CN115165317A - 一种获取光学计量系统入射光的光斑信息、测量焦面及拟合波段的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种获取光学计量系统入射光的光斑信息、测量焦面及拟合波段的方法，包括：获取标准测试样件，标准测试样件上设置有包括特征图形结构的待测区域，入射光投射至标准测试样件上形成光斑；使标准测试样件沿至少一个方向进行移动，使得光斑扫描待测区域，并在移动过程中多次采集光斑的反射光以获取多组与特征图形结构相关的测量参数的测量值；基于待测区域的尺寸和可靠测试区间确定光斑的尺寸；通过统一标准的测试方式与评价方式得到光斑尺寸与位置，不再依赖光斑图像的人为主观评价，数据来源于量测系统的测量结果，客观可靠；对于宽谱测量，测量结果可以来源于不同波段的测试数据，因此可以有效衡量目标波段的光斑尺寸。

Description

一种获取光学计量系统入射光的光斑信息、测量焦面及拟合 波段的方法

技术领域

本发明涉及半导体量测设备技术领域，尤其涉及一种获取光学计量系统入射光的光斑信息、测量焦面及拟合波段的方法。

背景技术

半导体量测设备对半导体前后道制程中的良率控制起着至关重要的作用，随着半导体器件的集成度越来越高，晶圆上单位体积的电子器件增多，量测的区域尺寸与关键参数尺寸都在进一步缩小。光学关键尺寸测量中，测头的光学设计和集成组装方式共同决定了量测光斑的大小，而量测光斑的大小直接决定可以测量的最小区域尺寸，因此需要一种评价方式去衡量量测设备测头的光斑尺寸与位置，为光学设计、装配改善与实际应用等提供指导。

目前评价光斑尺寸与位置的常用方式是通过CCD相机对准系统直接得到光斑的图案以估算光斑的尺寸和位置，但这种方式的人为主观判断影响太大：不同观测片由于材料性质不同，光斑图案会有明显差异，由于参考标准的缺失，难以制定曝光参数标准；即便是同一观测片，由于片子表面的起伏与不均匀等因素，在不同位置的光斑图案也可能有差异，标片的定制与验证也是一大难题。除了上述因素外，通过CCD相机得到的光斑图案仅能反映可见光波段的光斑尺寸与位置信息，对于宽波段量测系统，红外与紫外波段的光斑信息无从而知。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种获取光学计量系统入射光的光斑信息、测量焦面及拟合波段的方法，针对目前通过对准系统主观评价量测系统光斑尺寸与位置存在的不足之处，通过统一标准的测试方式与评价方式得到光斑尺寸与位置，不再依赖光斑图像的人为主观评价，数据来源于量测系统的测量结果，客观可靠；对于宽谱测量，测量结果可以来源于不同波段的测试数据，因此可以有效衡量目标波段的光斑尺寸。

根据本发明的第一方面，提供了一种获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法，包括：

步骤1，获取标准测试样件，所述标准测试样件上设置有包括特征图形结构的待测区域，所述入射光投射至所述标准测试样件上形成光斑，所述待测区域的尺寸大于所述光斑的尺寸；

步骤2，使所述标准测试样件沿至少一个方向进行移动，使得所述光斑扫描所述待测区域，并在移动过程中多次采集所述光斑的反射光以获取多组与所述特征图形结构相关的测量参数的测量值，其中，第一次采集和最后一次采集时，至少一部分所述光斑位于所述待测区域外，并且在第一次采集和最后一次采集之间，至少有一次采集时所述光斑全部位于所述待测区域内；

步骤3，基于多组所述测量值确定所述测量参数的可靠测试区间；

步骤4，基于所述待测区域的尺寸和所述可靠测试区间确定所述光斑的尺寸。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，所述特征图形结构包括光栅结构；

