采用等效物理结构模型测量SiO制造技术

本发明专利技术为一种采用等效物理结构模型测量SiO

Measurement of SiO by equivalent physical structure model

【技术实现步骤摘要】
采用等效物理结构模型测量SiO2薄膜厚度的方法
本专利技术涉及一种薄膜厚度测量的等效模型替代法，特别是公开一种采用等效物理结构模型测量SiO2薄膜厚度的方法，根据微纳米薄膜厚度标准样片的计量、溯源性需求，简化建模步骤，实现不同厂家、品牌的椭偏仪在同种材料膜系结构的物理结构模型的标准化，用于校准椭偏类光学薄膜测量仪器。
技术介绍
随着科学技术的不断创新，半导体工业、精密工程工业、纳系统技术（NEMS）和纳米材料科学迅速发展，致使对微纳结构高精度、准确地定量化测量的需求越来越迫切。纳米薄膜厚度这一特征参数在半导体加工、机械制造等先进产业逐渐受到重视，并且微型器件特征尺寸日益缩减，薄膜厚度尺寸越来越小，实现对薄膜厚度度参数的精确测量日益迫切。同时，薄膜技术和微型器件在航空、航天、医疗、半导体等产业中广泛应用，推动着薄膜测试技术对薄膜厚度的量值评价方法与结果的统一化发展，因此，研究微纳米薄膜的评价方法，建立微纳米薄膜厚度溯源体系已成为完善我国长度计量体系的首要任务。为满足现阶段高精密行业发展的测试需求，保证测量仪器的可靠性，保证测量结果的一致性，微纳米薄膜标准样片作为实物标准，被广泛的应用于薄膜测量仪器的校准工作中。实际应用中，不同加工方式、不同测量原理等都会影响薄膜厚度评价结果的准确性。所以，为了提高薄膜厚度量值传递的一致性与可靠性，在微纳米薄膜标准样片的评价模型等方面建立统一的等效模型是实现微纳米薄膜厚度准确量值溯源的基础，也是促进微纳米薄膜相关产业持续健康发展的重要支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术的缺陷，设计一种采用等效物理结构模型测量SiO2薄膜厚度的方法，采用的是一种理想化SiO2薄膜（即以Si硅片为基底，生长有SiO2的薄膜的微纳米薄膜）物理结构模型，根据椭偏法测量原理，对其结构模型进行等效替代，不仅简化了物理结构模型建模步骤，而且为建立微纳米薄膜测量溯源体系提供统一的结构模型，可保证不同厂家、型号的椭偏仪建立薄膜物理结构模型的统一性与结果的一致性，为建立和完善微纳米薄膜量值溯源体系奠定基础。本专利技术是这样实现的：一种采用等效物理结构模型测量SiO2薄膜厚度的方法，其特征在于：所述测量SiO2薄膜厚度的方法是基于椭偏法采用微纳米薄膜厚度标准样片结合等效物理结构模型进行测量SiO2薄膜的厚度，所述的等效物理结构模型是根据SiO2薄膜的实际多层膜物理结构模型建立的简化等效物理结构模型，实际多层膜物理结构模型顺序包括表面粗糙层、SiO2薄膜层、中间混合层及Si基底层，其中所述的中间混合层为Si基底层与SiO2薄膜层之间反应产生的SixOy产物膜层，测量方法包括下述步骤：（1）将被测薄膜的实际物理结构特征简化为等效物理结构模型，（2）根据被测薄膜的材料结构特征及光学特性建立光学色散模型，（3）采用数值迭代反演求解椭偏参数，（4）椭偏参数评价验证，所述步骤（2）中光学色散模型采用柯西Cauchy模型，公式为：n(λ)=A+B/λ2+C/λ4其中A，B，C为三个柯西色散系数，因薄膜材料的不同而不同。当测定多组不同波长下的折射率n(λ)，代入柯西色散公式可得到联立方程式，求解联立方程式可知该种薄膜材料的三个柯西色散系数A，B，C的值。可根据柯西色散系数的值，计算其他波长下的折射率。所述步骤（3）中采用数值迭代反演是指通过不断调整待求参数的假定值来求解评价函数最小值，当评价函数为求解范围内的最小值时，待求参数的值为需求解的椭偏参数的值。所述的步骤（4）是采用评价函数用来表明由模型计算得到的椭偏参数数值与实验得到的椭偏参数数值之间差异的大小，其中评价函数的值越小，则参数拟合的越好，所采用的评价函数为：式中，——根据模型预测得到的Ψ值；——实验测量得到的Ψ值；——M次实验测量得到的Ψ值的标准偏差；——根据模型预测得到的Δ值；——实验测量得到的Δ值；——M次实验测量得到的Δ值的标准偏差。所述的微纳米薄膜厚度标准样片包括A、B、C三个区域，其中A区域为形状薄膜厚度测量区域，布置有循迹标尺，B区域为物性薄膜厚度测量区域，是微纳米光学类薄膜测试仪器的有效测量区域，布置有循迹标识，C区域为标识区域，布置有标准样片标识性的图案设计内容。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过实际分析薄膜物理结构模型，根据椭偏法测量原理，对微纳米薄膜测量材料的实际物理结构模型进行简化，实现简化椭偏仪的SiO2薄膜结构建模过程，对微纳米薄膜的实际结构模型进行等效替代，将简化模型作为SiO2实际椭偏应用的实际物理结构模型，并根据被测薄膜材料结构特征及光学特性，建立光学色散模型；采用数值迭代法反演求解椭偏参数并对拟合结果进行验证，保证测量结果的准确性。本专利技术在保证与薄膜材料光学色散模型的各项光学常数较好拟合的同时，满足不确定度范围内对SiO2材料的结构模型标准化，提高了薄膜厚度的结构模型的统一化与标准化，实现薄膜厚度量值的可溯源性，可保证不同厂家、型号的椭偏仪建立薄膜物理结构模型的统一性与结果的一致性。通过本专利技术测量方法获得的等效模型能有效推动微纳米薄膜的评价结果统一性，为建立微纳米薄膜量值溯源体系奠定基础。附图说明图1是微纳米薄膜厚度标准样片结构布局示意图。图2是采用椭偏仪对微纳米薄膜厚度标准样片均匀性测量评价的扫描路径。图3是测量SiO2时单层膜模型的拟合结构示意图。图4是测量SiO2时实际结构的多层膜模型的拟合结构示意图。图中：A、形状薄膜厚度测量区域；B、物性薄膜厚度测量区域；C、标识区域；1、SiO2薄膜层；2、Si基底层；3、表面粗糙层；4、中间混合层。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。根据附图1～4，本专利技术为一种采用等效物理结构模型测量SiO2薄膜厚度的方法，所述测量SiO2薄膜厚度的方法是基于椭偏法采用微纳米薄膜厚度标准样片（即SiO2膜厚标准样片）结合等效物理结构模型进行测量SiO2薄膜的厚度，所述的等效物理结构模型是根据SiO2薄膜的实际多层膜物理结构模型建立的简化等效物理结构模型，顺序包括表面粗糙层3、SiO2薄膜层1、中间混合层4及Si基底层2，其中所述的中间混合层4为Si基底层与SiO2薄膜层之间反应产生的SixOy产物膜层。测量方法包括下述步骤：（1）将被测薄膜的实际物理结构特征简化为等效物理结构模型，（2）根据被测薄膜的材料结构特征及光学特性建立光学色散模型，（3）采用数值迭代反演求解椭偏参数，（4）椭偏参数评价验证。根据附图1，所述的微纳米薄膜厚度标准样片包括A、B、C三区域，A区域为形状薄膜厚度测量区域，并布置有循迹标尺；B区域为物性薄膜厚度测量区域，是微纳米光学类薄膜测试仪器的有效测量区域，并布置有循迹标识；C区域为标识区域，用于布置标准样片的图案设计等标识性内容。根据附图2，椭偏仪对SiO2薄膜厚度的均匀性进行测量评价的扫描路径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用等效物理结构模型测量SiO

