Способ измерения глубины микрорельефа,преимущественно в тонких слоях на полупроводниковых подложках

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ МИКРОРЕЛЬЕФА ПРЕИМУЩЕСТВЕННО В ТОНКИХ СЛОЯХ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПОДЛЩКАХ , заключающийся в том, что наносят слой металла на периодическзяо структуру на подложке, освещают ее «монохроматическим когерентным пучком света, регистрируют дифракционный спектр от структуры и опре селяют глубину микрорельефа, о тл в i а ю at и и с я тем, что, с цеЛЫ0 повьааения точности измерения и возможности измерения глубины при любой рме микрорельефа, освещение ПРОИЭВОДЯЗГ в ПЛОСКОСТИ} параллельной направлениям сторон эле ментов периодической ст1 уктуры и Etep пендикулярной к плоскости подложки/ изменяют в этой плоскости угол падения пучка света на подложку г регистрируют , те углы, при которых Достигаются экстремальные значения инфенсив ностей света в дифракционнс 4 спектре , и по этим углам определяют глубину микрорельефа по формулам для минимальных значений интенсивностей света, для максимальных значений интенсивностей света глубина микрорельефа/, угол падения пучка света на подложку; целое число п длина волны падающего излучения. о. t т л 4

Ос9 (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИИ . к, -:,ь о

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :-;., ц

4 !

h °вЂ” фФ

ЯСОВ У с для минимальных значений интенсивностей света, Ъ(1 11

4cosg где

М для максимальных значеиийф интенсивностей света", глубина микрорельефа/. угол падения пучка света на подложку; целое число длина волны падающего - р излучения.

H АвтОРсиОмУ сВиДетОчьсЧ 9У (21) 3489662/25-28 .(22) 12.07 ° 82 (46) 15.62.84. Бюл. М 6 (72) В.В.Волков, Л.Л,.Герасимов и Ю.В.Ларионов (53) 531.715.2(088.8) (56) 1. Патент CtUA Р 4.141.780, кл. Н:01 Ь 21/306, 1979.

2. Патент GdA Р 4.155.098, кл. с 01 и 21/32, 1979 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ

МИКРОРЕЛЬЕФА ПРЕИИЯЦЕСТВЕННО В ТОНКИХ. СЛОЯХ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПОД»

ЛОЖКАХ, заключающийся в том, что наносят слой металла на периодичес «уе структуру на подложке, освещают ее монохроматическим когерентным пучком света, регистрируют дифракциониый спектр от структуры и определяют глубину микрорельефа, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что,. с целью повышения точности измерения и возможности измерения глубины при любой форме микрорельефа, освещение производят в плоскости параллельной направлениям сторон зле ментов периодической структуры и пер пендикулярной к плоскости подложки, изменяют в этой плоскости угол падения пучка света на подложку, регистрируют. те углы, при которых достига« ются экстремальные значения интенсивностей света в дифракциониом.спек» ре, и по этим углам определяют глубину микрорельефа по формулам

1073574

Изобретение относится к иэиери= тельной технике и может быть использовано для измерения глубины микрорельефа, преимущественно в микроэлектронике для контроля глубины технологического рельефа, оформило" ванного в тонких слоях раэличного рода материалов (полупроводниках, диэлектриках, металлах, Фоторезисте и т.д ), нанесенных на подложку в процессе изготовления интегральных микро30 схем.

Известен способ оптического контроля толщины осажденного слоя, заключающийся в том, что на подложке формируют профиль дифракциоиной ре- 15 шетки с шириной канавки Ао и периодом решетки d, освещают этот профиль монохроматическим светом во время осаждения материала из парогазовой фазы на подложку, затем измеряют 20 интенсивности света в дифракционных максимумах первого (1, ) и второго(1 ) порядков и по их отношению Х/1„) определяют ширину канавки рельефного .рисунка, причем толщину осажденного 25 слоя определяют по установленному ранее соотношению в зависимости от ширины канавки f1) .

