CN105573047A - 一种侦测掩膜图形保真度的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种侦测掩膜图形保真度的系统及方法，将掩膜图形的量测图形与掩膜图形的版图进行亚像素精度的叠图匹配，并建立所述掩膜图形的量测图形的边界至所述掩膜图形的版图边界的法向量，计算所述法向量长度的标准差，根据所述标准差来判断掩膜图形的保真度。将所述掩膜图形的量测图形与所述掩膜图形的版图进行亚像素精度的叠图匹配，并经过计算所述法向量长度的标准差来评判掩膜图形的保真度，大大提高了评判的精准度；最终使用法向量长度的标准差来作为评判标准，给出了直观的评判数据，使得标准更加规范化和直观化。

Description

一种侦测掩膜图形保真度的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种半导体技术领域，特别是涉及一种侦测掩膜图形保真度的系统及方法。

背景技术

光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一，其主要作用是将掩膜上的图形复制到硅片上，为下一步进行刻蚀或离子注入工序做好准备。在光刻工艺过程中，当曝光波长接近或者小于掩膜图形的CD(CriticalDimension，关键尺寸)时，硅片上的成像就会失真，从而与掩膜的布局图形不是很吻合。这主要是因为光学成像的临近效应引起的，也就是说，在先进的光刻工艺中掩膜光谱的高频部分占据了透射光能量相当可观的一部分，但是这部分没有被低通的成像系统捕捉到用来成像。同时，由于光刻胶在光学系统下的非线性反应，以及掩膜制造过程中存在的偏差，薄膜沉积过程和刻蚀制程都会对导致硅片上成像的失真。而后续硅片上的电路元件图形都是来自于版图，因此，如何控制掩膜图形的质量在光刻工艺中显得尤为重要。为了克服光学成像临近效应引起的图形失真，目前都会采用OPC(OpticalProximityCorrection光学临近效应修正)对掩膜图形进行修正。OPC是对掩膜图形的预补偿以使硅片上的图形尽可能地满足设计规格的要求，其主要有三种基本的修正方法：线宽变化最小、减小线段缩短和方角修正。

目前，在光刻工艺中一般使用CD来衡量掩膜图形的质量，而CD的精度又是由MMT(MeanToTarget，目标值偏差)、CDU(CriticalDimensionUniformity，关键尺寸均匀性)和CDP(CriticalDimensionProximity，关键尺寸接近度)来控制。但随着半导体器件关键尺寸的越来越小，对半导体器件关键尺寸的精度要求越来越严格，当半导体工艺的工艺节点缩小到45nm及其以下时，仅仅使用MMT、CDU和CDP来衡量掩膜图形的质量已经无法满足光刻工艺技术的要求。掩膜图形保真度，作为一个控制CD精度的新参数，而被应用到衡量掩膜图形的质量中来。特别是对于二维图形来说，掩膜图形保真度在OPC模型中变得越来越重要。

当掩膜图形为一维图形的时候，使用CD-SEM(CriticalDimensionScanningElectronicMicroscope，关键尺寸扫描电子显微镜)测量的结果来控制掩膜图形的质量，而当掩膜图形为二维图形的时候，由于不能量测到一个固定的位置，量测所得到的CD结果非常混乱，准确度较低，不能作为控制掩膜图形的质量的依据。

针对上述问题的一种改进方法为：将所述掩膜图形的CD-SEM图形与所述掩膜图形相应的GDSII图形进行叠图，在完成叠图以后，通过人工观察所述掩膜图形的CD-SEM图形与所述GDSII图形边界的差异来判断所述掩膜图形的保真度。但这种方法最终是根据人工进行判断，判断结果的准确性较低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种侦测掩膜图形保真度的系统及方法，用于解决现有技术中使用CD-SEM量测的结果来评判二维掩膜图形的质量时存在的因不能找到固定的量测点而导致的量测结果混乱，评判准确度较低的问题以及使用所述掩膜图形的CD-SEM图形与所述GDSII图形叠图后进行人工判断而导致的判断准确性较低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种侦测掩膜图形保真度的系统，所述系统包括：读取模块，适于读取掩膜图形的量测图形及掩膜图形的版图，并分别得到相应的坐标信息；叠图模块，适于将所述掩膜图形的量测图形进行缩放、平移或旋转中的一种或多种变换后与所述掩膜图形的版图匹配对准并相叠；边界提取模块，适于分别提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界；比对模块，适于比对所述掩膜图形的量测图形与所述掩膜图形的版图的边界，并以所述掩膜图形的量测图形边界上的点为起点，向所述掩膜图形的版图边界逐点做法向量；量测模块，量测所述法向量的长度，并定义所述法向量长度的正负；计算模块，适于计算所述掩膜图形的量测图形的缩放倍数、平移参数及旋转角度，并根据所述法向量的长度计算所有法向量长度的标准差σ。

