Устройство фотометрического контроля оптической толщины пленок,напыляемых в вакууме
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК ((()) SU (Ill
>(su a в (l
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3442965/18-28 (22) 21.05 ° 82 (46) 30.09.83. Бюл. Р 36 (72) В.Д.Введенский и 3.Э.Зльгарт (53) 531.717(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
9 353595 кл. С 23 С 13/04, G 02 В 5/28, 1973. (54) (57) УСТРОЙСТВО ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО
КОНТРОЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНОК, НАПЫЛЯЕМЫХ В ВАКУУМЕ, содержащее источник света, установленные последовательно по ходу светового луча монохроматор и фотоприемник, блок дифференцирования, блок повторного дифференцирования, блок сравнения и блок управления процессом напыления, отличающееся тем,что, с целью обеспечения вовможности контроля неравнотолщинных пленок, оно снабжено преобразователем, делителем с блоком коммутации и блоком ввода и обработки информации, фотоприемник, преобразователь, блок дифференциро- вания, блок повторного дифференцирования, делитель с блоком коммутации, блок сравнения и блок управления процессом напыления соединены последовательно, первый и второй выходы блока ввода и обработки информации соединены соответственно с вторыми входами блока сравнения и делителя с блоком коммутации, блок дифференцирования соединен с третьим Е входом делителя с блоком коммутации., 1044973
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, например, н приборостроении для контроля толщины напыляемых в вакууме пленок.
Известно устройство Фотометрического контроля оптической толщины пленок, напыляемых в вакууме, содержащее источник света, установленные последовательно по ходу светового луча монохроматор и Фотопри- 10 емник, блок дифференцирования, блок повторного дифференцирования, блок сравнения и блок управления процессом напыления 1 1).
Недостатком известного устройст- 15 на является то, что с его помощью можно измерять лишь равнотолщинные слои при Ь = Е Л/4,где Л вЂ” длина нолны излучения, при этом длина волны фиксирована. 20
Цель изобретения — обеспечение возможности контроля нераннотолщинных пленок.
Поставленная цель достигается тем, что устройство фотометрического 25, êîíòðoëÿ оптической толщины пленок, напыляемых в вакууме, содержащее источник света, установленные последонательно Ilo ходу светового лу.— ча монохроматор и фотоприемник, блок дифференцирования, блок повторного дифференцирования, блок сравнения и блок управления процессом напыления, снабжено преобразователем, делителем с блоком коммутации и блоком ввода и обработки информации, фотоприемник, преобразователь, блок дифференциронания, блок повторного дифференцирования, делитель с блоком коммутации, блок сравнения и блок управления процессом напыления 40 соединены последовательно, первый и второй выходы блока ввода и обработки информации соединены соответственно с вторыми нходами блока сравнения и делителя с блоком коммутации, 45 блок дифференцирования соединен с третьим входом делителя с блоком коммутации.
На Фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 график занисимости сигнала на выходе блока ввода и обработки информации от величины Н; на Фиг.3 график зависимости Ь4/1 ошибКи измерения"от Н.
Устройство состоит из источника 1 света, монохроматора 2, соединенных последовательно фотоприемника 3, преобразователя 4, блока 5 дифференцирования, блока б повторного дифференцирования, делителя 7 с блоком коммутации, блока 8 сравнения и блока 9 управления процессом напыления, блока 10.ííîäà и обработки информации, соединенного с вторыми нходами делителя 7 с блоком коммутации и бло-65 ка 8 сравнения. Блок 9 управления процессом напыления предназначен для контактиронания с вакуумной камерой 11, в которой производится напыление и устанавдинается источник
1 света.
Устройство работает следующим образом.
Занисимость сигнала 0 (т,) на выходе фотоприемника 3 от времени т, при нанесении слоя пленки при условии, что темп осаждения Y вещества эа время нанесения слоя пленки постоянен, определяется выражением где Ь - .оптическая толщина;
Т вЂ” коэффициент пропускания нанесенного слоя;
А и 3 — величины, характеризуемые оптическими свойствами покрытия и зависящие от И показателя преломления осажденного вещества, от И,>— показателя преломления подложки и h„ — показателя преломления среды, в которой происходит процесс нанесения. слоя;
 — коэффициент, зависящий от . светового потока на входе оптической схемы устройства, от пропускания оптического тракта и от чувствительности .Фотоприемника 3.
