Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по математике

Методы и приборы лазерной и спектральной эллипсометрии с бинарной модуляцией состояния поляризации

Автореферат докторской диссертации по физико-математическим наукам

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 |

 

а Глава 1. Методы эллипсометрии с бинарной модуляцией состояния поляризации.

Глава 1 содержита 5 разделов. В 1.1 рассмотрены проблемы традиционных подходов в эллипсометрии иа предпосылкиа к разработкеа нового подхода.а

Представленныйа во Введении диссертации обзор состояния эллипсометрии показывает, чтоа устоявшиеся два направления в спектральной эллипсометрии (эллипсометрия с вращающимися поляризационными элементами и эллипсометрия с фотоупругими модуляторами), определяющие мировой рынок современных спектральных эллипсометров, непрерывно развиваются, однако остаются некоторые принципиальные ограничения.

Так, в эллипсометрии с вращающимися элементами удалось исключить влияние поляризационной зависимости фотоприемникова в RAEа или остаточнойа поляризации в излучении источника в RPE, применяя более информативные и точные эллипсометры с вращающимся компенсатором RCE. Оказалось возможным существенно расширить спектральный диапазон эллипсометров с вращающимися элементами и эллипсометров с фотоупругим модулятором PME. PME легко использовать в ИК диапазоне с FTIR в отличие от эллипсометров с вращающимися элементами.а Однако, современные PME остаются дорогостоящими сложными устройствами, плохо согласующимися с линейками и матрицамиа фотодетекторов. Эллипсометры с вращающимися поляризационнымиа элементамиа не позволяют исследовать кинетику процессов, а величина отношения сигнал/шум в большой мере определяется качеством блока вращающегося элемента и фотоприемника.

К середине 70-х появилось множество разработока по оптическим методам исследования, в частности, по лазерной и спектральной эллипсометрии, позволяющих решать основные метрологические задачиа в различных отраслях промышленности, особенно в микроэлектронике. Информативность и уникальные свойства эллипсометрии явились главнойа предпосылкойа начала работ по эллипсометрииа в отделе микроэлектроникиа ФИРЭ РАН. Именно в это время в США появился первый автоматический спектральный эллипсометр с вращающимся анализатором [7], работающий в видимой и УФ области спектра.а

Другие предпосылкиа нетрудно понять из рассмотренияа метрологической работы автораа {3}, изложенной в разделе 1.2. Ко времени публикации {3} существовали единичные публикации с описаниема ИК спектроэллипсометров на основе стандартных монохроматических источников излучения. В {3} фактически измеряются ИК спектры и угловые зависимостиа эллипсометрического параметра ? (Tan ?) с использованием разработанного авторома эффективного отражательного поляризатора. Аналогичные измерения Tan ?а выполняются и в методах НПВО. Возможность переключенияа p- и s - компонент позволила бы существенно увеличить чувствительность и точность измерения Tan ? . Позже, Roseler [9] предложил использовать FTIR спектрометрыа в спектральной эллипсометрии, что обеспечило существенное улучшение их технических характеристик.

Метод эллипсометрических измерений в [9] основан на последовательных измерениях интенсивностей при 4 различных азимутах поляризатора. Естественно, и здесь переключение азимутов может существенно улучшить точность и увеличить скорость измерений.

Работы автора по исследованию квантового размерного эффекта в тонких пленках и оптической диагностике структур микроэлектроники {1-3} также привели к необходимостиа разработкиа нового подхода в эллипсометрии, который бы позволил создавать простые лазерные и спектральные эллипсометрыа с высокими техническими характеристиками.

Еще одна важная предпосылка - появление публикацийа Запасского [5] по прецизионной лазерной поляриметрии с балансными схемами фотоприемников, обеспечивающей чувствительность на уровне до 10-6 градусов. Уровень чувствительности лазерных эллипсометров при измерении эллипсометрических параметров на три порядка ниже.а Возникает предположение, что еслиа мы будем последовательно посылать на образец пучкиа с выбранными азимутами поляризацииа и регистрировать их ортогональные компоненты (например,а после призмы Волластона с определенным азимутом, расположенной после образца), появляется возможность эллипсометрических измерений с существенно улучшенной чувствительностью и точностью. Это и есть принципа эллипсометрических измерений с бинарной модуляцией состояния поляризации. Авторскоеа свидетельство 1978 г {29}а У Поляризационныйа интерферометр - модулятор Уа и предложенные методы измеренийа явились основой созданияа различных автоматических эллипсометров видимого и ИК спектральногоа диапазона. В 1981г. эллипсометр с переключением поляризации экспонировался на ВДНХ.

