一种利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的方法及装置。其中，该方法包括：预先确定硅衬底、介质膜以及金属膜组成的第三体系，并利用光谱椭偏仪测量所述第三体系中金属膜的椭偏参量；根据所述第三体系中金属膜的椭偏参量的特征峰出现的波长位置选择相应的目标波长范围；在所述目标波长范围内，基于所述金属膜的椭偏参量、所述介质膜的光学常数和厚度数据，确定所述金属膜的光学常数和厚度数据。采用本发明专利技术公开的利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的方法，能够有效提高利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的精度和灵敏度。超厚金属膜的精度和灵敏度。超厚金属膜的精度和灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的方法及装置


[0001]本专利技术涉及光学测量
，具体涉及一种利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的方法和装置。另外，还涉及一种电子设备及处理器可读存储介质。

技术介绍

[0002]随着各种器件的微型化及集成度的提高，纳米厚度金属膜在半导体芯片和各种器件制造中愈加重要。为了更好地解决纳米薄膜的厚度无法被快速、高效地准确测量问题，尤其是针对常规椭偏测量无法精确测量的超厚金属膜(如厚度＞100nm)问题。尽管目前人们已经提出了一些改进措施或发展技术、方法如多角度测量、干涉增强、介电函数参数化建模、将椭偏参数和透射率测量以及椭偏参数和反射率测量相结合等，能够在一定程度上解决金属厚膜的准确测量问题。然而，上述方式针对厚度超过100nm的金属膜的测量精准较差。另外，目前由于金属对光具有强吸收特性，因此金属膜对光的透过率随厚度增加迅速减小。因此，利用光谱椭偏仪难以准确测定厚度超过100nm金属膜的各种参数。由于金属膜的厚度与光学常数之间存在强烈的关联性，因而难以拟合得到光学常数的准确解。而这种关联性主要取决于薄膜的结构和拟合方法。此时直接拟合的方式不仅数学上很难实现完美的拟合，即最小均方差MSE偏高，并且出现多个解。对于容易氧化的超厚金属膜，除了金属膜对光的强吸收特性之外，还需要考虑其在空气中快速氧化形成对应氧化膜的问题。因此，在物理模型上也要符合这种超厚易氧化金属膜的真实情况，可增加拟合结果的可信度。因此，为了精准椭偏测定超厚金属膜，需要对拟合的模型和参数的设置进行改进，使得同时满足数学上的拟合度以及物理上的形貌特征。如何设计一种利用椭偏仪精确测量厚度为100nm以上超厚金属膜的方法不仅对于科学研究十分重要，而且对于工业生产具有重要的实际意义和价值。

