本文關(guān)鍵詞：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

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【摘要】：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)逆問題的求解過(guò)程。當(dāng)前,針對(duì)散射測(cè)量逆問題,往往簡(jiǎn)單地將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)在理想幾何模型下的最小二乘評(píng)價(jià)函數(shù)優(yōu)化問題,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,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)體納米制造中的在線監(jiān)測(cè)與工藝控制方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：光學(xué)散射測(cè)量 半導(dǎo)體 納米結(jié)構(gòu)重構(gòu) 逆問題 支持向量機(jī) 魯棒統(tǒng)計(jì) 正態(tài)統(tǒng)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O436.2;TP18
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 1 緒論10-24
• 1.1 課題概述10-14
• 1.2 半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)測(cè)量技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)14-22
• 1.3 本文主要研究工作22-24
• 2 納米結(jié)構(gòu)幾何形貌識(shí)別方法24-34
• 2.1 引言24-25
• 2.2 基于支持向量機(jī)的納米結(jié)構(gòu)幾何形貌識(shí)別方法25-29
• 2.3 典型納米結(jié)構(gòu)幾何形貌識(shí)別仿真分析29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 3 基于非線性回歸的納米結(jié)構(gòu)幾何形貌重構(gòu)方法34-57
• 3.1 引言34-36
• 3.2 傳統(tǒng)非線性回歸方法36-39
• 3.3 基于數(shù)據(jù)約化的非線性回歸方法39-48
• 3.4 基于魯棒統(tǒng)計(jì)的非線性回歸方法48-55
• 3.5 本章小結(jié)55-57
• 4 基于庫(kù)匹配的納米結(jié)構(gòu)幾何形貌重構(gòu)方法57-67
• 4.1 引言57
• 4.2 傳統(tǒng)庫(kù)匹配方法57-59
• 4.3 快速光譜庫(kù)搜索算法59-61
• 4.4 基于數(shù)據(jù)約化的參數(shù)修正方法61-62
• 4.5 基于魯棒統(tǒng)計(jì)的參數(shù)修正方法62-63
• 4.6 典型納米結(jié)構(gòu)參數(shù)提取仿真63-65
• 4.7 本章小結(jié)65-67
• 5 測(cè)量不確定度評(píng)估67-74
• 5.1 引言67
• 5.2 基于正態(tài)統(tǒng)計(jì)分布假設(shè)的測(cè)量不確定度評(píng)估方法67-70
• 5.3 魯棒測(cè)量不確定度評(píng)估方法70-71
• 5.4 典型納米結(jié)構(gòu)測(cè)量不確定度評(píng)估仿真分析71-73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 6 基于光學(xué)散射儀的典型納米結(jié)構(gòu)測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究74-92
• 6.1 引言74
• 6.2 廣義橢偏儀測(cè)量設(shè)備及實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)介74-75
• 6.3 基于支持向量機(jī)的納米結(jié)構(gòu)幾何形貌識(shí)別實(shí)驗(yàn)研究75-78
• 6.4 典型納米結(jié)構(gòu)形貌參數(shù)魯棒提取實(shí)驗(yàn)研究78-89
• 6.5 典型納米結(jié)構(gòu)測(cè)量不確定度評(píng)估實(shí)驗(yàn)研究89-91
• 6.6 本章小結(jié)91-92
• 7 總結(jié)與展望92-95
• 7.1 全文總結(jié)92-93
• 7.2 研究展望93-95
• 致謝95-97
• 參考文獻(xiàn)97-107
• 附錄1 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文107-109
• 附錄2 攻讀學(xué)位期間申請(qǐng)的國(guó)際、國(guó)家發(fā)明專利109-110
• 附錄3 攻讀學(xué)位期間參會(huì)經(jīng)歷和所獲獎(jiǎng)項(xiàng)110

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