RU2509718C1

RU2509718C1 - Optical measurement system and method to measure critical size

Info

Publication number: RU2509718C1
Application number: RU2012133571/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Коптяев; Алексей Дмитриевич Ланцов; Максим Владимирович Рябко; Александр Вячеславович Щербаков
Original assignee: Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2014-03-20
Also published as: KR20140019733A; KR102026742B1; RU2012133571A

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and may be used for measurement of geometric parameters of nanoobjects. The optical measurement system comprises a module to vary and monitor parameters of the optical circuit and lighting conditions; a lighting module; a module to build an optical image; a defocusing module; a module to register a row of images with different extent of focusing; a module to calculate a row of images with different extent of defocusing; a module to compare recorded defocused images with calculated images; a module of user interface. The method consists in the fact that a row of nanostructure images is recorded, which correspond to various wave lengths of scattered radiation with different extent of defocusing; several rows of nanostructure images are calculated with the critical size value that is within the available specified limits; a row of measured nanostructure images is compared to the appropriate rows of calculated images, and the best approximation of the critical size value is determined.

EFFECT: measurement of nanostructure critical size based on processing of defocused images without mechanical scanning of investigated nanostructure along focus.

29 cl, 11 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно - к способам и системам для измерения геометрических параметров нанообъектов.The invention relates to measuring equipment, and more specifically to methods and systems for measuring the geometric parameters of nano-objects.

В современном производстве полупроводниковых чипов по мере развития технологий микролитографии наблюдается тенденция к уменьшению критического размера (КР) изготавливаемых структур. Критическим размером называют один из характерных размеров наноструктуры, представляющий интерес и размер которого составляет несколько десятков нанометров. На сегодняшний день технологически достижимый предел критического размера структуры составляет ~30 нм и в ближайшем будущем он может снизиться до ~20 нм.In modern semiconductor chip manufacturing, as microlithography technologies develop, there is a tendency to reduce the critical size (RC) of fabricated structures. The critical size is one of the characteristic sizes of the nanostructure, which is of interest and whose size is several tens of nanometers. To date, the technologically achievable limit of the critical size of the structure is ~ 30 nm and in the near future it may drop to ~ 20 nm.

Массовое производство полупроводниковых структур со столь низким критическим размером повышает требования к точности и надежности измерительного оборудования, а также к быстроте и стоимости измерительного процесса. При этом существующие способы измерения с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) и атомно-силового микроскопа (АСМ) оказываются слишком медленными и дорогими, особенно на стадии отбраковки чипов с заранее известной топологией характерные размеры структуры которых, лишь незначительно отличаются от необходимых размеров. Для такого рода измерений были развиты различные оптические способы, основанные на технологии эллипсометрии [1] и скеттерометрии [2], в частности, широко известный способ «оптического критического размера» (OCD, Optical Critical Dimension) [3], которые позволяют распознать критический размер полупроводниковой структуры меньший, чем рэлеевский предел разрешения.Mass production of semiconductor structures with such a low critical size increases the requirements for the accuracy and reliability of measuring equipment, as well as the speed and cost of the measuring process. At the same time, the existing methods of measurement using a scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM) are too slow and expensive, especially at the stage of rejecting chips with a known topology whose characteristic dimensions are only slightly different from the required sizes. For such measurements, various optical methods based on ellipsometry technology [1] and scatterometry [2] were developed, in particular, the well-known method of “Optical Critical Dimension” (OCD, Optical Critical Dimension) [3], which make it possible to recognize the critical size semiconductor structure smaller than the Rayleigh resolution limit.

Каждый из существующих оптических способов анализа имеет свои преимущества и недостатки.Each of the existing optical methods of analysis has its advantages and disadvantages.

В способе OCD используется зависимость коэффициента отражения субволновой структуры от критического размера, длины волны падающего излучения и угла падения излучения на исследуемый объект. Рассматривается два варианта применения способа. В одном из них при фиксированной длине волны падающего излучения измеряют зависимость коэффициента отражения от угла падения излучения на объект (сканирование по углу), в другом варианте при фиксированном угле падения излучения на объект измеряют зависимости коэффициента отражения от длины волны (сканирование по длине волны). На практике во втором варианте измеряют спектр падающего и отраженного излучения и на их основе определяют зависимость коэффициента отражения от длины волны. Измеренную зависимость сравнивают с расчетными зависимостями, полученными при различных значениях критического размера. Наилучшее совпадение измеренной и расчетной кривой дает искомое значение критического размера.The OCD method uses the dependence of the reflection coefficient of the subwave structure on the critical size, the wavelength of the incident radiation, and the angle of incidence of the radiation on the object under study. Two applications of the method are considered. In one of them, at a fixed wavelength of incident radiation, the dependence of the reflection coefficient on the angle of incidence of radiation on the object is measured (scanning by angle), in another embodiment, at a fixed angle of incidence of radiation on the object, the dependence of the reflection coefficient on wavelength is measured (scanning by wavelength). In practice, in the second embodiment, the spectrum of the incident and reflected radiation is measured and based on them, the dependence of the reflection coefficient on the wavelength is determined. The measured dependence is compared with the calculated dependences obtained at various values of the critical size. The best match between the measured and calculated curve gives the desired value of the critical size.

Способ OCD получил широкое развитие в полупроводниковом производстве, однако он не позволяет проводить анализ непериодических структур, структур с малым числом периодов или структур, состоящих из одного или нескольких изолированных объектов.The OCD method has been widely developed in semiconductor manufacturing, but it does not allow the analysis of non-periodic structures, structures with a small number of periods, or structures consisting of one or more isolated objects.

Способ «сканирующей через фокус оптической микроскопии» (TSOM, Through-focus Scanning Optical Microscopy) [4], основанный на анализе неконтрастных (дефокусированных) изображений исследуемого объекта, полученных при помощи микроскопа при сканировании объекта вдоль оптической оси, позволяет анализировать непериодические и изолированные объекты. В способе TSOM система механического сканирования, обеспечивающая перемещения исследуемого объекта вдоль фокуса с точностью несколько десятков нанометров, является одним из основных и, вместе с тем, наиболее уязвимым в смысле надежности узлом измерительной TSOM-установки. Требования к понижению необходимого шага сканирования и точности позиционирования объекта вдоль фокуса возрастают при уменьшении характерных размеров объекта, что в условиях вибраций может снижать точность измерений и надежность всей измерительной системы в целом. Кроме того, механический способ сканирования заведомо ограничивает скорость измерения, которая важна в ряде практически важных измерительных задач полупроводникового производства. В связи с этим способы инспекции, не требующие механического сканирования образца или отдельных узлов измерительной системы, обладают существенным преимуществом.The method of “scanning through focus optical microscopy” (TSOM, Through-focus Scanning Optical Microscopy) [4], based on the analysis of non-contrast (defocused) images of the studied object, obtained using a microscope when scanning an object along the optical axis, allows you to analyze non-periodic and isolated objects . In the TSOM method, a mechanical scanning system that ensures the movement of the investigated object along the focus with an accuracy of several tens of nanometers is one of the main and, at the same time, the most vulnerable in terms of reliability of the TSOM measurement unit. The requirements for lowering the required scanning step and the accuracy of positioning an object along the focus increase with a decrease in the characteristic dimensions of the object, which under vibration conditions can reduce the accuracy of measurements and the reliability of the entire measuring system as a whole. In addition, the mechanical scanning method deliberately limits the measurement speed, which is important in a number of practically important measurement problems in semiconductor manufacturing. In this regard, inspection methods that do not require mechanical scanning of the sample or individual components of the measuring system have a significant advantage.

