一种纳米结构三维形貌测量方法及装置

摘要

本发明公开了一种纳米结构三维形貌测量方法及其装置，可以同时测量纳米结构线宽、深度、侧墙角、线缘粗糙度、线宽粗糙度等三维形貌参数的方法及装置。本发明方法步骤如下：将波长为紫外到近红外波段的光束经分光、起偏、前后相位补偿得到的椭圆偏振光投射到待测；采集待测结构表面反射零级衍射信号，计算得到纳米结构测量穆勒矩阵；将测量穆勒矩阵与理论穆勒矩阵进行匹配，提取得到待测纳米尺寸结构的三维形貌参数值。本发明所提供的纳米结构三维形貌参数测量装置，能为基于图形转移的批量制造方法如光刻和纳米压印等工艺中所涉及的一维和二维亚波长周期性结构，提供一种非接触、非破坏性、低成本、快速测量手段。

主权项

一种纳米结构三维形貌测量方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：第1步将波长为紫外到近红外波段范围的入射光束经过光谱分光、起偏、前相位补偿后，得到椭圆偏振光束，投射到包含纳米结构的待测结构表面；第2步椭圆偏振光束经样件表面反射后，再经过后相位补偿、检偏后利用探测器检测得到零级衍射；通过连续调节前相位补偿和后相位补偿，从而改变入射椭圆偏振光束偏振态，测量得到不同偏振态下的零级衍射光强；第3步利用第2步测量得到的零级衍射光强，计算得到纳米结构的测量穆勒矩阵；第4步改变入射光束的入射角和方位角，重复第1步～第3步，得到不同入射角和方位角配置的测量穆勒矩阵；第5步仿真计算被测纳米结构的理论穆勒矩阵；第6步利用第5步得到的理论穆勒矩阵，对不同参数下的被测纳米结构进行仿真分析，计算其对应的理论穆勒矩阵，通过傅里叶幅度灵敏度检验扩展法进行全局灵敏度分析，对测量条件及输入参数进行采样计算，获得测量条件变化时，理论穆勒矩阵的输出结果对输入参数的一次灵敏度及集总灵敏度，所述测量条件包括波长λ，入射角θ和方位角ψ，输入参数是指待测纳米结构三维形貌参数；通过对比不同采样方案下的灵敏度值，找出灵敏度值最高的测量条件，实现测量条件的最优化配置；在测量条件的最优化配置下，再采用上述傅里叶幅度灵敏度检验扩展法，计算并分析在上述测量条件下，理论穆勒矩阵的输出结果对被测纳米结构各形貌参数的灵敏度值，从中选出对各形貌参数变化最为灵敏的穆勒矩阵元素；第7步将测量得到的穆勒矩阵元素与对各形貌参数变化最为灵敏的穆勒矩阵元素进行匹配，从而提取出待测纳米级结构的形貌参数值。