所述移动为多次等步距移动或者连续移动，并且每次采集所述光斑的反射光之间时间间隔相同；

所述多次采集还包括：在每次采集前，对所述光栅结构进行对焦。

可选的，所述沿至少一个方向进行移动包括：沿两个相互正交的方向分别进行移动。

可选的，所述测量参数包括所述特征图形结构的形貌参数、所述反射光的光强、所述反射光的偏振幅值比以及所述反射光的相位比中至少一种。

可选的，所述步骤3还包括：

基于多组所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数确定所述可靠测试区间，所述可信评价参数包括所述特征图形结构的形貌参数测量值的均方差、均方根差或所述测量值的拟合优度。

可选的，所述获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法还包括：

获取数据评估基准值，获取所述数据评估基准值包括所述入射光的光斑全部位于所述待测区域的中心区域时获取所述测量值或者所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数的值，所述中心区域为以所述待测区域中心位置为圆心，阈值长度r为半径构成的区域。

可选的，所述步骤3还包括：

基于所述数据评估基准值设置第一阈值范围，所述测量值或者所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数的值在所述第一阈值范围内对应的所述标准测试样件的移动区间为可靠测试区间。

可选的，所述步骤3还包括：

获取一阶导数的值，所述获取一阶导数的值包括：基于所述数据评估基准值设置曲线波动阈值，将多组所述测量值或者多组所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数的值在所述曲线波动阈值范围外的剔除；获取剩余多组所述测量值曲线的一阶导数曲线或剩余多组所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数曲线的一阶导数曲线；所述一阶导数的值为所述剩余多组所述测量值的曲线的一阶导数曲线的值或所述剩余多组所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数曲线的一阶导数曲线的值；设置第二阈值范围，所述一阶导数的值在所述第二阈值范围内对应的所述标准测试样件的移动区间为可靠测试区间。

可选的，所述步骤3还包括：

基于所述数据评估基准值设置第一阈值范围，所述测量值或者所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数的值在所述第一阈值范围内对应的所述标准测试样件的移动区间为第一可靠测试区间；

获取一阶导数的值，获取一阶导数的值包括获取多组所述测量值曲线的一阶导数曲线或多组所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数曲线的一阶导数曲线，所述一阶导数的值为所述多组所述测量值的曲线的一阶导数曲线的值或所述多组所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数曲线的一阶导数曲线的值，设置第二阈值范围，所述一阶导数的值在所述第二阈值范围内对应的所述标准测试样件的移动区间为第二可靠测试区间；

将所述第一可靠测试区间和所述第二可靠测试区间的重合区间作为可靠测试区间。

可选的，所述步骤4中，所述光斑的尺寸为所述待测区域与所述可靠测试区间在所述标准测试样件的移动方向上的长度的差值；

所述步骤4还包括基于所述待测区域的尺寸和所述可靠测试区间确定所述光斑的位置：以所述标准测试样件的两个相互正交的移动方向相反的方向分别为x轴正方向和y轴正方向，以所述标准测试样件移动结束后的移动区间的中心为原点，所述可靠测试区间的中心位置关于原点的对称位置为所述光斑的位置。

根据本发明的第二方面，提供一种获取光学计量系统测量焦面，包括：

步骤1'，获取光学计量系统的测量头与标准测试样件之间的垂向距离，所述测量头将所述入射光投射至所述标准测试样件上形成光斑；

步骤2'，调节所述测量头和/或所述标准测试样件的垂向位置，以获取多个不同垂向距离，采用第一方面所述的获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法，确定不同垂向距离对应的光斑的尺寸；

步骤3'，比较所述不同垂向距离对应的光斑的尺寸，获取最小尺寸的光斑及所述最小尺寸的光斑对应的垂向距离，由所述最小尺寸的光斑对应的垂向距离得到测量焦面，所述测量焦面为测量样品的平面。

根据本发明的第三方面，提供了一种获取光学计量系统拟合波段的方法，包括：

步骤1”，获取投射到标准测试样件上的入射光的波段，所述入射光的波段为宽光谱波段；基于所述宽光谱波段的入射光获取标准测试样件的信号光光谱；

步骤2”，基于所述信号光光谱进行多个不同波段的拟合，所述多个不同波段为所述入射光的波段的一段连续波段或全部波段，或者所述多个不同波段为所述入射光的波段的多段连续波段组成的一段不连续的波段；

