RU2718404C1 - Method of measuring microrelief of dissimilar surface - Google Patents

Method of measuring microrelief of dissimilar surface Download PDF

Info

Publication number
RU2718404C1
RU2718404C1 RU2019130512A RU2019130512A RU2718404C1 RU 2718404 C1 RU2718404 C1 RU 2718404C1 RU 2019130512 A RU2019130512 A RU 2019130512A RU 2019130512 A RU2019130512 A RU 2019130512A RU 2718404 C1 RU2718404 C1 RU 2718404C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal layer
optical
measuring
microrelief
structures
Prior art date
Application number
RU2019130512A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анна Александровна Дедкова
Николай Алексеевич Дюжев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Priority to RU2019130512A priority Critical patent/RU2718404C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2718404C1 publication Critical patent/RU2718404C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02Interferometers

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment, and more specifically to optical profilometry, and can be used to measure surface microrelief produced by any method in arbitrary heterogeneous structure, having different optical characteristics. Essence of the invention lies in the fact that the analyzed structure is uniformly coated with a thin metal layer before taking measurements on the optical profilometer, wherein the layer thickness is determined based on the requirement of negligible reflection of the optical radiation from the back boundary of the metal layer and subsequent sublayers.
EFFECT: technical result is possibility of measuring topological structures or relief surface of sub-tenth-nanometer level (range (1–10) nm) and enlarging range of materials of surface structures, which can be controlled with the help of standard optical profilometers.
1 cl, 2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим способам измерения высоты микрорельефа поверхностей или поверхностных топологических структур интерференционным методом. Изобретение может быть использовано для определения величины поверхностного рельефа или структур, полученных на подложках в различных процессах:The invention relates to measuring technique, namely to optical methods for measuring the height of the microrelief of surfaces or surface topological structures by the interference method. The invention can be used to determine the magnitude of the surface relief or structures obtained on substrates in various processes:

- локального травления, осаждения и роста функциональных слоев;- local etching, deposition and growth of functional layers;

- фото-, электроно- и рентгенолитографии;- photo, electron and X-ray lithography;

- химико-механической планаризации поверхности структур и планаризации поверхности структур путем осаждения толстых пленок;- chemical-mechanical planarization of the surface of structures and planarization of the surface of structures by deposition of thick films;

Основная область применения изобретения - это определение глубины кратеров ионного травления в субдесятинанометровой области, которые широко используются в различных методах анализа структур (Оже-спектроскопии, вторичной ионной масс-спектрометрии и др.) при исследовании распределения элементов по толщине сверхтонких пленок или поверхностных слоев материалов во многих отраслях промышленности, в частности, в микроэлектронике.The main field of application of the invention is the determination of the depth of ion etching craters in the sub-ten-nanometer region, which are widely used in various structural analysis methods (Auger spectroscopy, secondary ion mass spectrometry, etc.) in studying the distribution of elements over the thickness of ultrathin films or surface layers of materials in many industries, in particular in microelectronics.

Известен способ измерения перепада высот поверхностного рельефа материалов с помощью контактного профилометра, в котором игла движется поперек исследуемой структуры, повторяя ее вертикальный рельеф [1, 2].A known method of measuring the height difference of the surface topography of materials using a contact profilometer in which the needle moves across the investigated structure, repeating its vertical relief [1, 2].

Недостатками данного способа являются: низкая точность измерения перепада высот поверхностного рельефа, не позволяющая определять перепады высот менее 5 нм даже на специально подготовленных образцах, ограниченная возможность в рамках одного сканирования определять только один профиль (линию, 2D) поверхности, и зависимость результата измерения от выбора позиции и направления области сканирования.The disadvantages of this method are: low accuracy of measuring the height difference of the surface relief, which does not allow determining height differences of less than 5 nm even on specially prepared samples, limited ability to determine only one profile (line, 2D) of the surface in one scan, and the dependence of the measurement result on the choice positions and directions of the scan area.