Способ TSOM [4] выбран в качестве прототипа заявляемого изобретения.The TSOM method [4] is selected as a prototype of the claimed invention.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в том, чтобы разработать оптическую измерительную систему и способ измерения критического размера наноструктуры, основанный на обработке дефокусированных изображений, не требующий механического сканирования исследуемого объекта вдоль фокуса и позволяющий измерять широкий класс объектов, в том числе непериодических.The problem to which the claimed invention is directed is to develop an optical measuring system and a method for measuring the critical size of a nanostructure, based on processing defocused images, not requiring mechanical scanning of the studied object along the focus and allowing to measure a wide class of objects, including non-periodic .

Под термином наноструктура при этом понимается такая структура, у которой, по меньшей мере, один из характерных размеров составляет несколько десятков нанометров, то есть его величина ниже рэлеевского предела разрешения для оптических систем видимого диапазона длин волн.The term nanostructure is understood to mean a structure in which at least one of its characteristic dimensions is several tens of nanometers, that is, its value is below the Rayleigh resolution limit for optical systems in the visible wavelength range.

Технический результат достигается за счет разработки, на основе оптического микроскопа, измерительной системы и способа измерения, в котором эффект необходимой степени дефокусирования изображения объекта обеспечивается путем изменения длины волны рассеянного на объекте излучения. Под термином «степень дефокусирования» при этом следует понимать такое расстояние Δ, на которое необходимо сместить объект вдоль фокуса, чтобы получить его изображение не искаженное аберрацией дефокусирования.The technical result is achieved by developing, on the basis of an optical microscope, a measuring system and a measurement method in which the effect of the necessary degree of defocusing of the image of the object is achieved by changing the wavelength of the radiation scattered from the object. In this case, the term “degree of defocusing” should be understood as such a distance Δ by which it is necessary to shift the object along the focus in order to obtain its image not distorted by defocusing aberration.

Заявляемая система измерения критического размера наноструктур без механического сканирования объединяет в себе как оптическое оборудование, так и программное обеспечение, и содержит:The inventive system for measuring the critical size of nanostructures without mechanical scanning combines both optical equipment and software, and contains:

- модуль изменения и контроля параметров оптической схемы и условий освещения;- a module for changing and controlling the parameters of the optical scheme and lighting conditions;

- модуль освещения;- lighting module;

- модуль построения оптического изображения;- module for constructing an optical image;

- модуль дефокусирования, причем степень дефокусирования зависит от длины волны;- defocusing module, and the degree of defocusing depends on the wavelength;

- модуль регистрации ряда изображений с различной степенью дефокусирования;- a module for recording a number of images with varying degrees of defocusing;

- программный модуль расчета ряда изображений с различной степенью дефокусирования;- software module for calculating a number of images with varying degrees of defocusing;

- программный модуль сравнения зарегистрированных дефокусированных изображений с рассчитанными изображениями;- a software module for comparing registered defocused images with calculated images;

- программный модуль пользовательского интерфейса.- software module user interface.

При этом заявляются три различных варианта реализации модуля, обеспечивающего дефокусирование, степень которого зависит от длины волны излучения, отличающиеся шириной спектрального диапазона, в котором изменяется длина волны рассеиваемого излучения для обеспечения требуемого диапазона дефокусирования. Заявляются также два варианта реализации модуля регистрации изображений с различной степенью дефокусирования с использованием перестраиваемого по длинам волн источника излучения и с обеспечением пространственно-спектрального разрешения. При этом все заявляемые варианты связаны единым изобретательским замыслом.At the same time, three different embodiments of the defocusing module are claimed, the degree of which depends on the radiation wavelength, differing in the spectral range in which the wavelength of the scattered radiation changes to provide the required defocusing range. Two variants of the implementation of the image registration module with a different degree of defocusing using a radiation source tunable by wavelengths and providing spatial-spectral resolution are also claimed. Moreover, all the claimed options are connected by a single inventive concept.

В одном из вариантов реализации заявляемой оптической измерительной системы модуль дефокусирования состоит из двух одинаковых параллельных дифракционных решеток и зеркала, которые позволяют создать оптическую разность хода, зависящую от длины волны.In one embodiment of the inventive optical measuring system, the defocusing module consists of two identical parallel diffraction gratings and a mirror, which allow creating an optical path difference depending on the wavelength.

В другом варианте оптической измерительной системы функцию модуля дефокусирования выполняет, за счет хроматической аберрации, трубная линза модуля построения оптического изображения.In another embodiment of the optical measuring system, the defocusing module performs the function of a tube lens of the optical imaging module due to chromatic aberration.

В еще одном варианте оптической измерительной системы функцию модуля дефокусирования выполняет, за счет хроматической аберрации, объектив линза модуля построения оптического изображения.In another embodiment of the optical measuring system, the defocusing module performs the function of the lens of the optical imaging module due to chromatic aberration.

В одном из вариантов оптической измерительной системы модуль регистрации дефокусированных изображений выполнен с возможностью последовательной регистрации дефокусированных изображений исследуемой наноструктуры при перестройке длины волны и состоит из CCD/CMOS детектора и перестраиваемого по длинам волн источника света.In one embodiment of the optical measuring system, the defocused image registration module is capable of sequentially registering defocused images of the nanostructure under study during wavelength tuning and consists of a CCD / CMOS detector and a light source tunable by wavelengths.

В еще одном варианте реализации оптической измерительной системы модуль регистрации дефокусированных изображений выполнен с возможностью одновременной регистрации дефокусированных изображений исследуемой наноструктуры за счет реализации пространственно-спектрального разрешения в пределах полосы длин волн источника света и состоит из CCD/CMOS детектора, диспергирующего элемента и источника света с широким спектром.In another embodiment of the optical measuring system, the defocused image registration module is capable of simultaneously recording defocused images of the nanostructure under study by realizing spatial-spectral resolution within the wavelength band of the light source and consists of a CCD / CMOS detector, a dispersing element and a wide light source spectrum.

Заявляемый способ измерения критического размера наноструктур без механического сканирования предусматривает выполнение следующих операций:The inventive method of measuring the critical size of nanostructures without mechanical scanning involves the following operations:

- выбирают параметры оптической схемы и условия освещения;- choose the parameters of the optical scheme and lighting conditions;

- регистрируют ряд (набор) изображений наноструктуры, соответствующих различным длинам волн рассеянного излучения с различной степенью дефокусирования;- register a series (set) of images of the nanostructure corresponding to different wavelengths of scattered radiation with a different degree of defocusing;

- рассчитывают несколько рядов изображений наноструктуры с различной степенью дефокусирования, соответствующих различным длинам волн рассеянного излучения при значениях КР, лежащих в известных границах;- several series of images of a nanostructure with a different degree of defocusing are calculated, corresponding to different wavelengths of scattered radiation at Raman values lying within known boundaries;

- сравнивают ряд измеренных изображений наноструктуры с соответствующими рядами рассчитанных изображений и определяют наилучшее приближение значения КР.- compare the number of measured images of the nanostructure with the corresponding series of calculated images and determine the best approximation of the Raman value.

