納米結(jié)構(gòu)光學(xué)散射測(cè)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(cè)量中。光學(xué)散射測(cè)量本質(zhì)上是一種基于模型的技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)將理論光譜與待測(cè)納米結(jié)構(gòu)測(cè)量光譜不斷比對(duì)來(lái)找出最優(yōu)的幾何形貌參數(shù)值。因此，光學(xué)散射測(cè)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(wèn)題的求解過(guò)程。當(dāng)前，針對(duì)散射測(cè)量逆問(wèn)題，往往簡(jiǎn)單地將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)在理想幾

2、何模型下的最小二乘評(píng)價(jià)函數(shù)優(yōu)化問(wèn)題，而并未考慮工藝線上的變化因素和光譜測(cè)量過(guò)程中多種測(cè)量誤差對(duì)該優(yōu)化問(wèn)題的影響。
　　本學(xué)位論文正是以此為出發(fā)點(diǎn)，提出納米結(jié)構(gòu)光學(xué)散射測(cè)量中的形貌重構(gòu)方法研究，將重點(diǎn)開展納米結(jié)構(gòu)幾何形貌識(shí)別、魯棒參數(shù)提取算法和魯棒測(cè)量不確定度評(píng)估等方面的探索。本文主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)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(shí)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(lái)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(duì)一維光刻膠光柵的仿真與實(shí)驗(yàn)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(shí)別率。
　　系統(tǒng)研究了測(cè)量光譜中的非正態(tài)測(cè)量誤差對(duì)傳統(tǒng)的、基于最小二乘評(píng)價(jià)函數(shù)的優(yōu)化方法和庫(kù)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(jì)原理的非線性優(yōu)化算法，突破了正態(tài)統(tǒng)計(jì)假設(shè)框架，實(shí)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(duì)傳統(tǒng)的庫(kù)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(jì)修正的快速庫(kù)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(jì)與協(xié)方差矩陣有關(guān)理論的測(cè)量參數(shù)不確定度估計(jì)方法基礎(chǔ)上，利用所提出的數(shù)據(jù)約化方法對(duì)其進(jìn)行了修正。通過(guò)找出并剔除潛在的包含大測(cè)量誤差的數(shù)據(jù)點(diǎn)，獲得了更為魯棒可靠的不確定度估計(jì)結(jié)果。
　　在實(shí)驗(yàn)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(duì)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(cè)量實(shí)驗(yàn)分析，分別驗(yàn)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(shí)別方法、魯棒參數(shù)提取優(yōu)化算法與庫(kù)匹配方法和魯棒測(cè)量不確定度估計(jì)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(cè)量中的形貌重構(gòu)方法將為深入認(rèn)識(shí)和解釋光學(xué)散射測(cè)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(cè)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