双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法及装置与流程

本发明涉及椭偏系统校准领域，更具体地，涉及一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法及装置。

背景技术：

1、在半导体行业中，对光学关键尺度(optical critical dimension，ocd)的测量以及精细结构膜厚的测量，直接关系到生产样品的精度以及良率。椭偏仪因其非接触、无破坏、成本低、快速、高精度等优点，被广泛应用于先进半导体工艺监测中。

2、以双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪为例，如图1所示，其基本配置包括：光源1，起偏器2，第一旋转电机3，第一补偿器4，待测样品5，第二补偿器6，第二旋转电机7，检偏器8，光谱仪9。椭偏仪的工作原理是基于模型的测量，光谱仪所测量到的光强信号经过系统模型被转换为所需的椭偏光谱，其中系统模型中需要输入的参数有起偏器的方位角、检偏器的方位角、两个旋转补偿器的方位角和相位延迟量。椭偏仪工作的具体步骤如下：

3、1、光源发射自然光，通过起偏器后被转为偏振光；

4、2、偏振光经由第一个旋转补偿器后照射到样品台，经过样件表面后反射或折射变为新的偏振光；

5、3、新的偏振光经过另一个旋转补偿器和检偏器后再由光谱仪探测获得新偏振光的光强信号；

6、4、利用光谱仪检测到的光强信号推导得到样件的椭偏光谱；

7、5、基于样件的椭偏光谱，得到样件厚度。

8、其中，椭偏仪的系统参数对最终的样件参数的测量结果有着很大影响，因此，椭偏仪的系统参数的校准尤为重要。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法及装置。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法，包括：

3、步骤1，获取待测样件在每个波长下的测量光强信号；

4、步骤2，基于每个波长下的系统参数参考值、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角仿真得到每个波长下的仿真光强信号；

5、步骤3，基于回归拟合方法，调整每个波长下的系统参数、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角，得到对应的仿真光强信号，使得所述仿真光强信号与所述测量光强信号接近，获取待测样件在每个波长下的系统参数。

6、根据本发明的第二方面，提供一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准装置，包括：

7、获取模块，用于获取待测样件在每个波长下的测量光强信号；

8、仿真计算模块，用于基于每个波长下的系统参数参考值、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角仿真得到每个波长下的仿真光强信号；

9、校准模块，基于回归拟合方法，调整每个波长下的系统参数、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角，得到对应的仿真光强信号，使得所述仿真光强信号与所述测量光强信号接近，获取待测样件在每个波长下的系统参数。

10、本发明提供的一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法及装置，通过逐波长校准方式，获取全光谱范围的系统参数，有助于降低仪器出厂的系统差异。本发明的特点在于将等效光源强度设定为待校准参数，以光强信号作为目标回归迭代得到所需校准的全光谱范围的系统参数，仪器的系统参数得到后即可用于测量其他样品的厚度等信息。

技术特征：

1.一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法，包括：

2.根据权利要求1所述的系统校准方法，其特征在于，所述步骤1，获取待测样件在每个波长下的测量光强信号，包括：

3.根据权利要求1所述的系统校准方法，其特征在于，所述步骤2，基于每个波长下的系统参数参考值、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角仿真得到每个波长下的仿真光强信号，包括：

4.根据权利要求3所述的系统校准方法，其特征在于，所述双旋转补偿器型椭偏仪的系统模型表示为：

5.根据权利要求4所述的系统校准方法，其特征在于，所述步骤3，基于回归拟合方法，调整每个波长下的系统参数、等效光源强度、样件厚度和偏振光入射角，得到对应的仿真光强信号，使得所述仿真光强信号与所述测量光强信号接近，获取待测样件在每个波长下的系统参数，包括：

6.根据权利要求5所述的系统校准方法，其特征在于，所述通过不断调整待校准参数，直到计算出的仿真光强信号与对应波长的测量光强信号接近，获取对应波长下校准后的参数，包括：

7.一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准装置，包括：

技术总结
本发明提供一种双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪的系统校准方法及装置，使用待校准的双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪对任意厚度的标准样件进行测量，获得样件对应的测量光强信号，然后用椭偏仪中各个光学器件的待校准参数、标准样件膜厚、偏振光照射到样件表面的入射角和等效光源强度仿真得到理论光强信号，通过拟合测量光强信号和理论光强信号，获得全光谱范围的系统参数。本发明提出的双旋转补偿器型穆勒矩阵椭偏仪系统的校准算法，能获得真实的安装方位角参数，有助于降低仪器出厂的系统差异。

技术研发人员：薛小汝,石雅婷,李伟奇,何勇,郭春付,张传维
受保护的技术使用者：武汉颐光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14