а В разделе 1.2. Метод псевдоугла Брюстера в исследованиях электрофизических параметров сильно легированных полупроводников приведены результаты исследованияа дисперсии показателей преломления и поглощения и подвижности свободных носителей в сильно легированном кремнии точным и сравнительно простым методом псевдоугла Брюстера, где необходимо измерение величины псевдоугла Брюстера ?Ба и отношения RБ = Rp/ Rs при ? = ?Б , Rp и Rs- коэффициенты отражения электромагнитного излучения, поляризованного параллельно и перпендикулярно плоскости падения, соответственно [4]. В [4] представлены простые аналитические выражения, позволяющие определять показатель преломленияа па и показатель поглощения к по RБа иа ?Б..а Используя эти выражения из [4], мы определили дисперсиюа па иа к в области плазменного края отражения сильно легированных образцов Siа №1 ( п-тип, толщина диффузионного слоя фосфора d = 2,19 мкм, поверхностное сопротивлениеа Rs = 3,6 Ом/?) и №2 (р-тип, толщина диффузионного слоя бора d = 0,2а мкм, Rs = 96 Ом/?).

Угловые измерения отражения в спектральной области от 1,8 до 6 мкм выполнены нами на экспериментальной установке, включающей монохроматор ИКМ-1, поляризатор, систему зеркал, формирующую параллельный пучок излучения за выходной щелью монохроматора, устройство синхронного сканирования угла поворота образца и болометра.

Рис.1. 1. Дисперсия па иа ка в области плазменной частоты. Образеца Siа №1: 1- п

2- к ; образец Siа №2: 3- п,а 4-а ка

Рис.1. 2. Спектры плазменного отражения приа Т = 300? К: 1,2 - образцы №1,№2, измерены при нормальном падении; 3, 4 - образцыа №1,№2 , спектры получены по измеренным методом псевдоугла Брюстераа значениям па иа к .

В разделе 1.3. Методы эллипсометрии с бинарной модуляцией состояния поляризации представлено описание различных методов эллипсометрических измерений, их преимущества и недостатки. Общим для всех методов является определениеа эллипсометрических параметров в соответствии с основным уравнением эллипсометрии:

? = rp / rs = Tan ? exp (i? )аа (1)

?аа и ?а - эллипсометрические углы, определяющие отношение комплексных амплитудных коэффициентов отраженияа rp и rs для p и s-а поляризаций [2]. Измеренные значения параметрова ?аа и ? сопоставляются с расчитаннымиа с помощью формул Френеля, исходя из заданной модели образца.

Наилучшее согласие между расчетом и моделью оценивалось по минимальной величине целевой функции ?, характеризующей квадратичное отклонение экспериментальных (индекс УeФ) и расчетных (УcФ) значений эллипсометрических параметров, определенных при одних и тех же длинах волн ?i

?2 = 1/N ?i [tg?e(?i) - tg?c(?i)]2 + [cos?e(?i) - cos?c(?i)]2,аа (2)

где N Ч количество экспериментальных точек.