步骤3”，采用第一方面所述的获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法，确定不同拟合波段对应的光斑的尺寸；

步骤4”，比较所述不同拟合波段对应的光斑的尺寸，将最小尺寸的光斑对应的拟合波段作为最佳拟合波段。

本发明实施例提供的一种获取光学计量系统入射光的光斑信息、测量焦面及拟合波段的方法，通过在不同方向上分别扫描测量一已知尺寸的待测区域，光斑从待测区域外到待测区域内再到待测区域外，获取相关测量参数，通过数据处理提取相关测量参数对应的可靠测试区间，从而得到量测系统的光斑尺寸与位置信息；通过统一标准的测试方式与评价方式得到光斑尺寸与位置，不再依赖光斑图像的人为主观评价，数据来源于量测系统的测量结果，客观可靠；对于宽谱测量，测量结果可以来源于不同波段的测试数据，因此可以有效衡量目标波段的光斑尺寸及位置；可辅助定义最佳测试焦面与最佳测试波段。

附图说明

图1为本发明提供的一种获取光学计量系统入射光的光斑信息的实施例的流程图；

图2为本发明提供的一种待测Pad区域内的微观结构的实施例的示意图；

图3为本发明提供的标准测试样件上的待测区域与光斑相对X/Y向移动的实施例的示意图；

图4(a)为本发明提供的X向扫描测量的MSE结果的实施例的示意图；

图4(b)为本发明提供的Y向扫描测量的MSE结果的实施例的示意图；

图5为本发明提供的一种获取光学计量系统测量焦面的方法的实施例的流程图；

图6为本发明提供的一种获取光学计量系统拟合波段的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1为本发明提供的一种获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法的流程图，如图1所示，该获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法包括：

步骤1，获取标准测试样件，标准测试样件上设置有包括特征图形结构的待测区域，入射光投射至标准测试样件上形成光斑，待测区域的尺寸大于光斑的尺寸。

其中，一个标准测试件上分布有尺寸不同的待测区域可供测试，本发明提供的实施例中，该待测区域可以为PAD区域，PAD区域指晶圆上重复的Die中某一具有确定尺寸结构的测试区域。该待测区域中的膜层结构已知或未知，须保持均匀，即该待测区域的结构参数(比如膜厚)极差应小于该结构参数量测的静态重复值，静态重复值可以是运动台位置不变时，测量多次的公差值。待测区域之外区域与待测区域具有不同的膜层结构。

如图2所示为本发明提供的一种待测Pad区域内的微观结构的实施例的示意图，图2给出的实施例中，在标准测试样件上选择待测Pad区域尺寸为100μm×100μm，图2中右上方为待测Pad区域的局部放大图，待测Pad区域内的微观结构/特征图形结构为光栅结构；在待测Pad区域之外的标准测试样件上的区域，具有不同的结构(图中未示出)。

标准测试样件的待测区域的尺寸大于光斑的尺寸。

步骤2，使标准测试样件沿至少一个方向进行移动，使得光斑扫描待测区域，并在移动过程中多次采集光斑的反射光以获取多组与特征图形结构相关的测量参数的测量值，其中，第一次采集和最后一次采集时，至少一部分光斑位于待测区域外，并且在第一次采集和最后一次采集之间，至少有一次采集时光斑全部位于待测区域内。

具体实施中，可以由超精密运动台带动标准测试样件进行多次等步距移动，事先定义标准测试样件各次移动的移动范围、步长与方向，将对应的运动位置指令下发给超精密运动台的控制器。精密运动台每移动一个步距，采集一次光谱数据，接收系统接收光斑的光谱反射信号。

可选的，也可以由超精密运动台带动标准测试样件连续移动，确定超精密运动台匀速移动，并在移动过程中多次采集光斑反射光，每次采集之间的时间间隔相同，由此可以得到每次采集对应的标准测试样件的移动距离。

