Устройство для измерения толщины и показателя преломления пленки

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОадИНЫ и ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ . ПЖЙКИ, содержащее предметный столик, выполненный с возможностью поворота .вокруг оси вращения, параллельной плоскости этого столика, планку, установленную с возможностью поворота вокруг той же оси вращения, последрватрльно расположенные перед пред метным столиком источник параллельного монохроматического и линейно поляризованного света, четвертьволновую фазовую пластинку и поляризатор , фотоэлемент, расположенный на планке, отличаю щеся тем, что с целью повышения производительности измерения, оно снабжено прозрачной плоскопараллельной диэлектрической пластиной, установленной на планке подуглом к направлению распространения отраженного пленкой светового потока, равнш« углу Брюстера для этой плас,тины, при длине световой волны источника параллельного монохроматичесi кого и линейно-поляризованного света, двумя поляризаторами, распо л ложенными соответственно на пути отраженного пластиной и прошедс шего через нее светового потока, и вторым фотоэлементом, расположенным за одним из поляризаторов, а первый фотоэлемент установлен за другим поляризатором. о. ел 00

09) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

М Авто сто свидктепьстВ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

re ДЕЛаМ ИЗОБРЕТЕНИЙ и 0ТНРЫТИЙ (21) 3413454/25-28 (22) 23.03.82 (46 ) 15 ° 02. 84. Бюл. Р б (72) И.К.Смирнов (53) 531.715.27(088.8) (56) 1. Резвый Р.Р. и Финарев N.Ñ.

Эллипсометрические методы исследования и контроля в полупроводниковой микроэлектронике. — "Обзоры по электронной технике", МЭП, 1977.

2. Смирнов И.К. и др. Установка контроля толщины и показателя преломления прозрачных диэлектрических пленок. — "Оптика и спектроскопия", 1979, т. 47, с.988 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ.

ТОЛЩИНЫ И ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПЯВЯКИ, содержащее предметный столик, выполненный с возможностью поворота вокруг оси вращения, параллельной .плоскости этого столика, планку, установленную с возможностью поворота вокруг той же оси вращения, последовательно расположенные перед предметным столиком источник параллельного монохроматического и линейно поляризованного света, четвертьволновую фазовую пластинку и поляризатор, фотоэлемент, расположенный на планка, о т л и ч а ю щ е с я тем, что с целью повышения производительности измерения, оно снабжено прозрачной плоскопараллельной диэлектрической пластиной, установленной на планке под углом к направлению распространения отраженного пленкой светового потока, равным углу Брюстера для этой пластины, при длине световой волны источника параллельного монохроматического и линейно-поляризованного аве- @

Ф та, двумя поляризаторами, расположенными соответственно на пути отраженного пластиной и прощед- . шего через нее светового потока, н вторым фотоэлементом, распоЛоженным за одним из поляризаторов, а первыи фотоэлемент установлен за

I другим поляризатором.

1073568

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно, к устройствам для определения оптических констант и толщин тонких пленок, и предназначено для использования в составе экспериментальных установок или стендов контроля показателя преломления и толщины эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок полученных на толстых (по сравнению с пленкой) прозрачных гал- 10 лий-гадолиниевых подложках, показа- тели преломления и поглощения ко-. торых близки к показателям преломления и.поглощения пленок или свободны от подложек. 15

Известно устройство для определения оптических констант и толщины пленок, содержащее предметный сто лик, планку с установленным на ней фотоэлементом, источник- света фазо- 20 вую пластинку и поляризатор(1.(.

Недостатком этого устройства является необходимость многократной перенастройки оптической системы устройства в процессе измерений путем поворота фазовой плас- тинки и поляризатора, что ограничивает возможность увеличения быстродействия измерительной установки.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для измерения толщинЫ и показателя преломления пленки, содержащее предметный столик, выполненный с возможностью поворота вокруг оси вращения, параллельной плос- . З5 кости этого столика, планку, уста» новленную с возможностью поворота вокруг той же оси вращения, после. довательно расположенные перед предметным столиком источник параллель- 40 ного, монохроматического и линейно . поляризованного света, четвертьволновую фазовую пластинку и поляризатор, фотоэлемент, расположенный на планке (21 .

Недостатком известного устройства является низкая производительность измерения, поскольку получение интерференционной картины и измерение угла. Брюстера с его помощью проводятся раздельно во времени ° Переход от одного из этих измерений к другому осуществляется путем поворота поляризатора, что также удлиняет процесс измерений.

Цель изобретения — повыщение произ-. 55 водительности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения толщины и показателя преломления пленки, со.,держащее предметный столик, выполнен-60 ный с возможностью поворота вокруг оси вращения, параллельной плоскости этого столика, планку, установленную с возможностью поворота вокруг той же оси вращения, последовательно 65 расположенные перед предметным столиком источник параллельного, монохро- матического и линейно поляризованного света, четвертьволновую фазовую пластинку и поляризатор, фотоэлемент, расположенный на планке, снабжено прозрачной плоскоспараллельной диэлектрической пластиной, установлен- ной на планке под углом к направлению . распространения отраженного пленкой светового потока, равным углу Брюстера для этой пластины при длине световой волны источника параллельного монохроматического и линейно поляризованного света, двумя поляризаторами, расположенными соответственно на пути отраженного пластиной и прошедшего через нее светового потока, и вторым фотоэлементом, расположенным за одним из поляризаторов, а первый фотоэлемент расположен за другим поляризатором.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для измерения толщины и показателя преломления пленки.

