一种采用光谱椭偏仪对金属膜进行检测的方法技术

本发明专利技术提供了一种采用光谱椭偏仪对金属膜进行检测的方法，所述方法包括以下步骤：制备非吸收介质-Si衬底膜系；用光谱椭偏仪对非吸收介质-Si衬底膜系进行测量和拟合；用相同的方法在非吸收介质-Si衬底膜系和玻璃衬底上分别制备厚度相同的金属膜，得到金属-非吸收介质-Si衬底膜系和金属-玻璃膜系；用光谱椭偏仪对金属-非吸收介质-Si衬底膜系进行测量和分段拟合，得到所需数据。本发明专利技术极大的提高了超厚金属膜检测的精度和灵敏度，扩大了可测金属膜的厚度范围。本发明专利技术测量方法简单方便，测量结果稳定可靠，适用范围广泛。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学测量领域，涉及一种采用光谱椭偏仪对金属膜进行检测的方法，尤其涉及一种采用光谱椭偏仪提高对金属膜检测精度和灵敏度的检测方法。
技术介绍
椭圆偏振测量技术，是一种通过测量探测光在样品表面反射前后光强和相位的变化来测量薄膜厚度和薄膜光学常数的技术。椭圆偏振测量技术是一种间接测量，因此测量结果并不是直观的薄膜厚度和光学常数信息，而是椭偏角度/参数。所以需要对椭偏参数的数据进行建模分析，得到所求薄膜的厚度和光学常数。同时光谱式椭偏测量由于具有精度高、测量简便以及对样品无损害等特点，成为研究薄膜领域重要的技术手段，在薄膜研究领域具有不可替代的重要地位。随着纳米技术的发展，纳米尺度的薄膜由于其不同于块体材料的独特性质，受到了越来越多的重视，也得到了越来越广泛的应用。作为薄膜性质的重要部分，光学性质在薄膜研究领域，特别是光学薄膜研究领域，是至关重要的研究内容。金属最显著的光学特性是高反射和强吸收，由于超厚金属膜对光的透过率很低，利用光谱椭偏仪一般较难测量和拟合厚度超过50nm的金属膜，即便均方误差MSE较小，也会偏离实际膜的厚度。同时，金属膜到了纳米量级出现了与常规宏观尺寸的固体不同的新特性，从而使得纳米级金属膜的设计和制造很难保证一致。因此，现在亟需一种测试精度高并且成本较低的方法来测试超厚纳米级金属膜的厚度及光学常数。
技术实现思路
针对现有技术中厚度超过50nm的金属膜利用光谱椭偏仪较难测量和拟合的问题，本专利技术提供了一种采用光谱椭偏仪对金属膜进行检测的方法，所述方法可以提高超厚金属膜的检测精度和灵敏度，简单可行，可适用于多种超厚金属膜的椭偏仪测量及厚度和光学常数的拟合。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种采用光谱椭偏仪对金属膜进行检测的方法，所述方法包括以下步骤：(1)制备非吸收介质-Si衬底膜系；(2)用光谱椭偏仪对非吸收介质-Si衬底膜系进行测量和拟合；(3)用相同的方法在非吸收介质-Si衬底膜系和玻璃衬底上分别制备厚度相同的金属膜，得到金属-非吸收介质-Si衬底膜系；(4)用光谱椭偏仪对金属-非吸收介质-Si衬底膜系进行测量和分段拟合，得到所需数据。其中，步骤(1)中制备非吸收介质-Si衬底膜系是作为超厚金属膜的新衬底；步骤(4)中得到的数据包括金属膜的厚度以及光学常数等。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术的优选方案，所述制备非吸收介质-Si衬底膜系的方法为：在Si衬底上沉积非吸收介质。优选地，所述沉积方法为化学气相沉积、磁控溅射沉积或热氧化法中任意一种。本专利技术中沉积非吸收介质的方法为制备纳米级非吸收介质膜的常规方法，并不仅限于上述所列举的方法。本专利技术中，在Si衬底上沉积非吸收介质的方法为制备纳米级非吸收介质膜的常规方法，并不仅限于上述沉积方法。作为本专利技术的优选方案，所述非吸收介质为透明非吸收介质材料，优选为SiO2膜、Si3N4膜或Al2O3膜中任意一种。优选地，所述非吸收介质的沉积厚度为1～5μm，例如1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等，但不限于所列举数值，所列范围内其他未列举的数值均适用于本专利技术，优选为1μm、2μm或5μm。作为本专利技术的优选方案，步骤(2)用光谱椭偏仪对非吸收介质-Si衬底膜系进行测量过程中，入射光波长范围为190～2500nm。优选地，步骤(2)用光谱椭偏仪对非吸收介质-Si衬底膜系进行测量过程中，入射角为60～80°，例如60°、63°、65°、67°、70°、73°、75°、77°或80°等，但不限于所列举数值，所列范围内其他未列举的数值均适用于本专利技术，进一步优选为70°。作为本专利技术的优选方案，步骤(2)用光谱椭偏仪对非吸收介质-Si衬底膜系进行拟合为：建立光谱椭偏仪的非吸收介质-Si衬底膜系模型，将用光谱椭偏仪测定出的非吸收介质-Si衬底膜系的椭偏参数实验值与非吸收介质-Si衬底膜系模型给出的理论值进行拟合，得到非吸收介质-Si衬底膜系中非吸收介质层的厚度及光学常数，并将得到的厚度及光学常数作为后续建模时非吸收介质层的已知参数。作为本专利技术的优选方案，步骤(3)中所述超厚金属膜的厚度＞50nm，例如55nm、60nm、70nm、80nm等，但并不限于所列数值，所列范围内其他未列举的数值均适用于本专利技术。同时，金属膜的厚度小于不透光的金属膜的最小厚度。优选地，步骤(3)中所述金属膜为Al膜或Au膜，本专利技术所述的金属膜为任意金属膜，并不仅限于Al膜或Au膜。优选地，步骤(3)中所述金属膜为Al膜时，Al膜的厚度为50～70nm，例如50nm、53nm、55nm、57nm、60nm、63nm、65nm、67nm或70nm等，但并不限于所列数值，所列范围内其他未列举的数值均适用于本专利技术。本专利技术中，若Al膜的厚度超过70nm时，由于Al膜本身的透光太低，使椭偏参数难以拟合。优选地，步骤(3)中所述金属膜为Al膜时，Al膜的厚度为50～80nm，例如50nm、53nm、55nm、57nm、60nm、63nm、65nm、67nm、70nm、73nm、75nm、77nm或80nm等，但并不限于所列数值，所列范围内其他未列举的数值均适用于本专利技术。本专利技术中，若Al膜的厚度超过80nm时，由于Al膜本身的透光太低，使椭偏参数难以拟合。作为本专利技术的优选方案，步骤(3)中制备金属膜的方法为电子束蒸发法、磁控溅射法或原子层沉积法中任意一种；在本专利技术中，制备金属膜的方法为制备纳米级金属膜的常规方法，并不仅限于上述制备方法。优选地，步骤(3)中所述玻璃衬底为石英玻璃衬底。作为本专利技术的优选方案，步骤(4)中用光谱椭偏仪对金属-非吸收介质-Si衬底膜系进行测量过程中，入射光波长范围为190～2500nm。优选地，步骤(4)中用光谱椭偏仪对金属-非吸收介质-Si衬底膜系进行测量过程中，入射角为60～80°，进一步优选为70°，例如60°、63°、65°、67°、70°、73°、75°、77°或80°等，但不限于所列举数值，所列范围内其他未列举的数值均适用于本专利技术，进一步优选为70°。作为本专利技术的优选方案，步骤(4)中用光谱椭偏仪对金属-非吸收介质-Si衬底膜系进行分段拟合为：在步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用光谱椭偏仪对金属膜进行检测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)制备非吸收介质‑Si衬底膜系；(2)用光谱椭偏仪对非吸收介质‑Si衬底膜系进行测量和拟合；(3)用相同的方法在非吸收介质‑Si衬底膜系和玻璃衬底上分别制备厚度相同的金属膜，得到金属‑非吸收介质‑Si衬底膜系和金属‑玻璃膜系；(4)用光谱椭偏仪对金属‑非吸收介质‑Si衬底膜系进行测量和分段拟合，得到所需数据。

