本文關(guān)鍵詞：光學(xué)散射測(cè)量中的儀器測(cè)量條件配置優(yōu)化方法研究

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【摘要】：相比于掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡等傳統(tǒng)測(cè)量手段,光學(xué)散射測(cè)量技術(shù)在滿足納米級(jí)尺度測(cè)量要求的同時(shí)具有快速、低成本、非破壞性和易于集成等優(yōu)點(diǎn),因而在納米制造等先進(jìn)工藝監(jiān)測(cè)及優(yōu)化領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。目前,如何進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更高精度和更快速度的納米結(jié)構(gòu)測(cè)量是光學(xué)散射測(cè)量技術(shù)的研究重點(diǎn)之一。 由于光學(xué)散射測(cè)量在本質(zhì)上是一種基于模型的測(cè)量方法,通過(guò)將實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與模型仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配來(lái)反演提取出納米結(jié)構(gòu)參數(shù)值,故待測(cè)參數(shù)的測(cè)量精度主要取決于模型仿真數(shù)據(jù)對(duì)待測(cè)參數(shù)的靈敏度,其反演提取速度則在很大程度上受到所選測(cè)量數(shù)據(jù)集的大小影響。其中,納米結(jié)構(gòu)參數(shù)的靈敏度可以通過(guò)改變測(cè)量條件配置進(jìn)行改善,即調(diào)整入射波長(zhǎng)λ、入射角θ和方位角Φ等測(cè)量條件的組合；測(cè)量條件配置中所選取波長(zhǎng)λ的數(shù)目越多,其對(duì)應(yīng)需分析的測(cè)量數(shù)據(jù)越多,但在理論上僅采用極大線性無(wú)關(guān)的最少量包含豐富待測(cè)結(jié)構(gòu)信息的測(cè)量數(shù)據(jù)即可反演出待測(cè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。因此,可以通過(guò)選擇合適的測(cè)量條件配置使得納米結(jié)構(gòu)待測(cè)參數(shù)的靈敏度最高且反演分析所需測(cè)量數(shù)據(jù)最少,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)測(cè)量精度和速度的提高。 本學(xué)位論文以此為出發(fā)點(diǎn),開(kāi)展了光學(xué)散射測(cè)量中測(cè)量條件配置優(yōu)化方法的探索性研究。首先,本文利用組建的基于Mueller矩陣橢偏儀的納米結(jié)構(gòu)測(cè)量實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)典型納米結(jié)構(gòu)測(cè)量過(guò)程展開(kāi)了靈敏度特性分析,分析結(jié)果表明了通過(guò)選擇合適的測(cè)量條件配置可實(shí)現(xiàn)更高靈敏度的納米結(jié)構(gòu)測(cè)量。然后針對(duì)單個(gè)納米結(jié)構(gòu)和尺寸差異較大的批量納米結(jié)構(gòu),分別就局部和全局靈敏度分析法對(duì)測(cè)量條件配置中入射角θ和方位角Φ的優(yōu)化問(wèn)題展開(kāi)研究。最后,在優(yōu)化入射角θ和方位角Φ基礎(chǔ)上,利用線性相關(guān)分析法進(jìn)一步研究了入射波長(zhǎng)λ的優(yōu)化問(wèn)題。主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 基于局部靈敏度法分析了納米結(jié)構(gòu)待測(cè)參數(shù)與測(cè)量數(shù)據(jù)之間的不確定度傳遞規(guī)律,結(jié)合納米結(jié)構(gòu)實(shí)際測(cè)量過(guò)程推導(dǎo)得到將測(cè)量數(shù)據(jù)與待測(cè)參數(shù)之間的誤差傳遞公式,進(jìn)而得到待測(cè)參數(shù)的不確定度估計(jì)公式。針對(duì)單個(gè)納米結(jié)構(gòu),提出了一種以待測(cè)參數(shù)的相對(duì)不確定度之和為目標(biāo)函數(shù)的測(cè)量條件配置優(yōu)化方法,以實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)所有待測(cè)參數(shù)的統(tǒng)一最優(yōu)測(cè)量條件配置。 基于方差分析法推導(dǎo)了光學(xué)特性模型中輸入結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定度影響模型輸出的全方差公式,得到了結(jié)構(gòu)參數(shù)的主效應(yīng)這一全局靈敏度衡量指標(biāo)表達(dá)式,通過(guò)結(jié)合不同測(cè)量條件配置下待測(cè)結(jié)構(gòu)參數(shù)的主效應(yīng)與實(shí)際測(cè)量噪聲量級(jí),定義了“不確定度指數(shù)”這一精度衡量指標(biāo),并結(jié)合傅里葉幅度靈敏度檢驗(yàn)擴(kuò)展法給出了其計(jì)算公式。