RU2411448C1 - Device for non-destructive measurement of dielectric and semiconductor film thickness - Google Patents
Device for non-destructive measurement of dielectric and semiconductor film thickness Download PDFInfo
- Publication number
- RU2411448C1 RU2411448C1 RU2009128861/28A RU2009128861A RU2411448C1 RU 2411448 C1 RU2411448 C1 RU 2411448C1 RU 2009128861/28 A RU2009128861/28 A RU 2009128861/28A RU 2009128861 A RU2009128861 A RU 2009128861A RU 2411448 C1 RU2411448 C1 RU 2411448C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- mirror
- point
- sample
- flat mirror
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для быстрого измерения толщины твердых и жидких диэлектрических и полупроводниковых пленок и покрытий в диапазоне 10 мкм - 1 мм. Может использоваться в научных исследованиях.The invention relates to measuring technique and is intended for quick measurement of the thickness of solid and liquid dielectric and semiconductor films and coatings in the range of 10 μm - 1 mm It can be used in scientific research.
Известно устройство (см. Fedortsov А.В., Letenko D.G., Churkin Yu.V., Torchunsky I.A., Ivanov A.S. A fast operating laser device for measuring the thicknuesses of transparent solid and liguid films. Reviev of Scientific Instruments, 1992, т.63, №7, с.3579.) для неразрушающего измерения толщины диэлектрических и полупроводниковых пленок, содержащее лазер, плоское вращающееся зеркало, неподвижные эллиптические зеркала, держатель образцов, приемник излучения и регистрирующий прибор.A device is known (see Fedortsov A.V., Letenko DG, Churkin Yu.V., Torchunsky IA, Ivanov AS A fast operating laser device for measuring the thicknuesses of transparent solid and liguid films. Reviev of Scientific Instruments, 1992, vol. 63, No. 7, p. 3579.) for non-destructive measurement of the thickness of dielectric and semiconductor films, containing a laser, a flat rotating mirror, fixed elliptical mirrors, a sample holder, a radiation receiver and a recording device.
Это устройство позволяет измерить толщину пленки из углового расстояния между экстремумами угловой зависимости интенсивности отраженного от образца излучения. В частности (см. Fedortsov A.B., Letenko D.G., Churkin Yu.V., Torchunsky I.A., Ivanov A.S. A fast operating laser device for measuring the thicknuesses of transparent solid and liguid films. Reviev of Scientific Instruments, 1992, т.63, № 7, с.3579), толщина пленки t определяется из соотношенияThis device allows you to measure the film thickness from the angular distance between the extrema of the angular dependence of the intensity of the radiation reflected from the sample. In particular (see Fedortsov AB, Letenko DG, Churkin Yu.V., Torchunsky IA, Ivanov AS A fast operating laser device for measuring the thicknuesses of transparent solid and liguid films. Reviev of Scientific Instruments, 1992, V. 63, No. 7, p. 3579), the film thickness t is determined from the ratio
где λ - длина волны лазера; m - число периодов изменения интенсивности (число пиков угловой зависимости интенсивности); Θ1 и Θ2 - пределы изменения угла падения луча Θ на пленку; 
В описываемом усройстве плоское вращающееся зеркало расположено так, что ось вращения лежит на его поверхности и проходит через один из фокусов первого эллиптического зеркала, а во втором фокусе этого эллиптического зеркала расположена измеряемая точка образца. Изменение угла падения луча на образец достигается непрерывным вращением зеркала. Луч лазера отражается от поверхности первого эллиптического зеркала, во второй фокус, где расположена измеряемая пленка. Отраженный от образца луч при помощи второго эллиптического зеркала направляется на фотоприемник, сигнал которого поступает на осциллограф, где наблюдается угловая зависимость интенсивности отраженного от пленки луча света лазера.In the described device, a flat rotating mirror is located so that the axis of rotation lies on its surface and passes through one of the foci of the first elliptical mirror, and the measured point of the sample is located in the second focus of this elliptical mirror. The change in the angle of incidence of the beam on the sample is achieved by continuous rotation of the mirror. The laser beam is reflected from the surface of the first elliptical mirror, into the second focus, where the measured film is located. Using a second elliptical mirror, the beam reflected from the sample is directed to a photodetector, the signal of which is fed to the oscilloscope, where the angular dependence of the intensity of the laser light reflected from the film is observed.
