使其符合所述预定幅值范围。
例如，预定幅值范围为(-1，+1)，多种测量模式的光谱类型包括：Mueller matrix、SE、SR等，其中，Mueller matrix和SE的幅值范围为(-1，+1)，SR的幅值范围为(0，1)。处理装置判断到测量模式的光谱类型SR的幅值范围不符合预定幅值范围，则对光谱类型为SR的测量模式下确定的标称光谱数据和容差光谱数据进行幅值映射进行幅值映射，以使该等光谱的幅值范围从(0，1)转化为(-1，+1)，该幅值映射处理过程如下：
Rs(λi)'＝2Rs(λi)-1
Rp(λi)'＝2Rp(λi)-1
其中，Rs(λi)和Rp(λi)代表S光和P光在映射处理前的原始强度数值，范围为(0，1)；Rs(λi)'和Rp(λi)'表示经历映射处理后光强范围位于 (-1，+1)的S光和P光的光谱强度数值。
需要说明的是，上述举例中采用的预定幅值范围为(-1，+1)，本领域技术人员应该理解，本发明中的所述预定幅值范围并不限于 (-1，+1)，任何光谱类型的幅值范围均可作为本发明中的预定幅值范围，例如，使用偏振态变化参数tanψ来表示光谱类型SE时，可将该光谱类型的幅值范围(-∞，+∞)，作为预定幅值范围。
需要说明的是，上述举例中的幅值映射处理方式为预定幅值范围为(-1，+1)时进行幅值映射处理的一个示例，本领域技术人员应该理解，对于要进行幅值映射的光谱，在不同的预定幅值范围下其所采用的幅值映射处理方式不同。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何当所采用的测量模式的光谱类型的幅值范围不符合预定幅值范围时，对所述标称光谱数据和容差光谱数据进行幅值映射，以使其符合所述预定幅值范围的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
第三子确定装置根据幅值映射后的标称光谱数据和容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量。
具体地，第三子确定装置根据幅值映射后的标称光谱数据和容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量的实现方式与第二子确定装置根据标称光谱数据和容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量的实现方式相同或相似，在此不再赘述。
需要说明的是，由于不同的测量模式下的光谱可能具有不同的幅值范围，因此，本发明中，除了第二子确定装置执行的操作外，任何需要对不同测量模式下获得的光谱数据进行处理时，均可采用幅值映射的方式，来对数据进行预处理。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据幅值映射后的标称光谱数据和容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所述标称光谱数据及容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
第一选择装置2从多个测量模式中选择所对应的归一化的信号偏移量最大的测量模式，作为待测结构模型的最佳测量模式。
具体地，第一选择装置2对第一确定装置1确定的多个测量模式中每个测量模式所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，确定该等归一化的信号偏移量中最大的归一化的信号偏移量，并选择对应该最大的归一化的信号偏移量的测量模式，作为最佳测量模式。
例如，第一确定装置1确定：测量模式1对应的归一化的信号偏移量为Normalized_ΔSignal1，测量模式2对应的归一化的信号偏移量为 Normalized_ΔSignal2，测量模式3对应的归一化的信号偏移量为 Normalized_ΔSignal3；则在步骤S2中，计算机设备确定：
Normalized_ΔSignal1<Normalized_ΔSignal2<Normalized_ΔSignal3；
则计算机设备选择Normalized_ΔSignal3对应的测量模式3，作为最佳测量模式。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何从所述多个测量模式中选择所对应的归一化的信号偏移量最大的测量模式，作为最佳测量模式的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
