Устройство для контроля тонкихпленок

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик и >815484

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) 3аявлеио 19. 09. 78 (23) 2664177/25-28 (53)М. Кл. с присоединением заявки ¹â€”.G 01 В 11/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 2303.81. Бюллетень N9 11

Дата опубликования описания 2 3. 03. 81 (5З) УАК 531.715.27 (088. 8)

В. A. Конев, Н. Н. Пунько, Н. В. Любецкий и Г. И. Бабуркин (72) Авторы изобретения

Отдел физики неразрушающего контроля АН Белорусской ССР и Центральное конструкторское бюро с опытным производством

AH Белорусской ССР (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК

Изобретение относится к контроль-1 но-измерительной технике и может быть использовано в электронной и радиотехнической IlpoMEilBJJIeHHocTH для неразрушающего контроля толщины и показателя преломления тонких пленок на подложках, в частности в процессе изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Известно устройство для контроля тонких пленок методом СВЧ, которое содержит излучающий тракт, состоящий из источника линейно-поляризованного СВЧ излучения, вращателя плоскости поляризации и поляризатора, и прием- 15

HlbIA тракт, состоящий из анализатора и применика излучения. Толщина пленки определяется по измеренным эллипсометрическим параметрам отраженной волны (1). 20

Однако это устройство имеет ограниченную чувствительность, поскольку она уменьшается с увеличением длины излучения. Кроме того, во многитГ случаях возникает необходимость конт ролировать пленки в более длинноволновом диапазоне (непрозрачные, фоточувствительные слои и т.д.), а с помощью известного устройства это сделать нельзя. 30

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для контроля тонких пленок, содержащее излучающий тракт, состоящий из последовательно расположенных источника линейно-поляризованного излучения, вращателя плоскости поляризации и призмы полного внутреннего отражения, приемный тракт, состоящий из последовательно расположенных призмы полного внутреннего отражения, анализатора и приемника излучения (2 ).

Однако указанное устройство обладает недостаточной высокой чувствительностью контроля для практических целей.

Цель изобретения — повышение чувствительности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено трехгранной призмой нарушенного полного внутреннего отражения, расположенной между призмами полного внутреннего отражения трактов.

Кроме того, призма нарушенного пол. ного внутреннего отражения выполнена с углом при основании а(= àrcsin где и д — показ атель преломления материала этой призмы относительно окружакщей призму среды, а боковыа

815484 в призму 3 полного внутреннего отражения, которая направляет электромагнитное излучение перпендикулярно к

30 боковой грани трехгранной призмы 7 нарушенного полного внутреннего отражения с углом при основании, равным с(= arcsin п,где и 2„ — показатель преломления материала призмы

7 относительно внешней среды. Призма

7 установлена таким образом, что ее основание расположено параллельно контролируемому -образцу 8 на расстоянии d d,где 0 < dy < 3..

Линейно-поляризованная электромагнитная волна, выходя из призмы

7, преломляется с углом преломления, равным критическому.

В результате в зазоре между основанием призмы 7 и подложкой образца.

8 создаются условия для преобразования объемной электромагнитной волны в поверхностную, распространяющуюся вдоль поверхности "подложка-воздух". Наличие тонкой пленки на поверхности подложки. сильно влияет на условия возбуждения и распространейия поверхностной волны вдоль гр4 иицы раздела "подложка-воздух", а следовательно, на изменение поляризационных характеристик отраженной волны по отношению к падающей, В этом же зазоре "призма-подложка" происходит обратное преобразование поверхностей волны в объемную, которая под углом падения отражается от основания призмы 7 и попадает

40

55

60 в призму 4 полного внутреннего отраже ния, которая направляет отраженное излучение в анализатор 5, соединенный с приемником 6, где измеряют

65 грани этой призмы ориентированы перпендикулярно падающему и выходящему из нее излучению.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для контроля тонких пленок.

Устройство содержит излучакщий тракт, состоящий из последовательно расположенных источника 1 линеййо-поляризованного излучения, вращателя

2 плоскости поляризации, призмы 3 полного внутреннего отражения, прием- 10 ный тракт, состоящий из последовательно расположенных призмы 4 полного внутреннего отражения, анализатора 5 и приемника б иэлучейия,трехгранную призму 7 нарушенного полного внутрен- 15 него отражения, расположенную между. призмами 3 и 4, контролируемый образец 8, представляющий собой пленку толщиной 4, нанесенную на подложку.

Устройство работает следующим об- 20 разом.

Излучение с длиной волны . от источника 1 линейно-поляризованного излучения проходит вращатель 2 плоскости поляризации, который устанавливает необходимую плоскость поляризации падающего излучения, и попадает поляризационные характеристики отраженной волны относительно падающей, по которым можно контролировать толщину тонкой пленки при известных свойствах слоя и,подложки и, наоборот, т.е. свойства слоя при известной толщине.

Введение в устройство призмы 7 нарушенного полного внутреннего отражения создает условия возбуждения поверхностей волны в зазоре

"призма-подложка", которые существенно зависят от наличия пленки на подложке. Поэтому появляется зависимость поляризационных характеристик электромагнитной волны к толщине и свойствам пленки на подложке. В результате этого повышается чувствительность устройства к тонким пленкам. Расстояние между призмой и контролируемым образцом d„определяется экспериментально из условия максимальной чувствительности одного из измеряемых эллипсометрических параметров к толщине контролируемой пленки.

Предлагаемое устройство позволяет повысить чувствительность контроля и контролировать более тонкие пленки, а также позволяет повысить точность определения толщины и показателя преломления тонких пленок на подложках.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля тонких пленок, содержащее излучающий тракт, состоящий из последовательно расположенных источника линейно-поляризованного излучения, вращателя плоскости поляризации и призмы полного внутреннего отражения, приемный тракт, состоящий из последовательно расположенных призмы полного внутреннего отражения, анализатора и приемника излучения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности контроля, оно снабжено трехгранной призмой нарушенного полного внутреннего отражения, расположенной между призмами полного внутреннего отражения трактов.

2 Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что призма нарушенного полного внутреннего отражения выполнена с углом при основании с(= arcsin n<4,где п — показатель преломления материала этой, призмы относительно окружающей призму среды, а боковые грани этой призмы ориентированы перпендикулярно падающему и выходящему из нее излучению.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Новые физические методы неразрушакщего контроля качества продукции, Сборник. И., 1977, с. 45-49.

2. Патент США Р 3874797, кл. G 01 N 21/40, 1975 (прототип).

815484

Составитель Л. Лобзова

Редактор О. Малец Техред Н.Бабурка КорРектоР Л. Иван

Закаэ 1011/66 Тираж 642 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4