Интерференционный способ определения показателя преломления и показателя поглощения Советский патент 1991 года по МПК G01N21/45 

Изобретение относится к оптике, технической физике, преимущественно к неразрушающим методам исследования материалов, в частности к микроэлектронике.

Целью изобретения являете, расширение класса исследуемых плоскопараллельных пластин на пластины с меньшей толщиной при упрощении процесса измерений.

На фиг.1 представлена схема измерения спектров отражения и пропускания; на фиг.2 - вид модуля комплексного преобразования Фурье экспериментальной и расчетной интерферограмм,

Устройство для реализации способа содержит источник 1 света,зеркальные объективы 2 и 3, поворотные зеркала 4, 5 и 6, монохроматор 7, соединенный с приемно- усилительным блоком 8, выход которого соединен с вычислительным комплексом 9. Исследуемый образец 10 может располагаться в приставке в двух положениях, обес- печивающих регистрацию спектра в прошедшем и отраженном от него излучении. На фиг.2 - кривая 11 соответствует

VI

ю ю

расчетным, а кривая 12 - экспериментальным значениям интерферограммы.

Способ осуществляют следующим образом,

Спектр пропускания, например кремни- евой пластины толщиной 500-мкм, измеряется на квазидвулучевом вакуумном ИК-спектрометре ИКС-25. Спектральный диапазон 839,5-1044,0 , спектральная ширина цели 0,5 см ,шаг регистрации 0,05 (10 отсчетов на ширине щели), соотношение сигнал/шум - 100, Угол падения излучения выбирается в диапазоне от 6 до 70°, причем нижний его предел определяется параметрами приставки, а верхний - величиной угла Брюстера для исследуемого материала.

Полученная спектральная кривая обрабатывается фрагментами по 4096 точек. Так как основной интеграл преобразования Фурье-должен вычисляться в бесконечных пределах, а диапазон измерения спектра конечен, для подавления возникающих побочных максимумов интерферограммы проводится операция аподизации (умножение на весовую функцию).

Каждый фрагмент аподизиру-тся с помощью аподизационной функции Гаусса полушириной 8 см , центрированной относительно середины фрагмента, после чего выполняется комплексное Фурье-пресбра- зование (размерность 4096 точек). В гол- ученной интерферограмме автоматически программой определяются величины отношения Z3 интенсивности первого рефлекса AI к интенсивности нулевого АО (центрального максимума)

Ai

Z. - -

АО

и расстояние-Аэ между этими рефлексами с координатами Xi и Хо Дэ Xi - Хо,

Выражение для расчета теоретического спектра пропускания представляет собой отношение квадрата модуля амплитуды прошедшего света к квадрату амплитуды падающего света.

Комплексную амплитуду прошедшего света получают путем суммирования беско- нечного числа вкладов, отвечающих многократному отражению световой волны в слоистой структуре. При этом амплитудные коэффициенты отражения и пропускания вычисляются по формулам Френеля для сред с поглощением с учетом комплексного характера параметров фазового набега,

Начальный расчетный спектр пропускания вычисляется по формуле

Т(Н6(Л )(Uп)

, (4-n|4k« l((V-k4W;i« cos(4lUntJ) + BkO-TAk).5;n(4V )n,J),

где Т - пропускание исследуемого материала;

V- волновое число, см ;

d - толщина материала,

п, k - соответственно показатели преломления и поглощения.

Показателям преломления и поглощения задавались следующие начальные значения n no 3,0, k ko 0. Расчетный спектр обрабатывался аналогично экспериментальному, получая Zp и Др. Затем итераци- онным способом решалась система уравнений, нелинейных относительно п и k

Zp Z3 Др Дэ

Итерационный процесс прекращается тогда, когда найденные значения п и k обеспечивают совпадение левых и правых частей уравнений системы с заданной точностью.

При вышеуказанных начальных параметрах итерационный процесс завершился за 7 циклов. Полученные расчетные значения соответствуют характеристикам образца. Способ продемонстрирован на однослойной структуре, но его применение наиболее эффективно для многослойных структур.

Использование способа в электронной промышленности в качестве неразрушающего метода контроля качества полупроводниковых структур на начальных стадиях технологического процесса их создания позволит существенно повысить процент выхода годных изделий.

Формула изобретения Интерференционный способ определения показателя преломления и показателя поглощения, включающий направление на образец, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, светового потока, регистрацию ее интерференционного спектра и определение показателей преломленения и поглощения путем решения итерационным методом системы уравнений, связывающих эти показатели с параметрами расчетного и зарегистрированного интерференционных спектров, отличающийся тем, что, с целью расширения класса исследуемых плоскопараллельных, пластин на пластины с меньшей толщиной при упрощении процесса измерения, направляют световой поток на исследуемую пластину под углом о., удовлетворяющим соотношению

6° а arctg n макс

где Пмакс - максимальное значение измеряемого показателя преломления, регистрируют интерференционный спектр пластины в прошедшем или отраженном от нее спектре,

измеряют отношение интенсивностей и разность координат последовательных рефлексов на полученной и расчетной интерферограммах. полученных комплексным Фурье-преобразованием расчетного и зарегистрированного интерференционных спектров, а показатели преломления и

поглощения пластины определяют путем решения итерационным методом системы уравнений, связывающих эти показатели с отношением интенсивностей и разностью координат последовательных рефлексов на

интерферограммах.

Изобретение относится к технической физике, в частности к неразрушающим методам контроля качества полупроводниковых структур в микроэлектронике. Цель изобретения - расширение класса исследуемых плоскопараллельных пластин на пластины с меньшей толщиной при упрощении определения показателей преломления и поглощения плоскопараллельной пластины. Измеряют интерференционный спектр пропускания или отражения при угле падения излучения 6-70° и решают итерационным методом систему уравнений, связывающих эти показатели с расчетными и экспериментальными данными. В качестве расчетных и экспериментальных данных используют отношения интенсивностей и разности координат последовательных рефлексов на расчетной интерферограмме и на экспериментальной интерферограмме, полученной комплексным Фурье-преобразованием фрагмента интерференционного спектра пропускания или отражения в исследуемом диапазоне независимо от степени поглощения в этом диапазоне. 2 ил. (Л С

ю

У

9

Фиг 1

7,5