Устройство для измерения толщины полупроводниковых пленок Советский патент 1982 года по МПК G01B21/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНОК

Изобретение относится к измерительной технике, а Именно к устройствам для контроля толщины полупроБодНиковых пленок методом интерференции инфракрасного излучения в условиях промышленного производства.

Известно .устройство для измерения тол1щны тонких пленок, состоящее из спектрофотометра, имеющего линейную по волновым числам развертку спектра во времени, детектора максимумов, генерирующего импульсы в моменты прохождения максимумов, интерференци ал ьной карти ны, блока управления, счетчика интерва.лов, измерителя временных интервалов, регистра,блока деления и регистрирующего прибора С1.

Недостатком устройства является малая точность при измерении в инфракрасной части-спектра, а также, в частности, в дискретности срабатывания детектора максимумов/ регистрирующего только прохождения максимумов, интерференциальной картины, за счет чего теряется часть информации.

Наиболее близким к.изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения толщины полупроВодниковых пленок, содержащее инфра, красный монохроматор, блок сканирова-. ния, приемник лучистой энергии и регистратор, выполненный в виде осциллографа 2.

Недостатками устройства являются малая производительность и невысокая точность измерений за счет визуального совмещения меток на экране осциллографа с экстремумами интерференциальной картины, а также за счет отсчета с помощью механического счетчика.

Цель изобретения - повышение точности и производительности измерения толщины полупроводниковых пленок.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее инфракрасный монохроматор, блок скани ования, приемник лучистой энергии и регистратор, снабжено блоком вычисления толщины, а регистратор выполнен в виде соединенных последовательно блока кодирования волновых чисел, преобразователя аналог - кед и блока выделения экстремумов, выход которого соединен с блоком вычисления толщины, блок сканирования соединен с инфракрасным монохроматором на выходе которого установлен приемник лучистой энергии, вход последнего соединен со вторым входом преобразователя аналог - код, а второй выход блока сканирования соединен с входом блока кодирования волновых чисел.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - структурная схема блока выделения экстремумов.

Устройство состоит из инфракрасного монохроматора 1, лучистая энергия которого направляется на приставку 2 с размещенной на ней измеряемой пленкой, блока 3 скаЕШровани На выход монохроматора 1 установлен приемник 4 лучистой энергии, выход которого соединен с входом преобразователя 5 аналог - код. Управляющий вход преобразователя 5 аналог код соединен с выходом блока 6 кодирования волновых чисел, который соединен с блоком 3 сканирования и служит для привязки к частоте излучения при сканировании по спектру. Выход преобразователя 5 аналог код соединен входом блока 7 выделения экстремумов, выход которого соединен с блоком 8 вычисления толщины.

Блок 7 вьщеления экстремумов состоит из регистра 9 сдвига, сумматоров 10 и 11 и вычитающего блока 12. Выходы первой половины разрядов регистра 9 сдвига соединены с сумматором 10, выходы второй половины разрядов регистра 9 сдвига - с сумматором Но Выходы сумматоров 10 и 11 соединены с вычитающим блоком 12

Устройство работает следующим образом.

При сканировании спектра излучения с помощью блока 3 сканирования, приводящего в движение диспергирующий элемент монохроматора 1, излучение, отраженно.е от измеряемой пленки, помещенной на .приставку 2, модулируется по интенсивности в соответствии с условиями интерференции излучения в тонких пленках. Модулированное излучение поступает в приемник 4 лучистой энергии, где преобразуется в электрический сигнал интерференции. Сигнал интерференции поступает на РХОД преобразователя 5 аналог - код. Преобразователь 5 аналог код управляется импульсами с выхода блока 6 кодирования волновых чисел, который при работе блока 3 сканирования вырабатывает импульсь{ через равные интервалы вол новых чисел. С выхода преобразователя 5 аналог - код выборки интерферограммы в виде дискретного кода, привязанного к волновым числам, поступают в блок 7 выделения экстремумов интерферограммы. С целью по- вышения точности обнаружения экстремумов икаженных шумами интерферограмм блок обнаружения экстремумов содержит регистр 9 сдвига, в .

который последовательно в такт с

импульсами блока 6 кодирования волновых чисел записываются выборки интерферограммы с выхода преобразователя 5 аналог - код. Регистр 9 сдвига содержит отводы с каждого разряда. ..Отводы с первой половины разряда соединены с первым сумматором 10, отводы со второй половины разрядов с вторым cyMf-iaTopOM 11. В сумматорах

5 10 и 11 при каждом импульсе блока б кодирования вол {овых чисел вырабатьтваются суммы, пропорциональные площадям под кривой интерферограммы. С выходов сумматоров 10 и 11 напряQ жения, пропорциональные указанным суммам, поступают на входы вычитающего блока 12, где регистрируется знак разности сумм и вырабатывается напряжение, полярность которого соответствует знаку разности сумм, а длительность - расстоянию между экстремумами. Изменение знака напряжения на выходе блока 12 происходит при продвижении по регистру 9 сдвига последовательности кодов, соответствующих экстремуму интерферограммы, причем в момент изменения знака выборка, соответствующая экстремуму , находится в среднем разряде регистра 9 сдвига.

5 Напряжение с выхода вычитающего блока 12 поступает в блок 8 вычисления толщины. Толщина вычисляется по известной зависимости толщины пленки от расстояния между зкстре0 мумами интерферограммы

. aV

где К - масштабный множитель, зависящий от выбора единиц измерения и от 5 характеристик пленки и приставки отражения: .

Дл) - расстояние меяэду экстремумами интерферограммы.

Таким образом, с помощью автоQ матизации процесса измерения и применения блока кодирования волновых чисел повышается точность и производительность определения толщины пленок.

При времени однократного измерения 2 с, погрешность не более t2% при доверительной вероятности 0,95. Таким образом, устройство позволяет автоматизировать процесс измерения толщины полупроводниковых пленок при 0 одновременном повышении производительности в 20 раз и точности измерения, в 3-5 раз.

Формула изобретения Устройство для измерения толщины полупроводниковых пленок, содержащее инфракрасный монохроматор, блок сканирования, приемник лучистой энергии и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности измерений, оно снабжено блоком вычисле шя толщины, а регистратор выполнен в виде соединенных последовательно блока кодирования волновых чисел, преобразователя аналог код и блока выделения экстремумов, выход которого соединен с блоком вычисления толщины, блок сканирования соединен с инфракрасным монохроматором, на выходе которого установлен приемник лучистой энергии,. вход последнего соединен с вторым входом преобразователя аналог - код, а второй выход блока сканирования соединен с входом блока сканирования волновых чисел.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Патент США № 3601492, кл. 356/108, 1971.(прототип).