Развитие интерференционных и поляризационных методов измерения физических параметров твердых тел

• Автор: Волков, Петр Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 154 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Оптические методы измерения физических параметров твердых тел - состояние проблемы

§1.1. Метод матриц Джонса описания анизотропных свойств оптических элементов

§1.2. Теорема взаимности и метод матриц Джонса. Взаимные и невзаимные оптические фазовые анизотропные системы

§ 1.3. Теорема эквивалентности Пуанкаре и метод матриц Джонса

§1.4. Экспериментальные методы исследования оптических анизотропных свойств

§1.5. Оптические методы контроля температуры и толщины твердых тел. 34. Глава 2. Теорема эквивалентности для невзаимных оптических систем и преобразование свойств анизотропии оптических элементов

§2.1. Теорема эквивалентности в невзаимных системах

§2.2. Теорема эквивалентности в двухпроходных оптических схемах с невзаимными элементами

§2.3. Невзаимные эллиптические базисы

§2.4. Преобразование свойств анизотропии взаимных поляризационных элементов
§2.5. Преобразование анизотропных свойств невзаимных элементов
§2.6. Примеры преобразования базовых типов анизотропии
Выводы к главе
Глава 3. Методы измерения эффектов вынужденной оптической анизотропии в кольцевых и двухпроходных схемах
§3.1. Кольцевые схемы измерения
§ 3.2. Измерение эффектов вынужденной оптической анизотропии в двухпроходной схеме

§3.3. Детектирование поверхностных звуковых волн в твердом теле с применением двухпроходной схемы
Выводы к главе
Глава 4. Мониторинг технологических процессов с применением методов низкокогерентной тандемной интерферометрии
§4.1. Метод контроля положения модулятора разности хода интерферометра
§4.2. Метод измерения геометрической толщины и показателя преломления образца
§4.3. Системы промышленного мониторинга толщины
§4.4. Система контроля толщины и температуры в полупроводниковых микро- и нанотехнологиях
§ 4.5. Исследование технологических параметров горизонтального МОГ ФЭ реактора
§ 4.6. Исследование технологических параметров вертикального МОГ ФЭ реактора
§ 4.7. Методики определения толщины и температуры образца в процессе роста полупроводниковых структур
Выводы к главе
Заключение
Список цитированной литературы
Список работ автора по теме диссертации

Введение.
Актуальность темы исследований
Оптические измерения в настоящее время играют большую роль как в физическом эксперименте, так и в измерительной технике. Дистанционные, бесконтактные, неинвазивные и высокоточные оптические методы позволяют решать задачи, недоступные другим подходам [1]. Наибольшее распространение получили интерференционные и поляризационные методы измерения.
При интерференции неполяризованных световых пучков или пучков с одинаковым состоянием поляризации, в области их наложения возникают интерференционные полосы, обработка которых позволяет решать такие задачи, как прецизионный контроль качества поверхностей, контроль малых смещений поверхности и др [2]. В физическом эксперименте интерферометрия позволяет с высокой точностью и чувствительностью измерять эффекты, приводящие к изменению оптических свойств среды (колебания давления, температуры, показателя преломления и др.).
При интерференции поляризованных пучков света происходит изменение состояния поляризации света. Основанные на этом поляризационные методы зачастую оказываются более чувствительными, удобными и информативными, чем стандартные интерференционные [2]. Контроль состояния поляризации света, взаимодействующего с объектом, позволяет измерять механические напряжения, исследовать электро- и магнитооптические эффекты. Для исследования свойств поверхности и тонких пленок широкое распространение получила эллипсометрия [3].
По мере развития поляризационных методов исследования появлялись различные методы описания состояния поляризации, а также преобразования поляризации веществом. Наиболее известными являются методы векторов и матриц Джонса и векторов Стокса и матриц Мюллера [4]. Однако для объектов со сложной анизотропией простое применение данных методов может приводить к сложным и громоздким вычислениям. Исследование

обязательного присутствия систем in situ контроля. Для большинства процессов тонкопленочной технологии, включая нанесение, отжиг и определение характеристик полученных плёночных структур, наиболее важными параметрами являются температура подложки и скорость роста или травления.
В настоящее время в большинстве случаев температура подложек контролируется с помощью термопар и пирометров. Однако точность таких измерений невелика. В первом случае из-за отсутствия хорошего, воспроизводимого теплового контакта. Во втором - из-за загрязнения окон реактора, различиях в оптических свойствах подложек и др.
Контроль скорости роста (травления), за исключением молекулярнопучковой эпитаксии, где в условиях глубокого вакуума работает метод рассеяния быстрых электронов, основывается, как правило, на послеростовых ex situ измерениях. Только в последние 15 лет оптический in situ мониторинг стали применять для контроля технологических процессов в полупроводниковой микроэлектронике [84-86].
В первом, получившем название «Спектроскопия анизотропного отражения», регистрируется изменение анизотропии поверхности при послойном эпитаксиальном росте. Сфера применимости данного метода ограничена достаточно редко встречающимися MOCVD - процессами, в которых выполняется условие послойного роста, поэтому в настоящее время он используется в комбинации с измерением коэффициента отражения [87, 88].
Второй, гораздо более универсальный вариант, основан на интерференции зондирующего света внутри измеряемой подложки [89, 90]. Достигнутая относительная точность измерения температуры на стандартных подложках GaAs, характерная для данного варианта, составляла 0.03 °С, а точность определения толщины была не хуже ±90 ангстрем [91]. Примерно такие же параметры анонсирует компания Jobin Yvon для своей системы TDM-200. К недостаткам данной схемы следует отнести близкое