超精密运动台带动标准测试样件进行移动的过程中，光斑经历三个过程：光斑全部或至少一部分光斑在待测Pad区域外、光斑全部在Pad区域内以及光斑全部或至少一部分光斑再次在待测Pad区域外。

步骤3，基于多组测量值确定测量参数的可靠测试区间。

可靠测试区间指测量参数可信的区间段，对应的明显特征是此时光斑完全落在待测区域内部，系统的数据接收端接收到的信息完全来自光与待测区域内部结构作用的信息。

步骤4，基于待测区域的尺寸和可靠测试区间确定光斑的尺寸。

本发明提供一种获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法，通过在不同方向上扫描测量一已知Pad尺寸的待测区域，光斑从待测区域外到待测区域内再到待测区域外，获取相关测量参数，通过数据处理提取相关测量参数对应的可靠测试区间，从而得到量测系统的光斑尺寸与位置信息；通过统一标准的测试方式与评价方式得到光斑尺寸与位置，不再依赖光斑图像的人为主观评价，数据来源于量测系统的测量结果，客观可靠；对于宽谱测量，测量结果可以来源于不同波段的测试数据，因此可以有效衡量目标波段的光斑尺寸；可辅助定义最佳测试焦面与最佳测试波段。

实施例1

本发明提供的实施例1为本发明提供的一种获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法的实施例，结合图1可知，该评价光斑的方法的实施例包括：

步骤1，获取标准测试样件，标准测试样件上设置有包括特征图形结构的待测区域，入射光投射至标准测试样件上形成光斑，待测区域的尺寸大于光斑的尺寸。

在一种可能的实施例方式中，该待测区域可以为Pad区域，该特征图形结构可以为光栅结构。图2给出的实施例中，n1和n2分别表示两种材料对应的折射率值。

本发明给出的具体实施例中，如图2所示，可以选取标准测试样件上100umx100um大小的Pad区域，该Pad区域内为周期240nm、占空比50％的光栅结构。

步骤2，使标准测试样件沿至少一个方向进行移动，使得光斑扫描待测区域，并在移动过程中多次采集光斑的反射光以获取多组与特征图形结构相关的测量参数的测量值，其中，第一次采集和最后一次采集时，至少一部分光斑位于待测区域外，并且在第一次采集和最后一次采集之间，至少有一次采集时光斑全部位于待测区域内。

在一种可能的实施例方式中，移动为多次等步距移动或者连续移动，并且每次采集光斑的反射光之间时间间隔相同；其中，对于多次等步距移动，在每次移动后均采集光斑的反射光信号，第一移动前也采集光斑的反射光信号；对于连续移动，可以一定的速度匀速移动，在移动过程中多次采集光斑的反射光信号。

多次采集还包括：在每次采集前，对光栅结构进行对焦。即标准测试样件沿任意方向进行任意一次移动后还包括：对光栅进行对焦。随后量测系统进行量测，接收系统采集测量值。

具体实施中，可以通过激光测距仪示数反馈实现数字光栅自动对焦，对焦目的是把标准测试样件上的待测区域锁定在量测系统焦面的容差范围内。

标准测试样件的移动可以是任意方向，特别的，在一种可能的实施例方式中，任意方向为相互正交的X方向和Y方向。

如图3所示为本发明实施例提供的标准测试样件上的待测区域与光斑相对X/Y向移动的示意图，实际情况下光斑位置不变，由精密运动台带动标准测试样件等步距移动或连续移动。

本发明给出的具体实施例中，可以利用对准系统获取的实时图片确定待测区域的中心位置，将该中心位置定义为量测系统进行扫描测量的中心位置，标准测试样件移动的移动范围对应的扫描范围可以设置为相对中心位置－100um至100um，扫描步距1um，下发运动指令给精密运动台的控制器，由超精密运动台带动标准测试样件以步距1um分别沿X/Y方向移动。

在一种可能的实施例方式中，测量参数为膜层关键尺寸参数、MSE、GOF(Goodnessof Fitting，拟合度)、光斑反射光光强、光斑反射光偏振幅值比以及光斑反射光相位比中至少一种。

