Способ определения показателя преломления прозрачных слоев на прозрачных подложках Советский патент 1991 года по МПК G01N21/45 

Изобретение относится к исследованию и анализу физических свойств тонких пленок путем измерения показателя преломле- ния оптически прозрачных слоев, используемых в оптике и радиоэлектронике при получении диэлектрических и полупроводниковых покрытий.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг. 1 изображен двухлучевой микроинтерферометр для реализации способа; на фиг.2 - зависимость интенсивности полосы

бесконечной ширины интерференционной картины от угла поворота подложки со слоем.

Микроинтерферометр содержит лазер 1, коллиматор 2 для уменьшения поперечного сечения лазерного излучения, пластины 3 и 4 с заданными коэффициентами отражения на каждой из поверхностей, юстировоч- ные устройства 5, посаженные на оси 6, связанные между собой тягами 7, закрепленными на юстировочных устройствах

о

СА

а

СА

штифтами 8, и оптическое приемное устройство 9.

Способ осуществляется следующим образом.

На подложке с исследуемой пленкой производят частичное удаление пленки. При этом в процессе поворота пластинки зондирующее излучение не должно выходить за пределы области, освобожденной от пленки, Простейшей конфигурацией является полоса, ширина которой превышает поперечные размеры зондирующего пучка интерферометра.

Поперечные размеры зондирующего излучения определяют параметрами коллиматора 2. При этом минимальное расстояние между областями, для которых производится измерение показателя преломления пленки, ограничено поперечным сечением пучков. Максимальное расстояние между указанными областями ограничивается толщиной пластин 3 и 4 интерферометра.

В зависимости оттого, на каком расстоянии от сделанной прорези следует определять показатель преломления пленки, разворачивают пластины 3 и 4 интерферометра с юстировочными устройствами 5, посаженными на оси 6, и в этом положении фиксируют пластины интерферометра.

Юстировочными устройствами 5 настраивают интерферометр на полосу беско- нечной ширины. На столик отъюстированного интерферометра помещают исследуемый образец. Образец помещается так, чтобы поверхность пленки и подложки были нормальны к зондирующему излучению. Один пучок проходит сквозь исследуемую пленку и подложку, другой - через подложку без пленки.

Линия прорези перпендикулярна оси вращения пластинки, а сама ось вращения лежит в плоскости зондирующих пучков.

Отъюстированное на бесконечную полосу излучение интерферометра попадает на оптическое приемное устройство 9, электрический сигнал которого подается на один из входов двухкоординатного самописца. Второй вход самописца соединен с потенциометром, напряжение на котором пропорционально углу поворота образца.

Включение двигателя разворота пластинки приводит к одновременному изменению напряжения на выходе оптического приемного устройства и напряжения на потенциометре, отсчитывающем угол поворота.

Далее по сделанной записи определяют углы а и «ic, соответствующие 1-й и к-й смене порядка интерференции, и по формуле

1 U

п -1

IA

COSOI +

Н 7-COS

п

где Я-длина волны излучения, определяют показатель п, если толщина h слоя неизвестна, то ее определяют по формуле

А k2 (1 - cos а) + 2ki (cos a -cos aQ - I2 (1 - cos t)

ттгрг тг

15

ci-k2 (1 - cos op + 2ki (cos a - cos - i2 (1 - cos . )Ч

+ k С05 « 0 - c°s ) - i COS cq (1 -cosojt)172.

Если известна длина волны зондирующего излучения, толщина слоя, число смены

порядков интерференции и угол поворота пластинки для этого числа смены порядков, то указатель преломления может быть найден сразу. Если известны два угла для двух смен порядок, то можно найти, используя

вторую формулу, толщину слоя, а затем него показатель преломления. Поскольку в процессе проведения измерений непрерывно регистрируется и изменение интенсивности, характеризующее изменение порядка,

и соответствующий ему угол поворота, то полученный результат п и h может быть проконтролирован для большего числа углов. При этом не обязательно разворачивать пластинку до полной смены порядка, достаточно знать величину изменения порядка и соответствующие ей начальный и конечный углы поворота, что расширяет возможность диапазона измерений, как показатель преломления, так и толщины пленки.

В способе измерения толщины и показателя преломления плоскопараллельных слоев информацию об искомых величинах получают в проходящем свете. Для его реализации не нужны эталонные образцы и

различные модулирующие системы.

Возможность регулируемого поворота делительных пластин на одинаковый угол поворота к изменению расстояния между пучками, получающимися после первой пластины. Это позволяет задавать требуемое расстояние между полученными пучками, а регулируемый поворот второй пластины позволяет свести их в один рабочий пучок. Задание требуемого расстояния между

пучками возможно без изменения толщины делительных пластин, это приводит к сокращению времени при проведении измерений, поскольку зондирование двух точек объекта, отстоящих на требуемом расстоянии, позволяет непосредственно получать измеряемую относительную величину и отпадает необходимость проведения пересчета. Формула изобретения Способ определения показателя преломления прозрачных слоев на прозрачных подложках, включающий формирование пучка излучения, деление его на два пучка в интерферометре, зандирование одним из пучков прозрачного слоя на подложке, сведение пучков с образованием интерференционной картины, регистрацию параметров интерференционной картины при повороте подложки со слоем и величины угла поворота, по которым определяют показатель преломления слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, деление пучка осуществляется в ин- терферометре, настроенном на полосу бесконечной ширины, при зондировании

прозрачного слоя на подложке другим пучком зондируют подложку без слоя, причем перед регистрацией параметров интерференционной картины, зондирующие пучки сужают до получения равномерной освещенности в полосе бесконечной ширины, при регистрации измеряют интенсивность полосы бесконечной ширины интерференционной картины, по которой определяют по крайней мере один угол поворота О), соответствующий 1-й смене порядка интерференции, а показатель преломлени я п рассчитывают по формуле

, Я +т

cos сц +

1 - cos сц -

ТА

где А- длина волны излучения; h - толщина слоя на подложке.

Изобретение относится к области исследования и анализа физических свойств тонких пленок путем измерения показателя преломления оптически прозрачных слоев, используемых в оптике и радиоэлектронике при получении диэлектрических и полупроводниковых покрытий. Целью изобретения является повышение точности измерений. Измеряемый образец помещают на столик интерферометра так, чтобы поверхность пленки и подложки были нормальны к зондирующим лучам. Один луч проходит сквозь исследуемую пленку и подложку, другой - через подложку без пленки. Оба указанных луча сводятся и интерферометр настраивается на бесконечную широкую полосу. Интенсивность излучения регистрируют фотоприемником, связанным с одним из каналов двухкоординатного самописца. Второй канал самописца регистрирует угол поворота образца. Затем с помощью поворотного устройства разворачивают исследуемую пленку с подложкой. В процессе поворота пленки регистрируют одновременно и угол поворота, и изменение порядков интерференционной картины, по которым рассчитывают показатель преломления прозрачных слоев на прозрачных подложках, а также их толщину. 2 ил. С/1 с

Составитель С.Голубев Техред М.Моргентал

Корректор МюКучерявая

Редактор М.Янкович

Заказ 4073ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

О-

Фиг. 2

Корректор МюКучерявая