CN116106232B - 一种半导体器件参数的测量方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种半导体器件参数的测量方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种半导体器件参数的测量方法、装置及存储介质。该半导体器件参数的测量方法包括以下步骤：经由椭偏量测系统向待测样品输入偏振光，并获取经过待测样品反射的输出光的第一实测光谱信息；根据标准样品的椭偏参数、椭偏量测系统的系统参数、指示椭偏量测系统误差的第一补偿参数，以及指示探测器误差的第二补偿参数，计算第一模拟光谱信息；以及拟合第一实测光谱信息及第一模拟光谱信息，以确定待测样品的参数。通过引入指示椭偏量测系统误差及探测器误差的穆勒矩阵来补偿光学元件工艺缺陷所带来的系统误差，本发明能够在不改变硬件系统的情况下，减小模拟光谱与实际测量光谱之间的偏差，从而提高椭偏量测系统的测量精度。

Description

一种半导体器件参数的测量方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及半导体制造中的光学量测领域，尤其涉及一种半导体器件参数的测量方法、一种半导体器件参数的测量装置，以及一种计算机可读存储介质。
背景技术
在半导体制造过程中，半导体量测设备对提高芯片良率起着关键性作用。椭偏量测系统凭借无损、高精度等优点，被广泛应用于半导体薄膜厚度和关键尺寸量测中。
椭偏量测系统首先采集实际测量的光谱信息，之后根据样品的理论模型和各光学元件的系统参数计算模拟光谱，最后将实际测量光谱和模拟光谱拟合以获取待测样品的属性。在计算模拟光谱时，一般假定各光学元件（如起偏器，检偏器和聚焦镜头等）都处于理想状态。然而，在实际量测中，由于各元件在制造中存在工艺误差，使得它们的实际参数值偏离标准值，在量测时引入了系统误差，使得模拟光谱与实际测量光谱出现偏差，进而导致光谱拟合精度变差，并影响待测样品的测量精度。通过实验发现，该现象在深紫外波段尤为显著。
为了解决模拟光谱与实际测量光谱偏差较大的问题，现有技术主要通过改进硬件制造工艺，使得各光学元件的实际值接近标准值，从而减小光路中的系统误差，并提高光谱拟合精度。然而，该方法将大大增加设备的制造成本。
有鉴于此，本领域亟需一种半导体器件参数的测量技术，用于在不改变硬件系统的情况下，减小模拟光谱与实际测量光谱之间的偏差，从而提高光谱拟合精度，以提高椭偏量测系统的测量精度，并降低椭偏量测系统的制造成本。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种半导体器件参数的测量方法、一种半导体器件参数的测量装置，以及一种计算机可读存储介质，通过引入指示椭偏量测系统误差及探测器误差的穆勒矩阵来补偿光学元件工艺缺陷所带来的系统误差，能够在不改变硬件系统的情况下，减小模拟光谱与实际测量光谱之间的偏差，从而提高光谱拟合精度，以提高椭偏量测系统的测量精度，并降低椭偏量测系统的制造成本。
具体来说，根据本发明的第一方面提供的上述半导体器件参数的测量方法包括以下步骤：经由椭偏量测系统向待测样品输入偏振光，并获取经过所述待测样品反射的输出光的第一实测光谱信息；根据标准样品的椭偏参数、所述椭偏量测系统的系统参数、指示椭偏量测系统误差的第一补偿参数，以及指示探测器误差的第二补偿参数，计算第一模拟光谱信息；以及拟合所述第一实测光谱信息及所述第一模拟光谱信息，以确定所述待测样品的参数。
优选地，在本发明的一实施例中，在计算所述第一模拟光谱信息之前，所述测量方法还包括以下步骤：经由所述椭偏量测系统向所述标准样品输入偏振光，并获取经过所述标准样品反射的输出光的第二实际量测信息；根据所述标准样品的椭偏参数、所述椭偏量测系统的系统参数、所述第一补偿参数的变量，以及所述第二补偿参数的变量，确定理论量测信息的表达式，并计算得到第二理论量测信息；以及对所述第二实际量测信息及所述第二理论量测信息进行拟合，以确定所述第一补偿参数及所述第二补偿参数的取值。
