RU2158897C1 - Method testing thickness of film in process of its deposition and device for its realization - Google Patents

Method testing thickness of film in process of its deposition and device for its realization Download PDF

Info

Publication number
RU2158897C1
RU2158897C1 RU99123457A RU99123457A RU2158897C1 RU 2158897 C1 RU2158897 C1 RU 2158897C1 RU 99123457 A RU99123457 A RU 99123457A RU 99123457 A RU99123457 A RU 99123457A RU 2158897 C1 RU2158897 C1 RU 2158897C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
thickness
film
substrate
intensity
Prior art date
Application number
RU99123457A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Г.В. Абрамов
В.К. Битюков
Д.В. Ерыгин
Г.В. Попов
Original Assignee
Воронежская государственная технологическая академия
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Воронежская государственная технологическая академия filed Critical Воронежская государственная технологическая академия
Priority to RU99123457A priority Critical patent/RU2158897C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2158897C1 publication Critical patent/RU2158897C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation. SUBSTANCE: invention is designed for nondestructive test of thickness and variations in thickness of films specifically in gears for deposition of photoresist in photolithography. Salient feature of invention consists in fall of radiation beam with wave length λst on to tested surface an angle of θ and in recording of intensity of radiation reflected from substrate in process of film deposition. Changes of intensity of reflected radiation are recorded after termination of process of film deposition with simultaneous rotation of substrate and longitudinal movement of optical unit. In this case wave length λ of radiation is chosen from condition λ = λstK/(K- 1/4), where K=1, 2,...is coefficient and change of thickness of film is determined in correspondence with mathematical expression. Device testing thickness of film in process of its deposition has radiation source, rotary mirrors and radiation detector installed in one optical unit mounted for longitudinal movement relative to substrate. Substrate holder is fitted with rotation mechanism. EFFECT: measurement of thickness of film deposited over entire area of substrate. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для неразрушающего контроля толщины и измерения разнотолщинности пленок, в частности в устройствах для нанесения фоторезиста в операциях фотолитографии. The invention relates to a measurement technique and is intended for non-destructive testing of the thickness and measurement of the thickness of the films, in particular in devices for applying photoresist in photolithography operations.

Известен способ определения толщины пленки (а. с. СССР N1128114, 07.12.84. Бюл. N 45), согласно которому направляют пучок монохроматического излучения на эталонные пленки, измеряют интенсивность рассеянного излучения, строят градуировочный график, связывающий толщину эталонных пленок с интенсивностью рассеянного излучения, направляют пучок монохроматического излучения на контролируемую пленку, измеряют интенсивность рассеянного излучения и определяют толщину пленки по градуировочному графику. A known method for determining the thickness of the film (a. With. The USSR N1128114, 07.12.84. Bull. N 45), according to which direct the beam of monochromatic radiation to the reference film, measure the intensity of the scattered radiation, build a calibration curve that connects the thickness of the reference films with the intensity of the scattered radiation , direct the beam of monochromatic radiation to the controlled film, measure the intensity of the scattered radiation and determine the thickness of the film according to the calibration curve.

Недостаток этого способа заключается в предварительном построении градуировочного графика и невозможности определения разнотолщинности пленки, так как погрешность определения толщины больше допустимых пределов разнотолщинности пленок фоторезиста (±200

Figure 00000002
).The disadvantage of this method is the preliminary construction of a calibration graph and the impossibility of determining the film thickness, since the error in determining the thickness is greater than the allowable limits of the film thickness of the photoresist (± 200
Figure 00000002
)

Наиболее близким к изобретению по технической сущности к предлагаемому является способ контроля толщины пленки в процессе ее нанесения (а.с. СССР N1746214, 07.07.92. Бюл. N 25), заключающийся в том, что до и в процессе нанесения пленки освещают контролируемую подложку излучением с длиной волны λ под углом θ, регистрируют интенсивность отраженного от подложки линейно поляризованного излучения и определяют момент прекращения процесса нанесения пленки заданной толщины d. При этом длину λ волны излучения и угол θ освещения подложки выбирают из условия d=d0K, где d - заданная толщина пленки; K= 1, 2,... - коэффициент;

