LSAWs技术检测ULSI互连布线low-k介质薄膜杨氏模量的算法研究

摘要

LSAWs技术是利用声表面波在多层薄膜介质中传播时产生色散的原理来进行样品测量的。
　　 本文研究声表面波在分层媒质中传播模型及色散理论，着重对LSAWs实验系统优化，数据采集及处理等的研究进展进行阐述。
　　 在理论方面，建立了“各向同性薄膜/硅衬底”的计算模型，通过理论推导，得到了声表面波频散曲线和各参数之间的关系。本文以薄膜的硬度为主要切入点，重点研究了薄膜的杨氏模量同声表面波频散曲线之间的关系，并通过一定的仿真，获得了理论频散曲线的特性。
　　 在实验中，分析各个因素对实验信号的影响，深入研究了信号的屏蔽处理方法，完成了对实验系统的优化，实现了实验微弱信号的采集，并获得了具有可观信噪比的声表面波信号。考虑到匹配的精确性，对实验信号进行了进一步的滤波处理，本文通过对数字滤波器的研究和比较，设计了以凯瑟窗为基础的滤波器，并通过实验数据对窗函数参数进行调试，防止了频谱的泄漏，通过一定的仿真获得了很好的实验信号。为获得实验的频散曲线，研究了快速傅立叶变换的相关理论并随后进行了频谱分析，就DFT变换容易出现的问题，通过末尾增零的方法来减弱频谱的栅栏效应，最终得到了符合要求的实验频散曲线。
　　 本文采用了基于最小二乘原理的曲线平滑算法对实验频散曲线进行处理，并基于实验研究中发现的频散曲线的特殊规律提出了一种基于二分法的快速查找算法，大大提高了查找速度和匹配精度，完成对实验曲线和理论曲线的匹配，自动得到被测样品的杨氏模量。

目录

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第一章绪论

1.1纳米压痕的一般概念

1.1.1纳米压痕技术的应用

1.1.1纳米压痕技术理论基础

1.1.2纳米压痕技术在应用中的缺陷

1.2 LSAWs超声表面波技术

1.2.1声表面波技术的特点

1.2.2声表面波技术的应用

1.2.3　LSAWs技术用于检测low-k介质的杨氏模量

1.3小结

第二章　LSAWs理论曲线计算

2.1声表面波在分层介质结构中的传播

2.2 Si基衬底上沉积各向同性薄膜的结构

2.3小结

第三章实验系统架构及信号采集

3.1 LSAWs实验系统的结构

3.2实验中具体优化设置

3.2.1脉冲激光能量与声表面波关系的研究

3.2.2实验光路调整

3.2.3实验中的干扰分析及屏蔽处理

3.2.4接地技术及实验应用

3.2.5聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的研究

3.2.6压电探头

3.3声表面波信号的采集

3.3.1声表面波信号的抽样原理

3.3.2声表面波信号的采集

3.4声表面波信号的频谱分析

3.4.1信号的时域描述和频域描述

3.4.2离散傅立叶变换(DFT)

3.4.3快速傅立叶变换(FFT)

3.4.4按时间抽取的FFT算法

3.5利用DFT对连续时间信号处理时应注意的几个问题

3.5.1混叠失真与参数选择

3.5.2频谱泄漏

3.5.3栅栏效应

3.6 LSAWs实验信号频谱分析

3.7小结

第四章LSAWs信号滤波处理和曲线拟合

4.1滤波器相关原理介绍

4.1.1滤波原理

4.1.2滤波器的分类

4.1.3滤波器的技术指标

4.1.4数字滤波器的设计步骤

4.2用窗函数法设计线性相位FIR滤波器

4.3应用窗函数滤波器对LSAWs实验信号滤波效果分析

4.4计算LSAWs实验信号的频散曲线

4.5实验信号频散曲线拟合

4.5.1最小二乘法原理

4.5.2应用最小二乘法对实验曲线进行拟合处理

4.6小结

第五章声表面波色散曲线匹配

5.1声表面波色散曲线的特点

5.2查找算法

5.3声表面波色散曲线匹配算法详述

5.4声表面波色散曲线匹配结果分析

5.5小结

第六章总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