优选地，在本发明的一实施例中，所述根据所述标准样品的椭偏参数、所述椭偏量测系统的系统参数、所述第一补偿参数的变量，以及所述第二补偿参数的变量，确定理论量测信息的表达式的步骤包括：引入补偿光路进入所述标准样品前后的振幅变化和/或相位变化的第一穆勒矩阵及第二穆勒矩阵，并根据所述标准样品的椭偏参数、所述椭偏量测系统的系统参数，以及所述第一穆勒矩阵及所述第二穆勒矩阵的所述第一补偿参数的变量，确定量测信息的第一表达式；以及引入补偿光谱仪非线性及偏振效应的第三穆勒矩阵，并根据所述第一表达式以及所述第三穆勒矩阵的所述第二补偿参数变量，确定所述量测信息的第二表达式。
优选地，在本发明的一实施例中，所述第一穆勒矩阵被定义为：
Figure SMS_1
，
所述第二穆勒矩阵被定义为：
Figure SMS_2
，
所述第一补偿参数包括所述第一穆勒矩阵
Figure SMS_3
的椭偏参数
Figure SMS_4
和
Figure SMS_5
，以及所述第二穆 勒矩阵
Figure SMS_6
的椭偏参数
Figure SMS_7
和
Figure SMS_8
。
优选地，在本发明的一实施例中，所述第三穆勒矩阵被定义为：
Figure SMS_9
，
所述第二补偿参数变量包括所述第三穆勒矩阵中的元素
Figure SMS_10
和
Figure SMS_11
。
优选地，在本发明的一实施例中，所述第一表达式及所述第二表达式均为所述量测信息的傅里叶系数表达式，所述量测信息的第一表达式为：
Figure SMS_12
，其中，
Figure SMS_13
和
Figure SMS_14
为所述量测信息引入所述第一 补偿参数后的傅里叶系数，
Figure SMS_15
和
Figure SMS_16
是所述标准样品的椭偏参数，
Figure SMS_17
为所述偏振光的起偏角，
所述量测信息的第二表达式为：
Figure SMS_18
，其中，
Figure SMS_19
、
Figure SMS_20
、
Figure SMS_21
和
Figure SMS_22
是所述量测信息引入所述第一补偿 参数及所述第二补偿参数后的傅里叶系数。
优选地，在本发明的一实施例中，所述获取经过所述标准样品反射的输出光的第 二实际量测信息的步骤包括：经由所述椭偏量测系统末端的探测器，采集经过所述标准样 品反射的输出光的光强信号；以及对所述光强信号进行傅里叶变换，以获取所述第二实际 量测信息的傅里叶系数
Figure SMS_23
和
Figure SMS_24
。
优选地，在本发明的一实施例中，所述对所述第二实际量测信息及所述第二理论 量测信息进行拟合，以确定所述第一补偿参数及所述第二补偿参数的取值的步骤包括：以 所述第二实际量测信息的傅里叶系数
Figure SMS_34
和
Figure SMS_33
作为目标值，通过调整引入的第一补偿参数
Figure SMS_42
、
Figure SMS_29
、
Figure SMS_38
、
Figure SMS_26
以及第二补偿参数
Figure SMS_36
、
Figure SMS_31
的取值进行非线性优化，以使所述理论量测信息的 傅里叶系数
Figure SMS_39
和
Figure SMS_25
与所述实际量测信息的傅里叶系数
Figure SMS_35
和
Figure SMS_32
的残差最小；以及记录所述 残差最小时的第一补偿参数
Figure SMS_41
、
Figure SMS_30
、
Figure SMS_40
、
Figure SMS_27
以及第二补偿参数
Figure SMS_37
、
Figure SMS_28
的取值。
优选地，在本发明的一实施例中，所述椭偏量测系统选自旋转起偏器型椭偏量测系统、旋转检偏器型椭偏量测系统、包含补偿器的旋转起偏器型椭偏量测系统、包含补偿器的旋转检偏器型椭偏量测系统、旋转补偿器型椭偏量测系统中的任意一者。
此外，根据本发明的第二方面提供的上述半导体器件参数的测量装置包括椭偏量测系统、存储器及处理器。所述存储器上存储有计算机指令。所述处理器连接所述存储器，并被配置用于执行所述存储器上存储的计算机指令，以实施上述任意一个实施例所提供的半导体器件参数的测量方法。
优选地，在本发明的一实施例中，所述存储器上还存储有指示所述椭偏量测系统的系统误差的第一补偿参数，以及指示探测器误差的第二补偿参数。
