一种零级波片特征参数测量方法

技术领域

本发明涉及光学/材料领域的光谱测量，更具体地，涉及一种零级波片特征参数测量方法。

背景技术

在半导体行业中，对光学关键尺度(OCD)的测量以及精细结构膜厚的测量，直接关系到生产样品的精度以及良率。椭偏仪因其非接触、无破坏、快速、高精度等优点，被广泛应用于半导体工艺监测。

如图1所示，椭偏仪的基本配置包括光源1，起偏器2，旋转电机3，补偿器4，待测样品5，补偿器6，旋转电机7，检偏器8以及光谱仪9。

椭偏仪的系统校准与测量的基本原理过程为：

1、自然光通过偏振片以及(旋转)波片后得到偏振光；

2、偏振光经过标准样品材料的反射或者透射得到的新的偏振光；

3、新的偏振光经过检偏臂的(旋转)波片、检偏片后得到变化的光强信息；

4、对测量光强变化信息进行处理，得到系统参数。

5、测量待测样件的光强信息，对测量光强进行傅里叶变换得到傅里叶系数。

6、利用系统参数与待测样件的傅里叶系数计算得到样件的穆勒矩阵，通过样件的穆勒矩阵与复合波片模型提取样件的相位延迟量和方位角等信息。

在实际运用中，由于零级波片本身的特性，导致数学上存在多解，使用复合波片模型计算零级波片不合适。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种零级波片特征参数测量方法，包括：

根据样件的测量穆勒矩阵，基于复合波片模型计算样件第一个波长点的复合波片特征参数；

将计算的样件第一个波长点的复合波片特征参数作为复合波片模型的第一个波长点特征参数初始值与样件的测量穆勒矩阵，基于复合波片模型进行逐波长迭代，得到全波段下的每一个波长点的复合波片特征参数，其中，复合波片特征参数包括二向色衰减角、相位延迟量、方位角和旋光角；

从全波段下的每一个波长点的复合波片特征参数中选取特定波长范围内的多个波长点的方位角，进行加权平均，得到方位角平均值，以所述方位角平均值作为零级波片模型的固定方位角参数；

以全波段下的每一个波长点的复合波片特征参数中的二向色衰减角和相位延迟量为初始值与样件的测量穆勒矩阵，基于零级波片模型进行逐波长迭代，得到全波段下的每一个波长点的零级波片特征参数，所述零级波片特征参数包括二向色衰减角、方位角和相位延迟量。

本发明提供的一种零级波片特征参数测量方法，通过复合波片模型计算零级波片的各个特征参数，再选取一波长范围内的方位角进行加权平均作为零级波片模型的固定值，然后通过零级波片模型与样件的穆勒矩阵得到样件的其他特征参数。

附图说明

图1为椭偏仪的结构示意图；

图2为本发明提供的一种零级波片特征参数测量方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在实际运用中，由于零级波片本身的特性，导致数学上存在多解，使用复合波片模型计算零级波片不合适，因此提出了基于复合波片模型计算结果的进一步数据处理，使用零级波片模型计算样件的相位延迟量等参数。

本发明提供了一种零级波片特征参数测量方法，如图2所示，测量方法包括：

步骤1，根据样件的测量穆勒矩阵，基于复合波片模型计算样件第一个波长点的复合波片特征参数。

可理解的是，，利用光谱仪等测量设备，获得样件的穆勒矩阵，再通过复合波片模型计算样件第一个波长点的特征参数。

其中，复合波片模型为：

[Psi,Delta,Theta,Rho]＝waveplate(Mueller)；

其中Mueller为穆勒矩阵，Psi为二向色衰减角，Delta为相位延迟量，Theta为方位角，Rho为旋光角。

根据第一个波长点的测量穆勒矩阵，根据复合波片模型计算第一个波长点的二向色衰减角、相位延迟量、方位角和旋光角。

步骤2，将计算的样件第一个波长点的复合波片特征参数作为复合波片模型的第一个波长点特征参数初始值与样件的测量穆勒矩阵，基于复合波片模型进行逐波长迭代，得到全波段下的每一个波长点的复合波片特征参数，其中，复合波片特征参数包括二向色衰减角、相位延迟量、方位角和旋光角。

可理解的是，将步骤1计算出的第一个波长点的复合波片特征参数作为初始值，结合样件的第一个波长点的测量穆勒矩阵，基于复合波片模型进行迭代，获取第一个波长点的复合波片特征参数。然后进行逐波长迭代，得到全波段下的每一个波长点的复合波片特征参数。

