Способ определения показателя преломления оптически прозрачных слоев

 

е вал тЬ OH не . %, М ни ч „»„ лиi тайм gg

Союз Советских

Социалистические ,Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к BBT. свид-ву(22) Заявлено 14.12.77 (21)2555694/18-25 (51)M; Кл.

G01К21 46 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР (23) П риоритет—

Опубликовано 05,06.80, Бюллетень ¹ 21.

Дата опубликования описания 09.06,80 (53) УДК 535.322..4 (088. 8 ) до делам изобретений и открытий

М. П. Бандура, В. П. Пашкуденко и B. A. Прохоров (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ СЛОЕВ

°...1

Изобретение относится к области ис следования и анализа физических свойств веществ путем измерения показатепя преломления оптически прозрачных слоев, используемых в оптике и радиэпектронике, особенно при получении новых диэлектри5 ческих, и Полупроводниковых споев.

Такие слои испопьзуются в качестве ,диэлектриков нленочных конденсаторов, активных йиеночных элементов, а также !

О для защиты от воздействия внешней среды (атмосферы, радиации и т.д;)", Исходными материалами для ттих служат двуокись кремния, супьфид кадмия, хапькогенидные стекла, слюда, кремний и др.

Тонкие слои из этих веществ являются оптически прозрачными в определенном интервапе длин вопи, что позволяет опредепять их показатель преломпения.

Известен способ измерения показателя преломления прозрачных твердых тел, в соответствии с которыми образец и этапон располагают таким образом, чтобы их скошенные грани пересекали полосы

2 интерференционного поля, и о значении показатепя преломления судят по велитине сдвига полос интерференционного попя в выбранной точке образца отис ситепьно поля эталона (1) .

Известный способ имеет недостатоктребует применения эталона и образца со специально созданной конфигурацией - скошенными гранями, что не всегда выполнимо„ особенно в случае получения новых материалов и отсутствия эталона, а также применения имерсии. Такой способ крайне сложен дпя определения показателя преломления слоев.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ определения показателя преломления оптически прозрачных тонких слоев, заключающийся в измерении на интерферометре сдвига между системами интерференционных полос, образованных при от ражении луча от наружной поверхности пленки, от незащищенной поверхности подложки (дпя чего в пленке делают з 73938 бороздку глубиной, равной толщине измеряемой пленки) и от второй поверхносt ти напиленной пленки (границы раздела пленка — подложке). Показатель преломления вычисляют из отношения сдвига между сериями интерференционных полос и делениях окулярного микроскопа, образованных отражением луча от первой и от второй поверхности пленки к сдвигу между сериями интерференционных полос от первой 0 поверхности и от незащщценной части подложки (21 .

Однако известный способ является .разрушающим, так как в пленке предваритель но перед измерением необходимо сделать бороздку глубиной, равной толщине измеряемой пленки, причем ширина бороздки должна быть соизмерима с шириной пленки.

3 4 наблюдают в области редуцированной ил<х.— кости с использованием рассеянного монохроматического излучения.

Кроме того, сдвиг между системами интерференционных полос определяют по величине вертикального перемещения объектива микроинтерферометра.

Принципиальное отличие данного способа определения показателя преломления оптически прозрачных слоев от известного заключается в измерении показателя преломления .слоя без предварительного знания его толщины или разрушения.

Выделение серии интерференционных полос, наблюдаемых при совмещении плоскости визирования с редуцированной гранью, осуществляется использованием в качестве осветителя рассеянного монохроматического излучения Не-Мелаэера. При этом геометрические размеры образца и его расположение остаются неизменными.

