SU855448A1 - Способ определени толщины сло и его показателей преломлени и поглощени - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ И ЕГО ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может найти применение при измерении оптическими методами параметров тонких металлических, полупроводниковых и диэлектрических слоев, оптическа  толщина которых меньше длины волны примен емого дл  измерени  излучени .

Известен способ измерени  показател  преломлени  и толщины тонкого сло  путем помещени  сло , нанесенного на поглощающую подложку, поочередно в две иммерсионные среды и измерени  в этих средах разности фаз между ортогональными компонентами электрического пол , направленного на слой оптического сколлимированного монохроматического, пол ризованного излучени  и расчета искомых величин по формулам 1J.

Способ не позвол ет измер ть показатель поглощени  сло , так как предназначен дл  определени  параметров прозрачных слоев.

Известен также способ измерени  показателей преломлени  и поглощени  тонкого сло  и его толщины путем направлени  на слой, напосенный па поглощающую подложку , оптического сколлимированрюго, монохроматического пол ризованного излучени ,, измерени  изменений в пол ризационных характеристиках отраженного излучени  и энергетического коэффициента отражени  и расчета по формулам искомых величин 2|. Однако способ обладает низкой точнос тью измерени  показател  поглощени  сло  вследствие однократного взаимодействи  анализируемого излучени  со слоем.

Наиболее близким по технической сущIQ ности к данному изобпетению  вл етс  способ измерени  показателей преломлени  и поглощени  тонкого сло  и его толщины, нанесенного на прозрачную дл  анализируемого излучени  подложку, путем направлени  на слой оптического сколлимированного, 15 монохроматического пол ризованного излучени , измерени  пол ризационных характеристик отраженного излучени  и энергетического коэффициента пропускани  сло  и расчета искомых величин по формулам |3. Однако данный способ также обладает низкой точностью в измерении показател  поглощени  тоикого сло  вследствие однократного прохождени  луча через исследуемый слой.

ГДельн, изобретени   )л етс  повыиижие точноеги измерер1и  показател  поглощени  c.iooB, оптическа  толщина которых меньше длины волны анализирующего излучени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе определени  толщины сло  и его показателей преломле П   и поглощени , заключаюнюмс  в направлении монохроматического пол ризованного излучени  на исакдуемый слой, нанесенный на прозрачную подложку, измерени  пол ризационных н раметров в отраженном слоем и подложкой излучении, а энергетического параметра - в прошедшем слой и подложку излучении и определении искомых параметров по известным соотношени м, выбирают угол Падени  луча на слой, его диаметр и толщину плоскопараллельной подложки из соотношени 

Wft - Sm()

D

.аи о«1МШШ«,..„ «

sTfTT

где D и п„ - толщина и показатель преломлени  подложки соответственнее f м 0-диаметр и угол падени  луча

соответственно.

Кроме того, на сторону подложки, противоположную стороне с исследуемым слоем, нанос т дополнительный отражающий слой, энергетический параметр измер ют в одном из лучей, отраженном дополнительным слоем, а пол ризационные параметры в луче, отраженном исследуемым слоем.

На фиг. i и 2 представлены примеры конкретной реализации способа нанесением сло  на плоскопараллельную подложку.

На слой 1, нанесенный на прозрачную плоскопараллельную подложку 2, направл ют коллимированное, монохроматическое пол ризованное излучение. Если угол падени  луча, его диаметр и толщина подложки удовлетвор ют соотношению (1), то вследствие многократных отражений в подложке, в отраженном и в прошедшем свете формируетс  система пространственного разделени  лучей. Пор дковый номер отраженного структурой слой - подложка луча (т) соответствует четному числу прохож.дений лучом подложки, а прошедшего (гт) - нечетному .

Пол ризационные и энергетические параметры в этих лучах более чувствительны к изменению оптических посто нных и сло  и его толщины по сравнению с параметрами лучей с пор дковыми номерами 1 и 1, так как эти лучи неоднократно (например дл  m 2 и т 2 - дважды) прохг д т исследуемый слой, поэтому измерение пол ризационных и энергетических параметров лучей с m 1 и m позвол ет повысить точность измерени  искомых параметров сло .

Чувствительность параметров оптическрго излучени  к изменению оптических посто нных и толщины сло  возрастает с увеличением пор дкового номера луча. Однако при ЭТО надает энерги  излучени ./1л  увеличени  энергии излучени  в лучах с , что облегчает процесс измерени  и повышает точность, на противоположную

исследуемому слою сторону пoдлoжкv нанос т .дополнительный отражающий слон 3 (фиг. 2). В этом случае дл  определени  оптических посто нных сло  и его толщины достаточно измерить три какие-либо параметра в одном из отраженных лучей, например пол ризационные (азимут линейной пол ризациир, разность фаз между ортогонально пол ризационными компонентами электрического пол  световой волны А) и один из энергетических - коэффициент

отражени  R или S комлц.нент пол ризованного-излучени  (R или RS соответственно ) или их отношение. Однако так как возможные объемные оптические неоднородности подложки могут вызвать неучитываемые погрешности в измерении А, то предпочтительнее измер ть Н и Д в луче с m 1, так как в его формировании не участвует объем подложки, а энергетический параметр - в одном из лучей с ш , так как дл  него вли ние оптической неоднородности

5 подложки несущественно.

