Способ определения толщины слоя и его показателей преломления и поглощения

Номер патента: 855448

Авторы: Биленко, Дворкин

ZIP архив

Текст

О П И С А Н И Е , 855448ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликОпубликовано5.08.81. Бюллетень30 по делам нэобретений и открытий.Дата опубликования описания 17.08,8 2) Авто иленко и Б. А. Дворкин изобретени Научно-исслед ордена Труд ательскии институт механики и ф ого Красного Знамени государстим. Н. Г. Чернышевского Заявитель 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ И ЕГ ПОКАЗАТЕЛЕЛ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ПОГЛО 1 ЦЕНИЯИзобретение относится к измерительной технике и может найти применение при измерении оптическими методами параметров тонких металлических, полупроводниковых и диэлектрических слоев, оптическая толщина которых меньше длины волны применяемого для измерения излучения.Известен способ измерения показателя преломления и толщины тонкого слоя путем помещения слоя, нанесенного на поглошающую подложку, поочередно в две иммерсионные среды и измерения в этих средах разности фаз между ортогональными компонентами электрического поля, направленного на слой оптического сколлимированного монохроматического, поляризованного излучения и расчета искомых величин по формулам 1.Способ не позволяет измерять показатель поглощения слоя, так как предназначен для определения параметров прозрачных слоев.Известен также способ измерения показателей преломления и поглощения тонкого слоя и его толщины путем направления на слой, напел нный на поглошающую подложку, оптичес когоколлимированного, монохроматического поляризованного излучения,. измерения изменений в поляризационных характеристиках отраженного излучения и энергетического коэффициента отражения и расчета по формулам искомых величин 2.Однако способ обладает низкой точностью измерения показателя поглощения слоя вследствие однократного взаимодействия анализируемого излучения со слоем.Наиболее близким по технической сущности к данному изобоетению является способ измерения показателей преломления и поглощения тонкого слоя и его толщины, нанесенного на прозрачную для анализируемого излучения подложку, путем направления на слой оптического сколлимироввнного, монохроматического поляризованного излу. чения, измерения поляризационных характеристик отраженного излучения и энергетического коэффициента пропускания слоя и расчета искомых величин по формулам 3,Однако данный способ также обладает низкой точностью в измерении показателя поглощения тонкого слоя вследствие однократного прохождения луча через исследуемый слой.8%418 3Цельк изобретения является повышс нее точисги измсрения показателя поглощения слсн в, оптическая толщина которых меньше длины волны анализирующего излучения.11 оставлецная цель достигается тем, что в способе определения толщины слоя и его показателей преломления и поглспцеция, заклочающсмся в направлении монохроматичес кого поляризованного излучения на исследуемый слой, цапесеццый на прозрачцук подложку, измерения поляризационных параметров в отраженном слоем и подложкой излучении, а энергетического параметра - в прошедшем слой и подложку излучении и определении искомых параметров по известным соотношениям, выбирают угол падения луча на слой, его диаметр и толщину плоскопараллельной подлокки из соотношения(1)51 гле Г) ц и -- толщина и показатель преломления подложки соответственнсР и О - - диаметр и угол падения лучасоответственно.Кроме того, на сторону подложки, противоположную стороце с исследуемым слоем, наносят дополнительный отражающий слой, энергетический параметр измеряют в одном из лучей, отраженном дополнительным слоем, а поляризациоццые параметры в луче, отраженном исследуемым слоем.На фиг. 1 и 2 представлены примеры конкретной реализации способа нанесением слоя ца плоскопараллельцую подложку.На слой 1, нанесенный на прозрачную плоскопараллельную подложку 2, направляют коллимированное, моцохроматическое поляризованное излучение. Если угол падения луча, его диаметр и толщина подложки удовлетворяют соотношению (1), то вследствие многократных отражений в подложке, в отраженном и в прошедшем свете формируется система пространственного разделения лучей. Порядковый номер отраженного структурой слойподложка луча (т) соответствует четному числу прохождений лучом подложки, а прошедшего (пУ) - нечетному.Поляризационцые и энергетические параметры в этих лучах более чувствительны к измеценгцо оптических постоянных и слоя и его толщины по сравнению с параметрами лучей с порядковыми номерами 1 и , так как эти лучи неоднократно (например для1 1гп = - 2 и гп = 2 - дважды) прохсдят исследуемый слой, поэтому измерение поляризационцых и энергетических параметров лучей с п)и гп ) позволяет повысить точность измерения искомых параметров слои.Чувствительность параметров ,оптическрго излучения к изменению оптических постоянных и толщины слоя возрастает с чвеличецием псрядковго номера луча. Олцако при это падает энергия излучения, Для увеличения эцЕргии излучения в лучах с п,Ъ 1, что облегчает процесс измерения и цовьцнает точность, на противоположную исследуемому слою сторону подложки на.