Способ определения толщины оптически прозрачных слоев

Способ определения толщины оптически прозрачных слоев

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

В. П. Пашкудвнко, В. д. Прохоров, 5f./ф фархад,". :,.О

A. П. Моисеенко и М. П. Банду а

" ::::, ."""" -" / (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ

ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ СЛОЕВ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности„ при определении параметров и исследовании свойств слоевлолупроводников и диэлектриков в микроэлектронике и радиотехнике, особенно при получении новых слоев.

Известен способ определения тол щины пленки на микроинтерферометре

МИИ-4 при освещении ее белым светом. При этом, если на исследуемой поверхности пленки есть. ступенька или канавка,в этом месте меняется разность хода лучей, полосы сдвигаются, и в фокальной плоскости окуляра микроинтерферометра наблюдаются две серии полос: одна — от поверхности пленки, другая — от дна канавки.

Толщина слоя d равна э ь1

d—

2 h где h — длина волны; д Ь вЂ” сдвиг интерференционных систем; расстояние между соседними полосами $1) .

Однако на измеряемую пленку необходимо наносить царапину. Пленка . при этом разрушается.

1О

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является спо-. соб определения толщины оптически прозрачных слоев с использованием микроинтерферометра, включающего интерференционную головку, источник белого света, заключающийся в том,. что направляют нормально к поверхности слоя световой луч и в по20 ле зрения окуляра микроинтерферометра наблюдают интерференционную картину в виде систем интерференционных полос. ле

3 100

Толщину слоя определяют по формуЯ 2ah с = - — (-- — -К)

4п где Я - длина волны;

S и - показатель преломления материала слоя;

Ь Н вЂ” расстояние между двумя системами ахроматических полос;

h - расстояние между соседними 0 полосами; коэффициент, характеризующий проникающую способность микроинтерферометра.

Недостаток известного способа зак- tS лючается в том, что перед измерением необходимо знать показатель преломления материала измеряемых слоев.

Кроме того, относительно узок интервал исследуемых толщин (1-20 мкм), 2о так как при больших толщинах слоев две системы полос могут не поместиться в поле зрения окуляра микроинтерферометра.

Цель изобретения - расширение тех- И нологических возможностей способа и диапазона измерений

Цель достигается тем, что микроинтерферометр дополнительно снабжают источником рассеянного монохро- Зо матического излучения, направляют от него световой луч к поверхности слоя, перемещают интерференционную головку перпендикулярно к поверхности слоя, при этом наблюдают поочередно появляю-. щиеся три системы интерференционных полос и по величине вертикального перемещения интерференционной головки определяют сдвиги от первой до второй и от первой до третьей систем ин- 4в терференционных полос, а толщину слоя вычисляют как корень квадратный из произведения величин этих сдвигов.

2829 4

Йзлучения — лазер 9 и часовой индикатор 10.

Способ осуществляется следующим образом.

Направляют совместно луч лазера 9 и лучи 8 источника белого света в микроинтерферометр 1, затем с помощью лимба настройки (не показан) перемещают интерферометрическую головку по вертикали и наводят резкость на поверхность слоя 11, При этом в окуляре 4 появляются. интерфе-ренционные полосы. Их характерный вид, записанный на самописце в виде электрических сигналов, показан на фиг. 2. Максимум интерференционной системы соответствует границе раздела воздух-слой, т.е. поверхности

12 слоя 11. Далее, продолжая перемещать интерферометрическую головку с помощью лимба по вертикали, т.е. перемещая плоскость визирования по глубине слоя 11, наблюдают поочередно появляющиеся две системы интерференционных полос, на диаграмме самописца - системы б и с (фиг. 2).

Систему интерференционных полос б, образованных рассеянным монохроматическим светом лазера 9, наблюдают на редуцированной плоскости 13, и для ее наблюдения необходимо переместить фокус объектива 2 от поверхности слоя

11 на расстояние, равное

d и где d - вертикальное перемещение объ1 ектива 2 от появления системы а интерференционных полос до системы б, мкм;

d - геометрическая толщина слоя, мкм;

n - -показатель преломления слоя.

