Введение к работе
Л.ктурчкнпсп, проблемы Важным направлением развития естествознания и техники является совершенствование освоенных и создание новых методов и средств измерений как безусловной формы познания мира, приобретения знаний и создания технологий Поиск знаний и овладаше ими с целью обеспечить общество новейшими технологиями связывают с освоенным уровнем в чувствительности, точности, полноте, локальности, быстроте, универсальности и экономичности методов измерений и их применений
Нашему времени присуще мощное развитие информатики и обеспечивающих его наукоемких технологий Эта черта современного познания и применения знаний (а) выдвигает особые требования к освоенным методам и средствам измерений и (б) открывает новые подходы кразвитию и освоению на производстве и практике научных исследований и новых ранее неизвестных, и в ноюм качествеуже известиьк методов и средств измерений. Узким местом наукоёмких технологий в микроэлектронике и химии стали высокоэффективное получение специальных материалов с программируемыми свойствами и низкая эффективность управления процессом их синтеза Это обязано в основном методологическому подходу к контролю параметров слоистых структур, осуществляемому по конечному продукту производства Такой подход игнорирует несоответствие его всей сложности самоорганизации синтеза материал а со свойствами, которые отличны от свойств исходных продуктов, взаимодействующих в пространственной области синтеза такого материала. И на передний фронтобеспечения высокой эффективности наумэ-емких технологий вышли полвопараметрические измерения и контроль т situ процессов на границах контакта слоистых сред, где рождаются новые материалы с нужными свойствами. Они формируются в тонких поверхностных областях слоистых структур, которые организуют roo иерфхию план арных систем Логично, что актуальными для фундаментальных исследований поверхностных явлений и технологий, нацеленных на синтез материалови их обработку, стали концепция и физико-технические принципы, разработка и освоение как принципиально нового метода мониторинга кинетики явлений и синтеза материалов, так и его средств При анализе методов и средств контроля и исследования т situ явлений на поверхностях раздела сред на пер вый план, с точки зрения универсальности и эффективности, дистанционности и бесконтактности, доступности и способности вписываться в уже освоенные экспериментальные и технологические установки, выходят как методы, таки средства измерений т situ оптических параметров слоистых структур И потому мы обратились к оптическому методу зллипсометрии
Выявив принципиальную ограниченность его в традиционном виде для измерений т situ быстр ьк процессов и в наукоемких технологиях, мы поставили проблему создания нового научного направления в области оптико-физических измерений, адекватного требованиям измерений т situ процессов в слоистых структурах Конкретно оно оформленно нами а) разработкой концепции и физико-технических принцнпавхолотлипсометрии in situ как
эллипсометр"ч полного набора оптических параметров слоистых структур в реальном времени, б) разработкой реализующих этот новый метод средств измерений, те холоэллипсометров и в) анализом методов осюения их в физических исследованиях и технологических приложениях Решению этой фундаментальной задачи и посвящена настоящая диссертация
Цель работы Разработка и развитие концепции и физико-технических принципов осуществления нового научного направления в области оптико-физических измерений - холозллипсометрии vi situ слоистых структур Эго потребовало решения следующих задач
Анализ традиционной зллипсометрии применительно к требованиям измерений т situ и мониторинга слоистых структур при синтезе материатов
Разработка принципиально нового концептуального подхода к измерениям т situ полного набораоптических параметров слоистых структур
Разработка физико-технических принципов и новых методов исследования и юнтроля текущих процессов на поверхности и границах раздела слоистых структур -холозллипсометрии т situ
Получение и применение уравнений холозллипсометрии т situ слоистых структур как методологической основыреализации метода.
Разработка по сути новых оптических схем холоэллипсометров т situ
Анализ симметризации аппаратной функции холоэллипсометра т sitii
Разработка физико-технических принципов гетеродинной холозллипсометрии т situ и гетеродинных холоэллипсометров т situ
Разработка интерференционной лазерной ИК-холоатлипсометрии
РазработкаИКфурье-спектрохолоэллипсометрии in situ
10 Расчеты приоритетных характеристик спектрохолозллипсометров
12 Сверхбыстрая (пико- и фемтосекундная) ИК спектрохолозллипсо-метрия на основе техники сверхпроводниковых квантовых интерференционных джэзефсо но вских интегральных контактных структур
Холозллипсометрия т situ как метод литографического мониторинга в целом и тол щины рези ста в частности для микро-и нано электроники
Анализ применения холоэллипсо метрик т sitii в биологии, биотехнологиях, медицине и экологии окружающей среды
Методы исследования Решение научно-технических задач, представленных в диссертации и определенных ее целями, опиралось на методы экспериментальной физики и математическое моделирование
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается
корректностью постановки физических задач и их решения с учетом методологии физического подходам математического моделирования, законов распространения поляризованных электромагнитных юлн в слоистых структурах и граничных условий для электромагнитного поля,
экспериментальным подтверждением определяющих расчетных характеристик работы лазерных холоэллипсометров и ИК фурье-спектрохолоэл-липсометрови^ониторингатолщинырезиста в микроэлектронике
Научная новизна результатов диссертации состоит втом, что снят ту-пикдля традиционной эллипсометрик при измерениях от situ, созданы и всесторонне развиты принципиальные основы - концепция и физико-технические принципы- іаких измерений какэллипсометрии от situ При этом
Впервые предложен и отработан оптико-физический метод эллипсо-метрии от situ слоистых сгру ктур
Впервые открыта и развита фурье-спектрохолоэллипсометрия от situ
Впервые предложены и разработаны физико-технические принципы организации а) лазерного холоэллипсометра, б) интерференционного холо-эллипсометраи в) ИК фурье-спектрохолозллипсометра в геометрии брюсте-роесюго и почти нормалыюго отражения, реализующих предложенный впервые автором метод эллипоометрии in situ
Даныоценки приоритетных характеристикхолоэллипсометров от situ
Впервые предложена симметризация аппаратных функций холозллип-сометров т situ лазерного и интерференционного типа
Впервые предложен метод гетеродинной холоэлдипсометрии от situ
Впервые предложена сверхбыстрая (пико- и фемтосекундная) спектро-холоаллипоометрия от situ наосноветехники сверхпроводниковых квантовых интерференционныхдгюзефооновских интегральных контактных структур
Практическая значимость полученных результатов в том, что дан физико-технический фундамент развития измфений от situ полного набора оптических параметров слоистых структур, затребованных задачами микро-и наноэлектроники, химического катализа и электрохимии, биологического и экохимического монигоринганаосновехолоэлллипсометрии msitu.
