Способ определения оптических параметров тонких пленок и устройство для его осуществления

где В 19,4813 со 5 ос И вычисляется при действительной части величины 11 Ке 11 О8 19,82 (Ке 11)2 б а и вычисляется при Ке 11 В 8 108 Р (Ке 11)8 р, Ед, 8, причем 8, 8,5 2 Ед, - диэлектрические проницаемости призменного элемента связи, окружающей его среды и буферного слоя соответственно6 - угол при основании призменного элемента связиу - угол между осью возбуждаемого гауссова пучка оптического излучения и нормалью К входной грани призменного элемента связи6 - функция, связанная с интегралом вероятности комплексного аргумента (табличное значение)Т - параметр, принимающий значение О и 1 для света ТЕ и ТМ-поляризации,причем величины В, ос и ш вычисляют при у уо, а оптические параметры пленки, в том числе ее толщину, с учетом возмущающего влияния призменного элемента связи определяют подстановкой значений 11 для двух мод любого типа в дисперсионное уравнение8 - комплексная проницаемость материала ПЛСНКИ, ЗЗДЗВЗСМЗЯ ВЫРЗЖСНИСМЕ2. Устройство для определения оптических параметров тонких пленок, содержащее последовательно установленные на одной оптической оси источник монохроматического светового излучения, поляризатор, фокусирующий элемент, выполненный с возможностью формирования светового пучка с заранее заданным размером и распределением интенсивности в поперечном сечении, призменный элемент связи, находящийся в контакте с исследуемой пленкой и выполненный с возможностью поворота для изменения угла падения светового пучка на его входную грань, первый фотоприемник и блок обработки зарегистрированных фотоприемником значений интенсивности отраженного светового пучка,отличающееся тем, что содержит установленные перед поляризатором коллиматор и аттенюатор, а также установленный между ними светоделитель, оптически связанный со вторым фотоприемником, соединенным с блоком сравнения каналов, который связан с указанным блоком обработки и первым фотоприемником, выполненным с возможностью поворота, синхронного с поворотом призменного элемента связи, причем блок сравнения каналов синхронизирован с блоком управления указанным поворотом, а фокусирующий элемент установлен на расстоянии, равном его заднему фокальному отрезку, от входной грани призменного элемента связи, при этом блок обработки выполнен с возможностью определения значений 11 комплексных постоянных распространения возбужденных в исследуемой пленке оптических мод и расчета оптических параметров пленки на основе определенных значений.Изобретение относится к области оптики, оптики тонких пленок, интегральной оптики и может быть использовано для определения физических характеристик сред, используемых в качестве материалов для создания оптических волноводов и других тонкопленочных структур.Известен способ определения параметров волноводных пленок по величине углов резонансного возбуждения волноводных мод, соответствующих положению темных ш-линий в отраженном пучке. Положение темной -линии фиксируется на экране 1.Способ позволяет по измеренным значениям действительной части 11 постоянной распространения волноводной моды 11 (11 11 111, 11 Ке 11, 11 111111) определить показатель преломления 11 и толщину волноводной пленки (1.Известно устройство для определения параметров волноводных пленок, содержащее источник монохроматического излучения, поляризатор, фокусирующий элемент, призменный элемент связи (ПЭС), блок измерения угла возбуждения 2.Недостатком известного устройства является необходимость соблюдения определенных условий возбуждения волновода для того, чтобы избежать влияния ПЭС необходимо добиваться максимально возможного значения величины зазора (1 между призмой и волноводом (в многомодовых волноводах для мод низкого порядка выполнить это условие практически невозможно) либо подбирать соответствующим образом показатель преломления (ПП) материала призмы пр или ПП вещества пд, находящегося в зазоре между призмой и волноводом, для каждого значения 11 (В.Ю. Вайдялис. Оценка влияния призмы на точность измерения показателя преломления мод оптического волновода. // в сб. Произ ВУ 8787 С 1 2006.12.30водство толстопленочнь 1 х интегральных схем. Научн. труды вузов Лит. ССР. Радиоэлектроника-79. т. 15, Не 3. - с. 123-127). Это усложняет процесс Измерения, однако в противном случае точность измерения постоянной распространения волноводной моды будет значительно хуже 5105, а следовательно, показателя преломления - 104 и толщины 0,01 мкм. Другие параметры волноводных пленок этим способом и устройством определить нельзя.Известен способ определения оптических параметров металлов и металлических пленок, основанный на возбуждении поверхностной электромагнитной волны (ПЭВ) или плазмонной моды путем создания контакта ПЭС и поверхности металла и нахождения углового положения минимума 70 резонансного провала (угол возбуждения ПЭВ), его угловой Ширины Ау на уровне 0,5(Ктдх Ктш), где К - коэффициент отражения светового пучка. Измерения проводятся на нескольких призмах с различным пр. Откуда находят показатель преломления п и коэффициент поглощения 1 пленки (п п 11), при этом бп / п 0,02, б 1/1 0,0113.Недостатком известного устройства является то, что измерения связаны с проведением дополнительных измерений на различных призмах. Нахождение угла уо при определенной величине зазора между призмой и пленкой (1 также вызывает затруднения, т.к. необходимо вести сканирование по углу у и в то же время измерять величину а, Кроме того, методу присущ недостаток, связанный с математическим приближением, используемым при рассмотрении задачи возбуждения ПЭВ на практике используются ограниченные световые пучки, а конечные выражения для расчета п и 1 получены в приближении плоских волн. Это ведет к возникновению дополнительной ошибки и получению завь 1 щенных значений п и 1.Известен способ и устройство для определения комплексной постоянной распространения волноводных мод планарных волноводов по зарегистрированному фурье-спектру интенсивности светового пучка, отраженного от призменного элемента связи при возбуждении волноводной моды. Устройство состоит из источника монохроматического света,поляризатора, фокусирующего элемента, ПЭС, блока измерения угла выхода излучения из образца. Абсолютная погрешность измерения 11 не хуже 2105 4. Подстановка значений 11 для двух поддерживаемых им мод в соответствующие дисперсионные уравнения позволяет определить показатель преломления, коэффициент поглощения и толщину пленки 5.Способ позволяет определить показатель преломления, коэффициент поглощения и толщину волноводной пленки с точностью 5105, 1 и 0,01 мкм соответственно. При определении параметров диэлектрических покрытий или металлических пленок ввиду того, что фурье-образ становится несимметричным, а также вследствие проявления спеклкартины при работе с узкими световыми пучками, ошибка определения параметров пленки значительно возрастает. Например, для пленки меди ошибка определения показателя преломления составила 1,1 , а коэффициента поглощения -5 .Из известных наиболее близкими по технической сущности являются способ определения ПП и толщины пленки по углам возбуждения вытекающих мод, соответствующих положению ш-линий, в схеме призменного устройства туннельного возбуждения вь 1 текающих мод, основанный на регистрации угловой зависимости коэффициента отражения светового пучка б, и устройство для измерения, содержащее источник монохроматического излучения, поляризатор, ПЭС на поворотном столике и блок измерения угла выхода излучения из образца, с помощью которого определяется угловое положение ш-линии. Однако ввиду того что постоянная распространения моды определяется данным способом исходя из геометро-оптической модели зигзагообразного распространения света в волноводе, а не из решения реальной электродинамической задачи его возбуждения с помощью ПЭС, истинное значение 11 существенно отличается обычно от измеренного. Нередко при измерении параметров волноводных пленок, направляющих моды вблизи отсечки, изме 4реннь 1 е значения их постоянных распространения оказываются меньше показателя преломления подложки. Последнее объясняется влиянием призменного элемента связи (фактически измеряется 11 структуры пленка-призма 7. Устраняется это аналогичным подбором пр, 11 или 6. Все это усложняет и затрудняет процесс измерения и приводит К существенным ошибкам в определении параметров пленки.Данное устройство и способ удобны в обращении и эксплуатации, позволяют измерить с определенной точностью показатель преломления и толщину диэлектрического покрытия, однако коэффициент поглощения этими устройством и способом измерить невозможно.Основной задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей данного способа и устройства, заключающееся в измерении коэффициента поглощения, показателя преломления и толщины тонкопленочных волноводов, диэлектрических покрытий и тонких металлических пленок, а также коэффициента поглощения и показателя преломления приповерхностной области объемных металлов. Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе измерения параметров тонких пленок, заключающемся в возбуждении в исследуемой пленке мод оптического диапазона посредством призменного элемента связи, регистрации углового распределения интенсивности отраженного светового пучка, определении углового положения уо минимума го энергетического коэффициента отражения г и определении оптических параметров пленки с учетом определенного углового положения минимума, на основе всего массива экспериментальных точек в регистрируемом угловом распределении коэффициента отражения определяют значения 11 комплексных постоянных распространения возбужденных мод, учитывая контраст, ширину отдельных элементов углового спектра и всего спектра светового пучка посредством выражениягде В 10 ер созос и вычисляется при действительной части величины 11 Ке 11 О, Ос 0,5 тс 6 аГС 5 Ш(118 а 8 р 1 5111 уи вычисляется при Ке 11 В, 1 о 2 тс/Жо - волновое число вакуума, ер, ед, ед, причем ер ед 2 ед, - диэлектрические проницаемости призменного элемента связи, окружающей его среды и буферного слоя соответственно6 - угол при основании призменного элемента связиу - УГОЛ МСЖДу ОСЬЮ возбуждаемого гауссова пучка ОПТИЧССКОГО ИЗЛУЧСНИЯ И нормалью К ВХОДНОЙ грани ПрИЗМСННОГО элемента СВЯЗИ