Существенным недостатком этого устройства является его высокая стоимость из-за необходимости использования несферической оптики (эллиптических зеркал).A significant drawback of this device is its high cost due to the need to use non-spherical optics (elliptical mirrors).
Этот недостаток устраняет известное устройство для неразрушающего измерения толщины диэлектрических и полупроводниковых пленок (см. Пат. РФ. Федорцов А.Б.; № 2102702; Заявл. 08.07.94; Опубл. 20.01.98. Бюл. № 2.), содержащее вместо эллиптических зеркал сферические линзы. Это устройство является наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым устройство и выбрано в качестве прототипа. Известное устройство содержит лазер, плоское вращающееся зеркало, неподвижные линзы, держатель образцов, приемник излучения и регистрирующий прибор. Причем плоское вращающееся зеркало расположено так, что ось вращения лежит на его поверхности и проходит через точку падения луча лазера на зеркало. Образец и первая линза расположены так, что образец находится в точке, оптически сопряженной точке падения луча лазера на зеркало. Изменение угла падения луча на образец достигается непрерывным вращением зеркала. При этом отраженный луч лазера после прохождения через первую линзу преломляется под разными углами в одну точку образца, являющуюся оптически сопряженной точке падения луча лазера на зеркало. Отраженный от образца луч при помощи второй линзы направляется на фотоприемник, сигнал которого поступает на осциллограф, где наблюдается угловая зависимость интенсивности отраженного от пленки луча света лазера.This disadvantage is eliminated by the known device for non-destructive measurement of the thickness of dielectric and semiconductor films (see Pat. RF. A. Fedortsov; No. 2102702; Application. 08.07.94; Publish. 01.20.98. Bull. No. 2.), containing instead elliptical mirrors spherical lenses. This device is the closest in combination of essential features with the claimed device and is selected as a prototype. The known device contains a laser, a flat rotating mirror, fixed lenses, a sample holder, a radiation receiver and a recording device. Moreover, a flat rotating mirror is located so that the axis of rotation lies on its surface and passes through the point of incidence of the laser beam on the mirror. The sample and the first lens are arranged so that the sample is at the point optically conjugated to the point of incidence of the laser beam on the mirror. The change in the angle of incidence of the beam on the sample is achieved by continuous rotation of the mirror. In this case, the reflected laser beam after passing through the first lens is refracted at different angles to one point of the sample, which is the optically conjugate point of incidence of the laser beam on the mirror. The beam reflected from the sample with a second lens is directed to a photodetector, the signal of which is fed to an oscilloscope, where the angular dependence of the intensity of the laser light reflected from the film is observed.
Недостатками прототипа является то, что в известном устройстве диапазон применяемого зондирующего излучения ограничен видимым светом вследствие того, что линзы из обычного оптического стекла сильно поглощают в инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра.The disadvantages of the prototype is that in the known device, the range of probing radiation used is limited by visible light due to the fact that lenses from ordinary optical glass are strongly absorbed in the infrared and ultraviolet regions of the spectrum.
Задача заключается в создании (разработке) устройства для неразрушающего измерения толщины диэлектрических и полупроводниковых пленок, лишенного описанного выше недостатка, в котором обеспечивается возможность использования в качестве зондирующего излучения не только видимого, а также инфракрасного или ультрафиолетового излучения.The task is to create (develop) a device for non-destructive measurement of the thickness of dielectric and semiconductor films, devoid of the drawback described above, in which it is possible to use not only visible, but also infrared or ultraviolet radiation as probe radiation.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для неразрушающего измерения толщины диэлектрических и полупроводниковых пленок, содержащем плоское вращающееся зеркало, неподвижные линзы, держатель образцов, приемник излучения и регистрирующий прибор, вместо неподвижных линз использованы неподвижные сферические зеркала.The specified technical result is achieved by the fact that in the known device for non-destructive measurement of the thickness of dielectric and semiconductor films containing a flat rotating mirror, fixed lenses, a sample holder, a radiation receiver and a recording device, fixed spherical mirrors are used instead of fixed lenses.
