理论光谱库建库的方法、测量方法及其电子设备、介质、程序产品与流程

本发明涉及理论光谱库建库的方法、关键尺寸的测量方法及其电子设备、介质、程序产品。

背景技术：

1、随着半导体制造工业的发展，半导体器件的尺寸不断缩小，器件结构设计愈加复杂，对半导体制造工艺提出更为严苛的控制要求，进而需要在半导体制造的许多工艺步骤后执行晶片量测或检测以获得较高的良率。补充测量通道和建模技术从而允许测量能力进一步改善对该发展的后续处理是必不可少的。通常，应用光学关键尺寸测量(opticalcritical dimension，ocd)以获取有关这些结构的几何形状和材料特性的高度准确且精确的信息。

2、ocd测量技术的基本工作原理为：通过建立与样品的形貌模型相对应的理论光谱库，并从此库中寻找特定的理论光谱实现与ocd测量设备获得的测量光谱的最佳匹配，从而确定其形貌参数。测量光谱为ocd测量设备获取的周期性分布的半导体器件的反射光信号。虽然通过测量光谱不能直接反推出测量样品的介质分布特性，但是可以基于样品的介质分布建立模型并参数化，然后使用数值计算的方法计算出该模型对应于不同参数值的理论光谱库，即对ocd测量设备获取的测量光谱进行仿真计算。再从理论光谱库中寻找出与测量光谱最佳匹配的理论光谱相对应的特定参数，作为表征样品结构和介质材料特性的参数。

3、半导体结构从二维向三维的发展，产品尺寸越来越小，结构越来越复杂，对测量的要求就越来越高。在半导体光学关键尺寸测量中一般采用严格耦合波分析(regularscoupled wave analysis,rcwa)方法进行理论计算。

4、在rcwa的方法中，光栅方向采用了周期边界条件，使得电磁场在周期方向的分量可以展开为傅里叶本征模式。在垂直于光栅表面的纵向，将半导体器件划分成多个薄层，使得每一个薄层在纵向上材料可以近似为均匀分布的，使得电磁场的纵向分量为简单的均匀介质传播模式。在计算过程中，将计算每个薄层对入射电磁场的响应定义为散射矩阵或者传输矩阵。电磁场沿着传播方向传播过程则是将散射矩阵/传输矩阵按照电磁场的边界条件进行迭代，得到入射光在整个结构中的传播。

5、因此在rcwa的方法中，计算的复杂性和结构的复杂性相关。随着半导体工艺的发展半导体结构越来越复杂，三维结构以及结构划分越来越细致导致rcwa的计算所需的时间急剧增加。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种可以加速建立理论光谱库的方法，以解决现有rcwa的计算时间过长等问题。

2、为达到上述目的，本发明在第一方面提出了一种理论光谱库建库的方法，包括：

3、将一半导体器件进行几何建模，设置用于描述所述几何模型的结构参数及所述结构参数的浮动范围；

4、将所述几何模型划分为多个主模块，并针对每一主模块对应选取所述主模块的结构参数集合；

5、针对所述主模块的结构参数集合中的每一结构参数的每一浮动值，定义每一主模块所对应的模块结构集合，以构建主模块结构库；

6、根据ocd测量对应的条件，对应所述主模块结构库中每一模块结构分别计算其散射矩阵/传输矩阵，并与所述主模块一一对应保存，以构建主模块数据库。

7、优选地，所述半导体器件包括同一批次产品在不同工艺阶段和工艺参数下的所有半导体结构。优选地，当某一工艺阶段或者工艺参数发生变化，在原几何模型中引入新的主模块时，将所述新的主模块及其对应的结构参数集合和散射矩阵/传输矩阵保存至主模块矩阵库。

8、优选地，还包括：

9、根据所述半导体器件的结构，将所有主模块结构库中的模块结构进行排列组合，构成所有半导体器件的结构模型；

10、按照每个半导体器件的结构模型所对应的所有主模块的排列顺序，对其散射矩阵或者传输矩阵进行迭代得到每个半导体器件的结构模型的散射矩阵/传输矩阵，用以计算半导体器件的结构模型所对应的理论光谱；

11、计算所有半导体器件的结构模型所对应的理论光谱，以保存至所述理论光谱库。

12、优选地，所述计算半导体器件的结构模型所对应的理论光谱的步骤还包括：

13、计算反射区域的散射矩阵/传输矩阵和透射区域的散射矩阵/传输矩阵；

14、按反射区域，半导体器件区域和透射区域的顺序迭代对应的散射矩阵/传输矩阵，得到整体的散射矩阵/传输矩阵，其中，所述半导体器件区域为所计算的半导体器件的结构模型所对应的区域；

15、根据所述整体的散射矩阵/透射矩阵得到所需理论光谱值。

16、优选地，当相邻主模块之间存在共用结构参数时，所述共用结构参数与所述相邻主模块分别计算每个主模块的散射矩阵，并一一对应保存。

17、优选地，根据所述半导体器件中的材料或/和形状的一致性将半导体结构划分为多个主模块。

18、优选地，根据所述半导体器件中的关键尺寸来设置所述结构参数，根据所述半导体器件的制造工艺来设置所述结构参数的浮动范围。

19、优选地，采用电磁场严格耦合波分析的方法计算每个主模块的散射矩阵或者传输矩阵。

20、优选地，计算每个主模块的散射矩阵/传输矩阵的方法包括：

21、根据材料分布的几何特性将待计算的主模块进行纵向分层，使得每一层材料在纵向的分布可以近似为均匀分布；

22、结合相应的ocd测量条件以计算每一层的散射矩阵；

23、将所述待计算的主模块的每一层的散射矩阵按其排列顺序迭代得到所述待计算的主模块的散射矩阵或传输矩阵；

24、结合主模块对应的结构参数的浮动范围计算每组结构参数对应的待计算的主模块结构的散射矩阵或传输矩阵，以得到该主模块对应的散射矩阵或传输矩阵集合。

25、优选地，所述迭代操作为根据散射矩阵/传输矩阵之间根据连续电磁场连续边界条件得到。

26、另一方面，本发明还提供了一种关键尺寸的测量方法，包括：

27、将待测半导体器件的测量光谱与用如上所述的方法建库的理论光谱库匹配，得到最佳理论光谱；

28、通过所述最佳理论光谱获得其对应的关键尺寸，即为当前待测半导体器件结构的关键尺寸测量值。

29、另一方面，本发明还提供了一种电子设备，所述设备包括存储有计算机可执行指令的存储器和处理器；当所述指令被所述处理器执行时，使得所述设备实施根据用如上所述的方法。

30、另一方面，本发明还提供了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现用如上所述的方法。

31、另一方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现用如上所述的方法。

32、由于上述方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：

33、本发明所提供的技术方案中，通过对器件结构进行几何建模和参数化，进行主模块的划分。根据电磁场传播特性，计算各个主模块中电磁场的响应。然后再根据所测量的半导体器件的结构进行主模块的建模来获得理论光谱，从而可以利用这些结构的相似性，减少重复计算，使得计算时间大大减少。