优选地，所述掩膜图形的量测图形由掩膜图形的CD-SEM图像提供，所述掩膜图形的版图由所述掩膜图形相应的GDSII文件提供。

优选地，所述掩膜图形包括主图区和位于所述主图区外围的监控区域，所述监控区域内设有监控图形。

优选地，所述掩膜图形的量测图形为整个所述监控图形或所述监控图形中的封闭图形、直线、拐角或凸台。

优选地，所述边界提取模块还适于当所述掩膜图形的量测图形或所述掩膜图形的版图为彩色图形时，先将所述彩色图形转换为灰度图形，然后再进行边界提取。

优选地，所述计算模块适于通过如下步骤计算所述掩膜图形的量测图形的缩放倍数、平移参数及旋转角度：

(a)在所述掩膜图形的版图的中心处截取第一区域，建立所述第一区域的二维函数为f₁(x，y)，将所述第一区域的二维函数f₁(x，y)转换为对数极坐标函数，并将得到的所述对数极坐标函数转换为傅里叶函数；

(b)在所述掩膜图形的量测图形中选取与所述第一区域中心点坐标相同的点为中心，在所述掩膜图形的量测图形中截取一个与所述第一区域相同大小的第二区域，建立所述第二区域的二维函数为f₂(x，y)，将所述第二区域的二维函数f₂(x，y)转换为对数极坐标函数，并将得到的所述对数极坐标函数转换为傅里叶函数；

(c)计算步骤(a)所得到的傅里叶函数与步骤(b)所得到的傅里叶函数的互功率谱，对所得到的互功率谱进行傅里叶反转换得到一二维脉冲函数δ＝(x-x₀，y-y₀)，所述二维脉冲函数的最大值即为(x₀，y₀)，并根据所述得到的(x₀，y₀)得到(λ₀，θ₀)；

(d)根据公式γ＝e^λ0即可得到所述掩膜图形的量测图形的缩放倍数γ，所述(x₀，y₀)为所述掩膜图形的量测图形的平移参数，所述θ₀为所述掩膜图形的量测图形的旋转角度。

优选地，所述边界提取模板适于通过如下步骤提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图边界：

(i)将所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图进行高斯平滑处理，得到去除噪声的图形；

(ii)从所述去除噪声的图形生成图形中每个亮度梯度图以及亮度梯度的方向；

(iii)根据所述每个点的亮度梯度图和亮度梯度的方向，使用滞后阈值跟踪经过高斯平滑处理后的图形边界，基于局部目标特征提取边界作为所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界。

优选地，所述叠图模块将所述掩膜图形的量测图形及掩膜图形的版图进行叠图匹配的精度达到亚像素精度。

优选地，所述计算模块适于根据公式得到所述法向量长度的标准差σ，其中，N为所有法向量的数量，X_i为每个法向量的长度，为所有法向量长度的平均值。

本发明还提供一种侦测掩膜图形保真度的方法，所述方法包括以下步骤：

1)提供一掩膜图形的量测图形及掩膜图形的版图，并分别得到相应的坐标信息；

2)将所述掩膜图形的量测图形进行缩放、平移或旋转中的一种或多种变换后与所述掩膜图形的版图匹配对准并相叠；

3)分别提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界；

4)以所述掩膜图形的量测图形的边界为起点，逐点向所述掩膜图形的版图的边界做法向量；

5)量测所有法向量的长度，并定义所述法向量长度的正负；

6)根据所述法向量的长度计算所有法向量长度的标准差σ，以判断所述掩膜图形的量测图形的保真度，其中，判断条件为：所得到的标准差σ越小，所述掩膜图形的量测图形的保真度越高。

优选地，所述掩膜图形的量测图形由掩膜图形的CD-SEM图像提供，所述掩膜图形的版图由所述掩膜图形相应的GDSII文件提供。

优选地，所述掩膜图形包括主图区和位于所述主图区外围的监控区域，所述监控区域内设有监控图形。

优选地，所述掩膜图形的量测图形为整个所述监控图形或所述监控图形中的封闭图形、直线、拐角或凸台。

优选地，当所述掩膜图形的量测图形或所述掩膜图形的版图为彩色图形时，先将所述彩色图形转换为灰度图形，然后再进行边界提取。

优选地，将所述掩膜图形的量测图形进行缩放、平移及旋转后实现与所述掩膜图形的版图的叠图的方法为：

(a)在所述掩膜图形的版图的中心处截取第一区域，建立所述第一区域的二维函数为f₁(x，y)，将所述第一区域的二维函数f₁(x，y)转换为对数极坐标函数，并将得到的所述对数极坐标函数转换为傅里叶函数；

(b)在所述掩膜图形的量测图形中选取与所述第一区域中心点坐标相同的点为中心，在所述掩膜图形的量测图形中截取一个与所述第一区域相同大小的第二区域，建立所述第二区域的二维函数为f₂(x，y)，将所述第二区域的二维函数f₂(x，y)转换为对数极坐标函数，并将得到的所述对数极坐标函数转换为傅里叶函数；

(c)计算步骤(a)所得到的傅里叶函数与步骤(b)所得到的傅里叶函数的互功率谱，对所得到的互功率谱进行傅里叶反转换得到一二维脉冲函数δ＝(x-x₀，y-y₀)，所述二维脉冲函数的最大值即为(x₀，y₀)，并根据所述得到的(x₀，y₀)得到(λ₀，θ₀)；

