用于分析薄膜的方法和用于分析薄膜的装置与流程

在本文中，本公开涉及用于分析薄膜的方法和用于分析薄膜的装置，并且更具体地，涉及用于具有等于或小于用于分析薄膜的装置的测量极限的厚度的薄膜的、用于分析薄膜的方法和用于分析薄膜的装置。

背景技术：

1、在需要薄膜形成技术的装置中，薄膜的薄的厚度和高的均匀性对保证装置性能优化、小型化和驱动可靠性是必要的。

2、通常，为了测量薄膜的厚度，使用将光入射在样品上并且分析其反射光的光学变化的方法。这样的方法具有的问题在于，由于厚度测量手段的测量极限而难以将该方法应用于具有等于或小于预定厚度的厚度的薄膜。相应地，如果在确保装置性能和小型化方面优化的薄膜的厚度对应于等于或小于厚度测量手段的测量极限，则为了回避监测的局限性，存在膜形成为厚于优化厚度以便应用于装置的情况。在这种情况下，存在诸如由于材料消耗而导致生产成本上的增加以及由于超过优化范围的材料的形成而导致装置性能上的劣化的问题。

3、另外，为了确保装置性能并且利用小型化，存在以缺乏适当的监测为代价将膜形成为等于或小于上述测量极限的情况。在这种情况下，即使薄膜中存在缺陷，也难以通过监测检测并修正缺陷，以使得难以确保装置的驱动可靠性。

4、与此同时，各种质谱技术用于定性和定量测量样品的构成材料。这样的方法可基于通过分析当样品的材料由入射在样品上的光或粒子激发并且然后恢复到正常状态时发射的光来确认材料的类型和材料的量的原理。

技术实现思路

1、本公开提供能够测量并且监测具有等于或小于用于分析薄膜的装置的测量极限的厚度的薄膜的厚度的用于分析薄膜的方法和用于分析薄膜的装置。

2、本公开也提供能够将薄膜的厚度形成为最佳值以确保装置的驱动可靠性并且同时防止生产成本上的增加和装置性能上的劣化的用于分析薄膜的方法和用于分析薄膜的装置。

3、本发明的实施方式提供用于分析薄膜的方法，该方法包括：制备主样品和多个对比样品，主样品和多个对比样品中的每个包括由第一材料组成的第一层以及由第二材料和第三材料组成的第二层，第一层和第二层堆叠，其中，多个对比样品中的每个具有与主样品相同量的第一材料和第三材料，但具有与主样品不同量的第二材料；测量主样品的总厚度；测量主样品和对比样品的多个光学常数；导出表示多个对比样品和主样品中的每个的光学常数与多个对比样品和主样品中的对应的一个的第二材料的材料量之间的线性关系的线性关系方程；以及从主样品的第二材料的材料量和线性关系方程计算主样品的材料组成比。

4、在实施方式中，可由第一测量装置执行测量主样品的总厚度以及测量主样品和多个对比样品的多个光学常数。

5、在实施方式中，第一层和第二层中的至少一个可为具有等于或小于第一测量装置的测量极限的厚度的薄膜。

6、在实施方式中，第一测量装置可为使用入射在主样品或多个对比样品中的每个上并且然后从主样品或多个对比样品中的对应的一个反射的光的偏振状态上的变化的装置。

7、在实施方式中，可从主样品的光学常数与入射在主样品上的光的能量之间的关系和多个对比样品中的每个的光学常数与入射在多个对比样品中的对应的一个上的光的能量之间的关系导出线性关系方程。

8、在实施方式中，可从入射在主样品或多个对比样品中的每个上的光的特定波长区导出线性关系方程。

9、在实施方式中，在主样品或多个对比样品中的每个中测量的光学常数可为n(折射率)或k(消光系数)。

10、在实施方式中，第一材料和第二材料中的每个可与第三材料不同，并且第一层和第二层中的每个可为单种金属材料、包括多种金属材料的合金和有机材料之中的任何一种。

11、在实施方式中，该方法还可包括：通过使用主样品的材料组成比和主样品的总厚度计算第一层和第二层中的每个的厚度。

12、在实施方式中，计算厚度可包括：利用关于主样品的材料量与主样品的第一层和第二层之间的厚度比之间的关系或主样品的材料组成比与主样品的厚度比之间的关系的数据；以及通过使用主样品的总厚度和主样品的厚度比计算主样品的第一层和第二层中的每个的厚度。