此外，根据本发明的第二方面提供的上述计算机可读存储介质上存储有计算机指令。所述计算机指令被处理器执行时，实施上述任意一个实施例所提供的半导体器件参数的测量方法。
优选地，在本发明的一实施例中，所述计算机可读存储介质上还存储有指示所述椭偏量测系统的系统误差的第一补偿参数，以及指示探测器误差的第二补偿参数。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了根据本发明的一些实施例提供的半导体器件参数的测量装置的示意图。
图2示出了根据本发明的一些实施例提供的确定第一补偿参数及第二补偿参数的误差修正方法的流程示意图。
图3示出了根据本发明的一些实施例提供的半导体器件参数测量方法的流程示意图。
图4A~图4D示出了根据本发明的一些实施例提供的修正的第一补偿参数及第二补偿参数的光谱曲线图。
图5A~图5D示出了根据本发明的一些实施例提供的4.601nm样品在修正前后的光谱曲线的对比图。
图6A~图6D示出了根据本发明的一些实施例提供的23.081nm样品在修正前后的光谱曲线的对比图。
图7A~图7D示出了根据本发明的一些实施例提供的48.701nm样品在修正前后的光谱曲线的对比图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施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示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
如上所述，由于椭偏量测系统的各元件在制造中存在工艺误差，使得它们的实际参数值偏离标准值，在实际量测时引入了系统误差，使得模拟光谱与实际测量光谱出现偏差，进而导致光谱拟合精度变差，影响待测样品的测量精度。虽然现有技术能够通过改进硬件制造工艺来使得各光学元件的实际值接近标准值，从而减小光路中的系统误差，并提高光谱拟合精度。然而，该方法将大大增加设备的制造成本。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种半导体器件参数的测量方法、一种半导体器件参数的测量装置，以及一种计算机可读存储介质，通过引入指示椭偏量测系统误差及探测器误差的穆勒矩阵来补偿光学元件工艺缺陷所带来的系统误差，能够在不改变硬件系统的情况下，减小模拟光谱与实际测量光谱之间的偏差，从而提高光谱拟合精度，以提高椭偏量测系统的测量精度，并降低椭偏量测系统的制造成本。
在一些非限制性的实施例中，本发明的第一方面提供的上述半导体器件参数的测量方法，可以经由本发明的第二方面提供的上述半导体器件参数的测量装置来实施。具体请参考图1，图1示出了根据本发明的一些实施例提供的半导体器件参数的测量装置的示意图。
如图1所示，该测量装置中可以配置有椭偏量测系统100、存储器（未绘示）及处理器200。在此，该椭偏量测系统100可以选自旋转起偏器型（PRSA）椭偏量测系统、旋转检偏器型（PSAR）椭偏量测系统、包含补偿器的旋转起偏器型（PRSCA）椭偏量测系统、包含补偿器的旋转检偏器（PSCAR）型椭偏量测系统、旋转补偿器型（PSCRA、PCSCRA）型椭偏量测系统等常见的椭偏量测系统。该存储器包括但不限于本发明的第三方面提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。该处理器200连接该存储器，并被配置用于执行该存储器上存储的计算机指令，以实施本发明的第一方面所提供的半导体器件参数的测量方法。
以旋转起偏器型（PRSA）椭偏量测系统为例，椭偏量测系统100中可以配置有照明光源101、起旋转的偏器102、样品104、检偏器106以及探测器107。该照明光源101可以选用190nm-2200nm波段的宽波段光光源。该探测器107可以选用光谱仪，以采集反射光线的第一光谱信息，并根据该第一光谱信息来确定待测样品的参数。
以下将结合一些半导体器件参数的测量方法的实施例来描述上述半导体器件参数的测量装置的工作原理。本领域的技术人员可以理解，这些半导体器件参数的测量方法的实施例只是本发明提供的一些非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制该半导体器件参数的测量装置的全部功能或全部工作方式。同样地，该半导体器件参数的测量装置也只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，不对这些半导体器件参数的测量方法中各步骤的执行主体和执行方式构成限制。