Все разнообразие эллипсометрических методов можно разделить на нулевые и фотометрические методы. Стандартная геометрия расположения поляризационных элементов в эллипсометрах: поляризатор (Р ) - компенсатор(С) - образец(S) - аанализатор (А). В нулевых методах эллипсометрические углы определяются по значениям азимутов поляризатора и анализатора, при которых наблюдается минимум интенсивности на фотоприемнике. При использовании так называемых четырехзонных измерений (при различных азимутах компенсатора) реализуется высокая абсолютная точность определенияа ?аа и ? - 0.02?-0.05? , безотносительно к диапазону их значений. Однако малая скорость измерений и неэффективное использование интенсивности определилиа преимущественное использование в спектральной эллипсометрии (СЭ) фотометрических методов с измерением интенсивности пучков. Это методы с вращающимся анализатором, поляризатором или компенсатором, а также метод эллипсометрии с фотоупругим модулятором (ЭФМ) и методы с пространственным разделением (МПД) отраженного от образца пучка света на несколько пучков. Как правило, фотометрические методы имеют абсолютную точность определенияа аа?аа и ?а в диапазоне 0.05-0.5градуса [3], но существенно более высокую скорость измерений иа точность по воспроизводимости. Методы СЭ с вращающимися поляризационными элементами (ВПЭ) хорошо согласуются с линейками и матрицами фотоприемников, в отличие от ЭФМ и МПД, проще для автоматизации, имеют более широкий рабочий спектральный диапазон и их применение является доминирующим. Недостатки СЭВПЭа - невысокая скорость измерений (до10мсек), ошибки, связанные с девиацией пучка, механическими вибрациями, с поляризационной зависимостью фотоприемников и наличием поляризационной составляющей пучка света на входе поляризатора.

В 1978 году автором было предложено новое направление в эллипсометрии -а эллипсометрия с бинарной модуляцией состояния поляризации (ЭБМСП), не использующая движущиеся поляризационные элементы. В ЭБМСП последовательно по времени на исследуемый образец подается излучение с двумя заданными состояниями поляризации. Отраженный от образца пучок излучения либо делится призмой Волластона на два ортогонально поляризованных пучка с азимутами А и А+90?, которые одновременно направляются на два фотоприемника, либоа проходит через поляризационное устройство, выделяющее последовательно по времени поляризацию с азимутами А и А+90?.

Для эллипсометра с конфигурацией поляризаторЧобразецЧанализатор интенсивность света на фотоприемнике

In = I0 (sin2Ansin2Pn + cos2Ancos2Pntg2? + 0.5sin2Ansin2Pncos? tg?), (3)

где Pn и An Ч азимуты поляризатора и анализатора (углы P и A устанавливаются исходя из оптимальных условий измерения); I0 Ч коэффициент, не зависящий от Pn и Anа

Запишем уравнение (3) для азимутов (А, Р), (А+90?,Р), (А, Р+90?) и (А+90?, Р+90?), соответственно:

I1 = ha*I0 (sin2A sin2P + cos2Acos2P tg2? + 0.5sin2Asin2Pcos? tg?)аа (4a)аа

I2 =аа I0 а(cos2Asin2P + sin2Acos2P tg2? - 0.5sin2Asin2Pcos? tg?)а (4b)а

I3 = ha*I0 (sin2Acos2P + cos2Asin2P tg2? - 0.5sin2Asin2Pcos? tg?)а (4c)а

I4 =аа I0 а(cos2A cos2P + sin2Asin2P tg2? + 0.5sin2Asin2Pcos? tg?)аа (4d)а

ha- акоэффициент, характеризующий отношение чувствительностей 2-х каналов в анализаторе. Для каждого из азимутов Pа и P + 90? измеряется отношение сигналов на фотоприемникаха при азимутах анализатораа А и А+ 90?.а По измеренным отношенияма b1 = I1/ I2 /haа иа b2 = I3 / I4 /haа определяются эллипсометрические параметры ? и ? из соотношений:

Tan 2 ? = (x1 - b1b2x2 + c) / (b1b2 x1 - x2аа + c) а(5)

Сos ?а =а [b1x3 - sin 2 A sin 2 P + (b1x4 - cos 2 аA cos 2 P) Tan 2 ?] /а (6)

0.5(b1+1)sin2Asin 2P Tan ?а а

здесь

с = b2 (sin 2 A sin 2 P - cos 2 A cos 2 P) + b1(x4 - x3)

x1 = sin 2 A ,аа x2 = cos 2 A ,аа x3 = cos 2 A sin 2 P,а x4 = sin 2 A cos 2 P

Описанный скоростной и чувствительный метод измеренийа не обеспечивает, как и все фотометрические методы, высокую абсолютную точность измеренийа приа величинах измеряемых отношений, существенно отличающихся от единицы. В ЭБМСПа легко реализовать метод с переключением азимута Ра и Р+90? и нахождением азимутов анализатора А1 и А2, при которых интенсивности падающих на фотоприемник пучков равны. На Рис.1.3 показаны так называемые номограммы в координатах А1-А2 , гдеа цифры, указанные на кривых, это толщины оксида акремния в ангстремах на кремниевой подложке. Длина волны излучения 633 нм. Угол падения на образец 70 градусов, а - отношение интенсивностей переключаемых пучков.

