一种椭偏仪微光斑校准方法技术

本发明专利技术涉及一种椭偏仪微光斑校准方法，选定一个标准测量样件，在椭偏仪大光斑模式下测得所述标准测量样件的第一反射光强信号；基于椭偏仪大光斑模式下的系统模型，利用第一反射光强信号对大光斑模式下的椭偏仪进行校准，获得系统参数；利用校准后的系统参数，在椭偏仪微光斑模式，测得所述标准测量样件的第二反射光强信号；基于椭偏仪微光斑模式下的系统模型，利用所述第二反射光强信号对微光斑模式下的椭偏仪进行二次校准，获得微光斑参数。本发明专利技术方法能够实现在全波段内基于微光斑模式下的椭偏仪系统校准。的椭偏仪系统校准。的椭偏仪系统校准。

【技术实现步骤摘要】
一种椭偏仪微光斑校准方法


[0001]本专利技术涉及光学散射测量
，具体涉及一种椭偏仪微光斑校准方法。

技术介绍

[0002]椭偏测量技术相较于扫描电子显微镜、原子力显微镜等微观形貌测量方法，具有速度快、成本低、无接触、非破坏等优点，因而在先进工艺在线监测领域获得了广泛应用。椭偏仪的测量过程可概括为：光源发出的光经起偏臂中的偏振片和波片调制相位后，投射到待测样品表面并反射，携带有待测样件信息的反射光经检偏臂中的波片和偏振片进行相位解调后，由光强探测器接收。容易理解，最终探测器接收的光强不仅与待测样品本身相关，而且与椭偏仪系统参数(包括入射角、所用偏振片和波片等偏振器件本身的特征参数与放置方位角)相关。因此，要从接收到的光强中准确获得样件信息，必须对椭偏仪进行精确地系统校准。
[0003]随着半导体技术节点的不断减小，半导体器件也不断朝着微型化方向发展，晶圆上芯片加工区域尺寸已减小至数十微米。为了满足微区测量需求，椭偏仪必须配备由多个镜片组成的微光斑组件，将探测光斑尺寸从数毫米减小指数十微米。然而，微光斑组件中镜片通常存在应力双折射效应，从而表现出一定的相位延迟作用，会对最终接收的光强产生影响，进而影响最终待测样件的测量。因此，为了待测样件信息的精确测量，在系统校准过程中必须对微光斑效应进行精确标定。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种椭偏仪微光斑校准方法，包括以下步骤：
[0005]选定一个标准测量样件，在椭偏仪大光斑模式下测得所述标准测量样件的第一反射光强信号；
[0006]基于椭偏仪大光斑模式下的系统模型，利用第一反射光强信号对大光斑模式下的椭偏仪进行校准，获得系统参数；
[0007]利用校准后的系统参数，在椭偏仪微光斑模式，测得所述标准测量样件的第二反射光强信号；
[0008]基于椭偏仪微光斑模式下的系统模型，利用所述第二反射光强信号对微光斑模式下的椭偏仪进行二次校准，获得微光斑参数。
[0009]进一步的，所述的椭偏仪大光斑模式下的系统模型为：
[0010]I
out
＝[1,0,0,0]×
[M
A
R(A)]×
[R(
‑
ω2t+C2)M
C
(δ2)R(ω2t
‑
C2)]×
M
S
(AOI,THK)
[0011]×
[R(
‑
ω1t+C1)M
C
(δ1)R(ω1t
‑
C1)]×
[R(
‑
P)M
P
]×
S
in
[0012]其中，t表示时间，S
in
为光源发射光的斯托克斯向量，I
out
表示系统输出的光强；P、A、C1、C2分别为双旋转波片椭偏仪的起偏臂偏振片方位角、检偏臂偏振片方位角、第一旋转波片初始方位角、第二旋转波片初始方位角；δ1和δ2分别为第一旋转波片和第二旋转波片的
相位延迟量；M
A
和M
P
为偏振片特征穆勒矩阵，M
C
为相位延迟器特征穆勒矩阵；R为旋转矩阵；M
s
为样件特征穆勒矩阵，取决于入射角AOI和样件膜厚THK；ω1和ω2分别为第一旋转波片和第二旋转波片的角频率。
[0013]进一步的，基于椭偏仪大光斑模式下的系统模型，利用第一反射光强信号对大光斑模式下的椭偏仪进行校准，获得系统参数，包括：
[0014]S301，在全波段内选取某一段作为分析波段，在该波段内校准系统参数P、A、C1、C2、δ1、δ2，以及入射角AOI和样件厚度THK，得到每个波长点下对应的参数提取值；
[0015]S302，将每个波长下的入射角AOI和样件厚度THK取均值；
[0016]S303，利用所述入射角AOI和样件厚度THK的均值，在全波段内校准系统参数P、A、C1、C2、δ1、δ2。
[0017]进一步的，所述分析波段在可见光范围内进行选择。
[0018]进一步的，系统参数校准过程，包括：
[0019]将椭偏仪实际测量所得周期性光强转化为傅里叶系数；
[0020]编写一个系统模型函数，其输入为待校准参数，输出为系统模型模拟输出光强的傅里叶系数；
[0021]通过非线性拟合算法调整系统模型函数的输入参数值，使得输出的模拟傅里叶系数与实测傅里叶系数相吻合。
[0022]进一步的，所述椭偏仪微光斑模式下的系统模型为：
[0023][0024]其中，μ1和μ2分别为双旋转波片椭偏仪中第一微光斑组件和第二微光斑组件的相位延迟量，Δ
