ES2217586T3 - Dispositivo de medicion elipsometro. - Google Patents
Dispositivo de medicion elipsometro.Info
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Abstract
Dispositivo de medición elipsómetro para la determinación del espesor de una capa aplicada sobre un substrato con una fuente de luz (3) que emite un rayo de entrada (9), con una óptica de emisión, que conduce el rayo de entrada (9) polarizado hacia un punto de incidencia (P) del substrato, y con una óptica de recepción, que presenta un analizador (5.4) y que conduce el rayo de reflexión (10), formado en el punto de incidencia (P), hacia una instalación de foto-receptores (5.7, 5.8), siendo modificada la dirección de polarización del rayo de entrada (9) y del analizador (5.4) relativamente entre sí en el tiempo y siendo evaluadas las modificaciones de la intensidad generadas de esta manera por medio de una instalación de evaluación (7) para la determinación del espesor de la capa, caracterizado porque está prevista una instalación de medición de ángulos (5.7, 5.8, 7.1), con la que se puede detectar el ángulo del rayo de reflexión (10) con relación a un plano tangencial del substrato (1) en el punto de incidencia (P), y porque el espesor de capa se puede determinar por medio de la instalación de evaluación (7) en función del ángulo detectado.
Description
Dispositivo de medición – elipsómetro.
La invención se refiere a un dispositivo de
medición - elipsómetro para la determinación del espesor de una capa
aplicada sobre un substrato con una fuente de luz que emite un rayo
de entrada, con una óptica de emisión, que conduce el rayo de
entrada polarizado hacia un punto de incidencia del substrato, y con
una óptica de recepción, que presenta un analizador y que conduce el
rayo de reflexión, formado en el punto de incidencia, hacia una
instalación de foto-receptores, siendo modificada la
dirección de polarización del rayo de entrada y del analizador
relativamente entre sí en el tiempo y siendo evaluadas las
modificaciones de la intensidad generadas de esta manera por medio
de una instalación de evaluación para la determinación del espesor
de la capa.
Un dispositivo de
medición-elipsómetro de este tipo se describe en
Informes Técnicos Bosch, Vol. 4 (1974), Nº 7, páginas 315 a 320. Con
un dispositivo de medición de este tipo se puede medir, por ejemplo,
el espesor de capas de protección sobre reflectores de faros
recubiertos con aluminio en forma de un paraboloide de espejo con
relación de apertura grande, estando los espesores de la capa en el
intervalo de 10 a 50 nm y pudiendo alcanzarse una resolución en el
orden de magnitud de un nanómetro. A tal fin, se dirige un rayo de
incidencia polarizado, bajo un ángulo de incidencia predeterminado,
sobre un punto de medición del reflector de faro y es reflejado bajo
un ángulo predeterminado también fijamente. El rayo reflejado está
polarizado en forma de elipse y es conducido para la determinación
de la forma elíptica por medio de un analizador giratorio sobre un
foto-receptor, en el que, de acuerdo con la forma
elíptica, se detectan las oscilaciones de la intensidad de la señal
luminosa. La forma elíptica y, por lo tanto, la modificación de la
intensidad es una función del espesor de la capa, de manera que éste
se puede determinar en una instalación de evaluación conectada a
continuación. El ángulo del rayo de incidencia o bien del rayo de
reflexión con respecto al plano tangencial o bien a la perpendicular
en el punto de medición es difícil de ajustar con frecuencia, y
apenas es posible un ajuste exacto en lugares difícilmente
accesibles o en curvaturas variables, como en los faros
modernos.
Se conoce, además, por los documentos
EP-A-
0 397 388 y US-A-4 872 758 aparatos de medición del espesor de la capa.
0 397 388 y US-A-4 872 758 aparatos de medición del espesor de la capa.
La invención tiene el cometido de preparar un
dispositivo de medición - elipsómetro del tipo indicado al principio
que, con un ajuste y manipulación sencillos, proporciona resultados
de medición exactos también en lugares difícilmente accesibles y en
diferentes curvaturas.
