Устройство для измерения толщины полупроводниковых пленок

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеюз Советскнх

Соцнаинстнческнк

Респубанк

< >947645 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2804,77 (21) 2480821/18-28 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 300782. Бюллетень Р 28 (31) М. Кл.з

G 01 В 21/08

Государственный комитет

СССР

00 делам изобретений н открытий

t 3) УДН531. 71 (088, 8) Дата опубликования описания 300782 (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНОК

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля толщины полупроводНиковых пленок методом интерференции инфракрасного излучения в условиях промышленного производства.

Известно .устройство для измерения толщины тонких пленок, состоящее из апектрофотометра, имеющего линейную по волновым числам развертку спектра во времени, детектора максимумов, генерирукщего импульсы в моменты прохождения максимумов.интерференциальной картины, блока управления, счетчика интерва.лов, измерителя временных интервалов, регистра, блока деления и регистрирующего прибора (13.

Недостатком устройства является малая точность при измерении в инфракрасной части спектра, а также, в частности, в дискретности срабатывания детектора максимумов, регистрирующего только прохождения максимумов, интерференциальной картины, за счет чего теряется часть информации.

Наиболее близким к.изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения толщины полупроводниковых пленок, содержащее инфра.красный монохроматор, блок сканирова-. ния, приемник лучистой энергии и регистратор, выполненный в виде осциллографа (2).

Недостатками устройства являются малая производительность и невысокая точность измерений за счет визуального совмещения меток на экране осциллографа с экстремумами интерференциальной картины, а также за счет отсчета с помощью механичес15 кого счетчика.

Цель изобретения — повышение точности и производительности измерения толщины полупроводниковых пленок.

20 поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее инфракрасный монохроматор, блок скани рования, приемник лучистой энергии и регистратор, снабжено блоком вычис25 ления толщины, а регистратор выполнен в виде соединенных последовательно блока кодирования волновых чия сел, преобразователя аналог — код и блока выделения экстремумов, выход которого соединен с блоком вычисле947645!

40

60

6S ния толщины, блок сканирования соединен с инфракрасным монохроматором, на выходе которого установлен приемник лучистой энергии, вход последнего соединен со вторым входом преобразователя аналог — код, а второй выход блока сканирования соединен с входом блока кодирования волновых чисел.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — структурная схема блока выделения экстремумов.

Устройство состоит из инфракрасного монохроматора 1, лучистая энергия которого направляется на приставку 2 с размещенной на ней измеряемой пленкой, блока 3 сканирования

На выход монохроматора 1 установлен приемник 4 лучистой энергии, выход которого соединен с входом преобразователя 5 аналог — код. Управляю20 щий вход преобразователя 5 аналог код соединен с выходом блока б кодирования волновых чисел, который соединен с блоком 3 сканирования и служит для привязки к частоте излучения при сканировании по спектру. Выход преобразователя 5 аналог— код соединен входом блока 7 выделения экстремумов, выход которого соединен с блоком 8 вычисления толщины.

Блок 7 выделения экстремумов состоит из регистра 9 сдвига, сумматоров 10 и 11 и вычитающего блока 12.

Выходы первой половины разрядов регистра 9 сдвига соединены с сумматором 10, выходы второй половины разрядов регистра 9 сдвига — с сумматором 11. Выходы сумматоров 10 и

11 соединены с вычитающим блоком 12

Устройство работает следующим образом.

При сканировании спектра излучения с помощью блока 3 сканирования, приводящего в движение диспергирующий элемент монохроматора 1, излучение,отраженное от измеряемой пленки, помещенной на приставку 2, модулируется по интенсивности в соответствии с условиями интерференции излучения.в тонких пленках. Модулированное излучение поступает в приемник 4 лучистой энергии, где преобразуется в электрический сигнал интерференции. Сигнал интерференции поступает на гход преобразователя

5 аналог — код. Преобразователь 5 аналог — код управляется импульсами с выхода блока б кодирования волновых чисел, который при работе блока 3 сканирования вырабатывает импульсы через равные интервалы вол. новых чисел. С выхода преобразователя 5 аналог — код выборки интерферограммы в виде дискретного кода, привязанного к волновым числам, поступают в блок 7 выделения экстремумов интерферограммы. С целью повышения точности обнаружения экстремумов икаженных шумами интерферограмм блок обнаружения экстремумов содержит регистр 9 сдвига, в который последовательно в такт с импульсами блока б кодирования волновых чисел записываются выборки интерферограммы с выхода преобразователя 5 аналог - код. Регистр 9 сдвига содержи отводы с каждого разряда..Отводы с первой половины разряда соединены с первым сумматором 10, отводы со второй половины разрядов с вторым сумматором 11. В сумматорах

10 и 11 при каждом импульсе блока б кодирования волновых чисел вырабатываются суммы, пропорциональные площадям под кривой интерферограммы.

С выходов сумматоров 10 и 11 напряжения, пропорциональные указанным суммам, поступают на входы вычитающего блока 12, где регистрируется знак разности сумм и вырабатывается напря жение, полярность которого соответствует знаку разности сумм, а длительность — расстоянию между экстремумами. Изменение знака напряжения на выходе блока 12 происходит при продвижении по регистру 9 сдвига последовательности кодов, соответствующих экстремуму интерферограммы, причем в момент изменения знака выборка, соответствующая экстремуму, находится в среднем разряде регистра 9 сдвига.

Напряжение с выхода вычитающего блока 12 поступает в блок В вычисления толщины. Толщина вычисляется по известной зависимости толщины пленки от расстояния между экстремумами интерферограммы

К

d=-— ж4 где К вЂ” масштабный множитель, зависящий от выбора единиц измерения и от характеристик пленки и приставки отражения: д4 — расстояние между экстремумами интерферограммы.

Таким образом, с помощью автоматизации процесса измерения и применения блока кодирования волновых чисел повышается точность и производительность определения толщины пленок.

При времени однократного измерения 2 с, погрешность не более 2Ъ при доверительной вероятности 0,95. Таким образом, устройство позволяет автоматизировать процесс измерения толщины полупроводниковых пленок при одновременном повышении производительности в 20 раз и точности измерения в 3-5 раз.

Формула изобретения

Устройство для измерения толщины полупроводниковых пленок, содер6

947645

ВНИИПИ Заказ 5614/62 Тираж 614 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä,.óë.Ïðîåêòíàÿ, 4 жащее инфракрасный монохроматор, блок сканирования, приемник лучистой энергии и регистратор, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, оно снабжено блоком 5 вычисления толщины, а регистратор выполнен в виде соединенных последовательно блока кодирования волновых чисел, преобразователя аналогкод и блока выделения экстремумов, 10 выход которого соединен с блоком вычисления толщины, блок сканирования соединен с инфракрасным монохроматором, на выходе которого установлен приемник лучистой энергии,. вход последнего соединен с вторым входом преобразователя аналог код, а второй выход блока сканирования соединен с входом блока сканирования волновых чисел.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 731282, кл. G 01 В 21/08, 1975.

2. Патент США Р 3601492, кл. 356/108, 1971.(прототип) °