(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110823089 A(43)申请公布日 2020.02.21
(21)申请号 201810911882.5(22)申请日 2018.08.10
(71)申请人 睿励科学仪器（上海）有限公司
地址 201203 上海市浦东新区华佗路68号
张江创业园6幢(72)发明人 陈慧萍 施耀明 徐益平 (74)专利代理机构 北京市金杜律师事务所
11256
代理人 郑立柱 李春辉(51)Int.Cl.
G01B 11/00(2006.01)G01B 11/24(2006.01)
权利要求书3页 说明书11页 附图6页
CN 110823089 A(54)发明名称
用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法和设备(57)摘要
本公开的实施例涉及用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法和设备。该方法包括获得半导体器件的测量光谱以及测量光谱的测量波长点集合。该方法还包括从测量波长点集合中选择第一数目的波长点。该方法还包括基于第一数目的波长点，通过插值获得与测量波长点集合对应的第一拟合光谱。此外，该方法包括响应于第一拟合光谱与测量光谱之间的第一误差小于第一阈值，基于第一数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸。通过以自适应的方法自动选择计算理论光谱的波长采样点集合，本公开的实施例避免了对波长过采样而导致的计算资源浪费，也不会导致光谱失真。
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权 利 要 求 书
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1.一种用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法，包括：
获得所述半导体器件的测量光谱以及所述测量光谱的测量波长点集合；从所述测量波长点集合中选择第一数目的波长点；基于所述第一数目的波长点，通过插值获得与所述测量波长点集合对应的第一拟合光谱；以及
响应于所述第一拟合光谱与所述测量光谱之间的第一误差小于第一阈值，基于所述第一数目的波长点来确定所述半导体器件的光学关键尺寸。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：响应于所述第一误差大于所述第一阈值，从所述测量波长点集合中选择第二数目的波长点，其中所述第二数目大于所述第一数目；
基于所述第二数目的波长点，通过插值获得与所述测量波长点集合对应的第二拟合光谱；以及
响应于所述第二拟合光谱与所述测量光谱之间的第二误差小于所述第一阈值，基于所述第二数目的波长点来确定所述半导体器件的光学关键尺寸。
3.根据权利要求2所述的方法，其中从所述测量波长点集合中选择第二数目的波长点包括：
向所述第一数目的波长点添加另一波长点，以得到所述第二数目的波长点，其中所述另一波长点是所述第一拟合光谱与所述测量光谱的光谱值之差最大时的波长点。
4.根据权利要求2所述的方法，其中从所述测量波长点集合中选择第二数目的波长点包括：
将所述第一数目的波长点划分成多个子集；基于所述多个子集中的子集，针对所述测量波长点集合的与所述子集的波段对应的部分，通过插值获得第三拟合光谱；以及
响应于所述第三拟合光谱和所述测量光谱的与所述子集的波段对应的部分之间的第三误差大于第二阈值，向所述子集中添加波长点，其中所述第二数目的波长点包括所述第一数目的波长点和所添加的波长点。
5.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述第一数目的波长点来确定所述半导体器件的光学关键尺寸包括：
针对所述第一数目的波长点，使用严格耦合波分析，计算理论光谱的光谱值；针对所述测量波长点集合的除了所述第一数目的波长点外的其它波长点，使用所计算的光谱值通过插值来获得所述理论光谱的光谱值，其中用于获得所述理论光谱的插值模型与用于获得所述第一拟合光谱的插值模型相同；以及
将所述理论光谱与所述测量光谱进行比较，以确定所述半导体器件的光学关键尺寸。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一数目的波长点包括所述测量光谱的端点和极值点所对应的波长。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一阈值和/或所述第二阈值基于所述测量光谱的信噪比。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述子集的波长点是连续的，并且不同子集的除端点外的其它波长点不重叠。
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权 利 要 求 书
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9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
响应于另一半导体器件具有与所述半导体器件相同的形貌，基于所述第一数目的波长点来确定所述另一半导体器件的光学关键尺寸。
10.一种用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法，包括：确定所述半导体器件的形貌模型和光学测量条件；获得所述半导体器件的测量光谱；基于所述测量光谱，根据权利要求1-9中任一项所述的方法，确定所述第一数目的波长点；
