双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法及装置，使用待校准的双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪对任意厚度的标准样件进行测量，获得样件对应的测量光强信号，然后用椭偏仪中各个光学器件的待校准参数、标准样件膜厚、偏振光照射到样件表面的入射角和等效光源强度仿真得到理论光强信号，通过拟合测量光强信号和理论光强信号，获得全光谱范围的系统参数。本发明专利技术提出的双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪系统的校准算法，能获得真实的安装方位角参数，有助于降低仪器出厂的系统差异。差异。差异。

【技术实现步骤摘要】
双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法及装置


[0001]本专利技术涉及椭偏系统校准领域，更具体地，涉及一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法及装置。

技术介绍

[0002]在半导体行业中，对光学关键尺度(optical critical dimension，OCD)的测量以及精细结构膜厚的测量，直接关系到生产样品的精度以及良率。椭偏仪因其非接触、无破坏、成本低、快速、高精度等优点，被广泛应用于先进半导体工艺监测中。
[0003]以双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪为例，如图1所示，其基本配置包括：光源1，起偏器2，第一旋转电机3，第一补偿器4，待测样品5，第二补偿器6，第二旋转电机7，检偏器8，光谱仪9。椭偏仪的工作原理是基于模型的测量，光谱仪所测量到的光强信号经过系统模型被转换为所需的椭偏光谱，其中系统模型中需要输入的参数有起偏器的方位角、检偏器的方位角、两个旋转补偿器的方位角和相位延迟量。椭偏仪工作的具体步骤如下：
[0004]1、光源发射自然光，通过起偏器后被转为偏振光；
[0005]2、偏振光经由第一个旋转补偿器后照射到样品台，经过样件表面后反射或折射变为新的偏振光；
[0006]3、新的偏振光经过另一个旋转补偿器和检偏器后再由光谱仪探测获得新偏振光的光强信号；
[0007]4、利用光谱仪检测到的光强信号推导得到样件的椭偏光谱；
[0008]5、基于样件的椭偏光谱，得到样件厚度。
[0009]其中，椭偏仪的系统参数对最终的样件参数的测量结果有着很大影响，因此，椭偏仪的系统参数的校准尤为重要。

