二氧化矽掩膜薄膜的精確厚度測量值

為(wei) 獲得所需的 1 nm 精確度，我們(men) 現在將 3D 米兰竞猜足球官网首页 S neox（光譜反射法模式）作為(wei) 測量 SiO 層厚度的一種快速且簡便的方法

我們(men) 研究嵌入在光子晶體(ti) 光腔中、導致發射增強（賽爾效應）的量子點的光學性質（圖 1a），或者基於(yu) 嵌入在波導中、用於(yu) 生產(chan) 光子多路複用器件的量子點的光學性質（圖 1b）。典型器件是由多層砷化镓/Al_0.7Ga_0.3砷化镓外延生長的堆棧製造而成的，其中頂層 250 nm 厚的砷化镓層包含器件的有源部分，1 µm 厚 的 Al_0.7Ga_0.3 為(wei) 犧牲層，最終會(hui) 被蝕刻掉，以產(chan) 生浮膜器件。膜在特定位置包含一個(ge) 或幾個(ge) 20 nm 的 In_0.3Ga_0.7 量子點，以及與(yu) 量子點精確對準的蝕刻光子晶體(ti) 結構（100 nm 孔的大陣列，特定配置會(hui) 缺少幾個(ge) 孔）。這些器件在不同處理步驟中要求 1-20 nm 精度，因此它們(men) 都涉及高性能電子束蝕刻。為(wei) 承受砷化镓的濕法或等離子體(ti) (ICP) 蝕刻，我們(men) 必須使用硬二氧化矽掩模，並通過幹法蝕刻 (RIE) 將光刻圖案轉移到該_二氧化矽掩模上。這種轉移的精確度取決(jue) 於(yu) 是否知道掩模層的精確厚度。由於(yu) _二氧化矽層的厚度為(wei) 40-80 nm，因此在此測量中我們(men) 需要達到 1 nm 的精度。這項研究的目的是獲得用作硬掩模的二氧化矽 (SiO₂) 薄膜厚度 (40-80 nm) 的高精度 (1 nm) 測量值。

圖 1.a) 嵌入耦合 L3PhC 腔中的量子點（暗點）網絡的 SEM 圖像；b) 光子晶體(ti) 的 SEM 圖像，頂部帶有一個(ge) 輸出耦合器，並包含六個(ge) 量子點（用紅色三角形表示）。

到目前為(wei) 止，每天隻能使用觸針式輪廓儀(yi) 來測量_二氧化矽掩模的厚度，並且此測量是在另一家實驗室中在使用校準標準和 Sopra GES 5E 光譜橢偏儀(yi) 進行全局校準之後進行的。但是，輪廓測量法需要在_二氧化矽層中濕法蝕刻“台階"，相當耗時，並且在處理完整晶片時並不實用。此外，輪廓測量法中的典型噪聲為(wei) 5 nm RMS，因此需要大量平均才能獲得所需的 1 nm 精確度（圖 2a) 。

我們(men) 現在將 3D 米兰竞猜足球官网首页 S neox（光譜反射法模式）作為(wei) 測量 SiO₂層厚度的一種快速且簡便的方法。使用簡單砷化镓作為(wei) 參考，我們(men) 使用這種技術可獲得 1 nm 的精確度，並且此過程僅(jin) 需要幾秒鍾時間即可完成。

圖 2.a) 觸針式輪廓儀(yi) 在_二氧化矽薄膜中的台階軌跡；b) 同一薄膜的反射光譜，模型擬合顯示厚度 (84±1 nm)

我們(men) 以裸露的砷化镓基板為(wei) 參考，首先使用內(nei) 置的單層模型測量位於(yu) 砷化镓之上的_二氧化矽層的反射光譜。如圖 2b 所示，得到的反射率光譜非常平坦，沒有顯示出較厚 (d>λ) 膜所**的振蕩。盡管如此，模型擬合效果仍然非常好，膜厚度 (84 nm) 的精確度為(wei) 1 nm。

圖 3 顯示了相同類型的測量，即測量了 38 nm 的膜。 在砷化镓膜結構的例子下，砷化镓基板上有 3 層（_二氧化矽/砷化镓/GaAs/Al_0.7Ga_0.3As）結構。在這個(ge) 例子中，我們(men) 仍將砷化镓作為(wei) 參考，以便將這個(ge) 完整的結構輸入到模型中。

                                                圖 3. _二氧化矽薄膜的反射光譜，模型擬合顯示厚度 (38±1 nm)

在第一項測試中，我們(men) 測量不含_二氧化矽的裸露半導體(ti) 多層結構的反射率。測得的光譜（圖4a）顯示出具有良好的擬合度，產(chan) 生了正確的（通過 X 射線衍射驗證）砷化镓和 Al_0.7Ga_0.3As 層厚度，以及模型頂部_二氧化矽層的零厚度。這一次，反射率曲線顯示出典型的振蕩，通常出現在較厚的 (d>λ) 層中。

在驗證裸露半導體(ti) 後，我們(men) 測量了另一個(ge) 樣品，該樣品塗覆有_二氧化矽（圖 4b）。測得的光譜擬合不僅(jin) 顯示了半導體(ti) 層的厚度，而且還顯示了正確的_二氧化矽層的厚度 (79 nm)。

在最後一項測試中，我們(men) 嚐試測量塗覆有_二氧化矽和 PMMA 層的樣品（圖 4c）。這一次，頻譜顯示出更複雜的振蕩，並且模型擬合不如以前好。盡管如此，擬合值仍然正確，證明了該方法的功能和速度。

圖4. A) 砷化镓/Al_0.7Ga_0.3As/砷化镓樣品的反射光譜，模型擬合顯示半導體(ti) 厚度（255 和 994 nm）。擬合顯示頂部沒有_二氧化矽層；b) 塗覆有_二氧化矽的砷化镓/Al_0.7Ga_0.3As/砷化镓樣品的反射光譜，模型擬合顯示半導體(ti) 厚度（269 和 953 nm）和_二氧化矽層厚度 (79 nm)；c) 塗覆有_二氧化矽和 PMMA 的砷化镓/Al_0.7Ga_0.3As/砷化镓樣品的反射光譜，模型擬合顯示半導體(ti) 厚度（255 和 1022 nm）以及_二氧化矽層厚度 (276 nm) 和 PMMA 層厚度 (1044 nm)。

我們(men) 使用觸針式輪廓儀(yi) 和 Sopra GES 5E 光譜橢偏儀(yi) 以及商業(ye) 校準標準品（矽上塗的_二氧化矽層，Micromasch 提供)作為(wei) 對照 ，檢查了使用此方法獲得的值，發現 Sensofar 係統的精確度為(wei) 1 nm，符合我們(men) 的要求。為(wei) 了處理複雜的光子納米結構器件，我們(men) 需要對沉積在砷化镓或多層半導體(ti) 頂部的_二氧化矽薄層（通常 <100 nm）進行高精確度 (1 nm) 的快速厚度測量。Sensofar 的 S neox 3D 米兰竞猜足球官网首页提供的反射光譜是解決(jue) 此需求的理想工具，可提供我們(men) 需要的高精確度、高測量速度和易用性。