ОПТИЧЕСКАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КРИТИЧЕСКОГО РАЗМЕРА НАНОСТРУКТУР НА ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

1. Оптическая измерительная система для измерения критического размера периодических и непериодических наноструктур на плоской поверхности исследуемого образца, отличающаяся тем, что содержит:
- оптический модуль освещения и регистрации изображения, выполненный на основе оптической схемы микроскопа с возможностью регистрирования неравномерно дефокусированного изображения наноструктурированной поверхности образца, нормаль к которой расположена наклонно относительно оптической оси микроскопа;
- модуль управления параметрами оптической схемы и условиями освещения, выполненный с возможностью измерения и передачи параметров оптической схемы и освещения в модуль расчета изображений наклонной поверхности;
- модуль расчета изображений наклонной поверхности образца;
- модуль сравнения измеренного и рассчитанных изображений наклонной поверхности образца.
2
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что нормаль к наноструктурированной поверхности образца и оптическая ось микрообъектива образуют угол Θ, выбираемый из диапазона α<Θ<2α, α~d/λD, где λ - центральная длина волны спектра освещающего излучения, d - пространственное разрешение оптической схемы по объекту, D - наибольший характерный размер наноструктуры.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что оптический модуль освещения и регистрации изображения включает в себя источник света, конденсор, цветные фильтры, поляризатор, амплитудную маску, располагающуюся в плоскости, оптически сопряженной с задней фокальной плоскостью микрообъектива, релей - линзу, делитель пучка, микрообъектив, трубную линзу, прибор с зарядовой связью (ПЗС-камеру).
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль управления параметрами оптической схемы выполнен с возможностью изменения, и/или измерения, и/или контроля параметров оптической схемы.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один управляемый параметр оптической схемы выбран из группы: частотный спектр освещающего излучения, направление вектора поляризации, размер отверстия в амплитудной маске, и/или форма отверстия в амплитудной маске, и/или положение амплитудной маски в плоскости, перпендикулярной оптической оси, числовая апертура микрообъектива, угол наклона нормали к исследуемой поверхности относительно оптической оси микрообъектива.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что спектр освещающего излучения имеет ширину не более 100 нм и лежит в диапазоне длин волн 350-700 нм.
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что размер отверстия в амплитудной маске, находящейся в плоскости, оптически сопряженной с задней фокальной плоскостью микрообъектива, выбран так, что справедливо условие 0,1<(NAill/NA)<0.8, где NAill - числовая апертура освещения, NA - числовая апертура микрообъектива.
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что значение числовой апертуры микрообъектива лежит от 0,4 до 0,9.
9. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль управления параметрами оптической схемы и условиями освещения включает в себя: спектрометр, систему позиционирования амплитудной маски и ПЗС-камеру, выполненную с возможностью измерений размера и формы отверстия в амплитудной маске, систему позиционирования наноструктурированной поверхности, выполненную с возможностью выставления угла наклона нормали к исследуемой поверхности относительно оптической оси микрообъектива.
10. Система по п.1, отличающаяся тем, что оптический модуль освещения и регистрации изображения выполнен на основе оптической схемы микроскопа с освещением по Келеру.
11. Система по п.1, отличающаяся тем, что модуль расчета изображений наклонной поверхности образца реализован путем комбинирования способов расчета электромагнитного поля: способа строгого анализа связанных волн (RCWA) и способа конечных разностей по временной области (FDTD).
12. Способ измерения критического размера периодических и непериодических наноструктур на плоской поверхности исследуемого образца, отличающийся тем, что:
- выбирают параметры оптической схемы, созданной на основе оптической схемы микроскопа, и условия освещения;
- регистрируют одно дефокусированное изображение наклонной наноструктурированной поверхности образца при выбранных фиксированных параметрах оптической схемы;
- рассчитывают изображения наклонной наноструктурированной поверхности образца при значении критического размера, находящемся в известных заданных границах;
- сравнивают измеренное изображение поверхности образца с расчетными изображениями и определяют наилучшее приближение значения критического размера.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один параметр оптической схемы выбирают из группы: частотный спектр освещающего излучения, направление вектора поляризации, размер отверстия в амплитудной маске и/или форму отверстия в амплитудной маске и/или положение амплитудной маски в плоскости, перпендикулярной оптической оси, числовую апертуру микрообъектива, угол наклона нормали к исследуемой поверхности относительно оптической оси микрообъектива.
2
14. Способ по п.12, отличающийся тем, что угол между нормалью к наноструктурированной поверхности образца и оптической осью микроскопа выбирают из диапазона α<Θ<2α, α~d/λD, где λ - центральная длина волны спектра освещающего излучения, d-пространственное разрешение оптической схемы по объекту, D - наибольший характерный размер наноструктуры.
15. Способ по п.12, отличающийся тем, что размер отверстия в амплитудной маске, находящейся в плоскости, оптически сопряженной с задней фокальной плоскостью микрообъектива, выбирают таким, чтобы было справедливо условие 0.1<(NAill/NA)<0.8, где NAill - числовая апертура освещения, NA - числовая апертура микрообъектива.
16. Способ по п.12, отличающийся тем, что спектр освещающего излучения выбирают таким, что его ширина не превышает 100 нм и располагается в диапазоне длин волн 350-700 нм.
17. Способ по п.12, отличающийся тем, что значение числовой апертуры микрообъектива выбирают от 0.4 до 0,9.
18. Способ по п.12, отличающийся тем, что при регистрации дефокусированного изображения наклонной поверхности регистрируют излучение, отраженное от образца по способ у светлого поля.
19. Способ по п.12, отличающийся тем, что рассчитывают изображения наклонной поверхности образца путем комбинирования способов расчета электромагнитного поля: способа строгого анализа связанных волн (RCWA) и способа конечных разностей по временной области (FDTD).
20. Способ по п.12, отличающийся тем, что определяют наилучшее приближение значения критического размера способом оптимизации.
21. Способ по п.12, отличающийся тем, что определяют наилучшее приближение значения критического размера способом расчета библиотеки изображения и сравнения рассчитанных изображений с измеренным.
22. Способ по п.12, отличающийся тем, что сравнение измеренного изображения наклонной наноструктурированной с рассчитанными изображениями происходит путем вычисления кривых фокус метрики вдоль изображений поверхности, когда участкам изображения, отличающимся степенью дефокусировки, ставится в соответствие параметр, зависящий от степени дефокусировки и топологии наноструктуры.
23. Способ по п.12, отличающийся тем, что сравнение двумерных изображений сводится к сравнению кривых фокус метрики вдоль поверхности.