[发明专利]一种单层薄膜临界厚度估值计算方法

说明书

本发明提供一种单层薄膜临界厚度估值计算方法，该方法包括：通过椭偏仪测量获取样件在不同薄膜厚度下的振幅比角Ψ和相位差角Δ光谱曲线；设定参与拟合的参数的优化搜索区间，利用残差评价函数衡量拟合误差，得到不同薄膜厚度对应的拟合结果；基于不同薄膜厚度对应的光谱，求解参与拟合的参数的雅克比矩阵及待测参数的协方差矩阵；根据不同薄膜厚度下的协方差矩阵值，提取不同薄膜厚度参数不确定度及参数间的相关系数数值以计算单层光学薄膜及半导体薄膜的临界厚度。通过该方案解决了现有技术难以准确计算单层薄膜临界厚度的问题，可以准确可靠地评估计算单层薄膜临界厚度值，保障光谱椭偏测量的准确性。

技术领域

本发明涉及椭偏仪数据分析领域，尤其涉及一种单层薄膜临界厚度估值计算方法。

背景技术

椭圆偏振测量技术是一种光学计量技术，其主要是利用光入射到样品表面前后偏振态的改变来获取样品信息。非偏振光源经由偏振器后，将特殊的椭圆偏振光入射到样品表面，通过探测经由样品反射发生偏振态改变的光谱，一般由两个椭偏参数表示，振幅比角Ψ和相位差角Δ。光谱椭偏仪是基于模型的一种测量仪器，需要进行正向建模与数据分析得到样品的基本信息，一般是膜厚与光学常数。

由于任何测量过程都不可避免存在不确定度，不确定度是因测量误差存在而对被测量值不能肯定的程度，而光谱椭偏测量过程要基于模型，其过程涉及到逆问题求解，故不确定度将伴随逆求解过程一并传递到带求解过程中。在某些特别测量范畴如直接同时测量单层超薄膜的厚度与光学常数，由于参与拟合参数间存在强耦合性，参数间相关性强，参数的测量结果往往会偏离真值过大，导致结果的不确定度增大而唯一性差。另外，光谱测量条件的不同对薄膜同一厚度下的不确定度及相关系数数值变化也会有影响，其中主要影响因素为光谱的测量波段区域以及入射角的选择。因此有必要获知不同类型薄膜能解耦的临界厚度，可以针对各类单层薄膜都适用，获取不同纳米结构参数的不确定度和相关系数。

目前，在已公开专利文献中，提出了一种确定薄膜连续性的临界厚度的方法，其中说明了判断薄膜厚度是否大于预设厚度的情况，选择直接或者间接的拟合法获取薄膜的反射光偏振态的相位差以及放着系数振幅比所对应的正切角度分别随波长的变化曲线图，根据变化图获取临界厚度，但只说明了可利用椭偏测量评估薄膜是否连续的厚度临界值，并没有涉及判定椭偏测量薄膜是否解耦的临界值，可见现有技术未公开单层薄膜临界厚度的具体计算方法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种单层薄膜临界厚度估值计算方法，以解决现有方法无法准确计算单层薄膜临界厚度的问题。

在本发明实施例的第一方面，提供了一种单层薄膜临界厚度估值计算方法，包括：

通过椭偏仪测量获取样件在不同薄膜厚度下的振幅比角Ψ和相位差角Δ光谱曲线；

设定参与拟合的参数的优化搜索区间，利用残差评价函数衡量拟合误差，得到不同薄膜厚度对应的拟合结果；

基于不同薄膜厚度对应的光谱，求解参与拟合的参数的雅克比矩阵及待测参数的协方差矩阵；

根据不同薄膜厚度下的协方差矩阵值，提取不同薄膜厚度参数不确定度及参数间的相关系数数值以计算单层光学薄膜及半导体薄膜的临界厚度。

本发明实施例中，通过获取样件在不同薄膜厚度下的振幅比角Ψ和相位差角Δ光谱曲线；设定参与拟合的参数的优化搜索区间，利用残差评价函数衡量拟合误差，得到不同薄膜厚度对应的拟合结果；基于不同薄膜厚度对应的光谱，求解参与拟合的参数的雅克比矩阵及待测参数的协方差矩阵；根据不同薄膜厚度下的协方差矩阵值，提取不同薄膜厚度参数不确定度及参数间的相关系数数值以计算单层光学薄膜及半导体薄膜的临界厚度。可以实现对单层薄膜临界厚度准确估算，解决了现有技术方案难以的准确计算单层薄膜临界厚度问题，从而实现参数解耦，保障光谱椭偏测量结果的准确性和可靠性。

附图说明