Положения,выносимыена защиту
Концепция холоэллипсометрии in situ как эллипсо метр ил, позволяю-щегопределять в режиме in situ бесконтактно и одновременно, параллельно во времени полный набор эллипсометрических параметров и оптических параметров слоистых структур впроцессеих физию-химических изменений.
Физико-технические принципы реализации холоэллипсометрии от situ
Физико-технические принципы создания хомоэллипсометров от situ с целью реализовать холоэллипсометрию от situ и определять бесконтактно и одновременно, параллельно во времени полный набор эллипсо метрических и оптических параметров для описания во времени явлений в слоистых структурах оптически изотропном поглощающем слое (типа рези ста) на подложке, двуслойной изотропной структуре, оптически анизотропном слое
4 Уравнения холоэллипсометрии т situ слоистых структур как методологическая основа определять бесюнтактно и одновременно, параллельно во времени полный набор холоэллипсометрических и оптических параметров дляописания состояния меняющейся со временем слоистой структуры 5 Симметризация аппаратной функции холоэллипсометрии от situ, уменьшающая объем обработки данных параллельных многопараметрических импульсных измерений методом холоэллипсометрии от situ, исключающая при этом источники систематических погрешностей традиционной эллипоомет-рии и повышающая точность и надежность получаемых результатов
Физико-технические принципы реализации быстрой фурье-спектрохо-лоаллипсометрии слоистых структур при брю cm ер о ее ком отражении, позволяющие определять бесконтактно и одновременно, параллельно во времени полный набор спектров для оптических параметров изменяющейся во времени слоистой структуры оптически изотропного поглощающего слоя (типа резиста) на подложке, двуслойной оптически изотропной поглощающей структуры,оптически анизотропного поглощающего слоя
Быстрая фурье-спектрохолоаллипсометрия почти нормального отражения как метод определения одновременно, параллельно во времени спектра четырех аллипсометрических параметров при почти нормальном отражении потока ИК волн о г анизотропных атомных монослоёв на подложке
Оценка обнаружится ьной способности холоаллипсометров //; situ вла-зерноми фурье-спектрометрическом вариантах их осуществления
Метод сверхбыстрой (пико- и фемтосекундной) спектрохолоэллипсо-метрии in situ на основе техники сверхпроводниковых квантовых интерференционных дяозефсоновских интегральных контактных структур при низких температурах как метод определения бесконтактно и одновременно, параллельно во времени полного набора спектров поляризационных оптических параметров меняющейся со временем слоистой структуры за сверхкороткие времена со сверхрекордной чу ветви теч ьностью
Получение полного набора оптических параметров одно- и двуслойной анизотропной структуры с помощью гетеродинной холоаллипсометрии
Обеспечение на основе холоаллипсометрии in situ спомощыо применения соответственного холоатлипсометра для измерений т situ мониторинга (а) субмикронной и глубоко субмикронной литографии в микроэлектронике, (б) катализа в химических реакторах и (в) в биотехнологических реактор ах, (г) экологического состояния окружающей среды
Метод модуляционной электроадсорбционной фурье-спекгрохолоал-липсометрии особых белковых структур на металлизированной подложке.
Апробация работы Результаты исследований, включенные в диссертацию, б ыди пред ставлены на следующих научных конференциях и семинарах
1 Конференция «Эллипсометрия теория, методы, эксперименты» -Новосибирск, июнь 1987
I Всесоюзное со вещание по ВТСП -Харьков, декабрь 1988 г
II Всесоюзная конференция по ВТСП - Киев, сентябрь 1989 г
Всероссийская научно-техническая конференция «Микро- и наноэлек-троника-98» -Звенигород,пансионат «Липки», 1998
5. X Международный симпозиум «Тонкие пленки в электронике», Ярославль, сентябрь 1999 г
6 Научный семинар кафедрыобщей физики МФТИ 20 03 2005 г
7. International Conference "Micro- and nano-electronics 2005" October, 2005, Moscow Zvenigorod, Russia
8 Научно-практическая конференция «Отчеты по проектам программы Президиума РАН "Поддержка инноваций"2006 гл - Москва, 23 11 2006 г
Личное участие автора в выполнении работы Автор диссертации дал анализ проблемы, определил круг вопросов и цель диссертации, поставил задачи, выбрал методы их решения, предложил концепцию и физико-технические принципы холоэялипшметрии т smi оптических параметров слоистых структур .провел исследования задач,представленных вдиссертации
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 250 страниц текста, в том числе 1 таблицу,61 рисуноки списокцитируемойлитературьінаїбі наименование
