ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской разработки.

Современная микроэлектроника развивается быстрыми темпами в направлении микроминиатюризации, состоящей в уменьшении как линейных, так и объемных размеров отдельных элементов, входящих в микросхемы. В связи с этим особую актуальность приобретают вопросы контроля параметров отдельных элементов схем в процессе технологического производства. Физические методы, при помощи которых осуществляется подобного рода контроль, должны обладать, следовательно, высокой локальностью и иметь неразрушающий характер воздействия на исследуемые элементы схем.

Одним из важнейших технологических параметров является чистота вскрытия «окон» малых размеров ( 1 мкм) на кремнии и алюминии. Для ее контроля используют микроэллипсометрический метод, на котором основаны локальные эллипсометрические измерения параметров структур. Метод микроэллипсометрии является приложением эллипсометрического метода, с успехом применяемого для контроля на различных этапах технологического процесса изготовления полупроводниковых приборов.

Выпускаемые за рубежом автоматические эллипсометры типаl115В (фирмыgaertnег, США),autoel-iv(фирмыrudolphreseach, США) имеют локальность измеряемой зоны 25х35 мкм при _о⁼45°.Отечественные эллипсометры типа ЛЭФЗМ, снабженные приставкой для локальных измерений, имеют локальность 60х60 мкм. Приборы с указанной локальностью не удовлетворяют требованиям микроэлектроники на сегодняшний день.

При контроле малых структур, один из линейных размеров которых соизмерим с длиной волны зондирующего излучения, имеет место принципиальное физическое ограничение метода лазерной эллипсометрической микроскопии, связанное с дифракцией лазерного излучения. Интенсивность компонентов "Р" и "s" поляризованного света, отражённого от малой структуры, будет различна из-за различного характера дифракции этих компонентов. Следовательно, появляется дополнительная погрешность эллипсометрических измерений малых структур. Исследования показали, что при длине волны лазерного излучения = 0,63 мкм и характерном размере структуры 1 мкм для больших углов падения 70° погрешность эллипсометрических измерений может достигать 60-70 процентов. При угле падения 45° данная погрешность не превышает 2-3 процентов. Таким образом, при эллипсометрическом контроле малых структур, соизмеримых с длиной волны лазерного излучения, более надёжными являются результаты, полученные при малых углах падения.

Для повышения локальности измерений была разработана и изготовлена в заводских условиях микроэллипсометрическая приставка к эллипсометру ЛЭФ-ЗМ. Приставка располагается (рис.1) в плече анализатора эллипсометра.

Рис. 1. Оптическая схема микроэллипсометрической приставки.

1 - образец; 2 - поляризационный объектив; 3 - анализатор ЛЭФ - 3М;

4 - диафрагмы; 5 - микроскоп; 6 - видеокамера: 7 - монитор

Конструктивно приставка включает следующие элементы: поляризационный объектив на вращающемся держателе; блок диафрагм с микрометрическими винтами; оптический микроскоп, который через переходные кольца крепится к блоку диафрагм. В конструкцию приставки вводилась малогабаритная видеокамера "s0ny" черно-белого изображения и монитор. Для повышения точности измерений в конструкцию приставки и был введен блок диафрагм (рис.2), позволяющий изменять площадь сечения диафрагмируемого отверстия от 50х50 до 10000х10000 мкм. Отверстия диафрагмы могут подбираться не только по размеру, но и по форме адекватной исследуемой структуре. Поскольку перед диафрагмой располагается поляризационный объектив кратности х9, то размер исследуемой структуры, изображение которой проходит сквозь минимальное отверстие диафрагмы, равняется 5 мкм. При использовании на выходе плеча анализатора телевизионной камеры, последняя должна обладать высоким динамическим диапазоном.

Рис. 2. Диафрагма с взаимно перпендикулярными прямоугольными щелями

1 - диафрагма; 2 - система прямоугольных щелей

С помощью данной эллипсометрической приставки были измерены параметры окисных пленок кремния на структурах с размерами от 2500х500мкм до размеров 5х5мкм. Измерения показали устойчивую повторяемость и сопоставимость результатов для различных площадей структур, имеющих пленки одинаковой толщины и выращенных в одном технологическом процессе. С высокой точностью удалось измерить толщину окисной пленки структуры 5х5 мкм. Относительная погрешность измерения составила ±1,75%, доверительная вероятность для границы случайной погрешности выбиралась равной 0,95.

Выбор в качестве базового серийного эллипсометра ЛЭФ-ЗМ, а также относительная простота конструкции микроэллипсометрической приставки делают ее доступным и надежным прибором, позволяющим производить локальные измерения параметров полупроводниковых приборов в заводских и лабораторных условиях. Приставка успешно внедрена на НПО «Интеграл» г. Минск для измерения и контроля параметров СБИС.