CN117685899A - 一种图形结构形貌参数的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图形结构形貌参数的测量方法，包括以下步骤：获取若干具有不同形貌的样本图形结构的形貌参数、以及各所述样本图形结构在多个目标波长的入射光束照射下对应的总反射率；建立各所述样本图形结构的形貌参数与所述目标波长、所述总反射率之间的映射关系，并将各所述映射关系存入数据库中；测量待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率；将所述待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率与所述数据库中的所述映射关系进行匹配，得到所述待测图形结构的形貌参数。本发明图形结构形貌参数的测量方法操作简单且成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种图形结构形貌参数的测量方法。
背景技术
随着集成电路工艺的发展，半导体的结构及制备变得越来越复杂。在半导体制备工艺过程中为了保证各工序的精确，半导体结构的检测量测是必要的环节，常见的量测例如关键尺寸(CD)测量以及套刻精度(OVL)测量等。
目前，在进行关键尺寸测量以及套刻精度测量时，一般采用光学测量方法，其基本原理为：将一束测量光束入射至待测图形结构，采集相应的反射光而形成灰度图像，后续通过软件算法对灰度图像进行处理，以确定关键尺寸或套刻误差。
其中，如图1所示，当测量光束以相同的角度入射至水平的晶圆表面线条上时，出射角度也应该相同，成像时将无灰度和线宽差异；当线条如图2所示发生倾斜时，测量光束入射的光程不一样，反射角度也不同，成像时灰度和线宽有一定差异，后续依据灰度图像确定关键尺寸及套刻误差时，容易引入偏差。
又如，如图3所示，套刻标记图形结构在形成过程中侧边发生倾斜，若采用上述光学侧量方法进行套刻精度测量时，测量的中心相对于实际中心会发生偏移，从而产生晶圆引入偏差(WIS)。
对此，可以预先对待测图形结构对应的形貌参数进行测量，后续通过融合形貌参数与灰度图像，来提高关键尺寸测量或套刻精度测量的检测性能。
目前，通常采用光谱共焦探头来实现形貌参数的测量，但是该方式操作复杂且成本较高。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种操作简单且成本较低的图形结构形貌参数的测量方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种图形结构形貌参数的测量方法，包括：
获取若干具有不同形貌的样本图形结构的形貌参数、以及各所述样本图形结构在多个目标波长的入射光束照射下对应的总反射率；
建立各所述样本图形结构的形貌参数与所述目标波长、所述总反射率之间的映射关系，并将各所述映射关系存入数据库中；
测量待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率；
将所述待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率与所述数据库中的所述映射关系进行匹配，得到所述待测图形结构的形貌参数。
在一可实施的方式中，获取各所述样本图形结构在多个目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，包括：
通过模拟软件，模拟生成各所述样本图形结构，并模拟得到各所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率。
在一可实施的方式中，所述模拟得到各所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，包括：
模拟得到各所述样本图形结构在白色光源照射下得到的反射光谱；
基于各所述目标波长对各所述反射光谱进行间隔采样，得到相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率。
在一可实施的方式中，在模拟得到各所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率之后，还包括：
通过实测，获取至少部分样本图形结构的形貌参数、以及相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率；
基于实测的相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，对模拟得到的相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率进行修正。
在一可实施的方式中，所述通过实测，获取至少部分所述样本图形结构的形貌参数，包括：
通过光谱共焦探头测量至少部分所述样本图形结构的形貌参数。
在一可实施的方式中，通过实测获取相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，包括：
通过调节色轮光源的滤波片得到相应所述目标波长的入射光束，以对所述样本图形结构进行照射，并通过光谱仪获取相应所述入射光束照射所述样本图形结构得到的总反射率。
在一可实施的方式中，所述建立各所述样本图形结构的形貌参数与所述目标波长、所述总反射率之间的映射关系，包括：
基于各所述样本图形结构的形貌参数、以及各所述样本图形结构在不同目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，拟合各所述样本图形结构的形貌参数所对应的总反射率与波长之间的参考非线性曲线。
在一可实施的方式中，所述将所述待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率与所述数据库中的映射关系进行匹配，得到所述待测图形结构的形貌参数，包括：
基于所述待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，拟合得到所述待测图形结构的总反射率与波长之间的目标非线性曲线；
当所述目标非线性曲线与其中一条参考非线性曲线满足预设的匹配条件时，将所述待测图形结构的形貌参数确定为所述其中一条参考非线性曲线对应的形貌参数。
在一可实施的方式中，所述方法还包括：
通过所述模拟软件，模拟得到各所述样本图形结构在白色光源照射下得到的吸收光谱，并确定所述吸收光谱中的各吸收峰对应的波长为所述目标波长；
或者，各所述目标波长由用户指定。
