CN117030624A - 一种非理想椭偏系统校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非理想椭偏系统校准方法，包括：获取标准样件在测量系统的多个连续积分采集的光强变化信息，归一化后得到标准样件的测量归一化光强信息；基于测量归一化光强信息和理论归一化光强信息，拟合迭代出测量系统的系统参数，系统参数中考虑了光谱仪采集间隔时间；获取待测样件的光强变化信息，归一化后得到待测样件的测量归一化光强信息；根据待测样件的测量归一化光强信息和测量系统的系统参数，计算待测样件的穆勒矩阵。本发明通过校准光谱仪采集信号间隔参数，并将采集信号间隔参数带入光学测量，从而提高光学系统的校准与测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及光学/材料领域，更具体地，涉及一种非理想椭偏系统校准方法。
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。
参见图1，椭偏仪的基本配置包括光源1，起偏器2，第一旋转电机3，第一补偿器4，待测样品5，第二补偿器6，第二旋转电机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，对测量光强进行归一化处理。
6、利用系统参数与待测样件的归一化光强拟合迭代得到样件的穆勒矩阵。
整个光学系统的校准与测量是通过连续采集的光强信号进行傅里叶分析进行处理，但实际情况下，光谱仪并不能无间隔的采集多个信号，因此导致系统校准与测量的精度下降。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种非理想椭偏系统校准方法，包括：
获取标准样件在测量系统的多个连续积分采集的光强变化信息，归一化后得到标准样件的测量归一化光强信息；
基于所述测量归一化光强信息和理论归一化光强信息，拟合迭代出测量系统的系统参数，所述系统参数包括检偏复合波片的相位延迟量、检偏复合波片的方位角、起偏复合波片的相位延迟量、起偏复合波片的方位角、检偏片的方位角、起偏片的方位角以及光谱仪采集间隔时间；
获取待测样件的光强变化信息，归一化后得到待测样件的测量归一化光强信息；
根据待测样件的测量归一化光强信息和测量系统的系统参数，计算待测样件的穆勒矩阵。
本发明提供的一种非理想椭偏系统校准方法，整个光学系统的校准与测量是通过连续采集的光强信号进行傅里叶分析进行处理，但实际情况下，光谱仪并不能无间隔的采集多个信号，因此导致系统校准与测量的精度下降。因此，本发明通过校准光谱仪采集信号间隔参数，并将采集信号间隔参数带入光学测量，从而提高光学系统的校准与测量精度。
附图说明
图1为椭偏仪的基本配置结构图；
图2为发明提供的一种非理想椭偏系统校准方法流程图。
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。
图2为本发明提供的一种非理想椭偏系统校准方法流程图，如图2所示，方法包括：
步骤1，获取标准样件在测量系统的多个连续积分采集的光强变化信息，归一化后得到标准样件的测量归一化光强信息。
在步骤1中，可以利用光谱仪等测量设备，获得标准样品的的光强变化信息，将光强信息进行归一化。
步骤2，基于所测量归一化光强信息和理论归一化光强信息，拟合迭代出测量系统的系统参数，所述系统参数包括检偏复合波片的相位延迟量、检偏复合波片的方位角、起偏复合波片的相位延迟量、起偏复合波片的方位角、检偏片的方位角、起偏片的方位角以及光谱仪采集间隔时间。
其中，步骤2中涉及到光谱仪连续采集时，存在采集间隔的问题，因此新增拟合参数光谱仪采集间隔时间的校准方式进行逐波长校准，提高校准精度。
首先，构建测量系统的系统模型，其中，未考虑光谱仪采集间隔时间的系统模型为：
Sout＝[MAR(A)]×[R(-ω2t-C2)M(δ2)R(ω2t+C2)]×Ms×[R(-ω1t-C1)M(δ1)R(ω1t+C1)]×[R(-P)MP]×Sin (1)；
考虑了光谱仪采集间隔时间后的系统模型为：
Sout＝[MAR(A)]×[R(-ω2t-C2)M(δ2)R(ω2t+C2)]×Ms×[R(-ω1t-C1)M(δ1)R(ω1t+C1)]×[R(-P)MP]×Sin (3)；
