[发明专利]一种等离激元辅助的芯片三维微纳结构的光学测量方法

说明书

本发明属于光学测量领域，提供了一种等离激元辅助的芯片三维微纳结构的光学测量方法，用于测量三层交叉周期性金属光栅的结构参数，包括以下步骤：步骤1，将入射光从三层交叉周期性金属光栅的第一层光栅正入射后测量得到实测反射光谱；步骤2，对三层交叉周期性金属光栅进行电磁仿真，构建仿真结构，在相同入射光下对仿真结构中的结构参数进行多次调整，并对应得到多组仿真反射光谱；步骤3，将多组仿真反射光谱与实测反射光谱进行对比，并通过回归算法计算方差，当某组仿真反射光谱与实测反射光谱的方差最小时，该组仿真反射光谱对应的仿真结构的结构参数即为三层交叉周期性金属光栅的结构参数。

技术领域

本发明属于光学测量领域，具体涉及一种等离激元辅助的芯片三维微纳结构的光学测量方法。

背景技术

随着半导体制造技术的发展和芯片尺寸的微型化，芯片结构的光学计量法变得越来越重要。光学计量法可以实时、无损地在芯片加工过程中获得芯片三维结构信息。

在大多数产品中，超过50％的加工步骤包含测量或表征。基于反射谱的光学计量法是一种非成像光学技术，已被广泛用于半导体加工过程。随着器件结构尺寸变化，例如宽度和厚度，反射光谱也随之变化。基于严格耦合波分析的数值计算方法，可用于仿真几何结构，计算反射光谱。通过比较实验光谱和仿真光谱，以及回归算法计算最小方差，反推与实际结构匹配度最高的仿真结构，从而实现芯片三维结构的高精度测量。

然而，对于日趋复杂的半导体芯片结构，参数灵敏度影响着参数测量的精确度和难易度，且现有技术中并未利用等离激元反射谷进行结构参数的测量，只是使用一般的反射光谱进行结构参数的测量，参数灵敏度并不高。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够精确、无损地得到结构参数的等离激元辅助的芯片三维微纳结构的光学测量方法。

本发明提供了一种等离激元辅助的芯片三维微纳结构的光学测量方法，用于测量三层交叉周期性金属光栅的结构参数，具有这样的特征，包括以下步骤：

步骤1，将入射光从三层交叉周期性金属光栅的第一层光栅正入射后测量得到实测反射光谱；

步骤2，对三层交叉周期性金属光栅进行电磁仿真，构建仿真结构，在相同入射光下对仿真结构中的结构参数进行多次调整，并对应得到多组仿真反射光谱；

步骤3，将多组仿真反射光谱与实测反射光谱进行对比，并通过回归算法计算方差，当某组仿真反射光谱与实测反射光谱的方差最小时，该组仿真反射光谱对应的仿真结构的结构参数即为三层交叉周期性金属光栅的结构参数，

其中，仿真结构中，从下至上分别为硅基衬底、二氧化硅绝缘层、第三层光栅、二氧化硅绝缘层、第二层光栅、二氧化硅绝缘层以及第一层光栅，入射光倏逝通过第一层光栅后激发第二层光栅中的一阶成键局域等离激元和一阶反成键局域等离激元，使实测反射光谱和仿真反射光谱中出现反射谷，反射谷的位置、深度以及宽度与三层交叉周期性金属光栅的结构参数相关，步骤2中，根据实测反射光谱中的反射谷的位置、深度以及宽度来对仿真结构中的结构参数进行多次调整，使仿真反射光谱中的反射谷与实测反射光谱中的反射谷一致。

在本发明提供的等离激元辅助的芯片三维微纳结构的光学测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，入射光的电场方向与第一层光栅的延伸方向平行，与第一层光栅的排列方向相垂直，入射光的波段为400nm-2000nm。

在本发明提供的等离激元辅助的芯片三维微纳结构的光学测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，第一层光栅与第三层光栅的延伸方向平行，第二层光栅位于第一层光栅与三层光栅之间，且第二层光栅的延伸方向与第一层光栅以及第三层光栅的延伸方向垂直，第一层光栅、第二层光栅以及第三层光栅均呈周期性排列。