[发明专利]一种薄膜厚度测量方法

说明书

本发明提供一种薄膜厚度测量方法，包括：选取样品薄膜的多个数据点，利用椭偏仪测量得到样品薄膜的每一个数据点对应的椭偏参数；根据菲涅尔反射定律得到样品薄膜的厚度初值和椭偏参数之间的关系式；根据样品薄膜的厚度初值和椭偏参数之间的关系式，计算样品薄膜的每一个数据点对应的第一厚度初值；根据样品薄膜的多个数据点对应的多个第一厚度初值，确定样品薄膜的最终厚度初值。本发明克服了现有技术中计算量大，薄膜较薄时难以求解，以及波长范围较短时无法求解等情况，通过数个数据点的计算即可得到样品薄膜准确的厚度初值。

技术领域

本发明涉及精密光学领域，更具体地，涉及一种薄膜厚度测量方法。

背景技术

薄膜测量普遍应用于半导体行业、生物医药行业等领域，测量的主要目的是为了获取薄膜的厚度和光学常数等信息。在半导体制造行业中，常常需要较快的测量速度以及精确的测量结果，以反射率、椭偏等是目前常用的无损测量手段。

椭偏仪是一种用于测量薄膜厚度和光学常数的光学设备，通常来说，椭偏仪的整个测量过程分为两个部分：

(1)椭偏光谱测量，它的测量原理是利用非偏振光源通过偏振态发生器产生偏振光，当光入射到样品表面后，反射光发生偏振态改变，通过检偏器探测样品的椭偏光谱，它可以用振幅比角Ψ和相位差角Δ表示，从而获得相应样品的数据信息。当然，椭偏光谱也可通过Stokes参量NCS来表示：

N＝cos2Ψ；

C＝sin2ΨcosΔ；

S＝sin2ΨsinΔ。

由于它是一种间接量测的技术，一般测得的光谱数据信息并不能直接转换为样品的膜厚和光学常数，因此常需要建立合适的模型拟合分析。

(2)数据分析和计算，得到椭偏光谱数据后，通常会采用一定的分析和计算手段，来得到样品的厚度和光学常数等信息。

常用的分析计算手段是迭代算法，通常为信赖阈算法，其大概过程是从给定的厚度初值出发，逐步迭代寻求最优解，每次迭代会计算一个信赖域半径Δ₀，然后结合当前厚度初值计算结果和实验值的差距，来计算初值更新的步长，直到计算结果与实验值差距小到一定程度，此时得到的厚度初值更新值就是要得到的结果。

但迭代算法非常依赖第一步给定的厚度初值，如果厚度初值不合适，则会导致严重错误，无法得到正确解，要解决该问题需要采用全局优化算法，但全局算法计算时间过长，不具备实际应用价值。

发明内容

本发明实施例提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种薄膜厚度测量方法，包括：选取样品薄膜的多个数据点，利用椭偏仪测量得到样品薄膜的每一个数据点对应的椭偏参数；根据菲涅尔反射定律得到样品薄膜的厚度初值和椭偏参数之间的关系式；根据样品薄膜的厚度初值和椭偏参数之间的关系式，计算样品薄膜的每一个数据点对应的第一厚度初值；根据样品薄膜的多个数据点对应的多个第一厚度初值，确定样品薄膜的最终厚度初值。

在上述技术方案的基础上，本发明实施例还可以作出如下改进。

可选的，多个数据点为多个入射光波长或多个入射角度。

可选的，根据菲涅尔反射定律得到样品薄膜的厚度初值和椭偏参数之间的关系式为：

其中，ρ是椭偏参数，λ是入射光波长，n₁是样品薄膜的折射率，θ₁为入射光在样品薄膜中的折射角，X是中间参数，A、B、C、E、F、G均为由反射定律得到的中间变量。

可选的，根据样品薄膜的多个数据点对应的多个第一厚度初值，确定样品薄膜的最终厚度初值之前还包括：计算样品薄膜的每一个数据点对应的厚度周期值，其计算公式为：