Ф ЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МАТИ» - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского _____________________________________________________________________ Кафедра «Наукоемкие технологии радиоэлектроники» Измерение толщины пленок МЕТОДом микроинтерферометрии Методические указания к лабораторной работе по курсу "Нанотехнология в производстве РЭС" Составители: В.М. Елинсон А.Н. Лямин МОСКВА 2005 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МАТИ» - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского

Кафедра «Наукоемкие технологии радиоэлектроники» Измерение толщины пленок МЕТОДом микроинтерферометрии Методические указания к лабораторной работе по курсу "Нанотехнология в производстве РЭС" Составители: В.М. Елинсон А.Н. Лямин МОСКВА 2005

^{Измерение толщины методом микроинтерферометрии: Метод. указ. к лабораторной работе по курсу «Нанотехнология в производстве РЭС» / В.М. Елинсон, А.Н. Лямин – М.: МАТИ / 2005.  27 с.}

^{ Елинсон В.М., Лямин А.Н.}

^{ МАТИ / 2005}

1. Введение

^{В настоящее время требования к параметрам тонких пленок, используемых в различных современных технологиях, достигли такого высокого уровня, что их получение становится невозможным без жесткого контроля за очень большим количеством параметров технологического процесса осаждения. При этом во многих случаях используются сверхтонкие пленки, параметры которых (в частности, толщина) должны быть прецизионно контролируемы.}

^{Одним из основных параметров (таких как, химические состав и структура пленок), определяющих функциональное назначение пленочных структур, является их толщина (например, интерференционные покрытия в оптике, квантоворазмерные структуры в микроэлектронике и т.д.). Следовательно, разрабатывая способ контроля параметров тонких пленок, необходимо обязательно использовать методы, обеспечивающие измерение с высокой точностью толщины осаждаемых пленок.}

2. Методы измерения толщин

^{Наиболее широко распространенными методами, используемыми для определения толщины, являются оптические методы, основанные на интерференции света. В данных методах о толщине пленки судят по экстремумам, наблюдаемым при отражении света от пленки. Однако, если необходимо контролировать толщину сверхтонких плёнок (d < 50 нм), то интерферометрия становится не применима (так как в данном способе используется длина волны света видимого диапазона). Поэтому при толщинах плёнок d < 50 нм используют эллипсометрию и кварцевое микровзвешивание. Но в этом случае толщину покрытия измеряют не прямым способом.}

^{Эллипсометрия хорошо подходит для исследования простых объектов, например, слоев SiO2 и Si3N4 на кремнии, если их толщина более 5 нм. Но для металлов, многослойных структур и материалов, оптические константы которых могут изменяться в технологическом процессе, эллипсометрия часто бывает бессильна. Также при эллипсометрии для корректного расчета необходимо правильно выбрать модель анализируемой системы и вводить переходные слои. Кроме того, интерферометрия и эллипсометрия имеют ограничения при исследовании поглощающих материалов (например, металлов). Кварцевое микровзвешивание не применимо в случаях, когда плотность материала точно не известна или изменяется в процессе роста пленки. Определить толщину металлических слоев можно, измерив, слоевое сопротивление. Однако этот метод не подходит при исследовании пленок толщиной менее 300 нм.}

^{Наиболее привлекательным методом для определения толщины пленок является метод рентгеновской рефлектометрии. С его помощью можно определять не только толщину, но и плотность пленок и шероховатость их поверхности, т.е. параметры, которые чрезвычайно важны для тонких и сверхтонких пленок. При этом не имеет значение тип изучаемого материала. Однако проведение измерений коэффициента отражения от угла падения требует много времени. Это не позволяет использовать метод во время проведения технологического процесса. Более того, существующее рентгеновское оборудование для исследования тонких пленок позволяет проводить исследования только после завершения технологического процесса получения пленочной структуры («ex-situ»).}

Современное состояние большинства технологий получения пленок достигло того уровня, когда для дальнейшего совершенствования существующих технологических процессов и разработки новых необходимо осуществлять всё более жесткий контроль, как газовой среды, так и параметров слоев непосредственно при проведении технологического процесса (так называемый «in-situ» контроль). При этом число различных материалов, которые находят применение в виде сверхтонких пленок, все время увеличивается. Одновременно уменьшается толщина пленок, и повышаются требования к погрешности в толщине и шероховатости их поверхности, а также электрическим, оптическим и магнитным свойствам слоев. Хорошим примером является технология получения многослойных квантоворазмерных структур со сверхтонкими металлическими слоями (2 - 10 нм), на основе которых формируются элементы памяти (так называемые спиновые затворы – Spin Valve). Поэтому, проблема измерения параметров тонких пленок в процессе их формирования стала одной из наиболее актуальных задач в технологии тонких пленок. Решение этой задачи требует разработки новых, универсальных систем контроля, способных определять параметры любых типов материалов на произвольных подложках вне зависимости от вида самого технологического процесса. Поэтому в последнее время наблюдается значительный рост интереса к разработке различных «in-situ» методов контроля процессов происходящих на поверхности во время формирования пленочных покрытий. Одним из наиболее перспективных направлений является использование измерений временной зависимости коэффициента отражения коротковолнового рентгеновского излучения.