在一可实施的方式中，所述样本图形结构及所述待测图形结构通过以下任一种工艺制得：光刻、研磨、刻蚀、化学气相学制及物理气相沉积。
通过采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明通过预先获取若干具有不同形貌的样本图形结构的形貌参数、以及各所述样本图形结构在多个目标波长的入射光束照射下对应的总反射率；而后建立各所述样本图形结构的形貌参数与所述目标波长、所述总反射率之间的映射关系，并将各所述映射关系存入数据库中；当对待测图形结构进行测量时，首先测量待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，并将所述待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率与所述数据库中的所述映射关系进行匹配，即可得到所述待测图形结构的形貌参数。当数据库中的样本数据足够时，后续无需再采用光谱共焦探头对待测图形结构的形貌参数进行测量，从提高了操作便利性且降低了成本。
当得到待测图形结构的形貌参数后，后续可以采用AI算法融合其形貌参数以及其经光学测量方法得到的灰度图像，来进行关键尺寸测量或套刻精度测量，从而提高关键尺寸测量及套刻精度测量的检测性能，进而提升半导体制造的良率水平。
附图说明
图1为测量光束入射至水平的晶圆表面线条上的光路示意图；
图2为测量光束入射至倾斜的晶圆表面线条上的光路示意图；
图3为采用光学测量方法进行套刻精度测量时得到的结果示图；
图4为本发明一种图形结构形貌参数的测量方法的流程图；
图5A为第一种样本图形结构的形貌图；
图5B为第一种样本图形结构对应的反射光谱图；
图6A为第二种样本图形结构的形貌图；
图6B为第二种样本图形结构对应的反射光谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本发明提供一种图形结构形貌参数的测量方法，如图4所示，该方法具体包括以下步骤：
S1，获取若干具有不同形貌的样本图形结构的形貌参数(包括线宽、线高、侧壁角等)、以及各所述样本图形结构在多个目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，具体实现过程如下：
S11，通过模拟软件，模拟生成各所述样本图形结构，并模拟得到各所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率。
本实施例采用的模拟软件例如为comsol模拟软件。首先可以采用该软件生成多种不同形貌样本图形结构的二维模型，如图5A、6A所示。其中，图5A中的样本图形结构为硅材料的标准对称栅线，其底部直径为1.2μm，顶部直径为1μm，高度为0.4μm；图6A中的样本图形结构为标准对称栅线可能发生的变形，其左侧高度为0.4μm，右侧高度为0.4μm。应该理解，图6A仅是图5A中的栅线变形的其中一种方式，本步骤还可以通过模拟软件生成在工艺过程中容易发生的其它各种各样的变形形貌，这些容易发生的变形形貌均可作为样本图形结构。
本步骤在模拟生成相应的样本图形结构后，还需要模拟得到样本图形结构在选定的多个目标波长的入射光束照射下对应的总反射率。
具体操作时，首先通过模拟软件模拟得到各所述样本图形结构在白色光源照射下得到的反射光谱，其中，照射方式为平面波入射。例如，图5A的样本图像结构在白色光源照射下得到的反射光谱如图5B所示，图6A的样本图像结构在白色光源照射下得到的反射光谱如图6B所示。从图中可以看出，反射光谱反映了不同波长对应的总反射率。因此，之后基于各所述目标波长对各所述反射光谱进行间隔采样，即可得到相应所述样本图形结构在各目标波长的入射光束照射下对应的总反射率。
其中，各所述目标波长由用户指定，例如指定为常用的R\G\B颜色的波长。此外，还可以通过所述模拟软件，模拟得到各所述样本图形结构在白色光源照射下得到的吸收光谱，并确定所述吸收光谱中的各吸收峰对应的波长为所述目标波长。
S12，在模拟得到各所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率之后，通过实测，获取至少部分样本图形结构的形貌参数、以及相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率；而后基于实测的相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，对模拟得到的相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率进行修正。
具体地，本实施例在实测时可以通过光谱共焦探头测量至少部分所述样本图形结构的形貌参数。而后，通过调节色轮光源的滤波片得到相应目标波长的入射光束，以对所述样本图形结构进行照射，并通过光谱仪获取相应所述入射光束照射所述样本图形结构得到的总反射率。
当实测某样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率、与模拟得到的相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率不一致时，则对相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率进行修正，以使其与实测结果对齐。
S2，建立各所述样本图形结构的形貌参数与所述目标波长、所述总反射率之间的映射关系，并将各所述映射关系存入数据库中。
具体地，在建立映射关系时，可以基于各所述样本图形结构的形貌参数、以及各所述样本图形结构在不同目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，来拟合各所述样本图形结构的形貌参数所对应的总反射率与波长之间的非线性曲线(记为参考非线性曲线)。形貌参数与曲线之间的对应关系，即反映形貌参数与目标波长、总反射率之间的映射关系。
S3，测量待测图形结构在各目标波长的入射光束照射下对应的总反射率。
在本步骤中，可以通过光谱共焦探头测量待测图形结构的形貌参数。而后，通过调节色轮光源的滤波片得到相应目标波长的入射光束，以对待测图形结构进行照射，并通过光谱仪获取相应所述入射光束照射待测图形结构得到的总反射率。
其中，此处的待测图形结构例如是需要进行关键尺寸(CD)测量或套刻精度(OVL)测量的图形结构。
S4，将所述待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率与所述数据库中的所述映射关系进行匹配，得到所述待测图形结构的形貌参数。
