CN117470509A - 一种紫外成像系统像质检测中点扩散函数的测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种紫外成像系统像质检测中点扩散函数的测量方法,属于晶圆检测领域,测量方法包括搭建显微成像系统、构建平面基底上单元纳米结构的暗场散射场分布的数值计算模型、显微成像系统中点扩散函数测量精度和可靠性判断和确定显微成像系统的点扩散函数在应用场景中的最优测量参数。本申请通过采用暗场散射成像方式进行成像系统的点扩散函数测量,可提高点扩散函数测量结果的信噪比。针对紫外至深紫外成像系统,通过选取特定材料、设计纳米结构、优化数值仿真计算模型,可以提供构建较理想等效点辐射源的方案,从而保证系统点扩散函数测量的精度和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于晶圆检测领域,具体涉及一种紫外成像系统像质检测中点扩散函数的测量方法。
背景技术
在晶圆缺陷光学检测领域,高检测精度和高检测通量同时要求光学系统中物镜的大数值孔径和大视场。对于几十纳米至几纳米的晶圆图案中加工缺陷的检测系统,其光学检测的工作波长主要限制在紫外至深紫外谱段。对于具备大数值孔径和大视场的紫外或深紫外镜头系统的像质检测,存在检测方案复杂、检测设备昂贵、检测误差较大等困难。
在镜头系统像质检测方案中,系统点扩散函数的测量和分析可以提供直观和较高精度的评价结果。系统点扩散函数的分析需要基于对系统物面上近似理想的点辐射源的成像和测量。由于工作波长变短,可见光成像系统中常用的如微米尺寸的孔结构,在深紫外成像系统中难以被继续描述为理想“点辐射源”,而只能被视为具有一定形状和体积的散射体。所以,对于紫外至深紫外成像系统,需要通过材料选取、结构设计和计算分析来构建点扩散函数测量中的理想“点辐射源”。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种紫外成像系统像质检测中点扩散函数的测量方法,其能解决上述问题。
一种紫外成像系统像质检测中点扩散函数的测量方法,方法包括以下步骤。
S1、搭建显微成像系统,显微成像系统包括多入射角度、波长、偏振可调的离轴照明模块、暗场显微成像模块、平面基底上的单元纳米结构。
S2、构建平面基底上单元纳米结构的暗场散射场分布的数值计算模型。
S21、定义照明背景电磁场、总电磁场/>和单元纳米结构的散射电磁场/>,定义的电磁场满足关系/>。
其中,定义照明背景电磁场,/>;定义总电磁场/>,/>;定义单元纳米结构的散射场/>,/>;E表示电场,H表示磁场,/>和/>分别表示存在单元纳米结构时由定义一致的照明场激发的电场矢量和磁场矢量分量,I表示当前入射角度的入射场,T表示总场,S表示散射场,/>对应暗场散射成像系统中的收集信号的近场部分。
S22、计算照明背景电磁场。
基于数值仿真和经典的麦克斯韦方程组建立的物理模型计算照明背景电磁场。
S23、计算单元纳米结构的散射电磁场。
根据麦克斯韦方程组,上文定义的照明背景电磁场和散射电磁场/>满足:
(1)
式中,表示旋度运算,/>和/>分别表示单元纳米结构散射场的电场矢量和磁场矢量分量,/>和/>分别表示照明背景场的电场矢量和磁场矢量分量,i为虚数单位,/>,/>为角频率,/>为光速,/> 为光波长,/>表示材料的磁导率张量,/>表示材料的介电张量,/>、/>分别表示单元纳米结构材料的介电张量和磁导率张量。
由此可知,在求解的物理模型中,激励源部分为等效电流源/>和等效磁流源/>,因此,根据公式(1)和已知的单元纳米结构区域内的照明背景场[EI,HI]和单元纳米结构材料属性/>、/>计算获得/>。
S3、显微成像系统中点扩散函数测量精度和可靠性判断。
选取平面基底上的单元纳米结构散射体作为等效点辐射源,采用暗场散射显微成像系统,通过数值计算平面基底上单元纳米结构的暗场散射场分布,判断此系统中点扩散函数测量的有效性,即测量精度和可靠性。
进一步的,测量方法还包括:S4、确定显微成像系统的点扩散函数在应用场景中的最优测量参数。
