Способ измерения толщины слоев многослойной пленки

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения толщины слоев многослойных пленок. Цель изобретения - увеличение точности измерения толщины каждого слоя за счет учета поглощения излучения в каждом слое. Многослойная пленка 17 облучается вспышкой излучения сложного спектрального состава с помощью световода 6. Часть прошедшего излучения попадает на торец 11 световода 7 и делится фильтром 9 на спектральные составляющие. Блок 2 фотоприемников регистрирует интенсивность каждой спектральной составляющей. Другая часть прошедшего излучения попадает на торец 15, по световоду 8 передается на торец 16 и повторно проходит через многослойную пленку 17, после чего по световоду 7 через фильтр 9 также попадает на блок 2 фотоприемников. Сигналы с блока 2 фотоприемников поступают в блок 4 преобразования сигналов, где определяется отношение интенсивностей и с учетом коэффициента потерь излучения - толщина каждого слоя. 1 ил.

COOS СООЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

И9) (111 (51)5 С 01 В 11/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРцтиям

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4361573/24-28 (22) 11.01.88 (46) 23. 05.90. Бюл. Ф 19 (71) Могилевский машиностроительный институт (72) В.Н.Усик, П.И.Марков, О.M.Âîðoáüåâ и А.И.Кац (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1491117, кл. G 01 В ll/06, 1987. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЬ1 СЛОЕВ

МНОГОСЛОЙНОЙ ПЛЕНКИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения . толщины слоев многослойных пленок.

Цель изобретения — увеличение точности измерения толщины каждого слоя за счет учета поглощения излучения в каждом слое. Многослойная пленка 17

2 облучается вспышкой излучения сложного спектрального состава с помощью световода 6. Часть прошедшего излучения попадает на торец ll световода 7 и делится фильтром 9 на спектральные составляющие. Блок 2 фотоприемников регистрирует интенсивность каждой спектральной составляющей. Другая часть прошедшего излучения попадает на торец 15, по световоду 8 передается на торец 16 и повторно проходит через многослойную пленку 17, после чего rio световоду 7 через фильтр 9 также попадает на блок 2 фотоприемников. Сигналы с блока 2 фотоприемников поступают в блок 4 преобразования сигналов, где определяется отношение интенсивностей и с учетом коэффициента потерь излучения — толщина каждого слоя. 1 ил.

1566204

Изобретение относится к иэмери" тельной технике и может быть использовано для одновременного измерения толщины слоев многослойных пленок в имической, радиотехнической и электронной промышленности.

Цель изобретения — увеличение точности измерения толщины каждого слоя за счет учета поглощения излучения в каждом слое.

На чертеже приведена структурная схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит источник 1 им- 15 пульсного оптического излучения сложного спектрального состава, последовательно соединенные блок 2 фотоприемников 3, блок 4 преобразования, блок 5 регистрации, а оптическая фор- 20 мирующая схема выполнена в виде первого 6, второго 7, третьего 8 юетоводов и разделительного фильтра 9, при этом первый световод 6 установлен так, что его входной торец 10 оп- 25 тйческп связан с источником 1 импульсного излучения, второй световод 7 установлен так, что входной торец 11 расположен напротив выходного торца

12 первого световода 6, а выходной 30 торец 13 оптически связан с входом разделительного фильтра 9, каждый выход 14 которого оптически сопряжен с отдельнь)м фотоприемником 3, третий— так, что его входной торец 15 лежит в одной плоскости с входным торцом 11 второго световода 7, а выходной торец

16 — в одной плоскости с выходным торцом 12 первого световода 6. .ао

Исследуемый объект представляет собой многослойную оптически прозрач" ную пленку 17, содержащую известное число слоев.

Реализуется способ измерения толщины слоев многослойной пленки следующим образом, Источником 1 формируется вспышка оптического излучения сложного спектрального состава, число длин волн в которой не меньше числа слоев иссле,дуемой пленки. Сформированная вспышка направляется в первый световод б,на выходе которого формируется световой по- 1 ток, освещаюший многослойную пленку 17.