技术实现思路

[0003]为此，本专利技术提供一种利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的方法及装置，以解决现有技术中存在的利用椭偏仪无法精准检测超厚金属膜方案(厚度大于100nm)的问题。
[0004]第一方面，本专利技术提供一种利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的方法，包括：
[0005]预先确定硅衬底、介质膜以及金属膜组成的第三体系，并利用光谱椭偏仪测量所述第三体系中金属膜的椭偏参量；
[0006]根据所述第三体系中金属膜的椭偏参量的特征峰出现的波长位置选择相应的目标波长范围；在所述目标波长范围内，基于所述金属膜的椭偏参量、所述介质膜的光学常数和厚度数据，确定所述金属膜的光学常数和厚度数据。
[0007]进一步的，所述预先确定硅衬底、介质膜及金属膜组成的第三体系，具体包括：
[0008]预先构建硅衬底组成的第一体系；
[0009]在所述第一体系上制备介质膜，以实现构建所述硅衬底和所述介质膜组成的第二体系，并利用所述光谱椭偏仪测量所述第二体系中介质膜的椭偏参量；根据所述介质膜的
椭偏参量，确定所述介质膜的光学常数和厚度数据；
[0010]在所述第二体系上制备金属膜，以实现构建所述硅衬底、所述介质膜以及所述金属膜组成的第三体系；其中，所述金属膜为厚度大于或等于100nm的金属膜。
[0011]进一步的，在利用所述光谱椭偏仪测量所述第三体系中金属膜的椭偏参量过程中，确定所述光谱椭偏仪的入射光的波长范围参数为1500nm～10000nm以及所述入射光的入射角参数为55
°
～70
°
。
[0012]进一步的，所述根据所述介质膜的椭偏参量，确定所述介质膜的光学常数和厚度数据，具体包括：
[0013]确定所述第一体系对应的第一椭偏拟合模型，在所述第一椭偏拟合模型的基础上构建所述第二体系对应的第二椭偏拟合模型，利用所述第二椭偏拟合模型对所述第二体系中介质膜的椭偏参量进行拟合，得到并记录所述介质膜的光学常数和厚度数据；
[0014]所述在所述目标波长范围内，基于所述金属膜的椭偏参量、所述介质膜的光学常数和厚度数据，确定所述金属膜的光学常数和厚度数据，具体包括：
[0015]确定所述第三体系对应的第三椭偏拟合模型，在所述目标波长范围内，利用所述第三椭偏拟合模型对所述第三体系中金属膜的椭偏参量进行拟合，得到所述金属膜的光学常数和厚度数据。
[0016]进一步的，所述在所述目标波长范围内，利用所述第三椭偏拟合模型对所述第三体系中金属膜的椭偏参量进行拟合，得到所述金属膜的光学常数和厚度数据，具体包括：
[0017]预先对所述第二椭偏拟合模型中的介质膜层进行拟合，得到所述介质膜层的第一厚度数据和所述介质膜层的第一拟合结果；
[0018]确定所述介质膜层的第一厚度数据和所述介质膜层的第一拟合结果，并在测试波长范围内对所述第三椭偏拟合模型中的混合层以及空气粗糙层进行第一次拟合，输出所述混合层的第一厚度数据和所述混合层的第一拟合结果以及所述空气粗糙层的第一厚度数据；
[0019]确定所述介质膜层的第一拟合结果，基于所述混合层的第一厚度数据和所述混合层的第一拟合结果以及确定的所述介质膜层的第一厚度数据，在所述测试波长范围内对所述第三椭偏拟合模型中的所述混合层、所述空气粗糙层以及所述介质膜层的厚度数据进行第二次拟合，输出所述混合层的第二厚度数据、所述空气粗糙层的第二厚度数据、所述介质膜层的第二厚度数据以及所述混合层的第二拟合结果；
[0020]根据所述混合层的第二拟合结果，在所述测试波长范围内确定满足预设拟合度条件所对应的目标波长范围；基于所述混合层的第二拟合结果、所述介质膜层的第二厚度数据、所述混合层的第二厚度数据、所述空气粗糙层的第二厚度数据以及所述介质膜层的所述第一拟合结果，在所述目标波长范围内对所述第三椭偏拟合模型中的所述混合层、所述空气粗糙层以及所述介质膜层进行第三次拟合，得到所述混合层的第三厚度数据和所述混合层的第三拟合结果、所述空气粗糙层的第三厚度数据以及所述介质膜层的第三厚度数据和所述介质膜层的第二拟合结果；
[0021]根据所述介质膜层的第三厚度数据和所述介质膜层的第二拟合结果，确定介质膜的厚度数据和光学常数；并根据所述混合层的第三厚度数据和所述混合层的第三拟合结果、所述空气粗糙层的第三厚度数据，获得金属膜的厚度数据和光学常数。
