單次光譜分辨干涉測量原理

• 相位計算：通過以下公式從四個相移子圖中提取光譜相位，分離線性與非線性分量。非線性相位反映薄膜厚度變化，線性相位對應(yīng)表面高度。

• 反射率校準(zhǔn)：以裸硅片為標(biāo)準(zhǔn)參考，通過下面公式計算樣品的絕對反射率。

• 聯(lián)合反演：構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合非線性相位與反射率數(shù)據(jù)，優(yōu)化各層厚度；

• 再通過下面公式擬合總相位，確定表面輪廓。

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實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：五層膜3D計量

flexfilm

測量流程示例

樣品與校準(zhǔn)：五層薄膜（Si?N?-SiO?-SiON-SiO?-Si?N?）通過光刻工藝制備，每層沉積后均用橢偏儀和探針式臺階儀記錄厚度與表面數(shù)據(jù)。為了確保測量的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)前使用HgAr燈校準(zhǔn)光譜軸，并以裸硅片為參考進(jìn)行反射率歸一化。

• 膜厚精度

五層膜膜厚測量結(jié)果對比（單位：nm）與橢偏儀對比：10次測量標(biāo)準(zhǔn)差<1.6nm，最大偏差14nm（第4層SiO?）例如第5層Si?N?：橢偏儀1343.6nm vs 本文方法1344.7±0.8nm

• 表面輪廓精度

表面臺階高度測量對比（單位：nm）

五層膜3D厚度輪廓測量結(jié)果(a-e) 各層膜厚分布（第1-5層）, (f) 頂層表面形貌, (g) 三維重構(gòu)厚度輪廓, (h) A-A'線各層截面輪廓

A-A'線表面輪廓測量結(jié)果對比(a)硅基底 (b)第1層Si?N? (c)第2層SiO?(d)第3層SiON (e)第4層SiO? (f)第5層Si?N?

表面輪廓：重構(gòu)的三維厚度分布與探針式臺階儀的對比顯示，最大偏差小于12 nm，表面臺階高度一致。本文提出了一種新型光譜分辨干涉技術(shù)，通過單次測量獲取光譜干涉條紋，并從中分析得到寬波長范圍的光譜相位和反射率變化，從而同步、無損地測量多層膜各層的膜厚和表面輪廓。該技術(shù)基于線掃描，通過橫向掃描和拼接即可實(shí)現(xiàn)3D厚度輪廓測量。使用標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校準(zhǔn)后，通過對五層膜樣本的測量，并與商用橢圓偏振儀和探針式臺階儀的獨(dú)立測量結(jié)果對比，驗(yàn)證了該方法的可行性和準(zhǔn)確性。這種單脈沖干涉法有望應(yīng)用于半導(dǎo)體和顯示領(lǐng)域的在線檢測。

Flexfilm探針式臺階儀

flexfilm

在半導(dǎo)體、光伏、LED、MEMS器件、材料等領(lǐng)域，表面臺階高度、膜厚的準(zhǔn)確測量具有十分重要的價值，尤其是臺階高度是一個重要的參數(shù)，對各種薄膜臺階參數(shù)的精確、快速測定和控制，是保證材料質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的重要手段。

• 配備500W像素高分辨率彩色攝像機(jī)
• 亞埃級分辨率，臺階高度重復(fù)性1nm
• 360°旋轉(zhuǎn)θ平臺結(jié)合Z軸升降平臺
• 超微力恒力傳感器保證無接觸損傷精準(zhǔn)測量

在本文研究中，Flexfilm探針式臺階儀作為表面輪廓測量的金標(biāo)準(zhǔn)，通過與新方法的測量結(jié)果對比（最大偏差<12nm），直接驗(yàn)證了單次曝光干涉技術(shù)對多層膜三維表面輪廓的無損檢測精度。原文出處:《Single-shot spectrally resolved interferometry for the simultaneous measurement of the thickness and surface profile of multilayer films》

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