offset
为微光斑相位差；M
s
为样件特征穆勒矩阵，和Δ
s
为样件椭偏参数，二者取决于样件膜厚THK与入射角AOI，即Δ
S
＝Δ
S
(AOI,THK)。
[0025]进一步的，基于椭偏仪微光斑模式下的系统模型，利用所述第二反射光强信号对微光斑模式下的椭偏仪进行二次校准，获得微光斑参数，包括：
[0026]S701，在全波段内选取某一段作为分析波段，将微光斑相位差Δ
offset
固定在某一确定值，在分析波段内对第一微光斑组件和第二微光斑组件的相位延迟量μ1和μ2，以及入射角AOI和标样膜厚THK进行校准，并计算膜厚和入射角校准值在分析波段内的方差；
[0027]S702，遍历微光斑相位差Δ
offset
，重复步骤S701，获得膜厚和入射角方差随微光斑相位差Δ
offset
变化的曲线，以二次函数拟合曲线并找到曲线最低点；如果膜厚方差曲线的最低点和入射角方差曲线的最低点对应的微光斑相位差一致，则认为最低点对应的微光斑相位差为其真值；
[0028]S703，将微光斑相位差固定在其真值，在所选分析波段内校准微光斑相位延迟量μ1和μ2，以及入射角AOI和标样膜厚THK，并将AOI和THK取均值；
[0029]S704，利用所述入射角AOI和样件厚度THK的均值，在全波段范围内校准微光斑相位延迟量μ1和μ2，以及微光斑相位差。
[0030]进一步的，如果膜厚方差曲线的最低点和入射角方差曲线的最低点对应的微光斑相位差不一致，则依据如下步骤确定微光斑相位差的真值：
[0031]S801，将膜厚方差曲线的最低点和入射角方差曲线的最低点对应的微光斑相位差作为区间端点值，离散该参数区间得到微光斑相位差的一系列值；
[0032]S802，将微光斑相位差固定在系列值中的某个数，在分析波段内校准微光斑相位延迟量μ1和μ2，以及入射角AOI和标样膜厚THK，并将AOI和THK取均值；
[0033]S803，将AOI和THK固定在步骤S802所得均值处，在全波段范围内校准本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种椭偏仪微光斑校准方法，其特征在于，包括：选定一个标准测量样件，在椭偏仪大光斑模式下测得所述标准测量样件的第一反射光强信号；基于椭偏仪大光斑模式下的系统模型，利用第一反射光强信号对大光斑模式下的椭偏仪进行校准，获得系统参数；利用校准后的系统参数，在椭偏仪微光斑模式，测得所述标准测量样件的第二反射光强信号；基于椭偏仪微光斑模式下的系统模型，利用所述第二反射光强信号对微光斑模式下的椭偏仪进行二次校准，获得微光斑参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的椭偏仪大光斑模式下的系统模型为：I
out
＝[1,0,0,0]
×
[M
A
R(A)]
×
[R(
‑
ω2t+C2)M
C
(δ2)R(ω2t
‑
C2)]
×
M
S
(AOI,THK)
×
[R(
‑
ω1t+C1)M
C
(δ1)R(ω1t
‑
C1)]
×
[R(
‑
P)M
P
]
×
S
in
其中，t表示时间，S
in
为光源发射光的斯托克斯向量，I
out
表示系统输出的光强；P、A、C1、C2分别为双旋转波片椭偏仪的起偏臂偏振片方位角、检偏臂偏振片方位角、第一旋转波片初始方位角、第二旋转波片初始方位角；δ1和δ2分别为第一旋转波片和第二旋转波片的相位延迟量；M
A
和M
P
为偏振片特征穆勒矩阵，M
C
为相位延迟器特征穆勒矩阵；R为旋转矩阵；M
s
为样件特征穆勒矩阵，取决于入射角AOI和样件膜厚THK；ω1和ω2分别为第一旋转波片和第二旋转波片的角频率。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于椭偏仪大光斑模式下的系统模型，利用第一反射光强信号对大光斑模式下的椭偏仪进行校准，获得系统参数，包括：S301，在全波段内选取某一段作为分析波段，在该波段内校准系统参数P、A、C1、C2、δ1、δ2，以及入射角AOI和样件厚度THK，得到每个波长点下对应的参数提取值；S302，将每个波长下的入射角AOI和样件厚度THK取均值；S303，利用所述入射角AOI和样件厚度THK的均值，在全波段内校准系统参数P、A、C1、C2、δ1、δ2。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分析波段在可见光范围内进行选择。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，系统参数校准过程，包括：将椭偏仪实际测量所得周期性光强转化为傅里叶系数；编写一...

【专利技术属性】
技术研发人员：石雅婷，李伟奇，薛小汝，郭春付，何勇，张传维，
申请(专利权)人：武汉颐光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：