Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 38
Текст из файла (страница 38)
ляется показателями преломления материалов пленки и подложки. Слю дует отмстить, что интерференцнонпый максимум в прошедшем свете совпадает с минимумом а отраженном свете и наоборот. Зтн проблемы более подробно рассматриваются в гл. 11, равд. 1, в связы с методами измеренив толщины пленок. Контроль толщины пленки производится по наблюдению максимальных величин интенсивности света, которые периодически появ. ляются с увеличением оптической толщины пленки на величину, равную четверти длины волны Х света. Следовательно, можно непосредственно наблюдать порядок данного иитерференционного максимума или минимуме. Измерение прохождения н отражения наиболее часто используются в тех случаях, когда пленки осаждаются для оптических применений, а именно: для делителей луча, зеркзл, просветляющих покрытий и иитерференцнонных фильтров.
В этих случаях обычно требуются толщины, кратные а/4, и преимущества непосредственного измерения именно данного параметра пленки очевидны. Для таких целей были разработаны различные варианты конструкций датчиков. Рассмотрение нк можно найти в обзоре Берндта (!39). Следует отметить конструкцию, разработанную Штекельмахером с сотрудниками [318, 319), в которой используется модулированный све. тоаой поток, так что выходной сигнал фотоэлемента может быть селектнв. но усилен, чго исключает влияние рассеянного света. Зта конструкция была успешно использована прн производстве многослойных интерферен- !$! Гл.
1. Вакуумная испарений 31ииилгил ртутное ллдп лтэ- лгелгигл Вииууии -иллтниг трЯ) Лнляфилт» «иииилиу фи/уаР7у Рнс. 'На Снстснл длн высонвовствтносо негодного рвснылсннн с нснолвлввлннвн ввсв. носново длгвннв товнснны ~эш1, нрвдлоывннв» двнндсон н мвассслвн 1зтз1. падения света на подложку.
Поэтому использование таких датчиков часто затруднено необходимостью размещения внутри установки испарителя, тепловых экранов н патрубка для откачки. Хотя эта проблема и может быть решена, но сопутствующие ей трудности в общем осложняют использование оптических датчиков н вызывают необходимость применения других типов датчиков. Однако встречаются случаи, когда оптические датчики имеют существенное преимущества перед другими типами датчнков. Это относятся к методам радиочастотного ионного распыления, при котором работа всех датчиков, в которых используются электрические измерения, нарушается помехами от тлеющего разряда. В связи с этим, как сообщили Шейбл и Стендли [321[, в последнее время вновь возник интерес к оптическим датчикам.
Зто привело к разработке систем, в которых осветитель и фотоэлемент размещены вне вакуумной системы [322[. Система такого типа, приведенная на рис. 56 для установки радиочастотного катодного распыления, была разработана Дэвидсон и Мейселом [323[. Поскольку в этой установке используется большой кварпезый катод, расположенный з непосредственной блнаосгн от подложки, то необходимо использовазь угли па.
денна 0 порядиа 80'. Поскольку угол 9 приближается к углу Брюстера илв шюнных систем. Однако при производстве микроэлектронных схем методы контроля оптической толщины пленок не нашли широкого распространения, [ютому что основной интерес представляют элеатрические, а не оптические свойства пленок. Отметим также, что методы намеренна прошедшегосвета обычно не используются, так как подложка либо является непрозрачной, либо она монтируется на металлическом держателе. Таким образом, остаюйся тольио методы измерения отраженного света. Однако наиболее распространенные типы оптических датчиков, включан промышленные образны [320[, предназначены для малых (почти перпендикулярных) углов у.
Аппаратура я метеды контроля есажденяа пленок дпр» ев Ивиеинон 1 2 б Ф 7 Ф а уу 1х уэ тй 1Ю г"КгбтбМИГ д 1, 250 Юг 7б7 б, год В,уггб 11, грд 15, 7эб уб,глб 1В, 7ДВ 71, губ 2У,7ВВ гбг галл 2В,730 ху,ггр ВВ, 720 Збгггб ЛР МгСОЕИЛ)й Рас. Эт. Внд овинов на диаграммиоа лепта самеаисвв сигнале от оптического датчика толгаяим, врнвадсиного нв рнс. $6. Запись соответствует ослкгдсинм ЙО, нв креивна методом высокочастотного ионного рвспмлеваа (Х ЭЭЮ (.
6 тз ). Рас. ЭЗ. Влек.слемв устрюастеа автематачееквгв конгрева толщина с использованием аатачсскюге датчике (агэ). подложки является отражающей (в данном случае поверхность кремния), то интенсивность отраженного света завяснт от толщины пленка в соответ. ставя с соотношением (1б), выведенным в гл. 11, равд. 1. Выходной сигнал фотоэлемента пропорционален интенсивности света н имеет ввд, пряведенный иа рис.
57. Непрерывная запись показаний фотоэлемента позволяет непрерывно нонтролнровать толщину пленхн. Измерительная система позволяет легко пронзводкть автоматическую остановку процесса нанесе. ния пленив в момент достижения предварительна выбранного мннвмума. Елок-схема установки, обеспечивающей такой контроль, пркведена на рнс. Б8. В этом случае толщину пленки, кратную )ь/4, можно получать яэ уравнения (10) гл. 11, равд.