носятополнительный отражающий слой 3 (фиг. 2). В этом случае для опрелеления оптических постоянных слоя и его толщины достаточно измерить три какие-либо параметра в одном из отраженных лучей, напри-мер поляризационные (азимут линейнойполяризацииЯ, разность фаз между ортогонально поляризационными компонентами электрического поля световой волны Ь) и один из энергетических - коэффициент отражения К или 5 компонент поляризованного излучения (К или Кд соответственно) или их отношение, Однако так как возможные объемные оптические неоднородности подложки могут вызнать неучитываемые погрешности в измерении Ь, то предпочтительнее измерятьи Ь в луче с гп = 1, так как в его формировании не участвует объем подложки, а энергетический параметр - в одном из лучей с в 1, так как для него влияние оптической неоднородности подложки несущественно. Измеряемое значение (К) и 1в лучахс гп,1 связано с энергетическими коэффициентами отражения и пропускания исследуемого и дополнительного слоев формулой 30 (К),) = (Тс. Тс. Кс, К ) (2)где Т - энергетический коэффициент пропускания слоя на полубесконечной подложке при падении излучения на внешнюю границу слон;Т,и К - . энергетические коэффициенты проз 5 пускания и отражения слоя соответственно, когда излучение падает на внутреннюю границу слоя со стороны подложки;К - энергетический коэффициент отражения границы дополнительный слой - подложка, когла излучение падает ца нее со стороны исследуемого слоя;гп = 2,3,4" Искомые параметры слоя - показателипреломлениями и поглощения к и его толщина Юрассчитываются на измеренных значенияхЛ, Кр, К на основации формулы (2)и известного уравнения эллипсометрии по о известцьпч соотношениям, связывающим ихса, к иТак как показатель поглощения слояопределяется по энергетическому параметру, измеренному в луче с порядковым номером п 1, то точность предлагаемого способа 55 выше известных, в которых показатель поглощения опрелеляется из энергетического параметра при олнократцом прохождении луча слоя, т, е. луча гп =11 риведем конкретный пример, отображаюший погрешности определения по известному и предлагаемому способам.Пусть Х =- 0,6328 мкм - длина волныанализируемого излучения; 9 = 60, и== - 1,515; д = 500 А; и = 1,7; к = 0,7. Относительная погрешность измерения энергетического параметра ( ЬК/Кр) = 0,01Тогда при измерении по известному способуК погрешность ЬК составит - 0,009, апо предлагаемому, если измерять, например,Ку, ЬК составит 0,45.Пример показывает, что точность измерения ЬК предлагаемым способом в двараза превышает точность известного. Приизмерениях в лучах с гп )2 точи сть измерения К может егце больше возрасти.Дополнительно измеряя параметры излучения и в других лучах, можно повыситьдостоверность определения искомых параметров слоя за счет избыточности информации и определить дополнительные параметрынапример, показатель преломления подложки, оптические постоянные дополнительногоотражающего слоя и т. д,Предложенный способ может быть применен при контроле параметров как готовыхслоев, так и в процессе их нанесения.Повышенная точность определения параметров слоев, .оптическая толщина которыхменьше длины волны излучения, позволитповысить качество изготовления структурс такими слоями, являющихся базовымиэлементами многих современных приборов.Благодаря возможности комплексногоконтроля слоистых систем способ можетнайти широкое применение в технике, связанной с применением и изготовлением многослойных сложных структур, например,в микроэлектронике, интегральной и интерференционной оптике и других,Формула изобретения1. Способ определения толгцины слоя йего показателей преломления и поглощения;заключающийся в направлении монохроматического поляризованного излучения на исследуемый слой, нанесенный на прозрачную подложку, измерении поляризационных параметров отраженном слоем и подложкой излучении, а энергетического парамет.ра - в прошедшем слой и подложку иэлу. чении и определении искомых параметров по известным соотношениям, гтЯичающийся тем, что, с целью повышения точности измерения показателя поглоцгения слоев, оп. тическая толщина которых меньше длины волны анализирующего излучения, выбирают угол падения луча на слой, его диаметр и толщину плоскопараллельной подложки из соотношения РФв 1 а 2 где Р и пгг - толщина и показатель преломления подложки соответственнсг1 щ я 9 - диаметр и угол падения лучасоответственно. 20 2. Способ по п, 1, отличающийся тем, что на сторону подложки, противоположную стороне с исследуемым слоем, наносят дополнительный отражающий слой, энергетический параметр измеряют в одном иэ лучей, отраженном дополнительным слоем, а поляризационные параметры в луче, отраженном исследуемым слоем. Источники информации,принятые во внимание при экспертизеЗВ 1. Авторское свидетельство СССР415559, кл. 6 01 М 21/46, 97.2, Раг, ЛоЬП О. М. Воссг 1 ез. Ехас 1 Е 1 грзоп 1 егпс Меазцгегпепг о гп 1 свезз апд оргсаргорег 6 ез о 1 а гпмнп 1 дЫ-аЬзогЬ 1 пд Ив35ъ 1 гпоц 1 ацх 1 агу гпеазцгевеп 1 з. Ьцг 1 асеЬсепсе, 1971, чо 1, 28,1, р. 61 - 68.3. Т. ЪавадцсЬ 1, 5, УозЬ 1 да апд А. К 1 пЬага.Сопг(пцоцз Е 1 рзовеЫс Ре 1 егв 1 паг 1 оп ог йеОрг 1 са 1 Сопгапз апд ТЬс 1 пезз о а %1 чегг 11 в дцппд Рероз 111 оп. Зарапезе Зоцгпа01 Арр 1 ед РЬуз 1 с, чо 1, 8,5, Мау, 1969,

Смотреть

Заявка

2789552, 02.07.1979

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИКИ И ФИЗИКИ ПРИ САРАТОВСКОМ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ИМ. Н. Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО

БИЛЕНКО ДАВИД ИСАКОВИЧ, ДВОРКИН БОРИС АЛЕКСАНДРОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01N 21/41

Метки: поглощения, показателей, преломления, слоя, толщины

Опубликовано: 15.08.1981

Код ссылки

<a href="https://patents.su/4-855448-sposob-opredeleniya-tolshhiny-sloya-i-ego-pokazatelejj-prelomleniya-i-pogloshheniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ определения толщины слоя и его показателей преломления и поглощения</a>

Похожие патенты