在一些非限制性的实施例中，本发明的第一方面提供的上述半导体器件参数的测量方法，可以分为修正补偿参数及半导体器件参数实测的两个阶段来实施。
请结合参考图1及图2，图2示出了根据本发明的一些实施例提供的确定第一补偿参数及第二补偿参数的误差修正方法的流程示意图。
如图1及图2所示，在修正补偿参数的过程中，技术人员可以首先在样品104的前后各引入一个补偿单元103、105。在此，该补偿单元103、105可以选用穆勒矩阵M1、M2，以利用该穆勒矩阵M1、M2来表征光路进入样品104前后的振幅和相位的变化。
具体来说。在图1所示的旋转起偏器（PRSA）型椭偏量测系统中，如果以斯托克斯向量来描述光强，以穆勒矩阵来描述光学元件和样品，则探测器107接收到的光强信号可表示为穆勒矩阵相乘的形式：
Figure SMS_43
(1)
其中
Figure SMS_44
分别是入射光和出射光的斯托克斯向量，
Figure SMS_45
为旋转变换矩阵，
Figure SMS_46
分别是检偏器、样品和起偏器的穆勒矩阵，
Figure SMS_47
为起偏器和检偏器的旋转角。
通过矩阵运算，可以得到傅里叶系数公式为：
Figure SMS_48
(2)
其中
Figure SMS_49
样品的椭偏参数，
Figure SMS_50
为偏振光的起偏角，
Figure SMS_51
就是理想状态下探测器接 收到光强信号进行傅里叶分析后的傅里叶系数表达式。这是旋转起偏器型椭偏量测系统 （PRSA）原始的理论傅里叶系数公式。
之后，如图2所示，通过引入第一穆勒矩阵
Figure SMS_52
和第二穆勒矩阵
Figure SMS_53
的补偿穆勒矩阵参 与数学运算，技术人员即可结合椭偏量测系统100中各光学元件的参数（步骤301）、上述公 式(2)的样品理论模型（步骤302）以及补偿穆勒矩阵303（步骤303），推导考虑了椭偏量测系 统误差的傅里叶系数公式
Figure SMS_54
及
Figure SMS_55
，即量测信息的第一表达式（步骤304）。
具体来说，上述第一穆勒矩阵
Figure SMS_56
和第二穆勒矩阵
Figure SMS_57
采用如下形式：
Figure SMS_58
(3)
Figure SMS_59
(4)
其中
Figure SMS_60
分别是待测样品前后引入的补偿穆勒矩阵形式，
Figure SMS_61
是两个穆勒 矩阵的椭偏参数。此时，椭偏量测系统100中探测器107接收到光强信号的斯托克斯向量表 达形式可以被修正为：
Figure SMS_62
(5)
其中
Figure SMS_63
是上述新引入的第一穆勒矩阵和第二穆勒矩阵。
考虑了椭偏量测系统误差的傅里叶系数公式，即量测信息的第一表达式可以被表示为：
Figure SMS_64
(6)
其中
Figure SMS_66
是引入第一穆勒矩阵
Figure SMS_69
和第二穆勒矩阵
Figure SMS_71
后椭偏量测系统100中探测器 107接收到光强信号的傅里叶系数。对比前述原始的理论傅里叶系数公式
Figure SMS_67
，该第一表达 式(6)中引入了第一穆勒矩阵
Figure SMS_70
和第二穆勒矩阵
Figure SMS_72
中的椭偏参数
Figure SMS_73
，可以看作是 对原始傅里叶系数
Figure SMS_65
关于椭偏量测系统误差的修正。也就是说，该椭偏参数
Figure SMS_68
可以作为指示椭偏量测系统误差的第一补偿参数。
进一步地，前述推导原始理论傅里叶系数公式(2)及第一表达式(6)是在探测器 107是理想的光谱仪这一假设下进行的。然而，在实际情况下，由于光谱仪的非线性及偏振 效应，技术人员可以进一步考虑光谱仪误差对系统100的影响。因此，当光谱仪处于非理想 状态时，本发明可以进一步引入补偿光谱仪非线性及偏振效应的光谱仪穆勒矩阵（即第三 穆勒矩阵）
Figure SMS_74
