SU1742612A1

SU1742612A1 - Method for determining thickness of film

Info

Publication number: SU1742612A1
Application number: SU904842395A
Authority: SU
Inventors: Дмитрий Александрович Усанов; Владимир Дмитриевич Тупикин; Анатолий Владимирович Скрипаль
Original assignee: Центральный научно-исследовательский институт измерительной аппаратуры; Саратовский государственный университет им.Н.Г.Чернышевского
Priority date: 1990-04-09
Filing date: 1990-04-09
Publication date: 1992-06-23

Abstract

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть использовано дл контрол толщины тонких металлических пленок. Целью изобретени вл етс повышение точности определени толщины металлической пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку. Освещают контролируемую поверхность пучком излучени . Формируют интерференционную картину и определ ют по ней величину изгиба полос на границе пленки и рассто ние между полосами. После этого перемещают поверхность в направлении падени на нее пучка излучени , фиксируют направление перемещени интерференционных полос и определ ют направление их изгиба относительно системы интерференционных полос в области диэлектрической подложки, непокрытой металлической пленкой и по полученным данным рассчитывают толщину пленки. 1 ил. сл СThe invention relates to a measuring and control technique and can be used to control the thickness of thin metal films. The aim of the invention is to improve the accuracy of determining the thickness of a metal film deposited on a dielectric substrate. Light the controlled surface with a beam of radiation. The interference pattern is formed and the amount of bending of the strips at the border of the film and the distance between the strips are determined from it. After that, the surface is moved in the direction of the radiation beam incident on it, the direction of movement of the interference fringes is fixed and the direction of their bending is determined relative to the system of interference fringes in the region of the dielectric substrate, uncovered with a metal film, and the thickness of the film is calculated. 1 il. sl C

Description

Изобретение относитс к области интерференционной микроскопии и может быть использовано дл контрол толщины тонких металлических пленок, в частности используемых в издели х микроэлектроники .The invention relates to the field of interference microscopy and can be used to control the thickness of thin metal films, in particular, those used in microelectronics.

Известен способ измерени толщины пленок, в котором с помощью микроинтерферометра МЙИ-4 в поле зрени окул ра наблюдают две системы интерференционных полос, измер ют рассто ние между соседними поло сами и между соответствующими полосами из систем интерференционных полос и рассчитывают толщину пленок.A known method for measuring film thickness, in which two systems of interference fringes are observed in the visual field of the ocular using an MYY-4 microinterferometer, the distance between adjacent bands and between the corresponding bands from the systems of interference fringes is measured, and the thickness of the films is calculated.

Однако с помощью этого способа возможно измер ть толщину лишь прозрачных пленок в диапазоне 0,3-50 мкм.However, with this method it is possible to measure the thickness of only transparent films in the range of 0.3-50 microns.

Известен также способ определени толщины ферритовых пленок путем определени отражательной способности и изменени фазы при отражении с последующим расчетом, основанным на использовании теории слоистых сред, содержащих поглощающие элементы.There is also known a method for determining the thickness of ferrite films by determining the reflectivity and phase change upon reflection, followed by a calculation based on the use of the theory of layered media containing absorbing elements.

Однако описанный способ не позвол ет измер ть толщину тонких пленок и не применим дл измерений металлических пленок .However, the described method does not measure the thickness of thin films and is not applicable for measuring metal films.

Известен также способ измерени геометрических параметров поверхности в интерференционном профилографе бело/о света, заключающийс в построчном сканировании интерференционного пол , преобразовании интерференционной картины в фотоэлектрический сигнал, выделении в каждом периоде преобразовани пика сигнала , св занного с ахроматической полосой , формировании сигнала расстройки, пропорционального разности длительнох4There is also known a method for measuring the geometrical parameters of a surface in an white / o light interference profilograph, which involves scanning the interference field line by line, converting the interference pattern into a photoelectric signal, highlighting the peak of the signal associated with the achromatic strip in each transformation period, generating a detuning signal proportional to the time difference

ГОGO

сти, изменении разности хода интерферирующих лучей в сторону уменьшени сигнала расстройки и регистрации вносимой разности хода. С помощью этого способа геометрические параметры контролируемой поверхности определ ют, анализиру результаты вычислений, полученных после сканировани всех строк интерференционного пол .the change in the path difference of the interfering beams in the direction of decreasing the detuning signal and recording the insertion path difference. Using this method, the geometrical parameters of the test surface are determined by analyzing the results of calculations obtained after scanning all lines of the interference field.