基于所述形貌模型、所述光学测量条件、以及所述第一数目的波长点，确定理论光谱计算模型；以及
基于所述理论光谱计算模型和所述测量光谱，获得所述半导体器件的光学关键尺寸。11.根据权利要求10所述的方法，其中确定理论光谱计算模型包括：
进一步基于与用于获得所述第一拟合光谱的插值模型相同的插值模型，确定所述理论光谱计算模型。
12.一种用于测量半导体器件的光学关键尺寸的设备，包括：第一获得模块，用于获得所述半导体器件的测量光谱以及所述测量光谱的测量波长点集合；
第一选择模块，用于从所述测量波长点集合中选择第一数目的波长点；第二获得模块，用于基于所述第一数目的波长点，通过插值获得与所述测量波长点集合对应的第一拟合光谱；以及
第一确定模块，用于响应于所述第一拟合光谱与所述测量光谱之间的第一误差小于第一阈值，基于所述第一数目的波长点来确定所述半导体器件的光学关键尺寸。
13.根据权利要求12所述的设备，还包括：第二选择模块，用于响应于所述第一误差大于所述第一阈值，从所述测量波长点集合中选择第二数目的波长点，其中所述第二数目大于所述第一数目；
第三获得模块，用于基于所述第二数目的波长点，通过插值获得与所述测量波长点集合对应的第二拟合光谱；以及
第二确定模块，用于响应于所述第二拟合光谱与所述测量光谱之间的第二误差小于所述第一阈值，基于所述第二数目的波长点来确定所述半导体器件的光学关键尺寸。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述第二选择模块包括：第一添加子模块，用于向所述第一数目的波长点添加另一波长点，以得到所述第二数目的波长点，其中所述另一波长点是所述第一拟合光谱与所述测量光谱的光谱值之差最大时的波长点。
15.根据权利要求13所述的设备，其中所述第二选择模块包括：划分子模块，用于将所述第一数目的波长点划分成多个子集；第一获得子模块，用于基于所述多个子集中的子集，针对所述测量波长点集合的与所述子集的波段对应的部分，通过插值获得第三拟合光谱；以及
第二添加子模块，用于响应于所述第三拟合光谱和所述测量光谱的与所述子集的波段对应的部分之间的第三误差大于第二阈值，向所述子集中添加波长点，其中所述第二数目
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的波长点包括所述第一数目的波长点和所添加的波长点。
16.根据权利要求12所述的设备，其中所述第一确定模块包括：计算子模块，用于针对所述第一数目的波长点，使用严格耦合波分析，计算理论光谱的光谱值；
第二获得子模块，用于针对所述测量波长点集合的除了所述第一数目的波长点外的其它波长点，使用所计算的光谱值通过插值来获得所述理论光谱的光谱值，其中用于获得所述理论光谱的插值模型与用于获得所述第一拟合光谱的插值模型相同；以及
比较子模块，用于将所述理论光谱与所述测量光谱进行比较，以确定所述半导体器件的光学关键尺寸。
17.根据权利要求12所述的设备，其中所述第一数目的波长点包括所述测量光谱的端点和极值点所对应的波长。
18.根据权利要求15所述的设备，其中所述子集的波长点是连续的，并且不同子集的除端点外的其它波长点不重叠。
19.一种用于测量半导体器件的光学关键尺寸的设备，包括：第一确定模块，用于确定所述半导体器件的形貌模型和光学测量条件；第一获得模块，用于获得所述半导体器件的测量光谱；第二确定模块，用于基于所述测量光谱，根据权利要求1-9中任一项所述的方法，确定所述第一数目的波长点；
第三确定模块，用于基于所述形貌模型、所述光学测量条件、以及所述第一数目的波长点，确定理论光谱计算模型；以及
第二获得模块，用于基于所述理论光谱计算模型和所述测量光谱，获得所述半导体器件的光学关键尺寸。
20.根据权利要求19所述的设备，所述第三确定模块包括：确定子模块，用于进一步基于与用于获得所述第一拟合光谱的插值模型相同的插值模型，确定所述理论光谱计算模型。
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说 明 书
用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法和设备
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技术领域
[0001]本公开主要涉及半导体制造领域；并且特别地，涉及一种用于测量半导体器件的光学关键尺寸(Optical Critical-Dimension，OCD) 的方法和设备。背景技术
[0002]随着半导体工业向深亚微米技术节点持续推进，例如集成电路器件的半导体器件的尺寸不断缩小，器件结构设计愈加复杂。特别是三维器件的出现，使得工艺控制在半导体制备工艺中越来越重要。严格的工艺控制要求在半导体制造工艺的各个步骤都需检查晶片上的缺陷以促进更高的良率。[0003]光学关键尺寸(Optical Critical-Dimension，OCD)测量技术作为当前半导体制造工艺中一种主流的工艺控制技术，提供了更高的测量速度且无需破坏样品。当相应的理论光谱和测量光谱相同时，理论光谱所对应的周期重复结构即为测量光谱所对应的纳米级测量结构的形貌。
发明内容
[0004]计算理论光谱的波长点一般与测量光谱一致，这会导致用于计算理论光谱的波长点太过密集，严重浪费了计算资源。此外，更宽波段的计算要求和更高的计算精度，在一定的计算资源下，一般只能适当减少结构描述参数或者缩短波长计算范围。这会导致OCD测量能力以及测量精度的下降。
