一种光声测量的建模方法、光声测量方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种光声测量的建模方法、光声测量方法及系统，其建模方法包括获取待测样品的特性参数，所述特性参数包括膜层数M、各膜层的复折射率和名义厚度，M为正整数；根据所述特性参数，计算得到所述待测样品的第一反射率；获取所述待测样品在吸收激发光后于厚度方向上各膜层的位移；根据所述位移，得到所述待测样品的第二反射率；基于所述第一反射率和所述第二反射率，得到所述待测样品的反射率变化的仿真信号。本发明专利技术提出了基于应变后的样品分层模型和RCWA算法，来计算膜厚；适用于任意入射角的探测光的同时，提高了计算效率和准确率。提高了计算效率和准确率。提高了计算效率和准确率。

【技术实现步骤摘要】
一种光声测量的建模方法、光声测量方法及系统


[0001]本专利技术属于半导体测量
，具体涉及一种光声测量的建模方法、光声测量方法及系统。

技术介绍

[0002]为满足半导体芯片加工制造需要，常常在半导体上镀膜。在半导体镀膜的生产过程中，膜厚是关键尺寸。由于镀膜工艺偏差以及在镀膜过程中可能存在的人为引入的镀膜偏差会影响到最终获得的膜厚尺寸。因此对膜厚进行测量可以有效的保证镀膜厚度的精度，保证半导体制造生产的良率。在半导体镀膜工艺中，镀的膜可以是介质膜或者金属膜，现有的椭偏测量是基于所镀的膜层反射光束的偏振态的变化，实现膜厚测量，对偏振态要求高。而光声膜厚测量是基于光声作用的原理，避免使用光束偏振作为参考量，因此可以用来测量薄膜的厚度。
[0003]光声膜厚测量技术总体可以概括为：1.短脉冲激光照射在样品表面，2.样品吸收光子产生热，热产生了应变；3.将探测光打在样品表面上，由于样品产生应变后膜层的复折射率会发生变化，样品的反射率变化ΔR(t)，通过光探测器获取样品的反射率变化信号；4.通过样品的理论模型计算反射率变化，理论计算的反射率变化信号与实际测量的反射率变化信号进行匹配，或者通过提前生成数据库的方法，在数据库里查找与实际测量的反射率变化信号最佳匹配的理论计算的反射率变化信号来得到膜厚信息。
[0004]当前的理论模型采用积分方法计算反射率变化信号，其中η(z，t)是在时刻t，位置z的应变，f(z)是一个关于位置z的函数，z方向沿着膜厚方向，z＝0代表模型的上表面，z＝∞代表模型的下表面。现有方法的第一个问题是计算过程是有近似的，所以不够精确，第二个问题是适用范围不够广泛，只适用于垂直入射的探测光条件下的计算；对此，现有改进的积分方法虽然适用于斜入射的探测光条件下的计算，但是过于复杂，计算效率低。