Известен способ измерения высоты ступенек поверхностного рельефа или структур с помощью сканирующего туннельного зондового микроскопа, в котором игла движется поперек исследуемой структуры, снимая зависимости туннельного тока от расстояния между поверхностью структуры и иглой [3, 4].A known method of measuring the height of steps of a surface relief or structures using a scanning tunnel probe microscope, in which the needle moves across the structure under study, removing the dependence of the tunneling current on the distance between the surface of the structure and the needle [3, 4].

Недостатками этого способа являются: высокая стоимость оборудования, необходимость наличия высококвалифицированного специалиста, длительность процесса измерения и подготовки прибора к измерению (настройки), сложность и дороговизна прецизионных систем защиты прибора от вибраций, необходимость использования дорогостоящих расходных материалов (кантилеверов).The disadvantages of this method are: the high cost of equipment, the need for a highly qualified specialist, the length of the measurement process and the preparation of the device for measurement (settings), the complexity and high cost of precision systems to protect the device from vibration, the need to use expensive consumables (cantilevers).

Известен способ оптической профилометрии, который может работать в режиме интерферометрии вертикального сканирования и в режиме интерферометрии фазового контраста [5]. В данном способе пучок света разделяется на две части, одна из которых попадает на исследуемый образец, а вторая - на опорное зеркало; лучи, отраженные от этих поверхностей, интерферируют; с помощью цифровой видеокамеры производится запись серий интерференционных картин, по которым определяется положение каждой точки на поверхности. Результатом проведенного измерения является 3D карта топографии поверхности структуры.A known method of optical profilometry, which can operate in the interferometry mode of vertical scanning and in the interferometry phase contrast mode [5]. In this method, the light beam is divided into two parts, one of which falls on the test sample, and the second on the reference mirror; rays reflected from these surfaces interfere; Using a digital video camera, a series of interference patterns is recorded, which determines the position of each point on the surface. The result of the measurement is a 3D map of the surface topography of the structure.

В режиме интерферометрии вертикального сканирования вертикальное разрешение способа составляет (3-5) нм для оптимально подготовленных образцов, а диапазон измерения перепадов высот органичен геометрическими возможностями используемого прибора и составляет единицы миллиметров. В режиме интерферометрии фазового контраста вертикальное разрешение способа составляет менее 0,1 нм для оптимально подготовленных образцов, а диапазон измерения не может превышать λ/4, где λ - длина волны используемого монохроматического излучения [6]. Для излучения с длиной волны λ=630 нм диапазон измерения не превышает 160 нм.In the vertical scanning interferometry mode, the vertical resolution of the method is (3-5) nm for optimally prepared samples, and the range of measurement of height differences is limited by the geometric capabilities of the device used and amounts to several millimeters. In phase contrast interferometry, the vertical resolution of the method is less than 0.1 nm for optimally prepared samples, and the measurement range cannot exceed λ / 4, where λ is the wavelength of the used monochromatic radiation [6]. For radiation with a wavelength of λ = 630 nm, the measurement range does not exceed 160 nm.

Недостатком данного способа является ограничение по номенклатуре контролируемых структур: его неприменимость для анализа разнородных структур, вызванная разницей в изменении фаз отраженного от материалов с различными оптическими характеристиками света [7-9]. Известно, что одним из вариантов решения этой проблемы является покрытие исследуемой рельефной поверхности металлическим слоем, но при этом не указана требуемая толщина этого слоя [8].The disadvantage of this method is the limitation on the nomenclature of controlled structures: its inapplicability for the analysis of heterogeneous structures, caused by the difference in phase change reflected from materials with different optical characteristics of light [7-9]. It is known that one of the solutions to this problem is to coat the studied relief surface with a metal layer, but the required thickness of this layer is not indicated [8].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ измерения высоты поверхностного микрорельефа интерференционным методом, заключающийся в создании на поверхности с микрорельефом и на поверхности эталонного образца оптической нелинейности [10]. Причем одним из методов создания оптической нелинейности на поверхностях с микрорельефом и эталонного образца является их покрытие слоем металлом с частицами наноразмерного уровня. Далее проводится измерение высоты микрорельефа путем анализа интерференции, полученной в результате взаимодействия отраженных от нелинейно-оптических поверхностей с микрорельефом и эталонного образца гигантских вторых гармоник оптического излучения.The closest technical solution to the proposed invention is a method of measuring the height of the surface microrelief by the interference method, which consists in creating optical nonlinearity on the surface with the microrelief and on the surface of the reference sample [10]. Moreover, one of the methods for creating optical nonlinearity on surfaces with a microrelief and a reference sample is to cover them with a layer of metal with particles of a nanoscale level. Next, the height of the microrelief is measured by analyzing the interference obtained as a result of the interaction of the giant second harmonics of optical radiation reflected from nonlinear optical surfaces with the microrelief.

