30. Эллипсометрия (Элипсометр)

Эллипсометрия - метод неразрушающего контроля состояния поверхности полупроводниковых пластин, параметров тонких поверхностных слоёв и границ раздела между ними, основ-ый на анализе измен-ия поляризации пучка поляризованного монохроматического света при его отражении от исслед-ого объекта. Т.к. обычно измеряются параметры эллиптически поляризованного света, метод назван эллипсометрическим или просто эллипсометрией.

Конструкции и функциональные схемы эллипсометров. Высокая точность измерений (погрешность измерений толщины 0,3нм) на плёнке SiO₂, малая чувствительность к внешним воздействиям, отсутствие разрушающего воздействия - все эти важные преимущества эллипсометрического метода в сочетании с ЭВМ ставят его в ряд наиболее перспективных для технологического контроля (в реальном масштабе времени) не только толщин плёнок, но и оптических констант, диэлектрической проницаемости, концентрации и подвижности заряженных частиц, шероховатости поверхности и других параметров.

По способу измерения эллипсометрических параметров и эллипсометры могут быть разделены на две большие группы: ненулевые эллипсометры прямого фотометрирования и компенсационные нульэллипсометры. В эллипсометрах первой группы параметры  и  непосредственно не измеряются, а рассчит-ся на основании данных об интенсивности излучения, отражённого от объекта измерений при заданных значениях азимутов поляризатора и анализатора. В компенсационных нульэллипсометрах, напротив, в результате измерений фиксируются угловые величины: азимуты анализатора tg ^ и поляризатора tg ⁿ, а также разность фаз , создаваемая компенсатором за счёт изменения его толщины d до получения минимальной (нулевой) интенсивности на выходе эллипсометра. Параметры и  в данном случае рассчитываются простыми соотношениями:

 = arctg(tg^/tgⁿ) ,

 = (2/)(n_p-n_s)d - /2 .

На рис. 5.47 изображена функциион-ая схема ненулевого эллипсометра прямого фотометрирования. Оптическое излучение от лазера модулируется по амплитуде и, пройдя поляризатор с фиксированным азимутом, отражается от кремниевой пластины, на которую производится осаждение плёнки SiO₂. Отражённое образцом лазерное излучение выходит из технологической камеры через оптическое окно и, попадая в приёмный блок, расщепляется с помощью двух светоделителей на три луча, которые проходят соответствующие анализаторы с углами поворота осей линейной поляризации (т.е. наибольшего пропускания) 0^о, 45^о и 90^о относительно плоскости падения излучения на образец и регистрируются фотодетекторами ФД1-ФД3. Электрические сигналы с фотодетекторов поступают на усилители А1-А3 и в блок записи и обработки информации, в котором по трём значениям интенсивности I₁, I₂ и I₃ на выходе трёх анализаторов рассчитываются параметры и .

При получении с помощью системы эллипсометрических изоб-ий гасятся только составляющие пучки света, отраженные от участков исслед-ого образца, имеющих одинаковые параметры. Это позволяет оценить равномерность распред-ия контролируемых параметров (например, толщины плёнки) в исследуемых структурах. Соответ-ие участки эллипсометр-ого изобр-ия на экране выглядят темными, остальные - светлыми.

Эллипсометр-ие методы контроля широко использ-ся на следующих этапах разработки, исслед-я и контроля техноло-х процессов полупров-гоо произ-ва: контроль подготовки повер-ти пластин, фотолитографических и электрохимических процессов, изучении электрофизических свойств полупроводниковых материалов; исслед-ие нарушенных и ионноимплантированных слоёв полупров-ов и диэлектриков; измерение толщины и показателей преломления диэлектрических плёнок и параметров эпитаксиальных структур; анализ явлений, возникающих на поверхности пластин при диффузии и термообработке.