Однако описанный способ сложен в реализации и не позвол ет измер ть толщину металлических пленок на диэлектрическом основании с высокой точностью,However, the described method is difficult to implement and does not allow measuring the thickness of metal films on a dielectric base with high accuracy,

Наиболее близким вл етс способ автоматического измерени толщины тонких непрозрачных пленок, основанный на измерении изгиба интерференционных полос на границе пленка - подложка. С помощью блока электронной обработки производитс преобразование интерференционной картины в фотоэлектрический сигнал, опознание и точное определение временного положени центра ахроматической полосы в различных сечени х интерференционного пол и измерение изгиба ахроматической полосы на границе пленка - подложка. Ди- апазь измер емых толщин с помощью этого способа заключен в интервале 0,003-3 мкм, погрешность измерени составл ет ±0,003 мкм.The closest is a method of automatically measuring the thickness of thin opaque films, based on the measurement of the bending of interference fringes at the film-substrate interface. Using an electronic processing unit, the interference pattern is transformed into a photoelectric signal, identifying and accurately determining the temporal position of the center of the achromatic strip in different cross sections of the interference field and measuring the bend of the achromatic strip at the film-substrate interface. The diapazis of measurable thicknesses using this method is in the range of 0.003-3 microns, the measurement error is ± 0.003 microns.

Однако описанный способ не позвол ет с высокой точностью проводить измерени толщин металлических пленок, нанесенных на диэлектрическое основание из-за отсутстви учета вли ни параметров металлической пленки на результаты измерений.However, the described method does not allow measurements of the thickness of metal films deposited on a dielectric substrate with high accuracy due to the lack of consideration of the influence of the parameters of the metal film on the measurement results.

Цель изобретени - повышение точности определени толщины металлической пленки, нанесенной на диэлектрическую подложку.The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the thickness of a metal film deposited on a dielectric substrate.

Указанна цель достигаетс тем, что согласно способу определени толщины пленки , заключающемус в том, что освещают исследуемую поверхность пучком излучени , формируют интерференционную картину , измер ют величину Д X изгиба интерференционных полос на границе пленки и рассто ние Р между соседними интерференционными полосами и по полученным данным рассчитывают толщину, пленки, после измерени изгиба и частоты интерференционных полос перемещают исследуемую поверхность в направлении падени на нее пучка излучени , фиксируют направление перемещени системы интерференционных полос и определ ют направление их изгиба относительно системы интерференционных полос в области диэлектрической подложки, непокрытой металлической пленкой, а расчет толщины h пленки осуществл ют по формулеThis goal is achieved in that according to the method of determining the film thickness, which consists in illuminating the surface under study with a radiation beam, forming an interference pattern, measuring the value D X of bending of interference fringes at the border of the film and the distance P between adjacent interference fringes and using the data obtained calculate the thickness of the film, after measuring the bend and frequency of the interference fringes move the test surface in the direction of the radiation beam falling on it, fix the direction The motion of the interference fringe system and determine the direction of their bending relative to the fringe system in the area of the dielectric substrate uncoated with a metal film, and the film thickness h is calculated using the formula

h АЬЧ ЛгпГ„124 Г23еХР(21 4. Г-1У & Д h + П2г23ехр(2Й+(- 1) Т 2h ALPHLHRG „124 G23eHR (21 4. G-1U & D h + P2g23ehr (2Y + (- 1) T 2

где /3 2тгпЬ /А ;where / 3 2tgpb / A;

00

П2P2

1one

пP

1 +п 1 + n

n -f пn -f p

Я-длина волны излучени ; п - комплексный показатель преломлени металлической пленки;I is the radiation wavelength; n is the complex refractive index of the metal film;

п - показатель преломлени подложки;n is the refractive index of the substrate;

5 при совпадении направлени перемещени и изгиба системы полос относительно системы полос в области диэлектрической подложки при несовпадении направлени перемещени и изгиQ ба системы полос.5 with the coincidence of the direction of movement and bending of the system of strips relative to the system of strips in the region of the dielectric substrate with the discrepancy between the direction of movement and bending of the database system of the strip.

На чертеже представлено устройство, реализующее способ определени толщины металлической пленки, нанесенной на диэлектрическое основание.The drawing shows a device that implements a method for determining the thickness of a metal film deposited on a dielectric substrate.

дУстройство содержит источник 1 немонохроматического излучени , делитель 2 пучка, объектив 3 микроскопа, окул р 4, эталонное зеркало 5, диэлектрическое основание 6, металлическую пленку 7.The device contains a source of non-monochromatic radiation 1, a beam divider 2, a microscope objective 3, an eyepiece 4, a reference mirror 5, a dielectric base 6, a metal film 7.

