Интерференционный способ измерения толщины полупроводниковых слоев
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения толщины полупроводниковых слоев (прозрачных пленок) в электронной промышленности (в частности, для измерения толщины мембран в тензодатчиках). Кроме того, изобретение может быть использовано в приборостроении и машиностроении: Целью изобретения является повышение производительности измерений.На измеряемый слой направляют монохроматическое излучение, регистрируют отраженное излучение . Изменяют угол падения излучения и получают угловую зависимость интенсивности отраженного излучателя Толщину слоя определяют по угловому расстоянию между экстремумами полученной зависимости. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. ного света при его отражении от исследуемого объекта. Поэллипсометрическим параметрам - углам А и ty - судят о толщине измеряемой пленки. Известен также способ измерения толщины полупроводниковых слоев, основанный на явлении интерференции, заключающийся в том. что на измеряемый слой направляют излучение с широким спектром длин волн оптического диапазона; отраженное слоем (или прошедшее через него) излучение пропускают через монохроматор, регистрируют его интенсивность, пу2 v| 00 VI VI
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4796932/28 (22) 28,02.90 (46) 15.07.92. Бюл. N 26 (71) Северо-Западный заочный политехнический Институт (72) И.А.Торчинский, А,Б.Федорцов и Ю.В.Чуркин (53) 531.717.1(088.8) (56) Резвый P.Ð, Эллипсометрия в микроэлектронике. М.: Радио и связь, 1983. Ржанов А.В. и др. Основы эллипсометрии, Новосибирск, Наука, 1979, Эллипсометрия и поляризованный свет/Под ред. Ржанова А,В. M.: Мир, 1981, с. 583, Батавин В.В, и др, Измерение парамет-., ров полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь, 1985, с. 264, Просветление оптики/Под ред. Гребен- щикова И.В. М.— Л., 1946. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М, Электродинамика сплошных сред, М.: Мир, 1962. Павлов Л.П, Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. М,, 1987; с. 239. Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения толщины полупроводниковых слоев (прозрачных пленок) в электронной промышленности, в частности для измерения толщины мембран в тензодатчиках, и может быть использовано в приборостроении и машиностроении. Известны неразрушающие способы измерения толщины тонких прозрачных пле- нок, в частности способ лазерной элиипсометрии. основанный на анализе изменения поляризации пучка поляризован„„Я3,„, 1747877 А1 (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СЛОЕВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения толщины полупроводниковых слоев (прозрачных пленок) в электронной промышленности (в частности, для измерения толщины мембран в тензодатчиках). Кроме того, изобретение может быть использовано в приборостроении и машиностроении: Целью изобретения является повышение производительности измерений. На йзмеряемый слой направляют монохроматическое . излучение, регистрируют отраженное излучение, Изменяют угол падения излучения и получают угловую зависимость интенсивности отраженного излучателя. Толщину слоя определяют по угловому расстоянию между . экстремумами полученной зависимости. 1 э.п, ф-лы, 4 ил. ного света при его отражении от исследуемого объекта, По эллипсометрическим параметрам — углам Л и ф — судят о толщине измеряемой пленки. Известен также с пособ измерения толщины полупроводниковых слоев, основанный на явлении интерференции, заключающийся в том, что на измеряемый слой направляют излучение с широким спектром длин волн оптического дйапазона; отраженное слоем (или прошедшее через него) излучение пропускают через монохроматор, регистрируют его интенсивность, пу1747877 тем сканирования монохроматором по длинам волн получают спектральное распределение интенсивности отраженного слоем (или прошедшего через него) пучка и по спектральному расстоянию между экстремумами полученной зависимости определяют толщину слоя. Однако данный способ характеризуется недостаточной для производственных условий скоростью измерений. Монохроматор выделяет из всего спектра источника излучения лишь малую часть потока излучения, имеющую заданную длину волны, из-за этого интенсивность регистрируемого излучения уменьшается, и для получения достаточно информативного на.