Интерференционный толщиномер

 

ОП ИСАНИЕ

И 3 О Б Р E Т Е Н И Я.

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

rrr>819585 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 26.11.75 (2I) 2193291/18-28 (51)М. Кл з

G 01 В 21/08 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 07.04,81.Бюллетень №13 (53) УДК 531.

° 717(088.8) Дата опубликования описания 08. 04. 81 (72) Авторы изобретения

A.A. Галузо, В.A. Добрыдень, О.К. Илюнин и С.И. Столяров (7! ) Заявитель

Харьковский институт радиоэлектроники (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫИ ТОЛЦ ИНОМЕР

Изобретение относится к области измерения и контроля толщины тонких пленок, например эпитаксиальных пленок кремния. интерференционным методом и может быть использовано в цветной металлургии при производстве полупроводниковых структур.

Известнр устройство, содержащее спектрофотометр и служащее для контроля толщины пленки в процессе ее выращивания (11. Это устройство не позволяет, однако, измерять толщину уже выращенной пленки.

Наиболее близким к изобретению является интерференционный толщино- 15 мер, содержащий спектрофотометр, детектор максимумов, входом подключенный к выходу спектрофотометра, счетчик интервалов, сигнальный вход которого соединен с выходом детек- 20 тора максимумов, блок управления, первый вход которого соединен с выходом детектора максимумов, в.горой с выходом конца развертки спектрофотометра, а первый выход — с управляющим входом счетчика интервалов, и регистрирующий прибор <2).

Этот толщинометр обладает методической погрешностью, обусловлен- 30 ной вычислением результата измерения

d по приближенной формуле д = а (К-1)/(як - „), где а — константа, зависящая от материала пленки;.

К вЂ” число .максимумов интерференционной картины °

4„Я„- волновые числа, при которых наблюдаются первый и последний максимумы.

Однако эта формула является приближенной, .более точный результат дает вычисление толщины по формуле

al n 1 .а= — „р

1=1 1+1- 1 где n = К-1, т. е. число интервалов между максимумами интерференционной картины.

Известный толщиномер не позволяет, кроме того, контролировать длительность каждого иэ укаэанных интер-валов, что может быть весьма важно в практике измерений.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что толщиномер снабжен и блоками преобразования, логическим бло819585

Устройство содержит спектрофотометр 1, имеющий линейную по волновым числам развертку спектра во времени, детектор 2 максимумов, подключенный входом н выходу спектрофотометра 1 и генерирующий на выходе короткие импульсы в моменты максиму- 45 мов интерференционной картины; блок

3 управления, координирующий работу других блоков и подключенный одним входом к выходу конца развертки спектрофотометра, другим — к выходУ де- 50 тектора 2 максимумов, объединенному с сигнальным входом счетчика 4 интервалов, служащего для фиксации числа интервалов между пройденными максимумами интерференционной картины, разрядные выходы которого соединены со входами цифрового управляемого резистора 5, .проводимость которого пропорциональна (за исключением начального значения) числу пройденных интервалов интерференционной картины, 60 и со входами логического блока 6, обеспечивающего изменение режима работы устройства в соответствии с числом пройденных максимумов интерференционной картины. 65 ком, усилителем постоянного тока, цифровым управляемым резистором, генератором импульсов и источником эталонного напряжения, разрядные выходы счетчика интервалов соединены со входами логического блока

5 и цифрового управляемого резистора, включенного в цепь обратной связи усилителя постоянного тока, выход которого соединен со входом регистриру его прибора перв" вторые . 10 и третьи входы блоков преобразования соединены соответственно с выходом генератора импульсов,. подключенного входом ко второму выходу блока управления, с выходом источника эталонного напряжения и с третьим выходом блока управленияу четвертые входы блоков преобразования соединены с выходами логического блока, а выходы объединены и соединены со входом усилителя постоянного тока.

Кроме того, каждый блок преобразования содержит два ключа, счетчик и подключенный к его разрядным выходам цифровой управляемый резистор, включенный между вторым входом и выходом блока преобразования, сигнальные входы первого и второго ключей являются соответственно первым и третьим входами блока преобразования, а их выходы соединены 30 соответственно с сигнальным и управляющим входами счетчика, управляющие входы ключей объединены и образуют четвертый вход блока преобразования. 35

На фиг. 1 представлена блок-схема толщиномера; на фиг. 2 — структура блока:преобразования.

Кроме того, Устройство включаеf усилитель 7 постоянного тока, в цепь отрицательной обратной связи которого включен цифровой управляемый резистор 5, а выход соединен со входом регистрирующего прибора 8, генератор 9 импульсов, вход которого соединен со вторым выходом блока

3 управления, источник 10 эталонного напряжения и п блоков 11 преобразова ния, первые входы которых соединены с выходом генератора 9 импульсов, вторые — с выходом источника 10 эталонного напряжения, третьи — с третьим выходом блока 3 управления, четвертые — с выходами логического блока 6, а выходы объединены и соединены со входом усилителя 1 постоянного токау1-й блок преобразования (i=1, 2, и) служит для преобразования длительности (," i-го интервала между максимумами интерференционной картины в пропорциональную ей (за исключением начального значения) величину сопротивления.

Каждый блок преобразования содержит (фиг. 2) первый и второй ключи 12 и 13 соответственно, счетчик 14 и подключенный к его разрядным выходам цифровой управляемый резистор 15, включенный между вторым входом и выходом блока преобразования, сигнальные входы первого и второго ключей яьляются соответственно первым и третьим входами блока преобразования, а выходы их соединены соответственно с сигнальным и управляющими входами счетчика 14. Управляющие входы ключей объединены и образуют четвертый вход блока преобразования.

