Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время большие успехи дос--тигнуты в разработке методов контроля структуры и примесного состава приповерхностных слоев. В решении этих задач весьма полезным оказывается метод оптической эллшсомэтрип. Эллипсо-кэтрическпе методы измерения являются безконтактними и нераз-рушавдими, могут использоваться в широком диапозояе температур, в условиях вакуума и агрессивных сред.
Общая' тенденция к уменьшению толщин полупроводниковых систем, используемых в микроэлектронике, приводит к нарастающему влиянию их приповерхностной структуры па объемные электрофизические и оптические свойства. Фактор эллипсометрическо-го исследования степени такого влияния определяется презде всего правильностью выбора физической модели изучаемого объекта, в том числе; учетом неоднородности его переходных слоев. В связи с этим возникает потребность в разработке корректных и достаточно простых способов описания взаимодействия поляризованного света с такими структурами. Кроме того, немаловажной является проблема сокращения затрат машинного времени при интерпретации зллисометрических измерений. Преимущество в использовании того или иного метода при восстановлении неизвест-вых параметров исследуемых неоднородных структур видится в оптимальном сочетании его высокой точности и скорости.
Другим аспектом рассматриваемой проблемы является практическое использование полученных методик. В этом случае является важным правильный выбор условий измерений для максимального снижения влияния экспериментальных ошибок, а также выбор Модели, более адекватно описывапцей реальную структуру. Эффективность использования аллнпсометрического метода тесно связана с
pSinSEHSH 8ТИХ ВОПРОСОВ.
Цель работ.
-
Дальнейшее развигиэ теорш отражения поляризованної света от системы "неоднородная пленка - однородная подлозжа' {прямая задача), основанной на обобщении вариационного &:это; Шзяпгвра на задачи зллипсомэтршг; полученке соотношений, плі годных для зллшсомэтричвского рассмотрения проблеми.
-
Проведение сравнительного анализа пря кспользозаш разлтшїх подходов описания взаимодействия поляризовавши сзэта с неоднородными структурами (борновскях прнблЕ»:энжг nej еого к второго порядков, а также вариационного метода).
3. Развито методических вопросов . влашпсоїсетричаско:
исследования неоднородных диэлектрических систем, обоснован
Е выбор оптимальних условий измерений.
-
Разработка вффэктившх алгоритмов и программ район обратной задачи аллшеоыетрин, позшлящшс восстановить пей ваоїше параметри ксследуешх неоднородна! структур но разул Т8Ї6М влйнпсогатричзскЕХ измерений.
-
Проверка работоспособности развитых ызтодек, was. точности и чувствительности путом проведения численного rax
. лкрозапш к експериментальних последований.
Научная повкзна работ сострит в следующем:
-
Вперше использован вардацнонный метод Шаинтера ; списання взаимодействия поляризованного света с системой "ш днородаак шюяка - однородная поддозса", границы врпмэнн?.кк которого существенно шнро в' сравнения с борновскшда праблш ниши первого и второго порядков.
-
Получены аналитические выражения rs и. г коаффщи тов отрааэНЕЯ для ряда модельных профилей диэлектрической п ннцаешсти неоднородной пленки.
3. Предложен оптимальный внбор условий эллшсометричаскпх
зкэрзппй при использовании приближенных подходов в описании
еоднороданх дивлоктрических структур.
-
Виявлена характерные особенности цэлевоЯ функция п братной задаче с тремя неизвестными параметрами, определящие :ыбор метода поиска.
-
Создано математическое и методическое обеспечение, [ригодиоо для зллипсометров любого типа, позволяющее восста-[авливать параметры неоднородных поверхностных структур по юзультатам эллппсометрическш: измерений, базирующееся пв ногам подходе в решении прямой задачи для таких объектов.
-
Исследованы переходный поверхностные слоя для ряда ^электрических объектов.
Практическая значимость работы.
Результаты, полученные сравнепиэн трех приближенЕих кето-50В описания взаимодействия поляризованного света с пеодпород-шми структурами, позволяют выявить ограничения, накладываемые іа параметри того или иного изучаемого объекта, в рамках использования каздого из трех приближенных подходоз. Предлозен-яый в работа, новый для вллкпсометрйн, вариационный метод Шви-агера расякряет область применимости, наиболее часто используемых на практике, первого п второго борновских приблиавний, что позволяет проводить исследования неоднородных поверхностных слоев с большими толщинами. Сравнение рассматриваемых при-блнненай на аналитическом уровне позволяет обосновать некоторые особенности, присущЕВ тому или иному приближения и, таким образом, учесть ах при решении обратной задачи эллипсомвтрии. Проведенные комплексные исследования вида целевой функции даст возможность объяснить характер полученных а обратной задаче' решений. Созданные алгоритмі и програми по решения обратной
задачи пригодны в каческтве математического обеспечение для аллипометрической аппаратуры любого типа, в том числе и для автоматизированного спектроаллипсометра, создавемого в ИДП РАН, и позволяют более корректно судить об истинной структуре изучаемых объектов в научном и технологическом приложениях аллапсометрии.
Полученные в работе аналитические соотношения, описывающие отражение света неоднордными структурами позволяют существенно снизить затраты машинного времени и требования к уровню используемой вычислительной техники.
Экспериментальные исследования, приведенные в работе, с применением развитых методик, демонстрируют их работоспособность и практические возможности.
Защищаемые положения.
1. Новый в эллипсометрии метод приближенного описания
системы "неоднородная пленка - однородная подложка", основан
ный па использовании вариационного подхода Швингера, расшире
ние границ применимости последнего в сравнении с борцовскими
приближениями первого и второго порядков.
-
Аналитические выражения для расчета rs и г коэффициентов отражения по полученным приближенным соотношениям.
-
Новая методика решения .обратной задачи эллипсометрии для наховдения двух пеизвестных параметров неоднородного диэлектрического слоя при известных парэмэтрах подлохки.
-
Численные результаты по оценке спстематичрскшс и случайных погрешностей, возникавших при решении обратной задачи по восстановления параметров неоднородной пленки.
-
Комплексный анализ вида целевой функции обратной задачи зллипсомегрки для трех неизвестных параметров системы неоднородная диэлектрическая пленка - подлозка, ЕЫбор на его осно-
ве метода поиска и обоснование характера полученных решений.
Апробация работы. Основные результаты докладывались на семинарах лаборатории ИАП АН СССР, всесоюзных семинарах по проблемам эллшсометрии, проводимых НТО АН СССР, а также на следующих конференциях и совещаниях:
First Polish - Russlon Symposium on trends and new applications of elllpsometry, Warszawa - Jablonna, Poland, November 10 - 12, 1988.
Школа - семинар - выставка "Лазеры и современное приборостроение", Санкт - Петербург, 30 сентября - 4 октября 1991 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 133 страницах машинописного текста, содержит 20 рисунков, 4 таблицы и 64 библиографических ссылки на литературу. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения.
