Способ измерения дифференциальных спектров пропускания на двухлучевых спектральных приборах

 

Изобретение относится к физико-химическим методам исследования материалов, позволяющим определять распределение толщин и особенности строения тонких и сверхтонких диэлектрических и полупроводниковых слоев, например, в полупроводниковых изделиях микроэлектроники. Целью изобретения является повышение точности измерения. Это достигается тем, что расщепляют пучок излучения на параллельные рабочий и опорный пучки, коллимируют и направляют рабочий и опорный пучки под одинаковым углом в диапазоне 10-80° на 2 различных участка образца, один из которых является эталоном, вышедший из образца рабочий пучок направляют по оптическому пути опорного пучка, а вышедший из образца опорный пучок направляют по оптическому пути рабочего пучка, сравнивают интенсивности обоих прошедших через образец пучков в P-поляризованном свете на длине волны поглощения слоя при продольных колебаниях и сканировании образца, и кроме того, сравнивают интенсивности обоих прошедших через образец пучков в P-поляризованном свете при сканировании спектра и неподвижном образце, причем рабочий пучок направляется на эталонный участок образца, а опорный пучок - на измеряемый участок образца. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 01 N 21/25

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BT0PCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4336447/24-25 (22) 02. 12.87 (46) 30.01. 90. Бюл. ¹ 4 (72) В.А.Скрышевский, В.И. Стриха, В.П. Толстой, Ю.А. Аверкин и Н.К.Кармадонов (53) 543.432(088.8) (56) Золотарев В.М. и др. Оптические постоянные природных и технических сред. Л.: Химия, 1984, с. 207215 °

Скоков И.В. Оптические спектральные приборы. M.: Машиностроение,1984, с. 30-51. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ СПЕКТРОВ ПРОПУСКАНИЯ НА ДВУХЛУЧЕBblX СПЕКТРАЛЬНЫХ ПРИБОРАХ (57) Изобретение относится к физикохимическим методам исследования материалов, позволяющим определять распределение толщин и особенности строения тонких и сверхтонких диэлектрических и полупроводниковых слоев, например, в полупроводниковых изделиях микроэлектроники. Целью изобретения являетИзобретение относится к физико-химическим методам исследования матери алов, позволяющим определять распределение толщин и особенности строения тонких и сверхтонких диэлектрических и полупроводниковых слоев, например, в полупроводниковых изделиях микроэлектроники.

Целью изобретения является повышение точности измерения, „„80„„1539608 А 1

2 ся повышение точности измерения. Это достигается тем, что расщепляют пучок излучения на параллельные рабочий и опорный пучки, коллимируют и направляют рабочий и опорный пучки под одинаковым углом в диапазоне 10-80 на

2 различных участка образца, один из которых является эталоном, вышедший из образца рабочий пучок направляют по оптическому пути опорного пучка, а вышедший из образца опорный пучок направляют по оптическому пути рабочего пучка, сравнивают интенсивности обоих прошедших через образец пучков в р-поляризованном свете на длине вол ны поглощения слоя при продольных колебаниях и сканировании образца,и, кроме того, сравнивают интенсивности обоих прошедших через образец пучков в р-поляризованном свете при сканировании спектра и неподвижном образце, причем рабочий пучок направляется на эталонный участок образца, а опорный пучок — на измеряемый участок образца. 3 ил.

На фиг. 1 представлен ход лучейв кюветном отделении двухлучевого спектрофотометра при углах падения на образец „ д= 10 и 45; „„„= 45-80 где 1,2 — рабочий и опорный пучки

3-8 — зеркала, 9 — образец; на фиг.2— представлена зависимость толщины d

dk слоя (кривая 10) и производной—

dx коэффициента пропускания слоя от ко.

1539608 Ч Б = агс"8 и, 7 паа где п. — показатель преломления материала пластины; — угол Брюстра;

50 при измерении толстых или сильнопоглощающих слоев у„ выбирается меньшим.

Пример. В центре кюветного отделения двухлучевого ИК-спектрофотометра ИКС-29 перпендикулярно оптичес- 55 ким каналам разместили Si-пластину (диаметром 76 мм, толщиной 300 мкм) с нанесенными участками SiO q толщинойординаты (кривая 11); на фиг. 3 спектры пропускания образцов SiO>-Si в р-поляризованном свете при различных углах падения света: „„= 10 (кривые 12, 15); ч,щ„= 45 (кривые

13, 16); „ = 75 (кривые 14, 17) и толщинах слоя Si0 .100L (кривые 1214), 800 А (кривые 15-17) .

