[發(fā)明專利]測量膜基結(jié)構(gòu)中金屬膜的厚度的方法

在審

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• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN113899315A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志勇;李傳崴;王世斌;李林安;馬偉皓
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/06
• 分類號(hào): G01B11/06
• 代理公司: 北京東方靈盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11506
• 代理人: 張叢

本發(fā)明公開了一種測量膜基結(jié)構(gòu)中金屬膜的厚度的方法，包括：測量太赫茲波穿過所述膜基結(jié)構(gòu)的基板的厚度的空氣以得到參考頻域信號(hào)；沿所述膜基結(jié)構(gòu)的厚度方向朝其表面的發(fā)射太赫茲波；接收所述太赫茲波穿過膜基結(jié)構(gòu)后的首波和回波的頻域信號(hào)；構(gòu)造穿過空氣和所述膜基結(jié)構(gòu)后的太赫茲波的光譜密度函數(shù)；對所述首波頻域信號(hào)和參考頻域信號(hào)進(jìn)行比較以得到實(shí)驗(yàn)透射系數(shù)；所述實(shí)驗(yàn)透射系數(shù)為太赫茲波頻率的函數(shù)，將所述太赫茲波的頻率范圍內(nèi)的理論透射系數(shù)與實(shí)驗(yàn)透射系數(shù)之間的頻域幅值和相位差異累加構(gòu)造成誤差函數(shù)；求解所述誤差函數(shù)以得到所述金屬膜的厚度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬膜的厚度和電導(dǎo)率測量領(lǐng)域，特別涉及一種測量膜基結(jié)構(gòu)中金屬膜的厚度的方法。

背景技術(shù)

基板與金屬膜復(fù)合的疊層式膜基結(jié)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是以半導(dǎo)體制造為代表的電子電氣領(lǐng)域有著日益廣泛的應(yīng)用，例如太陽能電池板、LED、半導(dǎo)體晶圓的制造領(lǐng)域等等，現(xiàn)有技術(shù)難以簡單快速測量膜基結(jié)構(gòu)的基板厚度及其金屬膜的厚度和電導(dǎo)率中的至少兩個(gè)參數(shù)，一般需要進(jìn)行多次測量才能得到這一系列參數(shù)，無法滿足快速實(shí)時(shí)響應(yīng)的需求。例如但不局限于，現(xiàn)有的基于太赫茲波進(jìn)行的膜基結(jié)構(gòu)中的金屬膜的測量一般需要先對另一件與膜基結(jié)構(gòu)的基板相同的單一的基板的厚度進(jìn)行測量作為參考，然后再利用太赫茲波對膜基結(jié)構(gòu)中的金屬膜進(jìn)行厚度測量，這樣做面臨的問題包括：用作參考的基板的厚度與膜基結(jié)構(gòu)中基板的厚度實(shí)際上存在差異并且會(huì)影響對金屬膜厚度、電導(dǎo)率等的測量。

在本申請中，膜基結(jié)構(gòu)一般泛指在基底材料上形成一層薄膜的復(fù)合材料，其中的薄膜可通過氣相沉積等化學(xué)或物理方法形成于基板表面，并且所述薄膜的厚度一般遠(yuǎn)低于所述基底，所述基底材料可以是諸如單晶硅等材料，所述薄膜可以由金屬材料形成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種測量膜基結(jié)構(gòu)中金屬膜的厚度的方法，旨在一定程度上至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。

本發(fā)明實(shí)施例的第一方面提供了一種測量膜基結(jié)構(gòu)中金屬膜的厚度的方法，包括：測量太赫茲波穿過所述膜基結(jié)構(gòu)的基板的厚度的空氣以得到參考頻域信號(hào)；沿所述膜基結(jié)構(gòu)的厚度方向朝其表面的發(fā)射太赫茲波；接收所述太赫茲波穿過膜基結(jié)構(gòu)后的首波和回波的頻域信號(hào)；構(gòu)造穿過空氣和所述膜基結(jié)構(gòu)后的太赫茲波的光譜密度函數(shù)；對所述首波頻域信號(hào)和參考頻域信號(hào)進(jìn)行比較以得到實(shí)驗(yàn)透射系數(shù)；所述實(shí)驗(yàn)透射系數(shù)為太赫茲波頻率的函數(shù)，將所述太赫茲波的頻率范圍內(nèi)的理論透射系數(shù)與實(shí)驗(yàn)透射系數(shù)之間的頻域幅值和相位差異累加構(gòu)造成誤差函數(shù)；求解所述誤差函數(shù)以得到所述金屬膜的厚度。

進(jìn)一步的，所述方法實(shí)施于濕度小于等于1％的測試環(huán)境中。

進(jìn)一步的，所述方法實(shí)施于溫度大于等于19攝氏度且小于等于21攝氏度的測試環(huán)境中。

進(jìn)一步的，所述太赫茲波由透射式太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)產(chǎn)生并發(fā)射。

進(jìn)一步的，由所述透射式太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)產(chǎn)生并發(fā)射的水平偏振的太赫茲波垂直入射膜基結(jié)構(gòu)的表面。

進(jìn)一步的，所述太赫茲波的頻率為0.1至10.0THz。

進(jìn)一步的，所述太赫茲波的頻率為0.4至2.0THz。

進(jìn)一步的，通過Quasi-Newton算法將所述誤差函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解。

本發(fā)明實(shí)施例的有益效果包括但不限于：無需單獨(dú)測量基板厚度提高了測量準(zhǔn)確性，一方面減少了測量的次數(shù)和難度，一方面相較于事先測量基板厚度或直接使用標(biāo)稱數(shù)據(jù)提升了測量結(jié)果的精度和多樣性，可以同時(shí)獲得電導(dǎo)率信息等。

附圖說明

通過結(jié)合以下附圖所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚和更容易理解，但這些附圖只是示意性的，并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，其中：

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供測量方法中太赫茲波穿過膜基復(fù)合結(jié)構(gòu)(基板和金屬膜)及同等厚度的空氣透射波、回波、參考波的示意圖。