Недостатком данного способа является значительная погрешность измерения, которая возникает уже в силу. того, что величина периода дифракционной решетки, входящая в расчетную формулу, предварительно измеряется на оптическом микроскопе, погрешность измерения которого, в лучшем случае, составляет (0, 2-О, 3) мкм.

Эта погрешность автоматически переносится на измерение толщины осажденного слоя ° Кроме того, этот метод имеет ограниченную область примене- 40 ния, так как позволяет измерять толщины только тех пленок, которые осаждаются на подложку из парогазовой Фазы, При этом осаждение идет равномерно на рельефный профиль ди- 45 фракционной решетки. В других случаях, например, при термическом .напылении в вакууме, когда толщина осажденного слоя различна на верти кальных и горизонтальных участках профиля, этот способ не применим.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению.является способ измерения глубины микрорельефа, преимущественно в тонких слоях на полупроводниковых подложках, заключающийся в том, что наносят слой металла на периодическую структуру на подложке, освещают ее монохроматическим когеретным пучком света, регистрируют дифракционный спектр от структуры И определяют глубину микро. рельефа j2) .

Недостатками известного способа являются низкая точность измерения и невозможность измерения глубины при любой Форме микрорельефа. В известном способе возможно измерение глубины только строго определенной, заранее известной анециальной формы.

Точность измерения при этом зависит от степени приближения. расчетной {предполагаемой) формы профиля микрорельефа к действительной. Форме, которая возникает в процессе изготовления этого микрорельефа.

В предельных случаях ошибка измерения глубины может достигать 20-25%.

Кроме того, точность измерения глубины профиля микрорельефа с различным периодом зависит от длины волны света.

Цель изобретения - повышение точности измерения и возможности измерения глубины при любой форме микрорельефа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения глубины микрорельефа, преимущественно в тонких слоях на полупроводниковых подложках, заключающемуся в том, что наносят слой металла на периодическую структуру на подложке, освещают ее монохроматическим когерентным пучком света, регистрируют дифракционный спектр от структуры и определяют глубину микрорельефа, освещение производят в плоскости, параллельной направлениям. длинных сторон элементов периодической струк. туры и перпендикулярной к плоскости подложки, изменяют в этой плоскости угол падения пучка света на подложку, регистрируют те углы, при которых достигаются экстремальные значения интенсивностей света в дифракционном спектре, и по этим углам определяют глубину микрорельефа по формулам

Ъп дпя минимальных значений интенсивностей света, для максимальных значений

Ъ(Яп+ 4) сов Ч интенсивностей света,где h — глубина микрорельефа; (р -. угол падения кучка света иа подложку, п - целое число, 3 - длина волны падающего излучения.

На фиг.1 и 2 изображены схемы реализации способа измерения глубины микрорельефа, преимущественно в тонких слоях на попупроводниковых подложках, иа фиг.З - диаграмма изменения интенсивности света в дифракционном спектре в зависимости от угла падения пучка света на подложку.

На фиг ° 1 изображена подложка 1, на которой нанесен микрорельеф 2. Для измерения глубины h микрорельефа 2

1073574 иеиохроматический когерентный пучок с вета направляют на подложку .1 таким образом, чтобы плокость падения пуч-, ка света ZOX была перпендикулярна плоскости подложки 1 и проходила параллельно длинным сторонам элементов микрорельефа 2.. В результате образуется дифракционный спектр, состоящий из главных дифракциониых максимумов, расходяцихся веерообразно от точки о(Е,; 1+1; 1л2 ), 10

Ири изменении угла (g падения пучка света в плоскости KO)f от 0 до 90 интенсивность 3 света в дифрак. циойиои спектре изменяется так, как 15 показано на фиг.З. Регистрируют углы падения пучка света, при которых достигаются экстремальные (максимальные или минимальные) значения интенсивностей света какого-либо или всех дифракционных порядков. В обшем случае, когда реальный профиль.микрорельефа 2 (фиг.i) представляет собой периодическую структуру в виде одномерной фазовой дифракционной решетки, выражение для интенсивности света в щ -ом дифракционном порядке в зависимости от угла падения пучка света имеет вид