进一步的,显微成像系统基于离轴暗场照明成像系统,包括暗场照明光路和成像子系统,其中,照明入射角度包括经过物镜的离轴光和独立于物镜的大角度倾斜离轴光,入射角度可调、偏振可调。
进一步的,紫外至深紫外像质检测系统中,单元纳米结构采用铝纳米结构。
进一步的,紫外至深紫外的显微成像系统中,单元纳米结构形状采用圆盘或椭圆盘结构。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:本申请通过采用暗场散射成像方式进行成像系统的点扩散函数测量,可提高点扩散函数测量结果的信噪比。针对紫外至深紫外成像系统,通过选取特定材料、设计纳米结构、优化数值仿真计算模型,可以提供构建较理想等效点辐射源的方案,从而保证系统点扩散函数测量的精度和可靠性。
附图说明
图1和图2为本发明基于离轴暗场照明成像系统的不同入射角度示意图;
图3为照明背景电磁场、总电磁场/>的示意图。
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的一部分实施例,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的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。
一种紫外成像系统像质检测中点扩散函数的测量方法,方法包括以下步骤。
S1、搭建显微成像系统,显微成像系统包括多入射角度、波长、偏振可调的离轴照明模块、暗场显微成像模块、平面基底1上的单元纳米结构2。
参见图1和图2,显微成像系统基于离轴暗场照明成像系统,包括暗场照明光路和成像子系统,其中,照明入射角度包括经过物镜的离轴光和独立于物镜的大角度倾斜离轴光,入射角度可调、偏振可调。具体示例中,考虑紫外至深紫外工作波长,如355nm、266nm、193nm等晶圆检测领域中常用的激光波长,本方案的显微成像的照明光源采用紫外至深紫外波段。
单元纳米结构或单个纳米结构的散射场可等效为较理想的点源辐射场,并且在物镜的数值孔径范围内具有近似理想的均匀球面波前,从而可以通过对单元纳米结构进行暗场成像实现对系统点扩散函数的测量。因此,本方案采用了单元纳米结构。
本方案中,由于采用暗场散射成像方法,所以需要计算纳米结构在特定照明条件下的散射远场分布,通过模型构建和数值计算获得。具体如下。
S2、构建平面基底上单元纳米结构的暗场散射场分布的数值计算模型。
平面基底上单元纳米结构的暗场散射场的数值计算物理模型中,首先定义并计算照明背景电磁场,模型中只包含平面基底和自由空间域,无单元纳米结构。然后计算单元纳米结构散射场/>,模型中包含平面基底、自由空间域和单元纳米结构。具体如下。
S21、定义照明背景电磁场、总电磁场/>和单元纳米结构的散射电磁场/>,定义的电磁场满足关系/>。
其中,定义照明背景电磁场,/>;定义总电磁场/>,/>;定义单元纳米结构的散射场/>,/>;E表示电场,H表示磁场,/>和/>分别表示存在单元纳米结构时由定义一致的照明场激发的电场矢量和磁场矢量分量(也即示总电磁场的电场矢量和磁场矢量分量),I表示当前入射角度的入射场,T表示总场,S表示散射场,/>对应暗场散射成像系统中的收集信号的近场部分。
具体的,定义照明背景电磁场,其中/>,E表示电场,H表示磁场,下标I表示当前入射角度的入射场,/>可以基于经典的麦克斯韦方程组通过严格数值仿真计算得到。
定义总场,/>,E表示电场,H表示磁场,下标T表示总场。
定义纳米结构的散射场,/>,E表示电场,H表示磁场,下标S表示散射场,/>对应暗场散射成像系统中的收集光场信号的近场部分。
其中,参见图3中的(a)和(b),照明背景电磁场、总电磁场/>的示意图,定义的各电磁场之间满足关系/>。
S22、计算照明背景电磁场。
基于数值仿真和经典的麦克斯韦方程组建立的物理模型计算照明背景电磁场。
通过建立物理模型和数值仿真计算得到,具体的物理模型或计算模型如下。
计算的物理模型中的条件包括:照明电磁场分布、平面基底尺寸、平面基底材料和自由空间域材料属性、计算域边界条件。物理模型中的完备条件满足经典的麦克斯韦方程组,通过严格的数值求解麦克斯韦方程组得到/>。
其中,通过建立物理模型和严格数值仿真计算得到。
