[發(fā)明專利]一種薄膜厚度測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110026520.X
• 申請(qǐng)日: 2021-01-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112880574B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬駿;李江輝;石雅婷;張傳維;李偉奇;郭春付
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海精測(cè)半導(dǎo)體技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/06
• 分類號(hào): G01B11/06
• 代理公司: 武漢藍(lán)寶石專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 劉璐

本發(fā)明提供一種薄膜厚度測(cè)量方法，包括：選取樣品薄膜的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用橢偏儀測(cè)量得到樣品薄膜的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橢偏參數(shù)；根據(jù)菲涅爾反射定律得到樣品薄膜的厚度初值和橢偏參數(shù)之間的關(guān)系式；根據(jù)樣品薄膜的厚度初值和橢偏參數(shù)之間的關(guān)系式，計(jì)算樣品薄膜的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第一厚度初值；根據(jù)樣品薄膜的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的多個(gè)第一厚度初值，確定樣品薄膜的最終厚度初值。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算量大，薄膜較薄時(shí)難以求解，以及波長(zhǎng)范圍較短時(shí)無(wú)法求解等情況，通過(guò)數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的計(jì)算即可得到樣品薄膜準(zhǔn)確的厚度初值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密光學(xué)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種薄膜厚度測(cè)量方法。

背景技術(shù)

薄膜測(cè)量普遍應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)、生物醫(yī)藥行業(yè)等領(lǐng)域，測(cè)量的主要目的是為了獲取薄膜的厚度和光學(xué)常數(shù)等信息。在半導(dǎo)體制造行業(yè)中，常常需要較快的測(cè)量速度以及精確的測(cè)量結(jié)果，以反射率、橢偏等是目前常用的無(wú)損測(cè)量手段。

橢偏儀是一種用于測(cè)量薄膜厚度和光學(xué)常數(shù)的光學(xué)設(shè)備，通常來(lái)說(shuō)，橢偏儀的整個(gè)測(cè)量過(guò)程分為兩個(gè)部分：

(1)橢偏光譜測(cè)量，它的測(cè)量原理是利用非偏振光源通過(guò)偏振態(tài)發(fā)生器產(chǎn)生偏振光，當(dāng)光入射到樣品表面后，反射光發(fā)生偏振態(tài)改變，通過(guò)檢偏器探測(cè)樣品的橢偏光譜，它可以用振幅比角Ψ和相位差角Δ表示，從而獲得相應(yīng)樣品的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)然，橢偏光譜也可通過(guò)Stokes參量NCS來(lái)表示：

N＝cos2Ψ；

C＝sin2ΨcosΔ；

S＝sin2ΨsinΔ。

由于它是一種間接量測(cè)的技術(shù)，一般測(cè)得的光譜數(shù)據(jù)信息并不能直接轉(zhuǎn)換為樣品的膜厚和光學(xué)常數(shù)，因此常需要建立合適的模型擬合分析。

(2)數(shù)據(jù)分析和計(jì)算，得到橢偏光譜數(shù)據(jù)后，通常會(huì)采用一定的分析和計(jì)算手段，來(lái)得到樣品的厚度和光學(xué)常數(shù)等信息。

常用的分析計(jì)算手段是迭代算法，通常為信賴閾算法，其大概過(guò)程是從給定的厚度初值出發(fā)，逐步迭代尋求最優(yōu)解，每次迭代會(huì)計(jì)算一個(gè)信賴域半徑Δ₀，然后結(jié)合當(dāng)前厚度初值計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)值的差距，來(lái)計(jì)算初值更新的步長(zhǎng)，直到計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值差距小到一定程度，此時(shí)得到的厚度初值更新值就是要得到的結(jié)果。

但迭代算法非常依賴第一步給定的厚度初值，如果厚度初值不合適，則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重錯(cuò)誤，無(wú)法得到正確解，要解決該問(wèn)題需要采用全局優(yōu)化算法，但全局算法計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的一種薄膜厚度測(cè)量方法，包括：選取樣品薄膜的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，利用橢偏儀測(cè)量得到樣品薄膜的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橢偏參數(shù)；根據(jù)菲涅爾反射定律得到樣品薄膜的厚度初值和橢偏參數(shù)之間的關(guān)系式；根據(jù)樣品薄膜的厚度初值和橢偏參數(shù)之間的關(guān)系式，計(jì)算樣品薄膜的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的第一厚度初值；根據(jù)樣品薄膜的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的多個(gè)第一厚度初值，確定樣品薄膜的最終厚度初值。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)施例還可以作出如下改進(jìn)。

可選的，多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)為多個(gè)入射光波長(zhǎng)或多個(gè)入射角度。

可選的，根據(jù)菲涅爾反射定律得到樣品薄膜的厚度初值和橢偏參數(shù)之間的關(guān)系式為：

其中，ρ是橢偏參數(shù)，λ是入射光波長(zhǎng)，n₁是樣品薄膜的折射率，θ₁為入射光在樣品薄膜中的折射角，X是中間參數(shù)，A、B、C、E、F、G均為由反射定律得到的中間變量。

可選的，根據(jù)樣品薄膜的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的多個(gè)第一厚度初值，確定樣品薄膜的最終厚度初值之前還包括：計(jì)算樣品薄膜的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的厚度周期值，其計(jì)算公式為：