本发明专利技术属于半导体制造中的套刻误差测量领域，具体涉及一种基于穆勒矩阵的纳米结构套刻误差提取方法。本发明专利技术采用穆勒矩阵矩阵对角线上的M13和M31元素，或者M23和M32元素的线性组合分别直接拟合得到一条直线，利用该拟合直线可直接根据测量穆勒矩阵元素得到套刻误差。该方法可以实现不同周期下一维套刻结构套刻误差的快速、准确提取。本发明专利技术方法可以实现一维套刻结构的套刻误差的快速、准确提取。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体制造中的套刻误差测量领域，具体涉及一种基于穆勒矩阵的纳米结构套刻误差提取方法。
技术介绍
在半导体制造领域，套刻是一种常见的工艺。通过将两层或多层光栅(或膜系)按照一定的标记堆叠起来，即成为一个典型的套刻结构。然而，由于工艺上的变化因素，套刻结构中上下两层结构的真实偏移量大小往往和理论设计偏移量大小存在着一定的偏差，该偏差即为套刻误差。套刻误差过大，将直接导致相关器件的功能失效。因此，在实际工艺生产线上需要对套刻误差进行实时测量。目前对套刻误差进行测量的方式或设备包括扫描电子显微镜、原子力显微镜和透射电子显微镜。然而，这些测量设备或多或少地存在着各种缺点，如对测量样件的破坏性、时间消耗大、难以集成到工艺线上等。因此，具有非破坏性、测量迅速和易于集成等优点的基于光学的套刻误差测量方法近些年来被广泛地加以研究，而其中最具代表性的是基于散射光学的测量技术。在基于散射光学的套刻误差测量中，需要首先利用正向光学特性建模程序对套刻结构进行光学特性仿真，获取仿真光谱，仿真光谱可以是反射率、椭偏参数或者穆勒矩阵的形式；再利用逆向参数求解算法来对测量光谱和仿真光谱进行比对，二者相似度最高的一组仿真光谱对应的仿真套刻结构参数值即被认为是真实的套刻结构参数值。在逆向参数求解过程中，采用的逆向参数求取方法可分为非线性回归法和库匹配方法，前者需要多次进行迭代求解，对于复杂的套刻结构来说，往往需要消耗大量的时间，而库匹配方法的耗时主要在于一个搜索过程，然而，库匹配方法需要预先建立一个庞大的光谱数据库。为了有效克服这两种参数提取方式的缺点，国外有学者提出了基于经验的套刻误差提取方法，如韩国三星电子的金永南等人提出的一种测量三维复杂套刻结构套刻误差的基于穆勒矩阵非对角元素的线性经验提`取方法(Y. N. Kim et al.，Opt. Express, Vol. 17(23),pp. 21336-21343，2009)，美国nanometrics公司李洁等人提出的一种测量一维套刻结构套刻误差的基于穆勒矩阵非对角元素的经验提取方法(J. Li et al.，Proc. SPIE，Vol. 7638，pp. 78382C1-78382C10)。利用这些基于经验的方法，可以快速地提取出套刻结构的套刻误差值，并且避免了建立庞大耗时耗资源的光谱数据库。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法可以实现具有不同周期大小的套刻结构套刻误差的快速、准确提取。本专利技术提供的，包括下述过程第I步确定套刻偏移量的取值范围，设定为-Λ/2 Λ/2，A为套刻样件的周期大小；第2步将范围-Λ/2 Λ/2等距离散成M个点，对每个点利用正向建模程序计算对应额穆勒矩阵，则M个套刻偏移量值分别对应着M个不同的穆勒矩阵，即有套刻偏移量集合{。1，。2，· · ·，0M}；第3步对套刻偏移量集合IO1, O2, , OJ中的M个套刻偏移量值分别对应着的M个不同的穆勒矩阵中M13、M31、M23和M32元素在所有波长点下的值求和，和值分别记为SM13、SM31、SM23 和 Sm32O 则得到可以得到 M 个 SM13、SM31、SM23 和 Sm32，将 Sm13 与 Smi 一一对应相加，将Sm23和Sm32 —一对应相加，则可以得到两个集合{SU+S: S2M13+S2M31，. . .，SMM13+SMM31}和(S1m2JS1m32, S2M23+S2M32，· · ·，SmM23+SmM32}；第4 步将集合 IO1, 02，. . .