Способ определения комплексного показателя преломления пленочных структур на подложке Советский патент 1984 года по МПК G01N21/41 

где ct, d - толщина пленки и подложки соответственноi 1 2 натуральньй показатель поглощения пленки и

подложки соответственно-,

- длина волны излучения .

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОШЛЕКСНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР НА ПОДЛОЖКЕ, включающий измерение интенсивностей падающего J , прошедшего , отраженного со стороны пленочных структур 2 и о стороны подложки ;jp света при нормальном падении и определение параметров подложки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений для отдельных слоев многослойных ( N/ -слойных) структур на неизвестной подложке, указанные измерения проводят для образца, содержащего N слоев, и для (V-1 образцов сравнения без исследуемого слоя, содержащих соответственно 1, 2, ..., N-1 слоев при сохранении порядка расположения всех остальных слоев, параметры подложки определяют по результатам дополнительного измерения интенсивности падающего J0, прошедшего JP и отраженного j света при нормальном падении, действительную часть комплексного показателя преломления отдельных слоев определяют из соотношений ,1 2 fp4l-Z KpnR-z P R3)-Z(R-R3), lpVz)-p(R-гP Ч z2iR-«з) -. для прозрачных слоев и p().p(R-z2p%)-z2() P(.z2(R-Rj , для поглощающих слоев. ( где Z: Зо (,) для прозрачных слоев, ) 8 2 О

Изобретение относится к технике измерения абсолютных значений показателей преломпения пленочных структур и может быть использовано в оптической промышленности, микроэлектронике, интегральной оптике, оптоэлектронике, голографии и других областях техники для бесконтактного контроля физических свойств пленочных структур на неизвестной подложке .

Известен способ определения показателя преломления и толщины прозрачной пленки путем нанесения ее на подложку и измерения параметров отраженного эллиптически поляризованного света фиксированной длины волны при фиксированном угле падения, в котором с целью повышения точности свободную поверхность пленки вначале помещают в среду, оптически менее плотную, а затем в среду оптически более плотную и при этом производят измерение разности фаз между перпендикулярно и параллельно поляризованными компонентами отраженного от пленки света l

Недостатком этого способа является то, что он не обеспечивает неразрушающего метода контроля химически активных пленок, применим только к прозрачным пленкам, может быть использован в спектральной области, ограниченной пропусканием поляризукщих устройств.

Наиболее близким к изобретению является способ определения действительной п и мнимой пЗ частей комплексного показателя преломпения тонких поглощающих пленок на прозрачной и слабопоглощающей подложке, включающий измерение интенсивностей падающего J, прошедшего Jjjj и отраженного со стороны пленки J и со стороны подложки j света при нормальньк углах падения

и определение параметров подложки. Параметры подложки (показатель преломления, толщина, и натуральный показатель поглощения) определяют

другим независимым способом С2.

Недостатком известного способа является его ограниченность, Этот способ не может быть применен к многослойным структурам, а также

к однослойным покрытиям из пленок, нанесенных На поглощающую подложку. С помощью этого способа невозможно получить дисперсные кривые действительной п и мнимой пЖ частей комплексного показателя преломления в щироком спектральном интервале для пленок, полученных в процессе технологического режима на подложках с неизвестными оптическими характеристиками. Кроме того, известный способ не может быть применен для определения оптических характеристик отдельного слоя из многослойной структуры пленокJ нанесенных на

неизвестную подложку.

Целью изобретения является повышение точности измерений отдельных слоев из -мновоспойных (N-слойных) структур на неизвестной подложке

и расщирение спектральной области исследований.

Цель достигается тем, что согласно способу, включак«я,ему измерение интенсивностей падагадего JQ прошедшего Jet, отраженного со стороны пленочных Структур Jj и со стороны подложки JP света при нормальном падении и определении параметров подложки, измеряют интенсивность падакщего JQ, прошедшего Jp и отраженного со стороны пленочных .структур и со стороны подложки света при нормальном падении для образца, содержащего N слоев и для N-1 образцов сравнения без исследуемого слоя, содержащих соответственно 1, 2,

N-1

слоев при сохранении порядка распо3ложеш я всех остальных слоев, пара метры цодложки определяют по резул татам измерения падающего Jg, прошедшего Jp и отраженного j света для подложки при нормальном падени действительную часть комплексного показателя преломления отдельных слоев определяют из соотношений pHl-z)pHR-z P 3)-Z(R-R3 p2(,.,).p2(,.,2p2f),, для прозрачных слоев и p(t-z).p(R-z P Rj-z2(R-R3r ) для поглощающих слоев Л. (1-R,1 1, (, для прозрачных слоев. (l-Rl-R2(l-z)R, для поглощаклцих слоев, TirVO где Т - коэффициент пропускания подложки-, Р - прозрачность подложки, Z - прозрачность пленки; R - коэффициент отражения от о разца со пленки R - Коэффициент отражения от о разца со стороны подложки; R-- коэффициент отражения от п верхности подложки, а мнимую часть показателя преломле ния определяют по формуле n.-Mli, -тг где d, - толщина пленкиv d. - натуральный показатель пог лощения пленки. Для образца, представляющего собой систему пленка - подложка, интенсивности прошедшего J через образец, отраженного со стороны пленки J и со стороны подложки j света определяют по формулам -2d.a. -2ot,d, d o(-M(-«2)() И 3 - о i-о (i) с( I ( 1 о j4/2/3 хе 2 2 1Ч«.о(-Кз) «. . -2оС,с -2oLcI, . (3) где R, R и R - коэффициент отражения от Гранин воздух-пленка пленка-подложка и подложка - воздух соответственно. Если пренебречь произведением коэффициентов отражения R Кц по сравнению с R и R, то для коэффициентов отражения R и R получим следующие соотношения: P(R-R/P I-Z -RJ Р(-. . ) P2() где R и R - экспериментально определяемые коэффициентыотражения от образца со стороны пленки к со -о( i3 стороны подлояСки, L е V Р ехр - прозрачность пленки и подложки соответственно. Совместное решение уравнения (4) с формулами Френеля для прозрачных сред г, /п-1 2 D - /П-1 и для поглощающих сред In.-O. риводит к уравнению-для определения действительной части комплексного показатепя преломления прозрачг ных пленок PHl-zl P R-Z P fg bz CR-Rj p(l-Z)-p(R-r2p2Rj.2(,| 1-Й (В) а в случае поглощающих пленок к уравнению P(t-2)tp(,)-z( p2(,.).p2(R-zZp2 |,2(RLRj tp V (9;