Способ измерения толщины пленки на подложке

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцнапистических

Республик

< >94Т640 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 040680 (2)) 2950102/25-28

f51) М.Кл з с присоединением заявки ¹

G 01 В 11/06

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 30.0782. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 300782 (53) УДК 531. 715..2(088.8) (72) Авторы изобретения

A.Ã.Ïåòðîâà и В.Г.Мок

1 (7f) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНКИ

НА ПОДЛОЖКЕ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины h тонких (h

Известен способ толщины тонких пленок, заключающийся в формировании на пленке синусоидальной дифракционной решетки, состоящей из чередующихся областей пленки и подложки, с напыленным непрозрачным слоем алю.миния. Такую решетку освещают когерентным излучением и по измерению интенсивности света в дифракционных максимумах возникающей от решетки дифракционной картины судят о толщине пленки j1).

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет иэ ерять толщины пленок меньше 0,003 мкм вследствие искажения рельефа созданной на пленке дифракционной решетки напыленным слоем алюминия, толщина которого, 0,06 мкм.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является дифракционный cnoroe измерения толщины пленки на подло»не, заключающийся в том, что на подложке формируют отражательную фазовую дифракционную решетку, на которую наносят измеряемую пленку, облучают решетку когерентным излучением и регистрируют интенсивность света в первом и втором дифракционных максимумах. Фор-мируют решетку методом фотолитогра10 фии (2).

Недостатком данного способа является ограниченная область применения, включающая лишь возможность измерения толщины тех пленок, которые равномерно осаждаются по поверхности рельефа дифракционной решетки (случай зпитаксиального наращивания пленок иэ парогазовой фазы). Для других методов получения пленок, например термического испарения в вакууме, данный способ не приемлем, поскольку . толщина пленки, осаждающейся на боковых стенках канавок решетки, значительно меньше, чем на дне канавок и выступах решетки.

Цель изобретения — расширение области применения способа измерения, а именно возможностй измерения толщины пленок, полученных различными технологическими методами (термического 1напыления I в вакууме, катод947640 ного распыления, молекулярно-лучевой эпитаксии и т,д.).

Укаэанная цель достигается тем, что в способе измерения толщины пленки на подложке, заключающемся в том, что на подложке формируют от- 5 ражательную .фазовую дифракционную решетку, на которую наносят измеряемую пленку, облучают решетку когерентным излучением и регистрируют интенсивность света в первом и втором . 10 дифракционных максимумах, для формирования отражательной фазовой дифракционной решетки на подложку последовательно наносят отражающее покрытие из того же материала, что и 15 измеряемая пленка, и слой материала, обладающего свойством селективного травления по отношению к этому покрытию, "оздают на этом слое материала решетку, на которую наносят измеряемую пленку, и селективно стравливают оставшиеся участки слоя материала на отражающем покрытии, ре гистрируют интенсивность света в нулевом порядке дифракции и по величинам всех указанных интенсивностей света судят о толщине пленки.

На фиг.1 изображена принципиальная схема известного устройства для измерения толщины пленки; на фиг,2б схематично показан технологический процесс формирования отражательной фазовой дифракционной решетки на подложке.

Определение толщины пленок прово дят, используя известное устройство 35 (фиг.1), включающее источник 1 когерентного излучения(лазер), держатель 2 образца, на котором устанав.ливается подложка 3 с дифракционной решеткой, содержащая измеряе- 40 мую пленку, фотодетекторы 4, регистрирующий прибор 5 и электронный блок б обработки информации.

Способ осуществляется сЛедующим образом. 45

Для измерения толщины пленки когерентным излучением от лазера освещают созданную на подложке 3 дифракционную решетку, на которой про.исходит дифракция света, и измеряют интенсивности излучения в дифракционных порядках 3О, 3 и 3g .

Из отйошения 3 /3 определяют величину Ь/d (Ь - ширийа канавки, d период решетки), а из соотношения

J /30 с использованием вычисленного значения Ь/d судят о толщине пленки h. Для прямоугольной фазовой отражательной решетки, которая формируется по описанному способу, и для угла падения излучения на ,60 образец, близкого к нормальному, эти величины вычисляют по формулам Ь(д = — are cog 3

1 Б„/л, 4Фи а

Интервал толщин h измеряемых данным способом, составляет от

0,001 мкм до Л /2 (граничение, обусловленное теоретической моделью расчета h), т.е. при использовании

Не-Ne лазера с длиной волны Л

=0,63 мкм верхний предел h равен

0,3 мкм. Точность измерений величины h при использовании лазера со стабилизированной мощностью излучения не хуже 10Ъ.