Измер емое значение (Ryj) m 1 в лучах с св зано с энергетическими коэффициентами отражени  и пропускани  исследуем го и дополнитель| го лоев формулой 0 (Rp,5) (Ыс )f,f,(2)

где TC.- энергетический коэффициент пропускани  сло  на полубесконечной подложке при палении излучени  на внешнюю границу сло ; TC, и Rj-: энергетические коэффициенты про5 пускани  и отражени  сло  соответственно , когда излучение падает на внутреннюю границу сло  со стороны подложки;

R - энергетический коэффициент отра .жени  границы дополнительный

слой - подложка, когда излучение падает на нее со стороны исследуемого сло ; m 2,3,...

5 Искомые параметры сло  - показатели

преломлени п и поглощени  к и его толщина

рассчитываютс  на измеренных значени х

Ц , Д Rp, RS на основании формулы (2)

и известного уравнени  эллипсометрии по

CQ известным соотношени м, св зывающим их с п, к   а-.

Так Как показатель поглощени  сло  определ етс  по энергетическому параметру, измеренному в луче с пор дковым номером , то точность предлагаемого способа

55 выше известных, в которых показатель поглощени  определ етс  из энергетического параметра при однократном прохождении луча сло , т, е. луча m I.

Приведем конкретный пример, отображающий погрешности определени  по известному н предлагаемому способам.

Пусть Я 0,6328 мкм - длина волны анализируемого излучени ; Пп 1,515; d 500А; п 1,7; к 0,7. Относительна  погрешность измерени  энергетического параметра ( uRp/Rp),i 0,01, Тогда при измерении по известному способу К погрешность АК составит - 0,009, а по предлагаемому, если измер ть, например, Rf, АК составит 0,45.

Пример показывает, что точность измерени  ДК предлагаемым способом в два раза превышает точность известного. При измерени х в лучах с m 2 точность измерени  К может еще больше возрасти.

Дополнительно измер   параметры излучени  и в других лучах, можно повысить достоверность определени  искомых параметров сло  за счет избыточности информации и определить дополнительные параметры например, показатель преломлени  подложки , оптические посто нные дополнительного отражающего сло  и т. д.

Предложенный способ может быть применен при контроле параметров как готовых слоев, так и в процессе их нанесени .

Повышенна  точность определени  параметров слоев, оптическа  толщина которых меньше длины волны излучени , позволит повысить качество изготовлени  структур с такими сло ми,  вл ющихс  базовыми элементами многих современных приборов.

Благодар  возможности комплексиого контрол  слоистых систем способ может найти широкое применение в технике, св занной с применением и изготовлением многослойных сложных структур, например, Б микроэлектронике, интегральной и интерференционной оптике и других.

Claims (3)

1. Формула изобретени  . Способ определени  толщины сло  li его показателей преломлени  и поглощени , заключающийс  в направлении монохроматического пол ризованного излучени  на исследуемый слой, нанесенный на прозрачную подложку, измерении пол ризационных Параметров :. отраженном слоем и подложкой излучении, а энергетического параметра - в прошедшем слой и подложку излучении и определении искомых параметров по известным соотношени м, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  показател  поглощени  слоев, оптическа  толш.ина которых меньше длины волны анализирующего излучени , выбирают угол падени  луча на слой, его диаметр и толщину плоскопараллельной подложки из соотно1иени 

   p;.)i

   где D и п -толщина и показатель преломлени  подложки соответственнсг ер  & - диаметр и угол падени  луча

   соответственно.
2. 2. Способ по п. , отличающийс  тем, что на сторону подложки, противоположную стороне с исследуемым слоем, нанос т дополнительный отражающий слой, энергетический параметр измер ют в одном из лучей, отраженном дополнительным слоем, а пол ризационные параметры в луче, отраженном исследуемым слоем.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе I. Авторское свидетельство СССР № 415.559, кл. G 01 N 21/46, 1971.

   2.Paik, John О. М. Bockries. Exact Ellipsometric Меазцгетеп of thickness and optical properties of a thin light-absorbing film

   , without auxiliarv measurements. «Surface Science, 1971, vol. 28, ,№ 1, p. 61 -68.
3. 3.T. Yamaguchi, S. Yoshida and A. Kinbara. Continuous Ellipsometric Determination of the Optical Contacts and Thickness of a Silver Film during Deposition. «Japanese Journal of Applied Physic, vol. 8, № 5, May. 1969.