Устройство содержит йсточник 1 параллельного монохроматического и линейно поляризованного света (лазер), четвертьволновую фазовую пластинку 2, поляризаторы 3-5, предмет- . ный столик 6, планку 7, прозрачную плоскопараллельную диэлектрическую пластину 8, фотоэлементы 9 и 10. На чертеже показаны также состояния поляризации световых пучков В, Е, Ев - электрические векторы световой волны 5„ — нормаль к пленке 11, п нормаль к прозрачной плоскопараллельной диэлектрической пластине 8, — угол падения света на пленку 11, — угол падения света иа прозрачную плоскопараллельную диэлектрическую пластину 8, равный углу Брюстара для этой пластины при длине световой волны источника 1 параллельного, монохроматического и линейно поляризованного света,. ф — угол между электрическим вектором Е падающей на пленку 11 световой волны и плоскостью падения, A-А — ось вращения предметного столика 6 и план» ки 7, О - точка пересечения оси светового пучка с осью вращения пред-! метного столика 6 и планки 7 °

Устройство работает следующим об-!

:;разом.

Для правильной работы устройства необходимо провести его отладку.

С этой целью помещают на предметный .столик 6 контролируемую пленку 11 и поворотом предметного столика 6 устанавливают угол падения света на пленку 11 ф 90. При этом с помощью регулировочного механизма источника 1 параллельного монохроматического и линейно поляризованного света направляют световой пучок

1073568 так, чтобы ось этого пучка была перпендикулярна к оси вращения предметного столика 6 и планки 7 и пересекалась с нею, а световые потоки, отраженные от пластины 8 и прошедшие через нее, падали бы соответственно на фотоэлементы 9 и 10 через поляризаторы 5 и 4. С помощью регулировочного механизма предметного столика б совмещают плоскость пленки 11 с названными выше осями. Это 16

Нужно для того, чтобы при повороте предметного столика 6 с пленкой 11 световые лучи, отражающиеся от пленки 11 и попадающие на светочувствительные слои фотоэлементов 9 и 10 15 не смешались относительно этих слоев.

Четвертьволновую фаэовую пластинку 2 поворачивают и фиксируют в таком положении, при котором изменение интенсивиости проходящего через поляри- 20 затор 3 света при вращении этого поляризатора минимально. При этом поляризация света, проходящего через четвертьволновую фазовую пластинку 2, близка к круговой. Поворотом предмет-gg ного столика б устанавливают угол падения света на пленку 11 суъбФ. Поворотом поляризатора 3 добиваются минимума освещенности фотоэлемента 10.

Последовательно доворачивают предметный столик б и поляризатор 3 до получения наиболее глубойого минимума освещенности фотоэлемента 10. При этом угол падения света на пленку 11 равен углу Брюстера для этой пленки при длине световой волны источника 1 параллельного монохроматического и линейно поляризованного света, а плоскость полярйзации падающего на пленку 11 света перпендикулярна плоскости падения. Не меняя положения пред- 49 метного столика 6 и полязиратора -3, поворачивают поляризатор 4 и фикси.руют его в таком положении, при котором.освещенность фотоэлемента 10 максимальна. После этого поляризатор 4 будет пропускать только свет, поляризованный перпендикулярно плоскости его падения на пленку 11, электрический вектор которого Ер лежит в плоскости падения. Не меняя положения предметного столика 6, поворачивают поляризатор 3 на угол, примерно равный 90 . Поворотом поля ризатора 5 добиваются максимума освещенности фотоэлемента 9. Последовательно доворачивают поляризаторЫ 3 и 5 до получения наибольшей освещенности фотоэлемента 9, после чего положение поляризатора 5 фиксируют. Посде этого поляризатор 5 будет пропускать только свет, поля- 60 ризованный в плоскости его падения на пленку, электрический вектор которого Е „ перпендикулярен плоскости

ВНИИПИ Заказ 312/38

Филиал ППП "Патлат", г. падения. Поворотом предметного столика 6 устанавливают угол падения све та на пленку С 53 . Поворачнвают поляризатор 3 и фиксируют его в таком положении, при котором направление электрического вектора Е падающей на пленку 11 световой волны составляет с плоскостью падения уголь ъ45.

Это положение поляризатора 3 является средним между такими двумя его положениями, при которых интенсивность света, отраженного прозрачной плоскопараллельной диэлектрической пластиной 8, минимальна и максимальна. При необходимости угол можно изменить. При этом изменится соотношение между величинами отраженного ат прозрачной плоскоспараллельной

«диэлектрической пластины 8 и прошедшего через нее световых потоков.

Отладка оптической системы устройства производится один раз при его сборке и в процессе дальнейшей работы не требуется, Далее устройство работает следующим образом.

На предметный столик 6 помещают контролируемую пленку 11 и с помощью регулировочного механизма предметно- * го столика совмещают плоскость пленки 11 с осью вращения предметного столика 6 и планки 7. Равномерно поворачивая предметный столик б, увеличивают угол падения света на пленку <р в интервале 5 — 85 . При этом в зависимости от интенсивности света, прошедшего через поляризатор 4, от угла падения q а следовательно, и в аналогичной зависимости для величины фототока в цепи фотоэлемента 10, наблюдается глубокий минимум при значении угла с, равного углу Врюстера для контролируемой пленки 11. Зависимость интенсивности света, прошедыего через поляризатор 5, от угла ц, а следовательно, и аналогичная зависимость для величины фототока в цепи фотоэлемента 9, определяется интерференцией света в пленке, а также наличием монотонно возрастающей при увеличении угла компоненты интенсивности в отраженном пленкой 11 свете. Эта компонента интенсивности отраженного пленкой 11 света исключается из результатов измерений при их математической обработке.

Использование предложенного устройства приводит к уменьшению затраI времени на проведение измерений толщины и показателя преломления пленки, что позволяет повысить производительность измерения. Кроме того, проведение измерений без перенастройки оптической системы устройства упрощает работу обслуживающего персонала.

Тираж 587 Подписное

Ужгород, ул. Проектная,4