1В, 2) ЛЪ б = — +йг +Агут йлу соэ 81 превосходят его для вещества днэлектрнческой пленки, то условия для наблюдеяня янтерференцконной картины для параллельного н перпендн,куляряого компонентов поляризации света оказываются протнвоположяымя. Помещая поляркзацнояный фильтр перед фотозлементом, можно регястрировать только перпендикулярный компонент, для которого наблюдается большее различие между максямвльной н мяянмвльной интенсязностямн. Кроме того, нсполдзованне ннтерференцяонного фильтра позволяет регвстряровать только свет данной длнны волны. Если поверхность Гя. !.
Вш<уумное немвреине <не Д<='/„"/,, /э ... для интерферевцнонных минямумов нли // = О, 1, 2, 3... для ннтерференциониых максимумов (см. рис. 57); я/ — показатель преломления вещества пленки (1,470 для ЯО,, полученного вонным распылением); О/ — угол преломления в пленке; б/ — поправка на фазовый в <данг; А/ — яопревка на отражение. Поправкой нв отражение вданиом конкретном случае можно пренебречь, поскольку нв угол падения, ни длина волны (вета не меняются 1325, 326].
Поправка на фазовый сдвиг возникает по той причине, что падающий свет претерпевает два фазовых сдвига, один, равный 2н, прн отражении от поверхности пленки, второй — отличный от 2я, при отражении от границы пленка — подложка. В случае пленки ЯОэ на кремнии оба сдвига фаз почти идентичны, и величиной А/, можно пренебречь (326, 327). Величины поправок на фазовый сдвиг были рассчитаны Плнскиным 1328) для пленок ЗЮэ, А1эОэ и ингрида кремннв на некоторых металлических поверхностях и герианни. Эти величины лежат в пределах от — 60 до — 300 А для перпендикулярного компонента све. товых колебаний и, следовательно, должны в общем случае учитываться.
Описанный датчик точщины был использован в установке дли радиочастот. ного ионного распыления 5<От на пластины кремния. При этом пленки толшиной от 2000 до 30000А контролировались с точностью от 1% до 2%. которая является типичной для оптических датчиков. Поскольку элементы контроля размещены вне вакуумной установки, то такая система контроля может быть применена н для метода вакуумного испарения. Наиболее часто в качестве диэлектрического вещества используется 3Ю, которая имеет некоторое поглощение в видимой области спектра, По этой причине происходит уменьшенве интенсивности отраженного светэ с увеличением порядка интерференции. Экспериментальные кривые интенсивности света, прошедшего через растущую пленку 3Ю, показывают зкспоненциальное уменьшение, наложенное на периодические интерференционные изменения интенсивности. Это приводит к уменьшению разности в интенсивностих в максимуме и минимуме, н с некоторой толщины их становит< я трудно различать. Так например, Зербст (329) показал, что кривая пропускания для пленок ЯО толщиной больше 8000 А практически ие со.
держит максимумов и минимумов. С помощью более сложной электронной схемы можно контролировать пленки 5<О толщиной в ! мкм с точностью — 20 А (330), Иитерференционный метод может быть использован и в ин. фракрасиой области спектра. Это представляет особый интерес для контроля толп<ины эпитакснвльных пленок кремния. Некоторые примеры такого применения даны Штекельмахером (279).
Поскольку процесс эпитаксии проводится при повышенной температуре, то нет необходимости а использовании внешнего источника света. Излучение от подложки кремния [324) илн сапфира [33!) создает интерференциоиную картину вс. ледствие частичного отражения от поверхности пленки. В случае эпнтаксии кремния на кремнии эффент зависит от различия в концеитрацнн н положении примесных уровней в пленке н подложке. поскольку показатель преломления кремния зависит от концентрации свободных носителей (см. также гл, 11, раэд.
1В, 4)!. 2) Резисториые датчики. Известно, что зависимость сопротивления /7 проводящей пленки длиной / н шириной <а от толщины можно представить в виде (83) /7 = р!/ю<(. Если удельное сопротивление пленки остается неизменным в течение осаждения, то толщину пленки </ можно непрерывно контролировать по ее сопротивлению. В своем простейшем виде метод предусматривает иа- !й 4 7.,дннаратурв и мечоды контроля осаждения пленок личне стеклянной подложки с двумя ионтактами, которые позволают производить измерение сопротивления, а также маски иад подложкой, иоторав задает величины 1 и ш пленки между контактами. Эти контакты должны быть изготовлены предварительно или отдельным осаждением металличесхой пленин, или нанесением металлической пасты с последующим ее вжигаиием.
Подложка датчика и его маска для обеспеченив одинаковых условий осаждения монтируются рядом с основной подложкой. К датчику подсоедвнается пара металлических зондов для снятия зависимости тока от напряжения внутри вакуумной системы. Однако, несмотря на легкость измерения, такой метод измерения и контроля толщины металлических пленок имеет свои недостатки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
