Способ определения толщины оптически прозрачных слоев

(72) Авторы изобретения 71) Заявитель 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ СЛОЕВ Изобретение отнно-измерительной т е Э дЬдлина волны;сдвиг интерференционныхсистем;расстояние между соседнимполосами 11. осится к контрольехнике и может быт стности при опреи исследовании роводников и диэлектронике и рано при получении использовано, в ча делении параметров свойств слоевлолуп электриков в микродиотехнике, особен новых слоев,Известен способ определения тол щины пленки на микроинтерферометре МИИпри освещении ее белым светом. При этом, если на исследуемой поверхности пленки есть. ступенька или канавка,в этом месте меняется разность хода лучей, полосы сдвигаются, и в фокальной плоскости окуляра микроинтерферометра наблюдаются две серии полос: одна - от поверхности пленки, другая - от дна канавки. 2 Толщина слоя д равна Однако на измеряемую пленку необходимо наносить царапину. Пленка при этом разрушается.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является спот соб определения толщины оптически прозрачных слоев с использованием микроинтерферометра, включающего интерференционную головку, источник белого света, заключающийся в том,. что направляют нормально к поверхности слоя световой луч и в поле зрения окуляра микроинтерферометра наблюдают интерференционную картину в виде систем интерференционных полос.ле 3 100Толщину слоя определяют по формуЯ 2 ЬЬ=- - (- -- -)4 п Н ггде Я - длина волны;5и - показатель преломления материала слоя;Ь и - расстояние между двумя системами ахроматических полос;Й - расстояние между соседними 10полосами;коэффициент, характеризующийпроникающую способность микроинтерферометра.Недостаток известного способа зак лючается в том, что перед измерением необходимо знать показатель преломления материала измеряемых слоев. Кроме того, относительно узок интервал исследуемых толщин (1-20 мкм), 20 так как при больших толщинах слоев две системы полос могут не поместиться в поле зрения окуляра микроинтерферометра.Цель изобретения - расширение тех нологических возможностей способа и диапазона измеренийЦель достигается тем, что микроинтерферометр дополнительно снабжают источником рассеянного монохро- З 0 матического излучения, направляют от него световой луч к поверхности слоя, перемещают интерференционную головку перпендикулярно к поверхности слоя, при этом наблюдают поочередно появляю-. щиеся три системы интерференционных полос и по величине вертикального перемещения интерференционной головки определяют сдвиги от первой до второй и от первой до третьей систем ин терференционных полос, а толщину слоя вычисляют как корень квадратный из произведения величин этих сдвигов. 2829 4Йзлучения - лазер 9 и часовой индикатор 1 О.Способ осуществляется следующим образом,Направляют совместно луч лазера 9и лучи 8 источника белого света вмикроинтерферометр 1, затем с помощью лимба настройки (не показан)перемещают интерферометрическуюголовку по вертикали и наводят резкость на поверхность слоя 11, Приэтом в окуляре 4 появляются интерфе- .ренционные полосы. Их характерныйвид, записанный на самописце в видеэлектрических сигналов, показан нафиг. 2. Максимум интерференционнойсистемы соответствует границе раздела воздух-слой, т.е. поверхности12 слоя 11. Далее, продолжая перемещать интерферометрическую головкус помощью лимба по вертикали, т.е.перемещая плоскость визирования поглубине слоя 11, наблюдают поочередно появляющиеся две системы интерференционных полос, на диаграмме самописца - системы б и с (фиг. 2),Систему интерференционных полос б,образованных рассеянным монохроматическим светом лазера 9, наблюдают наредуцированной плоскости 13, и для еенаблюдения необходимо переместить фокус объектива 2 от поверхности слоя11 на расстояние, равноес 1о щ еигде д - вертикальное перемещение объектива 2 от появления системы а интерференционных полосдо системы б, мкм;д - геометрическая толщина слоя,мкм;и - показатель преломления слоя.50 д =с 1 лгде д - вертикальное перемещение объ-.2ектива 2 от а до с систем полос мкмд - геометрическая толщина слоя, 55мкм;и - показатель преломления слоя,Решая систему уравнений из двухуказанных соотношений. толщину слоя На фиг. 1 изображена принципиаль 45ная схема устройства, реализующеГопредлагаемый способ; на фиг. 2 вид интерференционной картины, записанный на самописце в виде эгектрических сигналов,Способ осуществляется с помощью устройства, содежащего микроинтерферометр 1, включающий интерферометрическую головку, состоящую изобъектива 2 и опорного зеркала 3,окуляр 4, фотодатчик 5, усилитель 6,самописец 7, источник 8 белого света - лампочку накаливания, источник рассеянного монохроматического Систему интерференционных полос с, образуемых светом источника 8 белого света, наблюдают в плоскости подложки 15 у границы 14 раздела подложка 15 - слой 11, сдвинутой от поверхности слоя на расстояние(показатель преломления слоя и при этом сокращается) вычисляют по форму- ле где д - толщина слоя, мкм;й,- сдвиг от первой до второй системы интерференционных полос,мкм;и - сдвиг от первой до третьей0системы интерференционных полос мкм,Отличие предлагаемого способа отизвестного заключается в измерениитолщины слоя бвз предварительного 15знания его показателя преломленияили без предварительного нанесенияцарапины до подложки, т.е. разрушения образца,Возможность определения толщины 20слоев с неизвестным показателем преломления позволят измерять толщиныслоев вновь получаемых полупроводниковых материалов и оксилов, а также слоев, претерпевающих изменения в 25результате многократных высокотемпературных операций. Причем в существующих методах за исходное значение показателя преломления при расчете толщины берется, как правило, зв.;табличное значение , но в результате различных термоотжигов показатель преломления существенно отличается от табличного, что вноситбольшую ошибку в измерение.Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению сизвестными возможность измерениятолщины слоев с неизвестным пбказателем преломления без их разрушения,без необходимости получения и измерения контрольных образцов для разрушающих методов; расширение диапазона и повышение точности измерений.На ИИИможно успешно измерять толщины слоев в интервале 1-1000 мкм сточностью 3-0,11. Изобретение обеспечивает экспрессность измерений,простоту реализации способа и обработ-ки результатов измерений, возможностьсоздания автоматических устройств из 829 Ь мерения толщины слоев и пленок эко) номичность способа (обусловлена тем, что для его осуществления не нужны эталонные образцы)Применение предлагаемого неразрушающего способа измерения толщины прозрачных слоев особенно важно при исследовании и контроле в серийном производстве новых диэлектрических покрытий, монокристаллических слоев интегральных схем. формула изобретения Способ определения толщины оптически прозрачных слоев с использованием микроинтерферометра, включающего интерференционную головку, источник белого света, заключающийся в том, что направляют нормально к поверхности слоя световой луч и наблюдают интерференционную картину в виде систем интерференционных полос, о т л и ч аю щ и й с я тем,что,с целью расширения технологических возможностей способа и диапазона измерений, снабжают микроинтерференциометр дополнительно источником рассеянногс монохроматического излучения, направляют от него световой луч к поверхности слоя, перемещают интерференционную головку перпендикулярно к поверхности слоя, при этом наблюдают поочередно появляющиеся три системы интерференционных полос и по величине вертикального перемещения интерференционной головки определяют сдвиги от первой до второй и от первой до третьей систем интерференционных полос, а толщину слоя вычисляют, как корень квадратный из произведения величин этих сигналов. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Холленд Л.Нанесение тонких пленок в вакууме. 1963, с. 42-44.2. Авторское свидетельство СССРИ 145756, кл. 6 01 В 11/06,С 01 В 9/02, 1962 (прототип),