，OJ 和(S1miJS1m31, S2M13+S2M31，, SMM13+SMM31}中每一元素一一对应组成 M 个点{(O1, S1miJS1m31)，(02, S2M13+S2M31)，…，(0M, SMM13+SMM31) I，在笛卡尔坐标系中描绘这些点并一一连接起来，可以发现有一段直线区间，分别记为L 13+M31，这段直线在X坐标上对应的线性范围分别为Amim311 ΛΜ13+Μ312。同样地，将集合IO1, O2, , 0Μ}和 IS1m2^S1m32, S2M23+S2M32，· · ·，SmM23+SmM32}中每一元素一一对应组成 M 个点{(O1, S1m2^S1m32)，(02, S2M23+S2M32)，. . .，(0M, Smm2^Smm32M，在笛卡尔坐标系中描绘这些点并一一连接起来，可以得到另一段直线，记为Lm2m32，确定这段线性区间在X坐标上对应的线性范围，即Am2^321 A 2 .^ M23+M32 第5步设计并制作具有某一名义偏移量Om的套刻样件。需要保证设计套刻偏移量处于范围 A M13+M31 A M13+M31 ^ M23+M32 M23+M32 的任意一个之中；第6步对套刻样件测量其穆勒矩阵，分别计算M13、M31、M23和M32元素中所有波长点下的值之和，分别记作SmMM13，SmeaffiI > 和SmeaM32 ；第7步首先利用SmeaM13+SmeaM31值在直线段LM13+M31上找到对应的点，找到的点坐标记为(o;ea, smeaM13+smeaM31)，Ora即为真实偏移量值Oreal。或者利用值在直线段LM23+M32上找到对应的点，找到的点坐标记为(0广％ smeaK,+smeam2)，O2-即为真实偏移量值 real。第8步用真实偏移量值Oreal减去名义设计的偏移量值0_，即可得到套刻误差δ。本专利技术在穆勒矩阵的基础上，提出了一种针对一维套刻结构套刻误差的提取方法。该方法利用穆勒矩阵非对角线上的Μ13和Μ31元素，或者Μ23和Μ32元素分别拟合得到了一段线性区间，利用该线性区间可以直接得到套刻误差值。该方法可以实现不同周期下一维套刻结构套刻误差的快速、准确提取。本专利技术方法可以实现一维套刻结构的套刻误差的快速、准确提取。附图说明图1是典型的一维套刻结构示意图；图2是穆勒矩阵测量原理示意图；图3是仿真得到的近似拟合直线。具体实施例方式基于散射光学的套刻误差测量方法是目前一种比较前沿的研究领域。具体地，基于散射光学的纳米结构特征尺寸测量方法又可以分为反射率测量法、椭偏参数法和穆勒矩阵法。其中，由于穆勒矩阵相对于反射率和椭偏参数包含了更为丰富的样件信息，因此在套刻误差测量领域获得了越来越多的研究。本专利技术采用穆勒矩阵矩阵对角线上的M13和M31元素，或者M23和M32元素的线性组合分别直接拟合得到一条直线，利用该拟合直线可直接根据测量穆勒矩阵元素得到套刻误差。下面将结合套刻误差测量实例更加详细地说明本专利技术。本专利技术的内容适用于不同周期级别以下一维套刻误差的测量领域。本专利技术的具体实现步骤如下(I)确定套刻偏移量的取值范围，设定为-Λ/2 Λ/2，A为套刻样件的周期大在本套刻测量实例中，套刻样件的周期Λ被设定为O. 5μπι，套刻偏移量即为-O. 25 O. 25 μ m。(2)将第⑴步中的范围-Λ/2 Λ/2等距离散成M个点，即有套刻偏移量集合IO1, O2, ... , 0Μ}。对每个点利用正向建模程序计算对应的穆勒矩阵，则M个套刻偏移量值分别对应着M个不同的穆勒矩阵。一般情况下，M的值越大，则后续拟合得到的直线准确度越高。并且本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于穆勒矩阵的套刻误差提取方法，包括下述过程：第1步确定套刻偏移量的取值范围，设定为?Λ/2～Λ/2，Λ为套刻样件的周期大小；第2步将范围?Λ/2～Λ/2等距离散成M个点，对每个点计算对应额穆勒矩阵，则M个套刻偏移量值分别对应着M个不同的穆勒矩阵，即有套刻偏移量集合{O1，O2，...，OM}；第3步对套刻偏移量集合{O1，O2，...