Интенсивность данного светового по-. тока

I1 Т 6 :)7) где Т вЂ” интенсивность сформированной источником вспышки оптического излучения; — коэффициент пропускания первого световода 6.

При прохождении светового потока через пленку 17 часть его поглощается всеми слоями пленки, а прошедший световой поток освещает входные торцы

11 и 15 световодов 7 и 8 соответственно, Интенсивность светового потока, освещающего торцы 11 и 15 световодов 7 и 8, То " ) "л)1 (2) где „„ — коэффициент пропускания многослойной пленки.

Коэффициент пропусканиямногослой- l ной пленки может быть представлен произведением коэффициентов пропускания каждого слоя: и

"П)1 (3)

i=1 где i; — коэффициент пропускания i-ro слоя пленки;

n — количество слоев исследуемой пленки.

Согласно закону Бугера-ЛамбертаБера коэффициент пропускания i-го слоя может быть записан в виде .= exP(— K; L;j1 (4) где К. — коэффициент ослабления излу1 чения материалом i-ro слоя; толщина i-ro слоя пленки.

Тогда и

О "1 П e)1P t - K;-1,). (5)

По световоду 7 к разделительному фильтру 9 подается оптический импульс интенсивности

ТЗ Т "т1 (6) где 1.g- коэффициент пропускания световода 7.

Учитывая (5), получают

1l — 1) Г1 е)РС- К ° .Ь j. (7) з о

Разделительным фильтром 9 световой поток делится на и спектральных частей. При этом интенсивность I каждой спектральной части можно записать в виде

3, Л; = I о, д; ", ); 4,л Hp.xðÅ- К,. 1.х.

-х Т;3. (8) 15662П4 х Lg7 л где Хо Л л ,, л. К; л

1 ) интенсивность излучения в формируемой источником ! вспышке оптиче- . ского излучения, коэффициенты пропускания первого

6 и второго 7 све- !р товодов и коэффициент ослабления излучения материалом i-го слоя

А п

=!"! ехр (Полученные на каждом j ì фотоприемнике сигналы поступают в блок 4 преобразования сигналов, где находится отношение вида

1 и (- K; „L; j П е р(- K., „L;) ь\ J

1ал. " л "2Л П р ю получают

Преобразуя, h

Пехр (- K, L.$

А2,J — = "э,л

А, h вли же -к1,л ;

J (12) = )n „" — 1п — А 21

"зл; A i

Аг, ьл 1ь и зл А

\ 1

1,1

К, L,+К, L +

I 1 2,Л„

К L +K L +... +К 1. =1пг -1n 2 °

1,Л2 1 2,Д2 2 h,h и ° Эi" 2 A

1,1 (14) К, т., + К, „° L2+ ° ° ° +-K 3 и и

S5 для длины волны л соответственJ но, В результате, одновременно каждым из фотоприемников 3 фиксируется импульс, амплитуда которого

A,j - S 1, Л.,Л 4Л,ПЕ рЕ K Л.х о, h

A . .О,Л 1,Л 2Л 9,Л П

2,j J 3 3

Система (14) разрешима относительно L. только в том случае, если все

1 уравнения в ней линейно независимы.

Линейная независимость уравнений определяется величинами коэффициентов

K; >... .Эти коэффициенты могут варьи1у роваться за счет выбора длины волны так как для различной длины волны jl ° коэффициент ослабления излуче.J ния i-м слоем имеет свое значение.

Условием линейной независимости уравнений в системе является неравенство нулю детерминанта матрицы системы, т.е. где 1 — номер фотоприемника;

S, — чувствительность j-ro приемника.

Величины А . записываются в nai,у мять блока 4 преобразования, После этого на выходе светонода 8 формируется световой поток интенсивности I облучающий исследуемую многослойную пленку 17. Аналогично для второго импульса освеще п я пленки 17 величина л л o,Ë; "«,Л; "2,л; "э,Л. и

К;„1.;).П вар(— К. „.L )(!ii)

1=1 — К;л; L>3

Полученная система и линейных алгебраических уравнений позволяет определить толщины всех слоев многослойной.пленки одновременно.

