法向矢量耦合波分析法在微电子结构CD分析中的应用

【摘要】：光栅结构是微电子技术以及集成光学等方面常见的结构。其结构尺寸参数的测试技术在国际上已有很多年的发展历史，但还存在很大的研究和发展空间。 自光学CD(关键尺寸)(OCD)度量方法10多年前在半导体产业中亮相以来，一直广泛用于半导体工厂的工艺监测和控制。与其它CD度量工具(如CD-SEM、XSEM、AFM等)比较，它有许多优点：成本相当低、产额高、占地面积小等，这使其成为适用于CD集成度量(IM)的主要技术。OCD还有非常好的精度，能测量复杂结构中折射率不同的材料界面。这些优点使OCD成为设备和工艺控制的热门候选技术。过去十几年，OCD已从研究机构进入制造工厂。它用于光刻胶修整和栅刻蚀工艺的控制，一些非常具挑战性的存储器结构的工艺监控，用IM的光刻工艺控制等等。随着半导体产业向32nm技术节点推进，在工艺开发和以后的生产制造中会涌现出很多挑战。在帮助解决这些挑战方面OCD将会起到重要作用。 OCD通过将测得的光学信号与预建的结构模型模拟结果对比测量精细结构。预建模型的模拟是基于精确的衍射理论，给定结构参数，通过复杂的计算，可计算出模型的光学响应，通常是0级衍射率。通过改变结构参数，使模拟数据与实测数据相吻合，这样就获得了目标模型的关键参数。这个过程通常称作优化分析。 严格耦合波分析法（RCWA）是模拟的基础。RCWA在一维情况下得到完美的实现，但对二维光栅，则存在衍射展开阶次高，收敛慢的缺陷。这是因为RCWA没有充分考虑到电场不同方向上的连续性。而NormalVector-RCWA（NV-RCWA）方法根据结构形貌特征构造了一个法向矢量场，将该矢量场引入RCWA的计算过程中，解决了连续性的问题。本论文将研究NV-RCWA的具体实现，并同RCWA的性能对比，最后提出一种简便的NV-RCWA实现方法。 优化方法的关键在于给定起始搜索参数后能快速的找出最近的极小点。对于OCD，参数繁多，优化方法应扩展到多维参数。Levenberg-Marquardt优化方法是比较适用的一种方法。