Este cometido se soluciona con las
características de la reivindicación 1. Por lo tanto, de acuerdo con
ello, está prevista una instalación de medición de ángulos, con la
que se puede detectar el ángulo del rayo de reflexión con relación a
un plano tangencial del substrato en el punto de incidencia y se
puede determinar el espesor de la capa por medio de la instalación
de evaluación en función del ángulo detectado. Puesto que se detecta
el ángulo del rayo de reflexión y se evalúa al mismo tiempo para el
cálculo del espesor de la capa, se puede colocar el dispositivo de
medición de una manera sencilla sobre la capa y se puede realizar
fácilmente la medición. El ángulo que resulta de ello es tenido en
cuenta en este caso con exactitud de una manera automática y se
incluye en el cálculo del espesor de capa de acuerdo con algoritmos
conocidos en sí.
La medición del ángulo se puede realizar de
manera sencilla porque la instalación de medición de ángulos
presenta una unidad de foto-receptores sensible a la
posición en la dirección-x y/o en la
dirección-y así como una fase de evaluación, con la
que se puede calcular el ángulo de reflexión a partir de los datos
de la posición y a partir de los datos de la distancia. Las
investigaciones han dado como resultado que ya una detección
unidimensional del ángulo conduce a buenos resultados de medición
para el espesor de la capa. La estructura sencilla es favorecida
porque las modificaciones de la intensidad y la posición del rayo de
reflexión son detectadas con el mismo foto-receptor
de la instalación de foto-receptores.
Otra posibilidad para una determinación sencilla
del ángulo consiste en que la unidad de
foto-receptores presenta dos
foto-receptores sensibles a la posición dispuestos a
diferente distancia del punto de incidencia en la trayectoria óptica
del rayo de reflexión y en que el ángulo es calculado sobre la base
de las diferentes posiciones del rayo de reflexión sobre los dos
foto-receptores. También en este caso se puede
utilizar uno de los foto-receptores al mismo tiempo
para la medición de las modificaciones de la intensidad del rayo de
reflexión.
En la determinación del ángulo por medio de dos
foto-receptores, la estructura puede ser tal que en
la trayectoria óptica del rayo de reflexión, aguas arriba de los dos
foto-receptores está dispuesto un divisor del rayo,
y cada foto-receptor recibe un rayo parcial del rayo
de reflexión. De una manera alternativa, los dos
foto-receptores pueden estar dispuestos también uno
detrás de otro, pasando una parte del rayo de reflexión a través del
foto-receptor delantero.
En el caso de utilización de un solo
foto-receptor, está previsto de una manera ventajosa
que aguas arriba de la instalación de
foto-receptores esté dispuesta una lente
colectora.
La manipulación sencilla es apoyada también
porque la óptica de emisión y la óptica de recepción están
integradas en un soporte común y porque el soporte presenta un apoyo
de tres puntos para el montaje sobre la capa. A través de esta
estructura se garantiza siempre también un apoyo claro sobre la
capa. El apoyo de tres puntos puede consistir también en un apoyo
esférico, a través del cual se garantiza, por una parte, un apoyo
puntual en los tres lugares de apoyo y, por otra parte, se evita un
deterioro de la capa.
Para la consecución de resultados fiables de la
medición, se ha revelado que es ventajosa una estructura, en la que
la óptica de emisión presenta en la trayectoria óptica del rayo de
entrada un polarizador y una placa \lambda/4 y el polarizador o el
analizador están dispuestos de manera que pueden ser accionados para
girar alrededor de un eje perpendicular a su superficie.
A continuación se explica en detalle la invención
con la ayuda de ejemplos de realización con referencia a los
dibujos. En este caso:
La figura 1 muestra una representación
esquemática de un dispositivo de medición - elipsómetro en una vista
lateral parcialmente en sección, y
La figura 2 muestra una vista lateral de otro
dispositivo de medición - elipsómetro.
