Способ определения толщины пленки Советский патент 1992 года по МПК G01B11/06 

Изобретение относится к области интерференционной микроскопии и может быть использовано для контроля толщины тонких металлических пленок, в частности используемых в изделиях микроэлектроники.

Известен способ измерения толщины пленок, в котором с помощью микроинтерферометра МЙИ-4 в поле зрения окуляра наблюдают две системы интерференционных полос, измеряют расстояние между соседними поло сами и между соответствующими полосами из систем интерференционных полос и рассчитывают толщину пленок.

Однако с помощью этого способа возможно измерять толщину лишь прозрачных пленок в диапазоне 0,3-50 мкм.

Известен также способ определения толщины ферритовых пленок путем определения отражательной способности и изменения фазы при отражении с последующим расчетом, основанным на использовании теории слоистых сред, содержащих поглощающие элементы.

Однако описанный способ не позволяет измерять толщину тонких пленок и не применим для измерений металлических пленок.

Известен также способ измерения геометрических параметров поверхности в интерференционном профилографе бело/о света, заключающийся в построчном сканировании интерференционного поля, преобразовании интерференционной картины в фотоэлектрический сигнал, выделении в каждом периоде преобразования пика сигнала, связанного с ахроматической полосой, формировании сигнала расстройки, пропорционального разности длительнох4

ГО

сти, изменении разности хода интерферирующих лучей в сторону уменьшения сигнала расстройки и регистрации вносимой разности хода. С помощью этого способа геометрические параметры контролируемой поверхности определяют, анализируя результаты вычислений, полученных после сканирования всех строк интерференционного поля.

Однако описанный способ сложен в реализации и не позволяет измерять толщину металлических пленок на диэлектрическом основании с высокой точностью,

Наиболее близким является способ автоматического измерения толщины тонких непрозрачных пленок, основанный на измерении изгиба интерференционных полос на границе пленка - подложка. С помощью блока электронной обработки производится преобразование интерференционной картины в фотоэлектрический сигнал, опознание и точное определение временного положения центра ахроматической полосы в различных сечениях интерференционного поля и измерение изгиба ахроматической полосы на границе пленка - подложка. Ди- апазь измеряемых толщин с помощью этого способа заключен в интервале 0,003-3 мкм, погрешность измерения составляет ±0,003 мкм.

Однако описанный способ не позволяет с высокой точностью проводить измерения толщин металлических пленок, нанесенных на диэлектрическое основание из-за отсутствия учета влияния параметров металлической пленки на результаты измерений.

Цель изобретения - повышение точности определения толщины металлической пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения толщины пленки, заключающемуся в том, что освещают исследуемую поверхность пучком излучения, формируют интерференционную картину, измеряют величину Д X изгиба интерференционных полос на границе пленки и расстояние Р между соседними интерференционными полосами и по полученным данным рассчитывают толщину, пленки, после измерения изгиба и частоты интерференционных полос перемещают исследуемую поверхность в направлении падения на нее пучка излучения, фиксируют направление перемещения системы интерференционных полос и определяют направление их изгиба относительно системы интерференционных полос в области диэлектрической подложки, непокрытой металлической пленкой, а расчет толщины h пленки осуществляют по формуле

h АЬЧ ЛгпГ„124 Г23еХР(21 4. Г-1У & Д h + П2г23ехр(2Й+(- 1) Т 2

где /3 2тгпЬ /А ;

0

П2

1

п

1 +п

n -f п

Я-длина волны излучения; п - комплексный показатель преломления металлической пленки;

п - показатель преломления подложки;

5 при совпадении направления перемещения и изгиба системы полос относительно системы полос в области диэлектрической подложки при несовпадении направления перемещения и изгиQ ба системы полос.

На чертеже представлено устройство, реализующее способ определения толщины металлической пленки, нанесенной на диэлектрическое основание.