В случае, если ряд измеренных изображений и какой-либо из расчетных рядов изображений совпадают с заданной точностью, соответствующее наилучшее приближение значения КР выводится измерительной системой посредством пользовательского интерфейса в качестве искомого значения. В случае, если совпадение измеренной и рассчитанных последовательностей изображений не достигнуто с заданной точностью, определяется новый более узкий диапазон изменения КР и последние две операции повторяются, пока необходимая точность не будет достигнута. При этом в модуле сравнения измеренных изображений наноструктуры с рассчитанными изображениями подбор значения КР может происходить различными способами. В предпочтительном варианте рассматриваются способ оптимизации и способ расчета библиотеки изображений. В способе оптимизации наилучшая оценка КР находится путем одновременной минимизации абсолютных значений разности соответствующих изображений из измеренного ряда и рассчитываемого ряда. В способе расчета библиотеки изображений ряд измеренных изображений последовательно сравнивается с рядами заранее рассчитанных изображений при условии, что значение КР меняется в известном интервале значений. В результате выполнения описанной последовательности операций, составляющих суть измерительного способа, находится наилучшая оценка измеряемого значения КР наноструктуры.If the number of measured images and any of the calculated series of images coincide with a given accuracy, the corresponding best approximation of the Raman value is displayed by the measuring system through the user interface as the desired value. If the coincidence of the measured and calculated sequences of images is not achieved with a given accuracy, a new narrower range of variation of the Raman scattering is determined and the last two operations are repeated until the required accuracy is achieved. Moreover, in the module for comparing the measured images of the nanostructure with the calculated images, the selection of the Raman value can occur in various ways. In a preferred embodiment, an optimization method and a method for calculating an image library are considered. In the optimization method, the best estimate of the Raman scattering is found by simultaneously minimizing the absolute values of the difference of the corresponding images from the measured series and the calculated series. In the method of calculating the image library, a number of measured images are sequentially compared with a series of pre-calculated images, provided that the value of the Raman varies in a known range of values. As a result of performing the described sequence of operations that are the essence of the measuring method, the best estimate of the measured value of the Raman scattering of the nanostructure is found.

Для лучшего понимания сути изобретения далее оно поясняется с привлечением графических материалов.For a better understanding of the essence of the invention, it is further explained using graphic materials.

Фиг.1 - блок-схема оптической измерительной системы критического размера, основанной на дефокусировании оптического изображения наноструктуры при изменении длины волны рассеянного излучения с выделением основных функциональных модулей (шаги 101-108).Figure 1 is a block diagram of a critical size optical measurement system based on defocusing the optical image of the nanostructure when the scattered radiation wavelength changes with the selection of the main functional modules (steps 101-108).

Фиг.2 - блок-схема способа измерения критического размера, основанного на дефокусировании оптического изображения наноструктуры при изменении длины волны рассеянного излучения (шаги 201-205).FIG. 2 is a flowchart of a method for measuring a critical size based on defocusing an optical image of a nanostructure when the scattered radiation wavelength changes (steps 201-205).

Фиг.3 - общая оптическая схема измерительной системы в варианте реализации модуля регистрации дефокусированных изображений с использованием перестраиваемого по длинам волн источника излучения.Figure 3 is a general optical diagram of a measuring system in an embodiment of a module for recording defocused images using a radiation source tunable by wavelengths.

Фиг.4 - пример реализации оптической схемы модуля, обеспечивающего дефокусирование, степень которого зависит от длины волны.Figure 4 is an example implementation of an optical circuit of a module providing defocusing, the degree of which depends on the wavelength.

Фиг.5 - оптическая схема измерительной системы в варианте реализации модуля, обеспечивающего дефокусирование при изменении длины волны, за счет хроматической аберрации в трубной линзе и модуля регистрации дефокусированных изображений с использованием перестраиваемого по длинам волн источника излучения.5 is an optical diagram of a measuring system in an embodiment of a module providing defocusing when the wavelength changes due to chromatic aberration in the tube lens and a module for recording defocused images using a radiation source tunable by wavelengths.

Фиг.6 - оптическая схема измерительной системы в варианте реализации модуля, обеспечивающего дефокусирование при изменении длины волны, за счет хроматической аберрации в трубной линзе и модуля регистрации дефокусированных изображений с обеспечением пространственно-спектрального разрешения.6 is an optical diagram of a measuring system in an embodiment of a module that provides defocusing when the wavelength changes due to chromatic aberration in the tube lens and a module for recording defocused images with spatial-spectral resolution.

Фиг.7 - оптическая схема измерительной системы в варианте реализации модуля, обеспечивающего дефокусирование при изменении длины волны, за счет хроматической аберрации в объективе и модуля регистрации дефокусированных изображений с использованием перестраиваемого по длинам волн источника излучения.7 is an optical diagram of a measuring system in an embodiment of a module providing defocusing when the wavelength changes due to chromatic aberration in the lens and a module for recording defocused images using a radiation source tunable by wavelengths.

Фиг.8 - оптическая схема измерительной системы в варианте реализации модуля, обеспечивающего дефокусирование при изменении длины волны, за счет хроматической аберрации в объективе и модуля регистрации дефокусированных изображений с обеспечением пространственно-спектрального разрешения.Fig. 8 is an optical diagram of a measuring system in an embodiment of a module providing defocusing when the wavelength changes due to chromatic aberration in the lens and a module for recording defocused images with spatial-spectral resolution.

Фиг.9 - пример изображений канавки шириной около 500 нм в слое кремния, демонстрирующих изменение степени дефокусирования при изменении длины волны рассеянного излучения за счет хроматической аберрации в трубной линзе;Fig.9 is an example of images of grooves with a width of about 500 nm in a silicon layer, showing a change in the degree of defocusing when changing the wavelength of the scattered radiation due to chromatic aberration in the tube lens;

Фиг.10 - пример ряда изображений точечного источника излучения с различной степенью дефокусирования, зарегистрированных:Figure 10 is an example of a series of images of a point source of radiation with varying degrees of defocusing recorded:

(10.1) - в варианте реализации оптической схемы измерительной системы с использованием перестраиваемого по длинам волн источника излучения;(10.1) - in the embodiment of the optical scheme of the measuring system using a radiation source tunable by wavelengths;

(10.2) - в варианте реализации оптической схемы с обеспечением пространственно-спектрального разрешения.(10.2) - in the embodiment of the optical scheme with spatial-spectral resolution.