Недостатком прототипа является высокая погрешность измерения высоты микрорельефа, составляющая величину (2,0-5,0) нм. Это связано с искусственно привносимой шероховатостью наноразмерного уровня путем покрытия исследуемой поверхности слоем металла с частицами наноразмерного уровня, требуемым для реализации способа. Данная особенность делает неприменимым способ для измерения поверхностного рельефа кратеров ионного травления в субдесятинанометровой области, которые широко используются в различных методах анализа структур.The disadvantage of the prototype is the high measurement error of the height of the microrelief, which is a value of (2.0-5.0) nm. This is due to the artificially introduced roughness of the nanoscale level by coating the investigated surface with a metal layer with particles of nanoscale level required for the implementation of the method. This feature makes the method for measuring the surface relief of ion etching craters in the sub-ten-nanometer region, which are widely used in various methods of structure analysis, not applicable.

Задача настоящего изобретения - расширение номенклатуры материалов и диапазона глубины поверхностных рельефов и структур, величину которых можно контролировать с помощью стандартных оптических профилометров.The objective of the present invention is the expansion of the range of materials and the depth range of surface reliefs and structures, the value of which can be controlled using standard optical profilometers.

Это достигается за счет анализа интерференции отраженного оптического излучения от исследуемой поверхности, покрытой слоем металла. При этом предварительное покрытие поверхности слоем металла осуществляется равномерно и конформно толщиной d, определяемой из соотношения:This is achieved by analyzing the interference of reflected optical radiation from the studied surface covered with a metal layer. In this case, the preliminary coating of the surface with a metal layer is carried out uniformly and conformally with a thickness d determined from the relation:

Figure 00000001
Figure 00000001

где D=λ/(4π⋅k) - глубина проникновения оптического излучения в слой металла; λ - длина волны используемого оптического излучения, k - коэффициент экстинкции слоя металла.where D = λ / (4π⋅k) is the depth of penetration of optical radiation into the metal layer; λ is the wavelength of the used optical radiation, k is the extinction coefficient of the metal layer.

Использование металлического слоя толщиной согласно (1) позволяет сделать вклад паразитного отражения от внутренней границы металлического слоя и границ подслоев пренебрежимо малым:Using a metal layer with a thickness according to (1) allows us to make the contribution of spurious reflection from the inner boundary of the metal layer and the boundaries of the sublayers negligible:

Figure 00000002
Figure 00000002

где I - интенсивность оптического излучения, прошедшего через металлический слой толщиной d от поверхности до внутренней границы и обратно; I0 -интенсивность оптического излучения, падающего на поверхность металлического слоя.where I is the intensity of the optical radiation transmitted through a metal layer of thickness d from the surface to the inner boundary and vice versa; I 0 is the intensity of the optical radiation incident on the surface of the metal layer.

На Фиг. 1. показаны профили поверхности с оптического профилометра Veeco Wyko NT 9300, режим интерферометрии фазового контраста, образец Та (3 нм)/Nb (3 нм)/Та (3 нм)/SiO2/Si (образец 3); измерения до напыления металлического слоя. На профилях поверхности (справа) по оси ординат показано определенное значение перепада высот в мкм (um). Определенный перепад высот составил более 170 нм.In FIG. 1. shows surface profiles from a Veeco Wyko NT 9300 optical profiler, phase contrast interferometry, sample Ta (3 nm) / Nb (3 nm) / Ta (3 nm) / SiO 2 / Si (sample 3); measurements before spraying a metal layer. On the surface profiles (right) along the ordinate axis, a certain value of the height difference in microns (um) is shown. A certain height difference was more than 170 nm.

