Способ измерения толщины тонких пленок, нанесенных на подложку Советский патент 1991 года по МПК G01B11/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины полупроводниковых и диэлектрических пленок, нанесенных на подложки.

Цель изобретения - повышение точности измерений толщин тонких полупроводниковых и диэлектрических пленок за счет исключения регистрации отраженного света.

Суть изобретения заключается в том, что после прохождения света сквозь тонкую пленку происходит его поглощение непрозрачной подложкой, что приводит к возникновению фотоакустического (ФА) эффекта в системе пленка-подложка. Излучение с модулированной интенсивностью, поглощаясь а подложке, превращается в тепло. В результате образуются тепловые волны, которые могут быть зафиксированы различным

образом, в частности, по звуку, возникающему вследствие теплового расширения.

На чертеже представлена схема интерференционного спектра фотоакустического сигнала.

При прохождения света сквозь плоскопараллельные слои полупроводника, толщина которых соизмерима с длиной волны света, возникают интерференционные полосы.

Математически для нормального падения зависимость прозрачности от длины волны, показателя преломления и толщины выражается формулой

О - R)2 ,

1 -2Rl2COS(5

где д -j- nd; п - 1t

(1)

О vj

О CJ 00 СЛ

Из формулы (1) следует, что в спектрах прозрачности при длинах волн 4nd

ч

/max -

m

m 2, 4, 6... (2)

наблюдаются максимумы, волн

4nd

Amln -

m

m

наблюдаются минимумы.

Если показатель преломления п(Я) зависит от длины волны, то из интерференционных полос нельзя определить толщину пленки, однако, часто можно считать п(А ) const, тогда на основании длин волн А™ и Am - 1 , соответствующих соседним экстремумам в спектре прозрачности, может быть определено произведение nd из равенства 4nd m Am (m - 1 )Јn - 1, откуда

. 1 AmAm - 1 4n (Am -1 -Am)

Способ осуществляют следующим образом. На тонкую стеклянную подложку размерами КЮ.б Ю мм с одной стороны в качестве непрочного слоя наносят тонкую алюминиевую пленку, поверх которой напыляют исследуемую пленку полупроводника АЗаЗз. Затем контролируемую пленку на подложке приклеивают к кварцевому резонатору консольно закрепленного пье- зоэлемента. воздействуют нормальным к ее поверхности модулированным по интенсивности монохроматическим светом с частотой прерывания излучения, определяемой резонансной частотой механической системы образец-резонатор-пьезоэлемент, регистрируют фотоакустический сигнал пьезоэлементом в диапазоне длин волн, соответствующих области прозрачности пленки. Сигнал измеряют селективным микровольтметром В6-9. Строят зависимость величины фотоакустического сигнала от длины волны падающего света, наблюдают интерференционную картину, фиксируют значения длин волн, соответствующие двум

соседним экстремумам, после чего определяют толщину d пленки по формуле

d -;

AmAm - 1

4n(Am - 1 - Am)

где п - показатель преломления,

Am - 1.Ат значения длин волн, соответствующие двум соседним экстремумам интерференционной картины,

Поскольку рассеянный свет вовсе не регистрируется, а в качестве детектора излучения используется подложка, то нет и необходимости в юстировке детектора относительно отраженного пучка, что исключает погрешность в результатах измерений.

Формула изобретения

Способ измерения толщины тонких пленок, нанесенных на подложку, заключающийся в том, что облучают пленку монохроматическим светом, изменяют длину волны света и фиксируют значения длин волн, соответствующих двум соседним экстремумам освещенности в интерференционной картине, и рассчитывают толщину пленки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения толщин полупроводниковых и диэлектрических

пленок, пленку облучают светом , модулированным по интенсивности, фиксацию значений длин волн, соответствующих двум соседним экстремумам освещенности, производят по интерференционной картине в

спектре фотоакустического сигнала, а толщину d пленки рассчитывают по формуле

d

AmAm

4n(Am - 1 -Am)

где п - показатель преломления пленки;

Am иАт - 1 зафиксированные значения длин волн, соответствующих соседним экстремумам интерференционной картины в фотоакустическом спектре.

Мо.с.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения толщины полупроводниковых и диэлектрических пленок. Цель - повышение точности измерения толщин пленок за счет исключения регистрации рассеянного света. На пленку с подложкой воздействуют светом, модулированным по интенсивности, наблюдают интерференционную картину в спектре фотоакустического сигнала, образующуюся при поглощении подложкой света, прошедшего через пленку, а толщину пленки D рассчитывают по формуле D = λ_Mλ_M-1/4N(λ_M-1 - λ_M), где N - показатель преломления пленки

λ_M-1, λ_M - зафиксированные значения длин волн, соответствующие соседним экстремумам в фотоакустическом спектре. 1 ил.

m+f

i/л

А/п-1

А.нм