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在集成电路制作过程中,芯片表面上的复杂微观电路结构刻蚀可以视为众多微小的周期性光栅结构刻蚀的集合。严格耦合波分析法(RCWA,Rigorous Coupled-Wave Analysis)是一种能够精确求解周期光栅结构中电磁波衍射问题的方法,自从1981年它被M.G.Moharam和T.K.Gaylord系统的提出后,就被人们广泛的运用于各种周期光栅衍射问题的研究之中。若同时结合回归算法等优化方法,将计算得到的反射率谱线与检测样品的实验反射率谱线进行对比,就可以间接获得光栅结构的关键尺寸(CD,Critical Dimension)和剖面轮廓。关键尺寸光学测量仪(OCD,Optical Critical Dimension)就是以此为基础,利用集成电路制作工艺中刻蚀尺寸的反馈达到CD检测的目的。针对上述观点,本论文以三维RCWA方法及其在集成电路制作过程中的应用为主要的研究对象。在认真理解现有理论和技术原理的基础后,将其集成到用于制作工艺中对集成电路元器件进行CD检测的OCD软件系统中。本文工作概要如下:首先,对三维RCWA方法的数值计算过程进行了系统的分析和归纳。通过对RCWA分析方法的认真理解,包括平面衍射、锥角衍射以及多层均匀膜衍射,总结了该理论中相对介电常数傅里叶级数的引进过程,并在现有的傅里叶系数求解方法基础上,推导了光栅xy平面圆角模型的傅里叶系数求解附加项。其次,运用C++实现了三维光栅衍射的RCWA数值仿真平台,并将仿真结果与提供的现有RCWA软件计算结果进行比较,得出了相吻合的计算结果。将该仿真功能集成到OCD软件后,只需在图形界面中输入对应的光栅模型参数,便可以得到理论上的反射率谱线。接着,结合数据库postgre SQL实现了建立三维光栅反射率谱线数据库的功能。三维RCWA反射率谱线的仿真计算需要花费大量时间,引入反射率谱线数据库,可以在线上检测样品CD时越过仿真的计算过程,从而提高检测样品与模型之间的匹配效率,使得集成电路制作工艺中三维光栅形貌CD的实时在线检测成为可能。最后,利用三维RCWA方法仿真分析二维浅沟槽隔离(STI,Shallow Trench Isolation)结构模型,与实际中已取得不错应用效果的二维RCWA方法进行对比,其结果仿真结果一致。