Q Излучение от немонохроматического источника 1 раздел ют делителем пучка 2 на два, один из которых через объектив 3 направл ют на исследуемую поверхность, состо щую из диэлектрического основани 6Q Radiation from a non-monochromatic source 1 is divided by a beam divider 2 into two, one of which is directed through the lens 3 to the surface of interest, consisting of a dielectric base 6

с и металлической пленки 7, второй - на эталонное зеркало 5, отраженный пучок от эта- лонного зеркала 5, увеличенное изображение исследуемой поверхности и визирную линию окул ра совмещают в полеc and a metal film 7, the second to the reference mirror 5, the reflected beam from the reference mirror 5, an enlarged image of the investigated surface and the eye line of the ocular frame are combined in the field

п зрени окул ра 4.eye view 4.

Способ осуществл етс следующим образом .The method is carried out as follows.

Измен ют рассто ние между объективом 3 и исследуемой поверхностью до пол учени в центре пол зрени окул ра 4 системы интерференционных полос, поворачивают исследуемую поверхность в плоскости , перпендикул рной падающему пучку, до тех пор пока граница металличеg ской пленки не окажетс перпендикул рной системе интерференционных полос, визирную линию располагают параллельно системе интерференционных полос, измер ют величину смещени интерференционныхChange the distance between the lens 3 and the test surface to the floor in the center of the field of view of the eyepiece 4 of the interference fringe system, rotate the test surface in a plane perpendicular to the incident beam until the metal film boundary is perpendicular to the system of interference fringes , the line of sight is arranged parallel to the system of interference fringes, the magnitude of the offset of the interference fringes is measured

е полос на границе металлической пленки АX и рассто ние между соседними интерфе- ренционными полосами Р, перемещают исследуемую поверхность в направлении падени на нее пучка, определ ют направление перемещени системы интерференционных полос относительно визирной линии , совмещают визирную линию с одной полосой из системы интерференционных полос, расположенной в области непокрытого металлической пленкой диэлектрического основани , определ ют направление изгиба соответствующей полосы из системы полос, расположенной в области металлической пленки, в случае совпадени направлени изгиба интерференционной полосы с первоначально фиксированным направлением перемещени задают , в случае противоположного направлени изгиба .e strips on the border of the metal film АX and the distance between adjacent interference bands P, move the test surface in the direction of the beam falling on it, determine the direction of movement of the system of interference fringes relative to the sighting line, combine the sighting line with one strip from the system of interference fringes, located in the region of the dielectric base uncovered by the metal film, determine the direction of bending of the corresponding strip from the strip system located in the region of The metallic film in the case of coincidence of the direction of bending of the interference band with the initially fixed direction of movement is given, in the case of the opposite direction of bending.

Искомое значение толщины металлической пленки определ ют из уравнени The desired thickness of the metal film is determined from the equation

. Л. ( М2 + Г23 exp(2i/3) , т.ДХч.А h - Abs (arg 1 + ri;g3exp(2l//)+ (-1) Т-). L. (M2 + G23 exp (2i / 3), t.DHH.A h - Abs (arg 1 + ri; g3exp (2l //) + (-1) T-)

где Р 2 п п h/A;where P 2 p n h / A;

1 -п1 - n

П2 P2

Г23 G23

1 +П1 + P

п - пn - n

1one

п 4-п1p 4-p1

h - толщина металлической пленки;h is the thickness of the metal film;

А - длина волны;And - wavelength;

п - комплексный показатель преломлени металлической пленки;n is the complex refractive index of the metal film;

п - показатель преломлени подложки.n is the refractive index of the substrate.

Claims

Invention Formula

The method of determining the film thickness, which consists in illuminating the test surface with a beam of radiation, forms an interference pattern, measures the flexural values of the interference fringes at the border of the film and the distance

five

0

P between adjacent fringes and the data obtained calculate the film thickness, characterized in that, in order to increase the accuracy of determining the thickness of a metal film deposited on a dielectric substrate, after measuring the bend and frequency of interference fringes, the surface under study is moved in the direction of incidence of radiation on it , fix the direction of movement of the system of interference fringes and determine the direction of their bending relative to the system of interference fringes in the region of electric substrate uncovered metal film, and the film thickness h calculation is carried out according to the formula

. „, (R12 + r23 exp (2 | I), / t h Abs (zgo-n i., - -rJtm r (- I) -yr) v уТ-ГГ12г23ехр (2р) v Г

where / 9 2lgp / A:

1 - n

P2

1 4-p

P

G23 -

P

P + P

A is the radiation wavelength;

n is the complex refractive index of the metal film;

n is the refractive index of the substrate;

if the direction of movement and bending of the system of bands coincides with the system of bands in the region of the dielectric substrate; if the direction of movement and the bending of the strip system do not match

"-3