Способ измерения толщины пленок на подложках

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к измерению толщины пленок на подложках. Цель изобретения - измерение толщины пленок из непрозрачного материала путем использования зллипсометрического метода контроля. Сформированную из структуры пленка - подложка тестовую ячейку в виде трех участков, последовательно расположенных на поверхности подложки, один из которых представляет подложку с пленкой, другой - чистую подложку, третий - периодически чередующиеся в плоскости подложки элементы подложки с пленкой с заданными размерами каждого участка вдоль плоскости падения излучения и перпендикулярно ей и одним размером чередующихся элемент ов не больше десятков микрон, освещают последовательно монохроматическим излучением , измеряют эллипсометрические параметры излучения, отраженного от каждого участка, и определяют толщину пленки. 2 ил. (Л ю tc ОГ) о 4 ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„. SUÄÄ 1226042 (5l) 4 С О1 В 11/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ с...

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3781192/24-28 (22) 18.08.84 (46) 23.04.86. Бюл. № 15 (72) Э.С.Лонский, Л.В.Волкова и И.А.Михалычева (53) 531.717.1 (088.8) (56) Скоков И.В. Многолучевые интерферометры. — N.: Машиностроение, 1969, с.230.

Микроэлектроника, 12, вып,1, 1983, с.70-75.

Основы,эллипсометрии / Под ред.

А.В.Ржанова. — Новосибирск: Наука, 1979, с. 331.

* (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНОК

НА ПОДЛОЖКАХ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к измерению толщины пленок на подложках.

Цель изобретения — измеренне толщины пленок из непрозрачного материала путем использования эллипсометрического метода контроля. Сформированную из структуры пленка — подложка тестовую ячейку в виде трех участков, последовательно расположенных на поверхности подложки, один из которых представляет подложку с пленкой, другой — чистую подложку, третий— периодически чередующиеся в плоскости подложки элементы подложки с пленкой с заданными размерами каждого участка вдоль плоскости падения излучения и перпендикулярно ей и одним размером чередующихся элемен1 ов не больше десятков микрон, освещают пос- у

«D ледовательно монохроматическим излучением, измеряют эллипсометрические параметры излучения, отраненного от каждого участка, и определяют толщину пленки. 2 ил.

1 1226

Изобретение относится к контроль— но-измерительной технике и может быть использовано для измерения толщины непрозрачных пленок на подложках из другого материала в различных отраслях промышленности, в том

5 числе широкое применение способ может найти в микроэлектронике.

Цель изобретения — измерение толщины пленок иэ непрозрачного материа- .

10 ла путем использования эллипсометрического метода контроля.

На фиг.1 изображена тестовая структура; на фиг.2 — то же, поперечный разрез.

Способ осуществляется следующим образом.

Формируют из системы пленка — подложка, тестовую ячейку в виде последовательно расположенных на поверх20 ности подложки участка из исходной подложки с пленкой, участка из подложки и участка из.периодически чередующихся в плоскости подложки элементов подложки и нанесенными на нее элементами пленки. Размеры каждого из участков А, В и С вдоль плоскости падения излучения (Х) и перпендикулярно ей (У) должны быть больше диаметра пучка излучения, чтобы удовлетворять условию X>D/cosg и ">D, где D — диа30 метр используемого при измерениях пучка излучения; — угол падения излучения на плоскость тестовой ячейки, что означает, что пучок излуче— ния не должен выходить за пределы измеряемого в данный момент участка тестовой ячейки. Структура элементов участка А должна быть такой, чтобы хотя бы один размер элементов этого участка не был больше десятков мик- 40 рон, от.е.удовлетворял условию а аа

9 (< L — cos V, где 6 — угол (в радианах) расходимости используемого пучка излучения; L — расстояние от исследуемого участка до точки регистрации отраженного излучения в используемом приборе (эллипсометре) . Это условие способствует уверенному нахождению минимума отраженного от участка А света при нахождении эллипсометрических параметров за счет перемешивания излучения, отраженного от разных элементов участка А (RpH невыполнении этого условия свет, отраженный от элементов подложки и элементов пленки на подложке, не может быть погашен одновременно).