дУстройство содержит источник 1 немонохроматического излучения, делитель 2 пучка, объектив 3 микроскопа, окуляр 4, эталонное зеркало 5, диэлектрическое основание 6, металлическую пленку 7.

Q Излучение от немонохроматического источника 1 разделяют делителем пучка 2 на два, один из которых через объектив 3 направляют на исследуемую поверхность, состоящую из диэлектрического основания 6

с и металлической пленки 7, второй - на эталонное зеркало 5, отраженный пучок от эта- лонного зеркала 5, увеличенное изображение исследуемой поверхности и визирную линию окуляра совмещают в поле

п зрения окуляра 4.

Способ осуществляется следующим образом.

Изменяют расстояние между объективом 3 и исследуемой поверхностью до пол учения в центре поля зрения окуляра 4 системы интерференционных полос, поворачивают исследуемую поверхность в плоскости, перпендикулярной падающему пучку, до тех пор пока граница металличеg ской пленки не окажется перпендикулярной системе интерференционных полос, визирную линию располагают параллельно системе интерференционных полос, измеряют величину смещения интерференционных

е полос на границе металлической пленки АX и расстояние между соседними интерфе- ренционными полосами Р, перемещают исследуемую поверхность в направлении падения на нее пучка, определяют направление перемещения системы интерференционных полос относительно визирной линии, совмещают визирную линию с одной полосой из системы интерференционных полос, расположенной в области непокрытого металлической пленкой диэлектрического основания, определяют направление изгиба соответствующей полосы из системы полос, расположенной в области металлической пленки, в случае совпадения направления изгиба интерференционной полосы с первоначально фиксированным направлением перемещения задают , в случае противоположного направления изгиба .

Искомое значение толщины металлической пленки определяют из уравнения

. Л. ( М2 + Г23 exp(2i/3) , т.ДХч.А h - Abs (arg 1 + ri;g3exp(2l//)+ (-1) Т-)

где Р 2 п п h/A;

1 -п

П2

Г23

1 +П

п - п

1

п 4-п1

h - толщина металлической пленки;

А - длина волны;

п - комплексный показатель преломления металлической пленки;

п - показатель преломления подложки.

Формула изобретения

Способ определения толщины пленки, заключающийся в том, что освещают исследуемую поверхность пучком излучения., формируют интерференционную картину, измеряют величинулХ изгиба интерференционных полос на границе пленки и рассто0

5

0

яние Р между соседними интерференционными полосами и по полученным данным рассчитывают толщину пленки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения толщины металлической пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку, после измерения изгиба и частоты интерференционных полос перемещают исследуемую поверхность в направлении падения на неё яумка излучения, фиксируют направление перемещения системы интерференционных полос и определяют направление их изгиба относительно системы интерференционных полос в области диэлектрической подложки, непокрытой металлической пленкой, а расчет толщины h пленки осуществляют по формуле

. „, ( г12 + г23 ехр(2|Я) , / т h Abs (зго-н i ., - -rJtm г (- I) -гг) v уТ-ГГ12г23ехр(2р) v Г

где /9 2лгпЬ/А:

1 -п

П2

1 4-п

п

Г23 -

П

П + П

А - длина волны излучения;

п - комплексный показатель преломления металлической пленки;

п - показатель преломления подложки;

при совпадении направления перемещения и изгиба системы полос относи- тельно системы полос в области диэлектрической подложки; при несовпадении направления перемещения и изгиба системы полос

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для контроля толщины тонких металлических пленок. Целью изобретения является повышение точности определения толщины металлической пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку. Освещают контролируемую поверхность пучком излучения. Формируют интерференционную картину и определяют по ней величину изгиба полос на границе пленки и расстояние между полосами. После этого перемещают поверхность в направлении падения на нее пучка излучения, фиксируют направление перемещения интерференционных полос и определяют направление их изгиба относительно системы интерференционных полос в области диэлектрической подложки, непокрытой металлической пленкой и по полученным данным рассчитывают толщину пленки. 1 ил. сл С

«-3