，其一般形式为：
Figure SMS_75
(7)
在此情形下，椭偏量测系统100中探测器107接收到光强信号的斯托克斯向量表达形式可以被进一步修正为：
Figure SMS_76
(8)
其中第三穆勒矩阵
Figure SMS_77
是光谱仪非理想状态时的穆勒矩阵，探测器107接收光强信 号的最终傅里叶系数形式，即量测信息的第二表达式可以被表示为：
Figure SMS_78
(9)
其中
Figure SMS_79
是量测信息引入第一补偿参数及第二补偿参数后的傅里叶系数，
Figure SMS_80
是第三穆勒矩阵
Figure SMS_81
中的元素，
Figure SMS_82
是量测信息引入第一补偿参数后的傅里叶系数。
此时，最终傅里叶系数出现四阶项
Figure SMS_83
，并且引入了指示探测器误差的光谱仪参 数
Figure SMS_84
，即第二补偿参数。
如图1所示，在确定考虑了指示椭偏量测系统误差及指示探测器误差的第二表达 式(9)之后，技术人员即可基于理论量测信息的第二表达式(9)确定椭偏量测系统100的样 品理论模型201，并结合探测器107采集获得的实际光谱两侧信息202，确定新的修正算法 203，以修正上述第一补偿参数（即
Figure SMS_85
）204及第二补偿参数（即
Figure SMS_86
）205的取值。
具体来说，如图2所示，在第一补偿参数
Figure SMS_88
及第二补偿参数
Figure SMS_91
的取值 的过程中，技术人员可以首先获取探测器107的光谱仪参数M12、M13（步骤305），将其代入理 论量测信息的第二表达式(9)，并结合理论量测信息的第一表达式(6)，确定傅里叶系数
Figure SMS_92
的表达式（步骤306）。之后，技术人员可以将标准样品置于椭偏量测系统100中样品 104的位置，经由椭偏量测系统100向标准样品104输入偏振光，以获取经过标准样品104反 射的输出光的实际量测信息
Figure SMS_89
（步骤307）。再之后，技术人员可以对该理论量测信息
Figure SMS_90
与该实际量测信息
Figure SMS_93
进行拟合（步骤308），以确定修正的第一补偿参数
Figure SMS_94
（步骤309），并确定修正的第二补偿参数
Figure SMS_87
（步骤310）。修正的第一补偿参数及第二补 偿参数的光谱曲线，请参考图4A~图4D。
进一步地，上述拟合理论量测信息
Figure SMS_103
与该实际量测信息
Figure SMS_96
的步骤308，具体 是以实际量测信息的傅里叶系数
Figure SMS_108
和
Figure SMS_100
作为目标值，通过调整引入的第一补偿参数
Figure SMS_114
、
Figure SMS_97
、
Figure SMS_109
、
Figure SMS_98
以及第二补偿参数
Figure SMS_110
、
Figure SMS_95
的取值进行非线性优化，以使理论量测信息的傅里叶系 数
Figure SMS_106
和
Figure SMS_101
与实际量测信息的傅里叶系数
Figure SMS_111
和
Figure SMS_99
的残差最小。之后，技术人员即可记录残差 最小时的第一补偿参数
Figure SMS_113
、
Figure SMS_104
、
Figure SMS_107
、
Figure SMS_105
以及第二补偿参数
Figure SMS_112
、
Figure SMS_102
的取值，以作为修正补偿参 数阶段的修正结果，并且将该修正结果保存至半导体器件参数的测量装置的存储器等存储 介质，以供后续的半导体器件参数的实测阶段使用该修正结果来提高拟合精度。
请结合参考图1及图3，图3示出了根据本发明的一些实施例提供的半导体器件参数测量方法的流程示意图。
如图1及图3所示，在进行参数实测的过程中，技术人员可以首先将待测样品置于 椭偏量测系统100中样品104的位置，经由椭偏量测系统100向标准样品104输入偏振光，以 获取经过待测样品104’反射的输出光的第一实测光谱信息。之后，处理器200可以从半导体 器件参数的测量装置的存储器（未绘示）或其他存储介质，读取修正阶段确定的第一补偿参 数
Figure SMS_117
、
Figure SMS_118
、
Figure SMS_120
、
Figure SMS_115
以及第二补偿参数
Figure SMS_119
、
Figure SMS_121
，并基于其来确定待测样品104’前后引入的穆勒 矩阵M1、M2，以及探测器107处引入的第三穆勒矩阵
Figure SMS_122
。再之后，处理器200即可基于该第一 穆勒矩阵M1、第二穆勒矩阵M2及第三穆勒矩阵
Figure SMS_116
，计算模拟的第一模拟光谱信息，并拟合该 第一实测光谱信息及第一模拟二光谱信息，以确定待测样品104’的参数。拟合第一实测光 谱信息及第一模拟光谱信息，以确定待测样品104’的参数的方案为本领域的现有技术，在 此不做赘述。
进一步地，上述参数实测的过程可以是经由带有补偿参数修正功能的线上量测装置来实施，也可以经由不带补偿参数修正功能的离线分析装置来实施。对于带有补偿参数修正功能的线上量测装置，本发明还可以在测试的样品发生改变后，引入新的补偿参数来计算新的待测样品的理论值，然后根据理论值与真实测量值的对比情况来确定该新的待测样品是否合格。
本发明提供的上述半导体器件参数的测量方法的实际效果，请结合参考图5A~图5D、图6A~图6D，以及图7A~图7D。图5A~图5D示出了根据本发明的一些实施例提供的4.601nm样品在修正前后的光谱曲线的对比图。图6A~图6D示出了根据本发明的一些实施例提供的23.081nm样品在修正前后的光谱曲线的对比图。图7A~图7D示出了根据本发明的一些实施例提供的48.701nm样品在修正前后的光谱曲线的对比图。
如图5A~图5D、图6A~图6D以及图7A~图7D所示，通过引入指示椭偏量测系统误差的 第一补偿参数
Figure SMS_123
、
Figure SMS_124
、
Figure SMS_125
、
Figure SMS_126
以及指示探测器误差的的第二补偿参数
Figure SMS_127
、
Figure SMS_128
来优化光路系 统，本发明可以在膜层厚度为4.601nm、23.081nm及48.701nm等多个样品上有效提升模拟光 谱与实测光谱的拟合精度，从而提高椭偏量测系统测量精度。进一步地，相比于只修正光路 中入射角（AOI）、数值孔径（NA）、起偏角（P）等不同元件的硬件参数的系统误差修正方法，本 发明可以利用标准样品的实际测量光谱与理论模拟光谱的变量拟合，得到所需的硬件系统 参数进行光谱模拟，从而进一步减小模拟光谱与实际光谱的偏差。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
本领域技术人员将可理解，信息、信号和数据可使用各种不同技术和技艺中的任何技术和技艺来表示。例如，以上描述通篇引述的数据、指令、命令、信息、信号、位（比特）、码元、和码片可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光学粒子、或其任何组合来表示。
本领域技术人员将进一步领会，结合本文中所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑板块、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。为清楚地解说硬件与软件的这一可互换性，各种解说性组件、框、模块、电路、和步骤在上面是以其功能性的形式作一般化描述的。此类功能性是被实现为硬件还是软件取决于具体应用和施加于整体系统的设计约束。技术人员对于每种特定应用可用不同的方式来实现所描述的功能性，但这样的实现决策不应被解读成导致脱离了本发明的范围。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (13)

1.一种半导体器件参数的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
经由椭偏量测系统向待测样品输入偏振光，并获取经过所述待测样品反射的输出光的第一实测光谱信息；
获取预先确定的第一补偿参数
Figure QLYQS_1
、/>
Figure QLYQS_2