Figure 00000003
где n - показатель преломления материала пленки. Момент прекращения процесса нанесения пленки определяют по достижению K-й кратности равенства интенсивности отраженного линейно поляризованного излучения до и в процессе нанесения пленки.Closest to the invention in technical essence, the proposed method is to control the film thickness during application (AS USSR N1746214, 07.07.92. Bull. N 25), which consists in the fact that before and during the application of the film illuminate the controlled substrate radiation with a wavelength λ at an angle θ, register the intensity of linearly polarized radiation reflected from the substrate and determine the moment of termination of the process of applying a film of a given thickness d. In this case, the wavelength λ of the radiation and the angle θ of illumination of the substrate are selected from the condition d = d 0 K, where d is the specified film thickness; K = 1, 2, ... is the coefficient;
Figure 00000003
where n is the refractive index of the film material. The moment of termination of the film deposition process is determined by reaching the Kth multiplicity of equality of the intensity of the reflected linearly polarized radiation before and during the film deposition.

Недостатком данного способа является отсутствие измерения разнотолщинности пленки после ее нанесения, необходимого в операциях нанесения фоторезиста, когда неравномерность покрытия более важна, чем ее толщина. The disadvantage of this method is the lack of measurement of the thickness of the film after its application, which is necessary in the operations of applying photoresist, when the unevenness of the coating is more important than its thickness.

Техническая задача изобретения - измерение толщины нанесенной пленки по всей площади подложки. The technical task of the invention is the measurement of the thickness of the deposited film over the entire area of the substrate.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в способе контроля толщины пленки в процессе ее нанесения, включающем освещение контролируемой подложки излучением с длиной волны λнач под углом θ до и в процессе нанесения пленки, регистрирование интенсивности отраженного от подложки излучения и определение момента окончания процесса нанесения пленки заданной толщины d, новым является то, что измерение толщины пленки осуществляют по всей площади подложки после ее нанесения при одновременном вращении подложки и продольном перемещении оптического блока, при этом длину волны λ излучения выбирают из условия λ = λначK/(K-1/4), где K=1, 2,... - коэффициент; таким образом, чтобы в момент начала измерения толщины по всей пленке интенсивность отраженного от контролируемой подложки излучения равнялась (Imax-Imin)/2+Imin, где Imax, Imin - максимальная и минимальная интенсивности отраженного излучения, а изменение толщины пленки определяется по выражению

Figure 00000004

где Δd - изменение толщины пленки;
n - показатель преломления пленки;
ΔI - изменение интенсивности;
I=(Imax-Imin)/2.The technical problem of the invention is achieved by the fact that in the method of controlling the thickness of the film during its deposition, which includes lighting the controlled substrate with radiation with a wavelength λ nach at an angle θ before and during the film deposition, recording the intensity of the radiation reflected from the substrate and determining the end of the film deposition process of a given thickness d, it is new that the measurement of the film thickness is carried out over the entire area of the substrate after its application with simultaneous rotation of the substrate and the longitudinal displacement uu optical unit, wherein the wavelength λ of the radiation is selected from the condition of λ = λ nach K / (K-1/4), where K = 1, 2, ... - ratio; so that at the time the thickness measurement begins over the entire film, the intensity of the radiation reflected from the controlled substrate is equal to (I max -I min ) / 2 + I min , where I max , I min is the maximum and minimum intensity of the reflected radiation, and the change in the film thickness determined by expression
Figure 00000004

where Δd is the change in film thickness;
n is the refractive index of the film;
ΔI is the change in intensity;
I = (I max -I min ) / 2.