Заявляемое изобретение реализуется на основе схемы оптического микроскопа с освещением по Келеру [9], работающего в режиме регистрации излучения отраженного от образца по способу светлого поля. На Фиг.3, 5, 6, 7, 8 представлены варианты оптических схем заявляемой измерительной системы, реализующих функционирование следующих модулей:The claimed invention is implemented on the basis of a scheme of an optical microscope with illumination according to Kähler [9], operating in the registration mode of radiation reflected from a sample by the bright field method. Figure 3, 5, 6, 7, 8 presents options for optical circuits of the inventive measuring system that implements the operation of the following modules:

- модуля освещения, состоящего из источника 1 света, перестраиваемого в выбранном диапазоне длин волн λ1<…<λi<…<λN или источника не предполагающего перестройку длины волны и имеющего спектр шириной Δλ=λN-λ1, оптической системы 2 освещения и объектива 4, которые обеспечивают освещение образца 5 по Келеру с выбранной числовой апертурой;- a lighting module, consisting of a light source 1 tunable in a selected wavelength range λ1 <... <λi <... <λN or a source not involving wavelength tuning and having a spectrum of width Δλ = λN-λ1, optical lighting system 2 and lens 4, which provide illumination of sample 5 according to Kähler with a selected numerical aperture;

- модуля построения оптического изображения, состоящего из объектива 4, делителя 3 пучка и трубной линзы 6;- a module for constructing an optical image consisting of a lens 4, a beam splitter 3, and a tube lens 6;

- модуля 10, обеспечивающего дефокусирование, степень которого зависит от длины волны. Совместно с данным модулем для разделения направлений входного (в модуль) пучка 12 и выходного (из модуля) пучка 13 может использоваться делитель 11 пучка, как это показано на Фиг.3;- module 10, providing defocusing, the degree of which depends on the wavelength. Together with this module, a beam divider 11 can be used to separate the directions of the input (into the module) beam 12 and the output (from the module) beam 13, as shown in FIG. 3;

- модуля регистрации ряда изображений с различной степенью дефокусирования, состоящего из CCD/CMOS детектора 7 и источника 1 света в случае использования источника света, перестраиваемого по длинам волн λ1<…<λi<…<λN (Фиг.3, 5, 7) или состоящего из CCD/CMOS детектора 7 и диспергирующего элемента 14 в случае использования источника света с шириной спектра Δλ при реализации конструкции модуля с обеспечением пространственно-спектрального разрешения (Фиг.6, 8). Модуль изменения и контроля параметров оптической схемы и условий освещения, а также программные модули на Фиг.3, 5, 6, 7, 8 не представлены.- a registration module for a series of images with varying degrees of defocusing, consisting of a CCD / CMOS detector 7 and a light source 1 in the case of using a light source tunable to wavelengths λ1 <... <λi <... <λN (Figs. 3, 5, 7) or consisting of a CCD / CMOS detector 7 and a dispersing element 14 in the case of using a light source with a spectral width Δλ when implementing the module design with spatial-spectral resolution (Fig.6, 8). The module for changing and controlling the parameters of the optical circuit and lighting conditions, as well as program modules in Figs. 3, 5, 6, 7, 8 are not shown.

Основными параметрами оптической схемы, определяющими условия освещения и регистрации изображений исследуемой наноструктуры 5, являются пространственно-частотный и временной спектр освещающего излучения; направление вектора поляризации; числовая апертура NA объектива 4, степень дефокусирования и ее зависимость от длины волны, реализуемая за счет конструкции модуля 10.The main parameters of the optical scheme, which determine the lighting conditions and the registration of images of the investigated nanostructure 5, are the spatial-frequency and temporal spectrum of the illuminating radiation; direction of the polarization vector; the numerical aperture NA of the lens 4, the degree of defocusing and its dependence on the wavelength, realized due to the design of module 10.

Оптимальные параметры оптической схемы в каждом конкретном измерении зависят от топологии и критического размера наноструктуры и выбираются в следующих диапазонах изменения значений:The optimal parameters of the optical scheme in each particular measurement depend on the topology and critical size of the nanostructure and are selected in the following ranges of values:

- временной спектр освещающего излучения в диапазоне длин волн λ=300-800 нм;- time spectrum of illuminating radiation in the wavelength range λ = 300-800 nm;

- пространственный спектр освещающего излучения такой, что выполнено условие 0.1<(NAill/NA)<1, где NAill - числовая апертура освещения, NA - числовая апертура объектива 4;- the spatial spectrum of the illuminating radiation is such that the condition 0.1 <(NAill / NA) <1 is satisfied, where NAill is the numerical aperture of illumination, NA is the numerical aperture of lens 4;

- числовая апертура NA объектива 4: 0.2<NA<0.9;- numerical aperture NA of the lens 4: 0.2 <NA <0.9;

- степень дефокусирования Δ из условия: 0<Δ<5*λ/(NA)², где λ - средняя длина волны освещающего излучения, NA - числовая апертура объектива 4.- the degree of defocusing Δ from the condition: 0 <Δ <5 * λ / (NA) ² , where λ is the average wavelength of the illuminating radiation, NA is the numerical aperture of the lens 4.

Модуль изменения и контроля параметров оптической схемы и условий освещения может включать измерительные приборы:The module for changing and controlling the parameters of the optical circuit and lighting conditions may include measuring instruments:

фотодиод, спектрометр, CCD/CMOS камеры; а также управляющие элементы, позволяющие менять пространственный спектр освещающего излучения, направление вектора поляризации и перестраивать длину волны источника излучения для обеспечения дефокусирования. Кроме того, данный модуль выполнен с возможностью передавать параметры оптической схемы и освещения в модуль расчета ряда изображений с различной степенью дефокусирования.photodiode, spectrometer, CCD / CMOS cameras; as well as control elements that allow you to change the spatial spectrum of the illuminating radiation, the direction of the polarization vector and rebuild the wavelength of the radiation source to ensure defocusing. In addition, this module is configured to transmit optical circuit and lighting parameters to a module for calculating a number of images with varying degrees of defocusing.

Зависимость степени дефокусирования от длины волны излучения реализуется за счет конструкции модуля 10. Обеспечить необходимый для измерения диапазон изменения степени дефокусирования Δ при изменении длины волны освещения в ряде случаев возможно за счет хроматической аберрации в трубной линзе 6 (Фиг.5, 6). Если показатель преломления стекла, из которого изготовлена линза 6, зависит от длины волны, то для фокусного расстояния линзы F будет справедливо [5]The dependence of the degree of defocusing on the wavelength of radiation is realized due to the design of the module 10. It is possible to provide the range of variation of the degree of defocusing Δ necessary for measuring when the wavelength of light is changed in some cases due to chromatic aberration in the tube lens 6 (Figs. 5, 6). If the refractive index of the glass of which the lens 6 is made depends on the wavelength, then for the focal length of the lens F will be true [5]

