[发明专利]一种角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法

说明书

本发明属于系统参数校准相关技术领域，其公开了一种角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法，包括以下步骤：(1)通过角分辨式散射测量系统对标准薄膜进行测量以得到物镜后焦面实测图像；同时，建立、包含物镜偏振效应的系统仿真模型，并以该标准薄膜为样品，通过系统仿真模型生成物镜后焦面仿真图像；(2)基于样品的椭偏参数系统方程、物镜后焦面实测图像及物镜后焦面仿真图像计算得到实测及理论多入射角椭偏参数；(3)基于物镜偏振效应传递矩阵来确定物镜椭偏参数求解方程，进而求解得到物镜多入射角椭偏参数，以完成角分辨式散射测量系统中物镜偏振效应的原位校准。本发明够有效降低因仪器中物镜偏振效应误差引起的测量误差。

技术领域

本发明属于系统参数校准相关技术领域，更具体地，涉及一种角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法。

背景技术

散射场测量是一种面向集成电路制造的在线检测技术，随着芯片节点不断缩小而受到日益广泛的关注。根据国际半导体技术路线图的指导，4nm甚至更高规格的半导体器件即将量产，意味着半导体器件的结构愈加复杂，关键尺寸及套刻愈加趋近光学成像的分辨率极限。传统光学临界尺寸(optical critical dimension，OCD)测量常采用原子力显微镜、扫描电镜等测量方案，这些方案具有样品破坏性测量、效率低、成本高及使用环境严苛等缺点。光学散射场测量是一种新颖的基于模型的光学测量手段，具有无接触、非破坏、效率高、成本低且不受阿贝衍射极限限制等优点，是一种适用于先进技术节点工艺半导体芯片制造的光学临界尺寸测量方案。

散射仪作为散射场测量主要设备，也是光学临界尺寸测量中的一种重要的仪器、相较于传统光学散射仪器单次测量只能获得单入射角、单方位角配置下的测量信息，角分辨散射仪的物镜后焦面上每一个点都可视为一个点光源，经物镜偏析后形成不同的入射角、方位角与偏振态。因此单次测量可以获得多入射角(角度范围取决于物镜数值孔径)和全方位角下的反射率信息，更有利于样品形貌结构参数表征。作为光学散射测量仪器之一，角分辨散射仪因其非破坏性、高灵敏度和高效率等优点，在亚波长纳米结构参数测量中获得了越来越广泛的应用。

角分辨式散射仪中通常选用高数值孔径(Numerical Aperture,NA)物镜用于产生会聚的照明光斑，并收集样品散射场信号。为提高测量灵敏度，探测光通常被调制为特定偏振态的线偏振光，经过物镜会聚、样品反射与物镜收集后的出射信号光也将是偏振光。在实际仪器中，物镜的数值孔径越大亦即物镜的出射角或者入射角越大时，光束通过物镜时非正入射现象越明显，其偏振效应对出射信号光的光强分布影响越大，即物镜偏振效应具有显著的入射角依赖性。物镜偏振效应的存在影响纳米结构参数测量准确度，以不同偏振态光束对同一待测样品进行测量时，测量结果无法保持良好的一致性。此外，物镜的偏振效应除与物镜本体光学特性有关系外，其在仪器中安装固定时所产生的残余应力也会影响物镜的偏振效应。因此，有必要提出一种面向角分辨式散射仪的快速、准确的物镜偏振效应原位校准方案。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法，其通过对标准样品进行仿真与实验测量，得到后焦面仿真与实验图像，在图像平面上建立笛卡尔坐标系并计算每一像素点所对应入射角与方位角，筛选某一入射角方位内像素点，将其对应光强数值按照方位角由小到大排列，形成一周期信号，对周期信号进行频域分析，得到各频率处的幅值系数，将幅值系数代入椭偏参数系数方程可以获取理论椭偏参数与实验椭偏参数，利用理论椭偏参数与实验椭偏参数进行匹配分析即可获得物镜椭偏参数，将所校准结果代入含物镜偏振效应的系数模型，能够有效降低因仪器中物镜偏振效应误差引起的测量误差。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种角分辨式散射仪中物镜偏振效应的原位校准方法，所述校准方法主要包括以下步骤：

(1)提供角分辨式散射测量系统，并通过所述角分辨式散射测量系统对标准薄膜进行测量以得到物镜后焦面实测图像；同时，建立该角分辨式散射测量系统的、包含物镜偏振效应的系统仿真模型，并以该标准薄膜为样品，通过所述系统仿真模型生成物镜后焦面仿真图像；