[發(fā)明專利]一種利用光譜橢偏儀檢測超厚金屬膜的方法及裝置

在審

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• 申請日: 2022-03-11
• 公開（公告）號(hào): CN114720387A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙樂;褚衛(wèi)國;閆蘭琴;宋志偉;董鳳良;陳佩佩;田毅;胡海峰;徐麗華
• 申請（專利權(quán)）人: 國家納米科學(xué)中心
• 主分類號(hào): G01N21/21
• 分類號(hào): G01N21/21;G01B11/06
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王治東

本發(fā)明提供一種利用光譜橢偏儀檢測超厚金屬膜的方法及裝置。其中，該方法包括：預(yù)先確定硅襯底、介質(zhì)膜以及金屬膜組成的第三體系，并利用光譜橢偏儀測量所述第三體系中金屬膜的橢偏參量；根據(jù)所述第三體系中金屬膜的橢偏參量的特征峰出現(xiàn)的波長位置選擇相應(yīng)的目標(biāo)波長范圍；在所述目標(biāo)波長范圍內(nèi)，基于所述金屬膜的橢偏參量、所述介質(zhì)膜的光學(xué)常數(shù)和厚度數(shù)據(jù)，確定所述金屬膜的光學(xué)常數(shù)和厚度數(shù)據(jù)。采用本發(fā)明公開的利用光譜橢偏儀檢測超厚金屬膜的方法，能夠有效提高利用光譜橢偏儀檢測超厚金屬膜的精度和靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用光譜橢偏儀檢測超厚金屬膜的方法和裝置。另外，還涉及一種電子設(shè)備及處理器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)

隨著各種器件的微型化及集成度的提高，納米厚度金屬膜在半導(dǎo)體芯片和各種器件制造中愈加重要。為了更好地解決納米薄膜的厚度無法被快速、高效地準(zhǔn)確測量問題，尤其是針對常規(guī)橢偏測量無法精確測量的超厚金屬膜(如厚度＞100nm)問題。盡管目前人們已經(jīng)提出了一些改進(jìn)措施或發(fā)展技術(shù)、方法如多角度測量、干涉增強(qiáng)、介電函數(shù)參數(shù)化建模、將橢偏參數(shù)和透射率測量以及橢偏參數(shù)和反射率測量相結(jié)合等，能夠在一定程度上解決金屬厚膜的準(zhǔn)確測量問題。然而，上述方式針對厚度超過100nm的金屬膜的測量精準(zhǔn)較差。另外，目前由于金屬對光具有強(qiáng)吸收特性，因此金屬膜對光的透過率隨厚度增加迅速減小。因此，利用光譜橢偏儀難以準(zhǔn)確測定厚度超過100nm金屬膜的各種參數(shù)。由于金屬膜的厚度與光學(xué)常數(shù)之間存在強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)性，因而難以擬合得到光學(xué)常數(shù)的準(zhǔn)確解。而這種關(guān)聯(lián)性主要取決于薄膜的結(jié)構(gòu)和擬合方法。此時(shí)直接擬合的方式不僅數(shù)學(xué)上很難實(shí)現(xiàn)完美的擬合，即最小均方差MSE偏高，并且出現(xiàn)多個(gè)解。對于容易氧化的超厚金屬膜，除了金屬膜對光的強(qiáng)吸收特性之外，還需要考慮其在空氣中快速氧化形成對應(yīng)氧化膜的問題。因此，在物理模型上也要符合這種超厚易氧化金屬膜的真實(shí)情況，可增加擬合結(jié)果的可信度。因此，為了精準(zhǔn)橢偏測定超厚金屬膜，需要對擬合的模型和參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行改進(jìn)，使得同時(shí)滿足數(shù)學(xué)上的擬合度以及物理上的形貌特征。如何設(shè)計(jì)一種利用橢偏儀精確測量厚度為100nm以上超厚金屬膜的方法不僅對于科學(xué)研究十分重要，而且對于工業(yè)生產(chǎn)具有重要的實(shí)際意義和價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明提供一種利用光譜橢偏儀檢測超厚金屬膜的方法及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的利用橢偏儀無法精準(zhǔn)檢測超厚金屬膜方案(厚度大于100nm)的問題。

第一方面，本發(fā)明提供一種利用光譜橢偏儀檢測超厚金屬膜的方法，包括：

預(yù)先確定硅襯底、介質(zhì)膜以及金屬膜組成的第三體系，并利用光譜橢偏儀測量所述第三體系中金屬膜的橢偏參量；

根據(jù)所述第三體系中金屬膜的橢偏參量的特征峰出現(xiàn)的波長位置選擇相應(yīng)的目標(biāo)波長范圍；在所述目標(biāo)波長范圍內(nèi)，基于所述金屬膜的橢偏參量、所述介質(zhì)膜的光學(xué)常數(shù)和厚度數(shù)據(jù)，確定所述金屬膜的光學(xué)常數(shù)和厚度數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述預(yù)先確定硅襯底、介質(zhì)膜及金屬膜組成的第三體系，具體包括：

預(yù)先構(gòu)建硅襯底組成的第一體系；

在所述第一體系上制備介質(zhì)膜，以實(shí)現(xiàn)構(gòu)建所述硅襯底和所述介質(zhì)膜組成的第二體系，并利用所述光譜橢偏儀測量所述第二體系中介質(zhì)膜的橢偏參量；根據(jù)所述介質(zhì)膜的橢偏參量，確定所述介質(zhì)膜的光學(xué)常數(shù)和厚度數(shù)據(jù)；

在所述第二體系上制備金屬膜，以實(shí)現(xiàn)構(gòu)建所述硅襯底、所述介質(zhì)膜以及所述金屬膜組成的第三體系；其中，所述金屬膜為厚度大于或等于100nm的金屬膜。

進(jìn)一步的，在利用所述光譜橢偏儀測量所述第三體系中金屬膜的橢偏參量過程中，確定所述光譜橢偏儀的入射光的波長范圍參數(shù)為1500nm～10000nm以及所述入射光的入射角參數(shù)為55°～70°。

進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述介質(zhì)膜的橢偏參量，確定所述介質(zhì)膜的光學(xué)常數(shù)和厚度數(shù)據(jù)，具體包括：