，OM}中的M个套刻偏移量值分别对应着的M个不同的穆勒矩阵中M13、M31、M23和M32元素在所有波长点下的值求和，和值分别记为SM13、SM31、SM23和SM32；则得到M个SM13、SM31、SM23和SM32，将SM13与SM31一一对应相加，将SM23和SM32一一对应相加，则得到两个集合{S1M13+S1M31，S2M13+S2M31，...，SMM13+SMM31}和{S1M23+S1M32，S2M23+S2M32，...，SMM23+SMM32}；第4步将集合{O1，O2，...，OM}和{S1M13+S1M31，S2M13+S2M31，...，SMM13+SMM31}中每一元素一一对应组成M个点{(O1，S1M13+S1M31)，(O2，S2M13+S2M31)，...，(OM，SMM13+SMM31)}，在笛卡尔坐标系中描绘这些点并一一连接起来，找到一段直线区间，分别记为LM13+M31，这段直线在x坐标上对应的线性范围分别为ΛM13+M311～ΛM13+M312；同样地，将集合{O1，O2，...，OM}和{S1M23+S1M32，S2M23+S2M32，...，SMM23+SMM32}中每一元素一一对应组成M个点{(O1，S1M23+S1M32)，(O2，S2M23+S2M32)，...，(OM，SMM23+SMM32)}，在笛卡尔坐标系中描绘这些点并一一连接起来，得到另一段直线，记为LM23+M32，确定这段线性区间在x坐标上对应的线性范围，即ΛM23+M321～ΛM23+M322；第5步设计并制作具有某一名义偏移量Onom的套刻样件，并使设计套刻偏移量处于范围ΛM13+M311～ΛM13+M312或ΛM23+M321～ΛM23+M322的任意一个之 中；第6步对套刻样件测量其穆勒矩阵，分别计算M13、M31、M23和M32元素中所有波长点下的值之和，分别记作SmeaM13，SmeaM31、SmeaM23和SmeaM32；第7步首先利用SmeaM13+SmeaM31值在直线段LM13+M31上找到对应的点，找到的点坐标记为(O1mea，SmeaM13+SmeaM31)，O1mea即为真实偏移量值Oreal。或者利用SmeaM23+SmeaM32值在直线段LM23+M32上找到对应的点，找到的点坐标记为(O2mea，SmeaM23+SmeaM32)，O2mea即为真实偏移量值Oreal；第8步用真实偏移量值Oreal减去名义设计的偏移量值Onom，即得到套刻误差δ。...
【技术特征摘要】
1. 一种基于穆勒矩阵的套刻误差提取方法，包括下述过程 第I步确定套刻偏移量的取值范围，设定为-A/2 A/2，A为套刻样件的周期大小；第2步将范围-A/2 A/2等距离散成M个点，对每个点计算对应额穆勒矩阵，则M个套刻偏移量值分别对应着M个不同的穆勒矩阵，即有套刻偏移量集合IO1, O2, , 0M}；第3步对套刻偏移量集合IO1, O2, , 0M}中的M个套刻偏移量值分别对应着的M个不同的穆勒矩阵中M13、M31、M23和M32元素在所有波长点下的值求和，和值分别记为SM13、Sm31、Sm23 和 Sm32 ;则到 M 个 Sm13、Sm31、Sm23 和 Sm32，将 Sm13 与 Sm31 '~*■ ~■对应相加，将 Sm23 和Sm32——对应相加，则得到两个集合(S1m^S1m31, S2M13+S2M31，...，SMM13+SMM31}和(S1m2JS1m32, 第 4 步将集合 IO1, 02，. . .，OJ 和(S1miJS1m31, S2M13+S2M31，. . .，SMM13+SMM31}中每一元素——对应组成 M 个点 KO1, S1miJS1m31)，(02, S2M13+S2M31)， ，(0M, SMM13+SMM31)}，在笛卡尔坐标系中描绘这些点并一一连接起来，找到一段直线区间，分别记为LM13+M31，这段直线在X坐标上对应的线性范围分别为Amim311 AM13+M31...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘世元，朱金龙，董正琼，石雅婷，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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