技术实现思路

[0010]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法及装置。
[0011]根据本专利技术的第一方面，提供了一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法，包括：
[0012]步骤1，获取待测样件在每个波长下的测量光强信号；
[0013]步骤2，基于每个波长下的系统参数参考值、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角仿真得到每个波长下的仿真光强信号；
[0014]步骤3，基于回归拟合方法，调整每个波长下的系统参数、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角，得到对应的仿真光强信号，使得所述仿真光强信号与所述测量光强信号接近，获取待测样件在每个波长下的系统参数。
[0015]根据本专利技术的第二方面，提供一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准装置，包括：
[0016]获取模块，用于获取待测样件在每个波长下的测量光强信号；
[0017]仿真计算模块，用于基于每个波长下的系统参数参考值、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角仿真得到每个波长下的仿真光强信号；
[0018]校准模块，基于回归拟合方法，调整每个波长下的系统参数、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角，得到对应的仿真光强信号，使得所述仿真光强信号与所述测量光强信号接近，获取待测样件在每个波长下的系统参数。
[0019]本专利技术提供的一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法及装置，通过逐波长校准方式，获取全光谱范围的系统参数，有助于降低仪器出厂的系统差异。本专利技术的特点在于将等效光源强度设定为待校准参数，以光强信号作为目标回归迭代得到所需校准的全光谱范围的系统参数，仪器的系统参数得到后即可用于测量其他样品的厚度等信息。
附图说明
[0020]图1为双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术提供的一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法流程图；
[0022]图3为本专利技术提供的一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准装置的结构示意图。
[0023]附图中，各标号所代表的部件名称如下：
[0024]1、光源，2、起偏器，3、第一旋转电机，4、第一补偿器，5、待测样件，6、第二补偿器，7、第二旋转电机，8、检偏器，9、光谱仪。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，本专利技术提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0026]图2为本专利技术提供的一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法，如图2所示，方法包括：
[0027]步骤1，获取待测样件在每个波长下的测量光强信号。
[0028]可理解的是，利用光谱仪等椭偏测量设备，获取待测样件在每一个波长λ
i
(i为波长编号)下的测量光强信号，即每一个波长λ
i
对应一组测量光强信号，记为I
meas
。
[0029]步骤2，基于每个波长下的系统参数参考值、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角仿真得到每个波长下的仿真光强信号。
[0030]作为实施例，所述步骤2，基于每个波长下的系统参数参考值、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角仿真得到每个波长下的仿真光强信号，包括：对于每个波长，设置系统
参数参考值、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角，通过双旋转补偿器型椭偏仪的系统模型计算出对应的仿真光强信号。
[0031]其中，双旋转补偿器型椭偏仪的系统模型由各个光学器件、样品的穆勒矩阵连乘得到，具体表达式如下：S
out
＝[M
A
R(A)][0032][0033]使用Stokes向量描述光束的偏振态，Stokes向量共有四个分量，其中第一个分量即为光强信号强度。S
in
是描述光源偏振态的Stokes向量，通常认为光源发射的是自然光，即S
in
＝[s，0，0，0]T
，s为等效光源强度，S
out
表示光谱仪接收到的光束的Stokes向量。R(
‑
P)M
P
为描述起偏器的穆勒矩阵，P为起偏器的等效方位角。为描述第一旋转补偿器的穆勒矩阵，其中C1＝ω1t+C
s1
，C
s1
为第一补偿器的初始方位角，ω1为第一电机转动的机械频率，t为时间，δ1是第一补偿器的相位延迟量。为描述第二旋转补偿器的穆勒矩阵，其中C2＝ω2t+C
s2
，C
s2
为第二补偿器的初始方位角，ω2为第二电机转动的机械频率，δ2是第二补偿器的相位延迟量。M
A
R(A)为描述检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法，包括：步骤1，获取待测样件在每个波长下的测量光强信号；步骤2，基于每个波长下的系统参数参考值、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角仿真得到每个波长下的仿真光强信号；步骤3，基于回归拟合方法，调整每个波长下的系统参数、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角，得到对应的仿真光强信号，使得所述仿真光强信号与所述测量光强信号接近，获取待测样件在每个波长下的系统参数。2.根据权利要求1所述的系统校准方法，其特征在于，所述步骤1，获取待测样件在每个波长下的测量光强信号，包括：基于椭偏测量设备，获取待测样件在每一个波长λ
i
下的测量光强信号，每一个波长λ
i
对应一组测量光强信号，记为I
meas
，i表示波长的编号。3.根据权利要求1所述的系统校准方法，其特征在于，所述步骤2，基于每个波长下的系统参数参考值、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角仿真得到每个波长下的仿真光强信号，包括：对于每个波长，设置系统参数参考值、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角，通过双旋转补偿器型椭偏仪的系统模型计算出对应的仿真光强信号。4.根据权利要求3所述的系统校准方法，其特征在于，所述双旋转补偿器型椭偏仪的系统模型表示为：其中，使用Stokes向量描述光束的偏振态，Stokes向量共有四个分量，第一个分量即为光强信号强度，S
in
是描述光源偏振态的Stokes向量，即S
in
＝[s，0，0，0]
T
，s为等效光源强度，S
out
表示光谱仪接收到的光束的Stokes向量，即光强信号，R(
‑
P)M
P
为描述起偏器的穆勒矩阵，P为起偏器的等效方位角，为描述第一旋转补偿器的穆勒矩阵，其中C1＝ω1t+C
s1
，C
s1
为第一补偿器的初始方位角，ω1为第...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛小汝，石雅婷，李伟奇，何勇，郭春付，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：