、/>
Figure QLYQS_3
、/>
Figure QLYQS_4
，以及第二补偿参数/>
Figure QLYQS_5
、/>
Figure QLYQS_6
；
根据所述第一补偿参数
Figure QLYQS_7
、/>
Figure QLYQS_8
、/>
Figure QLYQS_9
、/>
Figure QLYQS_10
，确定补偿光路进入所述待测样品前后的振幅变化和/或相位变化的第一穆勒矩阵M1及第二穆勒矩阵M2；
根据所述第二补偿参数
Figure QLYQS_11
、/>
Figure QLYQS_12
，确定补偿所述椭偏量测系统后端探测器非线性及偏振效应误差的第三穆勒矩阵/>
Figure QLYQS_13
；
根据所述第一穆勒矩阵M1、所述第二穆勒矩阵M2及所述第三穆勒矩阵
Figure QLYQS_14
，计算第一模拟光谱信息；以及
拟合所述第一实测光谱信息及所述第一模拟光谱信息，以确定所述待测样品的参数。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，获取所述第一补偿参数
Figure QLYQS_15
、/>
Figure QLYQS_16
、/>
Figure QLYQS_17
、/>
Figure QLYQS_18
，以及所述第二补偿参数/>
Figure QLYQS_19
、/>
Figure QLYQS_20
的步骤包括：
经由所述椭偏量测系统向一标准样品输入偏振光，并获取经过所述标准样品反射的输出光的第二实际量测信息；
根据所述标准样品的椭偏参数、所述椭偏量测系统的系统参数、所述第一补偿参数的变量，以及所述第二补偿参数的变量，确定理论量测信息的表达式，并计算得到第二理论量测信息；以及
对所述第二实际量测信息及所述第二理论量测信息进行拟合，以确定所述第一补偿参数及所述第二补偿参数的取值。
3. 如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述标准样品的椭偏参数、所述椭偏量测系统的系统参数、所述第一补偿参数的变量，以及所述第二补偿参数的变量，确定理论量测信息的表达式的步骤包括：
引入所述第一穆勒矩阵及所述第二穆勒矩阵，并根据所述标准样品的椭偏参数、所述椭偏量测系统的系统参数，以及所述第一穆勒矩阵及所述第二穆勒矩阵的所述第一补偿参数的变量，确定量测信息的第一表达式；以及
引入所述第三穆勒矩阵，并根据所述第一表达式以及所述第三穆勒矩阵的所述第二补偿参数变量，确定所述量测信息的第二表达式。
4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述第一穆勒矩阵被定义为：
Figure QLYQS_21
，
所述第二穆勒矩阵被定义为：
Figure QLYQS_22
，
所述第一补偿参数包括所述第一穆勒矩阵
Figure QLYQS_23
的椭偏参数/>
Figure QLYQS_24
和/>
Figure QLYQS_25
，以及所述第二穆勒矩阵/>
Figure QLYQS_26
的椭偏参数/>
Figure QLYQS_27
和/>
Figure QLYQS_28
。
5.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述第三穆勒矩阵被定义为：
Figure QLYQS_29
，
所述第二补偿参数变量包括所述第三穆勒矩阵中的元素
Figure QLYQS_30
和/>
Figure QLYQS_31
。
6.如权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述第一表达式及所述第二表达式均为所述量测信息的傅里叶系数表达式，其中，所述量测信息的第一表达式为：
Figure QLYQS_32
，其中，/>
Figure QLYQS_33
和/>
Figure QLYQS_34
为所述量测信息引入所述第一补偿参数后的傅里叶系数，/>
Figure QLYQS_35
和/>
Figure QLYQS_36
是所述标准样品的椭偏参数，/>
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为所述偏振光的起偏角，