Видно, что измерения с введенным в пучок компенсаторома для очень тонких оксидов намного чувствительнее. В отличие от эллипсометров с ВЭ в методе ЭБМСП можно выбрать оптимальные условия измерений для конкретного исследуемого образца и интересуемого диапазона толщин.

Этот метод , как и стандартный нулевой метод эллипсометрии, исключает ошибки, связанные са нелинейностью фотоприемников. При этом уровень сигналов существенно выше, что позволяет использовать метод в спектральной эллипсометрии, в частности, для точной калибровки.а

Отметим, что БМ позволяет изменить алгоритм измерений в широко используемых эллипсометрах с вращающимся анализатором (ЭВА) [7] c шаговым приводом. Обычно используемую сложную калибровку можно заменить на вышеописанную калибровку с определением A1 и A2. Кроме того с БМ реализуется двухзонный режим измерений, что повышаета иха точность.

Рис.1.3.{73,74}.

В ЭБМСП возможны различные способы измерений, представленные в главе 1.

Раздел 1.4.Методы ЭБМСП с двумя фотоприемными устройствами.

Именно балансные системы фотоприемников используются в основном в прецизионных поляриметрах с чувствительностью до 10-6 градуса [5].

Переключение состояния поляризации позволяет реализовать чувствительный эллипсометрический метод, характеристики которого решающим образом определяются используемым бинарным модулятором.

1. Метод эллипсометрии с переключением ортогонально поляризованных пучков с азимутами P и P+90? (бинарная модуляция), падающих на образец, в котором отраженные пучкиа направляются призмой Волластона с азимутом Аа на два фотоприемника.
2. Метод эллипсометрии, отличающийся от первогоа переключениема двух линейно поляризованных пучков с произвольно устанавливаемымиа азимутами поляризационным устройством с делением пучка по фронту{33}.
3. Метод эллипсометрических измеренийа с бинарной модуляцией состояния поляризации, в которома последовательно включаются два идентичных лазерных либо светодиодных источника, причем обеспечивается ортогональность азимутов переключаемых пучков.

4.аа Метод короткоимпульсных эллипсометрических измеренийа с бинарной модуляцией состояния поляризации, в которома импульс излучения преобразуется бинарным модулятором в два последовательных импульса с ортогональными азимутами поляризации.

Раздел 1.5. Методы ЭБМСП с одним фотоприемным устройством (фотодиод, линейка или матрица фотодиодов).

5. Метод эллипсометрических измерений с бинарной модуляцией состояния поляризации, в котором бинарная модуляция осуществляется в плечах поляризатора и анализатора.

6. Метод эллипсометрических измерений с бинарной модуляцией состояния поляризации, в котором бинарная модуляция выполняется только в плече поляризатора, измеряются интенсивности на расположенном за анализатором фотоприемнике и на фотоприемнике, расположенном в опорном канале бинарного модулятора на Рис.11.

7. Метод эллипсометрических измерений с бинарной модуляцией состояния поляризации, в котором бинарная модуляция выполняется только в плече поляризатора, и определяются азимуты А1 и А2, при которых наблюдается равенство интенсивностей после сканируемого по азимуту анализатора.

