Устройство для измерения толщины и показателя преломления пленки

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 09) ( САНИ,", сл.,.ь ВЪЗР Сви нГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ЙЕ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГ(56) 1, Резвый Р.Р. и Финарев М.С.Эллипсометрические методы исследования и контроля в полупроводниковоймикроэлектронике- "Обзоры по электронной технике", МЭП, 1977.2, Смирнов И,К. и др. Установкаконтроля толщины и показателя прелом.ления прозрачных диэлектрическихпленок. - "Оптика и спектроскопия",1979, т, 47, с,988 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ И ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПЩНКИ, содержащее предметный столик, выполненный с возможностью поворота вокруг оси вращения, параллельной плоскости этого столика, планку, установленную с возможностью поворо" та вокруг той же оси вращения, последовательно расположенные перед предметным столиком источник параллельного монохроматического и линейнополяризованного света, четвертьволновую фазовую пластинку и поляризатор, фотоэлемент, расположенныйна планка, о т л и ч а ю щ е с ятем, что с целью повышения производительности измерения, оно снабженпрозрачной плоскопараллельной диэлектрической пластиной, установленой на планке под углом к направлению распространения отраженногопленкой светового потока, равнымуглу Брюстера для этой пластины,при длине световой волны источника параллельного монохроматического и линейно-поляризованного авета, двумя поляризаторами, расположенными соответственно на путиотраженного пластиной и прощед- .шего через нее светового потока,и вторым фотоэлементом, распоЛоженным за одним из поляризаторов,а первыи фотоэлемент установлен задругим поляризатором.Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно, к устройствам для определения оптических констант и толщин тонких пленок, и предназначено для использования в составе экспериментальных установок или стендов контроля показателя преломления и толщины эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок полученных на толстых (по сравнению с пленкой) прозрачных гал лий-гадолиниевых подложках, показа- тели преломления и поглощения которых близки к показателям преломления и.поглощения пленок или свободны от подложек. 15Известно устройство для определения оптических констант и толщины пленок, содержащее предметный столик, планку с установленным на ней Фотоэлементом, источник. света Фазо вую пластинку и поляризатор 1.(.Недостатком этого устройства является необходимость многократной перенастройки оптической системы устройства в процессе измерений путем поворота Фазовой плас- тинки и поляризатора, что ограничивает возможность увеличения быстродействия измерительной установки,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст ройство для измерения толщины и показателя преломления пленки, содержащее предметный столик, выполненный с возможностью поворота вокруг оси вращения, параллельной плос- . З 5 кости этого столика, планку, уста новленную с возможностью поворота вокруг той же оси вращения, после. довательно расположенные перед предметным столиком источник параллель ного, монохроматического и линейно . поляризованного света, четвертьволновую фазовую пластинку и поляризатор, фотоэлемент, расположенный на планке 2 .45Недостатком известного устройства является низкая производительность измерения, поскольку получение интерференционной картины и измерение угла, Брюстера с его помощью проводятся раздельно во времениПереход от одного из этих измерений к другому осуществляется путем поворота поляризатора, что также удлиняет процесс измерений.Цель изобретения - повыщение произ-. водительности измерения.Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения тоюпщииы и показателя преломления пленки, со.,держащее предметный столик, выполнен.60 ный с возможностью поворота вокруг оси вращения, параллельной плоскости этого столика, планку, установленную с возможностью поворота вокруг той же оси вращения, последовательно 65 расположенные перед предметным столиком источник параллельного, монохро-матического и линейно поляризованного света, четвертьволновую фазовую пластинку и поляризатор, фотоэлемент, расположенный на плавке, снабжено прозрачной плоскоспараллельной диэлектрической пластиной, установлен- ной на планке под углом к направлению распространения отраженного пленкой светового потока, равным углу Брюстера для этой пластины при длине световой волны источника параллельного монохроматического и линейно поляризованного света, двумя поляризаторами, расположенными соответственно на пути отраженного пластиной и прошедшего через нее светового потока, и вторым фотоэлементом, расположенным за одним из поляризаторов, а первый фотоэлемент расположен за другим поляризатором.На чертеже изображена принципиальная схема устройства для измерения толщины и показателя преломления пленки.Устройство содержит йсточник 1 параллельного монохроматического и линейно поляризованного света (лазер), четвертьволновую Фазовую пластинку 2, поляризаторы 3-5, предметный столик б, планку 7, прозрачную плоскопараллельную диэлектрическую пластину 8, фотоэлементы 9 и 10. На чертеже показаны также состояния поляризации световых пучков В, Еп, Ер - электрические векторы световой волны б. - нормаль к пленке 11, п - нормаль к прозрачной плоскопараллельной диэлектрической пластине 8,- угол падения света на пленку 11, - угол падения света иа прозрачную плоскопараллельную диэлектрическую пластину 3, равный углу Брюстера для этой пластипи при длине световой волны источника 1 параллельного, монохроматического и линейно поляризованного света, .