фоне шумов сигнала приходится снижать скорость сканирования. Так, в спектрофотометре ИКС вЂ” 29 время прохода по всему спектру составляет от единиц до десятков минут. Это приводит к большой длительности процесса измерений и делает способ неприменимым при массовом контроле полупроводниковых слоев в .... производственных условиях. Цель изобретения — повышение производительности измерения. Поставленная цель достигается тем, что на измеряемый слой направляют монохроматическое излучение, а затем регистрируют отраженное от слоя (или прошедшее через него) излучение и путем измерения угла падения излучения на измеряемый слой получают угловую зависимость интен. сивности отраженного слоем (или прошедшего через него) излучения, а по угловому " расстоянию между экстремумами полученной зависимости определяют толщину слоя. Согласно общей теории интерференции коэффициент отражения излучения Q является функцией угла падения (при заданном значении толщины отражающего слоя). При изменении толщины слоя картина углового распределения интенсивности отраженного излучения изменяется. На фиг. 1„и 2 сопоставлены картины угловой зависимости отраженного излучения (О - f (p), где 0 — коэффициент отражения; р- угол падения луча на образец) для двух значений толщины слоя кремния; d -5 мкм и d-15мкм. Проведейные расчеты для целого ряда толщины кремния в описанной системе позволют вйделйть следующую закономерность. Для всех толщин слоя кремния на всех угловых зависимостях интенсивности отраженного сигнала имеется минимум, очень близкий к углу, равному 30О. Разность Ьф между этим углом и углом следующего 10 за этим минимумом следующим максимумом интенсивности, как следует из данных, подчиняется закономерности, которая изображена в виде функции h p = f(d) на фиг. 3. Таким образом, если определить угловую зависимость коэффициента отражения (Q), падающего на образец излучения для искомой толщины слоя пленки кремния (или другого прозрачного материала для выбранной длины волны), то из этой угловой зависимости определяют разность углов h,р и по графику Лр = f(d). изображенному на фиг, 3, находят толщинупленки 0. 15 Измерение угловой зависимости коэффициента отражения можно производить нэмного быстрее, чем сканирование по длине волны по известному способу, так как в отличие от известного можно использовать20 монохроматический неперестраиваемый источник излучения, . который имеет .большую интенсивность луча, Тем самым, для получения равного отношения сигнал-шум в предлагаемом способе требуется меньше 25 времени измерения, чем в известном. Способ реализуется устройством, изображенным на фиг. 4. Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения (лазер), блок 2, 30 предназначенный для направления луча в исследуемую точку образца 3 и изменения угла падения луча (например. пантограф с подвижными зеркалами), а также для направления отраженного луча 4 на фотопри35 емник 5, и блок 6 регистрации, Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. От источника 1 излучение через блок 2 поступает на образец 3, толщину слоя кото40 рого необходимо измерить. Отраженный от образца 3 луч 4 попадает (через блок 2) на фотоприемник 5, от которого поступает сигнал на блок 6 регистрации. С помощью предлагаемого устройства, 45 изменяя угол падения луча, снимаю г угловую зависимость величины сигнала фотоприемника 5 от угла падения луча, определяют угловое расстояние между экстремумами полученной зависимости и по 50 нему с помощью заранее построенной калибровочной кривой определяют толщину слоя. Формула изобретения 1. Интерференционный способ измере55 ния толщины полупроводниковых слоев, заключающийся атом, что направляют на слой излучение, регистрируют интенсивность отраженного излучения, определяют положение его экстремумов и по расстоянию между.6 1747877 Q,отед 09 0,8 01 ними судят о толщине полупроводникового слоя, отличающийся тем, что; с целью повышения производительности измерений, на слой направляют под разными углами монохроматическое излучение, регистрацию излучения производят для разных углов падения излучения в выбранной точке поверхности слоя, перед проведением измерений строят калибровочную зави-. симость интенсивности регистрируемого 0,7 0,6 0,5 0,Ф 0,7 02 излучения от угла, определяют угловые положения экстремумов, а-о толщине слоя судят по угловому расстоянию между ними. 2. Способ по и, 1, о тл и ч а ю щи и с я 5 тем, что о толщине слоя судят по угловому расстоянию между минимумом интенсивности регистрируемого излучения, расположенным вблизи угла ЗОО, и ближайшим к нему максимумом. 1747877 gnii. ед 0,9 0,8 07 0,6 ОХ 0,Ф О,Р О,Я 0,7 1747877 Составитель В,Костюченко Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская Редактор И. Сегляник Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2492 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