【技术特征摘要】
1.一种采用光谱椭偏仪对金属膜进行检测的方法，其特征在于，所述方
法包括以下步骤：
(1)制备非吸收介质-Si衬底膜系；
(2)用光谱椭偏仪对非吸收介质-Si衬底膜系进行测量和拟合；
(3)用相同的方法在非吸收介质-Si衬底膜系和玻璃衬底上分别制备厚度
相同的金属膜，得到金属-非吸收介质-Si衬底膜系和金属-玻璃膜系；
(4)用光谱椭偏仪对金属-非吸收介质-Si衬底膜系进行测量和分段拟合，
得到所需数据。
2.根据权利要求1所述的对金属膜进行检测的方法，其特征在于，所述
制备非吸收介质-Si衬底膜系的方法为：在Si衬底上沉积非吸收介质；
优选地，所述沉积方法为化学气相沉积、磁控溅射沉积或热氧化法中任意
一种。
3.根据权利要求1或2所述的对金属膜进行检测的方法，其特征在于，所
述非吸收介质为透明非吸收介质材料，优选为SiO2膜、Si3N4膜或Al2O3膜中任
意一种；
优选地，所述非吸收介质的沉积厚度为1～5μm，优选为1μm、2μm或
5μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的对金属膜进行检测的方法，其特征在
于，步骤(2)用光谱椭偏仪对非吸收介质-Si衬底膜系进行测量过程中，入射
光波长范围为190～2500nm；
优选地，步骤(2)用光谱椭偏仪对非吸收介质-Si衬底膜系进行测量过程
中，入射角为60～80°，进一步优选为70°。
5.根据权利要求1-4任一项所述的对金属膜进行检测的方法，其特征在

\t于，步骤(2)用光谱椭偏仪对非吸收介质-Si衬底膜系进行拟合为：建立光谱
椭偏仪的非吸收介质-Si衬底膜系模型，将用光谱椭偏仪测定出的非吸收介质
-Si衬底膜系的椭偏参数实验值与非吸收介质-Si衬底膜系模型给出的理论值进
行拟合，得到非吸收介质-Si衬底膜系中非吸收介质层的厚度及光学常数，并
将得到的厚度及光学常数作为后续建模时非吸收介质层...

【专利技术属性】
技术研发人员：田毅，张先锋，闫兰琴，宋志伟，褚卫国，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11