需要说明的是，第一确定装置1和第一选择装置2执行的操作并无绝对的先后顺序；例如，第一确定装置1确定了各个测量模式中部分测量模式对应的归一化的信号偏移量后，第一选择装置2可先比较该部分测量模式对应的归一化的信号偏移量，并从中选择最大的归一化后的信号偏移量；与此同时，第一确定装置1可继续执行操作并确定其他测量模式对应的归一化的信号偏移量，接着，第一选择装置2将之前选择的最大的归一化后的信号偏移量，与所述其他测量模式对应的归一化的信号偏移量进行比较，并选择最大的归一化后的信号偏移量，从而确定最佳测量模式。
接着，第二确定装置3根据最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述光学系统参数容差。优选地，第二确定装置3可进一步结合最佳测量模式的光学系统参数，来确定光学系统参数容差。
其中，第二确定装置3获取在最佳测量所对应的未归一化的信号偏移量的实现方式包括但不限于：
1)第二确定装置3直接从第一确定装置1中记录的对应最佳测量模式的各个结构参数分别对应的未归一化的信号偏移量中选择最小的未归一化的信号偏移量，作为最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量。由于在第一确定装置1可获得并记录每个测量模式下的每个结构参数的未归一化的信号偏移量，故第二确定装置3可直接根据该记录来选择最小的未归一化的信号偏移量，作为最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量。
例如，表1为图4所示的待测结构模型在最佳测量模式下的数据，其中包含了在最佳测量模式下每个结构参数的未归一化的信号偏移量，第二确定装置3可直接选择其中最小的未归一化的信号偏移量 0.0002，作为最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量。
需要说明的是，第二确定装置3可将待测结构模型的每个结构参数的未归一化的信号偏移量以分布图的形式绘制出来，以更加直观的表示各个未归一化的信号偏移量的大小。
例如，如图6为最佳测量模式下图4所示的待测结构模型的多个结构参数的未归一化的信号偏移量的柱状分布示意图，其直观地表示出了结构参数SOI_recess的未归一化的信号偏移量最小，结构参数 Fin_CD的未归一化的信号偏移量最大。
2)取值范围确定装置还包括在第二确定装置3之前执行操作的第三确定装置(图未示)和第二选择装置(图未示)。
在所述最佳测量模式下，第三确定装置根据所述每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的未归一化的信号偏移量。第二选择装置选择每个结构参数的未归一化的信号偏移量中最小的信号偏移量，作为所述最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量
其中，对于一个结构参数，第三确定装置根据该结构参数的标称值与预设最大容差值，并结合所述多个结构参数中其他结构参数的标称值，确定结构参数的标称光谱数据及容差光谱数据；并且，第三确定装置根据结构参数的所述标称光谱数据及容差光谱数据，确定其未归一化的信号偏移量。其中，第三确定装置的操作的实现方式与第一子确定装置和第二子确定装置的确定未归一化的信号偏移量的操作的实现方式相同或者相似，在此不再赘述。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何获得最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
接着，获得最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量后，第二确定装置 3根据未归一化的信号偏移量确定所述光学系统参数容差的实现方式包括但不限于：
1)第二确定装置 3包括对所述光学系统参数中的每一个执行操作的第四子确定装置(图未示)和第五子确定装置(图未示)。
第四子确定装置根据所有结构参数的标称值，并结合当前处理的光学系统参数的多个浮动值以及其他光学系统参数中的每个的标称值，确定该光学系统参数的多个浮动值引起的多个信号偏移量。其中，所述光学系统参数的多个浮动值可根据该光学系统参数的标称值来确定；优选地，该多个浮动值接近该光学系统参数的标称值；更为优选地，该多个浮动值对称的分布在标称值的两侧。其中，当前处理的光学系统参数的一个浮动值对应一个信号偏移量。
作为一个示例，在多次仿真中，第四子确定装置将所有结构参数及其他光学系统参数均设置为其标称值，并将当前处理的光学系统参数分别设置为其标称值和多个浮动值，从而获得与当前处理的光学系统参数的标称值和多个浮动值分别对应的多条光谱数据；并且，第四子确定装置根据该等光谱数据，确定该光学系统参数的多个浮动值中的每个浮动值对应的光谱数据与该结构参数的标称值对应的光谱数据之间的信号偏移量。
