红外干涉法测量外延层厚度的建模分析

摘要

针对半导体制造中外延层厚度的无损测量问题，本文基于红外反射光谱原理，建立了双光束及多光束干涉模型.首先，结合Drude-Lorentz模型构建了碳化硅(SiC)和硅(Si)的复折射率色散关系.针对双光束干涉情形，提出了基于反射谱波谷极值点的厚度直接计算公式，并引入三次样条插值与滤波预处理以提高极值定位精度；同时，建立了非线性最小二乘优化模型，利用Newton迭代法反演膜厚及掺杂浓度参数，两种方法所得SiC外延层厚度结果(7.544μm与7.295μm)高度一致.进一步地，推导了多光束干涉模型，提出了定量表征多光束效应强弱的指标G,揭示了高折射率差与低吸收是产生显著多光束干涉的必要条件.应用该模型分析表明，SiC样品受多光束效应影响较小，而Si样品存在显著多光束干涉.计算结果表明，修正后的多光束模型能有效消除系统误差，显著提升了高透光基底外延层厚度的测量精度.

关键词

红外干涉法 / 外延层厚度 / 非线性最小二乘法 / Drude模型 / 多光束干涉