具体地，首先基于所述待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，拟合得到所述待测图形结构的总反射率与波长之间的非线性曲线，记为目标非线性曲线。
而后，将目标非线性曲线与数据库中的各参考非线性曲线进行匹配，当所述目标非线性曲线与数据库中的其中一条参考非线性曲线满足预设的匹配条件时，说明待测图形结构与该其中一条参考非线性曲线对应的形貌参数相同或接近，则将该其中一条参考非线性曲线对应的形貌参数作为待测图形结构的形貌参数。
在本实施例中，所述样本图形结构及所述待测图形结构可以是通过光刻、研磨、刻蚀、化学气相学制及物理气相沉积工艺制得的图形结构。例如，可以包括凸出晶圆表面的图形结构(如栅线)，也可以包括形成于晶圆表面的沟槽结构。
应该理解，当数据库中的样本数据足够时，本发明后续无需再采用光谱共焦探头对待测图形结构的形貌参数进行测量，从提高了操作便利性且降低了成本。
当得到待测图形结构的形貌参数后，可以采用AI算法融合其形貌参数以及其经光学测量方法得到的灰度图像，来进行关键尺寸测量或套刻精度测量，从而提高关键尺寸测量及套刻精度测量的检测性能，进而提升半导体制造的良率水平。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种图形结构形貌参数的测量方法，其特征在于，包括：
获取若干具有不同形貌的样本图形结构的形貌参数、以及各所述样本图形结构在多个目标波长的入射光束照射下对应的总反射率；
建立各所述样本图形结构的形貌参数与所述目标波长、所述总反射率之间的映射关系，并将各所述映射关系存入数据库中；
测量待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率；
将所述待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率与所述数据库中的所述映射关系进行匹配，得到所述待测图形结构的形貌参数。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，获取各所述样本图形结构在多个目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，包括：
通过模拟软件，模拟生成各所述样本图形结构，并模拟得到各所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率。
3.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述模拟得到各所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，包括：
模拟得到各所述样本图形结构在白色光源照射下得到的反射光谱；
基于各所述目标波长对各所述反射光谱进行间隔采样，得到相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率。
4.如权利要求2所述的测量方法，其特征在于，在模拟得到各所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率之后，还包括：
通过实测，获取至少部分样本图形结构的形貌参数、以及相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率；
基于实测的相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，对模拟得到的相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率进行修正。
5.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述通过实测，获取至少部分所述样本图形结构的形貌参数，包括：
通过光谱共焦探头测量至少部分所述样本图形结构的形貌参数。
6.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，通过实测获取相应所述样本图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，包括：
通过调节色轮光源的滤波片得到相应所述目标波长的入射光束，以对所述样本图形结构进行照射，并通过光谱仪获取相应所述入射光束照射所述样本图形结构得到的总反射率。
7.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述建立各所述样本图形结构的形貌参数与所述目标波长、所述总反射率之间的映射关系，包括：
基于各所述样本图形结构的形貌参数、以及各所述样本图形结构在不同目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，拟合各所述样本图形结构的形貌参数所对应的总反射率与波长之间的参考非线性曲线。
8.如权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述将所述待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率与所述数据库中的映射关系进行匹配，得到所述待测图形结构的形貌参数，包括：
基于所述待测图形结构在各所述目标波长的入射光束照射下对应的总反射率，拟合得到所述待测图形结构的总反射率与波长之间的目标非线性曲线；
当所述目标非线性曲线与其中一条参考非线性曲线满足预设的匹配条件时，将所述待测图形结构的形貌参数确定为所述其中一条参考非线性曲线对应的形貌参数。
9.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述模拟软件，模拟得到各所述样本图形结构在白色光源照射下得到的吸收光谱，并确定所述吸收光谱中的各吸收峰对应的波长为所述目标波长；
或者，各所述目标波长由用户指定。
10.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述样本图形结构及所述待测图形结构通过以下任一种工艺制得：光刻、研磨、刻蚀、化学气相学制及物理气相沉积。
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Also Published As
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