13、在实施方式中，该方法还可包括：制备包括不同量的第一材料和第二材料的多个第一辅助样品；使用第二测量装置测量包括在多个第一辅助样品中的每个中的第一材料和第二材料的信号强度；通过计算包括在多个第一辅助样品中的每个中的第一材料的材料量与其信号强度之间的线性关系和包括在多个第一辅助样品中的每个中的第二材料的材料量与其信号强度之间的线性关系来导出第一线性关系方程；制备各自具有与主样品的对应厚度相同的厚度的第二层并且各自具有与主样品的对应厚度不同的厚度的第一层的多个第二辅助样品；制备各自具有与主样品的对应厚度相同的厚度的第一层并且各自具有与主样品的对应厚度不同的厚度的第二层的多个第三辅助样品；测量多个第二辅助样品中的每个的总厚度和多个第三辅助样品中的每个的总厚度；测量包括在多个第二辅助样品中的每个中的第一材料的信号强度，并且使用第一线性关系方程将包括在多个第二辅助样品中的每个中的第一材料的经测量的信号强度计算为材料量；测量包括在多个第三辅助样品中的每个中的第二材料的信号强度，并且使用第一线性关系方程将包括在多个第三辅助样品中的每个中的第二材料的经测量的信号强度计算为材料量；以及通过计算由第一材料组成的层的厚度(例如，包括在多个第二辅助样品中的每个中的由第一材料组成的第一层的厚度)与第一材料的经计算的材料量之间的线性关系和由第二材料组成的层的厚度(例如，包括在多个第三辅助样品中的每个中的包括第二材料的第二层的厚度)与第二材料的经计算的材料量之间的线性关系来导出第二线性关系方程，其中，被利用的数据包括第一线性关系方程和第二线性关系方程。

14、在实施方式中，由第二测量装置测量的信号强度可通过电感耦合等离子体质谱(icp-ms)、拉曼光谱、飞行时间二次离子质谱(tof-sims)和激光诱导衰变光谱(激光诱导击穿光谱，laser induced breakdown spectroscopy，“libs”)中的至少一种测量。

15、在本发明的实施方式中，用于分析薄膜的装置包括布置在样品台上并且配置成测量样品的总厚度或样品的光学常数的测量单元、配置成存储关于与样品基本上相同的辅助样品(这里，与样品相同的辅助样品可意味着在至少一个方面上与样品相同的辅助样品)的光学常数的数据的存储器单元以及配置成接收由测量单元测量的样品的总厚度的值和样品的光学常数以及来自存储器单元的经存储的数据并且计算包括在样品中的多个薄膜层中的每个的厚度的计算单元。

16、在实施方式中，在存储器单元中可存储关于辅助样品的光学常数、材料量与光学常数之间的关系、材料量与材料组成比之间的关系、材料量与层厚度之间的关系以及类似性质的数据。

17、在实施方式中，该装置还可包括配置成测量辅助样品的总厚度的值的第一子测量单元、配置成定量测量包括在辅助样品中的多种材料以测量多个信号强度值的第二子测量单元以及配置成接收从第一子测量单元和第二子测量单元获得的总厚度的值和多个信号强度值并且计算包括在辅助样品中的多个薄膜层中的每个的厚度的子计算单元，其中，第一子测量单元、第二子测量单元和子计算单元累积地生成累积在存储器单元中的数据。

18、在实施方式中，累积在存储器单元中的数据还可包括从测量单元和计算单元计算的数据。

19、在实施方式中，子计算单元可包括第一子计算单元和第二子计算单元，第一子计算单元配置成计算并且存储表示包括在辅助样品中的材料的材料量与信号强度之间的线性关系的第一线性关系方程以及表示材料的材料量与层厚度之间的线性关系的第二线性关系方程的第一子计算单元，第二子计算单元配置成通过使用第一线性关系方程和包括在辅助样品中的多种材料的多个信号强度值来计算辅助样品的材料组成比，通过使用材料组成比和第二线性关系方程来计算构成辅助样品的多个薄膜层的厚度比，并且通过使用总厚度的值和厚度比来计算多个薄膜层中的每个的厚度。

20、在实施方式中，测量单元或第一子测量单元可为使用从入射在样品或辅助样品上的光到从样品或辅助样品反射的光的状态上的变化的装置。