Способ определения влагосодержания тонкослойных диэлектрических покрытий

(51)5 С О РЕТЕНИ А ВТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬСТВ Горностаева,ураева 972,н ДЕРЖАХ ПОобретени бласти о ение поз ие в зобре оличе твенноеобъеме т воды в ческих крытии ть применено приле влагосодержа- . покрытий.оптичессильное влияниктеристики тонкческих пленок,елью изоспособа г н ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАГОСНИЯ ТОНКОСЛОЙНЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИКРЫТИИ может найти .применетической технологии. оляет осуществлять пределение содержания нкослойных диэлектриоптических элементов. Изобретение относится к оптичетехнологии и может бьнера зрушающем кон трония диэлектрическихких элементов,Присутствие воды в субмикро- икропорах оказываетна оптические харааморФных диэлектри меняя их и затрудняя эксплуатациюпленок в качестве покрытий оптическихэлементов. ения является упроще сширение его Функцио Цель изобретения - упрощение способаи расширение его возможностей. Дляэтого проводят измерения эллинсометрических параметров покрытия.при трехуглах падения на длине волны Я == 6328 А и по ним рассчитывают содержание воды (1 в объеме покрытия. путемчисленного решения системы уравненийДруде, в которых эФФективный комплексный показатель преломления покрытияИ 1 вычисляют по Формуле Х 1 = 11(1 ++ 2(р(п( - 11 с) - 1 /(п - хна) +21 + О,э 089 Лэф -.Лммэпм - э(эа)э1 Д /(п и - 1 м)+ 2 Д + 0,2048 хх рэ(1, где пм - пакаэатель преломления материала, образующего покрытие;Е .( - показатель поглощения материала,образующего покрытие; 1, - объемноесодержание материала, образующего покрытие; Ч- объемное содержание воды. 10 табл,нальных возможностей путем повышения числа определяемых параметров.Способ осуществляется следующим образом.На исследуемое покрытие оптическо го элемента воздействуют эллиптически поляризованным лазерным излучениЖ ем с плотностью мощности, например, около Ор 0 Вт/см 2 и с длиной волны= 6328 А, по крайней мере при трех углах падения в диапазоне углов падения(р = 55-75 ф. В процессе каждого :воздействи с помощью нуль-эллипсометра измеряют эллипсометрические па(п 1, Е- показатели преломлейия и поглощения соответст.венко);гд Ио = п - Ъ о - комплексный показатель преломления среды; ГФ(и -йс, ) - 11 - Ч щ .1- 2 + 0,2048 ц е о - объемное содержание материала, образующего покрытие.Для рассмотренной модели в ходе численного решения системы уравнений Друде на ЭЩ 1 можно вычислить одновременной- толщину покрытия, и, к , я1 - о - о - объемноесодержание пустых пор.Способ может быть использован для определения влагосодержания диэлектрический покрытий в диапазоне толщинО1000-5500 А, нанесенных на подложки с известными оптическими постоянными. При меньших толщинах снижается чувствительность способа, а ограничение диапазона толщин сверху обусловлено тем, что спектральная ширина полосы источника, диаметр и степень коллимации светового пучка и толщина пленки должны быть такими, чтобы многократно отраженные и прошедшие волны могли интерферировать.Содержание воды с помощью предла гаемого способа может определяться в диапазоне от 3-5 до 30 об.7, что соответствует реальному влагосодержанию диэлектрических покрытий.Наличие воды в исследованных покрытиях качественно установлено с по мощью способа лазерной десорбции, Измерение параметров о и Д прово) 1 дится на стандартном эллипсометре ЛЭф"ЗМ. Расчет содержания воды проводится на ЭВМ ЕСпо специальной программе.Исследованные покрытия нанесены методом электронно-лучевого испарения на подложки из кварца или стекла К(для кварца Ю = 1,46, для стекла КИ я = 1; 52) . И,соя 4 о - Исов(0( И сов,2 + И соя/ 25 И соя ( - И соз г 1 М И 2 сов ц) + И, сов (г 11130 Юо соз Ро - И, соя ( 05 Мсоз (+ И, сов Ч 2,(,Д,Ц - углы падения и преломления.в пленке и подложке соответственно, связанййе между собой законом Снелиуса; Б зЫц= И вЫ , = И здпг (3 = 1,2,3). 50Составляющими покрытия являются материал, образующий покрытие, с ком" Плексным показателем преломления й = п- хсд, воздух, (И = 1) и вода, имеющая на длине волны Я63" 8 1 показатель преломления п б =1,3315.Вычисление комплексного показателя такой трехкомпонентной пленки по форО раметрые угол восстановленной поляри- ким параметрам 1 и Ь) определяютЭации 1 и сдвиг фаз Д , отраженно-содержание воды в объеме покрытияееГо излучения по отношению к воздейст- путем численного решения системы уравующему 3 = 1,2,3. По крайней мере, , внений Лруде для системы средапо шести измеренным эллипсометричес- пленка - подложканПримерна кварце.Результаты измерений (точностьоопределения углов +0,02 ) приведены1 ЪТа бли ца 1 .1 ЧО 1 68 6 49 318 67 2 72 12,77 339,50 3 75 18,02 345,46 Т а б л и ц а 2 я , об.7 обеХ 7 2О 1 2 1 + 0 1 2720 + 50 2 21 + О 01 О 045+0 О 2. Покрытие 2 в 02 результаты расчета - в бл. 3,бл. 4,измерений (+ 0,02 ) при чность изедены в мерения угло бли ца 4 б л 1 ц, об.1д, А пКщ 26,1 А 0,1 0 4370 + 50 2,27 + 0,01 0,024 + 0 ость из абл. 5,ер 3. П рытие Н а Результаты измерений (точ ерений +0,02 ) приведены в результаты расчета - в таб блица 5 варце(Н, со сов ( ); сов(, ); сов (в, ); г(Н О 5 овЦ,га Предлагаемый способ имеет следую(ие преимущества: расширены функциойальные воэможности способа путем рас 35 )ирения числа измеряемых параметров; способ является неразрушающим (воз" действует лазерное излучение с низкой мощностью и с длиной волны %о6328 А по сравнению с воздечствием 40 Мощного лазерного излучения в извест(ом способе); измерения проводятся На воздухе, что упрощает способ по 6 равнению с изменениями в вакууме; реализация предлагаемого способа воз можна на стандартном оборудовании, Формула изобретенияСпособ определения влагосодержания тонкослойных диэлектрических покры- Ь (г + гг е 5)(1 +е ) Результаты измерений (точность измерений +0,02 ) приведены в табл, 9, а результаты расчета - в табл. 1 О. Таблица 9 тий, включающий воздействие на нанесенное на подложку покрытие лазерного излучения, о т л и ч а ю щ и й -. с я тем, что, с целью упрощения способа и повышения точности, осуществляют воздействие на покрытие эллиптически поляриэованньм лазерными излуо чением с длиной волны /( = 6328 А при по крайней мере трех углах падения, в процессе каждого воздействия измеряют угол восстановленной поляризации Ц и сдвиг фаз Ьотраженного излучения по отношению к воздействующему и определяют содержание воды 1 пУтей численного РешениЯ системы уравнений Друде: