Разработка элипсометрического метода контроля оптических покрытий.

ВВЕДЕНИЕ

Современные тенденции в развитии тонкопленочных технологий и полупроводниковой индустрии неизбежно ведут к уменьшению характерных размеров создаваемых структур. Это предъявляет повышенные требования к аналитическим средствам контроля параметров слоистых структур в процессе их производства: состава слоев, кристаллического совершенства материалов и в первую очередь их геометрических характеристик толщин слоев. Существует обширный арсенал методов такого контроля: оже-спектроскопия, дифракция медленных и быстрых электронов, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, атомносиловая микроскопия и другие. Особое место в этом ряду занимает эллипсометрия. Это оптический метод, основанный на анализе состояния поляризации отраженного от образца света. Он спользуется для исследования физико-химических свойств поверхности, ее морфологии, для измерения толщин многослойных структур и характеризации оптических свойств тонких пленок. Ряд существенных достоинств этого метода делают его крайне привлекательным .
Перечислим только некоторые из них. Прежде всего это его универсальность. Оптические константы (показатели преломления n и поглощения k), которые, в конечном счете, и определяют результат эллипсометрических измерений, есть фундаментальные характеристики вещества. Любое внешнее воздействие приводит, как правило, к изменению оптических свойств измеряемого объекта. Поэтому с помощью метода эллипсометрии можно характеризовать широкий спектр физических параметров: состав композиционных соединений, плотность инородных нановключений, структурное совершенство материала, качество границ раздела; регистрировать изменения, обусловленные изменением температуры или воздействием электрических, магнитных, механических полей и многое другое. При этом, в отличие, например, от дифракции электронов, эллипсометрия одинаково хорошо применима как к кристаллическим веществам, так и к аморфным. Можно еще добавить, что эллипсометрические измерения имеют высокую чувствительность: к изменению показателя преломления она составляет ~1*10-3, а к изменению толщины пленки достигает долей монослоя. При оптимизации условий эксперимента приведенные здесь значения могут быть улучшены на порядок .
Еще одно важное свойство метода это неразрушающее и невозмущающее воздействие измерений. Энергия зондирующих фотонов составляет всего несколько электрон-вольт. Их воздействие на исследуемую структуру пренебрежимо мало по сравнению, например, с электронным пучком, где энергия электронов на 3-4 порядка выше. Это делает возможным использование эллипсометрии для таких деликатных химических соединений, как белки, и даже для живых объектов в микробиологии. Глубина проникновения света зависит от поглощения материала и составляет, как правило, около сотни нанометров. Именно с такой глубины «считывается» вся полезная информация о структуре. Поэтому нет необходимости проводить послойное удаление материала, тем самым разрушая образец, чтобы измерить параметры глубинных слоев или делать его профилирование. Нужно только правильно расшифровать полученную информацию.
Как правило, использование тех или иных измерительных средств накладывает определенные ограничения как на исследуемые образцы, так и на условия, при которых проходят измерения (например, зачастую измерения проводятся в вакууме). Многие методы предполагают препарирование образцов перед измерениями. Иногда эти требования вступают в противоречие с технологическими условиями. В этом отношении эллипсометрия выглядит более чем непритязательной. Свет одинаково хорошо распространяется как в вакууме, так и в воздухе или в любой прозрачной среде, даже если эта среда агрессивная. Исследуемый образец не нужно специально готовить к измерениям. Тем самым проявляется еще одно качество этого метода экспрессность. Весь цикл измерений, включая размещение образца на предметном столике, занимает считанные секунды. Слабые требования к условиям измерения, а также бесконтактность и высокое быстродействие делают метод очень технологичным и позволяют использовать его для контроля непосредственно в процессе создания структур или при изучении различного рода физических воздействий в реальном времени, т.е. in situ.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. Свойства различных типов оптических покрытий 6
1.1 Оптические свойства однослойных систем 11
1.2 Двухслойные диэлектрические системы. 20
1.3 Трёхслойные системы 24
1.4 Фильтрующие покрытия. 26
Глава 2. Эллипсометрия как основной метод исследования оптических покрытий 29
2.1 Развитие эллипсометрии 29
2.2 Основные понятия эллипсометрии 31
2.3 Принцип работы эллипсометра 33
2.4 Эллипсометрические измерения 36
ЛИТЕРАТУРА: 44

ЛИТЕРАТУРА:

