微扰方法在衍射光栅分析中的应用

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1、１ｒ１ＩＮＡＵＮＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ论文题目微扰方法在衍射光栅分析中的应用■．．．．学科专业光学学号２０１１２１０４０１２０作者姓名范丽晶＿指导教师陈树强教授－■．独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，隊了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它

2、教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。１化６作者签名巧２＾／ｒ２＾日：日期：年＾月论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：苑呵為导师签名：條材日期：年丈月＾日分类号密级注1U

3、DC学位论文微扰方法在衍射光栅分析中的应用（题名和副题名）范丽晶（作者姓名）指导教师陈树强教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业光学提交论文日期2015.04.09论文答辩日期2015.05.13学位授予单位和日期电子科技大学2015年06月28日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。APPLICATIONOFPERTURBATIONMETHODINTHEANALYSISOFDIFFRACTIONGRATINGSAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechno

4、logyofChinaMajor:OpticsAuthor:FanLijingAdvisor:Prof.ChenShuqiangSchool:SchoolofPhysicalElectronics摘要摘要伴随着科技发展的日新月异，半导体产业在我国国民经济中的地位渐渐凸显，近年来随着智能手机，移动互联网和大数据的使用使得半导体产业又被推向了新的高潮。随着集成电路中的芯片尺寸已减小到20nm，人类已经进入了一个新信息时代。尺寸减小必将导致芯片集成度增加，因此对微电子测量技术也提出了新的挑战，近年来由于散射度量术的诸多优点。使得这种测量技术被广泛使用，作为一个散射度量术的重要应用，OCD（Op

5、ticalCriticalDimension，光学关键尺寸）测量技术因其无损、方便、高效，日渐受到亲睐，并逐渐成为关键尺寸测量和分析领域中的主流技术。严格耦合波分析法（RigorousCoupled-WaveAnalysis，RCWA）是在OCD模拟分析中最常用的算法之一，RCWA在一维衍射光栅的分析中可以完全胜任周期结构的分析计算，但是对于在微电子结构中常见的二维衍射光栅的分析中，其计算时间耗时，占用内存较大且较难收敛，尤其在非矩形轮廓的光栅结构分析中，因需要将光栅分成很多小层来计算以得到更加精确的结论，因此需要耗费更大的内存和计算时间。本文通过微扰算法（PerturbationMet

6、hod，PM）和RCWA的结合，深入研究了这种改进的RCWA方法的理论依据，并分析了利用微扰法与S矩阵分析法（ScatteringMatrixMethod）相结合的方法，使得微扰法的实用性有所提高。深入研究微扰算法在一维非矩形光栅和二维简单阶跃折射率结构光栅的应用及实现，并基于该算法编写软件对结果进行模拟，在一维光栅中不再仅仅局限于梯度较小的光栅，通过增加精确求解特征值成功将微扰法应用于高度较高且梯度较大的光栅中。因为微扰法可以有效避免多次求解特征值和特征矢量，因此计算效率高于RCWA的计算效率，这种优势尤其是在二维光栅的分析中，在二维光栅的研究过程中也得到了较好的结果，即在达到精确度的

7、前提下，有效的提高了RCWA方法的计算效率。本文中提到的微扰方法不应仅局限于文中提到的光栅结构，还可将其应用于其他周期结构的分析中，尤其是对于时效性要求较高的应用，在工程误差要求范围内都是可以应用微扰法进行研究的。关键词：光栅，微扰法，衍射，RCWAIABSTRACTABSTRACTWiththequicklydevelopmentofscienceandtechnology,thepositionofthesemiconducto