其中，MS为样件穆勒矩阵，D为光谱仪的探测向量[1,0,0,0],MP、MA为起偏臂以及检偏臂的偏振片穆勒矩阵，ω1、ω2为第一电机与第二电机的转速,M(δ1)以及M(δ2)为起偏复合波片和检偏复合波片的相位延迟量穆勒矩阵，R为旋转矩阵，P、A、C1、C2为起偏片、检偏片、起偏复合波片以及检偏复合波片的初始方位角，Sin为归一化自然光的Stokes向量，δt为光谱仪的采集间隔时间，T为光学周期，N为总采集帧数，Sout为出射Stokes向量，Ii为多个连续积分采集的光强变化信息，i为采集帧数。
通过拟合迭代调整式(4)中的检偏复合波片的相位延迟量δ2、检偏复合波片的方位角C2、起偏复合波片的相位延迟量δ1、起偏复合波片的方位角C1、检偏片的方位角A、起偏片的方位角P以及光谱仪采集间隔时间δt，使得计算出的理论归一化光强信息与测量归一化光强信息接近，获取测量系统的系统参数。
其中，步骤2中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)。
步骤3，获取待测样件的光强变化信息，归一化后得到待测样件的测量归一化光强信息。
其中，测量待测样件的多个连续积分采集的归一化光强信息。
步骤4，根据待测样件的测量归一化光强信息和测量系统的系统参数，计算待测样件的穆勒矩阵。
其中，建立样件穆勒矩阵与系统参数之间的关系式：
Ms＝function(I,A,P,C1,C2,δ1,δ2,δt) (5)；
其中，I为待测样件的测量归一化光强信息。
将待测样件的归一化光强以及系统校准参数带入公式(5)中，计算出待测样件穆勒矩阵。
因为实测光谱仪并不能无间隔的连续采集多个光强信号，导致实际情况与理论情况不一致，所以针对现有技术的改进需求，本发明公开了一种非理想椭偏系统校准方法，通过校准光谱仪采集信号间隔参数，并将采集信号间隔参数带入光学测量，从而提高光学系统的校准与测量精度。
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。
Claims (3)
1.一种非理想椭偏系统校准方法，其特征在于，包括：
获取标准样件在测量系统的多个连续积分采集的光强变化信息，归一化后得到标准样件的测量归一化光强信息；
基于所述测量归一化光强信息和理论归一化光强信息，拟合迭代出测量系统的系统参数，所述系统参数包括检偏复合波片的相位延迟量、检偏复合波片的方位角、起偏复合波片的相位延迟量、起偏复合波片的方位角、检偏片的方位角、起偏片的方位角以及光谱仪采集间隔时间；
获取待测样件的光强变化信息，归一化后得到待测样件的测量归一化光强信息；
根据待测样件的测量归一化光强信息和测量系统的系统参数，计算待测样件的穆勒矩阵。
2.根据权利要求1所述的非理想椭偏系统校准方法，其特征在于，基于所述测量归一化光强信息和理论归一化光强信息，拟合迭代出测量系统的系统参数，包括：
构建测量系统模型：
Sout＝[MAR(A)]×[R(-ω2t-C2)(2)(2t+C2)]×Ms×[(-ω1t-C1)(1)(1t+C1)]×[R(-)P]×Sin(1)；
其中，MS为样件穆勒矩阵，D为光谱仪的探测向量[1,0,0,0],MP、MA为起偏臂以及检偏臂的偏振片穆勒矩阵，ω1、ω2为第一电机与第二电机的转速,M(δ1)以及M(δ2)为起偏复合波片和检偏复合波片的相位延迟量穆勒矩阵，R为旋转矩阵，P、A、C1、C2为起偏片、检偏片、起偏复合波片以及检偏复合波片的初始方位角，Sin为归一化自然光的Stokes向量，δt为光谱仪的采集间隔时间，T为光学周期，N为总采集帧数，Sout为出射Stokes向量，Ii为多个连续积分采集的光强变化信息，i为采集帧数；
通过拟合迭代调整式(2)中的检偏复合波片的相位延迟量δ2、检偏复合波片的方位角C2、起偏复合波片的相位延迟量δ1、起偏复合波片的方位角C1、检偏片的方位角A、起偏片的方位角P以及光谱仪采集间隔时间δt，使得计算出的理论归一化光强信息与测量归一化光强信息接近，获取测量系统的系统参数。
3.根据权利要求1或2所述的非理想椭偏系统校准方法，其特征在于，所述根据待测样件的测量归一化光强信息和测量系统的系统参数，计算待测样件的穆勒矩阵，包括：
根据待测样件的测量归一化光强信息和测量系统的系统参数，基于式(5)计算待测样件的穆勒矩阵：
Ms＝function(I,A,P,C1,C2,δ1,δ2,δt) (3)；
其中，I为待测样件的测量归一化光强信息。
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