Глава 2 Разработка и создание новой элементной базы поляризационной оптики.а

аа В Главе 2 приведено описание разработанных автором новых поляризационных элементов, которые составляют элементную базу для поляризационной оптики, и, в частности, эллипсометрии. Эффективность метода эллипсометрии с БМСП определяется ключевыма элементом - бинарным модулятором поляризации. В 1978 году автором был предложен поляризационный интерферометр-модулятор (ПИМ) {29}, который обеспечивает попеременно пучки излучения с ортогональными поляризациями в спектральном диапазоне от 400 нм до 15000нм. Отличительной чертой cоосного ПИМ является использование светоделительных пластин, параллельных полированным легированным кремниевыма пластинам, установленным под углом Брюстера к падающему на них излучению. Известные интерферометры Майкельсона и Маха-Цендера не обеспечивают соосности входного и выходного пучков, в отличие от предложенной нами трапецеидальной геометрии интерферометра. Возможность интерферометрических измеренийа в положениях, когда оба пучка открыты, очень важна, например, при чувствительных измерениях показателя преломления жидкостей и газов, либо двулучепреломленияа в твердотельных материалах.

В устройствах [16] поляризационные элементы устанавливались в плечах, например, интерферометра Маха-Цендера, и соосность не обеспечивалась. Бинарные модуляторы состояния поляризации на основе интерферометров Майкельсона и Маха-Цендера рассмотрены в публикациях аAzzama 1993 г.[18,19]. Необходимость использования дополнительного ахроматическогоа полуволнового устройства ограничивает аиспользование амодуляторов в широком спектральном диапазоне.

Рис.2.1. 1-поляризатор, 2 и 3 - идентичные светоделительные пластины ( BaF2 или ZnSe ) , параллельные пластинам кремния 4 и 5 , установленным под углом Брюстера к падающему на них пучку, поляризованному перпендикулярно плоскости рисунка. Кремниевые пластины 6-,9 ( пластины 6,7 для снижения потерь можно заменить зеркалами)развернуты относительно пластин 4,5 на 90 градусов и установлены под углом Брюстера. Обтюратор 10 попеременно открывает ортогонально поляризованные пучки.а

В главе 2 также приведены конструкции поляризатора и переключателя состояния поляризатора с делением пучков по фронту (Рис.3.1)а ав которых используются полированные кремниевые пластины, установленные под углом Брюстера. Высокая степень легирования пластина исключает влияние отражения от задней границы и обеспечивает более слабую зависимость степени поляризацииа от длины волны и угловой апертуры пучка.

Широкий спектральный диапазон, высокая степень поляризации, возможность варьирования азимутов переключаемых пучков в большом диапазоне позволяют эффективно использовать этот соосный ПСПа в ИК спектральных эллипсометрах.

а).а аб).

а аРис.2.2.

Ключевой элемент спектральных эллипсометров с бинарной модуляцией состояния поляризации - бинарный модулятор поляризации {34} показан на Рис.2а. Коллимированный пучок излучения расщепляется клином из кальцита ( CaCO3) на два ортогонально поляризованных коллимированных пучка, которые сферическим зеркалом 3 фокусируются в точках В и С, где попеременно перекрываются обтюратором 2. Далее пучки снова становятся коллимированными и совмещаются клином с направлением первоначального пучка. Фактически мы имеем геометрию поляризационного интерферометра. Этот простой БП эффективно заменяет стандартную дорогостоящуюа цепочку поляризатор-модулятор состояния поляризации. Основные характеристики:

Совмещение пучков не хуже 0,01 градуса, степень поляризации -10-5, рабочий спектральный диапазон ПСП -240-2400 нм. Скорость прерывания пучков - до нескольких кГц.

Кальцит является идеальным материалом для БМ, показанного на Рис.2а. Расширение спектрального диапазона обеспечивает сравнительно новый материал- а-ВВО ( а-ВаВ2О4), прозрачный в области 189-3500 нм. Особенности дисперсии этого материала и меньшая разность обыкновенного и необыкновенного показателей преломленияа не позволяют использовать вышеописанную конструкцию во всей области прозрачности кристаллов. В главе 2 дано описание двухстороннего варианта БМ с использованием сходящегося пучка, что позволяет существенно повысить отношение сигнал/шум в УФ области спектра. Работа в сходящихся пучках позволяет использовать дешевые малоразмерные призмы.