所述量测信息的第二表达式为：
Figure QLYQS_38
，其中，/>
Figure QLYQS_39
、/>
Figure QLYQS_40
、/>
Figure QLYQS_41
和/>
Figure QLYQS_42
是所述量测信息引入所述第一补偿参数及所述第二补偿参数后的傅里叶系数。
7. 如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述获取经过所述标准样品反射的输出光的第二实际量测信息的步骤包括：
经由所述椭偏量测系统末端的探测器，采集经过所述标准样品反射的输出光的光强信号；以及
对所述光强信号进行傅里叶变换，以获取所述第二实际量测信息的傅里叶系数
Figure QLYQS_43
和
Figure QLYQS_44
。
8. 如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述对所述第二实际量测信息及所述第二理论量测信息进行拟合，以确定所述第一补偿参数及所述第二补偿参数的取值的步骤包括：
以所述第二实际量测信息的傅里叶系数
Figure QLYQS_46
和/>
Figure QLYQS_49
作为目标值，通过调整引入的第一补偿参数/>
Figure QLYQS_53
、/>
Figure QLYQS_47
、/>
Figure QLYQS_51
、/>
Figure QLYQS_54
以及第二补偿参数/>
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、/>
Figure QLYQS_45
的取值进行非线性优化，以使所述理论量测信息的傅里叶系数/>
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和/>
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与所述实际量测信息的傅里叶系数/>
Figure QLYQS_55
和/>
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的残差最小；以及
记录所述残差最小时的第一补偿参数
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、/>
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、/>
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、/>
Figure QLYQS_60
以及第二补偿参数/>
Figure QLYQS_61
、/>
Figure QLYQS_62
的取值。
9.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述椭偏量测系统选自旋转起偏器型椭偏量测系统、旋转检偏器型椭偏量测系统、包含补偿器的旋转起偏器型椭偏量测系统、包含补偿器的旋转检偏器型椭偏量测系统、旋转补偿器型椭偏量测系统中的任意一者。
10.一种半导体器件参数的测量装置，其特征在于，包括：
椭偏量测系统；
存储器，其上存储有计算机指令；以及
处理器，所述处理器连接所述存储器，并被配置用于执行所述存储器上存储的计算机指令，以实施如权利要求1~9中任一项所述的半导体器件参数的测量方法。
11.如权利要求10所述的测量装置，其特征在于，所述存储器上还存储有指示所述椭偏量测系统的系统误差的第一补偿参数，以及指示探测器误差的第二补偿参数。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时，实施如权利要求1~9中任一项所述的半导体器件参数的测量方法。
13.如权利要求12所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上还存储有指示椭偏量测系统的系统误差的第一补偿参数，以及指示探测器误差的第二补偿参数。
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