Устройство для контроля толщины тонких пленок

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„, 1037065

3«59: с 01 В 11/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ:Г СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPGH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ . (21) 3441770/25" 28 (22) 20. 05. 82

:(46) 23.08.83. Бел. N 31. (72) Н.H.Ïóíüêo и.С.А.Тиханович (71) Институт прикладной физики

АН Белорусской ССР (53) 531.715.27(088.8) (56) 1. Davarpanah И., Goben С.А,, Begley О.L. and Griffith 5.L Surface electromagnetic wave coupling eff4 ciencies for several excitation ,technigues. - Applied 0ptics, 1976, ч. 15, и 12,р. 3066-3072, 2. Авторское свидетельство СССР

N 815484, кл. G 01 В 11/06, 1978 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ТОЛЩИНИ ТОНКИХ, ПЛЕНОК, содержащее излучающий блок, состоящий из последовательно расположенных источника линейно поляризованного излучения, ъизмы полного внутреннего отражения и призмы нарушенного полного

: внутреннего отражения, и приемный блок, состоящий из последовательн . расположенных призмы полного внутреннего отражения, анализатора и приемника излучения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целвю по" вышения точности контроля, оно снабжено поляризующей решеткой, расположенной в излучающем блоке между источником линейно поляризованного излучения и призмой полного внутренне-. го отражения,. призмой нарушенного полного внутреннего отражения, расположенной в приемном блоке симметрично призме нарушенного полного внутреннего отражения излучающего блока и на фиксированном расстоянии ат нее,. и второй поляриэующей решеткой, установленной в приемном блоке между призмой полного внутреннего отражения и анализатором.

037065

1 1

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано в радиотехнической и электронной промышленности для неразрушающего контроля толщины диэлектрических пленок на металле, в частности, защитной масляной пленки на металле.

Известно устройство для измере" ния эффективности возбуждения поверх" ностной электромагнитной волны на металле,. содержащее излучающий блок; состоящий иэ последовательно распо" ложенных источника излучения, рупор ой антенны и призмы нарушенного полного внутреннего отражения. (приз" ма НПВО),приемный блок, состоящий иэ последовательно расположенных призмы НПВО, .Рупорной антенны и приемника излучения 1 ).

Однако известное устройство об" ладает низкой точностью при измерении толщины тонких пленок,. так как тонкая пленка диэлектрика вносит малые изменения в условия воэбуж" дения поверхностной электромагнитной волны на металле. Кроме того, точность измерения уменьшается изза временной нестабильности детектора излучения и проникновения прямого излучения из излучающего в при" ,емный блок..

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для контроля толщины тонких пленок, содержащее излучающий блок, состоящий из последовательно расположенных источников линейно поляризованного излучения, призмы полного внутреннего отражения и призмы нарушенного полного внутрен" него отражения, и приемный блок, состоящий из последовательно расположенных призмы полного внутреннего отражения, анализатора и приемника излучения Г 2 j.

Недостатком Указанного УстРойства является низкая точность контроля, обусловленная тем, что в нем диэлектрическая пленка влияет лишь на эффективность возбуждения поверхностной электромагнитно" волны (ПЭВ), которая слабо зависит от толщины тонкой пленки, а условия распространения ПЭВ практически не влияют на результаты иэиерений.

Целью изобретения является повы,шение точности контроля толщины тон" ких пленок.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для контроля толщины тонких пленок, содержащее излучающий блок, состоящий из последовательно расположенных источника линейно поляризовннного излучения, призмы полного внутреннего отражения и призмы нарушенного полного внутреннего отражения, и приемный

f0 блок, состоящий из последовательнорасположенных призмы полного внутреннего отражения, анализатора и приемника излучения, снабжено поляризующей решеткой, расположенной в излучающем блоке между источником линейно поляризованного излучения и призмой полного внутреннего отражения, призмой нарушенного полного внутреннего отражения, расположенной

20 в приемном блоке симметрично призме нарушенного полного внутреннегоотражения излучающего блока и на фиксированном расстоянии от нее и, второй поляриэующей решеткой, установ25 ленной в приемном блоке между призмой полного внутреннего отражения и анализатором.

На чертеже изображена блок-схема устройства для контроля толщины тонких пленок.