1. Азам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет. - М., Мир, 1981 583 с.
2. Андреев С.В., Губанова Л.А., Путилин Э.С. Оптические покрытия. Учебное пособие по курсу «Оптические покрытия». СПб:СПбГУИТМО, 2006 152 с.
3. Андреев С.В., Губанова Л.А., Путилин Э.С. Методические указания к лабораторному практикуму по курсу «Оптические покрытия» / Методическое пособие. - СПб: СПбГУИТМО, 2006. - 149 с.
4. Андреев С.В., Исследование оптических постоянных металлических покрытий, Сборник научных трудов молодых ученых и специалистов, вып. 1, часть 1 - СПбИТМО (ТУ), 2000, с. 14-15.
5. Андреев С.В., Губанова Л.А., Исследование оптических постоянных металлов, Оптические и лазерные технологии, сборник статей, - Санкт-Петербург, 2001, с. 74-83.
6. Андреев С.В., Карасев Н.Н., Путилин Э.С., Шакин А.О., Автоматизация фотометрического контроля толщины осаждаемых слоев, Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА, № 6, 2003.
7. Андреев С.В., Карасев Н.Н., Определение оптических постоянных тонких металлических покрытий по спектрофотометрическим измерениям, НТКППС, СПбИТМО (ТУ), тезисы докладов, часть 1 - Санкт-Петербург, 2000, с. 41-42.
8. Бернинг П.Х. Теория и методы расчёта оптических свойств тонких плёнок. Физика тонких плёнок под редакций Э. Туна и Г. Хасса - М. Мир 1967 Том 1.
9. Борн М. Вольф Э. Основы оптики - М., Наука, 1970г. - 856с.
10. Всесоюзные конференции по эллипсометрии. Сб. тр., - Новосиб., 1980-91
11. Гребенщиков И.В., Власов А.Г., Суйковская Н.В. Просветление оптики - М.-Л., Гостехиздат 1946г. - 212с.
12. Громов В. К., Введение в эллипсометрию. - Л., 1986 182 с
13. Золотарев В. М., Морозов В. Н., Смирнова Е. В., Оптические постоянные природных и технических сред - Справочник, Л.:, Химия, 1984.
14. Королёв Ф.А. Теоретическая оптика - М., Высшая школа, 1966г. - 556 стр.
15. Крылова Т.Н., Интерференционные покрытия. - Л., Машиностроение, 1973 - 224с.
16. Майссел Л., Гленг Р., Технология тонких пленок, спр. - М., Советское радио, 1977 162 с.
17. Окатов М.А., Антонов Э.А., Байгожин А. Cправочник технолога-оптика М., Политехника, 2004 679 с.
18. Основы эллипсометрии, под ред. А. В. Ржанова - Новосиб., 1979 -382 с.
19. Путилин Э.С. Оптические покрытия. Учебное пособие по курсу «Оптические покрытия». СПб:СПбГУИТМО, 2005 195 с.
20. Путилин Э.С. \"Оптические покрытия - СПб: СПбГУИТМО, 2005 - 199стр.
21. Пшеницын В.И., Абаев М.И., Лызлов Н.Ю., Эллипсометрия в физико-химических исследованиях - Л., Химия, 1986 428 с.
22. Ржанов А.В., Свиташев К.К., Семененко А.И., Семененко Л.В.,Соколов В.К. Основы эллипсометрии. Новосибирск, Наука, 1979. 424 с.
23. Розенберг Г.В. Оптика тонкослойных покрытий - М., Физ-мат лит. 1958г. - 570стр.
24. Рыхлицкий С.В., Швец В.А., Спесивцев Е.В., Михайлов Н.Н. Эллипсометрия физико-химических процессов на межфазных границах. - Конденсированные среды и межфазные границы. 2006, т.8, No4, с.327.
25. Современные проблемы эллипсометрии / Отв. ред. А.В. Ржанов.- Наука, Новосибирск, 1980.
26. Соколов А.В. Оптические свойства металлов М., 1961 523 с.
27. Телен А. Конструирование многослойных интерференционных светофильтров Физика тонких плёнок под редакций Э. Туна и Г. Хасса М.Мир 1972г. Том 5.
28. Федотов Г.И., Ильина Р.С., Новицкий Л.А., Гоменюк А.С., Лабораторные оптические приборы, Уч-ное пособие для приборостроительных и машиностроительных вузов, 2-ое изд., - М., Машиностроение, 1979 - 324 с.
29. Фурман Ш.А. Тонкослойные оптические покрытия - Л., Машиностроение, 1977г. 264с.
30. Хасс Г. Физика тонких пленок, т. 1 - М, Мир, 1967 343 с.
31. Хасс Г., Тун Р.Э. Физика тонких пленок, т. 4, - М., Мир, 1970 - 440с.
32. Хасс Г., Тун Р.Э. Физика тонких пленок, т. 2, - М:, Мир, 1967 - 396с.
33. Хасс Г., Франкомб М., Гофман Р., Физика тонких пленок, т. 8. М., Мир, 1978 - 359 с.
34. Холлэнд Л. Нанесение тонких пленок в вакууме. - М., 1963 - 608 с.
35. Швец В.А, Рыхлицкий С.В. Метод эллипсометрии в науке и технике.- Автометрия, 1997, No1, с.5.
36. Швец В.А., Спесивцев Е.В., Рыхлицкий С.В., Михайлов Н.Н. Эллипсометрия-прецизионный метод контроля тонкопленочных структур с субнанометровым разрешением. - Российские нанотехнологии, 2009,том 4, №3-4, с.72-84.
37. Швец В.А. О возможности определения комплексных коэффициентов отражения методом эллипсометрии. - Оптика и спектроскопия, 1983, т.55, вып.3, с.558
38. Швец В.А. Определение профилей оптических постоянных неоднородных слоев из эллипсометрических измерений in situ. - Автометрия, 1993, N6, с.25.
39. Шкляревский И. Н., Яровая Р. Г., Квантовое поглощение в алюминии и индии. Опт. и спектр., 1964, т. 16, с. 85.
40. Яковлев П.П., Мошков Б.Б. Проектирование интерференционных покрытий - М.Машиностроение, 1967г.- 192с.
41. Эллипсометрия. Теория, методы, приложения, ред. К. К. Свиташев, А. С. Мардежов -Новосиб., 1991 412 с
42. Эллипсометрия прецизионный метод контроля тонкопленочныхструктур с субнанометровым разрешением В.А. Швец, Е.В. Спесивцев, С.В. Рыхлицкий, Н.Н. Михайлe. Российские нанотехнологии , том 4 , ном. 3, 2009г. ,стр. 72-85
43. Эллипсометрия метод исследования поверхности / Отв. ред. А.В. Ржанов, - «Наука», Новосибирск, 1983.
44. Эллипсометрия: теория, методы, приложения. / Отв. редакторы А.В. Ржанов, Л.А. Ильина, - «Наука», Новосибирск, 1987.