單層膜結(jié)構(gòu)的多次反射模型

首先，建立薄膜的多次反射模型，計(jì)算理論非線性相位。然后，將測量得到的非線性相位與理論相位進(jìn)行擬合，通過調(diào)整膜厚參數(shù)，使擬合殘差最小化，從而得到精確的膜厚值。

• 表面輪廓計(jì)算

表面輪廓的計(jì)算基于總相位分布中的表面相位部分。采用單波數(shù)法引入干涉級(jí)次，可以有效提高表面輪廓的測量精度。具體計(jì)算公式為：其中，Φsur(h, k)為表面相位，F(xiàn)N(i)為干涉級(jí)次，k為波數(shù)。通過引入干涉級(jí)次，可以避免其他波數(shù)的噪聲干擾，從而提高測量精度。

• 逐行光譜校準(zhǔn)

校準(zhǔn)光源成像及中心波長528.28nm的質(zhì)心像素位置

在實(shí)際測量中，由于光學(xué)系統(tǒng)和色散元件的影響，光譜干涉圖中會(huì)出現(xiàn)“微笑畸變”，導(dǎo)致波數(shù)校準(zhǔn)不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響測量結(jié)果。為了解決這一問題，本文提出了一種逐行光譜校準(zhǔn)方法。通過確定每行的波數(shù)與像素位置之間的關(guān)系，可以有效校正“微笑畸變”，提高波數(shù)校準(zhǔn)的精度，從而提高表面輪廓的測量精度。

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表面輪廓測量

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• 噪聲評(píng)估

(a,c)多次測量的相對(duì)高度 (b,d)斜率法(a,b)與單波數(shù)法(c,d)的分布

為了評(píng)估系統(tǒng)的測量噪聲，對(duì)平滑硅片進(jìn)行了多次重復(fù)測量。結(jié)果表明，單波數(shù)法的測量噪聲顯著低于斜率法，95%的數(shù)據(jù)點(diǎn)的測量噪聲在0.3納米以內(nèi)，表明系統(tǒng)的垂直分辨率達(dá)到了納米級(jí)。

• 臺(tái)階標(biāo)準(zhǔn)測量

臺(tái)階標(biāo)準(zhǔn)的二維光譜干涉圖

斜率法與改進(jìn)精度的單波數(shù)法計(jì)算的臺(tái)階輪廓

使用臺(tái)階高度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量，驗(yàn)證了系統(tǒng)的測量精度。臺(tái)階高度標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證高度為1.806±0.011微米。通過比較斜率法和單波數(shù)法的測量結(jié)果，單波數(shù)法的測量精度更高，標(biāo)準(zhǔn)偏差更小，能夠有效減少測量誤差。

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膜厚測量

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(a)薄膜標(biāo)準(zhǔn)的二維光譜干涉圖 (b)y=500像素處的線光譜信號(hào)

膜厚擬合結(jié)果：（a）理論相位與測量非線性相位的比較（b）確定膜厚后的總相位和膜相位

薄膜標(biāo)準(zhǔn)測量結(jié)果：(a)膜厚 (b)單波數(shù)法獲得的表面與基底界面輪廓

對(duì)經(jīng)過NIST校準(zhǔn)的VLSI膜標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量，膜標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證厚度為1052.2±0.9納米。通過非線性相位擬合，精確計(jì)算出膜厚為1053.2納米，與認(rèn)證值高度一致。同時(shí)，利用單波數(shù)法重建了膜標(biāo)準(zhǔn)的三維表面形貌，驗(yàn)證了系統(tǒng)的高精度測量能力。本文提出的基于白光色散干涉法的測量系統(tǒng)，通過逐行光譜校準(zhǔn)和單波數(shù)法，實(shí)現(xiàn)了薄膜表面輪廓和膜厚的高精度同時(shí)測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)具有納米級(jí)的垂直分辨率，單波數(shù)法和逐行校準(zhǔn)在提高測量精度方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

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FlexFilm自動(dòng)膜厚儀

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對(duì)樣品進(jìn)行無損、快速、高精度測量，可用于反射率、透射率、膜厚等參數(shù)測量。廣泛應(yīng)用于光學(xué)鍍膜、半導(dǎo)體薄膜、液晶顯示、薄膜層和生物醫(yī)學(xué)等厚度的測量方案中。

• 光學(xué)干涉方式，無損測量
• Mapping成像模式，輕松表征材料膜厚的均一性
• 多類解析算法，可精準(zhǔn)和估算測量，滿足不同測量需要
• 軟件簡潔，測量一鍵操作，簡單易用

FlexFilm自動(dòng)膜厚儀作為白光色散干涉法技術(shù)的工程化產(chǎn)品，未來將通過多方法融合進(jìn)一步拓展薄膜測量的厚度范圍與應(yīng)用場景，滿足半導(dǎo)體制造中不斷升級(jí)的檢測需求。原文出處:《High-accuracy simultaneous measurement of surface profile and film thickness using line-field white-light dispersive interferometer》

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