Способ измерения глубины микрорельефа,преимущественно в тонких слоях на полупроводниковых подложках Советский патент 1984 года по МПК G01B11/30 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения глубины микрорельефа, преимущественно в микроэлектронике для контроля глубины технологического рельефа, сфррмированного в тонких слоях различного рода материалов (полупроводниках/ диэлектриках, металлс1Х, фоторезисте и т.д., нанесенных на подложку в процессе изготовления интегральных микр схем.

Известен способ оптического контроля толщины осажденного слоя, заключающийся в том, что на подложке формируют профиль дифракционной решетки с ширимой канавки АО и периодом решетки cJ , освещают этот профиль монохроматическим светом во время осаждения материала из парогазовой фазы на подлож-ку, затем измеряют интенсивности света в дифракционных максимумах первого {i) и второго(1г порядков и по их отношению (,) определяют ширину канавки рельефного рисунка, причем тол1дину осажденного слоя определяют по установленному ранее соотношению в зависимости от ширины канавки flj .

Недостатком данного способа является значительная погрешность измерения, которая возникает уже в силу того, что величина периода дифракционной решетки, входящая в расчетную формулу, предварительно измеряется на оптическом микроскопе, погрешность измерения которого, в лучшем случае,составляет ±(0,2-0,3) мкм Эта погрешность автоматически переносится на измерение толщины осажденного слоя. Кроме того, этот метод имеет ограниченную область примеНения, так как позволяет измерять толщины только тех пленок, которые осаждаются на подложку из парогазовой фазы, При этом осаждение идет равномерно на рельефный профиль дифракционной решетки. В других случаях, например, при термическом напылении в вакууме, когда толщина осажденного слоя различна на вертикальных и горизонтальных участках профиля, этот способ не применим.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения глубины никрорельефа, преимущественно в тонких слоях на по тупроводниковых подложках, заключающийся в том, что наносят сло металла на периодическую структуру на подложке, освещают ее монохроматическим когеретаым пучком света, регистрируют дифракционный спектр от структуры И определяют глубину микро рельефа 2 .

Недостатками известного способа являются низкая точность измерения

и невозможность иэме рения глубины при любой форме микрорельефа. В известном способе возможно измерение глубины только строго определенной, заранее известной специальной формы Точность измерения при зтом зависит от степени приближения расчетной (предполагаемой) формы профиля микрорельефа к действительной форме, которая возникает в процессе изготовления этого микрорельефа. В предельных случаях ошибка измерения глубины может достигать 20-25%. Кроме того, точность измерения глубины профиля микрорельефа с различным периодом зависит от длины волны света.

Цель изобретения - повЕлцение точности измерения и возможности измерения глубины при любой форме микрорельефа.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения глубины микрорельефа, преимущественно в тонких слоях на полупроводниковых подложках, заключающемуся в том, что наносят слой металла на периодическую структуру на подложке, освещают ее монохроматическим когерентным пучком света, регистрируют дифракционный спектр от структуры и определяют глубину микрорельефа, освещение производят в плоскости, параллеллэной направлениям длинных сторон элементов периодической структуры и перпендикулярной к плоскости подложки, изменяют в этой плоскости угол падения пучка света на подложку, регистрируют те углы, при которых достигаются экстремальные значения интенсивностей света в дифракционном спектре, и по этим углам определяют глубину микрорельефа по формулам

I ЙП

минимальных значений ин/со5 тенсивностей света,

Ь ° ; максимальных значений co9tf интенсивностей света,

где h - глубина микрорельефа;

Ч - угол падения пучка света на подложку; п - целое число; - длина волны падающего

излучения.

На фиг.1 и 2 изображены схемл реализации способа измерения глубины микрорельефа, преимущественно в тонких слоях на полупроводниковых подложках/ на фиг.З - диаграмма изменения интенсивности света в дифракционном спектре в зависимости от угла падения пучка света на подложку.

На фиг.1 изображена подложка 1, На которой нанесен микрорельеф 2. Дл измерения глубины Ь микрорельефа 2 /монохроматический когерентный пучок t jrexa направляют на подложку 1 таким образом, чтобы плокость падения пучт ка cBeTck 2ОХ была перпендикулярна плоскости подложки 1 и проз4одила параллельно длинным сторонам элементов микрорельефа 2-. В результате обр зуется дифракционный спектр, состоящий из главных дифракционных максиму мов, расходящихся веерообразно от точки и{1в-, 1 + 1, 142). При изменении угла Cf падения пучка света в плоскости TLOX от О до 90 интенсивность 3 света в дифрак ционном спектре изменяется так, как псжазано на фиг.З. Регистрируют углы падения пучка света, при которых достигаются э кстремальные (максималь ные или минимальные) значения интен сивйостей света какого-либо или всех дщфракционных порядков. В общем случае, когда реальный профиль, микрорел ефа 2 (фиг.1) представляет собой периодическую структуру в виде одномерной фазовой дифракционной решетки выражение для интенсивности света в m -ом дифракционном порядке в зави симости от угла Псшения пучка света имеет вид тш RГх . . . гГЗнт, , i ч „ ) -(а.ът-8х 7 (-coecpjj, где - коэффициент отражения ме таллического покрытия (для выравнивания ко.эффициента отражения от всех частей микрорельефа последний покрывают тонким, порядка 0,05 мкм, слоем металла); А ,а,Ъ - параметры решетки. 4iih Если - coecf , 11 0,1,2... то выражение (1) принимает вид 21/ п lim-j- cos

Значения интенсивностей1 1/( при этом имеют минимальные значения

4itVicos(.4«)

(2пИ) Г 1,2,3.

