Способ определения толщины оптически прозрачных слоев Советский патент 1983 года по МПК G01B9/02 G01B11/06 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности при определении параметров и исследовании свойств слоев полупроводников и диэлектриков в микроэлектронике и радиотехнике, особенно при получении новых слоев.

Известен способ определения тол щины пленки на микроинтерферометре МИИ-4 при 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. Толщина слоя d равна

, дН 7 - длина волны;

дЬ - сдвиг интерференционных

систем;

h- расстояние между соседними полосами l .

Однако на измеряемую пленку необходимо наносить царапину. Пленка при этом разрушается.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является спо-: соб определения толщины оптически прозрачных слоев с использовани5 ем микроинтерферометра, включающего интерференционную головку, источник белого света, заключающийся в том, чТо направляют нормально к поверхности слоя световой луч и в по20ле зрения окуляра микроинтерферометра наблюдают интерференционную картину в виде систем интерференционных полос.

Толщину слоя определяют по формуле

-..,(.-.,,

где - длина волны;

п - показатель преломления материала слоя;

Дп - расстояние между двумя системами ахроматических полос; h - расстояние между соседними

полосами;

k - коэффициент, характеризующий проникающую способность микроинтерферометра ,

Недостаток известного способа заключается в том, что перед измерением необходимо знать показатель преломления материала измеряемых слоев Кроме того, относительно узок интервал исследуемых толщин (1-20 мкм), так как при больших толщинах слоев две системы полос могут не поместиться в поле зрения окуляра микроинтерферометра.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей способа и диапазона измерений ,

Цель достигается тем, что микроинтерферометр дополнительно снабжают источником рассеянного монохроматического 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 интерференционных полос, а толщину слоя вычисляют как корень квадратный из произведения величин этих сдвигов.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 вид интерференционной картины, записанный на самописце в виде электрических сигналов.

Способ осуществляется с помощью устройства,- содежащего микроинтерферометр 1, включающий интерферометрическую головку, состоящую из объектива 2 и опорного зеркала 3, окуляр Ц, фотодатчик 5, усилитель 6, самописец 7, источник 8 белого света - лампочку накаливания, источник рассеянного монохроматического

0028294

1злучения - лазер Э и часовой индикатор 10 .

Способ осуществляется следующим образом.

5 Направляют совместно луч лазера S и лучи 8 источника белого света в микроинтерферометр 1, затем с помощью лимба настройки (не показан) перемещают интерферометрическую

to головку по вертикали и наводят резкость на поверхность слоя 11. При этом в окуляре 4 появляются- интерфе- ренционные полосы. Их характерный вид, записанный на самаписце в виде 15 электрических сигналов, показан на фиг. 2. Максимум интерференционной системы соответствует границе раздела воздух-слой, т.е. поверхности 12 слоя 11. Далее, продолжая пере20 мещать интерферометрическую головку с помощью лимба по вертикали, т.е. перемещая плоскость визирования по глубине слоя 11, наблюдают поочередно появляющиеся две системы интер$ ференционных полос, на диаграмме самописца - системы бис (фиг. 2). .

Систему интерференционных полос б, образованных рассеянным монохроматическим светом лазера 9, наблюдают на

0 редуцированной плоскости 13, и для ее наблюдения необходимо переместить фокус объектива 2 от поверхности слоя 11 на расстояние, равное d

Ч

п

где d.- вертикальное перемещение объектива 2 от появления системы а интерференционных полос до системы б, мкм;

d - геометрическая толщина слоя, мкм;

п - показатель преломления слоя.

Систему интерференционных полос с, образуемых светом источника 8 белого света, наблюдают в плоскости подложки 15 У границы k раздела подложка 15 - слой 11, сдвинутой от поверхности слоя на расстояние

,

где dj- вертикальное перемещение объг ектива 2 от а до с систем полос, мкм; d - геометрическая толщина слоя,

мкм;

п - показатель преломления слоя. Решая систему уравнений из двух указанных соотношений, толщину слоя (показатель преломления слоя п при этом сокращается) вычисляют по форму ле 1 2 где d толщина слоя, мкм; сдвиг от первой до второй си темы интерференционных полос сдвиг от первой до третьей i системы интерференционных по лос мкм. Отличие предлагаемого способа от известного заключается в измерении толщины слоя баз предварительного знания его показателя преломления или без предварительного нанесения царапины до подложки, т.е. разрушения образца. Возможность определения толщины слоев с неизвестным показателем пре ломления позволят измерять толщины слоев вновь получаемых полупроводниковых материалов и оксилов, а так же слоев, претерпевающих изменения результате многократных высокотемпе ратурных операций. Причем в сущес вующих методах за исходное значение показателя преломления при расчете толщины берется, как правило, .:табличное значение , но в результате различных термоотжигов показатель преломления существенно отличается от табличного, что вносит большую ошибку в измерение. Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными возможность измерения толщины слоев с неизвестным показателем преломления без их разрушения без необходимости получения и измерения контрольных образцов для разру шающих методов; расширение диапазона и повышение точности измерений. На МИИ-4 можно успешно измерять тол щины слоев в интервале 1-1000 мкм с точностью ,1%. Изобретение обеспечивает экспрессность измерений, простоту реализации способа и обраб ки результатов измерений, возможнос создания автоматических устройств и 296 мерения толщины слоев и пленок| экономичность 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, отличающийся тем,что,с целью расширения технологических возможностей способа и диапазона измерений, снабжают микроинтерференциометр дополнительно источником рассеянного монохроматического излученияj 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 экспертизе 1.Холленд Л.Нанесение тонких пленок в вакууме. 19бЗ, с. 2-Ц. 2.Авторское свидетельство СССР № 145756, кл. G 01 В 11/06, G 01 В 9/02, 1962 (прототип).

//

//-Jk

/cf

//

/У

.

f

/

Фуг.