При нулевом содержимом счетчиков сопротивление резистора 15 первого блока 11 преобразования равно В фО, а резисторы остальных блоков представляют собой разрыв цепи., Толщиномер работает следующим образом.

После установки пленки, толщина которой подлежит измерению, в спектрофотометр 1 и его запуска (одновременно запускается блок 3 управления ) формируются импульсы на первом и третьем выходах блока 3. Управления. Импульс с первого выхода устанавливает счетчик 4 интервалов в исходное состояние, при котором единичный потенциал имеется на всех выходах логического блока 6, т.е. все ключи блоков 11 преобразования открываются и импульс с третьего выхода блока 3 управления проходит на управляющие входы счетчикоэ 14 всех блоков преобразования, устанавливая эти счетчики в нуль. При указанном исходном состоянии счетчика 4 интервалов проводимость цифрового управляемого резистора 5 не равна нулю.

819585

Первый импульс с выхода детектор» ? максимумов переводит счетчик 4 интервалов в состояние, при котором единичный потенциал имеет только один выход логического блока 6, соединенный со входом первого блока 11 преобраэования. Блок 3 управления сигналом со второго выхода запускает генератор 9 импуль сов, выходные импульсы которого начинают поступать на счетчик 14 блока 11 преобразования. Второй им— пульс с выхода детектора 2 максимумов переводит счетчик 4. интервалов, снабженный цепью циклического переноса, в состояние 00...01, при котором возбужден выход логического блока 6, соединенный со входом второго блока 11 преобразования. Таким образом, с этого момента импульсы с выхода генератора 9 будут поступать на счетчик 14 второго блока 11 преобразования, на счетчике же первого блока преобразования останется зафиксированным число, пропорциональное длительности первого интервала между максимумами интерференционной картины.

Далее схема работает аналогично.

Каждый импульс с выхода детектора 2 максимумов увеличивает на единицу содержимое счетчика 4 интервалов и переключает через логический блок 6 выход генератора 9 импульсов на вход счетчика следующего блока преобразования. При этом проводимость. цифрового управляемого резистора 5 оказывается пропорциональной числу пройденных интервалов между максимумами интерференционной картины, а сопротивление цифрового управляемого резистора i-го блока преобразования — пропорциональным длительности i-ro иэ указанных интервалов. где Š— выходное напряжение источника 10 эталонного напряжения;

Ф т.е. результат измерения, фиксируе мый регистрирующим прибором 8, в некотором масштабе представляет толщину пленки образца, установленного в спектрофотометр.

Масштаб можно изменять нерперывно или дискретно, регулируя, например, величину Е или.частоту импульсов генератора 9.

О

Формула изобретения

1.Интерференционный толщиномар, 15 содержащий спектрофотометр, детектор максимумов, входом подключенный к выходу спектрофотометра, счетчик интервалов, сигнальный вход которого соединен с выходом детектора макВ момент окончания развертки спектрофотометра 1 возникает импульс на его выходе, соединенном со входом блока 3 управления. Получив этот импульс, блок 3 управления прекращает работу генератора 9 импульсов и формирует импульс на третьем выходе. Этот импульс поступит на управляющий вход счетчика тблько одного блока 11 преобразования, номер которого на единицу больше номера последнего интервала между максимумами интерференционйой картины, соответствующий счетчик будет возвращен в нуль, т.е. его цифровой управляемый резистор будет разомкнут, Напряжение, которое установится на выходе усилителя 7 после окончания развертки спектрофотометра, выразится формулой симумсв, блок управления, первый вход которого соединен с выходом детектора максимумов, второй — с выходом конца развертки спектрофотометра, а первый выход — с управляющим входом счетчика интервалов, и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ и и с в тем, что, с целью повышения точности и расширения. функциональных возможностей, он

Зр.снабжен и блоками преобразования, . логическим блоком, усилителем постоянного тока, цифровым управляемым резистором, генератором импульсов и источником эталонного напряжения, разрядные выходы счетчика интервалов соединены со входами логического блока и цифрового управляемого резистора, включенного в цепь обратной связи усилителя постоянного тока

4р выход которого соединен со входом регистрирующего прибора, первые, вторые и третьи входы блоков преобразования соединены соответственно с выходом генератора импульсов, 45 подключенного входом ко второму выходу блока управления, с выходом источника эталонного напряжения и с третьим выходом блока управления, четвертые входы блоков преобразования соединены с выходами логического блока, а выходы обьединены и соЕдинены со входом усилителя постоянного тока.—

2..Интерференционный толщиномер поп. 1, отличающийся тем что Каждый блок преобразования

1 содержит два ключа, счетчик и подключенный к его разрядным выходам цифровой управляемый резистор, включенный между вторым входом и выхоQQ дом блока преобразрвания, сигнальные входы первого и второго ключей являются соответственно первым и третьим входами блока преобразования, а их выходы соединены соотг ветственно с сигнальным и управляю819585

Составитель A. Куликов

Редактор О. Филиппова Тех ед М.Кошт а Ко ектор В. Б тяга

Закаэ 1365 7 Тираж 642

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретеннй иоткрытий

113035 Москва Ж"35. Ра ская наб. д. 4 5

Подписное филиал ППП Патент, .r..Óæãîðîä, ул. Проектная, щнм входами счетчика, управляющие входы ключей объединены и обраэуют четвертый вход блока преобразования

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ClIIA М 2312691, кл. 356-108, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2157728, кл.G 01 В 19/38, 1975, (прототип);