Если

то выражение(1) принимает вид

ly

- . 6R . 2ia- }f -20,4 Iwrl (-у ). В этом случае величины интенсивностей lyjj имеют максимальные значения.

Если склоны профиля периодической структуры отвесны, т.е. рав/ tifh MIThч

I m

cos cfa)-cos( cos q,)

f --fl

jrti ,m V

Чз cos pj;-cos4)3|-cos| - -coscf J

%

определяют значение глубины микрорельефа Ь.. В этом случае, однако, погрешность.измерений несколько возрастает, так как в расчетную формулу входят значения иитенсивностей света.

Микрорельеф формируется в процессе изготовления на различных техноиы О, то в рассмотренных выше слу-, чаях достигается либо п«$лное загасание дифракционных максим$гмо8 /j.Q 1Я 1со9-2«п):либо максимальное л / . .5wHltf). значение и В любом случае глубина профиля определяется из просчтых выражений: при фиксации и измерении угли пгше-; ния пучка света ч в случае минимального значения 1. JMT 2co5(f при фиксации и измерении угла падения пучка света в случае максимального значения ) coeif . Видно, что минимальное значение глубины микрорельефа, которое может быть измерено, равно /4, т.е. при J 0,63 мкм (длина волны света гелий-неонового лазера) Д 0,16 мкм. Используя гелий-кадмиевый лазер с длиной волны света Т( 0,44 мкм, мо;хно измерять глубину профиля от h Z 0,1 мкм. Погрешность измерения глубины профиля при этом определяется погрешностью измерения угловых положений максимума или минимума интенсивносг, ти света дифракционных порядков(одного, или нескольких). Угловые положения экстремумов интенсивности света в силу их растянутости, в эксперименте определяются с погрешностью ±5, что обеспечивает измерение глубины микрорельефа с погрешностью не хуже +50 А. Для расширения диапазона измеряемых значений глубины микрорельефа в сторону уменьшения (для п- Л/4) проводятся измерения интенсивностей света какого-либо дифракционного максимума при трех произвольных значениях угла падения света tfi, Тогда, используя простое соотношение

логических этапах, например, создание топологического рисунка по -фоторезисту, селективное травление под слоем фоторезиста самОй подложки, метаяллических и диэлектрических пленок и т.п. МетЪд создания микрорельефа может быть любым химическое травление плазмохимическое травление, фрезеровка электронным или ионным пучком и т.д. При этом нанесение на пленочных покрытий из металлов, диэлектриков и полупроводников может осуществляться каким-либо способом: термическое окисление, напыление в вакууме, эпитаксиальное наращивание, пиролитичес кое осаждение и т.д.

Использование предлагаемого способа измерения глубины микрорельефа обеспечивает возможность измерения глубины микрорельефа, полученного различными технологическими методами в тонком слое на подложке, высокую точность измерения у практически неограниченный диапазон измеряемых значений глубин микрорельефа;- наличие склонов на краях выступов микрорельефа не препятствует измерениям. Все это позволяет с высокой точностью контролировать ряд технологических операций с целью отладки процесса изготовления интегральных микросхем, что в конечном счете обеспечивает увеличение выхода годных изделий.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ МИКРОРЕЛЬЕФА ПРЕИМУЩЕСТВЕННО В ТОНКИХ СЛОЯХ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПОДЛЩКАХ, заключающийся в том, что наносят слой металла на периодическзяо структуру на подложке, освещают ее «монохроматическим когерентным пучком света, регистрируют дифракционный спектр от структуры и опре селяют глубину микрорельефа, о тл в i а ю at и и с я тем, что, с цеЛЫ0 повьааения точности измерения и возможности измерения глубины при любой рме микрорельефа, освещение ПРОИЭВОДЯЗГ в ПЛОСКОСТИ} параллельной направлениям сторон эле ментов периодической ст1 уктуры и Etep пендикулярной к плоскости подложки/ изменяют в этой плоскости угол падения пучка света на подложку г регистрируют, те углы, при которых Достигаются экстремальные значения инфенсив ностей света в дифракционнс 4 спектре, и по этим углам определяют глубину микрорельефа по формулам для минимальных значений интенсивностей света, для максимальных значений интенсивностей света глубина микрорельефа/, угол падения пучка света на подложку; целое число п длина волны падающего излучения. о. t т л 4