Устройство содержит излучающий блок, состоящий из последовательно расположенных источника 1 линейно поляризованного излучения, поляризующей решетки 2, призмы 3 ПВО (пол35 ного внутреннего отражения) и призмы 4 НПВО, и приемный блок, состоящий из последовательно расположенных призмы 5 НПВО, призмы 6 ПВО, второй поляризующей решетки 7, анализатора 8 и приемника 9 излучения, Предлагаемое устройство работает следующим образом.

4 Линейно поляризованное излучение с длиной волны Л от источника 1 линейно поляризованного излучения падает на поляризующую решетку 2.

Наклон плоскости поляризации пада 0 ющей сверхвысокочастотной (CB4) волны составляет 45, Поляризуюо щая решетка 2 отражает составляющую электромагнитной волны, поляризованную в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, и направляет ее на вторую поляризованную решетку 7 ! приемного блока. Составляющая электромагнитной волны поляризованная

3 1037065 4 в плоскости падения, проходит через зультирующей волны, попадающей в анаполяризующую решетку 2 и попадает лизатор 8, где измеряют ее эллипсоs призму 3 ПВО, которая направляет метрические параметры (эллиптичность электромагнитное излучение на призму и азимут), по которым судят î пара.4 НПВО, с углом при основании, рав- 5 метрах тонкой пленки. ным d=arcs n rAe n21 показатель Введение в устройство призмы преломления материала призмы -4 НПВО

21

5 НПВО позволяет регистрировать ПЭВ, относительно внешней среды. Призма прощедшую вдоль поверхности образца

4 НПВО установлена таким образом, 10 . на достаточно большие расстоя" что ее основание расположено парал- 1О ния, а условия распространения ПЭВ лельно образцу 10 с контролируемой вдоль поверхности металла сильно за" пленкой на расстоянии d, где О < d »< висят от параметров диэлектрической

4< 2 . Электромагнитная волна, вы- пленки, причем чувствительность устходя из призмы 4 НПВО, преломляется ройства возрастает с увеличением с углом преломления, равным крити- 15 расстояния между призмами. Иаксимальческому. В результате в зазоре меж- ное расстояние определяется мощду основанием призмы 4 НПВО и по- ностью источника 1 линейно поляриверхностью образца l0 создается экс- зованного излучения и чувствительпоненциально затухающее поле и объ- ностью приемника 9 излучения. Введеемная электромагнитная волна лреоб- >< ние в устройство двух поляризующих разуется в поверхностную (ПЭВ) решеток 2 и 7 позволяет сформировать распространяющуюся вдоль поверхно- опорный сигнал и измерять эллипсометсти исследуемого образца 10, Призма рические параметры результирующей

5 НПВО приемного блока, установлен- волны, которые связаны как с интенная идентично призме 5 НПВО излу- 25 сивностью, так и с фазой прошедшей чающего блока на определенном Фик- вдоль поверхности образца волны. Точсированном расстоянии от нее, по- ность измерения повышается по двум зволяет преобразовать ПЭВ в обьем- причинам..Во-первых, в предлагаембм ную электромагнитную волну, которая устройстве пленка зондируется вдоль попадает в призму 6 ПВО и направ- поверхности на расстояние между при ляется на вторую поляризующую ре- змами 4 и 5 НПВО, что значительно шетку 7, проходит через нее и смеши- увеличивает чувствительность прошедвается с волной, отраженной поляри- шей по образцу ПЭВ к малым изменезующими решетками 2 и 7, и ниям параметров пленки;, во-вторых, попадает в анализатор 8, сое- исключаются погрешности, связанные диненный с приемником 9 излучения. с временным дрейфом чувствительно35

Так как прошедшая через поляризую- сти приемника излучения и нестабильщие 2 и 7 решетки волна ортогональ- ностью источника 1 линейно полярина отраженной ими, то результирую- зованного излучения. щая волна, образующаяся в результате

Основным техническим преимущестсмешения, в общем случае имеет эл- вом предлагаемого устройства явля.липтическую поляризацию. Параметры ется то, что оно позволяет с более тонкой пленки определяют амплитуду высокой точностью (0,5 мкм) измерять и фазу проведшей между призмами толщину значительно более тонких

4 и 5 НПВО поверхностной электро- диэлектрических пленок (1-100 мкм)

45 Э магнитной волны, а следовательно, за счет использования поверхностнои и величину эллиптичности и азимут ре- электромагнитной волны.

1037065, Составитель Л,Лобзова

Техред В.далекорей Корректор М,Демчик

Редактор Н,Лазаренко

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул ° Проектная, Заказ 5989/41 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Н-35, Раушская наб., д. 4/5