Реферат: Микроинтерферометрия для контроля и оценки трехмерных дефектов

Рис. 7. Интенсивность излучения, отражённого от кремниевой пластины в ходе наращивания плёнки Si₃ N₄

t₁ - начало наращивания; t₂ - окончание наращивания; t - временной интервал, соответствующий шагу/4n₂

Визуальный цветовой метод контроля. Цветовой метод контроля основан на свойстве тонких прозрачных плёнок, нанесённых на отражающую подложку, изменять свой цвет в зависимости от толщины. В основе этого свойства лежит интерференция световых лучей, отражённых от границы раздела «окружающая среда-плёнка» и «плёнка-подложка», усиливающая световые лучи определенного цвета и гасящая лучи света другого цвета.

Данный метод нашёл широкое применение в микроэлектронном производстве благодаря простоте и оперативности контроля. Особенно эффективным цветовой метод является в условиях массового производства при известном технологическом режиме наращивания плёнки. Контроль производится на воздухе после изъятия полупроводниковых пластин из технологической камеры при воспроизводимых условиях освещения и наблюдения.

Условие существования интерференционных максимумов в отражённом свете, определяющих цвет пластин с плёнкой, будет следующим:

2hn2 = p ,

где p = 1,2,3 и т.д. - порядок интерференции.

Если в пределах одного и того же порядка интерференции плёнка изменяет свою толщину наh, то длина волны л, соответствующая максимуму отражения, сместится на, т.е.

2n2(h+h) = p(+) .

Из этих выражений следует, что

/ = h/h .

Ощущаемый глазом цветовой интервал соответствует в среднем 30 нм. Тогда для зелёного цвета (=550 нм) получимh/h=30/550=0.054, т.е. визуальный цветовой метод контроля толщины может иметь относительное разрешение по толщине порядка 5 %.

В таблице 1 приводится зависимость цвета термически выращенной плёнки SiO2от её толщины.

При изменении технологии наращивания плёнки цветовая толщина должна быть экспериментально перепроверена и при необходимости откорректирована. Этот же метод применяется и для контроля плёнок фоторезиста.

Табл. 1

Голографическая интерферометрия. Современная технология МЭ требует тщательного контроля геометрических параметров изделий как непосредственно в процессе их изготовления, так и после (на стадии выходного контроля). Размерному контролю подвергаются и заготовки будущих изделий. При этом необходимо контролировать размеры и форму изделий, выявлять наиболее нагруженные участки на изделии во время их обработки или эксплуатации, приводящие к механическим деформациям, определять возникающие в них внутренние дефекты. При решении подобных задач нежелательно (или невозможно) расчленять изделие или даже касаться его какими-либо щупами или шаблонами. Эта задача должна решаться с использованием методов бесконтактного (неразрушающего) контроля изделий. Одними из таких методов является голография и голографическая интерферометрия.

Голографические измерения по принципу действия являются многоступенчатым процессом: вначале регистрируется голограмма объекта, затем восстанавливается его изображение, а количественная информация получается в результате обработки полученного изображения. Способ регистрации и последующего восстановления изображения объекта основан на интерференции двух волн: волны отражённой или прошедшей через изделие (предметной волны En) и когерентной с ней опорной волны EO с известным распределением фаз

E2 = E2n + E2O + 2EnEOcos(n-O).

Образовавшаяся интерференционная картина регистрируется на фотопластинке (или другой регистрирующей среде). Проявленная фотопластинка с зарегистрированной интерференционной картиной называется голограммой. Для восстановления исследуемого объёмного изображения на голограмму необходимо направить волну, совпадающую с опорной волной при записи. Восстановленное изображение, являющееся точной копией исследуемого изделия, обладает всеми свойствами изображения, которые присущи оригиналу.

При встрече опорной и предметной волн в пространстве образуется система стоячих волн, максимумы которых соответствуют зонам, где интерферирующие волны находятся в одной фазе, а минимумы - в противофазе. Для точечного опорного источника O2 и точечного предмета O1 поверхности максимумов и минимумов амплитуд световых колебаний представляют собой систему гиперболоидов вращения (рис. 2).

В схеме получения голограмм, предложенной Габором (на рис. 8, поз.1), опорный источник и предмет находятся на одной оси перед фотопластинкой. Такая голограмма называется однолучевой, т.к. используется один пучок света, часть которого рассеивается предметом и образует предметную волну, а другая часть, прошедшая через объект без искажений - опорную волну.

В двулучевой схеме Лэйта и Упатниекса (на рис. 8, поз.2) наклонный опорный пучок формируется отдельно. Схему, в которой опорный и предметный пучки падают на фотопластинку с разных сторон, впервые предложил Ю.Н.Денесюк (на рис. 8, поз.3). Такие голограммы называют также отражательными, а схему Денесюка - схемой со встречными волнами.

Рис. 8. Схемы расположения фотопластинки при получении голограмм различными способами:

1 - расположение фотопластинки в схеме Габора, 2 - в схеме Лэйта и Упатниекса, 3 - в схеме Денесюка; O1 - точечный объект, O2 – точечный источник света

На рис. 9 изображены основные оптические схемы записи и восстановления голограмм. В однолучевой схеме опорная волна формируется из волны, не претерпевшей рассеяния при прохождении через объект. В двулучевой схеме и в схеме со встречными волнами предметные и опорные волны разделены в пространстве и падают на регистратор под разными углами.

В голографических измерениях нашёл широкое применение метод голографической интерферометрии, который позволяет регистрировать и осуществлять прямые измерения геометрических изменений на объекте (деформаций в результате каких-либо внешних воздействий) с точностью до/10, где  - длина волны света. В основе регистрации таких малых деформаций лежит метод двойной экспозиции, когда на голограмме в различные моменты времени регистрируются два состояния изделия

I1=E2n + E2O +2EnEOcos1