Способ измерения толщины пленок на подложках Советский патент 1986 года по МПК G01B11/06 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины непрозрачных пленок на подложках из другого материала в различных отраслях промьшшенности, в том числе широкое применение способ может найти в микроэлектронике.

Цель изобретения - измерение толщины пленок из непрозрачного материала путем использования эллипсометри- ческого метода контроля.

На фиг.1 изображена тестовая структура; на фиг.2 - то же, попереч- ньш разрез.

Способ осуществляется следующим образом.

Формируют из системы пленка - подложка, тестовую ячейку в виде последовательно расположенных на поверхности подложки участка из исходной подложки с пленкой, участка из подложки и участка из. периодически чередующихся в плоскости подложки элементов подложки и нанесенными на нее элементами пленки. Размеры каждого из участков А, В и С вдоль плоскости падения излучения (X) и перпендикулярно ей (У) должны быть больше диаметра пучка излучения, чтобы удовлетворять условию X D/cos4 и , где D - диаметр используемого при измерениях пучка излучения; Ч- угол падения излучения на плоскость тестовой ячейки, что означает, что пучок излучения не должен выходить за пределы измеряемого в данный момент участка тестовой ячейки. Структура элементов участка А должна быть такой, чтобы хотя бы один размер элементов этого участка не бьш больше десятков микрон, от. е. удовлетворял условию

- COS4,

где &- угол (в радианах)

расходимости используемого пучка излучения; . L - расстояние от исследуемого участка до точки регистрации отраженного излучения в используемом приборе (эллипсометре) . Это условие способствует уверенному нахождению минимума отраженного от участка А света при нахождении эллипсометрических параметров за счет перемешивания излучения, отраженного от разных элементов участка А (йри невыполнении этого условия свет, отраженный от элементов подложки и элементов пленки на подложке, не может быть погашен одновременно). Освещают каждый из участков пучком мо

нохроматического света, измеряют эл- липсометрические параметры отраженного от этих участков света и по результатам измерений вычисляют толщину пленки. Эллйпсометрические параметры й и Н , характеризующие изменение поляризационных характеристик излучения, отраженного в нулевом порядке дифрак-- ции от тестовой ячейки в виде чередующихся участков, составленных из двух различных материалов (участки В подложки и участки С поглощающей пленки на подложке),, можно предста- вить в виде

tgX f

Д„

1Р

.

1г .р

г + 1S S,

,(1)

23

где , г.,5 и , г„ - амплитудные коэффициенты отражения Френеля для р- и S-компонент излучения соответственно для участков пленки на подложке и участков подложки;

S и S - площади, занимаемые указанньми участками на освещенной излучением части тестовой ячейки,

. . 411 d

Ы -г- cosM ,

5

Коэффициенты отражения г

1Р

IS

ЧР

r,g могут быть выражены через

Эллйпсометрические параметры Д,, % иД,Ч излуче шя, отраженного от участков С и В тестовой ячейки, из системы уравнений: основного уравнения эллипсометрии для каждого из участков В и С.

tgy,

, IUJ

Р

(j 1,2), (2)

выражений для коэффициентов Френеля для отражения излучения на границах раздела воздух - подложка (j 2) , воздух - материал пленки ()

JS

Р

NcosjT - Nj cos j

NCOS У + Nj cosM j

L i.°§Jll 0§ I N; cosv + Ncos f

J- J

(3)

(4)

закона Снеллиуса для отражения излучения на границе раздела воздух - среда

N Nj sinf . , (5) где N и NJ (,2) - комплексные коэффициенты преломления для воздуха (), материалов подложки (N ) и пленки (N) соответственно;

cos f. (J7l,2) - косинусы комплексных углов преломления излучения в подложку () и пленку ().

Из приведенной системы уравнений (2)-(5) после исключения из нее неизвестных величин N. и cos Ч (j 1,2) получаем выражение для коэффициентов Френеля через измеряемые параметры и М

J

iuj

js1 + cos2 tg Ч

Ь.

(cos2.,(i cos24 i:g t;г )

1-cos2Ч tg%f N(cos24 t V HVo -t %f )

A - длина волны света; Ч - угол падения излучения на образец;UJ и У (,1,2) - измеряемые эл-. липсометричеекие параметры излучения, отраженного от участка с чередующимися элементами, участка контролируемой непрозрачной пленки на подложке и участка исходной подложки соответственно.

(Ч)

q arctg () определяется от RP F

О до,2Т( с учетом знаков () и RgF, совпадающих со знаками sin и cos Ф соответственно.

Формула изобретения

Способизмерения толщины пленок на подложках, заключающийся в том, что освещают систему пленка - подложка монохроматическим излучением, измеряют эллипсометрические параметры излучения, отраженного от системы, и определяют толщину пленки, отличающийся тем, что,с

fO

(7)

JP tgr, r Ч - 2S2M r 1 + cos2 tgU j E

Подставляя в комплексное уравнение (1)-вьфажения (6) и (7), исключая из него один.из неизвестных параметров () получаем для искомой толщины d поглощающей пленки

,,;Arcib/- -

iTTcosT R F /

d

0

5

0

целью измерения толщины пленок из непрозрачного материала, формируют из системы пленка - подложка тестовую ячейку в виде последовательно расположенных на поверхности подложки участка из подложки с пленкой, участка из подложки и участка из периодически чередующихся элементов подложки и i пленки, размер каждого участка вдоль плоскости падения излучения и перпендикулярно ей больше диаметра пучка излучения, один из размеров чередующихся элементов не больше десятков микрон, освещают последоратель- но каждый участок, измеряют эллипсометрические параметры излучения, отраженного от каждого участка, и определяют толщину пленки по формуле

5

где К - длина волны излучения; Ч - угол падения излучения на .структуру;

( -

в соответствии с описанием .

I

0

и

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к измерению толщины пленок на подложках. Цель изобретения - измерение толщины пленок из непрозрачного материала путем использования зллипсометричес- кого метода контроля. Сформированную из структуры пленка - подложка тестовую ячейку в виде трех участков, последовательно расположенных на поверхности подложки, один из которых представляет подложку с пленкой, другой - чистую подложку, третий - периодически чередующиеся в плоскости подложки элементы подложки с пленкой с заданными размерами каждого участка вдоль плоскости падения из- лучения и перпендикулярно ей и одним размером чередующихся элемент ов не больше десятков микрон, освещают последовательно монохроматическим излучением, измеряют эллипсометрические параметры излучения, отраженного от каждого участка, и определяют толщину пленки. 2 ил. (Л ю tc ОГ) о 4 ю

Фиг.

и и ИИ

% /////,

Составитель В.Климова Редактор О.Юрковецкая Техред Н.Вонкало Корректор А-Обручар

2110/28

Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113033, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Производственио-11оли1 рафическое предприятие,г.Уж1 ород, ул.Проектная,4

Фиг. 2