Освещают каждый из участков пучком моSg

+ — r Е

S 2P

tg1 Г

1Д, +- - е- °

-1

1З $2S

Где у1,Г 5 и Г r амплитудные коэффициенты отражения Френеля для

P- u S-компонент излучения соответственно для участков пленки на подложке и участков подложки;

Б1 и S — площади, занимаемые указанными участками на освещенной излучением части тестовой ячейки, 471й

d. -- -- — cosY

У

Коэффициенты отРажениЯ г р, Г„з, 1Р г, г з могут быть выражены через эллипсометрические параметры Ь,, Ч „ и 6,Ч излучения, отраженного от участков С и В тестовой ячейки, из системы уравнений: основного уравнения эллипсометрии для каждого из участков В и С

tg Ч„ К .= r, /r„(j=1,2), (2) выражений для коэффициентов френеля для отражения излучения на границах раздела воздух — подложка (j=2), воздух — материал пленки (j =1) Ncos Y — И cos „.

r.

Ncos J + N, cos9, N, cos 1" — Ncos Ч (4) I cos Ð + Ncos 9

J 4 закона Снеллиуса для отражения излучения на границе раздела воздух среда

N sing =И„з п „, (5) где N и И„()=1,2) — комплексные коэффициенты преломления для воздуха (М=,), материалов подложки (И ) и пленки (N ) соответственно;

042 2 нохроматического света, измеряют эллипсометрические параметры отраженного от этих участков света и по результатам измерений вычисляют толщину пленки.

Эллипсометрические параметры 6 и характеризующие изменение поляризационных характеристик излучения, отраженного в нулевом порядке дифрак-. ции от тестовой ячейки в виде чередующихся участков, составленных из двух различных материалов (участки В подложки и участки С поглощающей пленки на подложке),. можно представить в виде

1226042

cos g (=1,2) — косинусы комплексных углов преломления излучения в подложку (j=2) и пленку (j=1).

Из приведенной системы уравнений (2)-(5) после исключения из нее неизвестных величин N. u cos Ч (j=1,2) получаем выражение для коэффициентов

Френеля через измеряемые параметры

Д., ф. и 0

ihs сов 2 +

r. (6) 1 + cos2 4 tg Ч „ Е

r, = ЬЧ, у!64„ соя2 р + р . у (7)

1 + cos2 tgV

Подставляя в комплексное уравнение (1) выражения (6) и (7), исключая из него один,из неизвестных параметров (S /S„ ) получаем для НсКОМОН толщины Й поглощающей пленки

-1a id, i5 (,,2 - Ч Р )(1....2Ч, ; Е )(а,Ч,Е -т,Ч.Е )

1 (1" .г „Е")(".М+ У,Е ")(,Ч Е"-t,т,Е ") ! — длина волны света; целью измерения толщины пленок из — угол падения излучения на об- непрозрачного материала, формируют из разец; : системы пленка — подложка тестовую и ч . (i=O, 1,2) — измеряемые эл- . ячейку в виде последовательно располо-!.. липсометричеекие параметры излучения, женных на поверхности подложки участотраженного от участка с чередующими- .ка из подложки с пленкой, участка из ся элементами, участка контролируе- подложки и участка из периодически мой непрозрачной пленки на подложке и чередующихся зЛементов подложки и участка исходной подложки соответст- пленки, размер каждого участка вдоль венно, плоскости падения излучения и перпендикулярно ей больше диаметра пуч = arctg (— -) определяется от

R F ка излучения один из размеров череЭ

ЗО дующихся элементов не больше десят0 до,2» с учетом знаков (-IF) и ков микрон, освещают последовательРеР, сов д щи

Р Р совпадающих со знаками sin Р но каждый участок, измеряют эллййсои соз Р соответственйо. метрические параметры излучения, отраженного от каждого участка, и опФормула изобретения

З5 ределяют толщину пленки по формуле где

1 (ВЪ! ) еF кием.

Способ измерения толщины пленок на подложках, заключающийся в том, что освещают систему пленка — подлож ка монохроматическим излучением, изао меряют эллипсометрические параметры излучения, отраженного от системы, и определяют толщину пленки, о т— л и ч а ю шийся тем, что,с: !

Л

d = arctg (- — — — )

4» сов 1 еF

L — длина волны излучения; Р— угол падения излучения йа .структуру; в соответствии с описа!

226042

Составитель В.Климова

Редактор О.Юрковецкая Техред Н.Бонкало Корректор А Обручар

Заказ 2110/28

Тираж 670 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород, ул.Проектная,4