Интерференционный способ измерения толщины полупроводниковых слоев Советский патент 1992 года по МПК G01B11/06 

тем сканирования монохроматором по длинам волн получают спектральное распределение интенсивности отраженного слоем (или прошедшего через него) пучка и по спектральному расстоянию между экстремумами полученной зависимости определяют толщину слоя.

Однако данный способ характеризуется недостаточной для производственных условий скоростью измерений. Монохроматор выделяет из всего спектра источника излучения лишь малую часть потока излучения, имеющую заданную длину волны, из-за этого интенсивность регистрируемого излучения уменьшается, и для получения достаточно информативного на фоне шумов сигнала приходится снижать скорость сканирования.

Так,1 в спектрофотометре ИКС-29 время прохода по всему спектру составляет от единиц до десятков минут. Это приводит к большой длительности процесса измерений и делает способ неприменимым при массовом контроле полупроводниковых слоев в производственных условиях.

Цель изобретения - повышение производительности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что на измеряемый слой направляют монохроматическое излучение, а затем регистрируют отраженное от слоя (или прошедшее через него) излучение и путем измерения угла падения излучения на измеряемый слой получают угловую зависимость интенсивности отраженного слоем (или прошедшего через него) излучения, а по угловому расстоянию между экстремумами полученной зависимости определяют толщину слоя.

Согласно общей теории интерференции коэффициент отражения излучения Q является функцией угла падения (при заданном значении толщины отражающего слоя). При изменении толщины слоя картина углового распределения интенсивности отраженного излучения изменяется.

На фиг. t-и 2 сопоставлены картины угловой зависимости отраженного излучения (Q - f (р), где Q - коэффициент отражения; р- угол падения луча на образец) для двух значений толщины слоя кремния: d 5 мкм и d - 15 мкм.

Проведенные расчеты для целого ряда толщины кремния в описанной системе по- зволют выделить следующую закономерность. Для всех толщин слоя кремния на всех угловых зависимостях интенсивности отраженного сигнала имеется минимум, очень близкий к углу, равному 30°. Разность Д0 между этим углом и углом следующего

за этим минимумом следующим максимумом интенсивности, как следует из данных, подчиняется закономерности, которая изображена в виде функции Д f(d) на фиг.

3.

Таким образом, если определить угловую зависимость коэффициента отражения (Q), падающего на образец излучения для искомой толщины слоя пленки кремния (или

другого прозрачного материала для выбранной длины волны), то из этой угловой зависимости определяют разность углов Д и по графику Ар f(d), изображенному на фиг, 3, находят толщинупленки d.

Измерение угловой зависимости коэффициента отражения можно производить намного быстрее, чем сканирование по длине волны по известному способу, так как в отличие от известного можно использовать

монохроматический неперестраиваемый источник излучения, который имеет большую интенсивность луча. Тем самым, для получения равного отношения сигнал-шум в предлагаемом способе требуется меньше

времени измерения, чем в известном.

Способ реализуется устройством, изображенным на фиг. 4.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения (лззер), блок 2,

предназначенный для направления луча в исследуемую точку образца 3 и изменения угла падения луча (например, пантограф с подвижными зеркалами), а также для направления отраженного луча 4 на фотоприемник 5, и блок 6 регистрации.

Устройство,реализующее предлагаемый способ,работзет следующим образом. От источника 1 излучение через блок 2 поступает на образец 3, толщину слоя которого необходимо измерить. Отраженный от образца 3 луч 4 попадает (через блок 2) на фотоприемник 5, от которого поступает сигнал на блок 6 регистрации.

С помощью предлагаемого устройства,

изменяя угол падения луча, снимают угловую зависимость величины сигнала фото- приемника 5 от угла падения луча, определяют угловое расстояние между экстремумами полученной зависимости и по

нему с помощью заранее построенной калибровочной кривой определяют толщину слоя.

Формула изобретения

1. Интерференционный способ измерения толщины полупроводниковых слоев, заключающийся в том, что направляют на слой излучение, регистрируют интенсивность отраженного излучения, определяют положение его экстремумов и по расстоянию между

ними судят о толщине полупроводникового слоя, отличающийсй тем, что, с целью повышения производительности измерений, на слой направляют под разными углами монохроматическое излучение, регистрацию излучения производят для разных углов падения излучения в выбранной точке поверхности слоя, перед проведением измерений строят калибровочную зависимость интенсивности регистрируемого

0

излучения от угла, определяют угловые положения экстремумов, а о толщине Слоя судят по угловому расстоянию между ними.

2. Способ поп 1,отличающийся тем, что о толщине слоя судят по угловому расстоянию между минимумом интенсивности регистрируемого излучения, расположенным вблизи угла 30°, и ближайшим к нему максимумом.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения толщины полупроводниковых слоев (прозрачных пленок) в электронной промышленности (в частности, для измерения толщины мембран в тензодатчиках). Кроме того, изобретение может быть использовано в приборостроении и машиностроении: Целью изобретения является повышение производительности измерений.На измеряемый слой направляют монохроматическое излучение, регистрируют отраженное излучение. Изменяют угол падения излучения и получают угловую зависимость интенсивности отраженного излучателя Толщину слоя определяют по угловому расстоянию между экстремумами полученной зависимости. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. ного света при его отражении от исследуемого объекта. Поэллипсометрическим параметрам - углам А и ty - судят о толщине измеряемой пленки. Известен также способ измерения толщины полупроводниковых слоев, основанный на явлении интерференции, заключающийся в том. что на измеряемый слой направляют излучение с широким спектром длин волн оптического диапазона; отраженное слоем (или прошедшее через него) излучение пропускают через монохро- матор, регистрируют его интенсивность, пу2 v| 00 VI VI

d 5 fiKn

О

Фиг.1

flm. ед

0.9 0,8 0,7 0.6

0,5 0,4 0,3 0,24

0,1

At9

w

20

tsA

Q

25 фиг J

d 15 nun

T-r -r -T-t-r-r-, , , ,

30 W 50

fQ Tt

Фиг. 2

50

с/, мм

Фиг.