Благодаря замене линз на сферические зеркала становится возможным использование в качестве зондирующего излучения инфракрасного и ультрафиолетового излучений, которые поглощались линзами в устройстве, служащем прототипом. Вместе с тем замена линз на сферические зеркала не вызывает ощутимого увеличения себестоимости прибора. Таким образом, предложенное устройство сохраняет преимущества прототипа.By replacing the lenses with spherical mirrors, it becomes possible to use infrared and ultraviolet radiation as probing radiation, which are absorbed by the lenses in the prototype device. However, the replacement of lenses with spherical mirrors does not cause a noticeable increase in the cost of the device. Thus, the proposed device retains the advantages of the prototype.
На чертеже представлена оптико-механическая схема устройства для неразрушающего измерения толщины диэлектрических и полупроводниковых пленок.The drawing shows the optical-mechanical diagram of a device for non-destructive measurement of the thickness of dielectric and semiconductor films.
Устройство для неразрушающего измерения толщины диэлектрических и полупроводниковых пленок содержит 1 и 2 - сферические зеркала; 3 - неподвижный источник излучения (лазер); 4 - плоское вращающееся зеркало; 5 - держатель образца; 6 - образец; 7 - фотоприемник.A device for non-destructive measurement of the thickness of dielectric and semiconductor films contains 1 and 2 - spherical mirrors; 3 - fixed source of radiation (laser); 4 - a flat rotating mirror; 5 - sample holder; 6 - sample; 7 - photodetector.
Взаимное расположение элементов в предлагаемом устройстве (его оптическая схема) является следующим. Ось вращения плоского зеркала 4 лежит на его поверхности. Луч лазера 3 направлен в точку, лежащую на поверхности плоского зеркала 4 на оси его вращения (точка N). Зеркало 1 и держатель образца 5 установлены так, что измеряемая точка образца 6 пленки (точка M) является оптически сопряженной точке N. Зеркало 2 и приемник излучения 7 расположены так, что зеркало 2, хотя бы частично, перекрывает сектор (веер) лучей лазера 3, отраженных измеряемой точкой M образца пленки 6 при их попадании в эту точку при различных угловых положениях плоского зеркала 4. Тогда как вход приемника излучения находится в точке P, оптически сопряженной измеряемой точке M образца. Выход приемника излучения соединен с регистрирующим устройством.The relative position of the elements in the proposed device (its optical scheme) is as follows. The axis of rotation of the flat mirror 4 lies on its surface. The laser beam 3 is directed to a point lying on the surface of a flat mirror 4 on the axis of its rotation (point N). The mirror 1 and the sample holder 5 are mounted so that the measured point of the film sample 6 (point M) is optically conjugated to the point N. The mirror 2 and the radiation detector 7 are arranged so that the mirror 2, at least partially, covers the sector (fan) of the laser 3 rays reflected by the measured point M of the film sample 6 when they hit this point at different angular positions of the flat mirror 4. Then, the input of the radiation detector is located at point P, which is optically conjugated to the measured point M of the sample. The output of the radiation receiver is connected to a recording device.
Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.
Луч лазера 3 падает в точку N, расположенную на оси плоского вращающегося зеркала 4 и лежащую на его поверхности. Отразившись от зеркала 4, луч последовательно (вследствие непрерывного вращения зеркала 4) скользит по поверхности зеркала 1, все время отражаясь под разными углами в одну и ту же точку M образца, являющуюся оптически сопряженной точке N. Отраженный в точке M от образца (пленки) 6 луч попадает на зеркало 2, отражаясь от которого попадает в одну и ту же точку P (оптически сопряженную точке M, в которой находится фотоприемник 7). Сигнал с фотоприемника подается на вход регистрирующего устройства (например, осциллографа). При вращении плоского зеркала наблюдают угловую зависимость интенсивности отраженного от образца излучения. Из углового расстояния между пиками этой зависимости определяют толщину пленки по формуле (1).The laser beam 3 falls to a point N located on the axis of a plane rotating mirror 4 and lying on its surface. Reflected from mirror 4, the beam sequentially (due to the continuous rotation of mirror 4) slides along the surface of mirror 1, constantly reflecting at different angles to the same point M of the sample, which is the optically conjugated point N. Reflected at point M from the sample (film) 6, the beam hits mirror 2, reflecting from which it hits the same point P (optically conjugated to point M, where the photodetector 7 is located). The signal from the photodetector is fed to the input of a recording device (for example, an oscilloscope). During the rotation of a flat mirror, the angular dependence of the intensity of the radiation reflected from the sample is observed. From the angular distance between the peaks of this dependence, the film thickness is determined by the formula (1).
