Способ определения толщины пленки Советский патент 1990 года по МПК G01B11/06 

Изобретение относится к измерительной технике, к оптическим методам определения толщины покрытий и пленок.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых толщин посредством измерений параметров поляризации отраженного излучения при различных значениях углов падения, длин волн излучения и показателя преломления окружаюце и ср еды.

Сущность способа заключается в следующем.

При эллипсометрических измерениях толшины ппенки в 1-х и (i+1)-x

условиях () 1) имеют систему уравнений

fdf D|K + d;+ l«j D ,; (1)

I i 11 i

dj D.1+,Kj + cl,-,, ,

Для простоты принято, «то D , Dff1, т.е. первый эллипсомегрическии период с номером i меньше первого эллипсомег- рического периодя с номером (i+1); К - целое число эллипсометрических периодов, укладывающихся во второй фазовой толщине d, 1 - подгоночный параметр, равнп 0 или I, обусловтен- ный тем, что в d может уложиться на

сд

d

о о

4ь

1 больше эллипсометрических периодов D, , чем периодов D|+)I) d, первые фазовые толщины, а первый эллипсо- метрический период для 1-го эксперимента

Л:

2ifn -0 lin4;

(2)

01

ЧоГ

П1,

где А; - длина волны падающего света nnj- показатель преломления окружающей среды; угол падения света; экспериментально найденный показатель преломления исследуемой пленки. Из выражения (2) следует, что монотонное изменение первого эллипсоме рического периода D возможно путем монотонного изменения с увеличением номера i длины волны , угла падения ц о-или показателя преломления окружающей среды пл1.

На основе системы уравнений (1) получают для величины d , которую удобно назвать второй фазовой толщиной, значение

KJ (D- +D|t,)+d +d ;v.+l mip { D1, D 2

а.

(3)

где целое положительное число К| равно количеству первых эллипсометри- ческих периодов, укладывающихся во

Л;

.1 I di -du, .lj D j1

U1 .rDTT 3J

второй фазовой толщине

К

1 Г d -djj.,

i D; -D u Ui i

(4)

Квадратные скобки обозначают округ- вторых фазовых толщин d

ление до ближайшего целого положитель1 ного числа, I,- - подгоночный параметр 9 равный 0 или 1 и выбираемый из усло40

эллипсометрических пери полагая полученные резул та в порядке монотонног

ВИЯ

, в;

1

в. величину D -, равную

i jPjJP} j, J P,VDVf

(5)

называют вторым эллипсометрическим периодом с номером j„ Подгоночный параметр 1 :, равный 0 или 1, выбирают из условия выполнения неравенства

О idj :Dj Доказывают,что истинная толщина связана

с d и D уравнением d ГО + d (6)

j

,где М - целое положительное число или 0, т.е. достаточно показать, что определенные по формуле (1),(3)-(5) величины d и D.всегда удовлетворяют уравнению (6) при целом значении М.

По определению первых фазовых толщин d и первых эллипсометрических периодов можно записать

d

KD

+ d

LD|;

-d Ю5,

d,

(7)

HI

где К и L - некоторые целые чис

Систему уравнений (7) удобно образовать к виду Н K(pl+Pj OLD + d + d ,„

2;

di d + LDTj

К

Подставив (З), (5), (8) и (9) в (6) и разрешив его относительно М, получают

М L +

1J

(Ю)

25

и L,

., « jj, по определению, то и М является целым.

3)

30

А так как 1 целые числа, Это и доказывает справедливость утверждения, что рассчитанные по форму-

35

4)

лам (3) и (5) величины й-, D - являются второй фазовой толщиной и вторым эллипсометрическим периодом. Аналогичные рассуждения можно привести и для любых других (V+1)-x эллипсометрических периодов и фазовых толщин.

Таким образом, из m измерений может быть рассчитано (т-1) значение

вторых фазовых толщин d

0

5

: И ВТОРЫХ 1

эллипсометрических периодов D-.Располагая полученные результаты расчета в порядке монотонного изменения

Л

D j с увеличением порядкового номера i j и вновь применяя к ним формулы (3)-(5), получают (т-2) значения третьих фазовых толщин d и третьих эллипсометрических периодов D . Заi-Ui jm-i.

тем вычисляют значения

так до расчета величин ,,,

Совпадение этих величин между собой свидетельствуют о том, что полученное числовое значение и является искомой фактической толщиной исследуемой пленки. В противном случае,

,m-i.

если dV i i количество измере шй надо увеличить, 1 Пример. Исследованы тонкие слои термической двуокиси кремния на кремниио

Результаты измерения показателей преломления и фазовых толщин, полученных на эллипсометре ЛЭМ-2 ( 632,8 нм) при различных углах падения, представлены в таблице.

Таким образом, практическое равенство фазовых толщин.d , d и d позволяет определить величину толщины пленки. Это значение толщины близко ю к величине 302 нм, определенной по известной методике со стравливанием части пленки и оценке ее толщины на НИИ-4 с последующим уточнением по эллипсометрическим измерениям. 15

Формула изобретения

Способ определения толщины пленки., заключающийся в том, что освещают 20 пленку монохроматическим поляризованным излучением, измеряют параметры поляризации отраженного излучения, по которым определяют толщину пленки, отличающийся тем, 25 что, с целью расширения диапазона измеряемых толщин, пленку освещают m раз, освещение проводят при различных значениях угла падения излучения, длин волн излучения и показателя пре- 30 ломления окружающей среды, по параметрам поляризации отраженного излучения выбирают первые эллипсометричес- кие периоды, для каждого случая освещения измеряют первые.эллипсометри- ,,

ческие периоды D; и определяют первые фазовые толщины d , определяют вторые и следующие фазовые голщииы d ии эллипсометрические периоды D по рекуррентным формулам

dT jlК Г D/ +D i« ) +d , +d /„ +

( + 1)e -эллипсометрические периоды; - параметр, равный 0 или 1 и выбираемый из условия

1 НИ

J

D ,

V . ГЧ. г Г -гч чГ

I max DJ

т) 1(ш-1) , i 1,..., (m-v+1)

j 1,...,m- V индекс i относится к предыдуиему -J-му, a j - к последующему (v + D-му этапу определения.,

D

V-e D . - н,

периоды, монотонно изменяющиеся

i ji)

эллипсометрическке с

dL

,v+f d ; возрастанием номера i, d;, , а - V-e и (г)+1)-е фазовые толщины с номерами i, i+1 и j соответственно, а определение толщины ведут до тех

пор, dh,-.

пока значения фазовых толщин

и

«, « «7 станут равны друг другу и последующей величине m-й фазовой I толщины, которую принимают искомой толщиной пленки.

Изобретение относится к измерительной технике, к оптическим методам определения толщины покрытий и пленок. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых толщин посредством измерений параметров поляризации отраженного излучения при различных значениях углов падения, длин волн излучения и показателя преломления окружающей среды. Для этого пленку освещают несколько раз, освещение проводят при различных значениях угла падения излучения, длин волн излучения и показателя прешломления окружающей среды. В качестве параметров поляризации отраженного излучения выбирают первые эллипсометрические периоды. Для каждого случая освещения измеряют первые эллипсометрические периоды, определяют первые и последующие фазовые толщины и вторые и последующие эллипсометрические периоды. Определение толщины ведут до тех пор, пока значения фазовых толщин станут равны друг другу.