Способ определения глубины микрорельефа на поверхности твердых тел Советский патент 1993 года по МПК G01N23/20 

ё

Сущность изобретения: измеряют интенсивность рентгеновского излучения, рассеянного поверхностью кристалла на многокристальном дифрактометре в режиме углового сканирования в -20. Строят зависимость I в2 от в . Глубину рельефа вычисляют по формуле: t А/2 в0 cos OB . где А-длина волны рентгеновского излучения; в0- период зависимости I 02от#, 0 в точный брэгговский угол, 0- угловое отклонение от точного брэг- говского положения. 2 пр. 2 ил.

Изобретение относится к области исследования поверхности твердых тел, в частности, к методам контроля параметров рельефа на поверхности кристаллов. В микроэлектронике оно является наиболее акту- альным при разработке и создании вертикально-интегрированных конструкций, позволяющих значительно повысить плотность упаковки элементов по сравнению с обычными пленарными структурами и реализовать интегральные схемы (ИС) нового поколения. В кристаллооптике микрорельефы используют при создании эффективных высокоразрешающих дифкра- ционных элементов для фокусировки и перекачки изображения в диапазоне длин волн жесткого рентгеновского излучения, конструктивными особенностями которых являются трехмерные кристаллические

структуры с микронными и субмикронными размерами элементов.

Известен способ определения глубины микрорельефа на поверхности кристалла, включающий определение амплитуды колебаний иглы профилометра при сканировании ею перпендикулярно направлению сторон элементов рельефа .

Недостатком известного способа является невозможность измерения глубины рельефа, закрытого маскирующими покрытиями, а также микрорельефа, в случае которого отношение ширины его канавок к глубине не позволяет игле профилометра доставать до дна канавок.

Известен также способ определения глубины микрорельефа на поверхности кристалла методом лазерной интерферометрии , включающий измерение

00

g

о

СА

СО

интенсивности (J) дифрагированного электромагнитного излучения в зависимости от угла падения на структуру.

Однако известный способ не позволяет измерять глубину микрорельефа с шириной канавок меньше длины волны видимого света и не может быть применен для измерения глубины рельефа, закрытого маскирующими покрытиями, например, ок- сидной пленкой, фоторезистом, металличе- ской пленкой и т.п. Кроме того, этот способ позволяет измерять минимальную глубину рельефа порядка 0,1 мкм, что также является его существенным недостатком.

Целью изобретения является расшире- ние диапазоне исследуемых структур.

На фиг.1 приведена схема трехкри- стальной рентгеновской дифрактометрии; на фиг.2 - экспериментальная зависимость

J в2 (в) в случае структуры, описанной в примере 1; на фиг.З - экспериментальная

зависимость J в2 (в) в случае структуры, описанной в примере 2.

Пример1.В качестве объекта иссле- дований была взята подложка кремния КДБ- 10, ориентации 111 с заранее созданной структурой ячеек памяти для ИС. Период структуры а 3,82 мкм, ширина щелей рельефа d 0,28 мкм, глубина рельефа t 0,67 мкм. На гониометре ТРС-004 с рентгеновской трубкой БСВ-21 с медным анодом (длина волны А 0,154 нм) осуществляли угловое сканирование в - 2 в в диапазоне #40-300 Регистрацию интенсивности диф- рагированного излучения вели с помощью детектора БДС-6-05 и радиометра БР-1 (см. фиг.2).. Запись интенсивности J велась вав- тематическом режиме при отклонении образца на угол 0 и кристалла-анализатора на угол 2 в. После измерения интенсивности автоматически проводится умножение J на квадрат угла в и построение зависимости J в2 (в) и измерение величины 90. По формуле t Я/200со8#в определяют t 0,656 мкм. По способу-прототипу измерять глубину рельефа не удалось.

Пример2.В качестве объекта исследований была взята подложка кремния КЭФ-5 ориентации 111 с заранее созданным периодическим рельефом, с оставшейся после травления алюминиевой маской на рельефа d 4,5 мкм, глубина

рельефа t 0,05 мкм. На гониометре ТРС

004 с рентгеновской трубкой БСВ-21 с медным анодом (длина волны Я 0,154 нм) осуществлялось угловое сканирование в - 2 в в диапазоне 020-720 Регистрацию интенсивности дифрагированного излучения вели с помощью детектора БДС-6-05 и радиометра БР-1 (см. фиг.З). Запись интенсивности J велась в автоматическом режиме при отклонении образца на угол в и кристалла- анализатора на угол 2 в. После измерения интенсивности автоматически проводится умножение J на квадрат угла в построение

зависимости J в2 (в) и измерение величины 00 . По формуле t Я/2 #cos в определяют t 0,053 мкм. По способу-прототипу измеренная глубина рельефа t 0,16 мкм. Однако этот результат является неверным, так как в эту величину входит и толщина пленки алюминия.

Использование предлагаемого способа измерения глубины рельефа поверхности твердых тел позволяет измерять глубину микрорельефа до 0,01 мкм, в то время, как по способу-прототипу можно измерять глубину рельефа не ниже 0,1 мкм, т.е. на порядок хуже. Достоинством предлагаемого способа является также возможность его использования при измерении глубины микрорельефа с характерными размерами меньше длины волны видимого света и рельефа, закрытого маскирующими покрытиями.

Формула изобретения Способ определения глубины микрорельефа на поверхности твердых тел, включающий измерение интенсивности J дифрагированного электромагнитного излучения в зависимости от угла падения излучения на поверхность, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых структур, в качестве электромагнитного излучения используют монохро- матизированный и коллимированный рентгеновский пучок, измерение интенсивности проводят на рентгеновском дифрак- тометре в режиме углового сканирования

строят зависимость I в2 от 0 , а глубину t рельефа определяют по формуле t Я/2 00 cos в в, где Я- длина волны рентгеновского излучения, 00- период зависимости I в2 от в, ве,-угловое отклонений от точного брэгговского угла.

фиг. /

а)

Ь 1 -00

-)

0.50

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250..ОО 350.00

Theta (arc.sec.) фи г. 2

0.00

ТIIiГТIIГ III

0.00200.00 400.00

Theto (arc.sec.)

еоо .оо

Фиг. З