Для осуществления способа расщеп- 10 ляют пучок излучения на параллельные рабочий 1 и опорный 2 пучки (фиг. 1), коллимируют с помощью диафрагм, направляют с помощью дополнительных двух или четырех плоских зеркал под одина- 15 о ковым углом в диапазоне 10-80 на два различных участка измеряемой плоскопараллельной пластины со слоем, которуго располагают в центре кюветного отделения спектрофотометра перпенди- 20

) кулярно оптическим каналам. С помощью дополнительного зеркала вышедший из образца рабочий пучок направляют по опти-, ческому пути опорного канала, а вышедший из образца опорный пучок — по оп- 25 тическому пути рабочего канала, регистрируют и сравнивают интенсивности обоих прошедших через образец пучков в р-поляризованном свете на длине волны поглощения продольных колеба- 30 ний в слое при перемещении пластины.

Перемещение осуществляют таким образом, чтобы углы направления пучков на пластину оставались неизменными.

KpoMe Toro, можно измерять спект- 35 ральную зависимость разности интенсивностей обоих прошедших через пластину пучков в р-поляризованном свете при неподвижной пластине. При этом рабочий пучок направляют на участок пластины без слоя, а опорный — на участок пластины со слоем. Угол направления пучков излучения при измерении тонких слабопоглощающих слоев выбирают равным 45

100 А. С помощью двух плоских зеркал

ИК-излучение через диафрагму направляли под углом „„д= 74 на два участ ка пластины: рабочий пучок — на учас ток пластины без слоя SiO,опорный на участок пластины со слоем SiOq (фиг .1) . Прошедший через пластину без слоя рабочий пучок с помощью плоского зеркала направляли по оптическому пути опорного канала, аналогично прошедший через пластину со слоем опорный пучок направляли по оптическому пути рабочего канала. С помощью поляризатора, размещенного после выходной щели спектрофотометра,измеряли коэффициент пропускания по нулевому методу в р-поляризованном свете (фиг. 3) . Для образцов SiO q-Si измерение проводили в спектральной области 1300-1000 см в области интенсивной полосы поглощения SiO при продольных колебаниях Si-0 связи 1250 см .

ИК-спектры для толстых пленок SiOa (800А) записывали при угле у „ < = 45

Это позволило проводить запись спектров пропускания (фиг. 3) толстой пленки SiO g в области наилучшей чувствительности спектрофотометра ИКС-29 (30-70Х пропускания). Для еще более толстых пленок SiO q выбирали мень2 gqrr ше 45 .

Для записи производной коэффициента пропускания от координаты образца перед пластиной устанавливали диафрагму из металлической фольги с двумя отверстиями размером 1х1 мм,. Измеряли разность интенсивностей в р-поляризоваHHQM свете при смещении пластины перпендикулярно оптическим каналам кюветного отделения на длине волны поглощения при продольных колебаниях

SiO<. Проведение измерений на длине волны 8 мкм (1250 см ) производной коэффициента пропускания по координате, характеризующей неоднородность распределения толщины слоя диэлектрика 810 на Si пластине, позволило отстроиться от интенсивной полосы поглощения 0 в Si, совпадающей с самой интенсивной полосой SiO < (1100 см ), измеряемой известным способом, Формула изобретения

Способ измерения дифференциальных спектров пропускания на двухлучевых спектральных приборах с рабочим и

5 153960 опорным каналами, заключающийся в том, что формируют пучок излучения с заI данной. областью длин волн, расщепляют его на рабочий и опорный пучки, нап-. равляют их на измеряемый и эталонный образцы, регистрируют интенсивности прошедших через измеряемый и эталонный образцы пучков и сравнивают их, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, рабочий и опорный пучки коллимируют и направляют под одинаковыми углами, в диапазоне 10-80 на два различных участка пластины с поверхностным: слоем один. из которых является изУ меряемым образцом, а другой — эталонным, вышедший из пластины рабочий пу8 - 6 чок направляют по оптическому пути опорного канала, а вышедший из пластйны опорный пучок направляют по оптическому пути рабочего канала, при этом регистрацию интенсивностей пучков ведут в р-поляризованном свете на длине волны поглощения, соответствующей продольным колебаниям в слое,. и при непрерывном перемещении пластины параллельно самой себе или опорный и рабочий пучки наг1равляют на два различных участка пластины, один из которых с поверхностным слоем является измеряемым образцом, а другой (без,... слоя) — эталонным, и регистрацию ведут при неподвижной пластине,и изменяющейся длине волны.

1539608 юа

Составитель В. Котенев

Редактор А. Маковская Техред Л.Олийнык Корректор М. Кучерявая

Тираж 507

Подписное

Заказ 211

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,!01