Иэ выражения (1) видно, что функция ()() будет принимать свои экстре-. мальные (О(+) =В/А+:0 1 В/А->) значения в случае, когда что соответствует моментам времени, когда где К =0,1,2 ° ..1
k — длина волны излучения; д - геометрическая толщина.
Известно, что при достижении функцией экстремума ее первая производная .<30(6) /d+ равна нулю. В моменты времени, когда 4()(б)/ 1=0, можно регистрировать информационный сигнал, не учитывая численных значений коэффициентов А, В,Э, ошибки в определении которых значительным образом сказываются на точности определения коэффициента пропускания, а следовательно, и на точности определения оптической толщины слоя пленки. Производится регистрация
1044973 где
kit, и=- ич
10
35 - н, шсФ. Н, моментов, когда (= К Л/4. Иэ выражения (1) видно, что оптическая толщина слоя 1 входит в аргумент гармонической составляющей
Соэ 47C/Ли функции 0 (4) .
Таким образом, зная аргумент
4 /ЛМ или величину, однозначно им определяемую, можно контролировать оптические толщины наносимых слоев пленки и прерывать процесс нанесения в момент достижения величиной, однозначно определяемой .аргумент, на. перед заданного значения.
В начале работы устройства сигнал после фотоприемника 3 на входе преобразователя 4 описывается выражением (1). На выходе преобразователя 4 получается обратное значение входного сигнала
А+э соз -ичко
ВЫХ 4 ()() Затем преобразованный сигнал 0Вцу4 поступает на вход блока 5 дифф -рен,цирования, на выходе которого по! является сигнал
„ 8(() ых4) ъ 47, . 4II.
ВЬХ Д Ь Л
- — — — ичМВ ич
Сигнал с выхода блока 5 дифферен цирования поступает на вход блока 6 повторного дифференцирования, на выходе которого появляется сигнал
U = " = — — — ич) cos — ичко
6Ы) х ) ъ < 4, i 4к
ВВ(Ь, ab в Л ) Л
Это делается для того, чтобы в 40 результате последующих действий получить функцию, однозначно завися щую от оптической толщины наносимой пленки и других. известных величин (3, Ч, g ) и не зависящую .от коэффициентов й, В и 1) (см.выражение 1), т.е. избавиться от недостатков, присущих методу фотометрирования при фиксированной длине волны, и сравнить в блоке 8 сравнения. сигнал, описываемый этой функцией, с сигналом, вырабатываемым блоком 10, в результате ввода в него заранее заданных значений: И, и, A, V .
I
Делитель 7 производит деление 55 сигнала, поступающего с выхода блока 5 дифференцирования (см.выражение 5), на сигнал поступающий с выхода блока 6 повторного дифференцирования (см. выражение б), для 60 получения с выхода делителя 7 функции вида ц -"цц"- -Л 4
bbtX1 ° UbbIx ь 476 и V К Л либо после перекоммутации его входов он осуществляет деление сигнала, поступающего с выхода блока 6 (см.формулу 6), на сигнал, посту пающий с выхода блока 5 (cM. формулу 5), для получения на выходе делителя 7 сигнала, описываемого функцией вида
USbI X 6 4 4%
I — иЧ cog — OÍ,= N et/ èÀ
ЬЫ Х 7 U ЕЬ1 х Л
Перекоммутация входа делителя 7 производится в зависимости от величины
Сигнал на перекоммутацию входов делителя 7 поступает от управляюще"
ro выхода блока 10 ввода и обработки информации в результате обработки поступающих в блок 10 входных данных 1 И р Ч
Таким образом, в зависимости от
Н (фиг.2)сигнал на выходе делителя 7 будет изменяться либо как функция
1/ц) ущ при )Г/4+XK 37I/4 + 7t (К-1) Н5 Г/4 +7Г (К-1), гдЕ К = 0,1..., и будет соответственно сравниваться в блоке 8 сравнения либо с сигналом, соответствующиМ величине либо с сигналом, соответствующим ве,личине поступающим с второго выхода блока 10 и однозначно зависящим от заданной оптической толщины слоя И и от других известных параметров процесса (от и — показателя преломления вещества наносимого слоя; от V - скорости осаждения вещества; от А — длины волны, на которой ведется фотометрирование) . В момент равенства сигналов, поступающих на входы блока 8 сравнения (1/ж (у(и = 1/Ю Q Н либо ог CEg ( 1 тическая толщина нанесенного слоя )пленки И V.с, = И 3 равна заданной и, на выходе блока 8 появляется сигнал, поступающий на блок . 