具体的迭代过程为，基于复合波片模型[Mueller_M]＝waveplate_fit(Structpara)，根据复合波片模型的第一个波长点特征参数初始值，计算第一个波长点对应的建模光谱；将第一个波长点的建模光谱与第一个波长点的测量光谱对比，基于偏差调整第一个波长点的复合波片特征参数，通过不断迭代，直到通过复合波片模型计算出的建模光谱与测量光谱之间的偏差在设定偏差范围内，获取第一个波长点的复合波片模型特征参数；以迭代获取的第一个波长点的复合波片模型特征参数作为第二个波长点的复合波片模型特征参数初始值，采用与第一个波长点相同的迭代方式获取第二个波长点的复合波片特征参数，即基于复合波片模型计算第二个波长点的建模光谱，将第二个波长点的建模光谱和第二个波长点的测量光谱进行对比，根据两个的偏差调整第二个波长点的复合波片特征参数，不断迭代，直到第二个波长点的建模光谱与第二个波长点的测量光谱之间的偏差在设定偏差范围内，获取第二个波长点的复合波片特征参数。对于每一个波长点均进行迭代，获取全波段下的每一个波长点的复合波片特征参数。

步骤3，从全波段下的每一个波长点的复合波片特征参数中选取特定波长范围内的多个波长点的方位角，进行加权平均，得到方位角平均值，以所述方位角平均值作为零级波片模型的固定方位角参数。

其中，通过步骤2的迭代方法获取全波段下的每一个波长点的复合波片特征参数，复合波片特征参数包括二向色衰减角、相位延迟量、方位角和旋光角。其中，方位角是不变的，因此，选择波长范围内的方位角无跳变的多个波长点的方位角，进行加权平均，得到方位角平均值Theta_m，以方位角平均值作为零级波片模型的固定方位角参数，在后续通过零级波片模型进行迭代的过程中，方位角这个特征参数是不变的。

步骤4，以全波段下的每一个波长点的复合波片特征参数中的二向色衰减角和相位延迟量为初始值与样件的测量穆勒矩阵，基于零级波片模型进行逐波长迭代，得到全波段下的每一个波长点的零级波片特征参数，所述零级波片特征参数包括二向色衰减角、方位角和相位延迟量。

其中，零级波片模型为：

[Mueller_MZ]＝waveplateZ_fit(Theta_m,StructparaZ)；

其中，Mueller_MZ为参数StructParaZ与Theta_m计算得到的零级波片穆勒矩阵，StructParaZ＝[Delta,Psi]，Psi为二向色衰减角，Delta为相位延迟量；

所述以全波段下的每一个波长点的复合波片特征参数中的二向色衰减角和相位延迟量为初始值与样件的测量穆勒矩阵，基于零级波片模型进行逐波长迭代，得到全波段下的每一个波长点的零级波片特征参数，包括：

以第一个波长点的复合波片特征参数中的二向色衰减角和相位延迟量作为第一个波长点的零级波片特征参数初始值，方位角为固定值，基于零级波片模型计算出第一个波长点的建模光谱；

将第一个波长点的建模光谱与第一个波长点的测量光谱进行对比，计算出偏差，根据偏差调整零级波片特征参数中的二向色衰减角和相位延迟量，直到计算出的建模光谱与测量光谱之间的偏差在设定偏差阈值内，获取第一个波长点的零级波片特征参数；

以迭代获取的第一个波长点的零级波片模型特征参数作为第二个波长点的零级波片模型特征参数初始值，采用与第一个波长点相同的迭代方式获取第二个波长点的零级波片特征参数；

不断重复迭代，获取全波段下的每一个波长点的零级波片特征参数。

可理解的是，基于零级波片模型进行迭代求解全波段下的零级波片特征参数的方法与基于复合波片模型迭代求解全波段下的复合波片特征参数的方法相同，在此不再重复说明迭代求解的过程，迭代完成后，即可获得全波段下每一个波长点的零级波片特征参数。

需要说明的是，其中步骤2与步骤4的拟合迭代实现方法包括但不限于遍历法、全局优化方法(如粒子群算法、蚁群算法等)和局部优化算法(如Levenberg-Marquardt方法、牛顿法、梯度下降法、共轭梯度法等)。

本发明实施例提供的一种零级波片特征参数测量方法，通过复合波片模型计算零级波片的各个特征参数，再选取一波长范围内的方位角进行加权平均作为零级波片模型的固定值，然后通过零级波片模型与样件的穆勒矩阵得到样件的其他特征参数。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。