[发明专利]一种微纳深沟槽结构在线测量方法及装置

摘要

本发明公开了一种微纳深沟槽结构在线测量方法及装置。其方法是将线偏振红外光束投射到含有深沟槽结构的样件表面，对沟槽结构各界面反射光形成的干涉信号进行滤波等处理得到测量反射光谱；采用基于偏振的等效介质理论构建该深沟槽结构等效光学模型，计算其理论反射光谱；采用人工神经网络结合局部搜索算法的快速参数提取方法，通过理论反射光谱拟合测量反射光谱，快速提取沟槽的宽度和深度，实现深沟槽几何形貌参数的精确在线测量。装置包括红外光源，红外偏振片，干涉仪，平面反射镜和二个离轴抛物镜以及红外探测器。装置可实现场效应管和动态随机存储器中高深宽比深沟槽结构加工过程深度及宽度的在线测量，具有非破坏性，快速和低成本的特点。

主权项

1、一种微纳深沟槽结构在线测量方法，其步骤包括：第1步将红外光束投射到包含微纳深沟槽结构的待测物品表面，红外光束的波长为2～20um；第2步入射光束经微纳深沟槽结构各表面反射后，采用红外探测器接收各反射信号，得到包含沟槽几何信息的干涉信号；第3步对第2步得到的干涉信号进行傅立叶变换，得到基于波数的红外反射光谱；第4步对第3步得到的红外反射光谱进行低通滤波，滤除待测物品背部杂散光光谱，得到反映沟槽结构特点的测量反射光谱；第5步根据待测深沟槽结构特点，建立其等效多层薄膜堆栈光学模型，利用式(I)计算得到的各波长下的等效薄膜堆栈的反射系数r，利用反射系数r得到该沟槽结构的理论反射光谱；其中，其中式(II)中，M11、M12、M21、M22为多层光学传播矩阵各项中间变量，D0是环境的光学特征矩阵，Ds是基底的光学特征矩阵，Pl是第l层相位变化角的矩阵函数，Dl是膜堆栈第l层的折射率和折射角的矩阵函数，其中，Dl按照式(III)或(IV)计算：对于TE偏振方向：对于TM偏振方向：其中，θl为第l层折射角，nTE2和nTM2为各等效层TE偏振和TM偏振方向的等效折射率，其计算式分别为式(V)和式(VI)：其中，nTE0和nTM0分别是TE和TM偏振方向的零阶等效折射率，即在散射测量法中零级衍射；λ是探测光束波长，p是沟槽阵列周期长度，f是各层占空比，ng和nm分别是沟槽材料和其中填充材料折射率；第6步利用第5步得到的理论反射光谱拟合第4步得到的测量反射光谱，提取得到微纳深沟槽结构的几何形貌参数。