$\frac{δ F}{F} + \frac{δ n}{n - 1} = 0,$

\frac{δ F}{F} + \frac{δ n}{n - one} = 0

где δn - изменение показателя преломления стекла, а δF - изменение фокусного расстояния трубной линзы 6 при максимально допустимом для выбранного источника света изменении длины волны освещающего излучения Δλ. При этом наиболее короткие длины волн дадут изображение объекта в плоскости 8, а наиболее длинные дадут сравнительно резкое изображение объекта в плоскости 9. В отсутствие хроматической аберрации объектива 4, максимальная степень дефокусирования Δ в этом случае составитwhere δn is the change in the refractive index of the glass, and δF is the change in the focal length of the tube lens 6 at the maximum allowable change in the wavelength of the illuminating radiation Δλ for the selected light source. In this case, the shortest wavelengths will give an image of the object in plane 8, and the longest will give a relatively sharp image of the object in plane 9. In the absence of chromatic aberration of the lens 4, the maximum degree of defocusing Δ in this case will be

$Δ ~ \frac{δ F \cdot ƒ^{2}}{F^{2}} ~ \frac{1}{M} \cdot ƒ \cdot \frac{δ n}{n - 1},$

Δ ~ \frac{δ F \cdot ƒ^{2}}{F^{2}} ~ \frac{one}{M} \cdot ƒ \cdot \frac{δ n}{n - one},

где f - фокусное расстояние объектива 4, a M=F/f - увеличение системы объектив 4/трубная линза 6. Таким образом, функцию модуля 10, обеспечивающего дефокусирование, степень которого зависит от длины волны, в данном случае выполняет трубная линза 6.where f is the focal length of the lens 4, and M = F / f is the increase in the system of the lens 4 / tube lens 6. Thus, the function of the module 10, which provides defocusing, the degree of which depends on the wavelength, in this case, is the tube lens 6.

Увеличить максимальную степень дефокусирования, не увеличивая при этом ширину спектрального диапазона изменения длин волн Δλ, освещающего источника, возможно за счет хроматической аберрации в объективе (Фиг.7, 8). При отсутствии хроматической аберрации в трубной линзе максимальная степень дефокусирования Δ в этом случае составит:To increase the maximum degree of defocusing, while not increasing the width of the spectral range of wavelengths Δλ illuminating the source, possibly due to chromatic aberration in the lens (Fig.7, 8). In the absence of chromatic aberration in the tube lens, the maximum degree of defocusing Δ in this case will be:

$Δ ~ δ ƒ ~ ƒ \cdot \frac{δ n}{n - 1},$

Δ ~ δ ƒ ~ ƒ \cdot \frac{δ n}{n - one},

где ƒ - фокусное расстояние объектива 4. Таким образом, функцию модуля 10, обеспечивающего дефокусирование, степень которого зависит от длины волны, в данной реализации конструкции оптической системы выполняет объектив 4. При этом максимальная степень дефокусирования Δ при изменении длины волны источника на Δλ в М раз больше, чем в случае реализации модуля 10 в виде трубной линзы 6, обладающей хроматической аберрацией.where ƒ is the focal length of the lens 4. Thus, the function of the module 10, which provides defocusing, the degree of which depends on the wavelength, is performed by lens 4. In this embodiment, the maximum degree of defocusing Δ when changing the source wavelength by Δλ in M times more than in the case of the implementation of the module 10 in the form of a tube lens 6 with chromatic aberration.

На Фиг.9 приведен пример изображений неглубокой канавки в слое кремния шириной около 500 нм, полученных при рассеянии на ней излучения с длинами волн 660 нм и 455 нм. Изображения получены в двух положениях канавки вдоль фокуса: 0um и +20um. Как легко видеть, изображения канавки, полученные в одном положении вдоль фокуса, но в разных длинах волн, имеют разную степень дефокусирования. В положении «0um» меньшую степень дефокусирования имеет изображение при λ=455 нм, а в положении «+20um» меньшую степень дефокусирования имеет изображение канавки, полученное при длине волны λ=660 нм. Дефокусирование, степень которого зависит от длины волны, в данном случае обеспечивала трубная линза 6 с фокусным расстояние F~250 мм. Условия освещения и регистрации были выбраны такими, что: NA=0.25, NAill/NA~0.1.Figure 9 shows an example of images of a shallow groove in a silicon layer with a width of about 500 nm, obtained by scattering radiation on it with wavelengths of 660 nm and 455 nm. Images were taken in two groove positions along the focus: 0um and + 20um. It is easy to see that the groove images obtained in one position along the focus, but at different wavelengths, have different degrees of defocusing. In the “0um” position, the image at λ = 455 nm has a lower degree of defocusing, and in the “+ 20um” position, the groove image obtained at a wavelength of λ = 660 nm has a lower degree of defocusing. Defocusing, the degree of which depends on the wavelength, in this case was ensured by a tube lens 6 with a focal length F ~ 250 mm. Lighting and recording conditions were chosen such that: NA = 0.25, NAill / NA ~ 0.1.

Возможность реализации необходимой для измерения максимальной степени дефокусирования Δ при изменении длины волны источника в небольшом диапазоне длин волн Δλ выглядит перспективной с точки зрения снижения требований к источнику света. Так, например, типичные лазерные диоды видимого диапазона длин волн имеют диапазон перестройки длины волны Δλ~6-15 нм. Для большинства стекол коэффициент дисперсии dn/dλ составляет ~0,01-0,03 µ^-1. Таким образом, коэффициент $\frac{δ n}{n - 1}$

оказывается ограниченным и составляет ~(1-3)·10^-4. Реализовать в этом случае максимальный диапазон дефокусирования 0<Δ<5*λ/(NA)², который, например, для объектива с числовой апертурой NA=0,9 составит Δ~0-3 µ, (λ=0,5 µ) представляется весьма затруднительным, как с использованием хроматической аберрации в трубной линзе 6, так и с использованием для дефокусирования хроматической аберрации в объективе 4. В этом случае одной из возможных конструкций модуля 10, обеспечивающего дефокусирование, степень которого зависит от длины волны, может быть конструкция, представленная на Фиг.4.The possibility of realizing the necessary to measure the maximum degree of defocusing Δ when the source wavelength changes in a small wavelength range Δλ looks promising from the point of view of reducing the requirements for the light source. So, for example, typical laser diodes of the visible wavelength range have a wavelength tuning range of Δλ ~ 6-15 nm. For most glasses, the dispersion coefficient dn / dλ is ~ 0.01-0.03 μ ^-1 . Thus, the coefficient

\frac{δ n}{n - one}

It turns out to be limited and amounts to ~ (1-3) · 10 ^-4 . In this case, realize the maximum defocusing range 0 <Δ <5 * λ / (NA) ² , which, for example, for a lens with a numerical aperture NA = 0.9 will be Δ ~ 0-3 μ, (λ = 0.5 μ) it seems very difficult, both with the use of chromatic aberration in the tube lens 6, and with the use of defocusing chromatic aberration in the lens 4. In this case, one of the possible designs of the module 10, providing defocusing, the degree of which depends on the wavelength, may be a design, presented in figure 4.

