[发明专利]用于原位测量样本的蚀刻深度的辉光放电光谱方法和系统

说明书

本发明涉及一种辉光放电测谱法系统，该辉光放电测谱法系统包括辉光放电灯，辉光放电灯适于接纳固体样本(10)并且形成辉光放电蚀刻等离子体(19)。根据本发明，一种用于原位测量通过蚀刻样本(10)而产生的腐蚀凹口的深度的系统(100)包括：光学分离器(3)；光学装置(4)，其适于分别地将第一入射束(21)向着所述样本的第一区域(11)引导，所述第一区域暴露于所述蚀刻等离子体，并且将第二入射束(22)向着所述样本同一侧的第二区域(12)引导，所述第二区域免受蚀刻等离子体影响；以及光学重组装置(3)，其适于形成干涉测量束(30)，以确定腐蚀凹口的深度(d)。

技术领域

本发明涉及通过光学发射光谱法(GD-OES)或通过质谱法(GD-MS)的用于辉光放电(GD)元素分析的装置和方法。

更精确地，本发明涉及适于原位测量暴露于此辉光放电等离子体的样本的蚀刻深度的辉光放电测谱法(GDS)的装置和方法。

本发明特别地应用于通过辉光放电测谱法的用于分析材料的系统或方法，根据样本中的蚀刻深度解析(resolve)该分析。

背景技术

辉光放电测谱法是允许分析均质或多层固体样本的元素和/或分子化学组分的分析技术。可在样本内部深处进行测量或者通过深度解析测量。

辉光放电测谱法常用于分析固体样本的组分或组分分布。

辉光放电测谱法的原理在于，将样本的面的有限区域暴露于蚀刻等离子体。等离子体从样本表面提取原子，并且将它们置于电离或激发电子状态。这些原子的性质是通过分析它们在等离子体中的发射光谱或等离子体中产生的离子的质谱来确定的。当提取原子时，根据暴露于等离子体的时间，在样本的表面处形成凹口(crater)。根据腐蚀时间，通过测谱法检测的信号的分析因此允许得到根据蚀刻时间解析的样本组分。

然而，蚀刻速率通常在蚀刻方法期间有变化。蚀刻速率特别地随暴露于等离子体的样本区域的组分变化并且还随与等离子体开始有关的短暂现象变化而变化。

现在，期望不仅根据等离子体所产生的腐蚀凹口的深度而且根据腐蚀等离子体期间的时间来分析组分。

现在，存在不同的确定根据时间的腐蚀凹口深度的方法。

现今最多使用的方法是基于校准已知组分的参考样本的腐蚀速率。该校准需要对不同参考样本进行不同测量并且假定诸如(例如)已知和/或均质密度的假设。所得结果的精确度仍然是不确定的。

已经提出了通过辉光放电测谱法进行分析并且同时确定蚀刻深度的其他方法。

专利文献WO 2007/113072_A1描述了在GDS装置中确定由于暴露于蚀刻等离子体的样本表面被腐蚀而导致的高度变化的方法。所描述的方法是基于使用彩色共焦移动传感器，彩色共焦移动传感器在等离子体开始之前，检测样本表面的平面的位置相对于其初始位置的变化。

专利文献CN102829732描述了基于三角测量传感器针对同一技术问题的另一种装置。在这种情况下，传感器测量被表面反射的激光束的位置，期望该表面的深度被了解。

另一方面，专利文献HORIBA Jobin Yvon的US6784989或FR 2843801描述了使用双波长激光干涉仪。根据该文献，光束被分成两个次级束，次级束中的一个被暴露于蚀刻等离子体的样本的表面反射，并且另一个次级束被样本外部的固定参考表面反射。两个反射束的光学重组形成随样本中的蚀刻深度变化而变化的干涉测量束。

然而，所有这些测量光学方法对于蚀刻等离子体所引起的升温是敏感的，该升温造成辉光放电腔室膨胀。因此会引入偏置，因为不可以将凹口的腐蚀和等离子体腔室的膨胀区分开。这些腐蚀深度确定方法因此具有有限精确度，实际上并不允许达到小于1微米的准确度。