[0022]进一步的，所述第一椭偏拟合模型对应的结构层包括所述硅衬底层；所述第二椭偏拟合模型对应的结构层包括所述硅衬底层和所述介质膜层；所述第三椭偏拟合模型对应的结构层包括硅衬底层、介质膜、混合层以及空气粗糙层；所述空气粗糙层由混合层与空气层组合得到；所述混合层由金属膜与金属膜氧化物组合得到。
[0023]进一步的，所述介质膜的厚度数据为500nm～3μm。
[0024]第二方面，本专利技术提供一种利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的装置，包括：
[0025]椭偏参量确定单元，用于预先确定硅衬底、介质膜以及金属膜组成的第三体系，并利用光谱椭偏仪测量所述第三体系中金属膜的椭偏参量；
[0026]金属膜检测单元，用于根据所述第三体系中金属膜的椭偏参量的特征峰出现的波长位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的方法，其特征在于，包括：预先确定硅衬底、介质膜以及金属膜组成的第三体系，并利用光谱椭偏仪测量所述第三体系中金属膜的椭偏参量；根据所述第三体系中金属膜的椭偏参量的特征峰出现的波长位置选择相应的目标波长范围；在所述目标波长范围内，基于所述金属膜的椭偏参量、所述介质膜的光学常数和厚度数据，确定所述金属膜的光学常数和厚度数据。2.根据权利要求1所述的利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的方法，其特征在于，所述预先确定硅衬底、介质膜以及金属膜组成的第三体系，具体包括：预先构建硅衬底组成的第一体系；在所述第一体系上制备介质膜，以实现构建所述硅衬底和所述介质膜组成的第二体系，并利用所述光谱椭偏仪测量所述第二体系中介质膜的椭偏参量；根据所述介质膜的椭偏参量，确定所述介质膜的光学常数和厚度数据；在所述第二体系上制备金属膜，以实现构建所述硅衬底、所述介质膜以及所述金属膜组成的第三体系；其中，所述金属膜为厚度大于或等于100nm的金属膜。3.根据权利要求1所述的利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的方法，其特征在于，在利用所述光谱椭偏仪测量所述第三体系中金属膜的椭偏参量过程中，确定所述光谱椭偏仪的入射光的波长范围参数为1500nm～10000nm以及所述入射光的入射角参数为55
°
～70
°
。4.根据权利要求2所述的利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的方法，其特征在于，所述根据所述介质膜的椭偏参量，确定所述介质膜的光学常数和厚度数据，具体包括：确定所述第一体系对应的第一椭偏拟合模型，在所述第一椭偏拟合模型的基础上构建所述第二体系对应的第二椭偏拟合模型，利用所述第二椭偏拟合模型对所述第二体系中介质膜的椭偏参量进行拟合，得到并记录所述介质膜的光学常数和厚度数据；所述在所述目标波长范围内，基于所述金属膜的椭偏参量、所述介质膜的光学常数和厚度数据，确定所述金属膜的光学常数和厚度数据，具体包括：确定所述第三体系对应的第三椭偏拟合模型，在所述目标波长范围内，利用所述第三椭偏拟合模型对所述第三体系中金属膜的椭偏参量进行拟合，得到所述金属膜的光学常数和厚度数据。5.根据权利要求4所述的利用光谱椭偏仪检测超厚金属膜的方法，其特征在于，所述在所述目标波长范围内，利用所述第三椭偏拟合模型对所述第三体系中金属膜的椭偏参量进行拟合，得到所述金属膜的光学常数和厚度数据，具体包括：预先对所述第二椭偏拟合模型中的介质膜层进行拟合，得到所述介质膜层的第一厚度数据和所述介质膜层的第一拟合结果；确定所述介质膜层的第一厚度数据和所述介质膜层的第一拟合结果，并在测试波长范围内对所述第三椭偏拟合模型中的混合层以及空气粗糙层进行第一次拟合，输出所述混合层的第一厚度数据和所述混合层的第一拟合结果以及所述空气粗糙层的第一厚度数据；确定所述介质膜层的第一拟合结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵乐，褚卫国，闫兰琴，宋志伟，董凤良，陈佩佩，田毅，胡海峰，徐丽华，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：