9 управления процессом напыления и прерывающий напыление. Предлагаемое устройство позволяет вести контроль оптических толщин многослойных покрытий непосредстненно по детали (беэ применения свидетелей специальных подложек, количество которых равно количеству разнородных слоев; входящих н многослойное покрытие), так как в формулы, описывающие сигналы, поступающие н блок 8 сравнения, не âõoдит коэффициент А, зависящий от показателя преломления подложки ио . Изменение вида выходного сигнала делителя 7 (перекоммутация входов) и значения сигнала на второМ выходе блока 10 в зависимости от величины Н, вырабатываемой в блоке 10 (см,выражения 7-11), введено с той 15 целью, чтобы сравнение сигн%лон в блоке 8 происходило на асимптотических участках кривых (фиг.2}, т.е. (1 там, где (arctgX)Х = — — - Х 0 20 (тоже и для arcctg Х}. Как видно иэ фиг.3, максимальная относительная ошибка (a"/ И } будет при значениях H=77/4 + К /2 (К= 0,1.. ° ), и ошибка быстро уменьшается, стремясь к нулю, когда ((стремится к значениям: K /2 (К=0,1... ) . gpz (84 КТ/2, т.е. когца зависимость сигнала., поступающего с ныхода делителя 7, от (ут, принимает асимптоти-ЗО ческий характер, значение величины сигнала, поступающего с второго выхода блока 10, для сравнения с бло.ка 8 с величиной сигнала, поступающей с выхода делителя 7, может 35 регулироваться н зависимости от требуемой точности контроля. Кроме того„ существенно снижается влияние на точность контроля дисперсии, технологических коле- 4() баний показателей преломления (o, И, (},(} и технологических колебаний скорости осаждения вещества (/), так как сравниваемые величины (см. выражения 8-12) не занисят от коэффициентов А и D, которые являются функциями от ((о, и и а изменение показателя преломления осаждаемого вещества ЬИ является функцией от изменения скорости осаждения вещества, LV, Д, ЬЧ и ьи являются функциями, зависящими от (изме((ения остаточного давления н вакуумной камере, также исключена возможность результата контроля от абсолютного значения светового по-. 55 тока на входе оптической системы и зависимость результата контроля от спектральной чувствительности фотоприемника 3 и спектрального коэффициента пропускания оптической сисо темы, так как в выражения (7), (8), (10) и (11) не входит коэффици ент В, При этом относительная ошибка (h%/(() в определении оптической толщины наносимого слоя, возникающая в случае отклонения от заданных значений коэффициента преломления и скорости осаждения наносимого вещества„ когда H= ((,/4, т.е. когда относительная ошибка будет максимальной (фиг.3) „ будет равна следующей величине. Пусть действительное значение показателя преломления наносимого ве(( щества p(,(И7и ), а скорости осаждения — V, (1/7и ) и пусть ((h-И V V 0 01 (12) / (Тогда в момент поступления команды на прерывание процесса нанесения сигналы,, поступающие в блок 8 сравнения, будут равны, т.е. щ Я(щ//.=свСфй (то же и длит) . Отсюда следует, чтΠ— ич«0 — иd= t —,иа= 4 В ((Я А,, Л- Л ъv (tterlk>vd "- о,9(с, 4Õ 6.Н Р CtO (} -/А}Иd(0 А 4 =ФС вЂ” „И d = ((0 =Ф вЂ”.Иа =0,7779POq(4 ч 1 —" И В = — = 0,78 54 Ро . =7 4 иа ъ1 0,7954- О(77790,7854 — =0,0,,Таким образом, максимальная относительная ошибка при контроле оптической толщины наносимого слоя при выполнении условия (12) не превышает 1%. Предлагаемое устройство обеспечивает возможность получения покрытий с оптическими толщинами (} ), не кратными Л/4 (%Ф KA/4), что позволяет на практике получать рассчитанные конструкции покрытий с повышенными требованиями к форме спектральной кривой пропускания (отражения) и наперед заданными параметрами, воэможность контроля беэ применения сменных "свидетелей". Экономический эффект от внедрения изобретения составит 200 тыс. руб ° 1044973 0 ta(Составитель Е.Глазкова Редактор А.Лежнина Техред A.Ач Корре к тор О . Б илак Заказ 7533/38 Тираж 602 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
