SU947640A1 - Способ измерени толщины пленки на подложке - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  толщины h тонких ( мкм).преимущественно поглощающих,- пленок, нанесенных на подложки различными технологическими методами.

Известен способ толщины тонких: пленок, заключающийс  в.формировании на пленке синусоидальной дифракционной решетки, состо щей из чередук цихс  областей пленки и подло)хки, с напыленным непрозрачным слоем алюмини . Такую решетку освещают когерентным излучением и по измерению интенсивности света в дифракционных максимумах возникающей от решетки дифракционной картины суд т о толщине пленки tl3.

Недостатком данного способа  вл етс  то, что он не позвол ет измер ть толщины пленок меньше 0,003 мкм вследствие искажени  рельефа созданной на пленке дифракционной решетки напыленным слоем алюмини , толщина которого 7/0,06 мкм.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  дифракционный способ измерени  толщины пленки наподложке, заключающийс  в

том, что на подложке формируют отра хательную фазовую дифракционную решетку, на которую нанос т измер емую пленку, облучают решетку когерентным излучением и регистрируют интенсивность света в первом и втором дифракционных максимумах. Формируют решетку методом фотолитографии .21.

10

Недостатком данного способа  вл етс  ограниченна  область применени , включающа  лишь возможность измерени  толщины тех пленок, которые равномерно осаждаютс  по поверхности

15 рельефа дифракционной решетки (случай эпитаксиального наращивани  пленок из парогазовой фазы). Дл  других методо-в получени  пленок, например термического испарени  в вакууме,

20 данный способ не приемлем , поскольку толщина пленки, осаждающейс  на боковых стенках канавок рещетки, значительно меньше, чем на дне канавок и выступах решетки.

25

Claims (2)

