Способ контроля толщины пленки в процессе ее нанесения

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для неразрушающего контроля толщин слоев при изготовлении покрытий на оптических деталях . Цель изобретения - повышение точности нанесения пленки за счет точного определения момента прекращения ее нанесения . Пучок излучения с длиной Я волны падает на контролируемый образец (подложку ) под углом р , до и в процессе нанесения пленки регистрируют интенсивность отраженного от образца линейно поляризованного излучения. При этом длинуД волны излучения и угол (р освещения образца выбирают из условия d doK, где d - заданная толщина пленки; К 1,2,... - коэффициент; do Я /2Vn2 - s i ffy , где n - показатель преломления материала пленки. Момент прекращения процесса нанесения пленки определяют по достижению К-й кратности равенства интенсивности отраженного линейно поляризованного излучения до и в процессе нанесения пленки. 1 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51}5 G 01 В 11/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4700027/28 (22) 02,06.89 (46) 07.07,92. Бюл. М 25 (71) Производственное объединение "Завод

"Арсенале (72) В.Н,Антонюк и Е.И,Пищаль (53) 531,717.11(088,8) (56) Борн М„Вольф Э. Основы оптики, — M.:

Мир, 1973, 720 с, Аэзам В., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет. — M.: Мир, 1981. 584 с. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТОЛШИНЫ

ПЛЕНКИ В ПРОЦЕССЕ ЕЕ НАНЕСЕНИЯ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для неразрушающего контроля толщин слоев при изготовлении покрытий на оптических деталях, Цель изобретения — повышение точноИзобретение относится к оптическому приборостроению и преднаэначенодля нераэрушающего контроля толщин слоев при изготовлении покрытий на оптических деталях.

Известен способ контроля толщин слоев в процессе их нанесения на подложку, заключающийся в том, что на подложку с наносимым покрытием направляют монохроматическое излучение и по степени его взаимодействия с подложкой и пленкой, например по достижению экстремального значения интенсивности излучения, судят о толщине наносимой пленки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, заключающийся в том, что монохроматическое

„, Ы,, 1746214 А1 сти нанесения пленки за счет точного определения момента прекращения ее нанесения. Пучок излучения с длиной Аволны падает на контролируемый образец (подложку) под углом р, до и в процессе нанесения пленки регистрируют интенсивность отраженного от образца линейно поляризованного излучения, При этом длинуу волны излучения и угол р освещения образца выбирают из условия d = б0К, где d — заданная толщина пленки; К = l,2,... — коэффициент;

d,= а /2 nа — а17 а, где и — показателе преломления материала пленки. Момент прекращения процесса нанесения пленки определяют по достижению К-й кратности равенства интенсивности отраженного ли- ф нейно поляризованного излучения до и в процессе нанесения пленки. 1 ил. ф линейно поляризованное излучение на- О, правляют под углом, отличным от нуля, на подложку, до нанесения и в процессе нанесения пленки регистрируют фазовую и амплитудную анизотропию отраженного излучения. Падающее на образец излучение пропускают через поляризатор, а отраженное от образца излучение — через анализатор. Плоскости поляризации поляризатора и анализатора во время нанесения вращают вокруг их оптической оси для обеспечения возможности измерения непрерывно изменяющейся с увеличением толщины наносимой пленки фазовой Л и амплитудной ф аниэотропии. Для определения значений Л и ф в каждый момент времени необходимо

Г«1Г12 1, добиться таких угловых положений поляризатора и анализатора, чтобы интенсивность излучения на выходе иэ анализатора была минимальной.

Недостатком способа является малая точность получения пленки с требуемой толшиной, Цель изобретения — повышение точности нанесения пленки.

С этОЙ целью при известном способе контроля толщины пленки в процессе ее нанесения, заключающемся в том, что до и в процессе нанесения пленки освещают контролируемый образец излучением с длиной волны il. под углом р, регистрируют интенсивность отраженного от образца линейно поляризованного излучения и определяют момент прекращения процесса нанесения пленки заданной толщины d, длину А волны излучения и угол р освещения образца выбирают из условия d=-d

При падении линейно поляризованного излучения длиной волны il на чистую поверхность образца, изготовленного иэ материала, показатель поглощения которого близок к нулю, под углом «р отраженное излучение будет также линейно поляризованным, так как разность фаз Р- и 5-компонент отраженного излучения равна 7i, пРи Углах паДениЯ Р< ««Ър или 0 пРИ Углах

Р > p, где Р5р «гол БРюстеРа длЯ данного материала.

При нанесении на поверхность образца слоя вещества, показатель преломления которого отличен от показателя преломления материала образца, а показатель поглощения близок к нулю, падающее линейно поляризованное монохроматическое излучение при отражении преобразуется в общем случае в эллиптически поляризованное излучение, так как разность фаз Р- и S-компонент отраженного излучения не равна 2г(или О), причем степень эллиптичности и направление большой оси эллипса определяется оптической толщиной слоя вещества.

Параметрй эллиптической поляризации отраженного излучения могут быть определены из уравнения, описывающего относительный коэффициент отражения рлинейно поляризованного излучения длиной волн ы 1., падающего под углом ««1 на слой вещества из окружающей среды

Г01 + Е Е Г12

ТЦ Ф вЂ” гдг — «

+ P. С Г01РГ120 — 2дг — 2 1

1+8 е Г01ь| 12s — 202 — 2 д1

ГО1Э + Е Е Г12S где Г01р и Г12р — коэффициенты отражения

Френеля для Р-компоненты излучения, относяа1иеся соответственно к границам раздела между окружающей средой и слоем вещества и слоем вещества и контрольным образцом;

Г01з и г,2s — коэффициеты отражения

Френеля для 8-компоненты излучения, относящиеся соотьетственно к тем же границам раздела, что и Го.р и г1гр; г — показатель преломления слоя веще0 — ва: — мнимая единица.

Анализ этого уравнения показывает, что в процессе нанесения на поверхность образца слоя вещества отраженное излучение становится линейно поляризованным и его азимут со падает с азимутом поляризации излучения, отраженного от чистой подложки, в сдвиг фаз между P- и -компонентами отраженного излучения становится равным ! « o (lip «1i > « ;р) ильф «pgp), т.е, сдвигу фаз для чистой подложки, когда оптическая толщина слоя кратна половине длины

ВОЛНЫ, Поэтому сущность изобретения заключается в том, чтобы контроль процесса нанесения слоя требуемой толщины осуществлять при таких длинах волны А излучения и угла

«0е о падения, при которых требуемая толщи;.а пленки d была кратна ). /2, т.е, d=Kdp, i40 где К вЂ” коэффициент кратности, равный

1,2,...,do— . а процесс нанесения пленки прекращать в момент достижения К-й кратности равенства интенсивности излучения, отраженного от подложки до нанесения пленки и в процессе ее нанесения, На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ. устройство содержит источник 1 излучения, вакуумную камеру 2 с окнами 3 и 4, поворотные зеркала 5 и 6, поляризатор 7, анализатор 8, светофильтр 9 и приемник 10 излучения, Излучение длинОЙ ВОлны k От источника 1 через окно 3 Вакуумной камеры 2 после отражения or поворотного зеркала 5 попадает на подложку 11, на которую необходимо нанести слой вещества 12 с показателем преломления и требуемой толщины. После

1746214

Формула изобретения

Составитель M.Ìèíèí

Техред М,Моргентал Корректор M.Äåì÷èê

Редактор H.Tóïèöà

Заказ 2387 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул Гагарина, 101 отражения от подложки 11 излучение направляется поворотным зеркалом 6 через окно 4 вакуумной камеры 2 на приемник 10 излучения. После источника излучения установлен поляризатор 7, а на пути излучения перед приемником 10 установлен анализатор 8, Поляризатор 7 и анализатор 8 установлены в устройства, обеспечивающие их вращение вокруг их оптической оси. Угол падения rp излучения на подложку 11 можно изменять путем изменения расстояния между поворотными зеркалами 5 и б при их одновременном повороте вокруг их осей.

Длина А волны излучения задается, например, светофильтром 9, устанавливаемым непосредственно после источника 1.

Техническое решение работоспособно в широком диапазоне длин волн (от ультрафиолетового до инфракрасного), что определяет, соответственно, и воэможность контроля толщин пленки широкого набора веществ.

Способ контроля толщины fltlBHKM процессе ее нанесения, заключающийся в

5 том, что до и в процессе нанесения пленки освещают контролируемый образец излучением с длиной волны А под углом Р, регистрируют интенсивность отраженного от образца линейно поляризованного излучения

10 и определяют момент прекращения процесса нанесения пленки заданной тол.цины d, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности нанесения пленки, длину А волны излучения и угол р освещения образца вы15 бирают из словия d=daK, где К=1,2,3...; dо= А/(2 п — sin p ); n — показатель преломления пленки, а момент прекращения процесса нанесения пленки определяют по моменту достижения К-й кратности равенст20 ва интенсивности отраженного линейно поляризованного излучения до и в процессе нанесения пленки,