Пример. Проводят определение показателя преломления слоя слюды толщиной 14 мкм. Измеряемый образец помещают на предметный столик интерференционного микроскопа МИИ.-4. Наводят ре.-.. кость на поверхность образца, при этом наблюдается система интерференционных полос, образованных лучами, отраженными от наружной поверхности образца и от опорного зеркала. При этом выставляк1т на ноль индикатор перемещения объектива головки микроскопа. Затем с помощью микрометрического лимба настройки перемещают плоскость визирования по глубине слоя до появления в окуляре микроскопа второй системы интерференционных полос, образованных взаимодействием рассеянных монохроматических лучей. Не- М лазера, отраженных от внутренней поверхности и опорного зеркала и наблюдаемых в момент прохождения редуцированной плоскости. При етом снимают показания индикатора (сдвиг от первой до второи системы полос - С = 9,0 мкм). Далее перемещают плоскость визирования по глубине образца с помощью лимба до появления третьей системы интерференционных полос и снимаот показания индикатора от первой до третьей системы полос Д = 22,1 мкм. Показатель преломления вычисляют как корень квадратный из отношения большего значения сдвига к меньшему, т.е, Кроме того, если пленка прочная и име20 ет хорошую адгезию с основанием или же физико-химические свойства близкие поддойке, то выполнить такое условие практически невозможно без разрушения подложки (например, пленка кремния на кремнии).

Толщина полученного слоя заранее неиз-. вестна, и ее измерение представляет со- . бой самостоятельную задачу, для решения которой оптическими методами необходимо знание показателя преломления

Зо вещества в слое.

Недостатком известного способа иъ мерейия показателя преломления является также. и относительно узкий интер I g вал используемых толщин слоев (1-20 мкм).

Цель изобретения — получение возможкости определения показателя преломления оптически прозрачных слоев с неизвестной толщиной беэ их разрушения и увеличения

40 пределов измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от известного способа, заключающегося в измерении сдвига между системами интерференционных полос наб 45 людаемых в микроинтерферометре определяют при последовательном перемещении плоскости визирования по глубине слоя сдвиг от первой системы интерференционных полос, образованными при помощи пер50 вой по ходу луча поверхностью слоя, до второй и третьей поочередно появляющихся систем интерференционных полос, образованных лучами от второй поверхности слоя а показатель преломления вычисляI

55 ют как корень квадратный из отношения величины большего сдвига к меньшему.

Другое отличие состоит в том, что вторую систему интерференционных поло .

Предлагаемый способ определения по

7393

3р

Составитель А. Шуров

Редактор С. Тараненко Техред Н. Бабурка Корректор С. Шомак .

Заказ 3025/6 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 каэател я преломления оптически прозрачных слоев обеспечивает определение показателя преломления слоев (пленок) с неизвестной толщиной без их разрушения и устраняет необходимость получения и измерения контрольных .образцов для разру шающих методов измерения, расширяет диа-- пазон и повышает точность измерений (для

МИИ-4 можно успешно применять предлагаемый способ, когда толщина слоев на- ip ходится в интервале 1-1000 мкм), обеспечивает экспрессность измерений, простоту обработки результатов измерений и реализацию способа.

Предлагаемый способ позволяет создать is автоматическое устройство измерения показателя преломления различных веществ.

Для осуществления способа не нужны эталонные образцы и различные модулирующие системы, что дает значительную Zp экономию в народном хозяйстве.

Применение неразрушающего способа определения показателя преломления особенно важно при исследовании и контроле в производстве новых .тонкослойных 2s покрытий, эпитаксиальных структур, интегральных схем и дискретных полупроводниковых приборов, а также в оптике, Формула изобретения

1. Способ определения показателя преломления оптически прозрачных слоев, заключающийся в измерении сдвига между системами интерференционных полос, наблюдаемых в микроинтерферометре, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью

83 6 получения возможности определения показателя преломления слоев с неизвестной толщиной без их разрушения и увеличения пределов измерения, определяют при последовательном перемещении плоскости визирования по глубине слоя сдвиг от первой системы интерференционных полос, образованных при помощи первой по ходу луча поверхностью слоя, до второй и третьей поочередно появляющихся систем интерференционных полос;, образованных лучами, отраженными от второй поверхности слоя, а показатель преломления вычисляют как корень квадратный из отношения величины большего сдвига к меньшему.

2. Способ определения показателя преломления по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что вторую систему интерференционных полос наблюдают в области редуцированной плосКости с использованием монохроматического излучения.

3. Способ определения показателя преломления по пп, 1 и 2, о т л и ч аю шийся тем, что сдвиг между системами интерференционных полос определяют по величине вертикального перемещения объектива микроинтерферометPB„

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Л". 553525, кл. G 01 М 21/46, 1975.

2. Коршунов В. Д. Определение коэффициента преломления тонких пленок, "Иэмерител ьная техник а", М 1, 1 96 7, с. 84 (прототип).