Способ измерения толщины тонких прозрачных пленок

 

!

1 11 5563 I3

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сои|э Слеетсккн

Сониэлиатическик

Реслуолик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26,11.74 (21) 2077763/28 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.04.77. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 22.06.77 (51) М. Кл г 6 01Â 11 06

Государственный комитет

Совета 1Иинистров СССР (53) УДК 667.783(088.8) по делам иэооретений и открытий (72) Авторы изобретения

В, Я. Левин и С. И. Соскин (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИ Н Ы ТОНКИХ

ПРОЗРАЧНЫХ ПЛЕНОК при m(0

Л = — 0,5+ т

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в устройствах оптической обработки информации, голографии и фазовоконтрастной микроскопии для контроля оптической толщины фазовых элементов и фильтров.

Известен способ измерения оптической разности хода и оптической толщины, основанный на использовании интерференционной микроскопии.

Точность двухлучевых пптерференционных микроскопов не превышает л/10, где л — длина света. B применяемые многолучевые интерференционные микроскопы входит сложный в изготовлении интерферометр Фабри-Перо.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения ci(орости образования и толщины пленок, заключающийся в том, что плоскую аксиальпую волну от когерентного источника света направляют на фазовую дифракционную решетку, изготовленную в качестве образца-свидетеля одновременно с контролируемой пленкой, и, учитывая дифракционную картину, судят о толщине пленки.

В этом способе фазовая дифракционная решетка работает на отражение. Разность фаз отраженного излучения не учитывает оптические свойства фазосдвигающего слоя, поэтому для измерения оптических толщин элементов, работающих на пропускание, способ непригоден. Точность измерения составляет /8, где

i. — длина волны излучения.

Целью изобретения является повышение

5 точности измерения оптических толщпн (оптической разности хода) и разности фаз.

Для этого световую волну дополнительно пропускают через амплитудный растр с изменяемым параметром и с пространственной ча1р стотой, равной частотс д!|фракционной решетI(II, и через полол!!телы! ю линзу, передшьй фокус которой совпадает с плоскостью решетки, !1зм сряют В задней фокалы|ой плоскoc I II последовательные гашения дпфракционных

15 максимумов, вызванные пзмене|шем пара,lcTра растра, а ко11трол1!руемую велич!111 Вычисляют по формуле.1 = — 0,5 — 1" при:n 0, (1) т 1 2

25 где Л вЂ” оптическая разность хода;

l — период растра;

/, — длина волны; т — порядок дифракц|ш; х — изменение параметра (шпрпны щели)

33 растра.

556313

На чертеже показано устройство для реализации предлагаемого способа. Поток когерентпого излучения от лазера 1 расширяется телескопической системой 2 II освещает фазовую днфракциопную решетку 3, проходит через нее и падает на периодические транспаранты 4, 5 с периодом, равным периоду фазовой дифракционной решетки. Транспаранты 4 и 5 представляют собой тонкие непрозрачные экраны с прорезанными на них щелями, пропускающиIIII световой IIQTQIl, 111? H leis 1? асстояние ?Ie?K,(l? щелямп равно ширине щелей. Транспаранты перемещаются во взаим1 о противоположных направлениях параллельно направлен:llo Нериодизма фазовой дифракционной решетки.

Совокупное действие транспарантов образует растр с переменной шириной щелей. Изменение ширины щелей растра позволяет регистрировать в заднем фокусе линзы б, 11ерсдний фокус которой совмещен с фазовой дифракционной решеткой, последовательнь:е гашения дифракционных максимумов.

Дифракционная картина регистрируется прп помощи микроскопа 7, в плоскости пространственного спектра 8 совпадающей с задней фокальной плоскостью линзы. Пространственный спектр представляет ряд узких дифракционных максимумов на темном фоне. Относительная Величина максимумов определяетс» измеряемой разностью фаз и значением параметра растра, в соответствии с уравнением

si па /г — — х — и макс в1п 9 "" (— —.)