[0005]为了至少部分地解决上述以及其他潜在的问题，本公开的实施例提供了用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法和设备。[0006]在本公开的第一方面，提供了一种用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法。该方法包括获得半导体器件的测量光谱以及测量光谱的测量波长点集合。该方法还包括从测量波长点集合中选择第一数目的波长点。该方法还包括基于第一数目的波长点，通过插值获得与测量波长点集合对应的第一拟合光谱。此外，该方法包括响应于第一拟合光谱与测量光谱之间的第一误差小于第一阈值，基于第一数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸。
[0007]根据第一方面的一个实施例，该方法还包括：响应于第一误差大于第一阈值，从测量波长点集合中选择第二数目的波长点，其中第二数目大于第一数目；基于第二数目的波长点，通过插值获得与测量波长点集合对应的第二拟合光谱；以及响应于第二拟合光谱与测量光谱之间的第二误差小于第一阈值，基于第二数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸。
[0008]根据第一方面的一个实施例，从测量波长点集合中选择第二数目的波长点包括：向第一数目的波长点添加另一波长点，以得到第二数目的波长点，其中另一波长点是第一拟合光谱与测量光谱的光谱值之差最大时的波长点。[0009]根据第一方面的一个实施例，从测量波长点集合中选择第二数目的波长点包括：
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将第一数目的波长点划分成多个子集；基于多个子集中的子集，针对测量波长点集合的与子集的波段对应的部分，通过插值获得第三拟合光谱；以及响应于第三拟合光谱和测量光谱的与子集的波段对应的部分之间的第三误差大于第二阈值，向子集中添加波长点，其中第二数目的波长点包括第一数目的波长点和所添加的波长点。[0010]根据第一方面的一个实施例，基于第一数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸包括：针对第一数目的波长点，使用严格耦合波分析，计算理论光谱的光谱值；针对测量波长点集合的除了第一数目的波长点外的其它波长点，使用所计算的光谱值通过插值来获得理论光谱的光谱值，其中用于获得理论光谱的插值模型与用于获得第一拟合光谱的插值模型相同；以及将理论光谱与测量光谱进行比较，以确定半导体器件的光学关键尺寸。[0011]根据第一方面的一个实施例，其中第一数目的波长点包括测量光谱的端点和极值点所对应的波长。
[0012]根据第一方面的一个实施例，其中第一阈值和/或第二阈值基于测量光谱的信噪比。
[0013]根据第一方面的一个实施例，其中子集的波长点是连续的，并且不同子集的除端点外的其它波长点不重叠。
[0014]根据第一方面的一个实施例，该方法还包括响应于另一半导体器件具有与半导体器件相同的形貌，基于第一数目的波长点来确定另一半导体器件的光学关键尺寸。[0015]在本公开的第二方面，提供了一种用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法。该方法包括确定半导体器件的形貌模型和光学测量条件。该方法还包括获得半导体器件的测量光谱。该方法还包括基于测量光谱，根据本公开的第一方面的方法，确定第一数目的波长点。该方法还包括基于形貌模型、光学测量条件、以及第一数目的波长点，确定理论光谱计算模型。此外，该方法还包括基于理论光谱计算模型和测量光谱，获得半导体器件的光学关键尺寸。
[0016]根据第二方面的一个实施例，确定理论光谱计算模型包括：进一步基于与用于获得第一拟合光谱的插值模型相同的插值模型，确定理论光谱计算模型。[0017]在本公开的第三方面，提供了一种用于测量半导体器件的光学关键尺寸的设备。该设备包括第一获得模块，用于获得半导体器件的测量光谱以及测量光谱的测量波长点集合。该设备还包括第一选择模块，用于从测量波长点集合中选择第一数目的波长点。该设备还包括第二获得模块，用于基于第一数目的波长点，通过插值获得与测量波长点集合对应的第一拟合光谱。此外，该设备还包括第一确定模块，用于响应于第一拟合光谱与测量光谱之间的第一误差小于第一阈值，基于第一数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸。
[0018]根据第三方面的一个实施例，该设备还包括：第二选择模块，用于响应于第一误差大于第一阈值，从测量波长点集合中选择第二数目的波长点，其中第二数目大于第一数目；第三获得模块，用于基于第二数目的波长点，通过插值获得与测量波长点集合对应的第二拟合光谱；以及第二确定模块，用于响应于第二拟合光谱与测量光谱之间的第二误差小于第一阈值，基于第二数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸。[0019]根据第三方面的一个实施例，第二选择模块包括第一添加子模块，用于向第一数目的波长点添加另一波长点，以得到第二数目的波长点，其中另一波长点是第一拟合光谱
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与测量光谱的光谱值之差最大时的波长点。[0020]根据第三方面的一个实施例，第二选择模块包括：划分子模块，用于将第一数目的波长点划分成多个子集；第一获得子模块，用于基于多个子集中的子集，针对测量波长点集合的与子集的波段对应的部分，通过插值获得第三拟合光谱；以及第二添加子模块，用于响应于第三拟合光谱和测量光谱的与子集的波段对应的部分之间的第三误差大于第二阈值，向子集中添加波长点，其中第二数目的波长点包括第一数目的波长点和所添加的波长点。[0021]根据第三方面的一个实施例，第一确定模块包括：计算子模块，用于针对第一数目的波长点，使用严格耦合波分析，计算理论光谱的光谱值；第二获得子模块，用于针对测量波长点集合的除了第一数目的波长点外的其它波长点，使用所计算的光谱值通过插值来获得理论光谱的光谱值，其中用于获得理论光谱的插值模型与用于获得第一拟合光谱的插值模型相同；以及比较子模块，用于将理论光谱与测量光谱进行比较，以确定半导体器件的光学关键尺寸。