(d)将所述掩膜图形的量测图形按缩放比例γ＝e^λ0进行缩放，将缩放好的掩膜图形的量测图形按平移参数(x₀，y₀)进行平移，并将平移后的掩膜图形的量测图形进行θ₀角度的旋转。

优选地，提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图边界的方法为：

(i)将所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图进行高斯平滑处理，得到去除噪声的图形；

(ii)从所述去除噪声的图形生成图形中每个亮度梯度图以及亮度梯度的方向；

(iii)根据所述每个点的亮度梯度图和亮度梯度的方向，使用滞后阈值跟踪经过高斯平滑处理后的图形边界，基于局部目标特征提取边界作为所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界。

优选地，将所述掩膜图形的量测图形及掩膜图形的版图进行叠图匹配的精度达到亚像素精度。

优选地，计算所述法向量长度的标准差σ的公式为：其中，N为所有法向量的数量，X_i为每个法向量的长度，为所有法向量长度的平均值。

优选地，所述注记差为为相邻两层掩膜图形边界离完全正确对准的差距。

优选地，步骤6)之后还包括一对所述掩膜图形的CD-SEM图形进行缺陷检测的步骤。

如上所述，本发明的侦测掩膜图形保真度的系统及方法，具有以下有益效果：本发明将掩膜图形的量测图形与掩膜图形的版图进行亚像素精度的叠图匹配，并建立所述掩膜图形的量测图形的边界至所述掩膜图形的版图边界的法向量，计算所述法向量长度的标准差，根据所述标准差来判断掩膜图形的保真度。将所述掩膜图形的量测图形与所述掩膜图形的版图进行亚像素精度的叠图匹配，并经过计算所述法向量长度的标准差来评判掩膜图形的保真度，大大提高了评判的精准度；最终使用法向量长度的标准差来作为评判标准，给出了直观的评判数据，使得标准更加规范化和直观化。

附图说明

图1显示为本发明的侦测掩膜图形保真度系统的示意图。

图2显示为本发明的侦测掩膜图形保真度的系统及方法中的监控区域、监控图形在掩膜中的位置示意图。

图3显示为本发明的侦测掩膜图形保真度的系统及方法中的监控区域和监控图形的示意图。

图4显示为本发明的侦测掩膜图形保真度的方法流程图。

元件标号说明

2掩膜

21监控区域

22监控图形

23主图区

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1至图3所示，本发明提供一种侦测掩膜图形保真度的系统，所述系统包括：读取模块，适于读取掩膜图形的量测图形及掩膜图形的版图，并分别得到相应的坐标信息；叠图模块，适于将所述掩膜图形的量测图形进行缩放、平移或旋转中的一种或多种变换后与所述掩膜图形的版图匹配对准并相叠；边界提取模块，适于分别提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界；比对模块，适于比对所述掩膜图形的量测图形与所述掩膜图形的版图的边界，并以所述掩膜图形的量测图形边界上的点为起点，向所述掩膜图形的版图边界逐点做法向量；量测模块，量测所述法向量的长度，并定义所述法向量长度的正负；计算模块，适于计算所述掩膜图形的量测图形的缩放倍数、平移参数及旋转角度，并根据所述法向量的长度计算所有法向量长度的标准差σ。

具体的，所述读取模块读取的所述掩膜图形的量测图形由掩膜图形的CD-SEM图像提供，所述掩膜图形的版图由所述掩膜图形相应的GDSII文件提供。

具体的，所述掩膜图形可以为掩膜版图形，也可以为半导体工艺中所使用的其他的用于掩膜的光刻胶等表面的图形。优选地，所述掩膜图形为掩膜版图形。

具体的，如图2所示，所述掩膜版2包含至少一层图形结构，所述每层图形结构中包括主图区23和位于所述主图区23外围的监控区域21，所述监控区域21内设有监控图形22。优选地，所述掩膜图形的量测图形为整个所述监控图形22或所述监控图形22中的封闭图形、直线、拐角或凸台。

具体的，如图3所示，所述监控区域21为正方形，所述监控区域21的边长为45μm～55μm，根据所述主图区23外围预留空间的大小及后续测试机台的要求，优选地，本实施例中，所述监控区域21的边长为50μm；所述监控图形22所在区域为正方形，所述监控图形22所在区域的边长为1.5μm～2.5μm，根据版图设计规则以及后续测试机台测试窗口的大小，优选地，本实施例中所述监控图形22所在区域的边长为2μm。

具体的，所述GDSII(GerberDataStream)文件为版图设计过程中自动生成的一种包含所有版图信息的文件，所述GDSII文件中包含有图形层的信息，从所述图形层中可以得到与所述掩膜版2对应的GDSII图形。

具体的，所述边界提取模块还适于当所述掩膜图形的量测图形或所述掩膜图形的版图为彩色图形时，先将所述彩色图形转换为灰度图形，然后再进行边界提取。

具体的，所述计算模块适于通过如下步骤计算所述掩膜图形的量测图形的缩放倍数、平移参数及旋转角度：

(a)在所述掩膜图形的版图的中心处截取第一区域，建立所述第一区域的二维函数为f₁(x，y)，将所述第一区域的二维函数f₁(x，y)转换为对数极坐标函数，并将得到的所述对数极坐标函数转换为傅里叶函数；