技术实现思路

[0005]为提高光声测量建模技术的计算效率、准确率和适用范围，在本专利技术的第一方面提供了一种光声测量的建模方法，包括：获取待测样品的特性参数，所述特性参数包括膜层数M、各膜层的复折射率和名义厚度，M为正整数；根据所述特性参数，计算得到所述待测样品的第一反射率；获取所述待测样品在吸收激发光后于厚度方向上各膜层的位移；根据所述位移，得到所述待测样品的第二反射率；基于所述第一反射率和所述第二反射率，得到所述待测样品的反射率变化的仿真信号。
[0006]在本专利技术的一些实施例中，所述根据所述特性参数，计算得到所述待测样品的第一反射率包括：基于菲涅尔公式，或者传输矩阵算法，或者严格耦合波分析算法，计算得到所述待测样品的第一反射率。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，所述根据所述位移，得到所述待测样品的第二反射率
包括：将所述待测样品的各膜层分别划分为多个分层，并得到每个所述分层的厚度；基于所述位移获取每个所述分层的应变值，根据每个所述分层的应变值，得到每个所述分层的复折射率；基于每个所述分层的复折射率，得到所述待测样品的第二反射率。
[0008]进一步的，所述各膜层的复折射率为：
[0009][0010]其中，为第m膜层的复折射率，m为正整数且1≤m≤M，n
m
为第m膜层的折射率，k
m
为第m膜层的吸收系数，i为虚数单位。
[0011]每个所述分层的复折射率为：
[0012][0013]其中，为第j分层的复折射率，j为正整数且1≤j≤J，J为所述各膜层分别对应的分层个数的总和，第j分层为第m膜层中的一个分层，为第m膜层的复折射率，z
j
为第1分层至第j分层的厚度之和，其中与所述待测样品的基底相接的分层为第1分层。
[0014]优选的，基于每个所述分层的复折射率，获取所述第二反射率包括：采用传输矩阵算法，或者严格耦合波分析算法，计算得到所述第二反射率。其中，采用严格耦合波分析算法，计算得到所述第二反射率包括：
[0015]根据每个所述分层的复折射率和每个所述分层的厚度，求解每个所述分层的耦合波方程组；根据严格耦合波分析算法的T矩阵算法、S矩阵算法或R矩阵算法，从所述待测样品的底部向顶部的顺序迭代计算，得到入射区的反射率即为所述第二反射率。
[0016]上述严格耦合波分析算法的S矩阵算法的迭代计算满足如下公式：
[0017][0018]其中，下标j代表第j个分层，S
12，j
代表第j分层的反射特性矩阵，S
12，J+1
代表所述入射区的反射特性矩阵，W、V、X均是耦合波方程组的解，l代表单位矩阵。
[0019]本专利技术的第二方面，提供了一种光声测量方法，所述方法包括：获取待测样品的光声测量信号，以获取所述待测样品的反射率变化信号，即实测信号；根据本专利技术第一方面所述的光声测量的建模方法，获取所述待测样品的反射率变化的仿真信号；采用回归或者库匹配的方法，确定与所述实测信号匹配的仿真信号，得到所述匹配的仿真信号对应的特性参数，以获取所述待测样品的膜厚值。
[0020]本专利技术的第三方面，提供了一种光声测量系统，包括：计量装置，其包括光源及探测器，由所述光源产生激发光和探测光，所述激发光入射至待测样品以使所述待测样品中的各膜层于厚度方向上产生位移，所述探测器接收所述待测样品表面反射的所述探测光，以获取所述待测样品的光声测量的实测信号；计算装置，其配置为：以本专利技术第一方面所述的光声测量的建模方法，获取所述待测样品的反射率变化的仿真信号；及采用回归或者库匹配的方法，确定与所述实测信号匹配的仿真信号进行拟合，得到所述匹配的仿真信号对应的特性参数，以获取所述待测样品的膜厚值。
[0021]本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种对应变后的样品各个膜层进行分层，然
后基于RCWA算法或传输矩阵算法来计算样品的反射率变化信号的方法，优势是：第一是适用范围广泛，适用于任意入射角的探测光，第二是提高了计算效率，且计算结果更精确。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的一些实施例中的光声测量的建模方法的基本流程示意图；
[0023]图2为本专利技术的一些实施例中的光声测量的建模方法的单层薄膜的应变后膜层被划分为多个分层的示意图；
[0024]图3为本专利技术的一些实施例中的光声测量的建模方法的多层薄膜的应变后各膜层分别被划分为多个分层的示意图；
[0025]图4为本专利技术的一些实施例中的光声测量的建模方法在探测光垂直入射条件下的单层钨的反射率变化信号的计算结果；
[0026]图5为本专利技术的一些实施例中的探测光垂直入射条件下的光路示意图；
[0027]图6为本专利技术的一些实施例中的光声测量的建模方法在探测光斜入射条件下的单层钨的反射率变化信号的计算结果；
[0028]图7为本专利技术的一些实施例中的探测光斜入射条件下的光路示意图；
[0029]图8为本专利技术的一些实施例中的光声测量的建模装置的结构示意图；
[0030]图9为本专利技术的一些实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光声测量的建模方法，其特征在于，包括：获取待测样品的特性参数，所述特性参数包括膜层数M、各膜层的复折射率和名义厚度，M为正整数；根据所述特性参数，计算得到所述待测样品的第一反射率；获取所述待测样品在吸收激发光后于厚度方向上各膜层的位移；根据所述位移，得到所述待测样品的第二反射率；基于所述第一反射率和所述第二反射率，得到所述待测样品的反射率变化的仿真信号。2.根据权利要求1所述的光声测量的建模方法，其特征在于，根据所述特性参数，计算得到所述待测样品的第一反射率包括：基于菲涅尔公式，或者传输矩阵算法，或者严格耦合波分析算法，计算得到所述待测样品的第一反射率。3.根据权利要求1所述的光声测量的建模方法，其特征在于，根据所述位移，得到所述待测样品的第二反射率包括：将所述待测样品的各膜层分别划分为多个分层，并得到每个所述分层的厚度；基于所述位移获取每个所述分层的应变值，根据每个所述分层的应变值，得到每个所述分层的复折射率；基于每个所述分层的复折射率，得到所述待测样品的第二反射率。4.根据权利要求3所述的光声测量的建模方法，其特征在于，所述各膜层的复折射率为：其中，为第m膜层的复折射率，m为正整数且1≤m≤M，n
m
为第m膜层的折射率，k
m
为第m膜层的吸收系数，i为虚数单位。5.根据权利要求4所述的光声测量的建模方法，其特征在于，每个所述分层的复折射率为：其中，为第j分层的复折射率，j为正整数且1≤j≤J，J为所述各膜层分别对应的分层个数的总和，第j分层为第m膜层中的一个分层，为第m膜层的复折射率，z
j
为第1分层至第j分层的厚度之和，其中与所述待测样品的基底相接的分层为第1分层。6.根据权利要求3或5所述的光声测量的建模方法，其特征在于，基于每个所述分层的复折射率，获取所述第二反射率包括：采用传输矩阵算法，或者严格耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓雷，张厚道，梁洪涛，董诗浩，李仲禹，施耀明，
申请(专利权)人：上海精测半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：