В развернутом виде эта система имеет вид:

А2,п

" 3 Л "А и 1 и

I ,и

det tK; л 1 g 0 ° !

Неизвестными величинами в системе (14) является л „,, К . Векторэ,л; столбец л л, определяется путем каю J либровки каждого конкретного устройства, а вектор-столбец К; л. путем

3 калибровки устройства для каждого конкретного вида исследуемой пленки.

Для определения 7 ., т.е. величин пропускания световода 8 для каждой длины вол.ь! 8. используется то

) же устройство, но без исследуемой пленки. Источником l формируется,1566204 вспышка оптического излучения интен:= ! сивности I и сложного спек "1 рального

0 состава. Сформированная вспышка, пройдя по световодам 6 и 7 через раздеу (.

S лительный фильтр 9 поступает п(а блок

2 фотоприемников 3, каждым иэ которых ! зафйксирован сигнал

„"1,,1,,1„ о,,1 . (16) 1

Этот сигнал запоминается блоком 4 преобразования.

После прохождения световодов 8 и

7 другая часть вспышки делится на п спектральных частей разделительным фильтром 9, а каждым из фотоприемников 3 зафиксирован сигнал

А — S I. ((()7) 20

2 1 1 О,Л ° 1,Я. "., л„ "З,Л .1

Отношение сигналов, зафиксированных каждым j-м фотоприемником, дает

I (18) 2-

Л1,/

Значения з . записываются в память

J блока 4 преобразования сигналов и ис— пользуется в процессе численного решения системы (14), 30

После определения сэ >. в схему () устройства помещают эталонный образец материала первого слоя пленки, который имеет известную толщину L . Запустив в световод 6 импульс интенсивI! ности I аналогично описанной метоо дике, находят коэффиценты ослабления материала первого слоя пленки для каждой. длины волны !, т.е. опредеJ ляют величины

= — (In я ь.— < (, 3 ) (19)

1 Аа, !! (( где А „и A — амплитуды сигналов, 7, 1 ( поочередно зафиксированных j-и фото(15 приемником.

Убирая образец первого слоя материала, помещают в схему устройства образец материала второго слоя с толщиной Ь и аналогично находят вели- 5"

,э чины K(Подобный процесс повторяют столько раз, сколько слоев в исследуемой многослойной пленке. Все найденные величины организованно записывают в память блока 4 преобразования, В качестве последнего может быть использована любая стандартная микроили мини-ЭВИ, имеющая в библиотеке . прикладных стандартных программ программу решения системы п линейных алгебраических уравнений.

Формула изобретения

Способ измерения толщины слоев многослойной пленки, заключающийся в том, что облучают пленку вспышкой оптического излучения, измеряют интенсивность произвольной части прошедшего через пленку оптического излучения, повторно облучают пленку оставшейся частью прошедшего через пленку оптического излучения, повторно измеряют интенсивность такой же, как и при первом измере!п и, части вновь прошедшего пленку оптического излучения, определяют отношение измеренных ин-. тенсивностей, по которому определяют толщину пленки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения точности измерения толщины каждого слоя, спектральный состав облучающего излучения выбирают из неравенства

detLV 1, 3Ю, J где К . — коэффициент ослабления

1, 1 излучения м;.териалом

i-го слоя для длины волны 1; i = 1...п;

1...п; п — число слоев контропируецой многослойной пленки, перед первым и вторым измерениями интенсивностей прошедшего через пленку излучения разделяют излучение на спектральные части, количество которых соответствует количеству слоев контролируемой пленки, первое и второе измерения интенсивностей и определение отношений измеренных интенсивностей осуществляют отдельно для каждой спектральной части, а толщину каждого слоя многослойной пленки определяют по отношениям интенсивностей для каждой спектральной составляющей с учетом спектральных коэффициентов ослабления излучения материалом.