Технологический процесс формирования отражательной фазовой дифракционной решетки на подложке 3 (фиг.2-6) сводится к нанесению отражающего покрытия 7 из того же материала, что и пленка, на подложку 3 (фиг.2); нанесению слоя 8 материала, обладающего свойством селективного травления по отношению к материалу покрытия 7 (фиг.3); созданию, например методом фотолитографии., отражательной дифракционной решетки, состоящей из чередующихся участков слоя 8 материала и отражающего покрытия 7 (фиг.4); нанесению измеряемой пленки толщиной Ф (фиг.5); селективному стравливанию оставшихся участков слоя 8 и образованию фазовой отрав<ательной дифракционной решетки на подложке 3 (фиг.б) °

Для исключения неопределенности в скачке фазы при вычислении толщины пленок покрытие 7 изготавливают полностью отражающим. Толщину его оценивают по известным формулам для коэффициентов пропускания и отражения, исходя из оптических констант массивного материала. Для большинства поглощающих материалов, в частности для металлов, эта толщина 0,06 мкм. Толщина селективности травящегося слоя 8 материала должна превышать (примерно .в 2-10 раз) толщину измеряемой пленки для облегчения доступа растворителя и быстрого вымывания участков пленки

9, находящихся на поверхности этого слоя материала. Следует отметить, что при температурах осаждения пленки на подложку 150 С в качестве слоя

8 материала удобно использовать фоторезист билизированной мощностью излучения не хуже 10% °

Пример. Проводят измерение толщины тонких гленок NiCr при отработке технологического процесса получения пленок методом, близким к "взрывному" испарению, на установке вакуумного напыления УВН-71Р-2.

На окисленные подложки кремния диаметром 60 мм наносят слой NiCr толщиной 0,06 мкм, а затем слой Ai

947Г) 40 толщиной 0,1 мкм и готовят методом фотолитографии по Al.äèôðàêöèîííûå решетки иэ областей Al u NiCi. Пери од решетки составляет 8 мкм, размер канавки (440,1) мкм, размер решетки

5 5 MMt На одной пластине распола- . гают десять таких решеток. Затем партию таких пластин в количестве

20 шт. загружают в установку, и проводят напыление пленки NiCr npu температуре подложек 320 С. Перед 10 определением толщины пленки участки слоя Аl удаляют с пластин в травителе на основе кислоты Н>РО4 с добавками кислот СН СООН, ННОЕ и смачнвателя СВ-17. Измерение толщины пленки NiCr проводят с использованием стабилированного Не-Ne лазера ЛГ-79, фотодиодов ФД-7К, микровольтметра

В-2-11 и вычислительной счетной машины. Измерения показали, что при оптимальном режиме получения пленок разброс толщин h NiС r По пластине составляет не более 10%| разброс h от пластины к пластине 10%, а от партии к партии не хуже 15%. Интервал определяемых толщин составляет .0,0025-0,03 мкм.

Использование предлагаемого способа измерения толщины пленок обеспечивает по сравнению с существующими способами возможность контроля толщины поглощающих пленок-, полу.чаемых различными технологическими методами, высокую точность измерений, снижение нижнего предела определяемых толщин до 0,001 мкм, что позволяет управлять технологическим процессом йэготовления тонкопленочных структур в современном приборостроении, своевременно отбраковывать

«зделия, не удовлетворяющие усло иям, и увеличить выход годных.

Формула изобретения

Способ измерения .толщины пленки на подложке, заключающийся в том, что на подложке формируют отражательную фазовую дифракционную решетку, на которую наносят измеряемую пленку, облучают решетку когерентным излучением и регистрируют интенсивность света в первом и втором дифракционных максимумах, о т л ич а ю шийся тем,что с целью расширения области применения способа, для формирования отражательной фазовой дифракционной решетки на подложку последовательно наносят отражающее покрытие из того же материала, что и измеряемая пленка, и слой ма териала, обладающего свойством селектинного травления rio отношению к этому покрытию, создают на этом слое материала решетку, на которую наносят измеряемую пленку, и селективно стравливают оставшиеся участки слоя материала на отражающем покрытии, регистрируют интенсивность света s нулевом порядке дифракции и по величинам всех указанных интенсивностей судят о толщине пленки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .

1. Wilson .l..Т;,.8oflen 1..8. Appl1ed Optics 16, Р 8, 208Б,. Aubust

1977.

2. Патент США Р 4141780, кл. G 01 В 11/06, 1979 прототип).

947640 (Риг.б

Составитель Л.Лобзова

Редактор C.Òàðàíåíêo Техред Е. Харитончик Корректор О.Билак

Заказ 5614/62 Тираж 614 Подписное

Е,НПИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытнй

113035, Москва, 7:-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4