Способ измерения показателя преломления и дисперсии показателя преломления диэлектрических пленок Советский патент 1993 года по МПК G01N21/43 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения величины показателя преломления п диэлектрических пленок, в частности, окислов на полупроводниках, и может быть использовано в технологических процессах и научных исследования.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет устранения модельной погрешности при вычислениях.

На чертеже представлена схема измерений. На поверхность исследуемого образ- ЦЭ 1 подают электромагнитное излучение от истоника 2 излучения. Выделение монохроматической волны производится с помощью спектрального прибора 3. Отраженное образцом излучение регустрируется фотоприемником 4. Оптическая схема, состоящая из поляризатора 5, анализатора 6 и компенсатора 7 служит для измерения параметров эллипса поляризации А , Ч излучения, отраженного от образца. Установка позволяет вести измерения при плавно варьируемом угле падения излучения на образец,

Пример. Образецанодно окисленного арсенида галлия с толщиной окисла d 760±20 А устанавливается на предметный

00

о

ы

00

ю

00

столик эллипсометра, дополненного аргоновым лазером, излучающим на длинах волн 4765, 4880, 4965, 5017 и 5145 А. Спектральные линии лазера пространственно разделены с помощью дифракционной решетки.

Полагая п 1,8 ± 0,2, получим

Amm 4765 А/2-1.,8 645 А, Ашах 5145 А/2(1,82-1) 826 А.

Лазерное излучение с длиной волны А 5145 А поворотом дифракционной решетки направляется в эллипсометр. Устн а вливается угол падения излучения , близкий к скользящему (р 90°). С помощью оптической системы: поляризатора, анализатора (призмы Плана), компенсатора Сенармона и фото-, приемника регистрируются параметры отраженного излучения Д.Ч. Уменьшают угол падения р v вновь регистрируют эллип- сометрические параметры A ,W. Процесс изменения угла падения с регистрацией эл- липсометрических параметров прекращают по получении Д 0° ( А 180°). Указанные значения фазового параметра Дсоотвест- вуютвыполнению условия

.d m-А/4-(n2 - sinV) /где m - любое целое число. Регистрируют величину угла .р, соответствующую данной точке. Аналогичную процедуру проделывают на остальных спектральных линиях лазера. Полученный набор значений fn подставляют в систему уравнений, из которой вычисляют значения щ (таблица).

Величина дисперсии показателя преломления, также вычисляемая из системы уравнений, равна dn/d ,158-10 4 .

Возможность определения показателя преломления диэлектрической пленки без предварительного измерения параметров

нижележащих слоев определяет преимущества способа при исследовании пленок на малоизученных веществах. Способ отличается простотой матемаческой обработки ре- зультатов. При вычислении по приведенной формуле определяется также дисперсия показателя преломления.

Формула изобретения Способ измерения показателя преломления и дисперсии показателя преломления диэлектрических пленок, включающий облучение поверхности пленки монохроматическим излучением длинами волн AI поочередно, измерение разности фаз Л поляризованных компонентов отраженного пленкой излучения для каждой длины волны AJ и при различных углах падения излучения, отл и- чающийся тем, что, с целью повышения точности измерений длины волн излучения выбирают из диапазона Ят А| Ап.

где Am/4 -n d и Ап/4 -(п2 - 1)1/2 d , п - ориентировочное значение показателя преломления исследуемой пленки; d - толщина пленки; на каждой длине волны AI изменяют угол падения и регистрируют угол де, при котором или Д180° при i не менее 3, а показатель преломления ni на 1-й длине волнь и дисперсия показателя преломления dn/d Аопределяются из системы 1-1 уравнений:

35

A|-(n -sin2)

2,- 1/2

At + i

(rri+i -sinVi+i)1/2

где

40

dn

nr+1 ()-(Ai + i -АО/П.).

Облучают поверхность пленки электромагнитным излучением с несколькими длинами волн А), измеряют параметры эллипса поляризации Ч и А отраженного пленкой излучения для каждой А и различных углов падения излучения. При этом длины волн используемого излучения выбираются из условия Am/4-n d An/4-(n2 - 1)1/2, где A™ , Ал - соответственно минимальная и максимальная длина волны рабочего спектрального диапазона; п - приближенное значение показателя преломления исследуемой пленки; d -толщина пленки, На каждой AI осуществляется поиск и регистрация угла р, при котором или при I не менее 3. Указанные значения фазового параметра А соответствуют выполнению условия d m -А/4 -(n2 - s i rfy) , где m - любое целое число, и тогда показатель преломления п на i-й длине волны определяется решением, системы i-1 уравнений А)(пг - sin2) 1 2 (А2 + 1 - sin29 i + 1) ,где 1 + dn /dA(Ai+1 - Ai)/ni )1 ил., 1 табл.