激光激发超声表面波技术是一种准确、快速、无损的检测技术,适用于表征ULSI互连薄膜的参数。本论文深入研究了超声表面波在ULSI互连分层结构中传播特性,在表征方法和实验两个方面进行了创新和改进。在表征方法方面,介绍了超声表面波在半无限大固体中的传播模型,利用超声表面波在各向异性基底中沿不同晶向传播时波速不同的特性,提出了一种同时测量薄膜杨氏模量和密度的方法。测量样片两个晶向的表面波实验曲线,通过对两条曲线进行匹配得到薄膜的两个参数。介绍了超声表面波在单层薄膜/基底结构传播模型。通过数值算例,总结了表面波频散曲线与薄膜、基底参数的关系。其中,从定性和定量角度给出了单层薄膜/基底中频散曲线与薄膜厚度之间的关系。通过联合理论频散曲线v（fh）和实验频散曲线v（f）,提出了一种薄膜厚度计算方法。该方法可以在不同的频率点测量一组膜厚值,这组数据的平均值为最终测量结果。共测量了六个互连薄膜,将这些样片的薄膜厚度测量结果与制造商的数据进行比较,两组数据的相对差异保持在了0.4%至2.18%的范围内。应用同一原理提出了通过实验曲线匹配薄膜厚度的方法。共对三个样片的薄膜厚度进行了测量,与制造商的数据进行比较,相对偏差保持在了0.88%至2%的范围内。分析了超声表面波在双层薄膜加基底结构中的传播模型,通过计算low-k/SiO₂/Si（110）、low-k/Cu/Si（110）、Cu/SiO₂/Si（110）等结构的频散曲线,总结出了双层结构中表面波频散曲线与各个变量参数的关系。在实验方面,设计出一种适用于压电传感器表面波检测实验的对准装置,解决了光路调节过程繁琐、缓慢,调节效果不佳的问题,极大地提高光路调节的效率。还设计了一款用于测量表面波波速的双探头压电传感器,消除了距离x₂-x₁的测量误差,有效的提高了表面波波速测量的准确性。