) сов k х +

/ И

sin - (Ю sin 0)

sin - I sin 8)

2 где I — интенсивность света ь пространственном спектре;

l — период растра;

Л вЂ” число периодов растра;

Π— угол дифракции;

k — волновое число; оср — разность фаз лучей, прошедших через выступы и выемки дифракционпой решетки; х — значение параметра растра.

Б уравнении (2) член

/ И

sin N sin 111

/ И

sin"- I sin (э характеризует функцию отсчета, представляющую собой последовательность периодически повторяющихся дифракционных максимумов, величина которых пропорциональна N, Эти максимумы — главные, между HHMH можно. наблюдать N — 2 побочных максимумов, пренебрежимо малых по сравнению с главнымн максимумами при N)10. Произведение функций описывает огибающую функции отсчета. Как видно из уравнения (2), огибающая гасит ди

15 фракционные маскимумы функции отсчета независимо от значения l?Ip при x=l(1 (3), 4т,(( где т=+4, +5, +б... — номер дифракционного максимума. Помимо ожидаемых гашений

2д дифракционных максимумов, определяемых условием (3), в зависимости от значения Ьр наблюдают гашения дифракционных максимумов функции отсчета при

25 l (1 1 оу х= — ) при 7г)ор)0

2 m 2 пп(и) l / 1 1 о(р х = — — + — — — ) при (о (х(0 (4) где Лх — погрешность параметра растра, зависит от точности направляющих периодических транспарантов и составляет 2 мкм;

hm — погрешность при наблюдении гашения дифракционного максимума, зависит от уровня рассеянного света и не превышает 0,1;

1 — чисто конструктивно выбираем равным 1 мм.

Эти конкретные значения параметров схемы, являющейся одной из возможных реализаций способа, дают оптимальное значение т=7, т. е. в данном случае измерение целесообразно проводить в области седьмого дифракционного максимума, Таким образом, предлагае55

Следовательно, для д 11 (=0, изменяя х в пределах от 0 до l/4, наблюдаем последовательные гашения дифракционных максимумов, причем в отличие от гашений, описываемых формулой (3), когда гасятся одновременно положительные и отрицательные максимумы одного номера, здесь имеет место гашение дифракционных максимумов либо только с положительным номером, при о1р(0 или только

4р с отрицательным номером при 6cp)0. Решая уравнения (4) относительно оср, находим искомую величину. ггаибольшая точность измерений оптических толщин дост1ггается в случае проведения из45 мерений в области дифракционного максимума, определяемого по формуле ш= 1- (5) 556313

Формула изобретения с при т)0, l 2

Л= (0,5 т

Составители т1. Чигваоин

Редактор О. Юркова

Текред Е. Хмелева Корректор А. Степанова

Заказ 1392, 1б Изд. № 409 Тираж 907 Подписное

Ц111 1.1i. 11 Г с, д";. ñ" венного коми е. а Сонета Мипис пров СССР ис .",елаi : I:çîáðåòåïèé t: откр

113035, Москза, Ж-35 Р "тt,c: ". 1 и в - 5

Типографии, Hp. Сапунова, 2 мый способ позволяет увеличить точность измерения оптических толщин до величины л/40, в то время как точность измерения известным способом (прототип) л/8.

Способ измерения толщины тонких прозрачных пленок, заключающийся в том, что плоскую аксиальную световую волну от когерентного источника света направляют ",,;азовую дифракционную решетку, изготовленную в качестве образца-свидетеля одновременно с контролируемым объектом, и, учитывая создаваемую дифракциопную картину, судят о толщине пленок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля толщины, световую волну дополнительно пропускают через амплитудный растр с изменяемым параметром и с пространственной частотой, равной частоте дифракционной решетки, и через положительную линзу, передний фокус которой совпадает с плоскостью решетки, измеряют в

5 задней фокальной плоскости последовательные гашения дифракционных максимумов, вызванные изменением параметра растра, а контролируемую,".еличину вычисляют по формуле и Л = /0,5+ — — " 1 пРи т(0

15 где Л вЂ” оптическая разность хода;

1 — период фазовой решетки и растра;

1. — длина волны; х — изменение параметра; п1 — порядок дифракции.

I ! !