Способ определения толщины пленки
Изобретение относится к измерительной технике, к оптическим методам определения толщины покрытий и пленок. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых толщин посредством измерений параметров поляризации отраженного излучения при различных значениях углов падения, длин волн излучения и показателя преломления окружающей среды. Для этого пленку освещают несколько раз, освещение проводят при различных значениях угла падения излучения, длин волн излучения и показателя прешломления окружающей среды. В качестве параметров поляризации отраженного излучения выбирают первые эллипсометрические периоды. Для каждого случая освещения измеряют первые эллипсометрические периоды, определяют первые и последующие фазовые толщины и вторые и последующие эллипсометрические периоды. Определение толщины ведут до тех пор, пока значения фазовых толщин станут равны друг другу.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
„„5U„„1548664
А1 (51)5 G 01 В 11/06
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЦТИЯМ
ПРИ ГННТ СССР (2 1 ) 4365682/24-28 (22) 21.01.88 (46) 07.03.90. Бюл. Р 9 (71) Воронежский государственный университет им. Ленинского комсомола (72) И.Н. Безрядин, В.Д. Линник, О.Н. Миттов, M.M. Стрилец и 3.А.Сысоева (53) 531.715.27(088,8) (56) Щелпакова И.P., Юделевич И.Г., Аюпов Б.M. Послойный анализ материалов электронной техники. — Новосибирск: СО "Наука", 1984, с. 182.
Ржанов А.В. Основы эллипсометрии.Новосибирск: СО "Наука", 1978, с. 6064. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНКИ (57) Изобретение относится к измерительной технике, к оптическим методам определения толцины покрытий и
Изобретение относится к измерительной технике, к оптическим методам определения толщины покрытий и пленок.
Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых толщин посредством измерений параметров поляризации отраженного излучения при различных значениях углов падения, длин волн излучения и показателя преломления окружаюцей среды.
Суцность способа заключается в следующем.
При эллипсометрических измерениях толщины пленки в 1. — х и (i + 1)-х
2 пленок. Цель изобретения — расширение ,циапазона измеряемых толщии посредством измерений параметров поляризации отраженного излучения при различных значениях углов падения, длин волн . излучения и показателя преломления окружаюцей среды. Для этого пленку освещают несколько раз, освецение проводят при различных значениях угла падения излучения, длин волн излучения и показателя преломления окружающей среды. В качестве параметров поляризации отраженного излучения выбирают первые эллипсометрические периоды. Для каждого случая освещения измеряют первые эллипсометрические периоды, определяют первые и последующие фазовые толщины и вторые и последующие эллипсометрические периоды. Определение толщины ведут до тех пор, пока значения фазовых толцин станут равны. друг другу. 1 табл. условиях (g = 1) имеют систему уравнений
d = D.„К + (;,, т 1
Для простоты принято, .та D; < D „, т.е. первый эллипсометрический период с номером 1. меньше первого эллипсометрического периода с номером (1.+1);
К . — целое число эллипсометрических
z.
1 периодов, укладынаюцихся во второй
*3. фазовой толщине J 1 параметр, равпй О и: и 1, обусловленный тем, что в д; может уложиться иа Ф il; D. (2) 2 п,;оа; sin У . а а 1О где Ь; — длина волны падающего света; и ; — показатель преломления акружающей среды; (, — угол падения света; и „ — экспериментально найденный показатель преломления исследуемой пленки. Из выражения (2) следует, что монотонное изменение первого эллнпсомет- рического периода D возможно путем 1 ! монотонного изменения с увеличением номера i длины волны, угла падения Ц,или показателя преломления окружающей среды п o) На основе системы уравнений (1) 25 получают для величины d, которую 2. удобно назвать второй фазовой толщиной, значение К. (D";+DI„)+d +d +,+1 ппп 1 D. 0;+, а ЗО (3) где целое положительное число К2 равJ но количеству первых эллипсометрических периодов, укладываюшихся во, второй фазовой толщине dj. ! К (di -di. 11 П3 („) + 1 К. — ! Квадратные скобки обозначают округление до ближайшего целого положитель2 ного числа, 1 — подгоночныи параметр, 1 равньпЪ 0 или 1 и выбираемый из условия z 0<К < 7. 