具体的，该测量参数可以是膜层关键尺寸参数，例如膜厚；也可以是反映关键尺寸参数可信度的值，例如MSE或RMSE或GOF；还可以是接收系统接收到的光谱测试数据，例如光强或经过处理后得到的偏振光幅值比、相位比等。

步骤3，基于多组测量值确定测量参数的可靠测试区间。

在一种可能的实施例方式中，基于多组特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数确定可靠测试区间，可信评价参数包括特征图形结构的形貌参数测量值的均方差、均方根差或测量值的拟合优度。

在一种可能的实施例方式中，获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法还包括：

获取数据评估基准值，获取数据评估基准值包括入射光的光斑全部位于待测区域的中心区域时获取测量值或者特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数的值，中心区域为以待测区域中心位置为圆心，阈值长度r为半径构成的区域，可选择的，阈值长度r≤待测区域长度的一半或者宽度的一半。以图2所示的待测Pad区域为例，在该Pad区域的中心区域进行量测，MSE(Mean Square Error，均方误差)约为16，即基准值为16。

具体的，本发明提供了基于多组测量值确定测量参数的可靠测试区间有三种实施例。

在第一种可能的实施例方式中，步骤3包括：

基于数据评估基准值设置第一阈值范围，测量值或者特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数的值在第一阈值范围内对应的标准测试样件的移动区间为可靠测试区间。

在第二种可能的实施例方式中，获取一阶导数的值，获取一阶导数的值包括：基于数据评估基准值设置曲线波动阈值，将多组测量值或者多组特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数的值在曲线波动阈值范围外的剔除；获取剩余多组测量值曲线的一阶导数曲线或剩余多组特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数曲线的一阶导数曲线；一阶导数的值为剩余多组测量值的曲线的一阶导数曲线的值或剩余多组特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数曲线的一阶导数曲线的值；设置第二阈值范围，一阶导数的值在第二阈值范围内对应的标准测试样件的移动区间为可靠测试区间。其中，第二阈值为接近零的数值，比如第二阈值可以设定为±0.01，一阶导数的值∈[－0.01，0.01]对应的标准测试样件的移动区间为可靠测试区间。

在第三种可能的实施例方式中，基于数据评估基准值设置第一阈值范围，测量值或者特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数的值在第一阈值范围内对应的标准测试样件的移动区间为第一可靠测试区间；

获取一阶导数的值，获取一阶导数的值包括获取多组测量值曲线的一阶导数曲线或多组特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数曲线的一阶导数曲线，一阶导数的值为多组测量值的曲线的一阶导数曲线的值或多组特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数曲线的一阶导数曲线的值，设置第二阈值范围，一阶导数的值在第二阈值范围内对应的标准测试样件的移动区间为第二可靠测试区间；

将第一可靠测试区间和第二可靠测试区间的重合区间作为可靠测试区间。

通过反射光谱信号的一阶导数曲线提取符合要求的可靠测试区间：反射光谱信号中参数值接近基准值(一定范围内波动，波动范围根据不同参数会有变化)且一阶导数值范围在±阈值δ的区间段(阈值δ值根据不同参数会有变化)。

步骤4，基于待测区域的尺寸和可靠测试区间确定光斑的尺寸。

在一种可能的实施例方式中，步骤4中，光斑尺寸为待测区域与可靠测试区间在标准测试样件的移动方向上的长度的差值。

具体实施中，对于等步距移动，可以根据可靠测试中标准测试样件的移动时间以及周期确定移动次数，最终得到可靠测试区间在标准测试样件的移动方向上的长度为移动次数＊标准测试样件的移动步距，移动次数为可靠测试区间包含的测量点位的个数(采集光斑反射光的次数)减去1。相对应的，对于连续移动，可以根据标准测试样件的移动速度以及采集光斑反射光的时间间隔，得到可靠测试区间在标准测试样件的移动方向上的长度为(可靠测试区间包含的测量点位的个数－1)＊时间间隔＊移动速度。

在一种可能的实施例方式中，步骤4还包括基于待测区域的尺寸和可靠测试区间确定光斑的位置：以标准测试样件的两个相互正交的移动方向相反的方向分别为x轴正方向和y轴正方向，以标准测试样件移动结束后的移动区间的中心为原点，可靠测试区间的中心位置关于原点的对称位置为光斑的位置。

在本发明提供的一种具体实施例中，选取反映关键尺寸参数测量可信度的值：MSE，并定义MSE增长阈值10％，如图4(a)和图4(b)所示分别为本发明提供的X向和Y向扫描测量的MSE结果的实施例的示意图。图4(a)中横坐标X为量测点位，0代表X向扫描量测的中心点位，扫描范围为相对中心点位的位置－100μm至100μm。图4(b)中横坐标Y为量测点位，0代表Y向扫描量测的中心点位，扫描范围为相对中心点位的位置－100μm至100μm。若可靠测试区间包含m个测量点位，则其对应m个光谱数据，运动台移动m－1个步距。

通过数据处理提取出满足要求的可靠测试区间(MSE＜17.6)，如图4(a)和图4(b)所示，从中便能得到光斑在相应扫描方向上的尺寸与位置信息：

光斑尺寸＝待测区域在标准测试样件的移动方向上的长度－可靠测试区间在标准测试样件的移动方向上的长度。

光斑位置＝－可靠测试区间的中心位置，取‘－’号针对图3所示扫描方向，并且定义X向右为正，Y向上为正；通过该数值可反映光斑实际位置相对扫描测量中心点位的距离和方向。

得到的光斑在X方向上的尺寸为53um，中心为2um，表示光斑X方向实际位置在偏离扫描中心点向右2um；光斑在Y方向上的尺寸为24um，中心为－7um，表示光斑Y向实际位置在偏离扫描中心点向下7um。

实施例2

本发明提供的实施例2为本发明提供的一种获取光学计量系统测量焦面的方法的实施例，量测系统的最佳测试焦面定义为光斑尺寸最小的垂向测试面，而系统装调过程中人为调整控制的焦面并不能切实保证光斑尺寸最小，因此可通过该方法在不同垂向测试面进行扫描量测来寻找出光斑尺寸最小的垂向测试面，在线更新该量测系统的最佳测试焦面。如图5为本发明实施例提供的一种确定测量焦面的方法的实施例的流程图，结合图5可知，该确定测量焦面的方法的实施例包括：

步骤1'，获取光学计量系统的测量头与标准测试样件之间的垂向距离，测量头将入射光投射至标准测试样件上形成光斑。

步骤2'，调节测量头和/或标准测试样件的垂向位置，以获取多个不同垂向距离，采用本发明实施例提供的一种获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法，确定不同垂向距离对应的光斑的尺寸。

步骤3'，比较不同垂向距离对应的光斑的尺寸，获取最小尺寸的光斑及最小尺寸的光斑对应的垂向距离，由最小尺寸的光斑对应的垂向距离得到测量焦面，测量焦面为测量样品的平面。

具体实施中，改变量测系统的测头与标准测试样件的垂向距离，使标准测试样件在各个垂向测试面上，并重复本发明提供的一种获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法，确定不同垂向距离对应的光斑的尺寸，得到标准测试样件在每个垂向测试面上沿任意的相同水平方向进行多次的等步距移动或连续移动后得到的可靠测试区间，以确定多个垂向距离分别对应的光斑尺寸和位置，其中，光斑尺寸最小对应的垂向距离，即为最佳测量焦面。

可以理解的是，本发明提供的一种获取光学计量系统测量焦面的方法与前述各实施例提供的获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法相对应，获取光学计量系统测量焦面的方法的相关技术特征可参考获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法的相关技术特征，在此不再赘述。

实施例3

本发明提供的实施例3为本发明提供的一种获取光学计量系统拟合波段的方法的实施例，在椭偏(SE)量测中，材料的关键尺寸参数是通过实测光谱拟合值与理论光谱比较，寻找最接近的理论光谱以及对应的理论尺寸参数值而获得的。类似的，光谱反射率(SR)量测也会用到宽波段光源来测量待测结构的反射率，寻找与实测反射率谱最接近的理论反射率谱以及对应的理论尺寸参数值作为材料关键尺寸参数结果。因此同一次测量，不同的拟合波段会得到不同的量测结果。对于一待测膜层结构，最佳拟合波段根据目的与应用方式的不同可以对应不同的优化目标，在此处可以把优化目标定义为相应拟合波段光斑尺寸最小从而能够测量尽可能小的Pad结构。如图6为本发明实施例提供的一种确定拟合波段的方法的实施例的流程图，结合图6可知，该确定拟合波段的方法的实施例包括：

步骤1”，获取投射到标准测试样件上的入射光的波段，入射光的波段为宽光谱波段；基于宽光谱波段的入射光获取标准测试样件的信号光光谱。

步骤2”，基于信号光光谱进行多个不同波段的拟合，多个不同波段为入射光的波段的一段连续波段或全部波段，或者所述多个不同波段为所述入射光的波段中多段连续波段组成的一段不连续的波段。

步骤3”，采用本发明实施例提供的一种获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法，确定不同拟合波段对应的光斑的尺寸。

步骤4”，比较不同拟合波段对应的光斑的尺寸，将最小尺寸的光斑对应的拟合波段作为最佳拟合波段。

具体实施中，变化拟合波段得到不同的测量结果参数曲线，拟合波段的选取取决于待测膜层材料的性质与结构，需要包含材料的特征(共振)波段，对应光谱上的特征峰，随后分别执行步骤3”，将光斑尺寸最小时对应的拟合波段定义为最佳拟合波段。

可以理解的是，本发明提供的一种获取光学计量系统拟合波段的方法与前述各实施例提供的获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法相对应，获取光学计量系统拟合波段的方法的相关技术特征可参考获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法的相关技术特征，在此不再赘述。

本发明实施例提供的一种获取光学计量系统入射光的光斑信息、测量焦面及拟合波段的方法，通过在不同方向上扫描测量一已知尺寸的待测区域，光斑从待测区域外到待测区域内再到待测区域外，获取相关测量参数，通过数据处理提取相关测量参数对应的可靠测试区间，从而得到量测系统的光斑尺寸与位置信息；通过统一标准的测试方式与评价方式得到光斑尺寸与位置，不再依赖光斑图像的人为主观评价，数据来源于量测系统的测量结果，客观可靠；对于宽谱测量，测量结果可以来源于不同波段的测试数据，因此可以有效衡量目标波段的光斑尺寸及位置；可辅助定义最佳测试焦面与最佳测试波段。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法，其特征在于，包括：

步骤1，获取标准测试样件，所述标准测试样件上设置有包括特征图形结构的待测区域，所述入射光投射至所述标准测试样件上形成光斑，所述待测区域的尺寸大于所述光斑的尺寸；

步骤2，使所述标准测试样件沿至少一个方向进行移动，使得所述光斑扫描所述待测区域，并在移动过程中多次采集所述光斑的反射光以获取多组与所述特征图形结构相关的测量参数的测量值，其中，第一次采集和最后一次采集时，至少一部分所述光斑位于所述待测区域外，并且在第一次采集和最后一次采集之间，至少有一次采集时所述光斑全部位于所述待测区域内；

步骤3，基于多组所述测量值确定所述测量参数的可靠测试区间；

步骤4，基于所述待测区域的尺寸和所述可靠测试区间确定所述光斑的尺寸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征图形结构包括光栅结构；

所述移动为多次等步距移动或者连续移动，并且每次采集所述光斑的反射光之间时间间隔相同；

所述多次采集还包括：在每次采集前，对所述光栅结构进行对焦。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沿至少一个方向进行移动包括：沿两个相互正交的方向分别进行移动。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量参数包括所述特征图形结构的形貌参数、所述反射光的光强、所述反射光的偏振幅值比以及所述反射光的相位比中至少一种。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3还包括：