在的计算模型中,定义照明电磁场的参数,包括波长、入射角度、偏振、入射模式如平行光或聚焦光斑。
在的计算模型中,定义模型的边界条件为周期或非周期性边界条件。
在的计算模型中,只包含平面基底和自由空间域,不包含单元纳米结构散射体。
在的计算模型中,定义平面基底和自由空间域的材料属性包括介电常数和磁导率。
对于的计算模型,可通过有限元、严格耦合波分析、时域有限差分等严格数值仿真方法计算求解得到/>。
S23、计算单元纳米结构的散射电磁场。
根据麦克斯韦方程组,上文定义的照明背景电磁场和散射电磁场/>满足:
(1)
式中,表示旋度运算,/>和/>分别表示单元纳米结构散射场的电场矢量和磁场矢量分量,/>和/>分别表示照明背景场的电场矢量和磁场矢量分量,i为虚数单位,/>,/>为角频率,/>为光速,/> 为光波长,/>表示材料的磁导率张量,/>表示材料的介电张量,/>、/>分别表示单元纳米结构材料的介电张量和磁导率张量。
由此可知,在求解的物理模型中,激励源部分为等效电流源/>和等效磁流源/>,因此,根据公式(1)和已知的单元纳米结构区域内的照明背景场[EI,HI]和单元纳米结构材料属性/>、/>计算获得/>。
具体的,散射电磁场通过建立物理模型和严格数值仿真计算得到。
其中,根据公式(1)可知,在求解的物理模型中,激励源部分为等效电流源和等效磁流源/>,其只与单元纳米结构区域内的照明背景场[EI,HI]和单元纳米结构材料属性/>、/>相关。
其中,根据公式(1)可知,在求解的物理模型中,定义边界条件为非周期性边界条件。
其中,根据公式(1)可知,在求解的物理模型中,包含平面基底、自由空间域、单元纳米结构散射体。
其中,根据公式(1)可知,在求解的物理模型中,定义平面基底、自由空间域、单元纳米结构散射体的材料属性包括介电常数和磁导率。
S3、显微成像系统中点扩散函数测量精度和可靠性判断。
选取平面基底上的单元纳米结构散射体作为等效点辐射源,采用暗场散射显微成像系统,通过数值计算平面基底上单元纳米结构的暗场散射场分布判断此系统中点扩散函数测量的有效性,即测量精度和可靠性。
基于点扩散函数测量的像质检测中,测量原理要求点辐射源在物镜的数值孔径范围内具有均匀球面波面分布。
基于S1-S2中表述的物理模型和计算方法,选取平面基底上单元纳米结构散射体作为等效点辐射源,并采用暗场散射显微成像系统,通过数值计算平面基底上单元纳米结构的暗场散射场分布判断此系统中点扩散函数测量的有效性。
具体的,S31、给出平面基底上单元纳米结构散射体的等效点辐射源的形式。
根据公式(1),定义等效电流源和等效磁流源:
(2)
式中,Je为等效电流源,Jm为等效磁流源。
S32、计算得到等效点辐射源的辐射场远场分布,即的远场分布。
根据公式(1)可知,在数值仿真计算中,先计算得到照明背景电磁场、即背景场[EI,HI],然后在单元纳米结构区域定义方程(2)所示的等效电流源Je和磁流源Jm,即可计算此等效点辐射源的辐射场[ES,HS]。
其中,计算得到的等效点辐射源的辐射场远场分布,即单元纳米结构的散射场的远场分布,即对应暗场成像测试系统中可收集的光信号。
S33、对于等效电流源Je和等效磁流源Jm激励的辐射场的远场波面,通过判断其在物镜数值孔径范围内与均匀球面波面的吻合度,来判断像质检测系统中点扩散函数测量的精度和可靠性。
因此,在显微成像系统中,判断单元纳米结构散射体作为等效点辐射源的有效性,确认点扩散函数测量的精度和可靠性。
进一步的,测量方法还包括经精度和可靠性测量后的测量参数优化选择步骤,如下。
S4、确定显微成像系统的点扩散函数在应用场景中的最优测量参数。
基于S1-S3中表述的物理模型、计算方法和判断方法,调整照明条件,包括入射角、偏振态、入射波面调制。具体的,在一定的工作波长下,照明条件包括入射角度和偏振态、纳米结构的具体形状和尺寸,均通过电磁场数值仿真计算来确定。基于此,调整射角、偏振态、入射波面。
基于S1-S3中表述的物理模型、计算方法和判断方法,调整平面基底上单元纳米结构散射体的结构、材料参数。
