Способ контроля толщин двухслойных диэлектрических пленок

 

О П И С А Ы И Е i(ii1 49l824

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕЫ Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11.12.72 (21) 1855568/25-28 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.11.75. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 18.02.76 (51) М. Кл. G 01Ь 11/06

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 531.715.2 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения Л. Д. Буйко, Э, П. Калошкин, В. М. Колешко и Э. К. Лашицкий (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИН ДВУХСЛОЙНЫХ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК

Изобретение относится к области измерительной техники, касается, в частности, локального контроля толщин каждого слоя двухслойных диэлектрических структур, выращенных в едином технологическом цикле на подложках с отличным от пленок показателем преломления, и может быть использован в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известны способы контроля толщин двухслойных диэлектрических пленок, цри котором оптическое излучение направляют нормально к поверхности исследуемой структуры и по измеренному коэффициенту отражения и известной толщине для определения толщин слоев двухслойной диэлектрической структуры известным способом необходимо знать толщину одного из выращенных слоев. Такой способ не позволяет осуществлять измерения толщин каждого слоя двухслойной диэлектрической структуры, выращенной в едином технологическом цикле на отражающей подложке.

С целью определения толщины каждого из слоев структуры, выращенной в едином технологическом процессе, толщину нижнего слоя определяют по коэффициенту отражения оптического излучения, направленного под углом

Брюстера к верхнему слою.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства контроля толщин двухслойных диэлектрических пленок; на фиг. 2 — график зависимости относительной отражающей способности R/Ro от толщины нижнего слоя d> для трех длин волн для структуры Ь! — StOz — S>aN<.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Свет от источника 1 оптического излучения, пройдя сменный светофильтр 2 и коллпматор

10 3, в виде параллельного пучка попадает на поляризатор 4, который выделяет р-компоненту падающего излучения на исследуемую структуру 5. Перед падением на образец свет проходит диафрагму 6, позволяющую осущест15 влять локальное измерение толщины. Интенсивность отраженного от диэлектрической структуры света регистрируется с помощью электрического блока, состоящего из фотоприемника 7, селективного усилителя 8 и регцст2г1 рирующего прибора 9. С помощью гониометрического устройства 10 оптическое излучение может направляться к исследуемому образцу как под углом Брюстера, так и нормально к поверхности. По измеренному регистриру и25 щим устройством значению коэффициента отражения р-компоненты при падении света под углом Брюстера к верхней поверхности можно рассчитать толщину нижнего слоя двухслойной диэлектрической структуры. Из теорети30 ческой оценки следует, что коэффициент отра491824

P = f(d). фиг,1 жения от двухслойной структуры, выращенной на отражающей подложке, равен

Г2 1 2

4z

Г 1 )г1 -+- 2Г,р г. р Со$ Г...У (1)

1 —,— Г, + 2Г,р г р cos (— и, а —где r I — амплитудный коэффициент отражения р-компоненты от границы раздела воздух — верхний слой; z — суммарный амплитудный коэффициент отражения р-компоненты от остальной структуры; Х вЂ” длина волны падающего излучения; d< — толщина верхнего слоя; и, — показатель преломления верхнего слоя; g — фазовый сдвиг.

Так как свет падает под углом Брюстера к верхнему слою, то r» — 0 и выражение (1) сводится к следующему: 4т п и, Г2 )Уд(, Г ф (Гд)р С0$ — 0

1 —,Г2 (Г3! -- 2r» Ir3) cos — Ь где r2» амплитудный коэффициент отражения р-компоненты от границы верхний слой— нижний сло"; Г$р — амплитУдный коэффициент отражения от границы нижний слой— подложка; d2 — толщина нижнего соля; л длина волны падающего излучения; п — показатель преломления нижнего слоя; 6 — фазовый сдвиг (в случае полупроводниковой подложки им можно пренебречь).

Амплитудные коэффициенты отражения не зависят от толщины слоев, а являются функциями только оптических постоянных сред.

Оптические постоянные диэлектрических слоев считаются неизменными для данного техно. огического процесса их наращивания. В этом случае можно считать, что

Таким образом, из результатов измерения коэффициента отражения Р„от двухслойной диэлектрической структуры при падении оптического излучения под углом Брюстера к

10 верхнему слою легко определить толщину нижнего слоя d2. Неоднозначность результатов измерения толщин диэлектрических плег нок в широком диапазоне толщин (О+10000Л)

15 можно исключить, сделав измерения на трех длинах волн, используя сменные светофильтры. После нахождения толщины нижнего диэлектрического слоя, определяют толщину верхнего слоя, используя известный способ.

Для этой цели оптическое излучение направ: яют с помощью гониометрического устройства нормально к поверхности исследуемого образца.

25 Формула изобрстения

Способ контроля толщин двухслойных диэлектрических пленок, при котором оптическое излучение направляют нормально к поверхноЗО сти исследуемой структуры и по измеренному коэффициенту отражения и известной толщине нижнего слоя рассчитывают толщину верхнего слоя, отличающийся тем, что, с целью определения толщины каждого из сло35 ев структуры, выращенной в едином технологическом процессе, толщину нижнего слоя определяют по коэффициенту отражения оптического излучения, направленного под углом

Брюстсра к верхнему слою.

491824

0,5 о,и

0,3 о,г

200 400 Б00 В00 7000 1г00 900 1000 1В00 2000 ZZ00 2400 ЯБМ ZB00 У000 d

Фпг,1

Составитель Л. Тришина

Редактор Г. Мозжечкова Текред Е. Митрофанова Корректор Л. Денискина

Заказ 119/20 Изд. М 1978 Тираж 782 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2