[0022]根据第三方面的一个实施例，其中第一数目的波长点包括测量光谱的端点和极值点所对应的波长。
[0023]根据第三方面的一个实施例，其中子集的波长点是连续的，并且不同子集的除端点外的其它波长点不重叠。
[0024]在本公开的第四方面，提供了一种用于测量半导体器件的光学关键尺寸的设备。该设备包括第一确定模块，用于确定半导体器件的形貌模型和光学测量条件。该设备还包括第一获得模块，用于获得半导体器件的测量光谱。该设备还包括第二确定模块，用于基于测量光谱，根据本公开的第一方面的方法，确定第一数目的波长点。该设备还包括第三确定模块，用于基于形貌模型、光学测量条件、以及第一数目的波长点，确定理论光谱计算模型。此外，该设备还包括第二获得模块，用于基于理论光谱计算模型和测量光谱，获得半导体器件的光学关键尺寸。
[0025]根据第四方面的一个实施例，第三确定模块包括确定子模块，用于进一步基于与用于获得第一拟合光谱的插值模型相同的插值模型，确定理论光谱计算模型。[0026]通过下文描述将会理解，本公开的实施例的优势在于：根据光学关键尺寸测量原理(即测量光谱与其相匹配的理论光谱的一致性)，通过对测量光谱的分析，以自适应的方法自动选择计算理论光谱的波长采样点集合，既不会导致光谱失真，也避免对波长过采样而导致的计算资源浪费。
[0027]提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的关键特征或主要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
[0028]通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0029]图1示出了根据本公开的实施例的用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法的流程图；
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图2示出了一个示例测量光谱；
[0031]图3示出了基于图2所示的测量光谱选择的第一数目的波长点的一个示例；[0032]图4示出了根据本公开的实施例的分段拟合的方法的流程图；
[0033]图5示出了在图3所示的第一数目波长点的基础上获得的第二数目的波长点的一个示例；
[0034]图6示出了用于计算理论光谱的合适数目的波长点的一个示例；
[0035]图7示出了根据本公开的实施例的用于测量半导体器件的光学关键尺寸的另一方法的流程图；
[0036]图8示出了半导体器件的形貌模型的一个示例；
[0037]图9示出了根据本公开的实施例的用于测量半导体器件的光学关键尺寸的设备的框图；以及
[0038]图10示出了根据本公开的实施例的用于测量半导体器件的光学关键尺寸的另一设备的框图。
具体实施方式
[0039]下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。[0040]在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
[0041]为了描述方便起见，下文将主要以严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis，RCWA)算法作为计算理论光谱的示例算法来描述本发明的实施例。但是应该理解，本文所述的计算理论光谱的算法还可以包括其它适合的算法，不论是目前已知的还是将来开发的。
[0042]光学关键尺寸(Optical Critical-Dimension，OCD)测量技术作为当前半导体制造工艺中一种主流的工艺控制技术，提供了更高的测量速度，且无需破坏样品。光学关键尺寸测量技术通常使用散射测量和反射测量以及相关电磁场算法，来得到纳米级测量结构的关键尺寸、膜厚、材料参数以及其他参数。一般来说测量结构包括薄膜或者周期重复结构组成的测量样品。[0043]相关电磁场算法一般采用严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis，RCWA)算法来计算理论光谱。严格耦合波分析方法是一种基于麦克斯韦方程微分形式的矢量衍射建模理论，将周期重复结构的介电常数及电磁场作傅里叶级数展开，建立耦合波方程并进行数值求解，最终获得所需衍射电磁场信息。该方法特别适合重复结构的光学特性建模及光学散射测量。当相应的理论光谱和测量光谱相同时，理论光谱所对应的周期重复结构即为测量光谱所对应的纳米级测量结构的形貌。进而，可以获得所测量的半导体器件
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的光学关键尺寸。[0044]测量光谱所对应的波长点与测量机台所使用的光谱仪有关。电磁场算法中计算理论光谱的波长点一般与测量光谱一致，这会导致用于计算理论光谱的波长点太过密集，严重浪费了计算资源。根据光谱的连续性特点，一般传统上会采用一定间隔的波长点来计算理论光谱，相对于测量光谱缺失的波长点则采用线性插值的方法得到。但为了保证光谱不失真，依旧会对波长点采集过密而造成计算资源和储存资源的浪费。[0045]随着工艺的发展，例如集成电路器件的半导体器件的结构越来越复杂，材料越来越多样化，对测量的要求也相应提高。OCD测量要求越来越小的参数解析度、越来越复杂的几何结构和材料组成、多参数的关联以及对不透明材料的测量能力等等。这不仅要求OCD 建模参数的采样要足够的多，而且需要采用跨越紫外到红外的波段来检测样品，以降低参数间的关联以及提高对不透明材料的测量能力。更宽波段的计算要求和更高的计算精度，在一定的计算资源下，一般只能适当减少对模型参数的采样。这会导致OCD测量能力以及测量精度的下降。