(b)在所述掩膜图形的量测图形中选取与所述第一区域中心点坐标相同的点为中心，在所述掩膜图形的量测图形中截取一个与所述第一区域相同大小的第二区域，建立所述第二区域的二维函数为f₂(x，y)，将所述第二区域的二维函数f₂(x，y)转换为对数极坐标函数，并将得到的所述对数极坐标函数转换为傅里叶函数；

(c)计算步骤(a)所得到的傅里叶函数与步骤(b)所得到的傅里叶函数的互功率谱，对所得到的互功率谱进行傅里叶反转换得到一二维脉冲函数δ＝(x-x₀，y-y₀)，所述二维脉冲函数的最大值即为(x₀，y₀)，并根据所述得到的(x₀，y₀)得到(λ₀，θ₀)；

(d)根据公式γ＝e^λ0即可得到所述掩膜图形的量测图形的缩放倍数γ，所述(x₀，y₀)为所述掩膜图形的量测图形的平移参数，所述θ₀为所述掩膜图形的量测图形的旋转角度。

具体的，所述边界提取模板适于通过如下步骤提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图边界：

(i)将所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图进行高斯平滑处理，得到去除噪声的图形；

(ii)从所述去除噪声的图形生成图形中每个亮度梯度图以及亮度梯度的方向；

(iii)根据所述每个点的亮度梯度图和亮度梯度的方向，使用滞后阈值跟踪经过高斯平滑处理后的图形边界，基于局部目标特征提取边界作为所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界。

具体的，所述叠图模块将所述掩膜图形的量测图形及掩膜图形的版图进行叠图匹配的精度达到亚像素精度。

具体的，所述计算模块适于根据公式得到所述法向量长度的标准差σ，其中，N为所有法向量的数量，X_i为每个法向量的长度，为所有法向量长度的平均值。

如图图4所示，本发明还提供一种侦测掩膜图形保真度的方法，所述方法至少包括以下步骤：

1)提供一掩膜图形的量测图形及掩膜图形的版图，并分别得到相应的坐标信息；

2)将所述掩膜图形的量测图形进行缩放、平移或旋转中的一种或多种变换后与所述掩膜图形的版图匹配对准并相叠；

3)分别提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界；

4)以所述掩膜图形的量测图形的边界为起点，逐点向所述掩膜图形的版图的边界做法向量；

5)量测所有法向量的长度，并定义所述法向量长度的正负；

6)根据所述法向量的长度计算所有法向量长度的标准差σ，以判断所述掩膜图形的量测图形的保真度，其中，判断条件为：所得到的标准差σ越小，所述掩膜图形的量测图形的保真度越高。

在步骤1)中，请参阅图4的S1步骤并参阅图2至图3，提供一掩膜图形的量测图形及掩膜图形的版图，并分别得到相应的坐标信息。具体的，所述掩膜图形的量测图形由掩膜图形的CD-SEM图像提供，所述掩膜图形的版图由所述掩膜图形相应的GDSII文件提供。

具体的，所述掩膜图形可以为掩膜版图形，也可以为半导体工艺中所使用的其他的用于掩膜的光刻胶等表面的图形。优选地，所述掩膜图形为掩膜版图形。

具体的，所述掩膜版是通过预先设计好的版图经过相应的制备工序制备而成，具体的根据设计的版图制备所述掩膜版的方法为：首先，提供一熔融石英作为基材；其次，在石英表面溅射一层铬层，并在铬层上旋涂一层电子束光刻胶；第三，利用电子束(或激光)直写技术将设计的版图中的图形转移到电子束光刻胶层上，其原理为电子源产生许多电子，这些电子被加速并聚焦(通过磁方式或电方式被聚焦)成型投影到电子束光刻胶上，扫描即可形成所需要的图形；第四，曝光、显影光刻胶图形；第五，湿法或干法刻蚀去除铬薄层；第六，去除电子束光刻胶即形成所需要的掩膜版。

具体的，去除电子束光刻胶后，一般会在粘贴保护膜用于防止灰尘或微小颗粒对掩膜版造成污染，保护膜被紧绷在一个密封框架上，在掩膜版上方约5～10mm。保护膜对曝光光能是透明的，厚度约为0.7～12μm。

具体的，如图2所示，所述掩膜版2包含至少一层图形结构，所述每层图形结构中包括主图区23和位于所述主图区23外围的监控区域21，所述监控区域21内设有监控图形22。优选地，所述掩膜图形的量测图形为整个所述监控图形22或所述监控图形22中的封闭图形、直线、拐角或凸台。

具体的，如图3所示，所述监控区域21为正方形，所述监控区域21的边长为45μm～55μm，根据所述主图区23外围预留空间的大小及后续测试机台的要求，优选地，本实施例中，所述监控区域21的边长为50μm；所述监控图形22所在区域为正方形，所述监控图形22所在区域的边长为1.5μm～2.5μm，根据版图设计规则以及后续测试机台测试窗口的大小，优选地，本实施例中所述监控图形22所在区域的边长为2μm。