基于S1-S3中表述的物理模型、计算方法和判断方法,对于紫外至深紫外成像系统,平面基底上的单元纳米结构材料选取为铝材料,考虑到其在紫外波段具有较好的等离激元共振效应,即具有较强散射效应,可提高像质检测中的信噪比。单元纳米结构形状选取为纳米圆盘或椭圆盘,考虑到其结构的工艺加工难易程度,以及照明条件。
具体的,对于选材,本方案中,通过材料选取、结构设计和计算分析来确定纳米结构。具体地,针对紫外至深紫外工作波长,纳米结构的材料可选取为铝,这是考虑到铝在紫外波段具有较强的光散射响应(铝在紫外波段具有较好的等离激元共振效应),从而增强散射信号强度,提高点扩散函数分析的信噪比。
纳米结构形状可选取为微纳加工工艺易于制备的圆盘或椭圆盘结构,相对于可见光波段常用的通孔类结构和透射式测量光路,圆盘类结构可以加工至更小尺寸,且反射式暗场测量光路系统更易于搭建。
以此实现在显微成像系统中,通过判断单元纳米结构散射体作为等效点辐射源的有效性,调整照明条件和单元纳米结构参数。
在物理模型中通过调整入射角、偏振态、入射波面使计算得到的满足上面提到判断标准,这些入射角、偏振态、入射波面就是实际测量系统中应该采用的参数,即通过建立物理模型计算来确定这些测量条件。
综上,本测量方法搭建的系统通过采用不同形式的离轴照明,实现暗场散射成像,通过测量方法调整得到系统最优参数,以提高点扩散函数成像测量的信噪比和对比度,从而提高测量精度。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种紫外成像系统像质检测中点扩散函数的测量方法,其特征在于,方法包括:
S1、搭建显微成像系统,显微成像系统包括多入射角度、波长、偏振可调的离轴照明模块、暗场显微成像模块、平面基底上的单元纳米结构;
S2、构建平面基底上单元纳米结构的暗场散射场分布的数值计算模型;
S21、定义照明背景电磁场、总电磁场/>和单元纳米结构的散射电磁场/>,定义的电磁场满足关系/>;
其中,定义照明背景电磁场,/>;定义总电磁场/>,/>;定义单元纳米结构的散射场/>,/>;E表示电场,H表示磁场,/>和/>分别表示存在单元纳米结构时由定义一致的照明场激发的电场矢量和磁场矢量分量,I表示当前入射角度的入射场,T表示总场,S表示散射场,/>对应暗场散射成像系统中的收集信号的近场部分;
S22、计算照明背景电磁场;
基于数值仿真和经典的麦克斯韦方程组建立的物理模型计算照明背景电磁场;
S23、计算单元纳米结构的散射电磁场;
根据麦克斯韦方程组,上文定义的照明背景电磁场和散射电磁场/>满足:
;
式中,表示旋度运算,/>和/>分别表示单元纳米结构散射场的电场矢量和磁场矢量分量,/>和/>分别表示照明背景场的电场矢量和磁场矢量分量,i为虚数单位,/>,/>为角频率,/>为光速,/> 为光波长,/>表示材料的磁导率张量,/>表示材料的介电张量,/>、/>分别表示单元纳米结构材料的介电张量和磁导率张量;
由此可知,在求解的物理模型中,激励源部分为等效电流源/>和等效磁流源,因此,根据公式(1)和已知的单元纳米结构区域内的照明背景场[EI,HI]和单元纳米结构材料属性/>、/>计算获得/>;
S3、显微成像系统中点扩散函数测量精度和可靠性判断;
选取平面基底上的单元纳米结构散射体作为等效点辐射源,采用暗场散射显微成像系统,通过数值计算平面基底上单元纳米结构的暗场散射场分布判断此系统中点扩散函数测量的有效性,即测量精度和可靠性。
2.根据权利要求1所述的测量方法,其特征在于,测量方法还包括:
S4、确定显微成像系统的点扩散函数在应用场景中的最优测量参数。
3.根据权利要求1所述的测量方法,其特征在于:
显微成像系统基于离轴暗场照明成像系统,包括暗场照明光路和成像子系统,其中,照明入射角度包括经过物镜的离轴光和独立于物镜的大角度倾斜离轴光,入射角度可调、偏振可调。
4.根据权利要求1-3任一项所述的测量方法,其特征在于:
显微成像系统中的单元纳米结构采用铝纳米结构。
5.根据权利要求4所述的测量方法,其特征在于:
显微成像系统中的单元纳米结构形状采用圆盘或椭圆盘结构。
6.根据权利要求1所述的测量方法,其特征在于:
显微成像系统中的光源采用紫外和深紫外波段。
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