Коллимированный пучок 12 света направляется под скользящим углом на дифракционную решетку 401, параллельную точно такой же дифракционной решетке 402, отразившись от которой попадает на зеркало 403, после отражения от которого, проходит весь путь в обратном направлении и выходит из данной конструкции в направлении пучка 13, коллинеарном направлению пучка 12. Ввиду дисперсии дифракционных решеток, которая определяется их периодом, короткие и длинные волны пройдут разный оптический путь и выйдут из системы двух решеток с оптической разностью хода, зависящей от параметров решеток и расстояния между ними. Поместив данную конструкцию в качестве модуля 10 в оптическую схему, представленную на Фиг.3, и подбирая параметры данной конструкции, можно добиться необходимого диапазона дефокусирования Δ, при изменении длины волны источника освещения даже в небольшом диапазоне Δλ.The collimated light beam 12 is directed at a sliding angle to the diffraction grating 401 parallel to exactly the same diffraction grating 402, reflected from which it hits the mirror 403, after reflection from which it goes all the way in the opposite direction and leaves the structure in the direction of the beam 13, the collinear direction of the beam 12. Due to the dispersion of the diffraction gratings, which is determined by their period, short and long waves will travel a different optical path and exit the system of two gratings with an optical path difference Depending on the lattice parameters and the distance between them. By placing this design as module 10 in the optical circuit shown in FIG. 3, and selecting the parameters of this design, it is possible to achieve the necessary defocusing range Δ, when changing the wavelength of the light source even in a small range Δλ.

Таким образом, для того, чтобы было зарегистрировано одно дефокусированное изображение наноструктуры в выбранных условиях облучения образца 5 и регистрации его изображения происходит перестройка длины волны источника и захват изображения CCD/CMOS детектором 7. Повторение этих операций обеспечивает последовательную регистрацию ряда дефокусированных изображений исследуемого образца. При этом необходимая степень дефокусирования каждого изображения обеспечивается автоматически за счет конструкции модуля 10 и механического перемещения образца 5 вдоль фокуса не требуется.Thus, in order for a single defocused image of the nanostructure to be recorded under the selected irradiation conditions of sample 5 and to register its image, the wavelength of the source is rearranged and the image is captured by the CCD / CMOS detector 7. Repeating these operations ensures sequential registration of a number of defocused images of the sample under study. Moreover, the necessary degree of defocusing of each image is ensured automatically due to the design of the module 10 and mechanical movement of the sample 5 along the focus is not required.

Снизить требования к освещающему источнику, отказавшись от необходимости перестраивать длину волны, можно за счет реализации конструкций измерительной системы, показанных на Фиг.6, 8. Отличительной особенностью в данных конструкциях обладает модуль регистрации ряда изображений с различной степенью дефокусирования, состоящий из CCD/CMOS детектора 7 и диспергирующего элемента 14. Изображение исследуемой наноструктуры 5, освещаемой пучком света с шириной спектра Δλ при помощи объектива 4 и трубной линзы 6 строится на детекторе 7. При этом диспергирующий элемент 14 обеспечивает селективное по длинам волн отклонение пучка света от оптической оси. В результате реализации данной конструкции на двумерном детекторе 7 обеспечивается пространственно-спектральное разрешение. В направлении дисперсии элемента 14 - спектральное разрешение, в ортогональном направлении - пространственное разрешение. На Фиг.10 (вид 10.1) приведен пример результата регистрации ряда изображений точечного источника с различной степенью дефокусирования, полученных при сканировании длины волны источника света в схемах реализации оптической измерительной системы, представленных на Фиг.3, 5, 7. На Фиг.10 (вид 10.2) приведен пример результата регистрации ряда изображений точечного источника с различной степенью дефокусирования, полученных в схемах оптической измерительной с реализацией пространственно-спектрального разрешения, представленных на Фиг.6, 8. По горизонтальной оси в направлении дисперсии элемента 14 изменяется степень дефокусирования точечного источника (условно показана на рисунке). Она равна нулю при λ=λ4 и максимальна при λ=λ1 и λ=λ7. По вертикальной оси изменяется пространственное распределение интенсивности в дефокусированном изображении точечного источника. В данном варианте реализации модуля регистрации изображений в выбранных условиях облучения образца 5 и регистрации его изображения все необходимые дефокусированные изображения регистрируются одновременно. Диспергирующий элемент 14 обеспечивает пространственное разделение дефокусированных изображений на детекторе 7, а необходимая степень дефокусирования каждого из изображений достигается за счет конструкции модуля 10. При этом ни механического перемещения образца 5 вдоль фокуса, ни перестройки длины волны источника излучения не требуется. В данной конструкции измерительной системы с реализацией пространственно-спектрального разрешения в модуле регистрации ряда изображений с различной степенью дефокусирования спектральное разрешение, а следовательно, неопределенность степени дефокусирования объекта, измеряемая вдоль горизонтальной оси детектора, определяется, в основном, размером наноструктуры в направлении дисперсии элемента 14. Это обстоятельство необходимо учитывать при моделировании результатов измерения и определения критического размера наноструктуры.Reducing the requirements for the illuminating source, abandoning the need to reconstruct the wavelength, can be achieved by implementing the designs of the measuring system shown in Figs. 6, 8. A distinctive feature in these designs is the module for recording a number of images with varying degrees of defocusing, consisting of a CCD / CMOS detector 7 and the dispersing element 14. The image of the studied nanostructure 5 illuminated by a light beam with a spectral width Δλ using the lens 4 and the tube lens 6 is built on the detector 7. In this case, the disperser iruyuschy element 14 provides selective wavelength of the light beam deviation from the optical axis. As a result of the implementation of this design on a two-dimensional detector 7, spatial-spectral resolution is provided. In the dispersion direction of the element 14 is the spectral resolution, in the orthogonal direction is the spatial resolution. Figure 10 (view 10.1) shows an example of the result of recording a series of images of a point source with varying degrees of defocusing obtained by scanning the wavelength of the light source in the optical measurement system implementation schemes presented in Figures 3, 5, 7. Figure 10 ( view 10.2) is an example of the result of recording a series of images of a point source with varying degrees of defocusing obtained in optical measurement schemes with spatial-spectral resolution shown in Figs. 6, 8. Horizontally tal axis in the direction of the dispersion member 14 changes the degree of defocusing of the point source (schematically shown in the figure). It is equal to zero at λ = λ4 and is maximum at λ = λ1 and λ = λ7. The spatial distribution of intensity in the defocused image of a point source changes along the vertical axis. In this embodiment, the implementation of the module for registering images in the selected irradiation conditions of sample 5 and registering its image, all the necessary defocused images are recorded simultaneously. The dispersing element 14 provides a spatial separation of the defocused images on the detector 7, and the necessary degree of defocusing of each of the images is achieved due to the design of the module 10. In this case, neither mechanical movement of the sample 5 along the focus, nor adjustment of the wavelength of the radiation source is required. In this design of the measuring system with the implementation of spatial spectral resolution in the module for recording a number of images with different degrees of defocusing, the spectral resolution, and therefore the uncertainty of the degree of defocusing of the object, measured along the horizontal axis of the detector, is determined mainly by the size of the nanostructure in the dispersion direction of element 14. This circumstance must be taken into account when modeling the measurement results and determining the critical size of the nanostructure.

