5.2. Диапазон измеряемых значений толщины эпитаксиального слоя

Максимальное значение измеряемой толщины эпитаксиального слоя определяется длиной хода подвижного зеркала. Перемещение зеркала должно быть таким, чтобы вводимая им разность хода Δ_М в плечах интерферометра компенсировала разность фаз Δ, возникающую в результате отражения света от эпитаксиальной структуры. Только при выполнении условия Δ=Δ_М в интерферограмме появляются боковые серии пиков. Современные интерферометры дают возможность измерять максимальную толщину эпитаксиального слоя, равную 100 мкм. Нижний предел измеряемой толщины ограничивается эффектом взаимного перекрытия центральной и боковых серий интерферограммы. С уменьшением толщины боковые пики сближаются и перекрываются с центральной серией экстремумов. В этом случае интерферограмма искажается настолько, что определение толщины становится невозможным.

Перекрытие центральных и боковых экстремумов происходит при толщинах, меньших 8 мкм. Чтобы снизить нижний предел измеряемых толщин, с помощью ЭВМ вычитают из интерферограмм центральную серию пиков. Как следует из (5.3), центральная серия пиков является результатом интерференции лучей, отраженных как от поверхности эпитаксиального слоя, так и от его границы с подложкой. Амплитуда и спектральное положение центральных экстремумов зависят от оптических постоянных эпитаксиального слоя и подложки. Поэтому функцию I_ц(х) центрального участка интерферограммы можно аппроксимировать линейной комбинацией спектров отражения высокоомного монокристаллического образца исследуемого материала и центральных серий пиков интерферограмм для эпитаксиальных структур с толстым (более 10 мкм, чтобы исключить эффект перекрытия) эпитаксиальным слоем и различным удельным сопротивлением подложки. Коэффициенты этой линейной комбинации подбираются так, чтобы после ее вычитания из интерферограммы измеряемого образца центральный главный максимум при х=0 был равен нулю. Остаточные максимумы в центральном участке интерферограммы после такого вычитания становятся очень малыми по сравнению с боковыми пиками.

После вычитания центральной серии пиков положение боковых главных максимумов может быть определено для толщины эпитаксиального слоя 2 мкм и менее. Минимальное значение измеряемого значения толщины 0,6 мкм. Дальнейшее снижение нижнего предела измеряемых толщин ограничивается резким уменьшением интерференционного эффекта вследствие малого фазового сдвига Δ для очень тонких эпитаксиальных слоев.

5.3. Погрешность измерения

В наиболее типичном случае, когда используется спектральный диапазон 2 … 25 мкм и удельное сопротивление скрытого слоя находится в пределе ρ=0,01 … 0,005 Ом∙см, систематическое завышение определяемой толщины эпитаксиального слоя не превышает 12 … 20 %. Однако интерферометр Майкельсона обладает технической возможностью уменьшить случайную погрешность, возникающую главным образом при измерении полезных сигналов, соизмеримых с уровнем шума. Это имеет место, в частности, при слабом легировании подложки эпитаксиальной структуры, когда коэффициент отражения для границы раздела эпитаксиальный слой – подложка становится низким. За счет многократного сканирования подвижного зеркала может производиться накопление полезного сигнала, в результате чего отношение сигнала к шуму увеличивается в раз, где m – число сканов. В коммерческих зарубежных интерферометрах число сканов за один процесс измерения может достигать 64. Суммирование спектра и вычисление толщины эпитаксиального слоя производятся автоматически с помощью ЭВМ. Это достоинство интерферометра Майкельсона обеспечивает более высокую точность измерения толщины эпитаксиального слоя по сравнению с методом ИК интерференции. Случайная погрешность измерения толщины в интервале 0,75...70 мкм для структур рр⁺–типа δ=±(0,005∙d+0,05) мкм с доверительной вероятностью 0,99, где d – измеряемая толщина, мкм.