納米結(jié)構(gòu)光學(xué)散射測量中的形貌重構(gòu)方法研究.pdf

1、憑借快速、非破壞、低成本等特性，光學(xué)散射儀已經(jīng)被廣泛運(yùn)用在集成電路制造工藝線上的納米結(jié)構(gòu)幾何形貌關(guān)鍵尺寸(CD,Critical Dimension)測量中。光學(xué)散射測量本質(zhì)上是一種基于模型的技術(shù)，該技術(shù)通過將理論光譜與待測納米結(jié)構(gòu)測量光譜不斷比對來找出最優(yōu)的幾何形貌參數(shù)值。因此，光學(xué)散射測量技術(shù)成功與否除了依靠納米結(jié)構(gòu)正向光學(xué)建模算法之外，更為重要地依賴于有關(guān)逆問題的求解過程。當(dāng)前，針對散射測量逆問題，往往簡單地將其轉(zhuǎn)化為一個在理想幾

2、何模型下的最小二乘評價函數(shù)優(yōu)化問題，而并未考慮工藝線上的變化因素和光譜測量過程中多種測量誤差對該優(yōu)化問題的影響。
　　本學(xué)位論文正是以此為出發(fā)點，提出納米結(jié)構(gòu)光學(xué)散射測量中的形貌重構(gòu)方法研究，將重點開展納米結(jié)構(gòu)幾何形貌識別、魯棒參數(shù)提取算法和魯棒測量不確定度評估等方面的探索。本文主要研究工作和創(chuàng)新點包括：
　　提出了一種基于支持向量機(jī)的納米結(jié)構(gòu)幾何形貌識別方法，避免了傳統(tǒng)的需要利用掃描電子顯微鏡或者透射電子顯微鏡來進(jìn)行斷面制

3、樣進(jìn)而獲取納米結(jié)構(gòu)形貌幾何模型的破壞性方法。針對一維光刻膠光柵的仿真與實驗研究表明，該方法能夠獲得準(zhǔn)確的納米結(jié)構(gòu)幾何形貌識別率。
　　系統(tǒng)研究了測量光譜中的非正態(tài)測量誤差對傳統(tǒng)的、基于最小二乘評價函數(shù)的優(yōu)化方法和庫匹配方法造成的準(zhǔn)確度影響。分別提出了基于數(shù)據(jù)約化思想和基于魯棒統(tǒng)計原理的非線性優(yōu)化算法，突破了正態(tài)統(tǒng)計假設(shè)框架，實現(xiàn)了更高準(zhǔn)確度的典型納米結(jié)構(gòu)幾何形貌參數(shù)提取結(jié)果。在所提出的非線性優(yōu)化算法基礎(chǔ)上，針對傳統(tǒng)的庫匹配方法進(jìn)行

4、了改進(jìn)，分別提出了基于數(shù)據(jù)約化修正的和基于魯棒統(tǒng)計修正的快速庫匹配方法，從而為所提理論與方法在半導(dǎo)體工業(yè)界中的運(yùn)用鋪平了道路。
　　在傳統(tǒng)的基于正態(tài)統(tǒng)計與協(xié)方差矩陣有關(guān)理論的測量參數(shù)不確定度估計方法基礎(chǔ)上，利用所提出的數(shù)據(jù)約化方法對其進(jìn)行了修正。通過找出并剔除潛在的包含大測量誤差的數(shù)據(jù)點，獲得了更為魯棒可靠的不確定度估計結(jié)果。
　　在實驗室自主搭建的雙旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器型Mueller矩陣橢偏儀樣機(jī)基礎(chǔ)上，結(jié)合自主開發(fā)的算法軟件包，

5、對半導(dǎo)體工業(yè)中典型的光刻膠光柵、刻蝕硅光柵和各向異性深刻蝕多層光柵進(jìn)行了測量實驗分析，分別驗證了所提出的基于支持向量機(jī)的納米結(jié)構(gòu)幾何形貌識別方法、魯棒參數(shù)提取優(yōu)化算法與庫匹配方法和魯棒測量不確定度估計方法的可行性與有效性。
　　本學(xué)位論文所研究的納米結(jié)構(gòu)光學(xué)散射測量中的形貌重構(gòu)方法將為深入認(rèn)識和解釋光學(xué)散射測量技術(shù)的本質(zhì)提供一定的理論基礎(chǔ)，為提高基于光學(xué)散射儀的納米結(jié)構(gòu)測量準(zhǔn)確度與精確度提供全新的指導(dǎo)方法，并將在半導(dǎo)體納米制造中的