基于散射场层析广义椭偏仪的三维纳米结构测量理论与方法
批准号:
51475191
项目类别:
面上项目
资助金额:
85.0 万元
负责人:
刘世元
依托单位:
学科分类:
机械测试理论与技术
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
尉海清、张传维、陈修国、朱金龙、杜卫超、石雅婷
中文摘要
提出研制一种称为散射场层析广义椭偏仪的新型光学仪器,以传统椭偏仪为基础,引入高数值孔径显微物镜并实现照明光束在物镜后焦面的快速扫描层析,获取多入射角下样品的完整散射场分布,且每一处分布都包含一个4×4阶的Mueller矩阵,从而可以获得极为丰富的测量信息。本项目以此为出发点,提出利用散射场层析广义椭偏仪,实现复杂三维纳米结构形貌的快速、低成本、非破坏、精确测量。提出开展纳米结构光学散射场建模与测量机理、三维形貌重构与测量不确定度评估、仪器实现关键技术与原理样机研制、以及纳米结构三维形貌测量应用实验等研究工作。着重解决纳米结构光学散射场快速准确建模求解、三维形貌快速鲁棒重构、仪器系统标定与误差补偿等基础理论和技术难题,研制一套具有自主知识产权的散射场层析广义椭偏仪原理样机,以促进传统光学测量技术在纳米制造领域中的扩展应用,为批量化纳米制造中的在线测量提供新原理、新途径和新工具。
英文摘要
A novel optical instrument named generalized ellipsometer with scatterfield tomography (GEST) is proposed. Based on the conventional ellipsometry and by introducing a high numerical-aperture microscopic lens with its back focal plane rapidly scanned by an illumination beam, GEST can obtain the scatterfield distrubtution of a sample at multiple illumination incidence angles, with each scatterfield point represented by a 4×4 Mueller matrix. Therefore, GEST can provide much more useful information about the sample. Accordingly, in this project, we propose to utilize GEST to realize a fast, low-cost, nondestructive, and accurate measurement of complex three-dimensional nanostructure profiles. We will focus on the investigations including the scatterfield modeling of nanostructures and the GEST-based measurement mechanism, the profile reconstruction and the uncertainty estimation, the key techniques and prototype development of the instrument, and the experiment on nanostructure profile measurements. We will emphasize on the fundamental theories and key techniques in the optical scatterfield modeling of nanostructures, the robust profile reconstruction, and the system calibration and error compensation in instrumentation, and develop a GEST prototype instrument. It is expected that the exploratory research in this project will expand the application of conventional optical metrology in nanomanufacturing, and provide a novel principle and a new means for the in-line measurement in high-volume nanomanufacturing.
光学散射仪作为集成电路(IC)制造工艺线上的一种重要测量设备,具有非破坏性、测量速度快等优点。传统光学散射仪在测量时仅使用了简单周期性结构的单一散射场(即零级衍射光)信息,因此只能获得周期性结构在测量光斑内的少量统计参数,如平均意义下的光栅结构关键尺寸、高度、侧壁角等,从而很大程度上限制了其在复杂三维纳米结构测量中的应用。.鉴于此,本项目提出并研制了一种散射场层析广义椭偏仪,该新仪器将传统广义椭偏仪与衍射光学层析技术相结合,借由入射光斑在高数值孔径物镜后焦面扫描,可以获得待测纳米结构多光谱、多入射角、多方位角的测量信息,进而准确重构出待测纳米结构的三维形貌参数。在光学散射逆问题求解过程中,为了减少系统正向建模的复杂度并提高计算效率,提出了一种减基-边界元方法,相较于传统的边界元方法可以将计算效率提高数倍甚至数十倍。通过建立偏振光与纳米结构相互作用的散射近场、远场成像的完整矢量模型,探索了不同类型样品在不同测量配置及噪声水平下的测量灵敏度。在此基础上开展实验研究,实现了纳米压印工艺中硅基光栅模板、光刻工艺中光刻胶光栅、闪存刻蚀工艺中高深比深沟槽等典型纳米结构的准确测量,阐明了散射场层析广义椭偏仪在三维纳米结构形貌测量应用中的潜力,有望推动我国纳米测试计量技术的完善和发展,并促进传统光学测量技术在纳米材料与纳米制造领域中的扩展应用。
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Sparse nonlinear inverse imaging for shot count reduction in inverse lithography
稀疏非线性逆成像可减少逆光刻中的发射次数
DOI:
10.1364/oe.23.026919
发表时间:
2015
期刊:
Optics Express
影响因子:
3.8
作者:
[Wu Xiaofei, Liu Shiyuan, Lv Wen, Edmund Y. Lam]
通讯作者:
Edmund Y. Lam
Calibration of misalignment errors in composite waveplates using Mueller matrix ellipsometry
使用 Mueller 矩阵椭圆光度法校准复合波片的失准误差
DOI:
10.1364/ao.54.000684
发表时间:
2015
期刊:
Applied Optics
影响因子:
1.9
作者:
[Gu Honggang, Liu Shiyuan, Chen Xiuguo, Zhang Chuanwei]
通讯作者:
Zhang Chuanwei
Improved nanostructure reconstruction by performing data refinement in optical scatterometry
通过在光学散射测量中执行数据细化改进纳米结构重建
DOI:
10.1088/2040-8978/18/1/015605
发表时间:
2016
期刊:
Journal of Optics
影响因子:
2.1
作者:
[Zhu Jinlong, Jiang Hao, Shi Yating, Chen Xiuguo, Zhang Chuanwei, Liu Shiyuan]
通讯作者:
Liu Shiyuan
Improved deep-etched multilayer grating reconstruction by considering etching anisotropy and abnormal errors in optical scatterometry
通过考虑蚀刻各向异性和光学散射测量中的异常误差改进深蚀刻多层光栅重建
DOI:
10.1364/ol.40.000471
发表时间:
2015
期刊:
Optics Letters
影响因子:
3.6
作者:
[Zhu Jinlong, Liu Shiyuan, Jiang Hao, Zhang Chuanwei, Chen Xiuguo]
通讯作者:
Chen Xiuguo
Nondestructive analysis of lithographic patterns with natural line edge roughness from Mueller matrix ellipsometric data
根据 Mueller 矩阵椭圆测量数据对具有自然线边缘粗糙度的光刻图案进行无损分析
DOI:
10.1016/j.apsusc.2015.10.167
发表时间:
2016
期刊:
Applied Surface Science
影响因子:
6.7
作者:
[Xiuguo Chen, Yating Shi, Hao Jiang, Chuanwei Zhang, Shiyuan Liu]
通讯作者:
Shiyuan Liu
共 29 条
EUV光刻掩模缺陷原波长叠层衍射跨尺度检测理论与方法研究
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批准号:52130504
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项目类别:重点项目
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资助金额:300万元
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批准年份:2021
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负责人:刘世元
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依托单位:
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
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批准号:91023032
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:50.0万元
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批准年份:2010
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负责人:刘世元
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依托单位:
高深宽比微纳层次结构的仿壁虎毛参数优化设计与制作工艺研究
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批准号:50775090
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项目类别:面上项目
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资助金额:34.0万元
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批准年份:2007
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负责人:刘世元
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依托单位:
基于相似性的时间序列表示与模式发现理论和方法研究
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批准号:50205009
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:20.0万元
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批准年份:2002
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负责人:刘世元
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依托单位:
国内基金
海外基金