Способ определения показателя преломления оптически прозрачных слоев Советский патент 1980 года по МПК G01N21/46 

. -: .. ; Изобретение относиггся к области исследования и анализа физических свойств веществ путем измерения показателя пре ломления оптически прозрачнь1Х слоев, ис пользуемых в оптике-и. радиэлектронике,особенно при получении диэлектрических; н йолупрбводниковых .слоев. Такие споииспользуются в качестве Iдиэлектриков пленочных конденсаторов, активных пленочных элементов, а также для защиты от воздейст вия внешней ереды (атмосферы, радиации и т.д;); Исходными материалами для 1«их служат двуокись кремния, сульфид кадмия, хапькогенидные стекла, слюда, кремний и др.. Тонкие слои из .этих веществ являются оптически прозрачными в определенном интервале длин волн, что позволяет определять их показатель преломления. Известен способ измерения показателя преломления прозрачных тверды тел, в соответствии с которыми образец и эта лон располагают таким образом, чтобы их скошенные грани пересекали полосы интерференционного поля, и о значении показателя преломления судят по величине сдвига полос интерференционного поля ь выбранной точке образца относительно поля эталона l Известный способ имеет недостатокТребует применения эталона и образца со специально созданной конфигурацией - скошенными гранями, что не всегда выполнимо,. Особенно в случае получения новых материалов и отсутствия эталона, а также применения имерсии. Такой способ крайне сложен для определения показателя преломления слоев. Наиболее близким по технической сущности к дашюму изобретению является способ определения показателя преломления оптически прозрачных тонких слоев, заключающийся в измерении на интерфероы&гре сдвига между Системами интерференционных полос, образованных при отражении луча от наружной поверхности пленки, от незащищенной поверхности подложки (для чего в плёнке делают бороздку глубиной, равной толщине измеряектой пленки) и от второй поверхности напыленной пленки (границы пленка - подложка). Показатель препомления вычисляют из отношения сдвига между сериями интерференционных полос в делениях окулярного микроскопа, образованных отражением луча от первой и от второй поверхности пленки к сдвигу между сериями интер)ференционных полос от перв поверхности и от незащищенной части подложки 2 . Однако известньгй способ является разрушающим, так как в пленке предваритель но перед измерением необходимо сделать бороздку глубиной, равной толщине измеряемой пленки, причем ширина бороздки должна быть соизмерима с шириной пленки. Кроме того, если пленка прочная и име ет хорошую адгезию с основанием или же физико-химические свойства близкие подлоносе, то выполнить такое условие практи чески невозможно без разрушения подложки (например, пленка кремния на кремнии Толщина полученного слоя заранее неиз-. вестна, и ее измерение представляет собой самостоятельную задачу, для решения которой оптическими методами необходимо знание показателя преломления вещества в слое. Недостатком известного способа измере1 ия показателя преломления явля- : ется также и относительно узкий интервал используемых толщин слоев (1-20 мк Цель изобретения - получение возможности определения показателя преломлени оптически прозрачных слоев с неизвестно толщиной без их разрушения и увеличения пределов измерений. . Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного способа, зак лючающегося в измерении сдвига между системами интерференционных полос, наблюдаемых в микроинтерферометре определяют при последовательном перемещении плоскости визирования по глубине слоя сдвиг от первой системы интерференционных полос, образованны при помощи первой по ходу луча поверхностью слоя, до второй и третьей поочередно появляющихся систем интерференционных полос, образованных лучами от второй повбрхности слоя, а показатель преломления вычисляют как корень квадратный из отношения величины большего сдвига к меньшему. Другое отличие состоит в том, что вторую, систему интepiфep циoнныx полог наблюдают в области peдylПlllOJ: aг( ппоскости с использованием рассояиного монохроматического излучения. Кроме того, сдвиг между системами интер4еренцио шых полос определяют по величт1е вертикального перемещения объектива микроинтерферометра. Принципиальное отличие данного способа определения