Способ реализуется следующим образом. Контроль толщины осуществляют способом, аналогичным прототипу. После прекращения процесса нанесения пленки, определяемого по моменту достижения K-й кратности равенства интенсивности отраженного излучения до и в процессе нанесения пленки (фиг. 1), длину волны λ излучения на подложку выбирают из условия λ = λначK/(K-1/4), чтобы отраженный луч имел интенсивность Iнач, равную (Imax-Imin)/2+Imin. Это достигается для того, чтобы устранить ошибку в определении изменения толщины, так как процесс нанесения прекратился при максимальной интенсивности, следовательно, при любом изменении толщины, увеличении либо уменьшении, интенсивность отраженного излучения будет уменьшаться. После этого механизмами одновременно вращают держатель подложки и продольно перемещают оптический блок, при этом луч перемещается по всей площади подложки от центра к краю, и регистрируют изменение интенсивности отраженного излучения ΔI относительно Iнач, а по выражению (1) определяют изменение толщины пленки.The method is implemented as follows. The thickness control is carried out in a manner analogous to the prototype. After the termination of the film deposition process, determined by the moment the Kth multiplicity of equality of the intensity of the reflected radiation is reached before and during the film deposition (Fig. 1), the wavelength λ of radiation on the substrate is selected from the condition λ = λ beginning K / (K-1 / 4) so that the reflected beam has an intensity I beg equal to (I max -I min ) / 2 + I min . This is achieved in order to eliminate the error in determining the change in thickness, since the application process stopped at maximum intensity, therefore, with any change in thickness, increase or decrease, the intensity of the reflected radiation will decrease. After this, the substrate holder is rotated simultaneously by the mechanisms and the optical unit is longitudinally moved, while the beam moves over the entire area of the substrate from the center to the edge, and the change in the intensity of the reflected radiation ΔI relative to I beg is recorded, and the change in the film thickness is determined by expression (1).

Предлагаемый способ дает возможность измерять неравномерность толщины пленок, в частности пленок фоторезистов, после нанесения их на полупроводниковую подложку, к которым предъявляются высокие технологические требования на неравномерность толщины покрытия. The proposed method makes it possible to measure the unevenness of the thickness of the films, in particular the photoresist films, after applying them to a semiconductor substrate, which are subject to high technological requirements for the unevenness of the coating thickness.

Данный способ осуществляется устройством (фиг.2), в состав которого входят: держатель 1; подложка 2; механизм вращения держателя подложки 3; оптический блок, состоящий из источника излучения 4, фотоприемника излучения 5, поворотных зеркал 6 и 7, поляризатора 8, анализатора 9 и светофильтра 11; аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 11; ЭВМ 12 и механизм продольного перемещения оптического блока 13. This method is carried out by the device (figure 2), which includes: holder 1; substrate 2; the rotation mechanism of the substrate holder 3; an optical unit consisting of a radiation source 4, a radiation photodetector 5, rotary mirrors 6 and 7, a polarizer 8, an analyzer 9 and a light filter 11; analog-to-digital converter (ADC) 11; A computer 12 and a mechanism for longitudinal movement of the optical unit 13.

Излучение длиной волны λ от источника 4 после отражения от поворотного зеркала 6 попадает на подложку 2, закрепленную на держателе 1, на которую необходимо нанести слой вещества с показателем преломления n требуемой толщины. После отражения от подложки 2 излучение направляется поворотным зеркалом 7 на фотоприемник излучения 5, а затем через АЦП 11 в ЭВМ 12, на дисплее которой отображается график изменения интенсивности излучения (фиг.1). После источника излучения установлен поляризатор 8, а на пути излучения перед приемником установлен анализатор 9. Поляризатор 8 и анализатор 9 установлены в устройства, обеспечивающие их вращение вокруг их оптической оси. Угол падения θ излучения на подложку можно изменять путем изменения расстояния между поворотными зеркалами 6 и 7 при их одновременном повороте вокруг их осей. Длина λ волны излучения задается, например, светофильтром 10, установленным непосредственно после источника 4. После окончания процесса нанесения механизмом 3 осуществляют вращение держателя подложки 2 и одновременно с этим механизмом 13 начинают продольно перемещать оптический блок 2. Radiation with a wavelength λ from a source 4 after reflection from a rotary mirror 6 is incident on a substrate 2 mounted on a holder 1, onto which a layer of a substance with a refractive index n of the required thickness must be applied. After reflection from the substrate 2, the radiation is directed by a rotary mirror 7 to the radiation photodetector 5, and then through the ADC 11 in the computer 12, the display of which displays a graph of the change in radiation intensity (figure 1). After the radiation source, a polarizer 8 is installed, and an analyzer 9 is installed in front of the receiver in the radiation path. Polarizer 8 and analyzer 9 are installed in devices that ensure their rotation around their optical axis. The angle of incidence θ of radiation on the substrate can be changed by changing the distance between the rotary mirrors 6 and 7 when they are simultaneously rotated around their axes. The wavelength λ of the radiation wave is set, for example, by a light filter 10 installed immediately after the source 4. After the application is completed by the mechanism 3, the holder of the substrate 2 is rotated and simultaneously with this mechanism 13 the optical unit 2 is longitudinally moved.

