СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК
METHOD TO DETERMINE THICKNESS OF METAL FILMS

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам оптико-физических измерений, основанных на эллипсометрии, и предназначено для определения толщины и качества тонких металлических пленок, используемых в микроэлектронике.
Известен способ контроля состава материала при формировании структуры (V.S. Varavin, V.V. Vasiliev, S.A. Dvoretsky, N.N. Mikhailov, V.N. Ovsyuk, YU.G. Sidorov, A.O. Suslyakov, M.V. Yakushev, A.L. Aseev «HgCdTe epilayers on GaAs: growth and devices», Opto-electronics review, 11, no. 2, 2003, p.99-111), заключающийся в том, что в процессе формирования слоя осуществляют измерение в непрерывном режиме эллипсометрических параметров Δ и ψ, по результатам измерения эллипсометрических параметров определяют оптические постоянные и, следовательно, состав материала слоя и его толщину. Контроль возможен благодаря зависимости оптических постоянных от состава материала.
Известный способ является сложным и трудоемким.
Кроме того, известен способ определения толщины тонких пленок в процессе формирования структуры слоя путем измерения эллипсометрических параметров Δ и ψ с последующим вычислением производной, при этом в качестве функции выбирают один из эллипсометрических параметров, а в качестве аргумента - другой эллипсометрический параметр, результаты вычисления фиксируют в плоскости производная эллипсометрического параметра-эллипсометрический параметр в виде кривой, по которой определяют оптические постоянные, изменение состава материала слоя, а также его толщину (патент RU 2396545, МКИ G01N 21/17, 2010 год).
Известный способ также является сложным и трудоемким, кроме того, существует большая вероятность получения ошибочных результатов, обусловленная наличием сложных математических операций.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение простоты и надежности способа, а также обеспечение точности определения толщины и качества металлических пленок.
1
1
эксп
эксп
Указанный технический результат достигается тем, что способ контроля состава материала при формировании структуры заключается в том, что в процессе формирования слоя осуществляют измерение эллипсометрических параметров Δ и ψ. Предварительно определяют эллипсометрическим методом с использованием лазерного эллипсометра с длиной волны 0,6328 мкм показатель преломления прозрачной подложки n с обратной матовой поверхностью. На полированные поверхности прозрачных подложек наносят металлические пленки, освещают подложки лучом лазера со стороны нанесенной пленки, отбирая образцы, пропускающие луч лазера, на лазерном эллипсометре с длиной волны 0,6328 мкм измеряют эллипсометрические параметры Δ и ψ пленки, не пропускающей луч лазера, рассчитывают для нее с использованием программно-аппаратного средства, связанного с эллипсометром, оптические константы пленки - показателя преломления n и коэффициента экстинкции k и формируют эталонную зависимость в виде функции Δ=f(ψ) с использованием n и показателя преломления пленки n и коэффициента экстинкции k. Экспериментально определяют эллипсометрические параметры Δ и ψ для полупрозрачных пленок, пропускающих луч лазера, результаты экспериментальных значений фиксируют в плоскости для соотнесения с эталонной зависимостью Δ=f(ψ).
Сущность настоящего изобретения поясняется следующими иллюстрациями:
фиг.1 - отображает график эталонной зависимости Δ=f(ψ) в диапазоне толщин пленок титана от 20 до 800 Å;
фиг.2 - отображает график эталонной зависимости Δ=f(ψ) в диапазоне толщин пленок титана 300-500 Å;
фиг.3 - отображает график эталонной зависимости Δ=f(ψ) в диапазоне толщин пленок титана 500-800 Å;
фиг.4 - отображает график эталонной зависимости Δ=f(ψ) и экспериментальные значения.
Способ реализуется следующим образом.
1
1. Предварительно определяют эллипсометрическим методом при использовании лазерных эллипсометров с длиной волны 0,6328 мкм типа ЛЭМ-2 или L116S300 STOKES ELLIPSOMETER показатель преломления n прозрачной подложки (стекло, кварц или сапфир) с обратной матовой поверхностью.
2. На полированную поверхность прозрачной подложки с обратной матовой поверхностью наносят толстую (более 0,1 мкм) металлическую пленку. Освещают подложку лазерным лучом со стороны нанесенной пленки и, наблюдая матовую поверхность подложки, убеждаются, что металлическая пленка не пропускает луч лазера.
2
2
3. На лазерном эллипсометре с длиной волны 0,6328 мкм, освещая лучом лазера пленку, измеряют эллипсометрические параметры Δ и ψ указанной пленки и рассчитывают оптические константы пленки - показатель преломления n и коэффициент экстинкции k.
1
2
2
4. Для полученных величин n, n, k, используя имеющуюся программу, рассчитывают эллипсометрические параметры ψ и Δ для пленок разной толщины и строят эталонную зависимость Δ=f(ψ) (см. фиг.1 - сплошная линия). Компьютер, содержащий программно-аппаратный комплекс, соединен с эллипсометром.
эксп
экс
5. Для полупрозрачных пленок с разной толщиной определяют экспериментальные эллипсометрические параметры Δ и ψ и наносят эти экспериментальные значения на плоскость Δ - ψ.
эксп
эксп
6. Если параметры Δ и ψ точно совпадают с зависимостью Δ=f(ψ), то точно определяют толщину тонкой пленки и делают вывод о том, что оптические параметры тонкой пленки совпадают с оптическими параметрами толстой пленки.
эксп
эксп
эксп
эксп
7. Если параметры полупрозрачной пленки (ψ, Δ) отклоняются от эталонной зависимости Δ=f(ψ), то по величине этого отклонения судят о свойствах тонкой металлической пленки: чем больше отклонение экспериментальных значений Δ и ψ от кривой Δ=f(ψ), тем по оценке приведенного метода качество тонкой металлической пленки отличается от качества толстой металлической пленки.
8. При вышеуказанных действиях возможно точно измерять толщину полупрозрачных пленок. Ее ориентировочную величину можно оценить по ближайшим точкам эталонной зависимости Δ=f(ψ).
На фиг.1 представлен график эталонной зависимости Δ=f(ψ) в диапазоне толщин пленок титана от 20 до 800 Å. На фиг.2 представлены графики эталонной зависимости Δ=f(ψ) более детально в диапазоне толщин пленок титана 300-500 Å и 500-800 Å.
эсп
эксп
эксп
эксп
На фиг.4 на кривой эталонной зависимости Δ=f(ψ) кружочками обозначены теоретически рассчитанные толщины пленок титана, а крестиками обозначены измеренные экспериментально величины (ψ, Δ). Видно, что для образцов №1, №2 и №3 экспериментальные значения хорошо совпадают с эталонными значениями (при этом можно определить с точностью до 5 Å и толщины этих пленок); тогда как для образца №4 существует расхождение между рассчитанными по кривой Δ=f(ψ) и измеренными ψ и Δ параметрами. В этом случае толщину пленки на этом образце можно оценить лишь приблизительно.