具体的，所述GDSII(GerberDataStream)文件为版图设计过程中自动生成的一种包含所有版图信息的文件，所述GDSII文件中包含有图形层的信息，从所述图形层中可以得到与所述掩膜版2对应的GDSII图形。

需要说明的是，由于所述掩膜版2一般都包含多层图形信息，在所述掩膜版2制备完成后要求相邻两层掩膜图形之间必须完全正确地叠放在一起。因此，在所述步骤1)之前，还应包括对所述各层掩膜图形进行注记差检测的步骤。所述注记差(RegistrationError)为相邻两层掩膜图形边界离完全正确对准的差距。通过注记差的检测，可以监测掩膜图形各层之间的叠对是否整齐。所述注记差检测的方法为本领域人员所熟知，这里不再累述。

在步骤2)中，请参阅图4的S2步骤，将所述掩膜图形的量测图形进行缩放、平移或旋转中的一种或多种变换后与所述掩膜图形的版图匹配对准并相叠。具体的，为了使得最终得到的结果具有较高的精准度，此处的叠图也要达到较高的精度。优选地，本实施例中，所述掩膜图形的量测图形与所述掩膜图形的版图的叠图匹配精度应达到达到亚像素精度。

具体的，将所述掩膜图形的量测图形进行缩放、平移及旋转后实现与所述掩膜图形的版图的叠图的方法为：

(a)在所述掩膜图形的版图的中心处截取第一区域，建立所述第一区域的二维函数为f₁(x，y)，将所述第一区域的二维函数f₁(x，y)转换为对数极坐标函数，并将得到的所述对数极坐标函数转换为傅里叶函数；

(b)在所述掩膜图形的量测图形中选取与所述第一区域中心点坐标相同的点为中心，在所述掩膜图形的量测图形中截取一个与所述第一区域相同大小的第二区域，建立所述第二区域的二维函数为f₂(x，y)，将所述第二区域的二维函数f₂(x，y)转换为对数极坐标函数，并将得到的所述对数极坐标函数转换为傅里叶函数；

(c)计算步骤(a)所得到的傅里叶函数与步骤(b)所得到的傅里叶函数的互功率谱，对所得到的互功率谱进行傅里叶反转换得到一二维脉冲函数δ＝(x-x₀，y-y₀)，所述二维脉冲函数的最大值即为(x₀，y₀)，并根据所述得到的(x₀，y₀)得到(λ₀，θ₀)；

(d)将所述掩膜图形的量测图形按缩放比例γ＝e^λ0进行缩放，将缩放好的掩膜图形的量测图形按平移参数(x₀，y₀)进行平移，并将平移后的掩膜图形的量测图形进行θ₀角度的旋转。

具体的，步骤(a)和步骤(b)中计算所述的二维函数f₁(x，y)和所述第二区域的二维函数f₂(x，y)的对数极坐标变换的公式均为：

$r=\ln \sqrt{x^2+y^2}---\left(1\right)$

θ＝arctan(y/x)

其中，(r，θ)即为第一区域中任一坐标点(x，y)对应的极坐标。

具体的，假设所述掩膜图形的量测图形要实现与所述掩膜图形的版图亚像素精度的叠图需要经过简单的平移，此时的平移参数设定为(x₀，y₀)，则所述第二区域的二维函数f₂(x，y)与所述第一区域的二维函数为f₁(x，y)满足的关系为：

f₂(x，y)＝f₁(x-x₀，y-y₀)(2)

则根据傅里叶变换的性质，所述第二区域的二维函数f₂(x，y)的傅里叶函数与所述第一区域的二维函数为f₁(x，y)的傅里叶函数满足的关系为：

$F_2(u,v)=F_1(u,v)e^{-i(u_{x_0}+v_{y_0})}---\left(3\right)$

式中F₁(u,v)和F₂(u,v)分别为f₁(x，y)和f₂(x，y)的傅里叶函数。

计算步骤(a)所得到的傅里叶函数与步骤(b)所得到的傅里叶函数的互功率谱的公式为：

$\frac{F_2(u,v)F_1^{*}(u,v)}{\left|F_2(u,v)F_1^{*}(u,v)\right|}=e^{-i(u_{x_0}+v_{y_0})}---\left(4\right)$

式中为F₁(u,v)的复共轭，的傅里叶反转换为二维脉冲函数δ(x,y)＝(x-x₀，y-y₀)。计算所述二维脉冲函数的最大值，所得到的最大值记为(x₀，y₀)，将所得到的(x₀，y₀)代入公式(1)中，计算出对应的(λ₀，θ₀)。将所得到的λ₀代入比例缩放公式γ＝e^λ0，即可得到所述掩膜图形的量测图形需要缩放的比例。此时(x₀，y₀)即为所述掩膜图形的量测图形需要进行平移的平移参数，即所述掩膜图形的量测图形需要沿X方向进行x₀的平移，沿Y方向进行y₀的平移；θ₀为所述掩膜图形的量测图形需要进行旋转的角度。