La figura 1 muestra un objeto de medición 1, que
está constituido por un substrato y por una capa aplicada sobre su
lado interior arqueado cóncavo, cuyo espesor debe medirse en un
punto de medición P por medio de una disposición de medición 2.
La disposición de medición 2 posee un láser 3,
una lente 4 conectada aguas arriba de éste, un conductor de luz 6,
una sonda de medición 5 así como una instalación de evaluación 7. El
rayo de luz generado por el láser 3 llega a través de la lente 4
conectada aguas arriba y el conductor de luz 6 como rayo de entrada
9 a la sonda de medición 5 y es dirigido con ésta a través de una
óptica de emisión con una lente 5.1, un polarizador 5.2 y una placa
\lambda/4 5.3 sobre el punto de medición o bien el punto de
incidencia P del objeto de medición 1.
El rayo reflejado en el punto de incidencia P en
forma del rayo de reflexión 10 pasa en una óptica de recepción a
través de un analizador 5.4 accionado de forma giratoria, un filtro
5.5 así como una lente colectora 5.6 y es enfocado por ésta sobre un
foto-receptor 5.7. El foto-receptor
5.7 pertenece a una instalación de foto-receptores,
que establece, por una parte, las oscilaciones de la intensidad del
rayo de reflexión 10 y, por otra parte, el lugar de incidencia sobre
el foto-receptor 5.7. El
foto-receptor 5.7 puede ser, por ejemplo, un
detector sensible a la posición (PSD) o una cámara CCD. En la
instalación de evaluación 7 está previsto un medidor de la posición
7.1 para una posición-x y/o una
posición-y. Teniendo en cuenta la distancia desde el
punto de incidencia P se calcula el ángulo-x y/o el
ángulo-y. Por otra parte, está previsto un medidor
de la intensidad 7.2, que detecta las oscilaciones de la intensidad
del rayo de reflexión 10, generadas a través de la rotación del
analizador 5.7 y sirve para el cálculo de la forma elíptica.
A partir de la forma elíptica se puede determinar
el espesor de la capa, incluyendo en el cálculo el ángulo de
reflexión determinado a partir del ángulo-x y/o del
ángulo-y, de acuerdo con algoritmos conocidos en sí.
Para la determinación del espesor de capa se pueden utilizar en este
caso, por ejemplo, también valores empíricos, registrados en tablas,
que están depositados en una memoria.
Mientras que en la estructura según la figura 1
se utiliza el mismo foto-receptor 5.7 para la
medición de la modificación de la intensidad y para el cálculo del
ángulo, en la estructura por lo demás correspondiente según la
figura 2 están previstos dos foto-receptores 5.7 y
5.8 para la determinación del ángulo, que se encuentran a una
distancia diferente con respecto al punto de incidencia P. El rayo
de reflexión 10 es dividido en un divisor del rayo 5.9 en dos rayos
parciales, que recorren trayectos de longitudes diferentes hasta los
foto-receptores 5.7 y 5.8 asociados. A partir de las
posiciones x y/o y diferentes sobre los dos
foto-receptores 5.7 y 5.8, en función de los
trayectos de longitudes diferentes, se pueden determinar los ángulos
x y/o y así como a partir de ello el ángulo de reflexión. Uno de los
dos foto-receptores 5.7 y 5.8 se puede utilizar al
mismo tiempo para la medición de la intensidad. En la figura 2 se
indican también el ángulo \alpha del rayo de incidencia 9 con
respecto a un plano tangencial en el punto de incidencia P, el
ángulo \beta del rayo de reflexión 10 igualmente con respecto al
plano tangencial así como un ángulo \gamma entre el rayo de
incidencia y el rayo de reflexión.
En lugar del analizador 5.4 giratorio alrededor
de una perpendicular de la superficie, mostrado en la figura 1, éste
se puede substituir también por un analizador estacionario y en su
lugar se puede prever un polarizador giratorio 5.2 en la óptica de
emisión. Se ha mostrado que con ello se puede elevar la fiabilidad
de los resultados de medición.
