2. Описание установки
2.1 Общая характеристика фурье-спектрометра ФСМ 1201П.
Фурье-спектрометр предназначен для неразрушающего измерения и контроля следующих параметров пластин и структур из монокристаллического кремния:
концентрация примеси кислорода междуузельного;
концентрация примеси углерода замещения;
толщина эпитаксиальных слоев структур типа n-n+ и p-p+
концентрация фосфора в ФСС, бора и фосфора в БФСС.
Фурье-спектрометр позволяет проводить автоматическое измерение плоскопараллельных полированных пластин кремния диаметром 76, 100, 125, 150, и 200 мм, размещаемых на измерительном столе, в соответствии с программой, заданной оператором. Время стандартного измерения в одной точке не более 60 с.
Источник ИК излучения – нихром-керамика, температура излучения 1200-1250°С. Спектральный диапазон от 400 до 5000 см-1. Приемник излучения – пироэлектрический, танталат лития. Питание прибора 220 В, 50 Гц. Потребляемая мощность (без ПК) – 150 Вт.
Система данных, реализованная на базе IBM совместимого персонального компьютера (ПК), обеспечивает тестирование, автоматическое управление всеми системами спектрометра, включая измерительный стол, оптимизацию режимов измерения, математическую обработку спектральных данных, работу с библиотекой спектров, графическое представление спектров на дисплее и получение твердой копии результатов тестирования на принтере. Обеспечивается автоматическое измерение пластины с представлением протокола и занесением результатов измерения в базу данных.
2.2 Структурная схема и принцип действия фурье-спектрометра
Принцип действия фурье-спектрометра основан на работе интерферометра Майкельсона, который освещается ИК излучением, одно из зеркал перемещается с постоянной скоростью, а получившаяся на выходе кривая зависимости отсчета фотоприемного устройства от разности хода лучей в плечах интерферометра подвергается Фурье-анализу и тем самым преобразуется в распределение интенсивности по частотам (длинам волн).
Рис. 6. Структурная схема фурье-спектрометра ФСМ 1201П
Два луча, отразившись от зеркал, накладываются после светоделителя и при определенной разности хода между ними интерферируют. Результат интерференции (кольца равного наклона), а также положение плоскости локализации интерференционной картины будут зависеть от условий освещения светоделителя, взаимного расположения зеркал, наличия рисующей оптики и других факторов.
Для регистрации интенсивности интерференционной картины сигнал направляется на фотоприемник, связанный через усилитель с аналогово-цифровым преобразователем. АЦП преобразует электрический сигнал в цифровой код. Полученный таким образом массив является интерферограммой источника. Он вводится в память ЭВМ, которая с помощью Фурье-преобразования вычисляет спектр. Наличие ЭВМ в эксперименте позволяет кроме вычисления спектра производить другие операции по обработке полученного экспериментального материала, а также осуществлять управление и контроль за работой фурье-спектрометра.
2.3 Конструкция фурье-спектрометра
Внешний вид фурье-спектрометра представлен на рисунке 7. Модуль интерферометра и оптическая приставка имеют герметичные камеры и могут быть снабжены системой продувки сухим воздухом или азотом. Продувка камер инертным газом или их осушка с помощью силикагеля позволяет уменьшить влияние паров воды и углекислого газа, имеющих сильное поглощение в рабочем диапазоне спектра, на результаты измерений.
Для удобства эксплуатации тестируемая полупроводниковая пластина размещается за пределами герметичного объема в специальном «кармане» оптической приставки, отделенном от герметичного объема окнами.
Параллельное перемещение зеркала интерферометра обеспечивается использованием прецизионного подшипника скольжения и осуществляется с помощью линейного электродвигателя. Для точного отсчета оптической разности хода имеется референтный канал, использующий в качестве источника излучения гелий-неоновый лазер, излучение которого регистрируется после прохождения через интерферометр на периферии основного пучка. Поскольку длина волны излучения гелий-неонового лазера составляет λ0=0.6328 мкм, референтный сигнал представляет собой серию импульсов, соответствующих изменению оптической разности хода на λ0/2=0.3164 мкм. Импульсы референтного канала используется для запуска аналого-цифрового преобразователя (АЦП).
Рис. 7. Общий вид фурье-спектрометра ФСМ 1201П
Оптическая приставка снабжена 2-координатным измерительным столом, позволяющим позиционировать тестируемые полупроводниковые пластины в фокальной плоскости пучка ИК излучения и перемещать их по заданной программе.
Для регистрации сигнала используются пироэлектрические приемники, имеющие широкий спектральный диапазон, которые расположены в камере оптической приставки. Приемник конструктивно объединен с предварительным усилителем. Далее сигнал усиливается усилителем с программируемым коэффициентом усиления и подается на вход АЦП, запуск которого осуществляется импульсами от референтного канала.
Для управления процессом получения интерферограммы и обработки полученных данных спектрометр сопряжен с IBM совместимым персональным компьютером (ПК). Сопряжение осуществляется с помощью стандартного порта параллельного обмена. Этот же порт используется для управления перемещением измерительного стола оптической приставки, осуществляемом по командам от ПК. Результаты измерений обрабатываются системой данных и протоколируются.
3. Указания по технике безопасности
Фурье-спектрометр соответствует требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.007.0-75, ГОСТ 12.1.018. По способу защиты персонала от поражения электротоком фурье-спектрометр соответствует классу 1 по ГОСТ 12.2.007.0-75 при питании от внешней электрической сети.
Требовния техники безопасности при эксплуатации фуре-спектрометра соответствуют «Правилам эксплуатации электроустановок потребителей правилам техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей», утвержденных Госэнергонадзором 21 декабря 1984 г.
К эксплуатации фурье-спектрометра допускается персонал, аттестованный по «Правилам эксплуатации электроустановок потребителей правилам техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей» и имеющий по технике безопасности группу не ниже III.