針對(duì)尺寸差異較大的批量納米結(jié)構(gòu),提出了一種以待測(cè)結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定度指數(shù)為目標(biāo)函數(shù)的測(cè)量條件配置優(yōu)化方法,從而實(shí)現(xiàn)批量待測(cè)納米結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一最優(yōu)測(cè)量條件配置。 在優(yōu)化入射角和方位角的基礎(chǔ)上,針對(duì)納米結(jié)構(gòu)實(shí)際值與設(shè)計(jì)值對(duì)應(yīng)光譜之間的偏差數(shù)據(jù)展開(kāi)了線性相關(guān)度分析,通過(guò)考慮實(shí)際測(cè)量過(guò)程中的隨機(jī)誤差得到了對(duì)應(yīng)入射波長(zhǎng)下測(cè)量光譜數(shù)據(jù)為冗余信息的條件不等式,進(jìn)一步根據(jù)柯西不等式推導(dǎo)得出了識(shí)別冗余測(cè)量信息的目標(biāo)函數(shù)。在此基礎(chǔ)上,提出了一種基于線性相關(guān)分析的測(cè)量條件配置優(yōu)化方法,實(shí)現(xiàn)以最少量的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行待測(cè)參數(shù)的逆向提取,從而提高測(cè)量速度而不影響其測(cè)量結(jié)果。 本學(xué)位論文所研究光學(xué)散射測(cè)量中的測(cè)量條件配置優(yōu)化方法將為實(shí)現(xiàn)測(cè)量條件配置的優(yōu)化提供更為有效的新途徑,為批量化納米制造中納米結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的快速、精確測(cè)量提供理論指導(dǎo),并促進(jìn)光學(xué)散射測(cè)量技術(shù)在納米制造領(lǐng)域中的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：納米結(jié)構(gòu) 光學(xué)散射測(cè)量 精度 測(cè)量條件配置優(yōu)化 Mueller矩陣橢偏儀 局部靈敏度分析 全局靈敏度分析 線性相關(guān)分析
【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(lèi)號(hào)】：O436.2;TH74
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 課題概述10-12
• 1.2 光學(xué)散射測(cè)量技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)12-15
• 1.3 本文主要研究工作15-18
• 2 光學(xué)散射測(cè)量中的納米結(jié)構(gòu)靈敏度特性分析18-36
• 2.1 引言18-19
• 2.2 光學(xué)散射測(cè)量典型儀器19-22
• 2.3 光學(xué)散射測(cè)量理論算法22-30
• 2.4 典型納米結(jié)構(gòu)的靈敏度變化特性分析30-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 3 基于局部靈敏度分析的測(cè)量條件配置優(yōu)化方法36-51
• 3.1 引言36-37
• 3.2 基于局部靈敏度分析的測(cè)量條件配置優(yōu)化37-42
• 3.3 單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的測(cè)量配置優(yōu)化仿真分析42-45
• 3.4 典型納米結(jié)構(gòu)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究45-49
• 3.5 本章小結(jié)49-51
• 4 基于全局靈敏度分析的測(cè)量條件配置優(yōu)化方法51-67
• 4.1 引言51-52
• 4.2 基于全局靈敏度分析的測(cè)量條件配置優(yōu)化52-57
• 4.3 批量納米結(jié)構(gòu)的測(cè)量配置優(yōu)化仿真分析57-60
• 4.4 典型納米結(jié)構(gòu)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究60-65
• 4.5 本章小結(jié)65-67
• 5 基于線性相關(guān)分析的測(cè)量條件配置優(yōu)化方法67-82
• 5.1 引言67-68
• 5.2 基于線性相關(guān)分析的測(cè)量條件配置優(yōu)化68-71
• 5.3 納米結(jié)構(gòu)測(cè)量配置優(yōu)化的仿真分析71-76
• 5.4 典型納米結(jié)構(gòu)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究76-80
• 5.5 本章小結(jié)80-82
• 6 總結(jié)與展望82-85
• 6.1 全文總結(jié)82-83
• 6.2 研究展望83-85
• 參考文獻(xiàn)85-94
• 致謝94-95
• 附錄 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文95

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本文編號(hào)：708245