[0046]根据OCD测量原理，最终测量得到的半导体器件的形貌所对应的理论光谱与相应的测量光谱基本一致。本发明通过对测量光谱的分析，根据测量光谱的曲线特性以自适应的方法自动找到测量光谱的波长采样点集合，且以此集合作为计算理论光谱的波长点集合，使得其理论光谱既不会失真，也避免对波长过采样而导致的计算资源浪费。
[0047]图1示出了根据本公开的实施例的用于测量半导体器件的光学关键尺寸的方法100的流程图。例如，方法100可以由任何光学关键尺寸(OCD)测量设备来执行，无论是现在已知的还是未来开发的。应当理解的是，方法100还可以包括未示出的附加框和/或可以省略所示出的框，本公开的范围在此方面不受限制。[0048]根据方法100，在框110中，获得半导体器件的测量光谱以及测量光谱的测量波长点集合。例如，OCD测量设备可以测量从待测半导体器件(还被称为待测样品)上反射出的光谱(被称为测量光谱)。所测得的测量光谱可以表达为S＝S(λ)，其中λ是测量光谱的测量波长点集合，即λ＝{λλλN表示测量光谱总共有N个波长点。1,2,…,N}，
[0049]图2示出了一个示例测量光谱200。图2所示的示例测量光谱 200为S(λ)＝[α(λ),β(λ)]。在图2中，以傅立叶系数α、β作为反射光谱的示例，但本公开并不限于此光谱类型，还可以包括其他测量光谱类型。示例测量光谱200的测量波长点集合包括在300nm和 800nm之间的大量波长点。假设以1nm步长进行测量，则示例测量光谱200的测量波长点集合具有501个波长点。通常情况下，针对这501个波长点进行理论光谱的计算。通过以下描述将理解，这是不必要的，因而是一种计算资源浪费。[0050]根据方法100，在框120中，OCD测量设备从测量波长点集合中选择第一数目的波长点(还称为原始波长采样点)。第一数目的波长点可以包括测量光谱的端点(包括开始值和结束值)和极值点所对应的波长。因而，第一数目的波长点所对应的采样光谱可以表达为Sp＝[S(λλλλ其中S(λ1)是测量光谱的开始值，例如图2中的300nm；S(λ1),S(N),S(a),S(b)]，N)是测量光谱的结束值，例如图2中的 800nm；S(λ即S(λa)是测量光谱的最大值，a)＝max[S(λ以及S(λ即i),i＝1,2,…,N；b)是测量光谱的最小值，
max和min分别表示获取数列的最大值和最小值。将
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波长[λλλλ 从小到大排列，取λ′λλ′λλλ′λλλ＝λ1,N,a,b]1＝1、2＝min(a,b)、3＝max(a,b)、4′N，则第一数目的波长点可以表达为λ′＝[λ′λ′λ′λ′1,2,3,4]。
[0051]图3示出了基于图2所示的测量光谱选择的第一数目的波长点的一个示例300。如图3的大空心圆点所示，第一数目的波长点的示例300包括6个波长点，分别为测量光谱的两个端点(即300nm和 800nm)、α光谱的最大值和最小值对应的2个波长点和β光谱的最大值和最小值所对应的2个波长点。从小到大将6个波长点依次排序作为第一数目的波长点的集合λ′。集合λ′对应的离散光谱可以表达为Sp＝[S(λ′λ′λ′1),S(2),…,S(6)]。[0052]根据方法100，在框130中，基于第一数目的波长点，通过插值获得与测量波长点集合对应的拟合光谱(称为第一拟合光谱)。例如，OCD测量设备利用已采样的第一数目的波长点所对应的离散谱值(来自测量光谱)，对测量光谱对应的所有波长点进行插值，可以得到相应的拟合光谱。插值模型可以包括但不限于线性插值和有理分式插值等。以采用有理分式插值为例，第一拟合光谱形式可以为：
[0053]
其中，系数[a0,a1,…,ap]和[b1,b2,…,bq]可以由第一数目的波长点集合λ′所对应的测量光谱的值计算得到，p和q是两个指数，可以设定p+q-1＝M，其中M表示当前已采样的波长点数，即第一数目。在图3所示的示例中，M＝6。[0055]在图3中，还用黑色实线示出了通过线性插值所得到的第一拟合光谱S′(λ)。[0056]在方法100的框140中，计算测量光谱S(λ)和第一拟合光谱S′(λ) 之间的误差，并判断该误差是否超过阈值。具体而言，响应于第一拟合光谱与测量光谱之间的误差(称为第一误差)小于阈值(称为第一阈值)，基于第一数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸。误差的计算包括但不限于计算两条光谱之间的均方差，
如果第一误差χ小于例如0.001的第一阈值，则输出已找到的第一数目的波长点作为最佳波长采样点集合。以这种方式，基于测量光谱，自动找到了用于计算理论光谱的合适数目的波长点。第一阈值可以根据但不限于用光谱测量的信噪比来获取，例如与测量光谱的信噪比相当。
[0058]根据OCD测量原理，最终需要的理论光谱和测量光谱是相同的，那么理论光谱的合适波长采样点集合和测量光谱的合适波长采样点集合是一样的。因此，只需要对合适波长采样点集合进行理论光谱的计算，而对其他波长点的插值计算可采用与拟合测量光谱一样的模型。