【技术特征摘要】
1.一种采用等效物理结构模型测量SiO2薄膜厚度的方法，其特征在于：所述测量SiO2薄膜厚度的方法是基于椭偏法采用微纳米薄膜厚度标准样片结合等效物理结构模型进行测量SiO2薄膜的厚度，所述的等效物理结构模型是根据SiO2薄膜的实际多层膜物理结构模型建立的简化等效物理结构模型，实际多层膜物理结构模型顺序包括表面粗糙层、SiO2薄膜层、中间混合层及Si基底层，其中所述的中间混合层为Si基底层与SiO2薄膜层之间反应产生的SixOy产物膜层，测量方法包括下述步骤：
（1）将被测薄膜的实际物理结构特征简化为等效物理结构模型，
（2）根据被测薄膜的材料结构特征及光学特性建立光学色散模型，
（3）采用数值迭代反演求解椭偏参数，
（4）椭偏参数评价验证，
所述步骤（2）中光学色散模型采用柯西Cauchy模型，公式为：
n(λ)=A+B/λ2+C/λ4
其中A，B，C为三个柯西色散系数，因薄膜材料的不同而不同，当测定多组不同波长下的折射率n(λ)，代入柯西色散公式得到联立方程式，求解联立方程式获得该种薄膜材料的三个柯西色散系数A，B，C的值，根据柯西色散系数的值，计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷李华，李源，蔡潇雨，魏佳斯，王道档，傅云霞，孟凡娇，孔明，张馨尹，
申请(专利权)人：上海市计量测试技术研究院，中国计量大学，
类型：发明
国别省市：上海;31