Интерференционный способ измерения толщины полупроводниковых слоев

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК м 601 В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 19 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ОННЫЙ СПОСОБ НЫ ПОЛУПРОВОДый политехнидорцов трия в мирозь, 1983.ы эллипсоме79,яризованны М.: Мир, 198 ение параме материалов 985, с. 264, д ред. Гребен дау Л.Д., Лиф плошных сред и рения паратериалов.М ении от исследуеетрическим пар- судят о толщине б измерения толслоев, основаннтерференции, о на измеряемый ние с широким ского дйапазона; рошедшее черезют через монохронтенсивность, пуК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Северо-Заг 1 адный заочнческий институт(56) Резвый Р,Р, Эллипсомеэлектронике, М.; Радио и свяРжанов А.В. и др. Основрии, Новосибирск, Наука, 19Эллипсометрия и полсвет/Под ред. Ржанова А,В.с, 583,Батавин В.В, и др, Измерров полупроводниковыхструктур, М.; Радио и связь, 1Просветление оптики/Пощикова И.В. М, - Л 1946. Ланшиц Е.М, Электродинамика сМ.: Мир, 1962.Павлов Л.П, Методы измметров полупроводниковых м1987; 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 из. мерения толщины тонких прозрачных пле- нок, в частности способ лазерной элиипсометрии, основанный на анализе изменения поляризации пучка поляризованпн Я 3 о 1747877 А 1(54) ИНТЕ РФ Е РЕ Н ЦИИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНИКОВЫХ 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 отраж мого объекта, По эллипсом метрам - углам Л и ф - измеряемой пленки;Известен также спосо щины полупроводниковых ный на явлении и заключающийся в том, чт слой направляют излуче спектромдлин волноптиче отраженное слоем (или и него) излучение пропуска матор, регистрируют его итем 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 характеризуетсянедостаточной 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, вспектрофотометре ИКС - 29 времяпрохода 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 впроизводственных условиях.Цель изобретения - повышение производительности измерения.Поставленнаяцель достигается тем, чтона 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 проведшего через него) излучения, а по угловому расстоянию между экстремумами полученной зависимости определяют толщину слоя,Согласно общей теории интерференциикоэффициент отражения излучения О 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 картиныугловой зависимости отраженного излучения (О(у), где 0 - коэффициент отражения; р- угол падения луча на образец) для двухзначений толщины слоя кремния; б -5 мкм и д" 15 мкм.Проведейные расчеты для целого рядатолщины кремния в описанной системе поэволют вйделйть следующую закономерность. Для всех толщин слоя кремния на всех угловых зависимостях интенсивности отраженного сигнала имеется минимум, очень близкий к углу, равному 30 О. Разность ЬР между этим углом и углом следующего10 за этим минимумом следующим максимумом интенсивности, как следует из данных, подчиняется закономерности, которая изображена в виде функции Ьо = 1(б) на фиг.3.Таким образом, если определить угловую зависимость коэффициента отражения (0), падающего на образец излучения дляискомой толщины слоя пленки кремния (или другого прозрачного материала для выбранной длины волны), то из этой угловой зависимости определяют разность углов Ь р ипо графику Ао = 1(д). изображенному нафиг, 3, находят толщинупленки б.15 Измерение угловой зависимости коэффициента отражения можно производитьнэмного быстрее, чем сканирование по длине волны по известному способу, так как вотличие от известного можно использовать.20 монохроматический неперестраиваемыйисточник излучения,. который имеет .большую интенсивность луча, Тем самым, дляполучения равного отношения сигнал-шум впредлагаемом способе требуется меньше25 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 висследуемую точку образца 3 и измененияугла падения луча (например. пантограф сподвижными зеркалами), а также для направления отраженного луча 4 на фотопри 35 емник 5, и блок б регистрации,Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.От источника 1 излучение через блок 2поступает на образец 3, толщину слоя кото 40 рого необходимо измерить. Отраженный отобразца 3 луч 4 попадает (через блок 2) нафотоприемник 5, от которого поступает сигнал на блок б регистрации.С помощью предлагаемого устройства,45 изменяя угол падения луча, снимаюг угловую зависимость величины сигнала фотоприемника 5 от угла падения луча,определяют угловое расстояние между экстремумами полученной зависимости и по50 нему с помощью заранее построенной калибровочной кривой определяют толщинуслоя,Формул а и зоб рете н ия1. Интерференционный способ измере 55 ния толщины полупроводниковых слоев, заключающийся атом, что направляют на слойизлучение, регистрируют интенсивность отраженного излучения, определяют положение его экстремумов и по расстоянию между1747877 Составитель В,Костюченк РедакторИ, Сегляник Техред ММоргентал Корректо ская изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2492Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5