[0059]根据一个示例，基于第一数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸包括：针对第一数目的波长点，使用严格耦合波分析，计算理论光谱的光谱值；针对测量波长点集合的除了第一数目的波长点外的其它波长点，使用所计算的光谱值通过插值来获得理论光谱的光谱值，其中用于获得理论光谱的插值模型与用于获得第一拟合光谱的插值模型相同；以及将理论光谱与测量光谱进行比较，以确定半导体器件的光学关键尺寸。[0060]在方法100的框150中，如果第一误差χ超过例如0.001的第一阈值，则说明当前的波长采样点过少，需要增加波长点数目。具体而言，响应于第一误差大于第一阈值，从测量
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[0054]
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波长点集合中选择第二数目的波长点，其中第二数目大于第一数目；基于第二数目的波长点，通过插值获得与测量波长点集合对应的拟合光谱(称为第二拟合光谱)；以及响应于第二拟合光谱与测量光谱之间的误差(称为第二误差)小于第一阈值，基于第二数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸。
[0061]作为增加波长点数目的一个示例，可以向第一数目的波长点添加另一波长点，以得到第二数目的波长点。该另一波长点可以是第一拟合光谱与测量光谱的光谱值之差最大时的波长点。两个光谱点之间的误差计算包括但不限于计算两点之间的光谱值的差异。两条光谱的第i个波长点对应的误差可以表达为δλ(λ遍历测量光谱的所有波i＝|S(i)-S′i)|。长点，取对应误差最大的波长点作为新的波长采样点。即，可以选择δδδδc＝max[1,2,…,N]所对应的λ其中c作为新的波长采样点加入到第一数目的波长点中，
作为增加波长点数目的另一示例，可以采用分段拟合的方法，以加速寻找用于计算理论光谱的合适数目的波长点。
[0063]图4示出了根据本公开的实施例的分段拟合的方法400的流程图。在框410中，可以将第一数目的波长点划分成多个子集。可以将第一数目的波长点的集合λ′按顺序分成若干子集。要求子集的选取为在集合λ′中连续取点，且两个不同子集之间除了头尾两个波长点(端点)，其他波长点不重叠。例如，一个子集可以包含仅两个波长点。假设第一数目的波长点的集合为λ′＝{λ′λ′λ′其中M 表示当前采样点集合共有M个波长点。子集的数1,2,…,M}，目最多为M-1个，即λ′＝{λ′λ′λ′λ′λ′λ′λ′λ′λ′其对应1,2,…,M}＝{[1,2],[2,3],…,[M-1,M]}。的测量光谱也将分为M-1段，λ＝[λλλλλ1,2,…,M-1]且第i段的波长范围可以表达为i＝[i1,λλ其中λλ′λλ′im代表第i个波段的测量光谱的波长点有m个。i2,…,im]，i1＝i、im＝i+1，[0064]在框420中，基于多个子集中的子集，针对测量波长点集合的与子集的波段对应的部分，通过插值获得拟合光谱(称为第三拟合光谱)。OCD测量设备可以按顺序对子集中波长点对应的离散光谱建模得到其拟合光谱曲线。第i个波长采样点子集可以表达为λ′i＝{λ′λ′λ′对应的离散光谱为i1,i2,…,im}，
建模获取其拟
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合光谱(即第三拟合光谱)为S′λλλ′其中λλ′λ′i＝S′i(i)＝fi(i,i)，i表示波长范围在i1和im之间的测量光谱对应的波长点集合，fi表示对应第i个子集的插值拟合模型。作为替代，对多个子集的处理可以并行执行，以加速计算。
[0065]计算与子集对应的第三拟合光谱和相应测量光谱部分之间的误差(称为第三误差)，并且判断该第三误差是否超过例如0.001的阈值(称为第二阈值)。若第三误差没有超过第二阈值，则说明该子集对应的波长采样点已经足够，无需增加波长采样点。若第三误差超过第二阈值，则说明该子集对应的波长采样点不够，需要增加波长采样点。与上述第一阈值类似，第二阈值也可以基于测量光谱的信噪比。[0066]在框430中，响应于第三拟合光谱和测量光谱的与子集的波段对应的部分之间的第三误差大于第二阈值，向子集中添加波长点，其中第二数目的波长点包括第一数目的波长点和所添加的波长点。例如，可以找到该子集中拟合光谱值和测量光谱值差异(光谱值对应误差δ)最大的波长点，作为该子集中新增加的波长采样点。[0067]可以针对每个子集，执行如上所述的获得拟合光谱、判断误差大小和向子集中添加波长点的动作。例如，在如上所述的第一数目的波长点的集合为λ′＝{λ′λ′λ′1,2,…,M}、
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子集数目为M-1个的情况下，可以从i＝1到i＝M-1依次计算每段波长范围内拟合光谱和测量光谱的误差，即
并判断该误差是否超过第二阈值。第二
数目的波长点可以是第一数目的波长点和向所有子集中添加的波长点的总和。通过拟合光谱和测量光谱之间的分段插值，加速减小了拟合光谱和测量光谱之间的误差。
[0068]图5示出了在图3所示的第一数目波长点的基础上获得的第二数目的波长点的一个示例500。如图5中所示，空心带交叉线的点表示新添加的波长采样点。
[0069]如果与第二数目的波长点对应的第二拟合光谱与测量光谱之间的第二误差仍然超过第一阈值，则继续向第二数目的波长点中添加波长点，直至拟合光谱与测量光谱之间的误差小于第一阈值。在拟合光谱与测量光谱之间的误差小于第一阈值时的波长采样点集合即为用于计算理论光谱的合适数目的波长点。
