[发明专利]适用于纳米级三维形貌测量的远场矢量光学特性建模方法

说明书

技术领域

本发明属于散射光学测量技术领域，更具体地，涉及一种适用于纳米级三维形貌测量的远场矢量光学特性建模方法。

背景技术

近年来，传统的微电子集成电路(IC)与微机电系统(MEMS)加工从微米量级突破到纳米量级。随着加工尺寸的不断减小，其三维形貌参数对器件最终性能的影响也越来越显著。这些三维形貌参数不仅包括特征线宽(即关键尺寸)、周期间距、高度、侧壁角等轮廓参数，而且包含线宽粗糙度(LWR)、线边粗糙度(LER)等重要特征。由于三维形貌参数是IC制造中影响器件性能的主要特征参数，因此对三维形貌参数的准确测量及获得成为了IC制造中的关键环节。相应地，光学散射仪目前已成为IC制造工艺线上不可或缺的一种测量设备，可以实现小至22nm技术节点的关键尺寸测量。

对于基于远场的纳米结构三维形貌测量技术而言，其成功与否主要取决于正向光学特性建模和逆向参数提取这两个方面的有效性。其中由于正向光学特性建模在逆求中会被多次调用，所以快速准确的正向光学特性建模对于纳米结构三维形貌参数的准确重构起着至关重要的作用。对于穆勒矩阵椭偏仪和光学衍射层析仪这类典型的远场光学散射测量仪器而言，现有技术中已经对其正向光学特性建模方式作出了一些研究：例如，美国托莱多大学的柯林斯等人(R.W.Collins,Joohyun Koh.J.Opt.Soc.Am.A,Vol.16(8),pp.1997-2006,1999)公开了一种通过数值计算方法获得偏振光源与探测样品相互作用的0级衍射光谱，并在此基础上实现勒矩阵椭偏仪的正向光学特性建模；法国的菲涅尔研究所的YI RUAN等人(YI RUAN.3D digital imaging with tomographic diffractive microscopy,PHD thesis,Institute Fresnel UMR 7249,2012)，指出可通过计算偏振光源与探测样品相互作用之后到高NA投影物镜入瞳处的散射电磁场分布，由此实现对光学衍射层析仪的正向光学特性建模。

然而，进一步的研究表面，上述现有技术仍然存在以下的缺陷或不足：首先，其并未对探测样品近场处的电磁场分布传播到最终的探测平面的整个过程及其传播机理作出更为深入的研究，尤其是缺乏更为严格和精确的矢量光学远场建模系统的整体设计，并导致最终探测样品的三维形貌重构信息不足及丢失；其次，并未采用穆勒矩阵这一包含样品更多的偏振信息，上述现有技术中采用的设备往往是只获得0级衍射光的信息或者只获得到高NA物镜入瞳处的电场分布而没有考虑高NA物镜的一系列因素等，相应导致可获得的测量信息相对偏少；基于以上分析，对纳米级三维表面形貌检测领域而言，有必要作出进一步的研究和改进，以便更好地适用于微电子集成电路和微机电系统之类的高精度应用场合。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于纳米级三维形貌测量的远场矢量光学特性建模方法，其中通过结合纳米产品三维形貌测量与穆勒矩阵椭偏仪自身的特点，基于散射光学原理将整个建模处理过程划分为三个阶段并对其处理算法进行改进和设计，测试表明能够构建适用性更强的远场矢量光学特性建模体系，以便于操控、高灵敏度和高测量精度的方式实现对纳米级三维形貌特征的测量，并尤其适用于微电子集成电路或微机电系统之类的测量及重构应用场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种适用于纳米级三维形貌测量的远场矢量光学特性建模方法，其特征在于，该建模方法包括下列步骤：

(a)首先获得探测样品近场处的矢量电场分布E(r′)和矢量磁场分布H(r′)；将上述矢量电场分布E(r′)和矢量磁场分布H(r′)经由具备高NA物镜的偏振光学系统实现传播，由此依次执行探测样品近场处至偏振光学系统的入瞳、该入瞳至偏振光学系统的出瞳，以及该出瞳至最终的探测平面的传播过程；其中所述高NA物镜的数值孔径NA被设定为0.9～1.0；

(b)基于以下转换公式计算得出所述矢量电场分布E(r′)和矢量磁场分布H(r′)传播到所述入瞳处的矢量电场分布E(r)：