Схема четвертьволнового фазосдвигающего устройства, предложенная нами в 1986г.{35}, показана на Рис.2б. Ромб Френеля из плавленого кварцаа и пара зеркал,а установленных под углом 12-13 градусов к падающему на них пучку обеспечивают соосность и улучшение ахроматичности, так как дисперсия диэлектриков и, соответственно, фазовый сдвиг в ромбе и фазовый сдвиг при отражении от зеркал имеют противоположные зависимости от длины волны. Аналогичная конструкция описана позже в работе 2002 г.[28].

Глава3.а Разработка и создание лазерных и спектральных эллипсометров для ИК области спектра.

В Главе 3 представлены результаты разработок лазерных эллипсометров для ИК области спектра на основе новых поляризационных элементов. Принципиальная схемаа автоматической многоволновой эллипсометрической установки показана в {4}. На выходе ПИМ с частотой 160 Гц попеременно формируется линейно-поляризованное излучение с азимутами Р и Р+90? . Отраженное от образца излучение проходит через анализатор с азимутом на блок фотоприемников. Сканируя азимут анализатора при автоматическом считывании значений азимута с дискретностью 10', определяем два азимута А1 и А2, при которых сигналы I1и I2, соответствующие переключаемым ПИМ пучкам, равны. По А1 и А2 определяются эллипсометрические и электрофизические параметры.

Технические параметры установки:

Длина волны излучения 0,63; 1,15; 3,39; 10,6 мкм.(He-Ne лазер ЛГ-126 и CO2 лазер).

Время измерения - 5 сек; Диапазон измеряемых толщин- 0,001-20 мкм. Погрешность определения толщин- 0,5 нм; Погрешность определения показателя преломления 0,005; Погрешность определения концентрацииа свободных носителей заряда (при N> 1019 см-3)- 5%. Погрешность определения подвижности свободных носителей заряда 15%. Погрешность определения эллипсометрических параметрова ? и ?а 0,02?-0,04?а на длинах волн 0,63-3,39 мкм и 0,1? на длине волны 10,6 мкм. Диапазон автоматического сканирования угла падения излучения на образец-30-90 градусов. Погрешность определения азимута анализатора -0,02?.

В Главе 3 представлен двухлучевой дифференциальный ИК эллипсометр, описанный в {37}.

Эллипсометр имеет высокую чувствительность при определении разности эллипсометрических параметров эталонного и исследуемого образцов.

Широкий спектральный диапазон, меньшие потери излучения и возможность выбора произвольных значений переключаемых азимутов поляризации характерны для ИК эллипсометра, предложенного в {33}. Система деления пучка по фронту и переключения пучков обеспечивает очень широкий спектральный диапазон от 400 нм до 50 мкм (Табл.аа в Гл.3) при высокой степени поляризации пучков.

Рис.3.1. 1-призменный монохроматор ИКМ-1, 2- зеркальная система коллимации пучка, 3-диафрагма, 4-обтюратор, попеременно прерывающий верхную от плоскости рисунка и нижную половинки пучка.5,6, 9и10- плоские зеркала, 7,8,11 и 12 - пластины легированного кремния, установленные под углом Брюстера к падающему пучку, 14-исследуемый образец, 15-анализатор отражательного типа , 16-линза, 17 - болометр (либо фотоприемник Ge:Au) - регистрирующаяа система.

Глава 4.а Разработка и создание лазерных и спектральных эллипсометров для УФ, видимой и ближней ИК спектральной области.а

Глава 4 посвящена разработке и созданию лазерных и спектральных эллипсометров для УФ, видимой и ближней ИК спектральной области.

Универсальный сканирующий спектроэллипсометр ES-2 (Эльф).

Спектральный диапазон 270-1050 нм. Диапазон изменения углов падения - 45-90 градусов. Время измерения спектров эллипсометрических параметров аа?аа и ?а - 20 сек. Точность определенияа аа?аа и ? поа воспроизводимостиаа 0.003 и 0.005 градусов, а показателя преломления и толщины пленок 0,001 и 0,01нм, соответственно. Долговременная стабильность 0,01 градуса. Диаметр пучка 3 и 0,2 мм (с микроприставкой). Предусмотрена возможность использования УФ светодиодов UVTOPаа для работы в спектральном диапазоне от 270 нм с высокой надежностью и отношением сигнал/шум.