1(, — 2 451п (451в < (a1b} )-а»

isi»(" ) е nt „(о Ь!2\) сои) зоей)), где М вЂ” коэффициент отражения металлического покрытия (для „ выравнивания коэффициента отражения от всех частей микрорельефа последний покрывают тонким, порядка

0,05 мкм, слоем металла);

3 sa,b — параметры решетки. 45

4ih

Если — coS (у = 2Я П (= О, 1, 2..., то выражение (1) принимает вид сп 88 . 2(

1оч1» а sin (Sm>)cos > т)

111

Значения интенсивностей1 /1 при этом имеют минимальные значения

4ЯЬ со5 Ч)

Если = и (2 1111 ) и» 1, 2, 3... h то выражение (1) прнонимает вид

g(а1Ь 1 2 а — т}со5 к m, (111 г ),,1з }

В этом случае величины интенсивностей 1<,,.> имеют максимальные значения.

Если склоны профиля периодической структуры отвесны, т.е. рав- 65 ны О, то в рассмотренных вьаие слу-, чаях достигается либо пблное эагасание дифракциониых максимумов с

1 О со5=211ъ:либо максимальное л 494

Ъ значение (з 1 о и,р„з11) (Ве,ил 4ФЬ

В любом случае глубина профиля определяется из простых выражений при фиксации и измерении угла паде . ния пучка света су в случае минимального значения 1"

I а.п

2со5 qi при фиксации и измерении угла падения пучка света в случае максимального. значения 1 <) . Я(2П11) .1 -.

cosy .

Видно, что минимальное значение глубины микрорельефа., которое может быть измерено, равно Я /4, т.е. при = 0,63 мкм (длина волны света гелий-неонового лазера)

0,16 мкм. Используя гелий-кадмневый лазер с длиной волны света 3 — 0,44 мкм, можно измерять глубину профиля от h 0,1 мкм.

Погрешность измерения глубины профиля при этом определяется погрешностью измерения угловых положений максимума или минимума интенсивнос-. ти света дифракционных порядков(одного., или нескольких). Угловые положения экстремумов интенсивности света в силу их растянутости, в эксперименте определяются с погрешностью

+5, что обеспечивает измерение глубины микрорельефа с погрешностью не хуже +50 A.

Для расширения диапазона измеряемых значений глубины микрорельефа в сторону уменьшения (для пс A/4) проводятся измерения интенсивностей света какого-либо дифракционного максимума при трех произвольных значениях угла падения света (л

1) Я)

Тогда, используя простое соотношение

1 — Iy co5 3 cos (Pa}-co5(co5(p (4ЯЬ 1 (4g)I

ЦЪ ЧЛ СО5 ÑOS QcI COS С05 (фл определяют значение .глубины микрорельефа h с 3 /4 ° В этом случае, однако, погрешность измерений несколько возрастает, так как в расчетную формулу входят значения интенсивностей света.

Микрорельеф формируется в процессе изготовления на различных техно1973574

ВНИИПИ Заказ 312/38 Тираж 587 Подписное

«««« .

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4 логических этапах, например, созда- ние топологического рисунка по фоторезисту, селективное травление под слоем фоторезиста самой подложки, металллических .и диэлектрических пленок и т.п. ИетЬд создания 5 микрорельефа может быть любымхимическое травление, плазмохимичес-. кое травление, фрезеровка электронным или ионным пучком.и т.д. При этом нанесение на под ожку пленочных о покрытий из металлов, диэлектриков и полупроводников может осуществляться каким-либо способом: термическое окисление, напыление в вакууме, эпитаксиальное наращивание, пиролитичес 15 кое осаждение и т.д.

Использование предлагаемого способа измерения глубины микрорельефа обеспечивает возможность измерения глубины микрорельефа, полученного различными технологическими методами в тонком слое на подложке, высокую точность измерения практически неограниченный диапазон измеряемых значений глубин микрорельефа, наличие склонов на краях выступов микрорельефа не препятствует измерениям. Все это позволяет с высокой точностью контролировать .ряд технологических операций с целью отладки процесса изготовления интегральных микросхем, что в конечном счете обеспечи° ° вает увеличение выхода годных изделий.