close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14833

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.10.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 14833
(13) C1
(19)
G 01N 21/21 (2006.01)
СКАНИРУЮЩИЙ ЭЛЛИПСОМЕТР
(21) Номер заявки: a 20091286
(22) 2009.09.03
(43) 2011.04.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное
объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси
по материаловедению" (BY)
(72) Автор: Меркулов Владимир Сергеевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(56) ШВЕЦ В.А. и др. // Российские нанотехнологии. - 2009. -Т. 4. - № 3-4. С. 72-84.
BY 2848 C1, 1999.
RU 2353919 C1, 2009.
RU 2247969 C1, 2005.
SU 1543225 A1, 1990.
FR 2860298 A1, 2005.
US 2007268490 A1, 2007.
BY 14833 C1 2011.10.30
(57)
Сканирующий эллипсометр, содержащий последовательно установленные источник
монохроматического света, поляризатор и компенсатор, оптически связанный через светоделительную пластинку с объективом, в одном направлении связанным через указанную пластинку и анализатор с матричным фотоприемником, а в другом - связываемым
под прямым углом через установленную в его фокусе диафрагму с поверхностью образца,
подвижного в заданной плоскости сканирования.
Фиг. 2
BY 14833 C1 2011.10.30
Изобретение относится к устройствам для оптического неразрушающего прецизионного
контроля тонкопленочных структур. Область применения - микроэлектроника и оптика для
контроля многослойных тонкопленочных структур (оптические параметры, толщины слоев, микрорельеф, дефектность и др.), качества поверхности и адсорбции как на микронном, так и на наноуровне при использовании микроскопии ближнего поля. Устройство
может использоваться в реальном масштабе времени в процессе роста многослойных
структур, причем точность определения толщины пленок достигает 0,1 нм, что важно для
развития нанотехнологий.
Известен эллипсометр [1] основанный на измерении поляризации света, отраженного
от поверхности образца с последующим определением на основе этих измерений оптических параметров поверхности и пленочных структур. Он состоит из источника монохроматического света, поляризатора, компенсатора, анализатора и фотоприемника. Основная
трудность использования этих устройств при сканировании поверхности образца связана с
тем, что необходимо изменять либо угол падения, либо длину волны света для получения
максимальной информации о характеристиках образца.
Недостатком устройства является то, что разрешающая способность ограничена на
практике 10 мкм, что связано с невозможностью использования высокоапертурных объективов из-за геометрии устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является сканирующий эллипсометр МИКРОСКАН, описанный в [2],
включающий последовательно расположенные источник монохроматического света 1, поляризатор 2, компенсатор 3, объектив 4, фокусирующий свет на заданный участок поверхности исследуемого образца 5, установленного с возможностью перемещения в заданной
плоскости с помощью устройства 6, выходной объектив 7, анализатор 8 и фотоприемник
9. Измерения проводятся в автоматическом режиме в процессе сканирования исследуемой
поверхности, результаты отображаются в реальном времени в виде топограммы измеряемых характеристик на компьютере 10.
Недостатком прототипа является малая величина пространственного разрешения
ограниченная 10 мкм и невозможность изменения угла падения в процессе быстрого сканирования поверхности образца, что необходимо для многоугловой схемы измерений. Это
связано с фиксированным перед сканированием наклонным расположением оси падающего
пучка света и с невозможностью конструктивно использовать в прототипе высокоапертурных объективов микроскопов, так как ось объектива должна находиться под значительным углом к поверхности образца.
Задачей настоящего изобретения является увеличение разрешающей способности сканирующего эллипсометра и обеспечение многоугловых измерений в процессе сканирования.
Поставленная задача достигается тем, что сканирующий эллипсометр, содержащий
последовательно установленные источник монохроматического света, поляризатор и компенсатор, оптический связанный через светоделительную пластинку с объективом, в одном
направлении связанным через указанную пластинку и анализатор с матричным фотоприемником, а в другом - связываемым под прямым углом через установленную в его фокусе
диафрагму с поверхностью образца, подвижного в заданной плоскости сканирования.
На фиг. 2а приведена схема устройства. Обозначения элементов следующие: источник
монохроматического света 1, поляризатор 2, компенсатор 3, объектив 4, образец 5, установленный с возможностью перемещения в заданной плоскости с помощью устройства 6,
светоделительная пластинка 7, анализатор 8, фотоприемник 9 и диафрагма 11. Компьютер 10 служит для обработки результатов измерений в реальном времени. Диафрагма 11
используется для ограничения размера пятна света на поверхности образца в режиме микроскопии ближнего поля. Предпочтительно, но не принципиально, чтобы элементы матричного фотоприемника располагались на концентрических окружностях, как это показано на
фиг. 2б.