需要说明的是，将所述掩膜图形的量测图形与所述掩膜图形的版图进行叠图的方法并不仅局限于上述一种方法，其他任何符合亚像素精度匹配的叠图方法均可以使用。

在步骤3)中，请参阅图4的S3步骤，分别提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界。

需要说明的是，当所述掩膜图形的量测图形或所述掩膜图形的版图为彩色图形时，先将所述彩色图形转换为灰度图形，然后再进行边界提取。

具体的，提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图边界的方法为：

(i)将所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图进行高斯平滑处理，得到去除噪声的图形；

(ii)从所述去除噪声的图形生成图形中每个亮度梯度图以及亮度梯度的方向；

(iii)根据所述每个点的亮度梯度图和亮度梯度的方向，使用滞后阈值跟踪经过高斯平滑处理后的图形边界，基于局部目标特征提取边界作为所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界。

具体的，由于任何提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图边界的算法都不可能在未经处理的原始图形数据上很好地处理，所以第一步是对所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的原始数据与高斯mask(掩膜)作卷积，得到的图形与原始图形相比有些轻微的模糊(blurred)。这样单独的一个像素噪声在经过高斯平滑的图形上变得几乎没有影响。

具体的，经过去噪声处理后，所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图中的边界可能会指向不同的方向，使用4个高斯mask检测水平、垂直以及对角线方向的边界。原始所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图与每个高斯mask所作的卷积都存储起来。对于每个点都标识在这个点上的最大值(指这一点的亮度与4个高斯mask卷积的最大值)以及生产的边界的方向。这样就从经过去噪声处理后的图形生成了图形中每个点亮度梯度图以及亮度梯度的方向。

具体的，根据上述每个点的亮度梯度图和亮度梯度的方向，使用滞后阈值跟踪经过去噪声处理后的图形边界，基于局部目标特征边界作为所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界。

具体的，所述滞后阈值为两个阈值，即第一阈值和第二阈值，所述第一阈值大于所述第二阈值。假设所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图中的重要边界都是连续的曲线，这样就可以跟踪给定曲线中模糊的部分，并且可以避免将没有组成曲线的噪声像素当成边界。因此，从一个较大的阈值(即第一阈值)开始，可以标识出比较确信的真实边界，使用每个点上的最大值及生成的边界的方向，从这些真正的边界开始在所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图中跟踪整个边界。在跟踪的过程中，使用一个较小的阈值(即第二阈值)，这样就可以跟踪曲线的模糊部分直到回到起点。整个过程完成，就得到一个二值图形，所述图形的边界即可作为所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界。

需要说明的是，提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图边界的方法并不仅局限于上述一种方法，其他任何符合要求的提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图边界的方法均可以使用。

在步骤4)中，请参阅图4的S4步骤，以所述掩膜图形的量测图形的边界为起点，逐点向所述掩膜图形的版图的边界做法向量。

具体的，此时每个法向量的长度即表示所述掩膜图形的量测图形上的相应点偏离所述掩膜图形的版图的距离。

具体的，以所述掩膜图形的量测图形的边界为起点，逐点向所掩膜图形的版图的边界做法向量的具体方法为：选定所述掩膜图形的量测图形上的任一点，以所述选定点为切点做所述掩膜图形的量测图形在所述选定点处的切线，以所述选定点为起点，向所述掩膜图形的版图的边界做所述切线的垂线，所述垂线会与所述掩膜图形的版图的边界有一个交点，所述选定点与所述交点之间的线段即为所述选定点至所述掩膜图形的版图的边界的法向量，方向为自所述选定点指向所述交点。

在步骤5)中，请参阅图4的S5步骤，量测所有法向量的长度，并定义所述法向量长度的正负。具体的，可以定义为位于所述掩膜图形的版图边界内的法向量的长度为正值，位于所述掩膜图形的版图边界外的法向量的长度为负值。

在步骤6)中，请参阅图4的S6步骤，根据所述法向量的长度计算所有法向量长度的标准差σ，以判断所述掩膜图形的量测图形的保真度，其中，判断条件为：所得到的标准差σ越小，所述掩膜图形的量测图形的保真度越高。

具体的，将步骤6)量测得到的法向量的长度分别记为X_i，i＝1,2,3…N。首先根据量测得到的所有法向量的长度来计算所述法向量长度的平均值，具体的计算公式为:

$\stackrel{\‾}{X}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i---\left(5\right)$

式中N为所有法向量的数量，X_i为每个法向量的长度。

根据所得到的所有法向量长度的平均值进一步计算所有法向量长度的标准差σ，具体的计算公式为：

$\mathrm{\σ}=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(X_i-\stackrel{\‾}{X})}^2}---\left(6\right)$

式中N为所有法向量的数量，X_i为每个法向量的长度，为所有法向量长度的平均值。

标准差能反映一个数据集的离散程度，根据公式(6)所计算的标准差，可以得到法向量长度的离散程度，即可以得到所述掩膜图形的量测图形偏离所述掩膜图形的版图的程度。因此，可以根据步骤6)中所得到的标准差来判断所述掩膜图形的量测图形的保真度。其中，判断的标准为：所述标准差σ越小，所述掩膜图形的量测图形的保真度越高。

具体的，所述掩膜图形的量测图形由掩膜图形的CD-SEM图像提供，所述掩膜图形的版图由所述掩膜图形相应的GDSII文件提供时，所述步骤6)之后还可以包括一个对所述掩膜图形的量测图形进行缺陷检测的步骤。此处对所述掩膜图形的量测图形进行缺陷检测的目的主要是检测所述掩膜图形的量测图形在制备的过程中是否存在制备缺陷，所述掩膜图形的量测图形上是否存在空洞或未刻蚀完成的图形等等。具体的检测方法为本领域人员所熟知，此处不再累述。

综上所述，本发明将掩膜图形的量测图形与掩膜图形的版图进行亚像素精度的叠图匹配，并建立所述掩膜图形的量测图形的边界至所述掩膜图形的版图边界的法向量，计算所述法向量长度的标准差，根据所述标准差来判断掩膜图形的保真度。将所述掩膜图形的量测图形与所述掩膜图形的版图进行亚像素精度的叠图匹配，并经过计算所述法向量长度的标准差来评判掩膜图形的保真度，大大提高了评判的精准度；最终使用法向量长度的标准差来作为评判标准，给出了直观的评判数据，使得标准更加规范化和直观化。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (20)

1.一种侦测掩膜图形保真度的系统，其特征在于，所述系统包括：

读取模块，适于读取掩膜图形的量测图形及掩膜图形的版图，并分别得到相应的坐标信息；

叠图模块，适于将所述掩膜图形的量测图形进行缩放、平移或旋转中的一种或多种变换后与所述掩膜图形的版图匹配对准并相叠；

边界提取模块，适于分别提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界；

比对模块，适于比对所述掩膜图形的量测图形与所述掩膜图形的版图的边界，并以所述掩膜图形的量测图形边界上的点为起点，向所述掩膜图形的版图边界逐点做法向量；

量测模块，量测所述法向量的长度，并定义所述法向量长度的正负；

计算模块，适于计算所述掩膜图形的量测图形的缩放倍数、平移参数及旋转角度，并根据所述法向量的长度计算所有法向量长度的标准差σ。

2.根据权利要求1所述的侦测掩膜图形保真度的系统，其特征在于：所述掩膜图形的量测图形由掩膜图形的CD-SEM图像提供，所述掩膜图形的版图由所述掩膜图形相应的GDSII文件提供。

3.根据权利要求1所述的侦测掩膜图形保真度的系统，其特征在于：所述掩膜图形包括主图区和位于所述主图区外围的监控区域，所述监控区域内设有监控图形。

4.根据权利要求3所述的侦测掩膜图形保真度的系统，其特征在于：所述掩膜图形的量测图形为整个所述监控图形或所述监控图形中的封闭图形、直线、拐角或凸台。

5.根据权利要求1所述的侦测掩膜图形保真度的系统，其特征在于：所述边界提取模块还适于当所述掩膜图形的量测图形或所述掩膜图形的版图为彩色图形时，先将所述彩色图形转换为灰度图形，然后再进行边界提取。

6.根据权利要求1所述的侦测掩膜图形保真度的系统，其特征在于：所述计算模块适于通过如下步骤计算所述掩膜图形的量测图形的缩放倍数、平移参数及旋转角度：

(a)在所述掩膜图形的版图的中心处截取第一区域，建立所述第一区域的二维函数为f₁(x，y)，将所述第一区域的二维函数f₁(x，y)转换为对数极坐标函数，并将得到的所述对数极坐标函数转换为傅里叶函数；

(b)在所述掩膜图形的量测图形中选取与所述第一区域中心点坐标相同的点为中心，在所述掩膜图形的量测图形中截取一个与所述第一区域相同大小的第二区域，建立所述第二区域的二维函数为f₂(x，y)，将所述第二区域的二维函数f₂(x，y)转换为对数极坐标函数，并将得到的所述对数极坐标函数转换为傅里叶函数；

(c)计算步骤(a)所得到的傅里叶函数与步骤(b)所得到的傅里叶函数的互功率谱，对所得到的互功率谱进行傅里叶反转换得到一二维脉冲函数δ＝(x-x₀，y-y₀)，所述二维脉冲函数的最大值即为(x₀，y₀)，并根据所述得到的(x₀，y₀)得到(λ₀，θ₀)；

(d)根据公式γ＝e^λ0即可得到所述掩膜图形的量测图形的缩放倍数γ，所述(x₀，y₀)为所述掩膜图形的量测图形的平移参数，所述θ₀为所述掩膜图形的量测图形的旋转角度。

7.根据权利要求1所述的侦测掩膜图形保真度的系统，其特征在于：所述边界提取模板适于通过如下步骤提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图边界：

(i)将所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图进行高斯平滑处理，得到去除噪声的图形；

(ii)从所述去除噪声的图形生成图形中每个亮度梯度图以及亮度梯度的方向；

(iii)根据所述每个点的亮度梯度图和亮度梯度的方向，使用滞后阈值跟踪经过高斯平滑处理后的图形边界，基于局部目标特征提取边界作为所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界。

8.根据权利要求1所述的侦测掩膜图形保真度的系统，其特征在于：所述叠图模块将所述掩膜图形的量测图形及掩膜图形的版图进行叠图匹配的精度达到亚像素精度。

9.根据权利要求1所述的侦测掩膜图形保真度的系统，其特征在于：所述计算模块适于根据公式得到所述法向量长度的标准差σ，其中，N为所有法向量的数量，X_i为每个法向量的长度，为所有法向量长度的平均值。

10.一种侦测掩膜图形保真度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)提供一掩膜图形的量测图形及掩膜图形的版图，并分别得到相应的坐标信息；

2)将所述掩膜图形的量测图形进行缩放、平移或旋转中的一种或多种变换后与所述掩膜图形的版图匹配对准并相叠；

3)分别提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界；

4)以所述掩膜图形的量测图形的边界为起点，逐点向所述掩膜图形的版图的边界做法向量；

5)量测所有法向量的长度，并定义所述法向量长度的正负；

6)根据所述法向量的长度计算所有法向量长度的标准差σ，以判断所述掩膜图形的量测图形的保真度，其中，判断条件为：所得到的标准差σ越小，所述掩膜图形的量测图形的保真度越高。

11.根据权利要求10所述的侦测掩膜图形保真度的方法，其特征在于：所述掩膜图形的量测图形由掩膜图形的CD-SEM图像提供，所述掩膜图形的版图由所述掩膜图形相应的GDSII文件提供。

12.根据权利要求10所述的侦测掩膜图形保真度的方法，其特征在于：所述掩膜图形包括主图区和位于所述主图区外围的监控区域，所述监控区域内设有监控图形。

13.根据权利要求12所述的侦测掩膜图形保真度的方法，其特征在于：所述掩膜图形的量测图形为整个所述监控图形或所述监控图形中的封闭图形、直线、拐角或凸台。

14.根据权利要求10所述的侦测掩膜图形保真度的方法，其特征在于：当所述掩膜图形的量测图形或所述掩膜图形的版图为彩色图形时，先将所述彩色图形转换为灰度图形，然后再进行边界提取。

15.根据权利要求10所述的侦测掩膜图形保真度的方法，其特征在于：将所述掩膜图形的量测图形进行缩放、平移及旋转后实现与所述掩膜图形的版图的叠图的方法为：

(a)在所述掩膜图形的版图的中心处截取第一区域，建立所述第一区域的二维函数为f₁(x，y)，将所述第一区域的二维函数f₁(x，y)转换为对数极坐标函数，并将得到的所述对数极坐标函数转换为傅里叶函数；

(b)在所述掩膜图形的量测图形中选取与所述第一区域中心点坐标相同的点为中心，在所述掩膜图形的量测图形中截取一个与所述第一区域相同大小的第二区域，建立所述第二区域的二维函数为f₂(x，y)，将所述第二区域的二维函数f₂(x，y)转换为对数极坐标函数，并将得到的所述对数极坐标函数转换为傅里叶函数；

(c)计算步骤(a)所得到的傅里叶函数与步骤(b)所得到的傅里叶函数的互功率谱，对所得到的互功率谱进行傅里叶反转换得到一二维脉冲函数δ＝(x-x₀，y-y₀)，所述二维脉冲函数的最大值即为(x₀，y₀)，并根据所述得到的(x₀，y₀)得到(λ₀，θ₀)；

(d)将所述掩膜图形的量测图形按缩放比例γ＝e^λ0进行缩放，将缩放好的掩膜图形的量测图形按平移参数(x₀，y₀)进行平移，并将平移后的掩膜图形的量测图形进行θ₀角度的旋转。

16.根据权利要求10所述的侦测掩膜图形保真度的方法，其特征在于：提取所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图边界的方法为：

(i)将所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图进行高斯平滑处理，得到去除噪声的图形；

(ii)从所述去除噪声的图形生成图形中每个亮度梯度图以及亮度梯度的方向；

(iii)根据所述每个点的亮度梯度图和亮度梯度的方向，使用滞后阈值跟踪经过高斯平滑处理后的图形边界，基于局部目标特征提取边界作为所述掩膜图形的量测图形及所述掩膜图形的版图的边界。

17.根据权利要求10所述的侦测掩膜图形保真度的方法，其特征在于：将所述掩膜图形的量测图形及掩膜图形的版图进行叠图匹配的精度达到亚像素精度。

18.根据权利要求10所述的侦测掩膜图形保真度的方法，其特征在于：计算所述法向量长度的标准差σ的公式为：其中，N为所有法向量的数量，X_i为每个法向量的长度，为所有法向量长度的平均值。

19.根据权利要10所述的侦测掩膜图形保真度的方法，其特征在于：步骤1)之前还包括对所述掩膜各层图形进行注记差检测的步骤，其中，所述注记差为为相邻两层掩膜图形边界离完全正确对准的差距。

20.根据权利要求10所述的侦测图形保真度的方法，其特征在于：步骤6)之后还包括一对所述掩膜图形的CD-SEM图形进行缺陷检测的步骤。