показателя преломления оптически прозрачных слоев от известного заключается в измерении показателя преломления слоя без предварительного знания его толщины или разрушения. Выделение серии интерференционных полос, Т1аблюдаемых при. совмещении плоскости визирования с редуцированной гранью, осуществляется использованием в качестве осветителя рассеянного монохроматического излучения Не-Мепазера. При этом геометрические размеры образна и его расположение остаются неизменными. Пример. Проводят определение показателя преломления слоя слюды толщиной 14 мкм. Измеряемый образец помещают на предметный столик интерференционного микроскопа МИИ-4. Наводят резкость на поверхность образца, при этом наблюдается система интерференционных полос, образованных лучами, отраженными от наружной поверхности образца и от опорного зеркала. При этом выставляют на ноль индикатор неремещения объектива головки микроскопа. Затем с помощью микрометрического лимба настройки перемещают плоскость визирования по глубине слоя до появления в окуляре микроскопа второй системы интерференционных полос, образованных взаимодействием рассеянных монохроматических лучей. Не- Ne лазера, отраженных от внутренней поверхности и опорного зеркала и наблюдаемых в момент прохождения редуцированной плоскости. При этом снимают показания индикатора (сдвиг от первой до второй системы полос - d 9,0 мкм). Далее перемещают плоскость визирования по глубине образца с помощью лимба до появления третьей системы интерференционных полос и снимают показания индикатора от первой до третьей системы полос S 22,1 мкм. Показатель преломления вычисляют как корень квадратный из отношения большего значения сдвига к меньшему, т.е. слюдьГ Предлагаемый способ определения по- казатоля преломления оптически прозрачных слоев обеспечивает определение показателя преломления слоев (пленок)с неизвестной толщиной без их разрушения и устраняет необходимость получения и из- мерения контрольных .образцов для разрушающих мётодо ИчЗмеренИя; расширяет дйй пазон и повышает точность измерений (дл МИИ-4 можно успешно применять предлагаемый способ, когда толщина слоев находится в интервале 1-1000 мкм), обеспе чивает экспрессность измерений, простоту обработки результатов измерений и реализацию способа. Предлагаемый способ позволяет создать автоматическое устройство измерения показателя преломления различных веществ. Для осуществления способа не нужны эталонные образцы и различные модулирующие системы, что дает значительную экономию в народном хозяйстве. Применение неразрушающего способа определения показателя преломления особенно важно при исследовании и контроле в производстве новых .тонкослойных покрытий, эпитаксиальных структур, интегральных схем и дискретных полупроводниковых приборов, а также в оптике. формула изобретения 1. Способ определения показателя nipeломления оптически прозрачных слоев, заключающийся в измерении сдвига между системами интерференционных полос, наблюдаемых в микроинтерферометре, о т - личающийс я тем, что, с целью получения возможности определения показателя преломления слоев с неизвестной толщиной без их разрушения и увеличения пределов измерения, определяют при последовательном перемещен1ш плоскости визирования по глубине слоя сдвиг от первой системы интерференционных полос, образованных при помощи первой по ходу луча поверхностью слоя, до второй и третьей поочередно появляющихся систем интерференционн.ых полос, образованных лучами, отраженными от второй поверхности слоя, а показатель преломления вычисляют как корень квадратный из отношения величины большего сдвига к меньшему. 2.Способ определения показателя преломления по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что вторую систему интерференционных полос наблюдают в об- ласти редуцированной плоскости с использованием монохроматического излучения. 3.Способ определения показателя. преломления по пп. 1и2, отличаю щ и и с я тем, что сдвиг между системами интерференционных полос определяют по величине вертикального перемещения объектива микроинтерферометра. Источники информации, прггаятые во внимание при экспертизе - 1. Авторское свидетельство СССР N 553525, кл. С 01 N 21/46, 1975. 2. Коршунов В. Д. Определение коэффициента преломления тонких пленок, Измерительная техника, № 1, 1967, с. 84 (прототип).