一种光学散射测量中红外低吸收材料的厚度测量方法与流程

本发明涉及光学、半导体材料领域，更具体地，涉及一种光学散射测量中红外低吸收材料的厚度测量方法。

背景技术：

1、在半导体行业中，对半导体纳米薄膜材料的厚度测量提取，在制造业中对于提高产品质量和产量方面发挥着关键的作用。光学散射测量，与传统的原子显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜相比，有着速度快、成本低、无接触、无损和易于集成等优势，因而在先进工艺监测和制造领域中获得了广泛的应用。光学散射测量并非一种“所见即所得”的测量方法，其需要在测量得到的光谱中提取待测结构参数，其本质是一种基于模型的测量方法。对于薄膜测量中，红外低吸收材料厚度的提取，首先需要先确定其折射率，而目前使用的方法，往往是人工一步步地尝试，不仅过程缓慢而且繁琐，很多步骤还会因为过程太多且耗时，造成每步中的结果不精确，以导致最终的结果不理想。另外，为了制作一个完整的用于批量测量待测材料厚度的形貌结构，还需要将待测红外低吸收材料层折射率用osc模型替代，目前都是应用人工一步步推导调试，过程复杂耗时且容易出错。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种光学散射测量中红外低吸收材料的厚度测量方法，包括：

2、步骤1，建立原始形貌结构，采用柯西模型代替原始形貌结构中待提取折射率的红外低吸收材料，并基于均匀撒点和在宽波段内基于lm非线性回归拟合方法提取柯西模型材料参数，得到第一形貌结构；

3、步骤2，在宽波段内，基于b样条模型进行lm非线性回归拟合匹配柯西模型的折射率，得到b样条模型材料参数；

4、步骤3，基于b样条模型代替第一形貌结构中的柯西模型得到第二形貌结构，从宽波段慢慢扩展到全波段，基于lm非线性回归拟合方法进行多次回归拟合更新第二形貌结构中的b样条模型材料参数，得到第三形貌结构；

5、步骤4，在全波段内，采用均匀撒点的方法得到多组osc材料参数和对应的折射率集合，并采用基于神经网络机器学习的方法训练出从折射率到osc材料参数的映射；

6、步骤5，用第三形貌结构中的b样条模型导出全波段折射率，将全波段折射率通过步骤4的映射求出osc材料参数，然后将该osc模型代替第一形貌结构中的柯西模型，得到第四形貌结构；

7、步骤6，对于同种的待测红外低吸收材料样品，通过第四形貌结构，在全波段内，通过lm非线性回归算法，在放开osc部分参数和厚度参数的情况下，一次性得到待提取红外低吸收材料的厚度。

8、本发明提供的一种光学散射测量中红外低吸收材料的厚度测量方法，通过提前配置每一步回归采用的形貌、波段变动方案、参数浮动情况、回归的找初值方案，设计了一套完整的一次性求得红外低吸收折射率nk的方法。同时，由于实际样品测量时，可能存在折射率nk的微调，因此通基于神经网络的机器学习方法，训练出了一套从折射率nk到振子模型osc的映射，这样可以直接通过红外低吸收折射率nk得到振子模型osc，最终形成了一套完整的红外低吸收折射率采用振子模型快速替代的方法，即解决了需要人工一步步调试的耗时，又解决了多次人工繁琐配置拟合的复杂性和从nk到osc模型人工推导调试的复杂性。

技术特征：

1.一种光学散射测量中红外低吸收材料厚度测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的红外低吸收材料厚度测量方法，其特征在于，所述柯西模型的表达式为nk＝c(a,x)，则第一形貌结构的光谱表达式为y＝f(c(a，x),h,x)，其中，x表示波长，(x，y)为波长x处的光谱，a为柯西模型材料参数，h为材料厚度，nk为折射率；

3.根据权利要求2所述的红外低吸收材料厚度测量方法，其特征在于，所述b样条模型的表达式为nk＝b(m，x)，所述步骤2，在宽波段内，基于b样条模型进行lm非线性回归拟合匹配柯西模型的折射率，得到b样条模型材料参数，包括：

4.根据权利要求3所述的红外低吸收材料厚度测量方法，其特征在于，所述步骤3，基于b样条模型代替第一形貌结构中的柯西模型得到第二形貌结构，从宽波段慢慢扩展到全波段，基于lm非线性回归拟合方法进行多次回归拟合更新第二形貌结构中的b样条模型材料参数，得到第三形貌结构，包括：

5.根据权利要求4所述的红外低吸收材料厚度测量方法，其特征在于，所述选择宽波段wavel～waver，根据步进wave_step一点点将wavel向左扩展直到全波段左边界wavel0，包括：

6.根据权利要求4所述的红外低吸收材料厚度测量方法，其特征在于，所述步骤4，在全波段内，采用均匀撒点的方法得到多组osc材料参数和对应的折射率集合，并采用基于神经网络机器学习的方法训练出从折射率到osc材料参数的映射，包括：

7.根据权利要求6所述的红外低吸收材料厚度测量方法，其特征在于，所述步骤6，对于同种的其它待测红外低吸收材料样品，通过第四形貌结构，在全波段内，通过lm非线性回归算法，在放开osc部分参数和厚度参数的情况下，一次性得到待提取红外低吸收材料的厚度，包括：

技术总结
本发明提供一种光学散射测量中红外低吸收材料的厚度测量方法，通过提前进行每一步方案的配置，设计了一套完整的一次性求得红外低吸收材料全波段折射率的方法。同时，由于实际样品测量时，可能存在折射率的微调，就需要用可以调参且能全波段表达该折射率的振子模型来表达该材料，因此通过基于神经网络的机器学习方法，训练出了一套从折射率到振子模型OSC的映射，然后根据红外低吸收材料折射率通过该映射直接求出OSC模型，最终形成了一套完整的红外低吸收材料折射率采用振子模型快速替代的方法，既解决了需要人工一步步调试的耗时问题，又解决了多次人工繁琐配置拟合的复杂性和从折射率到OSC模型人工推导调试的复杂性。

技术研发人员：黄东栋,郭春付,李伟奇,张传维,刘世元,李江辉,王瑞,李雄,夏小荣
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：2024/1/15