На Фиг. 2. показаны профили поверхности с оптического профилометра Veeco Wyko NT 9300, режим интерферометрии фазового контраста, образец Та (3 нм)/Nb (3 нм)/Та (3 нм)/SiO2/Si (образец 3); измерения после напыления металлического слоя (Al). На профилях поверхности (справа) по оси ординат показано определенное значение перепада высот в мкм (um). Определенный перепад высот составил порядка (8,0-10,0) нм.In FIG. 2. shows surface profiles from a Veeco Wyko NT 9300 optical profiler, phase contrast interferometry, sample Ta (3 nm) / Nb (3 nm) / Ta (3 nm) / SiO 2 / Si (sample 3); measurements after deposition of a metal layer (Al). On the surface profiles (right) along the ordinate axis, a certain value of the height difference in microns (um) is shown. A certain height difference was about (8.0-10.0) nm.

Нанесенный слой металла должен с высокой равномерностью покрывать все поверхности (горизонтальные, наклонные и вертикальные) измеряемого рельефа или структуры. При этом в зависимости от формы и аспектного отношения (отношения глубины к ширине структуры) могут быть использованы следующие процессы осаждения металла: термическое испарение в вакууме, магнетронное распыление, химическое осаждение из газовой фазы и атомно-слоевое осаждение.The applied metal layer should with high uniformity cover all surfaces (horizontal, inclined and vertical) of the measured relief or structure. Depending on the shape and aspect ratio (the ratio of depth to width of the structure), the following metal deposition processes can be used: thermal evaporation in vacuum, magnetron sputtering, chemical vapor deposition, and atomic layer deposition.

Естественно, для более конформного покрытия исследуемой структуры или рельефа слой осаждаемого металла должен быть как можно более тонким. Нижняя граница толщины металла определяется из следующих соображений. Толщина металлического слоя должна быть достаточной для того, чтобы поверхность исследуемой структуры, покрытая этим слоем, стала однородной по оптическим характеристикам, т.е. чтобы вклад отражения от обратной границы нанесенного металлического слоя и последующих подслоев при анализе данных интерферометрии, был пренебрежимо малым. Естественно, значение нижней границы или требуемой толщины металлического слоя будет зависеть от вида металла и процесса его осаждения через значение коэффициента экстинкции металла и длину волны используемого для проведения измерений интерференционным методом светового излучения.Naturally, for a more conformal coating of the studied structure or relief, the deposited metal layer should be as thin as possible. The lower limit of the metal thickness is determined from the following considerations. The thickness of the metal layer should be sufficient so that the surface of the investigated structure coated with this layer becomes uniform in optical characteristics, i.e. so that the contribution of reflection from the inverse boundary of the deposited metal layer and subsequent sublayers in the analysis of interferometry data is negligible. Naturally, the value of the lower boundary or the required thickness of the metal layer will depend on the type of metal and the process of its deposition through the value of the extinction coefficient of the metal and the wavelength used for carrying out measurements by the interference method of light radiation.

При этом следует учитывать, что паразитное излучение дважды проходит толщину металлического слоя толщиной d: от поверхности до внутренней границы и обратно.It should be borne in mind that spurious radiation twice passes through the thickness of a metal layer of thickness d: from the surface to the inner boundary and vice versa.

Расчет требуемой толщины металлического слоя d=λ/(π⋅k) производится исходя из длины волны используемого оптического излучения и коэффициента экстинкции используемого для покрытия материала металлического слоя. Величина λ определяется техническими характеристиками используемого оптического профилометра. Величина k может быть взята из справочных данных или получена эмпирически.The calculation of the required thickness of the metal layer d = λ / (π⋅k) is based on the wavelength of the used optical radiation and the extinction coefficient used to cover the material of the metal layer. The value of λ is determined by the technical characteristics of the used optical profilometer. The value of k can be taken from reference data or obtained empirically.