Результаты измерения моделируются в программном модуле расчета ряда изображений с различной степенью дефокусирования, который в предпочтительном варианте реализован за счет комбинации способов расчета электромагнитного поля RCWA (Строгий анализ связных волн) [6] и FDTD (Способ конечных разностей по временной области) [7], основанных на точном решении уравнений Максвелла. Входными параметрами данного модуля являются параметры оптической схемы, определяющие условия освещения и регистрации ряда изображений с различной степенью дефокусирования, зависящей от длины волны, указанные выше, а также диапазон изменения КР, из которого выбираются значения для расчета соответствующих последовательностей дефокусированных изображений. В большинстве практически важных метрологических задач полупроводникового производства диапазон изменения КР измеряемой наноструктуры известен достаточно точно и выбор начального диапазона для расчета последовательностей дефокусированных изображений не представляет трудностей и производится экспертным путем. Более узкий, уточненный диапазон изменения КР определяется в результате сравнения измеренной последовательности дефокусированных изображений с рассчитанными последовательностями.The measurement results are modeled in a software module for calculating a series of images with varying degrees of defocusing, which is preferably implemented through a combination of methods for calculating the electromagnetic field RCWA (Strict Analysis of Connected Waves) [6] and FDTD (Method of finite differences in time domain) [7], based on the exact solution of Maxwell's equations. The input parameters of this module are the parameters of the optical circuit, which determine the lighting and registration conditions for a number of images with varying degrees of defocusing depending on the wavelength indicated above, as well as the Raman range from which values are selected for calculating the corresponding sequences of defocused images. In most practically important metrological problems of semiconductor manufacturing, the range of change in the Raman of the measured nanostructure is known accurately and the choice of the initial range for calculating sequences of defocused images is not difficult and is done by experts. A narrower, more precise range of Raman variation is determined by comparing the measured sequence of defocused images with the calculated sequences.

Модуль сравнения зарегистрированных дефокусированных изображений с рассчитанными изображениями является одним из важных модулей измерительной системы. На вход данного модуля поступают ряд зарегистрированных дефокусированных изображений исследуемой наноструктуры и несколько рядов рассчитанных дефокусированных изображений для определенного диапазона изменения КР. На выходе в результате сравнения определяется наилучшая оценка измеряемого критического размера и/или более узкий уточненный диапазон изменения значения КР. Из литературы известно несколько способов сравнения цифровых изображений, которые могут применяться в данном программном модуле. Причем результатом сравнения должно быть число, показывающее насколько измеренная последовательность изображений близка к рассчитанной последовательности из библиотеки. В ряде случаев для анализа последовательностей изображений с различной степенью дефокусирования вводят понятие «фокус-метрики» [8]. Каждому дефокусированному изображению ставят в соответствие некоторый параметр, который зависит от топологии объекта и степени дефокусирования. Таким параметром, в частности, может быть стандартное отклонение, вычисляемое по цифровому изображению, которое представляет собой двумерный массив данных. Вычисляя фокус- метрику для изображения наноструктуры при различной степени дефокусирования, получают кривую фокус-метрики.The module for comparing registered defocused images with calculated images is one of the important modules of the measuring system. The input of this module receives a number of registered defocused images of the nanostructure under study and several rows of calculated defocused images for a certain range of Raman variation. As a result of the comparison, the best estimate of the measured critical size and / or a narrower specified range of changes in the Raman value are determined as a result of the comparison. From the literature there are several methods for comparing digital images that can be used in this software module. Moreover, the result of the comparison should be a number showing how close the measured sequence of images is to the calculated sequence from the library. In some cases, the concept of “focus metrics” is introduced to analyze sequences of images with varying degrees of defocusing [8]. Each defocused image is associated with a certain parameter, which depends on the topology of the object and the degree of defocusing. Such a parameter, in particular, can be a standard deviation calculated from a digital image, which is a two-dimensional data array. By calculating the focus metric for the image of the nanostructure at various degrees of defocusing, a focus metric curve is obtained.

Поскольку степень дефокусирования и длина волны рассеянного излучения связаны друг с другом способом, зависящим от параметров оптической схемы, указанных выше, то возможна регистрация и расчет фокус-метрики для данной наноструктуры в зависимости от длины волны. Кривые фокус-метрик в зависимости от длины волны, полученные при обработке ряда зарегистрированных дефокусированных изображений и рядов рассчитанных дефокусированных изображений в выбранном диапазоне изменения КР, могут быть сравнены одна с другой. Наилучшее совпадение кривых дает наилучшую оценку для измеряемого значения КР.Since the degree of defocusing and the wavelength of the scattered radiation are related to each other in a manner that depends on the parameters of the optical scheme indicated above, it is possible to register and calculate the focus metric for a given nanostructure depending on the wavelength. Curves of focus metrics depending on the wavelength obtained by processing a number of registered defocused images and rows of calculated defocused images in a selected range of Raman variation can be compared with one another. The best fit of the curves gives the best estimate for the measured Raman value.

СсылкиReferences

[1] - "Handbook of ellipsometry", Harland G.Tompkins, Eugene A.Irene.[1] - "Handbook of ellipsometry", Harland G. Tompkins, Eugene A. Irene.

[2] - PETRE CATALIN LOGOFATU et. al., Rom. Journ. Phys., Vol.55, Nos. 3-4, P.376-385, Bucharest, 2010.[2] - PETRE CATALIN LOGOFATU et. al., Rom. Journ. Phys., Vol. 55, Nos. 3-4, P.376-385, Bucharest, 2010.

[3] - Ray J.Hoobler and Ebru Apak, Proceedings of SPIE Vol.5256 23rd Annual BACUS Symposium on Photomask Technology.[3] - Ray J. Hoobler and Ebru Apak, Proceedings of SPIE Vol.5256 23rd Annual BACUS Symposium on Photomask Technology.

[4] - Attota, R., Silver, R.M., and Bames, B.M., "Optical through-focus technique that differentiates small changes in line width, line height, and sidewall angle for CD, overlay, and defect metrology applications," Proc. SPIE 6922, 69220E-1-13, (2008).[4] - Attota, R., Silver, RM, and Bames, BM, "Optical through-focus technique that differentiates small changes in line width, line height, and sidewall angle for CD, overlay, and defect metrology applications," Proc . SPIE 6922, 69220E-1-13, (2008).

[5] - M.Вот and E.Wolf, Principles of Optics, 6th ed. (Pergamon, Oxford, UK, 1989).[5] - M. Wot and E. Wolf, Principles of Optics, 6th ed. (Pergamon, Oxford, UK, 1989).

[6] - M.G.Moharam, Drew A.Pommet, and Eric B.Grann. J.Opt. Soc. Am. A, 12(5):1077{1086}, May 1995.[6] - M.G. Moharam, Drew A.Pommet, and Eric B. Grann. J. Opt. Soc. Am. A, 12 (5): 1077 {1086}, May 1995.

[7] - K.Umashankar, A.Taflove, "A Novel Method to Analyze Electromagnetic Scattering of Complex Objects", IEEE (1982).[7] - K. Umashankar, A.Taflove, "A Novel Method to Analyze Electromagnetic Scattering of Complex Objects", IEEE (1982).

