Способ измерения дифференциальных спектров пропускания на двухлучевых спектральных приборах Советский патент 1990 года по МПК G01N21/25 

Изобретение относится к физико-химическим методам исследования материалов, позволяющим определять распределение толщин и особенности строения тонких и сверхтонких диэлектрических и полупроводниковых слоев, например, в полупроводниковых изделиях микроэлектроники.

Целью изобретения вляется повышение точности измерения,

На фиг. 1 представлен ход лучей - в кюветном отделении двухлучевого спектрофотометра при углах падения на

образец if под 10 и 45 ; i/

ПО А

45-80°

где 1,2 - рабочий и опорный пучки; 3-8 - зеркала, 9 - образец; на фиг.2 - представлена зависимость толщины d

слоя (кривая 10) и производной -г- коэффициента пропускания слоя от координаты (кривая 11); на фиг. 3 - спектры пропускания образцов SiOj-Si в р-поляризованном свете при различных углах падения света: Ч,- 10° (кривые 12, 15); 45° (кривые 13 16) 75° (кривые 14, 17) и

толщинах

ПОД

слоя

SiO,

(кривые 1210

,:1001 . 14), 800 А (кривые 15-17).

Для осуществления способа расщепляют пучок излучения на параллельные рабочий 1 и опорный 2 пучки (фиг. 1), коллимируют с помощью диафрагм, направляют с помощью дополнительных двух или четырех плоских зеркал псц одина- 15 новым углом в диапазоне 10-80 на два различных участка измеряемой плоскопараллельной пластины со слоем, которую располагают в центре кюветного отделения спектрофотометра перпенди- 20 кулярно оптическим каналам. С помощью дополнительного зеркала вышедший из об- разца рабочий пучок направляют по оптическому пути опорного канала,а вышедший из образца опорный пучок - по оп- 25 тическому пути рабочего канала, регистрируют и сравнивают интенсивности обоих прошедших через образец пучков в р-поляризованном свете на длине волны поглощения продольных колеба- 30 ний в слое при перемещении пластины. Перемещение осуществляют таким образом, чтобы углы направления пуьчков на пластину оставались неизменными.

Кроме того, можно измерять спект- -зг ральную зависимость разности интенсив- ностей обоих прошедших через пластину пучков в р-поляризованном свете п ри неподвижной пластине. При этом рабочий пучок направляют на участок пластины без слоя, а опорный - на участок пластины со слоем. Угол направления пучков излучения при измерении тонких слабопоглощающих слоев выбирают равным

40

45

Ч7

па д

Вр arctg n,

50

где п - показатель преломления- материала пластины;

угол Брюстра; при измерении толстых или сильнопоглощающих слоев Yr,aAвыбирается меньшим. Пример. В центре кюветного - отделения двухлучевого ИК-спектрофото- метра ИКС-29 перпендикулярно оптичес- 5 ким каналам разместили Si-пластину (диаметром 76 мм, толщиной 300 мкм) с нанесенными участками SiOi толщиной-

0

5 0 5 0

100 А. С помощью двух плоских зеркал ИК-излучение через диафрагму направляли под углом УпаА 74° на два участ- ка пластины: рабочий пучок - на учас- -ток пластины без слоя Si05,опорный - на участок пластины со слоем SiO г (фиг.1). Прошедший через пластину без слоя рабочий пучок с помощью плоского зеркала направляли по оптическому пути опорного канала, аналогично прошедший через пластину со слоем опорный пучок направляли по оптическому пути рабочего канала. С помощью поляризатора, размещенного после выходной щели спектрофотометра,измеряли коэффициент пропускания по нулевому методу в р-поляризованном свете (фиг. 3). Для образцов Si02-Si измерение проводили в спектральной области 1300-1000 в области интенсивной полосы поглощения SiO при продольных колебаниях Si-О связи 1250 см . ИК-спектры для толстых пленок SiO 2 (800А) записывали при угле if naA 45° . Это позволило проводить запись спектров пропускания (фиг. 3) толстой пленки SiO з в области наилучшей чувствительности спектрофотометра ИКС-29 (30-70% пропускания). Для еще более

толстых пленок SiO. ц выбирали мень, ifl

ше ч 5 .

Для записи производной коэффициента пропускания от координаты образца перед пластиной устанавливали диафрагму из металлической фольги с двумя отверстиями размером 1x1 мм20. Измеряли разность интенсивностей в р-поляризованном свете при смещении пластины перпендикулярно оптическим каналам кюветного отделения на длине волны поглощения при продольных колебаниях SiO. Проведение измерений на длине волны 8 мкм (1250 ) производной коэффициента пропускания по координате, характеризующей неоднородность распределения толщины слоя диэлектрика SiO-i на Si пластине, позволило отстроиться от интенсивной полосы поглощения 0 ,j в Si, совпадающей с самой интенсивной полосой SiO г (1100 ), измеряемой известным способом.

Формула изобретения

Способ измерения дифференциальных спектров пропускания на двухлучевых спектральных приборах с рабочим и

W

V,rw

Изобретение относится к физико-химическим методам исследования материалов, позволяющим определять распределение толщин и особенности строения тонких и сверхтонких диэлектрических и полупроводниковых слоев, например, в полупроводниковых изделиях микроэлектроники. Целью изобретения является повышение точности измерения. Это достигается тем, что расщепляют пучок излучения на параллельные рабочий и опорный пучки, коллимируют и направляют рабочий и опорный пучки под одинаковым углом в диапазоне 10-80° на 2 различных участка образца, один из которых является эталоном, вышедший из образца рабочий пучок направляют по оптическому пути опорного пучка, а вышедший из образца опорный пучок направляют по оптическому пути рабочего пучка, сравнивают интенсивности обоих прошедших через образец пучков в P-поляризованном свете на длине волны поглощения слоя при продольных колебаниях и сканировании образца, и кроме того, сравнивают интенсивности обоих прошедших через образец пучков в P-поляризованном свете при сканировании спектра и неподвижном образце, причем рабочий пучок направляется на эталонный участок образца, а опорный пучок - на измеряемый участок образца. 3 ил.