Диапазон изменения угла падения луча лазера в устройстве задан, он определяется положением краев зеркал относительно измеряемой точки образца (пленки) 6. Толщина пленки t определяется по формуле (1) по числу пиков m на полученной зависимости.The range of variation of the angle of incidence of the laser beam in the device is specified; it is determined by the position of the edges of the mirrors relative to the measured point of the sample (film) 6. The film thickness t is determined by formula (1) from the number of peaks m in the obtained dependence.
Предлагаемое устройство позволяет использовать в качестве зондирующего излучения не только видимое, а также инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. В этом состоит существенное отличие от прототипа, в котором диапазон применяемого зондирующего излучения ограничен видимым светом вследствие того, что линзы из обычного оптического стекла сильно поглощают в инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра. Благодаря использованию в предлагаемом устройстве сферических зеркал возможно применение зондирующего излучения как в видимой области, так и в инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра, что расширяет область применения данного устройства.The proposed device allows you to use as probing radiation not only visible, but also infrared and ultraviolet radiation. This is a significant difference from the prototype, in which the range of probing radiation used is limited by visible light due to the fact that lenses from ordinary optical glass strongly absorb in the infrared and ultraviolet regions of the spectrum. Due to the use of spherical mirrors in the proposed device, probing radiation can be used both in the visible region and in the infrared and ultraviolet regions of the spectrum, which expands the scope of this device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009128861/28A RU2411448C1 (en) | 2009-07-27 | 2009-07-27 | Device for non-destructive measurement of dielectric and semiconductor film thickness |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009128861/28A RU2411448C1 (en) | 2009-07-27 | 2009-07-27 | Device for non-destructive measurement of dielectric and semiconductor film thickness |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2411448C1 true RU2411448C1 (en) | 2011-02-10 |
Family
ID=46309318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009128861/28A RU2411448C1 (en) | 2009-07-27 | 2009-07-27 | Device for non-destructive measurement of dielectric and semiconductor film thickness |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2411448C1 (en) |
-
2009
- 2009-07-27 RU RU2009128861/28A patent/RU2411448C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4455730B2 (en) | Method and apparatus for particle evaluation using multi-scan beam reflectivity | |
| JP5092104B2 (en) | Spectrometer and spectroscopic method | |
| EP0728302B1 (en) | Apparatus for measuring refractive index | |
| JP6113730B2 (en) | Emission and transmission optical spectrometers | |
| CN100567916C (en) | The calibration measuring system of diffuse reflector spectrum corner reflection characteristic on the star | |
| JPS6257936B2 (en) | ||
| RU2690723C1 (en) | Method and device for automatic adjustment of mirror telescopes | |
| RU2500993C1 (en) | Spectrometer based on surface plasmon resonance | |
| CN103439294A (en) | Angle modulation and wavelength modulation surface plasmon resonance (SPR) sharing system | |
| JP2007514164A (en) | System and method for measuring birefringence in optical materials | |
| JP2005172774A (en) | Method and apparatus for measuring physical properties based on catoptric characteristics | |
| CN208847653U (en) | Real-time polarization sensitive terahertz time-domain ellipsometer | |
| CN110361363B (en) | Resolution compensation device and compensation method for terahertz wave attenuated total reflection imaging | |
| US5517032A (en) | Thin film thickness measuring system | |
| RU2411448C1 (en) | Device for non-destructive measurement of dielectric and semiconductor film thickness | |
| Vishnyakov et al. | GET 138-2021 state primary refractive index standard | |
| JP2012052998A (en) | Optical measurement method and optical measurement device for measuring refraction factor of solid body having rough surface | |
| US3669547A (en) | Optical spectrometer with transparent refracting chopper | |
| Karabegov | Metrological and technical characteristics of total internal reflection refractometers | |
| RU2660764C2 (en) | Sensor based on surface plasmonic resonance with element of plane optics | |
| RU2102702C1 (en) | Device for nondestructive measurement of width of dielectric and semiconductor films | |
| US20040036881A1 (en) | Optical configuration for SPR measurement | |
| JP2012052997A (en) | Optical measurement method and optical measurement device for measuring apparent refraction factor of rough surface of solid body | |
| RU2629928C2 (en) | Method of determining refraction indicator of monochromatic surface electromagnetic wave of infrared range | |
| RU2727779C1 (en) | Double interference spectrometer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20130620 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130728 |