[8] - Attota, R., Silver R.M.., and Potzick, J., "Optical illumination and critical dimension analysis using the through-focus focus metric," Proc. SPIE, 6289, p.62890Q-1-10 (2006).[8] - Attota, R., Silver R.M .., and Potzick, J., "Optical illumination and critical dimension analysis using the through-focus focus metric," Proc. SPIE, 6289, p. 62890Q-1-10 (2006).

[9] - Ход лучей в проходящем свете, http://www.labor-microscopes.ru/views/view4.html.[9] - The course of rays in transmitted light, http://www.labor-microscopes.ru/views/view4.html.

Claims

1. An optical measuring system for measuring critical size due to defocusing of the optical image of the nanostructure when the scattered radiation wavelength changes, characterized in that it contains:
- an optical illumination module of the sample with the nanostructure under study, consisting of a light source, an optical lighting system and a lens,
- module for constructing an optical image,
- the defocusing module of the optical image, and the degree of defocusing depends on the wavelength and satisfies the condition: 0 <∆ <5 · λ / (NA) ² , where λ is the average wavelength of the illuminating radiation, NA is the numerical aperture of the lens,
- a module for calculating a number of images with varying degrees of defocusing,
- a module for changing and controlling the parameters of the optical circuit and lighting conditions, configured to measure and transmit to the module for calculating the parameters of the optical circuit and lighting conditions of a number of images with varying degrees of defocusing,
- a module for recording a number of images with varying degrees of defocusing,
- a module for comparing registered defocused images of a nanostructure with calculated defocused images,
- user interface module.

2. The system according to claim 1, characterized in that the lighting module consists of a light source tunable in the wavelength range λ1 <... <λi <... <λN, located within the band from 300 nm to 800 nm, an optical lighting system and a lens .

3. The optical measuring system according to claim 2, characterized in that the defocused image registration module is capable of sequentially recording defocused images of the nanostructure under study when the wavelength is tuned and consists of a CCD / CMOS detector and a light source tunable by wavelengths.

4. The optical measuring system according to claim 2, characterized in that the defocused image registration module is capable of simultaneously registering defocused images of the nanostructure under study by realizing spatial-spectral resolution within the wavelength band of the light source and consists of a CCD / CMOS dispersing detector element and light source with a wide range

5. The system according to claim 1, characterized in that the lighting module consists of a light source with a spectral width Δλ located in the wavelength range of 300-800 nm, an optical lighting system and a lens.

6. The system according to claim 1, characterized in that the optical illumination module is made on the basis of the optical microscope scheme with lighting according to Kähler.

7. The system according to claim 1, characterized in that the optical imaging module is based on the optical structure of the microscope.

8. The system according to claim 7, characterized in that the optical imaging module consists of a lens, a beam splitter and a tube lens.

9. The system of claim 8, wherein the tube lens of the optical imaging module performs due to chromatic aberration the function of a defocusing module, the degree of which depends on the wavelength.

10. The system of claim 8, characterized in that the lens of the optical image building module performs, due to chromatic aberration, the function of the module providing defocusing, the degree of which depends on the wavelength.

11. The system according to claim 1, characterized in that the defocusing module, the degree of which depends on the wavelength, consists of two identical parallel diffraction gratings and a mirror, which make it possible to create an optical travel difference depending on the wavelength.

12. The system according to claim 1, characterized in that the module for changing and monitoring the parameters of the optical circuit and lighting conditions is configured to change and / or measure and / or control the parameters of the optical circuit and lighting conditions.

13. The optical measuring system according to p. 12, characterized in that at least one variable and / or controlled parameter of the optical scheme is selected from the group: spatial frequency spectrum of illumination, time spectrum of illumination, direction of the polarization vector, numerical aperture of the lens, the degree of defocusing, the dependence of the degree of defocusing on the wavelength.

14. The system of claim 13, wherein the spatial spectrum of the illuminating radiation is selected when the condition is met: 0.1 <(NAill / NA) <1, where NAill is the numerical aperture of illumination, NA is the numerical aperture of the lens.

15. The system of claim 14, wherein the numerical aperture of the NA lens satisfies the condition: 0.2 <NA <0.9.

16. The system according to claim 1, characterized in that the module for calculating a number of images with varying degrees of defocusing is implemented by combining methods for calculating the electromagnetic field: the method of rigorous analysis of coupled waves (RCWA) and the method of finite difference in time domain (FDTD).

17. A method for measuring the critical size, based on defocusing the optical image of the nanostructure when the wavelength of the scattered radiation changes, characterized in that:
- choose the parameters of the optical scheme and lighting conditions,
- register a series of images of the nanostructure corresponding to different wavelengths of scattered radiation with a different degree of defocusing,
- calculate several series of images of the nanostructure with different degrees of defocusing, corresponding to different wavelengths of scattered radiation at critical sizes lying within known boundaries,
- compare the number of measured images of the nanostructure with the corresponding series of calculated images and determine the best approximation of the critical size value.

18. The method according to 17, characterized in that at least one of the parameters of the optical scheme and lighting conditions is selected from the group: spatial frequency spectrum of illumination, temporal spectrum of illumination, direction of the polarization vector, numerical aperture of the lens, degree of defocusing, the dependence of the degree of defocusing on the wavelength.

19. The method according to p. 18, characterized in that the spectrum of illuminating radiation is selected in the wavelength range of 300-800 nm.

20. The method according to p. 18, characterized in that the spatial spectrum of the illuminating radiation is chosen so that the condition is met: 0.1 <(NAill / NA) <1, where NAill is the numerical aperture of illumination, NA is the numerical aperture of the lens.

21. The method according to p, characterized in that the numerical aperture of the NA of the lens is selected from the condition: 0.2 <NA <0.9.

22. The method according to p. 18, characterized in that the degree of defocusing Δ is chosen from the condition: 0 <Δ <5 · λ / (NA) ² , where λ is the average wavelength of the illuminating radiation, NA is the numerical aperture of the lens.

23. The method according to p. 18, characterized in that the defocused image of the nanostructure is recorded sequentially when the wavelength of the light source is tuned.

24. The method according to p. 18, characterized in that defocused images of the nanostructure are recorded simultaneously due to the implementation of spatial spectral resolution within the wavelength band of a wide spectrum light source.

25. The method according to 17, characterized in that it calculates several rows of images with varying degrees of defocusing by combining the methods of calculating the electromagnetic field: the method of rigorous analysis of coupled waves (RCWA) and the method of finite difference in time domain (FDTD).

26. The method according to 17, characterized in that they determine the best approximation of the critical size value by the optimization method.

27. The method according to 17, characterized in that they determine the best approximation of the critical size by the method of calculating the image library and comparing the number of measured images of the nanostructure with the corresponding series of calculated images from the library.

28. The method according to 17, characterized in that the comparison of the measured number of defocused images of the nanostructure with the calculated series of images is carried out by calculating the focus metric curves depending on the wavelength, when the images obtained at different wavelengths of the scattered radiation, differing in the degree of defocusing, a parameter is assigned corresponding to the degree of defocusing, wavelength, and topology of the nanostructure.

29. The method according to 17, characterized in that the comparison of a number of measured defocused images of the nanostructure with the corresponding series of calculated images is reduced to comparing the focus metric curves depending on the wavelength.