例如，以图4所示的待测结构模型为例，当前处理的光学系统参数为用于表示一种角度的第一参数，最佳测量模式下第一参数的标称值为45°，第一参数的四个浮动值为：44.8°、44.9°、45.1°、45.2°。第四子确定装置将待测结构模型的所有结构参数及第一参数以外的其他光学系统参数均设置为其标称值，通过RCWA仿真分别获取第一参数取值为45°、44.8°、44.9°、45.1°、45.2°时对应的光谱数据S(45,λi)、S(44.8,λi)、S(44.9,λi)、S(45.1,λi)、S(45.2,λi)；接着，第四子确定装置根据上述光谱数据确定第一参数的每个浮动值对应的信号偏移量如下：
上述ΔSignal1、ΔSignal2、ΔSignal3和ΔSignal4即为第一参数的多个浮动值44.8°、44.9°、45.1°、45.2°引起的多个信号偏移量。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据所有结构参数的标称值，并结合当前处理的光学系统参数的多个浮动值以及其他光学系统参数中的每个的标称值，确定该光学系统参数引起的多个信号偏移量的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
第五子确定装置根据该光学系统参数的多个浮动值引起的多个信号偏移量与所述最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述该光学系统参数容差。
具体地，第五子确定装置根据该光学系统参数引起的多个信号偏移量与所述最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述该光学系统参数容差的实现方式包括但不限于：
a)第五子确定装置根据所述多个信号偏移量，来绘制光学系统参数的信号偏移量曲线，将所述信号偏移量曲线与该最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量进行比对，通过插值来来确定该光学系统参数容差。
例如，图5为确定光学系统参数中的第一参数容差的示例的示意图。其中，实线为根据第一参数引起的多个信号偏移量绘制的信号偏移量曲线；虚线表示最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量。第五子确定装置通过将信号偏移量曲线和最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量进行比对，确定当第一参数的浮动值为标称值与|X2|之和时，以及当第一参数的浮动值为标称值与|X1|之差时，第一参数引起的信号偏移量与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相等，且|X1|<|X2|，则第五子确定装置确定第一参数的取值范围为(-|X1|，|X1|)，则第一参数为|2X1|。
b)第五子确定装置根据所述多个信号偏移量，确定该光学系统参数的浮动引起的信号偏移量与该光学系统参数的数值之间的函数关系，再通过所述函数关系确定当浮动该光学系统参数时引起的信号偏移量与最佳测量模式所对应的未归一化的结构参数信号偏移量的数值相等时该光学系统参数的取值，第五子确定装置根据该取值可确定该光学系统参数容差。
例如，第五子确定装置根据第四子确定装置确定的所述多个信号偏移量，确定在该光学系统参数的标称值两侧，该光学系统参数引起的信号偏移量与该光学系统参数的取值之间存在线性关系，则根据该线性关系，第五子确定装置可确定当浮动该光学系统参数时引起的信号偏移量等于最佳测量模式所对应的结构参数未归一化的信号偏移量时该光学系统参数的取值，进而第五子确定装置可根据该取值确定该光学系统参数容差。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据该光学系统参数引起的多个信号偏移量与所述最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述该光学系统参数容差的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
该实现方式的实现简单。并且，需要说明的是，该实现方式中，可忽略其他光学系统参数引起的信号偏移量，较适合应用于硬件精确度要求较低的测量环境。
2)第二确定装置3包括第六子确定装置(图未示)和迭代装置(图未示)。
第六子确定装置根据各个光学系统参数的变化量之间的数值变化对应关系，同时浮动所有光学系统参数，并计算浮动后的所有光学系统参数引起的噪声信息。
其中，所述数值变化对应关系用于表示各个光学系统参数的变化量在数值上具有的函数关系。优选地，所述数值变化对应关系为线性关系；更为优选地，所述数值变化对应关系为比例关系。
其中，可采用多种方式预先确定所述数值变化对应关系。例如，根据各个光学系统参数在设计过程中基于测量需求进行的人为定义；又例如，基于对历史测量数据的统计分析，确定各个光学系统参数的变化量在数值上具有的函数关系。
具体地，第六子确定装置根据各个光学系统参数的变化量之间的数值变化对应关系，同时浮动所有光学系统参数，并根据浮动所有光学系统参数产生的光谱数据，并结合所有光学系统参数均设置为其标称值时产生的光谱数据，来计算浮动后的所有光学系统参数引起的噪声信息。
例如，暂仅考虑光学系统参数包括用于各自表示一种角度的第一参数和第二参数，第一参数和第二参数的变化量之间的数值变化对应关系为：ΔAOI＝1.5×Δφ，其中，ΔAOI为第一参数的变化量，Δφ为第二参数的变化量。则第六子确定装置可根据上述数值变化对应关系同时浮动第一参数和第二参数，如第二参数向上浮动0.1°且第一参数向上浮动0.15°等，并获取第一参数和第二参数浮动后进行仿真计算获得的一条光谱数据，接着第六子确定装置根据该光谱数据和所有光学系统参数均设置为其标称值时产生的光谱数据，来计算浮动第一参数和第二参数引起的噪声信息δAOI和δφ。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据各个光学系统参数的变化量之间的数值变化对应关系，浮动所有光学系统参数，并计算浮动后的所有光学系统参数引起的噪声信息的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
当所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配时，迭代装置将当前各个光学系统参数的变化量，作为所述光学系统参数容差，当所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量不匹配时，迭代装置触发第六子确定装置重复执行操作，直至光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配。
优选地，迭代装置将光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量进行数值比较，当两者相等或相近时，迭代装置确定所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配，并将当前各个光学系统参数的变化量，作为各个光学系统参数容差；当两者不相等或不相近时，迭代装置触发第六子确定装置重复执行操作，直至光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配。
例如，表1为图4所示的待测结构模型在最佳测量模式下生成的数据。其中，光学系统参数仅包括用于各自表示一种角度的第一参数和第二参数，其中，第一参数和第二参数的变化量之间的数值变化对应关系为：ΔAOI＝1.5×Δφ。第一参数的变化量为0.45°且第二参数的变化量为0.30°时，迭代装置确定两者产生的噪声信息的数值之和等于最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量0.0002，则迭代装置确定第一参数容差为(-0.45°，+0.45°)，第二参数容差为(-0.30°，+0.30°)。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何当所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配时，将当前各个光学系统参数的变化量，作为所述光学系统参数容差，当所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量不匹配时，触发第六子确定装置重复执行操作，直至光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
需要说明的是，该实现方式同时考虑各个光学系统参数引起的噪声信息，所确定的各个光学系统参数容差更加准确，故其能够实现更高灵敏度和精确度的测量。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述光学系统参数容差的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
作为本实施例的另一种优选方案，本实施的取值范围确定装置还包括在第一确定装置1之前执行操作的模型建立装置(图未示)：模型建立装置根据所述待测结构的材料与所述结构参数，建立所述待测结构模型。
例如，对于图4所示的待测结构，其材料包括：硅，二氧化硅，二氧化铪，氮化钛，氮化硅。其结构参数包括：Fin_CD，TiN_coat， HK_coat，hardmask_HT，Fin_height，Box_height，SOI_recess。模型建立装置可根据上述材料及结构参数的标称值，建立图4中所示的待测结构模型。
需要说明的是，模型建立装置根据所述待测结构的材料与所述结构参数，建立所述待测结构模型之后，可根据所述待测结构的结构参数对所述待测结构模型进行片层划分分析和收敛性分析，来确定待测结构模型的薄片划分和级数设置。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何根据待测结构的材料与结构参数，建立待测结构模型的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
作为本实施例的再一种优选方案，本实施例的取值范围确定装置还包括第四确定装置(图未示)。
在最佳测量模式下，第四确定装置根据所有光学系统参数的标称值以及预设容差值，确定所述各个光学系统参数分别引起的噪声之间的比例关系。其中，所述比例关系可用于在OCD测量系统中进行进一步的硬件噪声控制，例如，可在前述第六子确定装置执行的操作中作为数值变化对应关系来被使用。
其中，所述预设容差值用于表示预先设定的、光学系统参数的误差范围。其中，可采用多种方式设定光学系统参数的预设容差值；例如，根据测量经验设定光学系统参数的预设容差值；又例如，将在步骤S3中所确定的光学系统参数容差，设定为光学系统参数的预设容差值。
优选地，在最佳测量模式下，对于所有光学系统参数中的每个光学系统参数，第四确定装置根据该光学系统参数的标称值与预设容差值，并结合其他光学系统参数的标称值，确定该光学系统参数的标称值所对应的标称光谱数据，并确定该光学系统参数的标称值上下偏离预设容差值后得到的数值所对应的容差光谱数据；接着，第四确定装置根据所述标称光谱数据和容差光谱数据，来确定该光学系统参数的未归一化的信号偏移量，并将该信号偏移量作为该光学系统参数引起的噪声；并且，第四确定装置根据各个光学系统参数分别引起的噪声，确定各个光学系统参数引起的噪声之间的比例关系。
其中，第四确定装置根据该光学系统参数的标称值与预设最大容差值，并结合其他光学系统参数的标称值，确定该光学系统参数的标称值所对应的标称光谱数据，并确定该光学系统参数的标称值上下偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的容差光谱数据的实现方式，与第一子确定装置根据结构参数的标称值与预设最大容差值，并结合所述多个结构参数中其他结构参数的标称值，确定所述结构参数的标称值所对应的光谱数据，作为标称光谱数据，并确定所述标称值上下偏离预设最大容差值后得到的数值所对应的光谱数据，作为容差光谱数据的实现方式相同或者相似，在此不再赘述。
第四确定装置根据该光学系统参数的标称光谱数据和容差光谱数据，确定该光学系统参数引起的噪声的实现方式，与第二子确定装置根据结构参数的标称光谱数据和容差光谱数据，确定结构参数的未归一化的信号偏移量的实现方式相同或者相似，在此不再赘述。
本实施例中，δTotal由某个结构参数的容差引入的光谱信号偏移量ΔSignal进行定义(如图7所示)。即ΔSignal＝δTotal，使结构参数容差引入的光谱信号偏移量对等于各个光学系统参数的容差引起的噪声之和。
通常各个光学系统参数的容差以及其所引起的噪声均为小量(例如若光学系统参数容差包括第一参数的容差ΔAOI和第二参数的容差Δφ，ΔAOI＝Δφ＝0.1°，其噪声在10-3量级)，则可假设认为各个光学系统参数的容差和噪声之间存在线性的比例关系(下式中的和变成已知量)。
同时，先验的已知各个光学系统参数的容差之间的关系，以及各个光学系统参数容差引起噪声之间的关系(如比例关系)。则可基于此容差之间的关系，共同浮动各个光学系统参数，并基于各个光学系统参数容差与其引入噪声之间的线性关系，计算噪声之和，并与某个结构参数容差对应的光谱信号偏移量δTotal，进行比对(图7所示)，例如：
δAOI＝wδφ
其中，δTotal为总的系统噪声，可视为最佳测量模式对应的未归一化的信号偏移量；δAOI和δφ分别为第一参数容差和第二参数容差引起的噪声；w表示第一参数引起的噪声与第二参数引起的噪声之间的比例关系。
综合上述表达式，可得到如下关系式：
第四确定装置基于上述表达式认为各个光学系统参数之间为线性关系的情况下，根据各个光学系统参数分别引起的噪声，确定各个光学系统参数引起的噪声之间的比例关系后，可基于该比例关系来进行进一步的噪声控制。
以下采用图7来更清楚地显示上述线性关系。假设一个结构参数浮动，其他结构参数设置在标称值，则该结构参数浮动预设最大容差值所得的未归一化的信号偏移量，可被视为总的系统噪声，相当于所有光学系统参数引起的噪声之和。图7中，假设光学系统参数仅包括第一参数和第二参数，具有不同底纹的柱状图分别表示第一参数和第二参数引起的噪声，无底纹的柱状图表示在最佳测量模式下，浮动各个结构参数分别获得的未归一化的信号偏移量，如左起第一个柱状图表示在其他结构参数均设定为标称值的情况下，结构参数Fin_CD在最佳测量模式下的未归一化的信号偏移量。由图7可见第一参数引起的噪声和第二参数引起的噪声之间的比例关系，并可见每个结构参数的未归一化的信号偏移量对应的第一参数引起的噪声大小和第二参数引起的噪声大小。其可直观地表示出硬件的改进方向和光学系统参数的改进空间。
需要说明的是，上述举例仅为更好地说明本发明的技术方案，而非对本发明的限制，本领域技术人员应该理解，任何在最佳测量模式下，根据所有光学系统参数的标称值以及预设容差值，确定所述各个光学系统参数分别引起的噪声之间的比例关系的实现方式，均应包含在本发明的范围内。
现有技术并未意识到，不同的待测结构、结构参数、及光学系统参数，在不同的测量模式下的灵敏度及其引入的噪声不同，而灵敏度和噪声则直接关系到测量的精确性，进而影响测量结果的精确度和工艺控制能力。以一种常见于集成电路制造的由多晶硅(Poly)构成的周期性光栅结构为例，其关键尺寸的测量精确度和工艺控制能力严重依赖于光学系统参数的设置。事实上，对应最高和最低灵敏度的光学系统参数的设置，其灵敏度差异可能达到十数倍甚至几十倍，这意味着对于具有相同硬件精确度的OCD测量设备，采用高灵敏度的光学系统参数设置，将极大的提升OCD测量设备对待测结构的测量精确度和对工艺流程的控制能力。现有技术中，在面临不同待测结构的测量任务时，固定的OCD测量模式往往难以对每个器件均获得较高精确度的测量结果；并且，不同的测量任务因用户对待测结构参数容差的定义不同，而对光学系统参数参数的精确度要求不同。
而根据本实施例的方案，可以通过分析待测结构模型的每个结构参数引起的归一化的信号偏移量，来确定满足一个待测结构的所有结构参数的测量灵敏度和精确度需求以及工艺容差定义的最佳测量模式及该最佳测量模式所对应的各个光学系统参数的取值，使得能够在该最佳测量模式下对该待测结构进行OCD测量，并大幅提高该待测结构测量结果的精确度；且可根据最佳测量模式对应的未归一化的信号偏移量，来确定满足待测结构的测量精确度需求的情况下各个光学系统参数容差，从而可针对性的提出对各个光学系统参数的设计要求，对各个光学系统参数在测量光路中的不确定性进行控制，以达到抑制光学系统参数引起的硬件噪声的目的。
并且，待测器件结构通常包含若干个待测结构参数，可根据工艺控制需求定义各个待测结构参数的容差。本实施例中能够考虑到现有技术所没有的发现的问题：对于不同待测器件结构，各个结构参数的受关注程度不同，且所关心的待测结构参数也不同。本实施例能够针对所关注的各个待测结构参数及其定义的容差，高效并针对性的改善光学系统参数的精确度。此外，本实施例中，OCD测量设备的光学系统参数容差引起的系统噪声，能够限制在所定义的各个待测结构参数的容差对应未归一化的信号偏移量之内。
并且，根据本实施例所述的方案，可以获取最佳测量模式下各个光学系统参数引起的噪声之间的比例关系，该比例关系可以用于进行进一步的噪声控制。并且，本发明的方案可以定性的描述硬件的改进方向，以及定量指出光学系统参数精确度的改进空间。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (20)
1.一种在计算机设备中用于确定OCD测量中的测量模式和光学系统参数容差的方法，其中，该方法包括以下步骤：
a对于多个测量模式中的每一个测量模式，根据待测结构模型的多个结构参数中每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的归一化的信号偏移量，并通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，选择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量，其中，所述测量模式规定了用于测量所述待测结构模型的测量光的光谱类型以及光学系统参数组合；
b从所述多个测量模式中选择所对应的归一化的信号偏移量最大的测量模式，作为最佳测量模式；
c根据最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述光学系统参数容差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤a中确定一个结构参数的归一化的信号偏移量的步骤包括：
a1根据该结构参数的标称值与预设最大容差值，并结合所述多个结构参数中其他结构参数的标称值，确定所述结构参数的标称值所对应的光谱数据，作为标称光谱数据，并确定所述标称值上下偏离容差范围的数值所对应的光谱数据，作为容差光谱数据；
a2根据所述标称光谱数据及容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述步骤a2包括以下步骤：
-当所采用的测量模式的光谱类型的幅值范围不符合预定幅值范围时，对所述标称光谱数据和容差光谱数据进行幅值映射，以使其符合所述预定幅值范围；
-根据幅值映射后的标称光谱数据和容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，该方法在所述步骤c之前还包括以下步骤：
-在所述最佳测量模式下，根据所述每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的未归一化的信号偏移量；
-选择所述每个结构参数的未归一化的信号偏移量中最小的信号偏移量，作为所述最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述步骤c中，对所述光学系统参数中的每一个执行以下步骤：
-根据所有结构参数的标称值，并结合当前处理的光学系统参数的多个浮动值以及其他光学系统参数中的每个的标称值，确定该光学系统参数的多个浮动值引起的多个信号偏移量；
-根据所述该光学系统参数的多个浮动值引起的多个信号偏移量与所述最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述该光学系统参数容差。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述步骤c包括以下步骤：
c1根据各个光学系统参数的变化量之间的数值变化对应关系，浮动所有光学系统参数，并计算浮动后的所有光学系统参数引起的噪声信息；
c2当所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配时，将当前各个光学系统参数的变化量，作为所述光学系统参数容差，当所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量不匹配时，重复所述步骤c1。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，该方法还包括以下步骤：
-在最佳测量模式下，根据所有光学系统参数的标称值以及预设容差值，确定所述各个光学系统参数分别引起的噪声之间的比例关系。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，该方法在所述步骤a之前还包括以下步骤：
-根据所述待测结构的材料与所述结构参数，建立所述待测结构模型。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，表示所述光谱类型的参数包括反射率参数、偏振态变化参数、用于偏振态分析的傅立叶系数、用于表示散射过程的穆勒矩阵和NCS谱型。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述结构参数包括表示所述待测结构模型的结构特征的各种参数。
11.一种在计算机设备中用于确定OCD测量中的测量模式和光学系统参数容差的取值范围确定装置，其中，该取值范围确定装置包括以下装置：
第一确定装置，用于对于多个测量模式中的每一个测量模式，根据待测结构模型的多个结构参数中每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的归一化的信号偏移量，并通过对各个结构参数所对应的归一化的信号偏移量的数值进行对比，选择其中最小的归一化的信号偏移量，作为该测量模式所对应的归一化的信号偏移量，其中，所述测量模式规定了用于测量所述待测结构模型的测量光的光谱类型以及光学系统参数组合；
第一选择装置，用于从所述多个测量模式中选择所对应的归一化的信号偏移量最大的测量模式，作为最佳测量模式；
第二确定装置，用于根据最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述光学系统参数容差。
12.根据权利要求11所述的取值范围确定装置，其中，所述第一确定装置包括用于确定一个结构参数的归一化的信号偏移量的以下装置：
第一子确定装置，用于根据该结构参数的标称值与预设最大容差值，并结合所述多个结构参数中其他结构参数的标称值，确定所述结构参数的标称值所对应的光谱数据，作为标称光谱数据，并确定所述标称值上下偏离容差范围的数值所对应的光谱数据，作为容差光谱数据；
第二子确定装置，用于根据所述标称光谱数据及容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量。
13.根据权利要求12所述的取值范围确定装置，其中，所述第二子确定装置包括以下装置：
处理装置，用于当所采用的测量模式的光谱类型的幅值范围不符合预定幅值范围时，对所述标称光谱数据和容差光谱数据进行幅值映射，以使其符合所述预定幅值范围；