La óptica de emisión y la óptica de recepción
están incorporadas en un soporte común, que está provisto con un
apoyo de tres puntos, con preferencia en forma de bolas o de
cazoletas esféricas, de manera que se consigue un apoyo claro del
dispositivo de medición sobre el objeto de medición 1 también en
lugares difícilmente accesibles y en diferentes curvaturas. El
dispositivo de medición se puede manejar fácilmente como sonda y se
puede ajustar con facilidad debido a la detección automática del
ángulo del rayo de re-
flexión.
flexión.
Claims (8)
1. Dispositivo de medición - elipsómetro para la
determinación del espesor de una capa aplicada sobre un substrato
con una fuente de luz (3) que emite un rayo de entrada (9), con una
óptica de emisión, que conduce el rayo de entrada (9) polarizado
hacia un punto de incidencia (P) del substrato, y con una óptica de
recepción, que presenta un analizador (5.4) y que conduce el rayo de
reflexión (10), formado en el punto de incidencia (P), hacia una
instalación de foto-receptores (5.7, 5.8), siendo
modificada la dirección de polarización del rayo de entrada (9) y
del analizador (5.4) relativamente entre sí en el tiempo y siendo
evaluadas las modificaciones de la intensidad generadas de esta
manera por medio de una instalación de evaluación (7) para la
determinación del espesor de la capa, caracterizado porque
está prevista una instalación de medición de ángulos (5.7, 5.8,
7.1), con la que se puede detectar el ángulo (\beta) del rayo de
reflexión (10) con relación a un plano tangencial del substrato (1)
en el punto de incidencia (P), y porque el espesor de capa se puede
determinar por medio de la instalación de evaluación (7) en función
del ángulo (\beta) detectado.
2. Dispositivo de medición según la
reivindicación 1, caracterizado porque la instalación de
medición de ángulos presenta una unidad de
foto-receptores (5.7, 5.8) sensible a la posición en
dirección-x y/o en dirección-y, así
como una fase de evaluación, con la que se puede calcular el ángulo
de reflexión (\beta) a partir de los datos de la posición y a
partir de los datos de la distancia.
3. Dispositivo de medición según la
reivindicación 2, caracterizado porque las modificaciones de
la intensidad y la posición del rayo de reflexión (10) son
detectadas con el mismo foto-receptor (5.7) de la
instalación de foto-receptores.
4. Dispositivo de medición según la
reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque la unidad de
foto-receptores presenta dos
foto-receptores (5.7, 5.8) sensibles a la posición,
dispuestos a diferente distancia del punto de incidencia (P) en la
trayectoria óptica del rayo de reflexión (10), y porque el ángulo
(\beta) es calculado sobre la base de las diferentes posiciones
del rayo de reflexión (10) sobre los dos
foto-receptores (5.7, 5.8).
5. Dispositivo de medición según la
reivindicación 4, caracterizado porque en la trayectoria
óptica del rayo de reflexión (10), aguas arriba de los dos
foto-receptores (5.7, 5.8) está dispuesto un divisor
del rayo (5.9) y porque cada foto-receptor (5.7,
5.8) recibe un rayo parcial del rayo de reflexión (10).
6. Dispositivo de medición según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque aguas arriba de
la instalación de foto-receptores (5.7) está
dispuesta una lente colectora (5.6).
7. Dispositivo de medición según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la óptima
de emisión y la óptica de recepción están integradas en un soporte
común y porque el soporte para el montaje sobre la capa presenta un
apoyo de tres puntos.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque la óptica de emisión
presenta en la trayectoria óptica del rayo de entrada (9) un
polarizador (5.2) y una placa \lambda/4 y porque el polarizador
(5.2) o el analizador (5.4) están dispuestos de manera que pueden
ser accionados para girar alrededor de un eje perpendicular a su
superficie.
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