При отсутствии справочных данных коэффициента экстинкции используемого металлического слоя, производится его измерение для этого слоя. Для проведения измерения изготавливаются тестовые образцы с нанесенным слоем данного металла, толщиной существенно превышающей предполагаемое значение

Figure 00000003
(в частности, для большинства металлов ≥100 нм). Затем производится измерение коэффициента экстинкции металлических слоев на тестовых образцах методом спектральной эллипсометрии на требуемой длине волны, используемой оптическим профилометром.In the absence of reference data on the extinction coefficient of the used metal layer, it is measured for this layer. To carry out the measurement, test samples are made with a deposited layer of a given metal significantly thicker than the expected value
Figure 00000003
(in particular, for most metals ≥100 nm). Then, the extinction coefficient of the metal layers on the test samples is measured by spectral ellipsometry at the required wavelength used by the optical profilometer.

Способ измерения микрорельефа разнородной поверхности включает в себя:A method for measuring the microrelief of a heterogeneous surface includes:

1) определение коэффициента экстинкции к используемого металлического слоя, которое может быть выполнено: на основе известных справочных данных из литературных источников; путем подготовки тестовых образцов с нанесенным слоем этого металла, толщина которой существенно превышает предполагаемое значение

Figure 00000003
, и последующего измерения коэффициента экстинкции к методом спектральной эллипсометрии на требуемой длине волны, используемой оптическим профилометром; на основе ранее полученных эмпирических данных;1) determination of the extinction coefficient to the metal layer used, which can be performed: based on known reference data from literary sources; by preparing test samples with a layer of this metal, the thickness of which significantly exceeds the expected value
Figure 00000003
, and subsequent measurement of the extinction coefficient to the method of spectral ellipsometry at the desired wavelength used by the optical profilometer; based on previously obtained empirical data;

2) определение требуемой минимальной толщины слоя металла, при котором пренебрежимо мало отражение оптического излучения, используемого в оптическом профилометре, от обратной границы металлической пленки, равной

Figure 00000004
2) determination of the required minimum thickness of the metal layer at which the reflection of the optical radiation used in the optical profilometer from the inverse boundary of the metal film is negligible
Figure 00000004

3) равномерное и конформное покрытие исследуемых рельефной поверхности или структуры слоем металла требуемой толщины;3) uniform and conformal coating of the studied relief surface or structure with a metal layer of the required thickness;

4) проведение измерений поверхностного рельефа или структуры интерференционным методом с помощью стандартного оптического профилометра на используемой длине волны.4) measurements of the surface relief or structure by the interference method using a standard optical profilometer at the used wavelength.

Данный способ позволит анализировать 3D карты распределения перепадов высот на структурах, при анализе определять форму углублений или выступов, строить 2D профили в любой направлении скана, что позволит определить максимальный перепад высот для областей сложной формы, которыми являются кратеры ионного травления. Способ позволяет проводить измерения топологических структур или рельефа субдесятинанометрового уровня (диапазона (1,0-10) нм) на структурах или рельефной поверхности с различными оптическими характеристиками областей на поверхностиThis method will allow you to analyze 3D maps of the distribution of elevations on the structures, in the analysis to determine the shape of the recesses or protrusions, to build 2D profiles in any direction of the scan, which will allow you to determine the maximum elevation difference for areas of complex shape, which are ion etching craters. The method allows the measurement of topological structures or the relief of the sub-ten-nanometer level (range (1.0-10) nm) on structures or a relief surface with various optical characteristics of regions on the surface

Реализации предложенного способа показаны на примерах измерения микрорельефа (глубины) кратеров ионного травления разнородных поверхностей структур Та (3 нм)/Nb (3 нм)/Та (3 нм)/SiO2/Si и Nb (3 нм)/Та2O5 (3 нм)/Nb (3 нм)/SiO2/Si.Implementations of the proposed method are shown in examples of measuring the microrelief (depth) of ion etching craters of heterogeneous surfaces of structures Ta (3 nm) / Nb (3 nm) / Ta (3 nm) / SiO 2 / Si and Nb (3 nm) / Ta 2 O 5 (3 nm) / Nb (3 nm) / SiO 2 / Si.

Микрорельеф в форме кратеров травления был сформирован ионами O2 + в указанных структурах, полученных на окисленных кремниевых подложках методом ионно-лучевого осаждения на установке Aspira 150.The microrelief in the form of etching craters was formed by O 2 + ions in the indicated structures obtained on oxidized silicon substrates by ion beam deposition on an Aspira 150 apparatus.