Пример. Example.

Способом плазменной полимеризации на полупроводниковую подложку наносили фоторезист ФП-383 толщиной 1,2 мкм. В этом случае длина волны λнач= 0,643 мкм; угол падения излучения θ = 30o; показатель преломления n = 1,684; максимальная интенсивность Imax = 84; минимальная интенсивность Imin = 16 (за 100 взята интенсивность падающего излучения). После нанесения слоя требуемой толщины (коэффициент К = 6) длину волны выбрали из условия λ = λначK/(K-1/4) = 0,643*6/(6-1/4) = 0,671 мкм, чтобы интенсивность Iнач = (Imax - Imin)/2 + Imin = (84 - 16)/2 + 16 = 50. Максимальная разнотолщинность

Figure 00000005

Figure 00000006

Figure 00000007

Δdmax= 7,9+10,9 = 18,8 нм.By the method of plasma polymerization, a FP-383 photoresist 1.2 μm thick was deposited on a semiconductor substrate. In this case, the wavelength λ beg = 0.643 microns; angle of incidence of radiation θ = 30 o ; refractive index n = 1,684; maximum intensity I max = 84; minimum intensity I min = 16 (for 100 the intensity of the incident radiation is taken). After applying a layer of the required thickness (coefficient K = 6), the wavelength was chosen from the condition λ = λ beg K / (K-1/4) = 0.643 * 6 / (6-1 / 4) = 0.671 μm, so that the intensity I beg = (I max - I min ) / 2 + I min = (84 - 16) / 2 + 16 = 50. Maximum thickness difference
Figure 00000005

Figure 00000006

Figure 00000007

Δd max = 7.9 + 10.9 = 18.8 nm.

Claims (2)

1. Способ контроля толщины пленки в процессе ее нанесения, включающий освещение контролируемой подложки излучением с длиной волны λнач под углом θ до и в процессе нанесения пленки, регистрирование интенсивности отраженного от подложки излучения и определение момента окончания процесса нанесения пленки заданной толщины d, отличающийся тем, что измерение толщины пленки осуществляют по всей площади подложки после ее нанесения при одновременном вращении держателя подложки и продольном перемещении оптического блока, при этом длину волны λ излучения выбирают из условия
λ = λначK/(K- 1/4),
где К=1,2,... - коэффициент,
таким образом, чтобы в момент начала измерения толщины по всей пленке интенсивность отраженного от контролируемой подложки излучения равнялась
(Imax-Imin)/2+Imin,
где Imax, Imin - максимальная и минимальная интенсивности отраженного излучения, а изменение толщины пленки определяется по выражению
Figure 00000008

где Δd - изменение толщины пленки;
n - показатель преломления пленки;
ΔI - изменение интенсивности;
I=(Imax-Imin)/2.1. The method of controlling the thickness of the film during its application, including lighting the controlled substrate with radiation with a wavelength λ nach at an angle θ before and during the film deposition, recording the intensity of radiation reflected from the substrate and determining the end time of the film deposition process of a given thickness d, characterized in that the measurement of the film thickness is carried out over the entire area of the substrate after its application while rotating the holder of the substrate and the longitudinal movement of the optical unit, while the wavelength λ radiation is selected from the condition
λ = λ beginning K / (K- 1/4),
where K = 1,2, ... is the coefficient,
so that at the time the thickness measurement begins over the entire film, the intensity of the radiation reflected from the controlled substrate is equal to
(I max -I min ) / 2 + I min ,
where I max , I min - the maximum and minimum intensities of the reflected radiation, and the change in film thickness is determined by the expression
Figure 00000008

