7.7. Диапазон измеряемых значений толщины эпитаксиального слоя

Максимальное значение измеряемой толщины эпитаксиального слоя определяется длиной хода подвижного зеркала. Перемещение зеркала должно быть таким, чтобы вводимая им разность хода Δ_М в плечах интерферометра компенсировала разность фаз Δ, возникающую в результате отражения света от эпитаксиальной структуры. Только при выполнении условия Δ=Δ_М в интерферограмме появляются боковые серии пиков. Современные интерферометры дают возможность измерять максимальную толщину эпитаксиального слоя, равную 100 мкм. Нижний предел измеряемой толщины ограничивается эффектом взаимного перекрытия центральной и боковых серий интерферограммы. С уменьшением толщины боковые пики сближаются и перекрываются с центральной серией экстремумов. В этом случае интерферограмма искажается настолько, что определение толщины становится невозможным.

Перекрытие центральных и боковых экстремумов происходит при толщинах, меньших 8 мкм. Чтобы снизить нижний предел измеряемых толщин, вычитают (с помощью ЭВМ) из интерферограмм центральную серию пиков. Как следует из (7.4), центральная серия пиков является результатом интерференции лучей, отраженных как от поверхности эпитаксиального слоя, так и от его границы с подложкой. Амплитуда и спектральное положение центральных экстремумов зависят от оптических постоянных эпитаксиального слоя и подложки. Поэтому функцию I_ц(х) центрального участка интерферограммы можно аппроксимировать линейной комбинацией спектров отражения высокоомного монокристаллического образца исследуемого материала и центральных серий пиков интерферограмм для эпитаксиальных структур с толстым (более 10 мкм, чтобы исключить эффект перекрытия) эпитаксиальным слоем и различным удельным сопротивлением подложки. Коэффициенты этой линейной комбинации подбираются так, чтобы после ее вычитания из интерферограммы измеряемого образца центральный главный максимум при х=0 был равен нулю. Остаточные максимумы в центральном участке интерферограммы после такого вычитания становятся очень малыми по сравнению с боковыми пиками. Операция вычитания проводится ЭВМ по специальной программе.

После вычитания центральной серии пиков положение боковых главных максимумов может быть определено для толщины эпитаксиального слоя 2 мкм и менее.

Указывается минимальное значение измеряемого значения толщины 0,6 мкм. Дальнейшее снижение нижнего предела измеряемых толщин ограничивается резким уменьшением интерференционного эффекта вследствие малого фазового сдвига Δ для очень тонких эпитаксиальных слоев.

7.8. Погрешность измерения

Случайная погрешность измерения толщины эпитаксиального слоя методом фурье-спектрометрии определяется теми же факторами, которые свойственны методу ИК интерференции. Однако интерферометр Майкельсона обладает технической возможностью уменьшить случайную погрешность, возникающую главным образом при измерении полезных сигналов, соизмеримых с уровнем шума. Это имеет место, в частности, при слабом легировании подложки эпитаксиальной структуры, когда коэффициент отражения для границы раздела эпитаксиальный слой — подложка становится низким. За счет многократного сканирования подвижного зеркала может производиться накопление полезного сигнала, в результате чего отношение сигнала к шуму увеличивается в раз, где m — число сканов. В коммерческих зарубежных интерферометрах число сканов за один процесс измерения может достигать 64. Суммирование спектра и вычисление толщины эпитаксиального слоя производятся автоматически с помощью ЭВМ. Это достоинство интерферометра Майкельсона обеспечивает более высокую точность измерения толщины эпитаксиального слоя по сравнению с методом ИК интерференции. Случайная погрешность измерения толщины в интервале 0,75...70 мкм для структур рр+-типа δ=±(0,005d +0,05) мкм с доверительной вероятностью 0,99, где d — измеряемая толщина, мкм.