Кратеры сформированы в процессе проведения исследования методом вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС) на времяпролетном масс-спектрометре TOF.SIMS 5 компании IONTOF. Для калибровки сигналов ВИМС-анализа образцов структур по глубине травления необходимо было определить глубину кратеров травления.The craters were formed during the study using secondary ion mass spectrometry (SIMS) on the IONTOF TOF.SIMS 5 time-of-flight mass spectrometer. To calibrate the SIMS analysis signals for structural samples by etching depth, it was necessary to determine the depth of etching craters.

Для проведения таких измерений исходные образцы с кратерами ионного травления, полученными в процессе ВИМС-анализа, были покрыты слоем алюминия (Аl) толщиной порядка 50 нм на установке «МВУ ТМ-Магна 150» методом магнетронного распыления. Толщина слоя алюминия 50 нм была выбрана, исходя из оптических характеристик Аl и возможностей технологического контроля толщины осаждаемых слоев в установке «МВУ ТМ-Магна 150».To carry out such measurements, the initial samples with ion etching craters obtained in the SIMS analysis were coated with a layer of aluminum (Al) about 50 nm thick on the MVU TM-Magna 150 installation using magnetron sputtering. An aluminum layer thickness of 50 nm was chosen based on the optical characteristics of Al and the possibilities of technological control of the thickness of the deposited layers in the MVU TM-Magna 150 installation.

Затем на оптическим профилометре Wyko NT9300 компании Veeco в режиме PSI были получены 3D карты поверхности и построены профили распределения перепадов высот в областях кратеров травления, определена глубина травления.Then, on a Veeco Wyko NT9300 optical profiler in PSI mode, 3D surface maps were obtained and distribution profiles of elevations in the areas of etching craters were constructed, and the etching depth was determined.

Сводные данные по измерению микрорельефа (глубины кратеров) на указанных образцах структур с помощью контактного профилометра и с помощью предложенного способа приведены в Таблицах 1 и 2.Summary data on the measurement of the microrelief (crater depth) on these samples of structures using a contact profilometer and using the proposed method are shown in Tables 1 and 2.

Например, на образце 3 со структурой Та (3 нм)/Nb (3 нм)/Та (3 нм)/SiO2/Si не удалось определить глубину кратера ионного травления методом контактной профилометрии (Таблица 1, строка 3), в связи с малой величиной перепада высот.При этом до напыления металлического слоя с помощью оптического профилометра было получено значение более 170 мкм (Фиг. 1), что связано с разнородностью оптических характеристик поверхности, полученной ионным травлением структуры Та (3 нм)/Nb (3 нм)/Та (3 нм)/SiO2/Si. После нанесения металлического слоя с помощью оптического профилометра получено значение в диапазоне (8,0-10,0) нм (Фиг. 2).For example, on sample 3 with the structure of Ta (3 nm) / Nb (3 nm) / Ta (3 nm) / SiO 2 / Si, it was not possible to determine the depth of the ion etching crater by contact profilometry (Table 1, line 3), in connection with In this case, before the deposition of the metal layer using an optical profiler, a value of more than 170 μm was obtained (Fig. 1), which is associated with the heterogeneity of the optical characteristics of the surface obtained by ion etching of the Ta (3 nm) / Nb structure (3 nm) / Ta (3 nm) / SiO 2 / Si. After applying the metal layer using an optical profilometer, a value in the range (8.0-10.0) nm was obtained (Fig. 2).

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Таким образом удалось выполнить задачу измерения глубины кратера травления, составляющую менее 10 нм, что и не могло быть выполнено с помощью стандартного метода контактной профилометрии или оптической профилометрии, или с использованием прототипа.Thus, it was possible to perform the task of measuring the depth of the etching crater, which is less than 10 nm, which could not be done using the standard method of contact profilometry or optical profilometry, or using a prototype.

Источники информации:Sources of information:

1) Abbot E.J., Bousky S., Williamson D.E. The Profilometer // Mechanical Engineering. - 1938. - Vol. 60. - P. 205-216.1) Abbot E.J., Bousky S., Williamson D.E. The Profilometer // Mechanical Engineering. - 1938. - Vol. 60. - P. 205-216.