45 а величину Р-, равную 1 2 в D 1+i j 9. -D11 141 называют вторым эллипсометрическим периодом с номером j, Подгоночный 2. параметр 1;, равный 0 или 1, выбирают из условия выполнения неравенства (5) 0 аД д Доказывают,что истинная толщина d связана с d и D 2 уравнением Й = МЭ . + с1 (6) J 1548664 1 больше эллипсометрических периодов D;, чем периодов D;,„Й;, d,,— первые фазовые толщины, а первый эллипсометрический период для i-го эксперимента где М - целое положительное число или О, т.е. достаточно показать, что определенные по формуле (1), (3) -(5) величины d>. и D .всегда удовлетворяют г. 1 уравнению (6) при целом значении М. По определению первых фавовых толщин Й . и первых эллипсометрических периодов можно записать d = KD; + d; + LD,.; d=KD.,+d;„, 1+1 (7) (10) М=L+1. Л так как 1 и ?, по определению, целые числа, то и М является целым. Это и доказывает справедливость утверждения, что рассчитанные по формулам (3) и (5) величины d, D2 явля3 „1 ются второй фазовой толщиной и «торым эллипсометрическим периодом. Аналогичные рассуждения можно привести и для любых других (4+1)-х эллипсометрических периодов и фазовых толцин. Таким образом, из m измерений может быть рассчитано (m-1) значение 2 вторых фазовых толщин d и вторых эллипсометрических периодов D ..Рас 2 J полагая полученные результаты расчета в порядке монотонного изменения D . с увеличением порядкового номера ) и вновь применяя к ним формулы (3) †(5), получают (ш-2) значения третьих фазовых толцин Й . и третьих эллипсометрических периодов D ..,. За 7 тем вычисляют значения d, D; и так до расчета величин с 2, d 2 и d,. Совпадение этих величин между собой свидетельствуют о том, что полученное числовое значение и является искомой фактической толщиной исследуемой пленки. В противном случае, если Й.„ Ф с12 Ф с1 „ количество измерений надо увеличить. Пример. Исследованы тонкие слои термической двуокиси кремния на кремнии. а где К и L — некоторые целые числа. Систему уравнений (7) удобно преобразовать к виду K(D; +D;+i)LD; + d ° + d а.1 ° (9) Подставив (3), (5), (8) и (9) в (6). и разрешив его относительно М, получают 1". П 1 Р,, D;"Ä5 " Формула изобретения Второй эллипсоУгол падения Чо град Показа- Первый Третий эллипсоПервая фазовая толщина нм Вторая фазовая толщина d. нм Третья фазовая толщина 1 з 1 эллипсо тель преломления и,. метрический пе1 риод D., нм метрический пе1 риод D -, J нм метрический период D -, 3 1 нм 55,5 3575,4 301,3 38 4500 5 302 3 17394 23 Э t 1,47 245,5 1,48 263,6 1,47 280 301,65 Составитель Б. Евстратов Редактор Н. Бобкова Техред Л,Сердюкова Корректор М, Самборская Заказ 136 Тираж 492 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 5 15486 Результаты измерения показателей преломления и фазовых толщин, полученных на эллипсометре ЛЭМ-2 (1 = 632,8 нм) при различных углах падения, представлены в таблице. Таким образом, практическое равен-. ство фазовых толцин.d;, d z d позволяет определить величину толщины пленки. Это значение толцины близко к величине 302 нм, определенной по известной методике со стравливанием части пленки и оценке ее толщины на МИИ-4 с последующим уточнением по эллипсометрическим измерениям. 15 Способ определения толщины пленки I заключающийся.в том, что освещают 20 пленку монохроматическим поляризованным излучением, измеряют параметры поляризации отраженного излучения, по которым определяют толщину пленки, отличающийся тем, 25 что, с целью расширения диапазона измеряемых толщин, пленку освещают ш раз, освещение проводят при различных значениях угла падения излучения, длин волн излучения и показателя пре- 30 ломления окружающей среды, по параметрам поляризации отраженного излучения выбирают первые эллипсометрические периоды, для каждого случая освещения измеряют первые.эллипсометри- ! \ 64 6 ческие периоды D; и определяют первые фазовые толцины д ., определяют ! ! вторые и следуюцие фазовые ."олщины ! 1Ф! Ч" d . и эллипсометрические периоды D ° J I по рекуррентным формулам 1 d — 4 (П;., — Ь., шах ч В!., - О I (+1) e — эллипсометрические периоды; 1. — параметр, равный 0 или 1 и 1и выбираемый из условия v+! 0(K " ((! (тах (Р Р ) )и — 1,...,(ш-1), i = 1 (-y+1) 1,...,m- 1. индекс i относится к предыдущему g -му, a j — к последующему (ч+1)-му этапу определения,, D., D,, We — эллипсометрические периоды, монотонно изменяюпртеся с возрасганием номера i, d;, d;,, d;— 4 !+! 4-е и (4+1)-е фазовые толщины с номерами i i+1 и j соответственно, а определение т.олцины ведут до тех пор, пока значения фазовых толщин tn- Ill-f d u dz станут равны друг другу и последунцей величине ш-й фазовой толщины,d которую принимают искомой толщиной пленки.