- "угол между электрическим вектором Е падающей на пленку 11 световой волны и плоскостью падения, А-А - ось вращения предметного столика б и планки 7, О - точка пересечения оси светового пучка с осью вращения предметного столика 6 и планки 7Устройство работает следующим об;разом.Для правильной работы устройства необходимо провести его отладку. С этой целью помещают на предметный столик б контролируемую пленку 11 и поворотом предметного столика б устанавливают угол падения света на пленку 1190. При этом с помощью регулировочного механизма источника 1 параллельного монохроматического и линейно поляризованно" го света направляют световой пучоктак, чтобы ось этого пучка была перпендикулярна к оси вращения предметного столика б и планки 7 и пересекалась с нею, а световые потоки,отраженные от пластины 8 и прошедшие через нее, падали бы соответственно на Фотоэлементы 9 и 10 черезполяризаторы 5 и 4. С помощью регулировочного механизма предметногостолика б совмещают плоскость пленки 11 с названньцчи выше осями. Это 16Нужно для того, чтобы при поворотепредметного столика б с пленкой 11световые лучи, отражающиеся от пленки 11 и попадающие на светочувствительные слои Фотоэлементов 9 и 10 15не смешались относительно этих слоев.Четвертьволновую Фаэовую пластинку 2поворачивают и Фиксируют в таком положении, при котором изменение интенсивиости проходящего через поляри Озатор 3 света при вращении этогополяризатора минимально. При этомполяризация света, проходящего черезчетвертьволновую Фазовую пластинку 2,близка к круговой. Поворотом предмет ного столика б устанавливают уголпадения света на пленку 11 Ч 3 ъбОф. Поворотом поляризатора 3 добиваютсяминимума освещенности Фотоэлемента 10.Последовательно доворачивают предметный столик б и поляризатор 3 до получения наиболее глубойого минимума освещенности Фотоэлемента 10. При этомугол падения света на пленку 11 равен углу Брюстера для этой пленкипри длине световой волны источника 1параллельного монохроматического илинейно поляризованного света, а плоскость полярйзации падающего на пленку 11 света перпендикулярна плоскости падения. Не меняя положения пред Ометного столика 6 и полязиратора 3,поворачивают поляризатор 4 и Фикси.руют его в таком положении, при котором.освещенность Фотоэлемента 10максимальна. После этого поляризатор 4 будет пропускать только свет,поляризованный перпендикулярно плоскости его падения на пленку 11,электрический вектор которого Ерлежит в плоскости падения. Не меняяположения предметного столика б,поворачивают поляризатор 3 на угол,примерно равный 90 , Поворотом поляризатора 5 добиваются максимума освещенности фотоэлемента 9. Последовательно доворачивают поляризаторы 3 и 5 до получения наибольшейосвещенности фотоэлемента 9, послечего положение поляризатора 5 фиксируют, Посде этого поляризатор 5будет пропускать только свет, поляризованный в плоскости его паденияна пленку, электрический вектор которого Е перпендикулярен плоскостиВИИИПИ Заказ 312/38Филиал ППП Патака и Г,падения, Поворотом предметного столи.ка 6 устанавливают угол падения света на пленку (5 ф , Поворачиваютполяризатор 3 и фиксируют его в такомположении, при котором направлениеэлектрического вектора Е падающейна пленку 11 световой волны составляет с плоскостью падения уголь%45.Это положение поляризатора 3 является средним между такими двумя егоположениями, при которых интенсивность света, отраженного прозрачнойплоскопараллельной диэлектрическойпластиной 8, минимальна и максимальна, При необходимости угол 8 можноизменить. При этом изменится соотношение между величинами отраженногоот прозрачной плоскоспараллельнойдиэлектрической пластины 8 и прошедшего через нее световых потоков,Отладка оптической системы устройства производится один раз при егосборке и в процессе дальнейшей работы не требуется,Далее устройство работает следующим образом.На предметный столик б помещаютконтролируемую пленку 11 и с помощьюрегулировочного механизма предметно-го столика совмещают плоскость пленки 11 с осью вращения предметногостолика 6 и планки 7. Равномерноповорачивая предметный столик б, увеличивают угол падения света на пленку р в интервале 5 - 85 , При этомв зависимости от интенсивности света, прошедшего через поляризатор 4,от угла падения ф , а следовательно, и в аналогичной зависимостидля величины Фототока в цепи фотоэлемента 10, наблюдается глубокий минимум при значении угла, равногоуглу Врюстера для контролируемой пленки 11. Зависимость интенсивности света, прошедыего через поляризатор 5,от угла ц , а следовательно, и аналогичная зависимость для величиныФототока в цепи фотоэлемента 9,определяется интерференцией света впленке, а также наличием монотонновозрастающей при увеличении углакомпоненты интенсивности в отраженном пленкой 11 свете. Эта компонента интенсивности отраженного пленкой 11 света исключается из результатов измерений при их математической обработке,Использование предложенного устройства приводит к уменьшению затратвремени на проведение измерений толщины и показателя преломления пленки, что позволяет повысить производительность измерения. Кроме того,проведение измерений без перенастройки оптической системы устройства упрощает работу обслуживающего персонала.Тираж 587 ПодписноеУжгород, ул. Проектная,4