1. Цель изобретени  - расширение области применени  способа измерени , а именно возможности измерени  толщины пленок, полученных различными технологическими методами (термичес30 . кого 1напылени  t в вакууме, катодного распылени , молекул рно-лучев эпитаксии и т.д.). Указанна  цель достигаетс  тем, что в способе измерени  толщины пл ки на подложке, заключающемс  в том, что на подложке формируют отражательную -фазовую дифракционную решетку, на которую нанос т измер  мую пленку, облучают решетку когер ным излучением и регистрируют инте сивность света в первом и втором . дифракционных максимумах, дл  форм ровани  отражательной фазовой дифракционной решетки на подложку пос довательно нанос т отражающее покры тие из того хе Материала, что и измер ема  Пленка, -и слой материал обладающего свойством селективного травлени  по отношению к этому пок рытию, создают на этом слое материала решетку, на которую нанос т измер емую пленку, и селективностравливают оставшиес  участки сло материала на отражающем покрытии, p гистрируют интенсивность света в нулевом пор дке дифракции и по вели чинам всех указанных интенсивностей света суд т о толщине пленки. На фиг. 1 изображе.на принципиальна  схема известного устройства дл измерени  толщины пленки; на фиг.26 схематично показан технологически процесс формировани  отражательной фазовой дифракционной решетки на подложке. Определение толщины пленок прово д т, использу  известное устройство .( фиг.1), включаю1 ;ее источник 1 когерентного излучени (лазер), держатель 2 образца, на котором устанав , ливаетс  подложка 3 с дифракционной решеткой, содержаща  измер емую пленку, фотодетекторы 4, регистрирующий прибор 5 и электронный блок б обработки информации. Способ осуществл етс  следующим образом.- . Дл  измерени  толщины пленки когерентным излучением от лазера освещают созданную на-подложке 3 дифракционную решетку, на которой происходит дифракци  света, и измер ют интенсивности излучени  в дифракционных пор дках 3(5 , 3 и Oii.. Из отношени  определ ют величину b/d (b - ширийа канавки, d период решетки)i а из соотношени  3 /3(3 с использованием вычисленного значени  b/d суд т о толщине пленки h. Дл  пр моугольной фазовой отражательной решетки, котора  формируетс  по описанному способу, и дл  угла падени  излучени  на образец, близкого к нормальному, эт величины вычисл ют по формулам Ь /с1 J соз /Э Xlfi;/3, Интервал толщин h, измер емых данным способом, составл ет от 0,001 мкм до А /2 (граничение, обусловленное теоретической моделью расчета h), т.е. при использовании He-Ne,лазера с длиной волны Л 0,63 мкм верхний предел h равен-ь 0,3 мкм. Точность измерений величины h при использовании лазера со стабилизированной мощностью излучени  не хуже 10%. Технологический процесс формировани  отражательной фазовой дифракционной решетки на подложке 3 (фиг.2-6) сводитс  к нанесению отражающего покрыти  7 из того же материала, что и пленка, на подложку 3 (фиг.2); нанесениьэ сло  8 материала , обладающего свойством селективного травлени  по отношению к материалу покрыти  7 (фиг.З); созданию, например методом фотолитографии ., отражательной дифракционной решетки, состо щей из чередующихс  участков сло  8 материала, и .отражающего покрыти  7 (фиг.4); нанесению изг ер емой пленки толщиной 11 (фиг.Б); селективному стравливанию оставшихс  участков сло  8 и образованию фазовой отрах ательной дифракционной решетки на подложке 3 (фиг.6), Дл  исключени  неопределенности в скачке фазы при вычислении толщины пленок покрытие 7 изготавливают полностью отражающим. Толщину его оценивают по известным формулам дл  коэффициентов пропускани  и отражени , исход  из оптических констант массивного материала. Дл  большинства поглощающих материалов, в частности дл  металлов, эта толщина 0,06 мкм. Толщина селективности трав щегос  сло  8 материала должна превышать (примерно .в 2-10 раз толщину измер емой пленки дл  облегчени  доступа растворител  и быстрого вымывани  участков пленки 9, наход щихс  на поверхности этого сло  материала. Следует отметить, что при температурах осаждени  пленки на ПОДЛОЖКУ 150°С в качестве сло  8 материала удобно использовать фоторезист билизированной мощностью излучени  не хуже 10%. Пример. Провод т измерение олщины тонких пленок N i С г при отаботке технологического процесса олучени  пленок методом, близким взрывному испарении, на установе вакуумного нашшени  УВИ-71Р-2. а окисленные подложки кремни  диаетром 60 мм нанос т слой NICr толвиной 0,06 мкм, а затем слой А1 тотациной О,1 мкм и готов т методом фотолитографии по А1.дифракционные решетки из областей А1 и NiCr, Пери 1од решетки составл ет 8 мкм, размер канавки (4tO,l) мкм, размер решетки мм. На одной пластине располагают дес ть таких решеток. Затем партию таких пластин в количестве 20 шт. загружают в установку, и провод т напыление пленки НiС г при температуре подложек 320°С. Перед определением толщины пленки участки сло  А1 удал ют с пластин в травителе На основе кислоты H-jPO с доба ками кислот СНдСООН, HHOj и смачива тел  СВ-17. Измерение толщины пленки NiCr провод т с использованием стабилированного He-Ne лазера ЛГг79 фотодиодов ФД-7К, микровольтметра В-2-11 и вычислительной счетной машины. Измерени  показали, что при оптимальном режиме получени  пленок разброс толщин h N f С г По пластине составл ет не более 10%, разброс h от пластины к пластине 10%, а от партии к партии не хуже 15%. Интервал определ емых толщин составл ет 0,0025-0,03 мкм. .Использование предлагаемого способа измерени  толщины пленок обеспечивает по сравнению с существующи ми способами возможность контрол  толщины поглощающих пленок, получаемых различными технологическими методами, высокую точность измерений , снижение нижнего предела определ емых толгдин до 0,001 мкм, что позвол ет управл ть технологическим процессом изготовлени  тонкопленоч ных структур в современном приборос роении, своевременно отбраковывать 1злели , не удовлетвор ющие услош м , и увеличить выход годных. Формула изобретени  Способ измерени  Лэлщины пленки на подложке, заключающийс  в том, что на подложке формируют отражательную фазовую дифракционную региетку, на которую нанос т измер емую пленку , облучают решетку когерентным излучением и регистрируют интенсивность света в первом и втором дифракционных максимумах, отличающийс  тем,что с целью расширени  области применени  способа , дл  формировани  отражательной фазовой дифракционной решетки на подложку последовательно нанос т отражающее покрытие из того же материала, что и измер ема  пленка, и слой материала , обладающего свойством, селективного травлени  по отношению к этому покрытию, создают на этом слое материала решетку, на которую нанос т измер емую пленку, и селективно стравливают оставшиес  участки сло  материала на отражающем покрытии, регистрируют интенсивность света в нулевом пор дке дифракции и по величинам всех указанных интенсивностей суд т о толщине пленки. Источники инфор 1ации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Wilson .1 .Т. , . Bof len L.B. Арplied Optics. 16, №8, 208Б,- Autjust,
2. 2.Патент США 4141780, : , . 1КЛ. G 01 В 11/06, 1979 (прототип).

   И

   ZlFl РГЯ

   y//7/)(//y/////777/////7/,

   ФигМ Q V 7

   /////// ///////7 y//WZ/.

   (pus. 6

   фиг.2

   (Риг.5,