Рис.4.1.

Универсальный сканирующий спектроэллипсометр ES-2.

Рис. 4.2.аа Многоканальныйа компактный спектроэллипсометр с 512-элементной линейкой фотодиодов. Источник - галогенная лампа. Спектральный диапазон-380-800 нм. Угол падения излучения на образец-70 градусов. Минимальное время измерения спектров эллипсометрических параметрова ?аа и ?аа -0,6 сек. Точность измерения эллипсометрических параметрова ?аа и ?а по воспроизводимостиа 0.003 и 0.01 градуса, соответственно. Долговременная стабильностьа ?аа и ?аа - 0.01 градуса. Точность измерения оптического пропускания жидкостейа и поворота плоскости поляризации: 0.05% и 0,001 градуса, соответственно. Точность определения показателя преломления -0,001.

Проблема недостаточного ресурса стандартных ксеноновых ламп в коммерческих спектральных эллипсометрах решается использованием экономичного импульсного ксенонового источника излучения РХ-2 (Ocean Optics,Inc.){14}. Последовательно по ходу пучка излучения расположены линзовый осветитель, монохроматор МДР-3, управляемый от компьютера, БМСП, расположенный вертикально образец, модифицированная призма Волластона с воздушным зазором и два кремниевых фотодиода S5226-8BQ (Hamamatsu). Одновременное интегрирование сигналов на фотоприемниках обеспечивает высокое отношение с/ш при использовании сравнительно нестабильных ксеноновых ламп и импульсных ксеноновых ламп РХ-2 (длительность импульса излучения 5 мкс, частота повторения импульсов до 220 Гц, ресурс 109 импульсов). На Рис.4.3а показаны спектры действительной и мнимой частей псевдодиэлектрической функции кремниевых пластин с тонким термическим окислом в УФ части спектра. Спектральные зависимости, вычисленные в рамках однослойной модели (термический окисел толщиной 4.4 нм и 29 нм на кремниевой подложке), хорошо соответствуют экспериментальным данным. Основные технические характеристики импульсного двухканального СЭ: Спектральный диапазон 270-1100 нм. Спектральное разрешение 1.3 нм в диапазоне 270-370 нма и 2.6 нм в диапазоне 370-1100 нм. Диапазон углов падения излучения на образец 40-90 градусов. Точность определения эллипсометрических параметрова cos? и tg? аапо воспроизводимости и их долговременная стабильность 10-4 ав области длин волн более 450 нм.

Рис.4.3.

На Рис.4.4.а показан многоканальныйа СЭа с геометрией: источник излучения - бинарный модулятор - ахроматический компенсатор - образец - второй бинарный модулятор - миниспектрограф- линейка 35 фотодиодов. Минимальное время измерения спектров - 0,6 сек.

Рис 4.4. In situа многоканальный спектральный эллипсометр для исследования в реальном времени роста полупроводниковых структур методом индуктивно связанной плазмы ( ФТИАН).

В главе 4 дано описание некоторых других схем эллипсометров, удобных для конкретных приложений. Например, при использовании ПЗС матриц фотоприемников и локальных измерениях имеет определенные преимущества эллипсометр с геометрией: источник излучения - БМ с опорным фотоприемником - компенсатор-образец - стандартный анализатор - ПЗС матрица. Достаточно измерить отношения сигналов на апикселах матрицы к опорному сигналу для каждого из переключаемых пучков. Естественно, увеличивается скорость измерений, упрощается конструкция. Такой эллипсометр можно использовать и для in situ измерений.

Основной вывод представленных выше глав - эллипсометрия с бинарной модуляцией состояния поляризации дает широкие возможности для разработок новых поляризационных элементов иа создания широкого семейства эллипсометров различного назначения, исключающих основные недостатки современных коммерческих эллипсометров. Открываются возможности нового подхода при создании других поляризационных приборов: линейных и циркулярных дихрометров, дифференциальных поляризационных рефлектометров, ближнеполевых эллипсометров.

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА

Страницы: | 1 | 2 | 3 |

     Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по математике