[0070]图6示出了用于计算理论光谱的合适数目的波长点的一个示例 600。图6中的空心点即为与图2所示的测量光谱对应的合适波长采样点集合，总共有33个点，其拟合光谱和测量光谱的误差小于阈值 0.001。[0071]综上，所测得的测量光谱可以表达为S＝S(λ)，其中λ是测量光谱的测量波长点集合，即λ＝{λλλN表示测量光谱总共有N 个波长点。以自适应的方法对测量光谱进1,2,…,N}，行采样，其对应采样的波长点集合表示为λ′＝{λ′λ′λ′M表示总共有M个波长采样1,2,…,M}，点，且
根据已采样的波长点对测量光谱对应的所有波长点进行插值得到相应的拟
合光谱S′＝S′(λ)＝f(λ,λ′)，其中f(λ,λ′)为插值模型。可以确定拟合光谱与测量光谱之间的误差。开始随着采样点λ′的增多，即随着M的增大，两条光谱之间的误差会越来越小。而当采样点足够多时，两条光谱之间的误差趋于稳定，可以称此时的λ′为合适波长采样点集合。[0072]通过方法100的以上动作，可以基于测量光谱快速自动地确定用于计算理论光谱的合适数目的波长点。其中，第一阈值和第二阈值可以相等，也可以不相等。阈值可以但不限于用光谱测量的信噪比来获取，例如第一阈值可以与整条测量光谱的信噪比相当，第二阈值可以与相应波长点子集的波长范围内的测量光谱的信噪比相当。[0073]通过这种方式，采用最少数量的合适波长采样点集合来计算理论光谱。即，实现了光谱的不失真，又使得波长点采样没有过密。保证了计算资源的不浪费，可以让更多的计算资源去描述需要测量的半导体器件的形貌，可以加快后续对理论光谱的处理速度，也可以在相同的计算资源下获取更宽的波长范围的光谱。从而，增加半导体光学测量的能力，如对高k材料的测量。[0074]此外，在方法100的框160中，响应于另一半导体器件具有与半导体器件相同的形貌，基于第一数目的波长点来确定另一半导体器件的光学关键尺寸。根据工艺的要求，同一工艺下生产的半导体器件的形貌是相同的，即他们的测量光谱是相似的。因此，可以认为同一工艺下生产的半导体器件的测量光谱的合适波长采样点都是一致的。换言之，可以都使用第一数目的波长点来确定光学关键尺寸。
[0075]图7示出了根据本公开的实施例的用于测量半导体器件的光学关键尺寸的另一方法700的流程图。例如，方法700可以由任何光学关键尺寸(OCD)测量设备来执行，无论是现在已知的还是未来开发的。应当理解的是，方法700还可以包括未示出的附加框和/或可以
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省略所示出的框，本公开的范围在此方面不受限制。[0076]在框710中，OCD测量设备可以确定半导体器件的形貌模型和光学测量条件。可以采集待测半导体器件的信息(例如制造工艺条件)，以理论地建立待测样品的材料分布的形貌模型。
[0077]图8示出了半导体器件的形貌模型的一个示例800。图8示出了需要测量的三个关键尺寸：中间线宽(MCD)、高度(HT)和侧壁角(SWA)。[0078]还可以采集光学测量条件。其中光学测量条件包括入射光基本信息以及光学测量的类型。入射光的基本信息包含但不限于入射光的入射方向、偏振和数值孔径信息等。光学测量的类型包括但不限于散射测量、椭偏测量、反射测量等。相应于不同的测量类型，会产生不同类型的测量光谱。[0079]在框720中，获得半导体器件的测量光谱。OCD测量设备可对半导体器件执行实际的光学测量，以采集测量光谱。[0080]在框730中，基于测量光谱，例如根据本公开的方法100，确定第一数目的波长点。该第一数目的波长点即为通过方法100确定的用于计算理论光谱的合适数目的波长点。OCD测量设备可以对测量光谱进行分析，以获取描述测量光谱的合适波长采样点集合及其插值模型。
[0081]在框740中，基于已建立的待测样品的形貌模型、光学测量条件、以及第一数目的波长点，建立理论光谱计算模型。可以使用例如严格耦合波分析的电磁场理论来建立理论光谱计算模型。可以进一步基于与第一数目波长点对应的插值模型相同的插值模型，来确定理论光谱计算模型。[0082]此外，在框750中，OCD测量设备可以基于理论光谱计算模型和测量光谱，获得半导体器件的光学关键尺寸。从而利用理论光谱计算模型获取相应测量光谱对应的光学关键尺寸测量结果。光学关键尺寸一般包括待测半导体器件的关键尺寸、膜厚、材料参数以及其他参数。[0083]利用理论光谱计算模型获取相应测量光谱对应的测量结果的方法一般包括回归分析和/或建库匹配。回归分析即找寻形貌模型所对应的理论光谱和测量光谱之间匹配程度的关系，以回归分析的方法得到与测量光谱最佳匹配的光谱所对应的形貌模型，最终得到待测样品的特征参数的值。建库匹配即建立理论光谱数据库并在其中找到与测量光谱最佳匹配的光谱和与之对应的形貌模型，最终得到待测样品的特征参数的值。
[0084]图9示出了根据本公开的实施例的用于测量半导体器件的光学关键尺寸的设备900的框图。
[0085]如图9所示，设备900可以包括第一获得模块910，用于获得半导体器件的测量光谱以及测量光谱的测量波长点集合。设备900还可以包括第一选择模块920，用于从测量波长点集合中选择第一数目的波长点。设备900还可以包括第二获得模块930，用于基于第一数目的波长点，通过插值获得与测量波长点集合对应的第一拟合光谱。此外，设备900还可以包括第一确定模块940，用于响应于第一拟合光谱与测量光谱之间的第一误差小于第一阈值，基于第一数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸。[0086]在一些实施例中，设备900还可以包括：第二选择模块，用于响应于第一误差大于第一阈值，从测量波长点集合中选择第二数目的波长点，其中第二数目大于第一数目；第三
