SU1002829A1 - Способ определени толщины оптически прозрачных слоев - Google Patents

Description

1

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

Известен способ определени  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 мен етс  разность хода лучей, полосы сдвигаютс , и в фокальной плоскости окул ра микроинтерферометра наблюдаютс  две серии полос: одна - от поверхности пленки, друга  - от дна канавки. Толщина сло  d равна

, дН 7 - длина волны;

дЬ - сдвиг интерференционных

систем;

h- рассто ние между соседними полосами l .

Однако на измер емую пленку необходимо наносить царапину. Пленка при этом разрушаетс .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  спо-: соб определени  толщины оптически прозрачных слоев с использовани5 ем микроинтерферометра, включающего интерференционную головку, источник белого света, заключающийс  в том, чТо направл ют нормально к поверхности сло  световой луч и в по20 ле зрени  окул ра микроинтерферометра наблюдают интерференционную картину в виде систем интерференционных полос.

Толщину сло  определ ют по формуле

-..,(.-.,,

где - длина волны;

п - показатель преломлени  материала сло ;

Дп - рассто ние между двум  системами ахроматических полос; h - рассто ние между соседними

полосами;

k - коэффициент, характеризующий проникающую способность микроинтерферометра ,

Недостаток известного способа заключаетс  в том, что перед измерением необходимо знать показатель преломлени  материала измер емых слоев Кроме того, относительно узок интервал исследуемых толщин (1-20 мкм), так как при больших толщинах слоев две системы полос могут не поместитьс  в поле зрени  окул ра микроинтерферометра .

Цель изобретени  - расширение технологических возможностей способа и диапазона измерений ,

Цель достигаетс  тем, что микроинтерферометр дополнительно снабжают источником рассе нного монохроматического излучени , направл ют от него световой луч к поверхности сло  перемещают интерференционную головку перпендикул рно к поверхности сло , при этом наблюдают поочередно по вл ю щиес  три системы интерференционных полос и по величине вертикального перемещени  интерференционной головки определ ют сдвиги от первой до второй и от первой до третьей систем интерференционных полос, а толщину сло  вычисл ют как корень квадратный из произведени  величин этих сдвигов.

На фиг. 1 изображена принципиальна  схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 вид интерференционной картины, записанный на самописце в виде электрических сигналов.

Способ осуществл етс  с помощью устройства,- содежащего микроинтерферометр 1, включающий интерферометрическую головку, состо щую из объектива 2 и опорного зеркала 3, окул р Ц, фотодатчик 5, усилитель 6, самописец 7, источник 8 белого света - лампочку накаливани , источник рассе нного монохроматического

0028294

1злучени  - лазер Э и часовой индикатор 10 .

Способ осуществл етс  следующим образом .

5 Направл ют совместно луч лазера S и лучи 8 источника белого света в микроинтерферометр 1, затем с помощью лимба настройки (не показан) перемещают интерферометрическую

to головку по вертикали и навод т резкость на поверхность сло  11. При этом в окул ре 4 по вл ютс - интерфе- ренционные полосы. Их характерный вид, записанный на самаписце в виде 15 электрических сигналов, показан на фиг. 2. Максимум интерференционной системы соответствует границе раздела воздух-слой, т.е. поверхности 12 сло  11. Далее, продолжа  пере20 мещать интерферометрическую головку с помощью лимба по вертикали, т.е. перемеща  плоскость визировани  по глубине сло  11, наблюдают поочередно по вл ющиес  две системы интер$ ференционных полос, на диаграмме самописца - системы бис (фиг. 2). .

Систему интерференционных полос б, образованных рассе нным монохроматическим светом лазера 9, наблюдают на

0 редуцированной плоскости 13, и дл  ее наблюдени  необходимо переместить фокус объектива 2 от поверхности сло  11 на рассто ние, равное d

Ч

п

где d.- вертикальное перемещение объектива 2 от по влени  системы а интерференционных полос до системы б, мкм;

d - геометрическа  толщина сло , мкм;

п - показатель преломлени  сло .

Систему интерференционных полос с, образуемых светом источника 8 белого света, наблюдают в плоскости подложки 15 У границы k раздела подложка 15 - слой 11, сдвинутой от поверхности сло  на рассто ние

,

где dj- вертикальное перемещение объг ектива 2 от а до с систем полос , мкм; d - геометрическа  толщина сло ,

мкм;

Claims (2)

1. п - показатель преломлени  сло . Реша  систему уравнений из двух указанных соотношений, толщину сло  ( показатель преломлени  сло  п при этом сокращаетс ) вычисл ют по форму ле 1 2 где d толщина сло , мкм; сдвиг от первой до второй си темы интерференционных полос сдвиг от первой до третьей i системы интерференционных по лос мкм. Отличие предлагаемого способа от известного заключаетс  в измерении толщины сло  баз предварительного знани  его показател  преломлени  или без предварительного нанесени  царапины до подложки, т.е. разрушени  образца. Возможность определени  толщины слоев с неизвестным показателем пре ломлени  позвол т измер ть толщины слоев вновь получаемых полупроводниковых материалов и оксилов, а так же слоев, претерпевающих изменени  результате многократных высокотемпе ратурных операций. Причем в сущес вующих методах за исходное значение показател  преломлени  при расчете толщины беретс , как правило, .:табличное значение , но в результате различных термоотжигов показатель преломлени  существенно отличаетс  от табличного, что вносит большую ошибку в измерение. Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными возможность измерени  толщины слоев с неизвестным показателем преломлени  без их разрушени  без необходимости получени  и измерени  контрольных образцов дл  разру шающих методов; расширение диапазона и повышение точности измерений. На МИИ-4 можно успешно измер ть тол щины слоев в интервале 1-1000 мкм с точностью ,1%. Изобретение обеспечивает экспрессность измерений, простоту реализации способа и обраб ки результатов измерений, возможнос создани  автоматических устройств и 296 мерени  толщины слоев и пленок| экономичность способа (обусловлена тем, что дл  его осуществлени  не нужны эталонные образцы) . Применение предлагаемого неразрушающего способа измерени  толщины прозрачных слоев особенно важно при исследовании и контроле в серийном производстве новых диэлектрических покрытий, монокристаллических слоев интегральных схем. Формула изобретени  Способ определени  толщины оптически прозрачных слоев с использованием микроинтерферометра, включающего интерференционную головку, источник белого света, заключающийс  в том, что направл ют нормально к поверхности сло  световой луч и наблюдают интерференционную картину в виде систем интерференционных полос, отличающийс  тем,что,с целью расширени  технологических возможностей способа и диапазона измерений, снабжают микроинтерференциометр дополнительно источником рассе нного монохроматического излучени j направл ют от него световой луч к поверхности сло , перемещают интерференционную головку перпендикул рно к поверхности сло , при этом наблюдают поочередно по вл ющиес  три системы интерференционных полос и по величине вертикального перемещени  интерференционной головки определ ют сдвиги от первой до второй и от первой до третьей систем интерференционных полос, а толщину сло  вычисл ют, как корень квадратный из произведени  величин этих сигналов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Холленд Л.Нанесение тонких пленок в вакууме. 19бЗ, с. 2-Ц.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 145756, кл. G 01 В 11/06, G 01 В 9/02, 1962 (прототип).

   //

   //-Jk

   /cf

   //

   /У

   .

   f

   /

   Фуг.