基于广义椭偏仪的纳米结构三维形貌参数测量理论与方法研究

广义椭偏仪在每一测量条件下都可以获得一个4×4阶的Mueller矩阵共16个参数，而且可以改变波长、入射角和方位角这3个测量条件，与传统光谱椭偏仪每次只能获得2个参数且只能改变波长和入射角这2个测量条件相比，可以获得更为丰富的测量信息。本项目以此为出发点，提出利用广义椭偏仪，面向高深宽比纳米结构，实现包括关键尺寸、线边粗糙度、线宽粗糙度、侧壁粗糙度等在内的三维形貌参数的快速、低成本、非破坏性精确测量。提出开展基于广义椭偏仪的纳米结构光学特性建模与测量机理、全局灵敏度分析与测量条件优化配置、形貌参数鲁棒提取与测量不确定度评估、以及纳米结构三维形貌参数测量实验等研究工作。着重解决纳米结构光学特性建模、测量条件优化配置、形貌参数鲁棒提取等基础理论与关键技术问题，以促进传统光学测量技术在纳米制造领域中的扩展应用，为规模化纳米制造中的在线工艺监测与优化控制提供新原理、新途径和新方法。

广义椭偏仪在每一测量条件下都可以获得一个4×4阶的Mueller矩阵共16个参数，而且可以改变波长、入射角和方位角这3个测量条件，与传统光谱椭偏仪每次只能获得2个参数且只能改变波长和入射角这2个测量条件相比，可以获得更为丰富的测量信息。本项目以此为出发点，提出利用广义椭偏仪，实现包括关键尺寸、线边粗糙度等在内的纳米结构三维形貌参数的快速、低成本、非破坏性精确测量。研究工作在基础理论、仪器研制和探索应用等方面取得了如下重要研究成果：.(1) 提出计算测量(Computational Metrology)基本思想，以广义椭偏仪纳米结构形貌参数测量为例，系统研究并解决了计算测量中的可测量性、误差分析与测量不确定度评估、测量条件优化配置、正向模型快速精确求解以及待测参数快速鲁棒提取等基础科学问题与关键技术难题。.(2) 自主研制了覆盖深紫外到红外波长范围的宽光谱广义椭偏仪原理样机，具有完全自主知识产权，光谱范围210~1000 nm，单次测量可获得全部16个Mueller矩阵元素，单点测量时间1~15 s，对标准SiO2薄膜样件重复性测量精度(1σ)优于0.005 nm，性能技术指标达到国际先进水平。.(3) 首次实现了对关键尺寸小于32 nm的电子束光刻样件、具有自然粗糙度形貌特征的光刻胶样件、以及包含残胶厚度不均匀性的纳米压印光栅样件等典型纳米结构的精确测量，表明广义椭偏仪可以集成到大批量纳米制造生产线上，特别适合于大面积纳米结构制造过程的非破坏性、在线、精确测量。