Устройство для измерения внутренних напряжений в тонких пленках

 

Изобретение относится к исследованию напряжений в тонких пленках оптическими методами. Цель изобретения - увеличение чувствительности и расширение функциональных возможностей за счет измерения толщины пленки . Устройство снабжено полупрозрачным выпуклым зеркалом, расположенным между источником света и измерительным экраном выпуклостью к нему, плоским зеркалом, расположенным между измерительным экраном и подложкой, и фотоприемником, установленным за подложкой , а измерительный экран и подложка выполнены из оптически прозрачного материала. 1 ил. (Л С IND 1с о: о 4: 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1226048 (59 4 G 01 В 11/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3847338/25-28 (22) 19.11.84 (46) 23.04.86. Бюл. У .15 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии измерительных и управляющих систем Научно-производственного объединения "Система" (72) И.Э.Качер и В.В.Онопко (53) 531. 781. 2 (088. 8) (56) Физика тонких пленок. — M.:

Мир, 1968, т. 3, с. 225.

Заводская лаборатория, 1980, 46, Ф 1, с. 76-77. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ТОНКИХ ПЛЕНКАХ (57) Изобретение относится к исследованию напряжений в тонких пленках оптическими методами. Цель изобретения — увеличение чувствительности и расширение функциональных возможностей за счет измерения толщины пленки. Устройство снабжено полупрозрачным выпуклым зеркалом, расположенным между источником света и измерительным экраном выпуклостью к нему, плоским зеркалом, расположенным между измерительным экраном и подложкой, и фотоприемником, установленным за подложкой, а измерительный экран и подложка выполнены из оптически прозрачного материала. 1 ил.

1226048

Изобретение относится к исследованию напряжений в тонких пленках оптическими методами.

Цель изобретения — увеличение чувствительности и расширение функциональных возможностей за счет измерения толщины пленки.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Устройство для измерения внутрен- 1р них напряжений в тонких пленках содержит последовательно расположенные вдоль оптической оси источник 1 когерентногь света, измерительный экран 2, подложку 3 для пленки 4, полу- 15 прозрачное выпуклое зеркало 5, расположенное между источником 1 света и измерительным экраном 2 выпуклостью к нему, плоское зеркало 6, расположенное между измерительным эк- 20 раном 2 и подложкой 3, и фотоприемник 7, установленный за подложкой 3, а измерительный экран 2 и подложка 3 выполнены из оптически прозрачного материала. Подложка 3 с пленкой 4, 25 плоское зеркало 6 и фотоприемник 7 расположены в вакуумной камере 8.

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 когерентно- Зр го света направляют нормально к поI верхностям полупрозрачного выпуклого зеркала 5 и оптически прозрачного измерительного экрана 2 в вакуумную камеру 8 на зеркало 6, которое направляет излучение на подложку 3 с

35 пленкой 4. Часть излучения, проходя через подложку 3 с пленкой 4, попадает на фотоприемник 7, обеспечивающий контропь толщины пленки 4 в процес40 се роста. Отраженная от подложки 3 с пленкой 4 часть излучения зеркалом

6 направляется на полупрозрачное зеркало 5, отражающее его на измерительный экран 2, обеспечивающий регистрацию изменения отклонения луча света от поверхности подложки 3 с пленкой 4.

Чувствительность устройства M. вследствие кривизны поверхности полу50 прозрачного выпуклого сферического зеркала 5 возрастает по сравнению с чувствительностью известного устройства и составляет

К 55

1 (Г 71) ° (S +(-co sy) t>(gag)

1 )

= —, () (, a (— ia )t>ip

С где Ч меняется в пределах от О до величины, удовлетворяющей соотношению (— + )з ПЧ =5 (— + )

П

2 а у определяется по соотношению ф = о.гс Й ((+ 1) з ) (R, где Š— угол между падающим и отражающимся от подложки с пленкой лучами света;

L — - расстояние от подложки с пленкой до полупрозрачного выпуклого зеркала;

R — радиус зеркала;

S — расстояние от выпуклого зеркала до измерительного экрана;

Ь вЂ” величина перемещения светового луча в предлагаемом устройстве; а — величина перемещения луча в известном устройстве.

Величина внутренних механических напряжений пленок определяется по формуле — модуль Юнга подложки; — толщина подложки; — изгиб свободного конца подложки; — длина подложки; — толщина подложки; коэффициент Пуассона подложки, б подложки где Е

8 а изги ье

ЬМ (0+8) Из соотношений (4) и (5) следует, что вследствие большей чувствительности устройства к прогибу подложки в М раз, в такое же количество раэ возрастает и чувствительность устройства к величине внутренних механических напряжений.

Пример. Устройство выполняют на основе вакуумного поста ВУП-4, гелий-кадмиевого лазера ЛГ-63, выпуклого зеркала радиусом 2 см, плоского алюминиевого зеркала и фотоприемника на основе фотодиода ФД-3.

1226048 ний в течение всего технологического процесса формирования пленки.

Составитель Б.Евстратов

Техред Н.Бонкало

Корректор А. Обручар. редактор О.Юрковецкая

Подписное

Заказ 2110/28

Тираж.670

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

Чувствительность устройства при размерах Ь = 1 м, $ = Oi5 м, R = 2 см и длине подложки 1 = 22 мм превышает чувствительность известного в 6 раз.

Ошибка в определении величины внутренних напряжений пленок с помощью предлагаемого устройства не превышает 1%, а точность измерения толщины пленок в процессе напыления составляет 0,01 мкм. Температура подложки регулируется в пределах 150-500 С.

Предлагаемое устройство позволяет повысить чувствительность и точность измерения внутренних напряжений тонких пленок, обеспечивает возможность исследования внутренних напряжений тонких пленок на всех стадиях роста, включая начальные, при различных температурах подложки.

Изобретение позволяет уменьшить габаритные размеры устройства, что дает возможность осуществлять одновременный контроль толщины пленки и изучить кинетику внутренних напряжеФормула изобретения

Устройство для измерения внутренних напряжений в тонких пленках, содержащее последовательно расположенные вдоль оптической оси источник когерентного света, измерительный экран и подложку для пленки, о т л и.ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения чувствительности и расширения функциональных воэможностей эа счет измерения толщины пленки, оно снабжено полупрозрачным выпуклым зеркалом, расположенным между источником света и измерительным экраном выпуклостью к нему, плоским зеркалом, расположенным между измерительным экраном и подложкой, и фотоприемником, установленным за подложкой, а измерительный экран и подложка выполнены иэ оптически прозрачного материала.