where Δd is the change in film thickness;
n is the refractive index of the film;
ΔI is the change in intensity;
I = (I max -I min ) / 2. 2. Устройство для контроля толщины пленки в процессе ее нанесения, включающее камеру, источник излучения, поляризатор, анализатор, светофильтр, поворотные зеркала, приемник, держатель подложки, отличающееся тем, что источник излучения, поляризатор, анализатор, светофильтр, поворотные зеркала и приемник излучения смонтированы в едином оптическом блоке, имеющем возможность продольного перемещения относительно подложки, при этом держатель подложки снабжен механизмом вращения. 2. A device for monitoring the thickness of the film during its application, including a camera, a radiation source, a polarizer, an analyzer, a light filter, rotary mirrors, a receiver, a substrate holder, characterized in that the radiation source, a polarizer, an analyzer, a light filter, rotary mirrors and a radiation receiver mounted in a single optical unit having the possibility of longitudinal movement relative to the substrate, while the substrate holder is equipped with a rotation mechanism.
RU99123457A 1999-11-04 1999-11-04 Method testing thickness of film in process of its deposition and device for its realization RU2158897C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99123457A RU2158897C1 (en) 1999-11-04 1999-11-04 Method testing thickness of film in process of its deposition and device for its realization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99123457A RU2158897C1 (en) 1999-11-04 1999-11-04 Method testing thickness of film in process of its deposition and device for its realization

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2158897C1 true RU2158897C1 (en) 2000-11-10

Family

ID=20226691

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99123457A RU2158897C1 (en) 1999-11-04 1999-11-04 Method testing thickness of film in process of its deposition and device for its realization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2158897C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2668344C1 (en) * 2017-12-05 2018-09-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of measuring the thickness of coating in the process of plasma-electrolytic oxidation
RU2692120C1 (en) * 2018-11-01 2019-06-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for determining coating thickness during a plasma-electrolytic oxidation process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2668344C1 (en) * 2017-12-05 2018-09-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method of measuring the thickness of coating in the process of plasma-electrolytic oxidation
RU2692120C1 (en) * 2018-11-01 2019-06-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for determining coating thickness during a plasma-electrolytic oxidation process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4999014A (en) Method and apparatus for measuring thickness of thin films
JP3995579B2 (en) Film thickness measuring device and reflectance measuring device
US6172752B1 (en) Method and apparatus for simultaneously interferometrically measuring optical characteristics in a noncontact manner
EP0585883B1 (en) Method of measuring refractive index of thin film
RU2158897C1 (en) Method testing thickness of film in process of its deposition and device for its realization
KR101036455B1 (en) Ellipsometer using Half Mirror
US6768550B2 (en) Beam shifting surface plasmon resonance system and method
JPS62266439A (en) Spectral temporary optical analyzer
JPS60122333A (en) Polarization analyzer
JP3617916B2 (en) Shearing interferometer
JP4049458B2 (en) Thin film thickness measuring apparatus and thin film thickness measuring method
JPH02238376A (en) Probe for measuring electric field
JP2699753B2 (en) Spectrophotometer
JP2004279286A (en) Method and device for evaluating optically anisotropic thin film
RU2157509C1 (en) Method testing thickness of film in process of its deposition
RU2694167C1 (en) Device for measuring thickness and dielectric permeability of thin films
US20070216901A1 (en) Ellipsometry Device Provided With A Resonance Platform
KR100252937B1 (en) Method for thin film density measurement using X-ray
JP2768720B2 (en) Coating device
Spanier Double film thickness measurements in the semiconductor industry
JPH1010039A (en) Beam splitter, and absorbance measuring device using this beam splitter
RU2075727C1 (en) Method of measurement of angles of turn of several objects and device for its implementation
JP3441408B2 (en) Sample inspection device and sample inspection method
JPS6041732B2 (en) polarization analyzer
WO1996024034A1 (en) Method for improving optical measurement of rough samples in ellipsometry and reflectometry