50 dq = d.n где d - вертикальное перемещение объ-.

2 ектива 2 от а до с систем полос мкм

d - -геометрическая толщина слоя, S5 мкм; и - показатель преломления слоя.

Решая систему уравнений из двух указанных соотношений. толщину слоя

На фиг. 1 изображена принципиаль4S ная схема устройства, реализующеГо предлагаемый способ; на фиг. 2вид интерференционной картины, записанный на самописце в виде эгектрических сигналов.

Способ осуществляется с помощью устройства, содежащего микроинтерферометр 1, включающий интерферометрическую головку, состоящую из объектива 2 и опорного зеркала 3, окуляр 4, фотодатчик 5, усилитель 6, самописец 7, источник 8 белого света — лампочку накаливания, источник рассеянного монохроматического

Систему интерференционных полос с, образуемых светом источника 8 белого света, наблюдают в плоскости подложки 15 у границы 14 раздела подложка 15 - слой 11, сдвинутой от поверхности слоя на расстояние

1002

d =- 4 ° 4

5 (показатель преломления слоя и при этом сокращается) вычисляют по формуле где d — толщина слоя, мкм; и, - сдвиг от первой до второй системы интерференционных полос, мкм;

h — сдвиг от первой до третьей i to системы интерференционных полос мкм.

Отличие предлагаемого способа от известного заключается в измерении толщины слоя бвз предварительного 15 знания его показателя преломления или без предварительного нанесения царапины до подложки, т.е. разрушения образца.

Возможность определения толщины рв слоев с неизвестным показателем преломления позволят измерять толщины слоев вновь получаемых полупроводниковых материалов и оксилов, а так же слоев, претерпевающих изменения в 2s результате многократных высокотемпературных операций. Причем в существующих методах за исходное значение показателя преломления при расчете толщины берется, как правило, зо .:табличное значение, но в результате различных термоотжигов показатель преломления существенно отличается от табличного, что вносит большую ошибку в измерение.

Использование предлагаемого спосо6а обеспечивает по сравнению с известными возможность измерения. толщины слоев с неизвестным пбказателем преломления без их разрушения, без необходимости получения и измерения контрольных образцов для разрушающих методов; расширение диапазона и повышение точности измерений.

На ИИИ-4 можно успешно измерять толщины слоев в интервале 1-1000 мкм с точностью 3-0,14. Изобретение обеспечивает экспрессность измерений, простоту реализации способа и обработ-ки результатов измерений, возможность создания автоматических устройств из829 6 мерения толщины слоев и пленок эко) номичность способа (обусловлена тем, что для его осуществления не нужны эталонные образцы)

Применение предлагаемого неразрушающего способа измерения толщины прозрачных слоев особенно важно при исследовании и контроле в серийном производстве новых диэлектрических покрытий, монокристаллических слоев интегральных схем.

Формула изобретения

Способ определения толщины оптически прозрачных слоев с использованием микроинтерферометра, включающего интерференционную головку, источник белого света, заключающийся в том, что направляют нормально к поверхности слоя световой луч и наблюдают интерференционную картину в виде систем интерференционных полос, о т л и ч аю шийся тем,что,с целью расширения технологических воэможностей ñïîсоба и диапазона измерений, снабжают микроинтерференциометр дополнительно источником рассеянногс монохроматического излучения, направляют от него световой луч к поверхности слоя, перемещают интерференционную головку перпендикулярно к поверхности слоя, при этом наблюдают поочередно появляющиеся три системы интерференционных полос и по величине вертикального перемещения интерференционной головки определяют сдвиги от первой до второй и от первой до третьей систем интерференционных полос, а толщину слоя вычисляют, как корень квадратный из произведения величин этих сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Холленд Л.Нанесение тонких пленок в вакууме. 1963, с. 42-44.

2. Авторское свидетельство СССР

N 145756, кл. G 01 В 11/06, G 01 В 9/02, 1962 (прототип).

1002829

Составитель Л Лобзова

Техред А.Бабинец Корректор Л.

Редактор Г. ° Безвершенко

Заказ 1529/19 Тираж 600

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4