基于多组所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数确定所述可靠测试区间，所述可信评价参数包括所述特征图形结构的形貌参数测量值的均方差、均方根差或所述测量值的拟合优度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法还包括：

获取数据评估基准值，获取所述数据评估基准值包括所述入射光的光斑全部位于所述待测区域的中心区域时获取所述测量值或者所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数的值，所述中心区域为以所述待测区域中心位置为圆心，阈值长度r为半径构成的区域。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3还包括：

基于所述数据评估基准值设置第一阈值范围，所述测量值或者所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数的值在所述第一阈值范围内对应的所述标准测试样件的移动区间为可靠测试区间。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3还包括：

获取一阶导数的值，所述获取一阶导数的值包括：基于所述数据评估基准值设置曲线波动阈值，将多组所述测量值或者多组所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数的值在所述曲线波动阈值范围外的剔除；获取剩余多组所述测量值曲线的一阶导数曲线或剩余多组所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数曲线的一阶导数曲线；所述一阶导数的值为所述剩余多组所述测量值的曲线的一阶导数曲线的值或所述剩余多组所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数曲线的一阶导数曲线的值；设置第二阈值范围，所述一阶导数的值在所述第二阈值范围内对应的所述标准测试样件的移动区间为可靠测试区间。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3还包括：

基于所述数据评估基准值设置第一阈值范围，所述测量值或者所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数的值在所述第一阈值范围内对应的所述标准测试样件的移动区间为第一可靠测试区间；

获取一阶导数的值，获取一阶导数的值包括获取多组所述测量值曲线的一阶导数曲线或多组所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数曲线的一阶导数曲线，所述一阶导数的值为所述多组所述测量值的曲线的一阶导数曲线的值或所述多组所述特征图形结构的形貌参数测量值的可信度评价参数曲线的一阶导数曲线的值，设置第二阈值范围，所述一阶导数的值在所述第二阈值范围内对应的所述标准测试样件的移动区间为第二可靠测试区间；

将所述第一可靠测试区间和所述第二可靠测试区间的重合区间作为可靠测试区间。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，所述光斑的尺寸为所述待测区域与所述可靠测试区间在所述标准测试样件的移动方向上的长度的差值；

所述步骤4还包括基于所述待测区域的尺寸和所述可靠测试区间确定所述光斑的位置：以所述标准测试样件的两个相互正交的移动方向相反的方向分别为x轴正方向和y轴正方向，以所述标准测试样件移动结束后的移动区间的中心为原点，所述可靠测试区间的中心位置关于原点的对称位置为所述光斑的位置。

11.一种获取光学计量系统测量焦面的方法，其特征在于，包括：

步骤1'，获取光学计量系统的测量头与标准测试样件之间的垂向距离，所述测量头将所述入射光投射至所述标准测试样件上形成光斑；

步骤2'，调节所述测量头和/或所述标准测试样件的垂向位置，以获取多个不同垂向距离，采用权利要求1至10中任一项所述的获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法，确定不同垂向距离对应的光斑的尺寸；

步骤3'，比较所述不同垂向距离对应的光斑的尺寸，获取最小尺寸的光斑及所述最小尺寸的光斑对应的垂向距离，由所述最小尺寸的光斑对应的垂向距离得到测量焦面，所述测量焦面为测量样品的平面。

12.一种获取光学计量系统拟合波段的方法，其特征在于，包括：

步骤1”，获取投射到标准测试样件上的入射光的波段，所述入射光的波段为宽光谱波段；基于所述宽光谱波段的入射光获取标准测试样件的信号光光谱；

步骤2”，基于所述信号光光谱进行多个不同波段的拟合，所述多个不同波段为所述入射光的波段的一段连续波段或全部波段，或者所述多个不同波段为所述入射光的波段中多段连续波段组成的一段不连续的波段；

步骤3”，采用权利要求1至10中任一项所述的获取光学计量系统入射光的光斑信息的方法，确定不同拟合波段对应的光斑的尺寸；

步骤4”，比较所述不同拟合波段对应的光斑的尺寸，将最小尺寸的光斑对应的拟合波段作为最佳拟合波段。

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