2
BY 14833 C1 2011.10.30
Рассмотрим работу устройства. Параллельный пучок света от источника 1 проходит
последовательно поляризатор 2, компенсатор 3 и попадает на светоделительную пластинку 7, установленную под углом 45° к оси пучка. Отраженный от светоделительной пластинки
пучок попадает на объектив 4, а свет, прошедший на данном этапе через светоделительную пластинку, не используется. Оптическая ось объектива установлена перпендикулярно
поверхности образца, этим достигается возможность использования высокоапертурных
объективов (с большим углом θmax, показанным на фиг. 2а), получения малого пятна сфокусированного луча и в последующем высокого оптического разрешения при сканировании поверхности образца. Объектив фокусирует свет на образец 5, установленный с
возможностью перемещения в фокальной плоскости объектива с помощью устройства 6.
Отраженный от образца расходящийся пучок света снова попадает на объектив, но уже в
обратном направлении, и выходит из объектива в виде параллельного пучка света. Затем
пучок попадает на ту же светоделительную пластинку 7. Прошедший через светоделительную пластинку свет попадает на анализатор 8 и затем на матричный фотоприемник 9.
Свет, отраженный на данном этапе от светоделительной пластинки, не используется.
Функция светоделительной пластинки заключается в разделении по направлению каналов
входящего в объектив и выходящего из него света.
Элемент фотоприемника, находящийся на окружности радиуса r под углом ϕ будет
принимать часть пучка света отраженного под углом θ = arctg(r/f), где f - фокусное расстояние объектива. Матрица отражения света от образца будет следующей:
R + + R − cos 2ϕ
R − sin 2ϕ
,
R= −
R sin 2ϕ
R + − R − cos 2ϕ
где R± = (Rp ± Rs)/2, Rp и Rs - френелевские коэффициенты отражения для волн с p- и sполяризацией соответственно в лабораторной системе координат при ϕ = 0. Поляризатор
и компенсатор устанавливаются таким образом, чтобы на образец падал свет с циркулярной поляризацией, а ось пропускания анализатора устанавливаем вдоль ϕ = 0. Тогда интенсивность света с точностью до несущественного амплитудного множителя будет равна
I = [1 + R2 + 2R cos2(ϕ + p)] | (Rp + Rs) |2/8,
- +
- +
где R = |R /R |, p = arg(R /R )/2. Обработка сигналов элементов на компьютере K позволяет
найти коэффициент R, фазовый сдвиг p и тем самым эллипсометрические параметры образца при заданном угле падения Ψ = arctg|Rp/Rs| и ∆ = arg(Rp/Rs).
Для иллюстрации на фиг. 3 показаны расчетные зависимости сигналов элементов фотоприемника от угла расположения элемента ϕ и угла падения света для пленки золота
толщиной 10 нм на кремниевой подложке. При расчетах были взяты следующие показатели преломления nAu = 0,35-2,45i, nSi = 4-0,028i на длине волны λ = 546 нм. Каждая кривая
обозначена числом равным углу падения света θ в градусах. На фиг. 4 и 5 приведены расчетные значения эллипсометрических параметров Ψ и ∆. Точки в виде кружков отвечают
значениям параметров соответствующей кривой фиг. 3. Как следует из метода многоугловой эллипсометрии [1], решение обратной задачи позволяет из измеренных параметров Ψ
и ∆ найти толщину пленки и показатели преломления пленки и подложки. В итоге при
сканировании поверхности образца получаем зависимости показателя преломления и
толщины пленки от координат в плоскости сканирования.
Геометрия эллипсометра позволяет использовать высокоапертурные объективы микроскопов и дает возможность достигнуть разрешающую способность близкую к теоретическому пределу λ/2sinθmax, что составляет 0,3 мкм при θmax = 60° и λ = 546 нм. В режиме
микроскопии ближнего поля устройство включает дополнительную диафрагму, ограничивающую размеры пятна света на поверхности образца, что позволяет еще на порядок
улучшить разрешающую способность. Исполнение фотоприемника в виде матрицы фотоэлементов позволяет производить одновременные измерения интенсивности лучей пучка,
соответствующих разным углам падения на образец, тем самым реализовать многоугловую схему эллипсометрии.
3
BY 14833 C1 2011.10.30
Использование настоящего изобретения позволяет увеличить разрешающую способность сканирующего эллипсометра и обеспечить многоугловые измерения в процессе сканирования за счет возможности использования высокоапертурных объективов.
Источники информации:
1. Азам Р.М.А., Башара Н.М. Эллипсометрия и поляризованный свет. - М.: Мир,
1981. - 583 с.
2. Швец В.А., Спесивцев Е.В., Рыхлицкий С.В., Михайлов Н.Н. // Российские нанотехнологии. - 2009. - Т. 4. - № 3-4. - С. 72-84 (http://www.nanoru.ru).
Фиг. 1
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
165 Кб
Теги
by14833, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа