Устройство для видеоизмерения толщины пленки

Устройство ДЛЯ видеоизмерения толщины пленки
Полезная модель относится к области интерференционной микроскопии и, может быть использовано для измерения толщины металлических пленок, в частности, используемых в изделиях микро- и наноэлектроники.
Известно спектрометрическое устройство, включающее монохроматор с входной и выходной щелями, селективный фотоэлемент, соединенный с гальванометром, в котором измеряется коэффициент отражения пленки (Афанасьев В.А. Оптические измерения - М.: Высш. школа, 1981. 229 с.).
Недостатком устройства является ограниченный диапазон измерений толщин металлических пленок.
Известно устройство формирования интерференционной картины, содержащее последовательно расположенные источник излучения и светоделительную пластину для разделения пучка излучения на два канала, в одном из которых расположен микрообъектив, а в другом - опорное зеркало, механизм перемещения основания и окуляр ( см. Патент РФ 1742612 МКИ G 01 В 11/06. Способ определения толщины пленки / Д.А.Усанов, В.Д.ТУПИКИН, А.В.Скрипаль. Опубл. 23.06.92. Бюл.23).
Однако имеет недостаточную точность проводимых измерений, вследствие визуального способа определения положения минимумов интенсивности излучения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для автоматического измерения толщины тонких непрозрачных пленок, включающее последовательно расположенные лазерный источник излучения и светоделительную пластину для разделения пучка излучения на два канала, в одном из которых расположен микрообъектив, а в другом - опорное зеркало, механизм перемещения основания, устройство поворота опорного зеркала, фотоприемная камера с диафрагмой, расположенная на пути выхода излучения, при этом все элементы устройства расположены (закреплены) на общем основании, блок электронной обработки и записи регистрируемого сигнала (Евтихиев Н.Н. и др. Прибор для автоматического измерения толщины пленок-ПТЭ, 1983. №6. С.204).
Недостатком устройства является недостаточная точность проводимых измерений из-за технической сложности конструкции, наличия спекл-структуры при использовании лазерного источника излучения, вибрации устройства при возбуждении в опорном зеркале колебаний, кроме того, не учитывается влияние фазового сдвига на границе
а МКИ:О01 в 11/06
раздела разнородных материалов. Вследствие этого устройство не позволяет измерять пленки нанометровой толщины.
Задача настоящего решения заключается в повышении точности измерений, ускорении процесса проведения измерений и расширении диапазона контролируемых значений толщин пленок.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для измерения толщины пленки, нанесенной на часть подложки, включающее последовательно расположенные источник излучения и светоделительную пластину для разделения пучка излучения на два канала, в одном из которых расположен микрообъектив, а в другом - опорное зеркало, механизм перемещения подложки, фотоприемную камеру, расположенную на пути выхода излучения, при этом все элементы устройства расположены (закреплены) на общем основании, отличающееся тем, что в него введены ЭВМ, фотоприемная камера выполнена в виде матрицы пространственного разрешения, снабжена подвижным переходным кольцом и подключена к ЭВМ через USB порт.
Оригинальность предлагаемого решения заключается в установке на выходе излучения из интерферометра видеокамеры с пространственным разрешением и соединенной с ЭВМ через USB порт, наличия подвижного переходного кольца у видеокамеры. Подобная совокупность элементов измерения толщины пленки не известна.
Предлагаемое устройство поясняется чертежами: Фиг. 1. Схема установки, где:
1- источника белого света,
2- светоделительная пластина,
3- микрообъектив,
4- измеряемая структура - пленка, нанесенная на часть подложки,
5- механизм перемещения,
6- опорное зеркало,
7- видеокамера,
8- компьютер,
МИИ-4 - микроинтерферометр Линника. Фиг.2. Вид интерференционной картины.
Устройство для измерения толщины пленки, нанесенной на часть подложки, включает последовательно расположенные источник излучения 1 и светоделительную пластину 2 для разделения пучка излучения на два канала, в одном из которых расположен микрообъектив 3, а в другом - опорное зеркало 6, механизм перемещения
подложки 5, фотоприемную камеру 7, расположенную на пути выхода излучения, при этом все элементы устройства расположены (закреплены) на общем основании. Фотоприемная камера выполнена в виде матрицы пространственного разрешения, снабжена подвижным переходным кольцом и подключена к ЭВМ 8.
Устройство работает следующим образом.
Освещают пучком излучения от источника белого света 1 (Фиг.1) через светоделительную пластину 2 и микрообъектив 3 исследуемую поверхность 4, в качестве которой выбрана подложка, на часть которой нанесена пленка, формируют с помощью опорного зеркала 6 интерференционную картину в поле зрения видеокамеры 7, состоящую из двух систем интерференционных полос (Фиг.2). Определяют распределение интенсивности излучения в различных сечениях интерференционного поля поперек интерференционных полос в области изображения пленки и основания, приведенные слева и справа от изображения интерференционных полос. Измеряют изгиб интерференционных полос ДА  и расстояние Р между полосами, по которым определяют толщину пленки где А, - длина волны источника излучения.
В случае сверхтонких значений толщины пленки необходимо учитывать сдвиг фазы освещающего исследуемую поверхность излучения в соответствии со следующими соотношениями (см. Усанов Д.А., Скрипаль А.В. Особенности интерференции на границе тонкая металлическая пленка - диэлектрическое основание // Журнал технической физики. 1994. Т.64. N5. С. 72-77):
Для учета фазового сдвига перемещают исследуемую поверхность в направлении падения на нее излучения, фиксируют направление перемещения интерференционных полос и определяли направление их изгиба относительно системы интерференционных полос в области подложки, непокрытой пленкой. В случае несовпадения направления перемещения и изгиба интерференционных полос относительно системы полос в области диэлектрической подложки, с помощью подвижного переходного кольца поворачивают видеокамеру так, чтобы направления перемещения и изгиба интерференционных полос относительно системы полос в области диэлектрического основания совпали.
,
,
Р 2
пленки 4, нанесенной на стеклянную подложку, совмещенная с системой интерференционных полос белого света. Измеряемая структура 4, закреплялась в механизме перемещения 5. Интерференционный сигнал от источника белого света 1 формировался на выходе микроинтерферометра, оптическая схема которого включала: микрообъектив 3, опорное зеркало 6, светоделительную пластину 2. С помощью видеокамеры 7 через USB порт интерференционный сигнал вводился в компьютер 8 и анализировался с помощью специально разработанной программы. С помощью подвижного переходного кольца поворачивают видеокамеру так, чтобы направления перемещения и изгиба интерференционных полос относительно системы полос в области диэлектрической подложки совпали.
Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет значительно повысить точность измерений, ускорить процесс проведения измерений и расщирить диапазон контролируемых значений толщин пленок.