2) Abbot E.J., Firestone F.A. Specifying surface quality: a method based on accurate measurement and comparison // Mechanical Engineering. - 1933. - Vol. 55. - P. 569-572.2) Abbot E.J., Firestone F.A. Specifying surface quality: a method based on accurate measurement and comparison // Mechanical Engineering. - 1933. - Vol. 55. - P. 569-572.

3) Binnig G., Rohrer H. Scanning tunneling microscopy // Helv. Phys. Acta. - 1982. - Vol. 55.- P. 726-735.3) Binnig G., Rohrer H. Scanning tunneling microscopy // Helv. Phys. Acta. - 1982. - Vol. 55.- P. 726-735.

4) Binnig G., Rohrer H., Gerber Ch., Weibel E. Tunneling through a controllable vacuum gap // Appl. Phys. Lett. - 1982. - Vol. 40. - P. 178.4) Binnig G., Rohrer H., Gerber Ch., Weibel E. Tunneling through a controllable vacuum gap // Appl. Phys. Lett. - 1982. - Vol. 40. - P. 178.

5) Guenther B.D., Miller A., Bayvel L., Medwinter J.E. Encyclopedia of Modern Optics. - 2005. - 2285 p.5) Guenther B.D., Miller A., Bayvel L., Medwinter J.E. Encyclopedia of Modern Optics. - 2005 .-- 2285 p.

6) http://xn--80aajzhcnfck0a.xn--plai/PublicDocuments/1003644.pdf6) http: //xn--80aajzhcnfck0a.xn--plai/PublicDocuments/1003644.pdf

7) Трушникова E.O. Исследование степени достоверности бесконтактной профилометрии на прозрачных кристаллах после их травления // Пермский государственный национальный исследовательский университет. - С. 32-36.7) Trushnikova E.O. Investigation of the degree of reliability of non-contact profilometry on transparent crystals after etching // Perm State National Research University. - S. 32-36.

8) Dubois A. Effects of phase change on reflection in phase-measuring interference microscopy // Applied Optics. - 2004. - Vol. 43, Is. 7. - P. 1503-1507.8) Dubois A. Effects of phase change on reflection in phase-measuring interference microscopy // Applied Optics. - 2004. - Vol. 43, Is. 7. - P. 1503-1507.

9) Азарова В.В., Чертович И.В., Цветкова Т.В. Особенности применения интерферометра белого света для контроля качества прецизионных поверхностей и лазерных зеркал // Труды XI Медвузовской научной школы молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине». - 2009. - С. 1-6.9) Azarova V.V., Chertovich I.V., Tsvetkova T.V. Features of the use of a white light interferometer for quality control of precision surfaces and laser mirrors // Proceedings of the XI Meduvuzovskoy scientific school of young specialists "Concentrated energy flows in space technology, electronics, ecology and medicine." - 2009. - S. 1-6.

10) Патент РФ 2373494 - Прототип.10) RF patent 2373494 - Prototype.

Claims (3)

Способ измерения микрорельефа разнородной поверхности, включающий измерение высоты микрорельефа путем анализа интерференции отраженного оптического излучения от исследуемой поверхности, покрытой слоем металла, отличающийся тем, что предварительное покрытие поверхности слоем металла осуществляется равномерно и конформно толщиной d, определяемой из соотношения:A method for measuring the microrelief of a heterogeneous surface, including measuring the height of the microrelief by analyzing the interference of reflected optical radiation from the investigated surface covered with a metal layer, characterized in that the surface is preliminarily coated with a metal layer uniformly and conformally with a thickness d determined from the relation: d=4D=λ/(π⋅k),d = 4D = λ / (π⋅k), где D=λ/(4π⋅k) - глубина проникновения оптического излучения в слой металла; λ - длина волны оптического излучения; k - коэффициент экстинкции слоя металла.where D = λ / (4π⋅k) is the depth of penetration of optical radiation into the metal layer; λ is the wavelength of optical radiation; k is the extinction coefficient of the metal layer.
RU2019130512A 2019-09-27 2019-09-27 Method of measuring microrelief of dissimilar surface RU2718404C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130512A RU2718404C1 (en) 2019-09-27 2019-09-27 Method of measuring microrelief of dissimilar surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130512A RU2718404C1 (en) 2019-09-27 2019-09-27 Method of measuring microrelief of dissimilar surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2718404C1 true RU2718404C1 (en) 2020-04-02

Family

ID=70156528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019130512A RU2718404C1 (en) 2019-09-27 2019-09-27 Method of measuring microrelief of dissimilar surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2718404C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007322159A (en) * 2006-05-30 2007-12-13 Ricoh Co Ltd Optical fiber probe, photodetector, and photodetection method
RU2373494C2 (en) * 2007-10-11 2009-11-20 Валерий Андреевич Базыленко Interferential method of measurement of surface microrelief altitude
KR101722815B1 (en) * 2014-09-29 2017-04-03 주식회사 엘지화학 Measuring method of surface of specimen and measurement apparatus of surface of specimen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007322159A (en) * 2006-05-30 2007-12-13 Ricoh Co Ltd Optical fiber probe, photodetector, and photodetection method
RU2373494C2 (en) * 2007-10-11 2009-11-20 Валерий Андреевич Базыленко Interferential method of measurement of surface microrelief altitude
KR101722815B1 (en) * 2014-09-29 2017-04-03 주식회사 엘지화학 Measuring method of surface of specimen and measurement apparatus of surface of specimen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Азарова В.В. и др. "Особенности применения интерферометра белого света для контроля качества прецизионных поверхностей и лазерных зеркал", Труды XI Медвузовской научной школы молодых специалистов "Концентрированные потоки энергии в космической технике, электронике, экологии и медицине", 2009, с. 1-6. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Edwards et al. Optically monitoring and controlling nanoscale topography during semiconductor etching
US20050237537A1 (en) Determination of thin film topograhpy
Peverini et al. Ion beam profiling of aspherical X-ray mirrors
Liu et al. Fabrication of nested elliptical KB mirrors using profile coating for synchrotron radiation X-ray focusing
Kim et al. An interferometric system for measuring thickness of parallel glass plates without 2π ambiguity using phase analysis of quadrature Haidinger fringes
CA2015920A1 (en) Examination of the physical properties of thin films
US10839558B2 (en) Artifact for determining resolution of imaging based on electromagnetic radiation and/or mechanical waves
Baryshev et al. Characterization of surface modifications by white light interferometry: applications in ion sputtering, laser ablation, and tribology experiments
RU2718404C1 (en) Method of measuring microrelief of dissimilar surface
Weigel et al. Deep etching of Zerodur glass ceramics in a fluorine-based plasma
Petrik et al. Mapping and imaging of thin films on large surfaces
Grochla et al. Si micro-cantilever sensor chips for space-resolved stress measurements in physical and plasma-enhanced chemical vapour deposition
WO2010013628A1 (en) Film thickness evaluation device and film thickness evaluation method
Filipescu et al. Antireflective coatings with high damage threshold prepared by laser ablation
Abdelsalam et al. Highly accurate film thickness measurement based on automatic fringe analysis
Girling et al. Surface plasmon enhanced SHG from a hemicyanine monolayer
Terkowski et al. Influence of deposition parameters on the optical absorption of amorphous silicon thin films
Paret et al. Characterization of optics and masks for the EUV lithography
Damian et al. White light interferometry applications in nanometrology
Kupreenko et al. Determination of thickness of ultrathin surface films in nanostructures from the energy spectra of reflected electrons
Davidson et al. Fabrication of binary phase surface relief optical elements by selective deposition of dielectric layers
Tsuru et al. Realtime layer-by-layer analysis for multilayer fabrication monitoring by an automatic null ellipsometer
Gailly et al. Roughness evolution of sol–gel optical coatings by ion beam sputtering
Benhaddou et al. Buried interface characterization in optoelectronic materials by interference microscopy
Vazquez et al. Determination of PMMA etch rates using VASE modeling

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210421

Effective date: 20210421