第三子确定装置，用于根据幅值映射后的标称光谱数据和容差光谱数据，确定该结构参数的归一化的信号偏移量。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的取值范围确定装置，其中，该取值范围确定装置还包括在所述第二确定装置之前执行操作的以下装置：
第三确定装置，用于在所述最佳测量模式下，根据所述每个结构参数的标称值与预设最大容差值，确定每个结构参数的未归一化的信号偏移量；
第二选择装置，用于选择所述每个结构参数的未归一化的信号偏移量中最小的信号偏移量，作为所述最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量。
15.根据权利要求11至13中任一项所述的取值范围确定装置，其中，所述第二确定装置包括用于对所述光学系统参数中的每一个执行操作的以下装置：
第四子确定装置，用于根据所有结构参数的标称值，并结合当前处理的光学系统参数的多个浮动值以及其他光学系统参数中的每个的标称值，确定该光学系统参数的多个浮动值引起的多个信号偏移量；
第五子确定装置，用于根据所述该光学系统参数的多个浮动值引起的多个信号偏移量与所述最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量，确定所述该光学系统参数容差。
16.根据权利要求11至13中任一项所述的取值范围确定装置，其中，所述第二确定装置包括以下装置：
第六子确定装置，用于根据各个光学系统参数的变化量之间的数值变化对应关系，浮动所有光学系统参数，并计算浮动后的所有光学系统参数引起的噪声信息；
迭代装置，用于当所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量相匹配时，将当前各个光学系统参数的变化量，作为所述光学系统参数容差，当所有光学系统参数引起的噪声信息与最佳测量模式所对应的未归一化的信号偏移量不匹配时，触发第六子确定装置重复执行操作。
17.根据权利要求11至13中任一项所述的取值范围确定装置，其中，该取值范围确定装置还包括以下装置：
第四确定装置，用于在最佳测量模式下，根据所有光学系统参数的标称值以及预设容差值，确定所述各个光学系统参数分别引起的噪声之间的比例关系。
18.根据权利要求11至13中任一项所述的取值范围确定装置，其中，该取值范围确定装置还包括在所述第一确定装置之前执行操作的以下装置：
模型建立装置，用于根据所述待测结构的材料与所述结构参数，建立所述待测结构模型。
19.根据权利要求11至13中任一项所述的取值范围确定装置，其中，表示所述光谱类型的参数包括反射率参数、偏振态变化参数、用于偏振态分析的傅立叶系数、用于表示散射过程的穆勒矩阵和NCS谱型。
20.根据权利要求11至13中任一项所述的取值范围确定装置，其中，所述结构参数包括表示所述待测结构模型的结构特征的各种参数。
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Denomination of invention: Method and apparatus for determining measurement mode and parameter tolerance of optical system Effective date of registration: 20190121 Granted publication date: 20180706 Pledgee: Shanghai Xingcheng Investment Management Co.,Ltd. Pledgor: RAINTREE SCIENTIFIC INSTRUMENTS (SHANGHAI) Corp. Registration number: 2019310000002 |
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Denomination of invention: Method and apparatus for determining measurement mode and parameter tolerance of optical system Effective date of registration: 20190710 Granted publication date: 20180706 Pledgee: Shanghai Pudong Emerging Industry Investment Co.,Ltd. Pledgor: RAINTREE SCIENTIFIC INSTRUMENTS (SHANGHAI) Corp. Registration number: 2019310000040 |
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