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获得模块，用于基于第二数目的波长点，通过插值获得与测量波长点集合对应的第二拟合光谱；以及第二确定模块，用于响应于第二拟合光谱与测量光谱之间的第二误差小于第一阈值，基于第二数目的波长点来确定半导体器件的光学关键尺寸。[0087]在一些实施例中，第二选择模块可以包括：第一添加子模块，用于向第一数目的波长点添加另一波长点，以得到第二数目的波长点，其中另一波长点是第一拟合光谱与测量光谱的光谱值之差最大时的波长点。[0088]在一些实施例中，第二选择模块可以包括：划分子模块，用于将第一数目的波长点划分成多个子集；第一获得子模块，用于基于多个子集中的子集，针对测量波长点集合的与子集的波段对应的部分，通过插值获得第三拟合光谱；以及第二添加子模块，用于响应于第三拟合光谱和测量光谱的与子集的波段对应的部分之间的第三误差大于第二阈值，向子集中添加波长点，其中第二数目的波长点包括第一数目的波长点和所添加的波长点。[0089]在一些实施例中，第一确定模块940可以包括：计算子模块，用于针对第一数目的波长点，使用严格耦合波分析，计算理论光谱的光谱值；第二获得子模块，用于针对测量波长点集合的除了第一数目的波长点外的其它波长点，使用所计算的光谱值通过插值来获得理论光谱的光谱值，其中用于获得理论光谱的插值模型与用于获得第一拟合光谱的插值模型相同；以及比较子模块，用于将理论光谱与测量光谱进行比较，以确定半导体器件的光学关键尺寸。
[0090]在一些实施例中，第一数目的波长点包括测量光谱的端点和极值点所对应的波长。
[0091]在一些实施例中，第一阈值和/或第二阈值基于测量光谱的信噪比。[0092]在一些实施例中，子集的波长点是连续的，并且不同子集的除端点外的其它波长点不重叠。
[0093]在一些实施例中，设备900还可以包括：第三确定模块，用于响应于另一半导体器件具有与半导体器件相同的形貌，基于第一数目的波长点来确定另一半导体器件的光学关键尺寸。
[0094]图10示出了根据本公开的实施例的用于测量半导体器件的光学关键尺寸的另一设备1000的框图。如图10所示，设备1000可以包括第一确定模块1010，用于确定半导体器件的形貌模型和光学测量条件。设备1000还可以包括第一获得模块1020，用于获得半导体器件的测量光谱。设备1000还可以包括第二确定模块1030，用于基于测量光谱，根据图1所示的方法100，确定第一数目的波长点。设备 1000还可以包括第三确定模块1040，用于基于形貌模型、光学测量条件、以及第一数目的波长点，确定理论光谱计算模型。此外，设备1000还可以包括第二获得模块1050，用于基于理论光谱计算模型和测量光谱，获得半导体器件的光学关键尺寸。
[0095]在一些实施例中，设备1000的第三确定模块1040可以包括确定子模块，用于进一步基于与用于获得第一拟合光谱的插值模型相同的插值模型，确定理论光谱计算模型。[0096]出于清楚的目的，在图9和图10中没有示出设备900和设备 1000的某些可选模块。然而，应当理解，上文参考图1-8所描述的各个特征同样适用于设备900和设备1000。而且，设备900和设备 1000的各个模块可以是硬件模块，也可以是软件模块。例如，在某些实施例中，设备900和设备1000可以部分或者全部利用软件和/ 或固件来实现，例如被实现为包含
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在计算机可读介质上的计算机程序产品。备选地或附加地，设备900和设备1000可以部分或者全部基于硬件来实现，例如被实现为集成电路(IC)、专用集成电路 (ASIC)、片上系统(SOC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。本公开的范围在此方面不受限制。
[0097]传统方案中从测量波长点集合中等间隔取81个波长点进行建库匹配，而在本公开中，如图6所示，利用所获取的33个波长采样点集合进行建库匹配。由于本公开中波长点的优化取样，使得计算时间小于传统时间的一半。以中间线宽(MCD)测量结果为例，下面的表1分别是传统方案测量结果和本公开方案的结果，测量结果基本相同。因此本公开在对测量结果没有影响的情况下，节约了至少一半的计算资源和计算时间。[0098]表1
[0099]
MCD(nm) 本公开方案 传统方案 δ％
样品1 46.25 46.30 0.12％
样品2 47.26 47.30 0.08％
样品3 46.30 46.33 0.07％
样品4 48.09 48.11 0.03％
样品5 46.52 46.54 0.05％
样品6 48.04 48.06 0.06％
样品7 48.49 48.53 0.09％
样品8 48.21 48.24 0.08％
相比对传统方法，本公开通过对测量光谱的分析，以自适应的方法自动选择理论光谱的波长采样点集合，既不会导致光谱失真，也避免对波长过采样而导致计算资源浪费。同时也可以让更多的计算资源使用在对结构的描述上，使得OCD测量可以获取更多结构信息。本公开可在保证计算精度的同时，提高计算资源的利用率，有效节约时间和人力成本。针对当前半导体制造中的大量测试，这是特别有利的，有助于提高生产效率。[0101]附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个框、以及框图和/或流程图中的框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。[0102]以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
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