Устройство для контроля тонкихплЕНОК Советский патент 1981 года по МПК G01B11/06 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быт использовано в электронной и радиотехнической промышленности для неразрушающего контроля толщины и показатля преломления тонких пленок на подложках , в частности в процессе изготовления полупроводниковых и интегральных микросхем.

Известно устройство для контроля тонких пленок методом СВЧ, которое содержит излучающий тракт, состоящий из источника линейно-поляризованного СВЧ излучения, вращателя плоскост поляризации и поляризатора, и приемный тракт, состоящий из анализатора и применика излучения. Толщина пленки определяется по измеренным эллипсометрическим параметрам отраженной волны 1.

Однако это устройство имеет ограниченную чувствительность,поскольку она уменьшается с увеличением длины излучения. Кроме того, во многи}Г случаях возникает необходимость конт ролйровать пленки в более длинноволновом диапазоне (непрозрачные, фоточувствительные слои и т.д.), а с помощью известного устройства это сделать нельзя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для контроля тонких пленок, .содержащее излучающий тракт, состоящий из последовательно расположенных источника линейно-поляризованного излучения, вращателя плоскости поляризации и призмы полного внутреннего отражения, приемный тракт, состоящий

0 из последовательно расположенных призмы полного внутреннего отражения, анализатора и приемника излучения 2 .

Однако указанное устройство обладает недостаточной высокой чувствитель5ностью контроля для практических целей .

Цель изобретения - повышение чувствительности контроля.

Поставленная цель достигается тем,

0 что устройство снабжено трехгранной призмой нарушенного полного внутреннего отражения, расположенной между призмами полного внутреннего отражения трактов.

5

Кроме того, призма нарушенного полного внутреннего отражения выполнена с углом при основании d а res in И 2 показатель преломления материала этой призмы относитель0но окружающей призму среды, а боковые

грани этой призмы ориентированы перпендикулярно падающему и выходящему из нее излучению.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для контроля тонких пленок.

Устройство содержит излучающий тракт, состоящий из последовательно расположенных источника 1 линейно-поляризованного излучения, вращателя 2 плоскости поляризации , призмы 3 полного внутреннего отражения, приемный тракт, состоящий из последовательно расположенных призмы 4 полного внз треннего отражения, анализатора 5 и приемника 6 излучения,трехгранную призму 7 нарушенного полного внутреннего отражения, расположенную между призмами 3 и 4, контролируемый образец 8, представляющий собой пленку толщиной d, нанесенную на подложку.

Устройство работает следующим образом.

Излучение с длиной волны X от источника 1 линейно-поляризованного излучения проходит вращатель 2 плоскости поляризации, который устанавливает необходимую плоскость поляриз ции падающего излучения,и попадает в призму 3 полного внутреннего отражния, которая направляет электромагнитное излучение перпендикулярно к боковой грани трехгранной призмы 7 нарушенного полного внутреннего отражения с углом при основании, равным оС а res in ng/i , где n 2 показатель преломления материала призмы 7 относительно внешней среды. Призма

7установлена таким образом, что ее основание расположено параллельно контролируемому образцу 8 на расстоянии 6,где ct-f Л.

Линейно-поляризованная электромагнитная волна, выходя из призмы 7, преломляется с углом преломления, paBHfcJM критическому.

В результате в зазоре между основанием призмы 7 и подложкой образца.

8создаются условия для преобразования объемной электромагнитной волны в поверхностную, распространяющуюся вДоль поверхности подложка-воздух . Наличие тонкой пленки на поверхности подложки, сильно влияет

на условия возбуждения и распространейия поверхностной волны вдоль раздела подложка-воздух, а следовательно, на изменение поляризационных характеристик отраженной волны по отношению к падающей.

в этом же зазоре призма-подложка происходит обратное преобразование поверхностей волны в объемную, которая под углом падения отражается от основания призмы 7 и попадает в призму 4 полного внутреннего отражния, которая направляет отраженное излучение в анализатор 5, соединенный с приемником 6, где измеряют

поляризационные характеристики отраженной волны относительно падавощей , по которым можно контролировать толщину тонкой пленки при известных свойствах слоя и, подложки и, наоборот, т.е. свойства слоя при известной толщине.

Введение в устройство 7 нарушенного полного внутреннего отражения создает условия возбуждения поверхностей волны в зазоре призма-подложка, которые существенно зависят от наличия пленки на подложке. Поэтому появляется зависимость поляризационных характеристик электромагнитной волны к толщине и свойствам пленки на подложке. В результате этого повышается чувствительность устройства к тонким пленкам. Расстояние между призмой и контролируемым образцом d определяется экспериментально из условия максимальной чувствительности одного из измеряемыхэллипсометрических параметров к толщине контролируемой пленки.

Предлагаемое устройство позволяет повысить чувствительность контроля и контролировать более тонкие пленки а также позволяет повысить точность определения толщины и показателя преломления тонких пленок на подложках.

Формула изобретения

1.Устройство для контроля тонких пленок, содержащее излучающий тракт, состоящий из последовательно расположенных источника линейно-поляризованного излучения, вращателя плоскости поляризации и призмы полного внутреннего отражения, приемный тракт, состоящий из последовательно расположенных призмы полного внутреннего отражения, анализатора и приемника излучения, отличающееся тем, , с целью повышения чувствительности контроля, оно снабжено трехгранной призмой нарушенного полного внутреннего отражения, расположенной между призмами полного внутреннего отражения трактов.

2,Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что призма нарушенного пЪлного внутреннего отражения выполнена с углом при основании

ot а res in П2,где П2 показатель преломления материала этой,призмы относительно окружающей призму среды, а боковые грани этой призмы ориентированы перпендикулярно падагацему и выходящему из нее излучению.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Новые физические методы неразрушакщего контроля качества продукции. Сборник. М,, 1977, с, 45-49.

2,Патент США № 3874797,

кл. G 01 N 21/40, 1975 (прототип).