Холоэллипсометрия in situ слоистых структур: основы, методы и средства

• Автор: Кирьянов, Анатолий Павлович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 250 с. : ил.

Введение: общая характеристика работы

Глава 1. Основы традиционной эллипсометрии

§1.1. Поляризация световых волн и схема эллипсометра

§ 1.2. Основное уравнение эллипсометрии и нуль-эллипсометрия

§ 1.3. Метрика эллипсометрических углов в нуль-эллипсометрии

§1.4. Определение оптических параметров слоя в нуль-эллипсометрии

§1.5. К автоматизации измерений в эллипсометрии

§1.6. Ненулевые традиционные эллипсометры

1.6.1. Поляризационные рефрактометры

1.6.2. Эллипсометры с дискретным изменением состояния поляризации

1.6.3. Интерференционные эллипсометры

§ 1.7. Спектроэллипсометрия и спектроэллипсометры
Глава 2. Основы холоэллипсометрии слоистых структур
§2.1. Мониторинг в высоких технологиях с позиций синергетики
§2.2. Трудности традиционной эллипсометрии при измерениях in situ
§2.3. Общее представление о холоэллипсометрии
§2.4. Уравнения холоэллипсометрии для оптически изотропного
поглощающего слоя на изотропной подложке
§2.5. Холоэллипсометрии с двуслойной оптически изотропной
структурой на подложке
§2.6. Холоэллипсометрии анизотропных слоев на подложке
Глава 3. Холоэллипсометры как средства реализации холоэллипсометрии
и их организация
§3.1. Холоэллипсометр с двуслойной оптически изотропной структурой
§3.2. Холоэллипсометр с анизотропным слоем на подложке
§3.3. Симметризация аппаратной функции холоэллипсометра
§3.4. Гетеродинные холоэллипсометры

§3.5. Обнаружительная способность холоэллипсометров
Глава 4. Интерференционная спектрохолоэллипсометрия in situ
в инфракрасном диапазоне волн
§4.1. Интерференционная холоэллипсометрия
§4.2. Основы фурье-спектрометрии в ИК области волн
§4.3. Инфракрасная фурье-спектроэллипсометрия
4.3.1. Организация ИК фурье-спектроэллипсометров
4.3.2 Уравнения симметричной ИК фурье-спектроэллисометрии
4.3.3. Быстрая ИК фурье-спектрохолоэллипсометрия
4.3.4. ИК фурье-спектрохолоэллипсометрия с почти нормальным отражением потока от анизотропных монослоёв на подложке
4.3.5. Пороговая чувствительность ИК фурье-спектроэллипсометров .. 148 4.4. Сверхбыстрая холоэллипсометрия in situ на основе СКВИДИКСтехники
4.4.1. Основы СКВИДИКС-техники измерений
4.4.2. Сверхбыстрая гильберт-спектрохолоэлипсометрия
4.4.3. Г етеродинная СКВИДИКС-холоэллипсометрия
4.4.4. Магнитная СКВИДИКС-фурье-спектрохолоэллипсометрия
Глава 5. Результаты исследований и их обсуждение
5.1. Расчёт холоэллипсометрических параметров слоистых структур
5.2. К проблеме учёта микроскопических свойств поверхностей
5.3. К методике решения обратных задач холоэллипсометрии in situ
5.4. К мониторингу слоистых структур
5.4.1. Определение in situ оптических параметров микроструктур
5.4.2. Литографический мониторинг толщины резиста
5.5. Холоэллипсометрия in situ в биологии, медицине и экологии
Заключение
Основные публикации по теме диссертации
Литература
ВВЕДЕНИЕ: ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Развитие естественных наук состоит в поиске знаний о природе и улучшении освоенных и изобретении новых методов и средств измерений. Ныне в научном эксперименте и технике востребованы многопараметрические измерения, проводимые параллельно с нужным для решения задач быстродействием. И узкое место здесь возникло в импульсных измерениях и получении материалов с заданными свойствами. Технологии породили проблемы не вполне достаточной повторяемости свойств материалов для микро- и наноэлектроники, низкого процента выхода планарных изделий с заданными свойствами и эффективности управления синтезом материалов. Проблемы эти обязаны, видимо, синергетической природе самоорганизации синтеза материалов с нужными свойствами, отличными от свойств компонент, взаимодействующих друг с другом на пространственном фронте синтеза материала во времени. Вся эта кинетика привязана к поверхностным областям слоистых структур. Актуальными становятся разработка концепции и освоение не только новой диагностики процессов при синтезе материалов с заданными свойствами и импульсных измерениях, но и их средств. И анализ методов и средств изучения и контроля кинетики в слоистых структурах на первый план по универсальности, бссконтактности, доступности и способности включаться в освоенные экспериментальные и технологические установки ставит методы и средства измерений оптических параметров слоистых структур в режиме in situ. Ответом на насущный запрос практики измерений и высоких технологий стало наше обращение к эллипсометрии.
Цель работы: разработка и развитие холоэллипсометрии in situ - метода эллипсометрии, позволяющего реализовать параллельные во времени многопараметрические бесконтактные измерения в режиме in situ для определения полного набора присущих слоистым структурам оптических параметров, меняющихся при этом в ходе специфических для них процессов.

коэффициентах отражения гх и гу для линейно поляризованных компонент отражённого света относительно связанных с осями х и у направлений вдоль поверхности структуры [50]:
(Аг/г) = (гх— Гу)/[(гх +гу)/2] (1.53)
Для наиболее важного случая анизотропного атомного монослоя на поверхности оптически изотропной массивной подложке можно по данным измерений анизотропии относительного коэффициента отражения (Дг/г) (1.53) получить важную для физики поверхности слоистых структур анизотропию комплексной поверхностной диэлектрической проницаемости Д8*5-с1 (б -толщина поверхностного слоя ~ 1 нм):
Де^Д = 1(А/4я)(1 - е*у)(Дг/г) (1.54)
где Е*у - комплексная объёмная диэлектрическая проницаемость материала.
Относительная величина сигнала на его гармонических компонентах порядка | (Дг/г) | < 1(Г3; этот сигнал несёт информацию только о поверхностных слоях, так как объёмная часть слоистой структуры в виде оптически изотропного кристалла в силу своей изотропности вклада в измеряемый сигнал не даёт. Мотивацией развития метода ОАС послужила возможность наблюдать за поверхностными атомами на чистых поверхностях кубических кристаллов с помощью потока поляризованного света, способного проникать к поверхностным объектам как фундаментальных исследований в физике твёрдых тел, так и технологического контроля (например, к протяжённым оптоэлектронным линиям оптической связи).