基于红外椭偏光谱的高深宽比深沟槽结构侧壁形貌参数测量方法研究

为实现有效的工艺控制，在制造过程中对深沟槽结构侧壁形貌参数进行在线、非破坏性的精确检测具有非常重要的意义。传统红外反射光谱测量技术主要用于深沟槽结构几何关键尺寸的测量，无法获取完整的沟槽侧壁形貌信息。为此，本项目提出开展基于红外椭偏光谱的深沟槽结构侧壁形貌参数测量方法的探索性研究，充分利用近红外椭偏光谱对沟槽侧壁粗糙度参数高灵敏度特性，通过分波长建模方法实现沟槽结构侧壁形貌的参数化表征与光学特性建模，并采用基于模型的分步参数提取方法，实现形貌参数的同时快速提取。将着重开展侧壁形貌光学特性建模、光谱灵敏度分析、参数提取及测量实验等研究工作。为深入认识和解释基于红外椭偏光谱的深沟槽结构侧壁形貌参数测量提供理论基础，为先进节点工艺下的制造过程提供一种非破坏性、低成本的快速测量新方法，从而丰富我国应用光学和光学精密测量基础理论的学术研究，并极大促进传统光学测量技术在先进制造技术领域的扩展应用。

为实现有效的工艺控制，在制造过程中对深沟槽结构侧壁形貌参数进行在线、非破坏性的精确检测具有非常重要的意义。传统红外反射光谱测量技术主要用于深沟槽结构几何关键尺寸的测量，无法获取完整的沟槽侧壁形貌信息。为此，本项目提出开展基于红外椭偏光谱的深沟槽结构侧壁形貌参数测量方法的探索性研究，充分利用近红外椭偏光谱对沟槽侧壁粗糙度参数高灵敏度特性，通过分波长建模方法实现沟槽结构侧壁形貌的参数化表征与光学特性建模，并采用基于模型的分步参数提取方法，实现形貌参数的同时快速提取。研究工作主要进展和成果概括如下：.(1) 提出基于严格耦合波和等效介质近似理论相结合的沟槽结构侧壁形貌参数建模方法，实现了各种光栅结构、沟槽结构反射椭偏光谱快速计算；基于以上快速建模计算，通过全局灵敏度分析方法，实现了包括沟槽结构侧壁粗糙度在内的形貌参数的对测量椭偏光谱的灵敏度分析；.(2) 基于已有的红外反射光谱测量实验平台，通过改进氘卤复合光源和微型光纤光谱仪、增加偏振/检偏器、相位补偿器、微光斑探测组件等元件，搭建了覆盖可见光到近红外波段的椭偏光谱测量实验平台，对标准SiO2薄膜样件重复性测量精度(1σ)优于0.01nm，为所提出的基于红外反射光谱的沟槽结构侧壁形貌参数测量方法验证提供了精度保证。.(3) 基于已搭建的红外椭偏光谱测试实验平台，对具有侧壁粗糙度形貌特征的沟槽结构进行了测试验证，表明所提出了基于红外椭偏光谱的沟槽结构快速测量方法的可行性、准确性及快速性。