Устройство для измерения внутренних напряжений в тонких пленках Советский патент 1986 года по МПК G01B11/16 

i

Изобретение относится к исследованию напряжений в тонких пленках оптическими методами.

Цель изобретения - увеличение чувствительности и расширение функциональных возможностей за счет измерения толщины пленки.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения внутренних напряжений в тонких пленках содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси источник 1 когерентного света, измерительный экран 2, подложку 3 для пленки 4, полупрозрачное выпуклое зеркало 5, расположенное между источником 1 света и измерительным экраном 2 выпуклостью к нему, плоское зеркало 6, расположенное между измерительным экраном 2 и подложкой.3, и фотоприемник 7, установленный за подложкой 3, а измерительный экран 2 и подложка 3 выполнены из оптически прозрачного материала. Подложка 3 с пленкой 4, плоское зеркало 6 и фотоприемник 7 расположены в вакуумной камере 8.

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 когерентного света направляют нормально к поверхностям полупрозрачного выпуклого зеркала 5 и оптически прозрачного измерительного экрана 2 в вакуумную камеру 8 на зеркало 6, которое направляет излучение на подложку 3 с пленкой 4. Часть излучения, проходя через подложку 3 с пленкой 4, попадает на фотоприемник 7, обеспечивающий контроль толщины пленки 4 в процессе роста. Отраженная от подложки 3 с пленкой 4 часть излучения зеркалом 6 направляется на полупрозрачное зеркало 5, отражающее его на измерительный экран 2, обеспечивающий регистрацию изменения отклонения луча света от поверхности подложки 3 с пленкой 4.

Чувствительность устройства М. вследствие кривизны поверхности полупрозрачного выпуклого сферического зеркала 5 возрастает по сравнению с чувствительностью известного устройства и составляет

Ц{ 21Cl .hY4 -COSy))

,, (1

П - - -. - а

S

1) t f

2260482

где меняется в пределах от О до величины, удовлетворяющей соотношению

5 ().h(Y + -|-) t)

а у определяется по соотношению

10

Y xrc si(+l)sih4 -4 , (i)

где Ч - угол между падающим и отра

жающимся от подложки с пленкой лучами света; L - расстояние от подложки с

пленкой до полупрозрачного выпуклого зеркала; R - радиус зеркала; S - расстояние от выпуклого зеркала до измерительного экрана;

b - величина перемещения светового луча в предлагаемом устройстве; а - величина перемещения луча

в известном устройстве. Величина внутренних механических напряжений пленок определяется по формуле

.Jsd.c

(1-))

(М

где EJ - модуль Юнга подложки; d. - толщина подложки; S - изгиб свободного конца подложки ;

1 - длина подложки; df - толщина подложки; коэффициент Пуассона подложки, а изгиб подложки

5:.

ье

2M(e+s)

(S)

Из соотношений (4) и (5) следует, что вследствие большей чувствительности устройства к прогибу подложки в М раз, в такое же количество раз возрастает и чувствительность устройства к величине внутренних механических напряжений.

П р им е р. Устройство выполняют на основе вакуумного поста ВУП-4, гелий-кадмиевого лазера ЛГ-63, выпуклого зеркала радиусом 2 см, плоского алюминиевого зеркала и фотоприемника на основе фотодиода ФД-3.

Чувствительность устройства при размерах L 1 м, S 0,5 м, R 2 см и длине подложки 1 22 мм превышает чувствительность известного в 6 раз. Ошибка в определении величины внутренних напряжений пленок с помощью предлагаемого устройства не превьппа- ет 1%, а точность измерения толщины пленок в процессе напыления составляет 0,01 мкм. Температура подложки регулируется в пределах 150-500 С.

Предлагаемое устройство позволяет повысить чувствительность и точность измерения внутренних напряжений тонких пленок, обеспечивает возможность исследования внутренних напряжений тонких пленок на всех стадиях роста, включая начальные, при различных температурах подложки.

Изобретение позволяет уменьшить габаритные размеры устройства, что дает возможность осуществлять одновременный контроль толщины пленки и изучить кинетику внутренних напряже226048-4

НИИ в течение всего технологического процесса формирования пленки.

Формула изобретения

5

Устройство для измерения внутрен- . них напряжений в тонких пленках, содержащее последовательно расположенные вдоль оптической оси источник

to когерентного света, измерительный.

экран и подложку для пленки, о т л и- .чающееся тем, что, с целью увеличения чувствительности и расширения функциональных возможностей

)5 за счет измерения толщины пленки, оно снабж ено полупрозрачным выпуклым зеркалом, расположенным между источником света и измерительным экраном выпуклостью к нему, плоским

20 зеркалом, расположенным между измерительным экраном и подложкой, и фотоприемником, установленным за подложкой, а измерительный зкран и подложка выполнены из оптически про25 зрачного материала.

Изобретение относится к исследованию напряжений в тонких пленках оптическими методами. Цель изобретения - увеличение чувствительности и расширение функциональных возможностей за счет измерения толщины пленки. Устройство снабжено полупрозрачным выпуклым зеркалом, расположенным между источником света и измерительным экраном выпуклостью к нему, плоским зеркалом, расположенным между измерительным экраном и подложкой, и фотоприемником, установленным за подложкой, а измерительный экран и подложка выполнены из оптически прозрачного материала. 1 ил. (Л С IND 1с о: о 4: 00

с едактор О.Юрковецкая

Составитель Б.Евстратов Техред Н.Бонкало

Заказ 2110/28Тираж°670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А. Обручар