А. В. ПЕРЧИК, В. Л. ТОЛСТОГУЗОВ, В. Г. ЦЕПУЛИН
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана
АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ВИДЕОСПЕКТРОМЕТР
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИН НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛЁНОЧНЫХ СТРУКТУР
В работе рассмотрен акустооптический видеоспектрометр и его применение в задаче определения толщин наноразмерных плёночных структур.
Современные технологии позволяют создавать устройства, разрешающие тысячи спектральных каналов в видимом и ближнем ИК диапазонах, что открывает принципиально новые возможности для исследования объектов [1, 2]. Эти технологии основаны на создании в среде с помощью ультразвука периодической структуры, играющей роль дифракционной решетки, осуществляющей спектральный анализ.
На основе таких спектральных оптических элементов, получивших название акустооптических, созданы исследовательские приборы разнообразного типа, например, спектрометры, работающие в разных диапазонах длин волн, спектрометры комбинационного рассеяния, перестраиваемые оптические фильтры.
Одним из замечательных свойств таких систем является возможность непосредственно регистрировать спектральные изображения объектов, т. е. пространственное распределение яркости на произвольной длине волны. Это дает возможность визуализировать некоторые физико-химические, биологические, структурные особенности объекта.
Работа посвящена решению задачи измерения толщин пленочных покрытий с использованием перестраиваемого акустооптического фильтра.
Измерение толщины плёночных покрытий и структур является одной из актуальных задач современной микро - и наноэлектроники. Каждая микросхема, сенсорный или жидкокристаллический экран обязательно содержит плёночные покрытия и плёночные структуры, в том числе многослойные, сделанные из металлических, полупроводниковых, диэлектрических и прозрачных проводящих материалов. Технологии контроля качества нанесения плёнок, результатов их обработки травлением, лазерным излучением или механическим инструментом являются ключевыми для производства множества микроэлектронных и оптоэлектронных устройств. Методы и аппаратура измерения толщины плёночных структур и микрообъектов имеют большое значение, также, в микробиологии и медицине. Наибольшую востребованность имеют бесконтактные неразрушающие методы, позволяющие измерять толщину плёночных структур в процессе производства или исследований.
Наиболее перспективным является спектральный метод анализа толщины плёночных микроструктур. Используя микроскоп, оборудованный источником или приёмником излучения с возможностью регулировки спектральной характеристики, можно получить серию изображений наблюдаемого объекта в разных спектральных диапазонах. Полученная, а также априорно известная информация о материалах подложки и плёнок может быть использована для расчёта распределения толщин. Во многих случаях априорной информации о материалах может и не понадобиться, т. к. сделав достаточное число измерений в разных спектральных диапазонах, можно найти не только толщины отдельных слоёв покрытий, но также показатель преломления, коэффициенты пропускания и отражения, а также другие неизвестные параметры. Полученные изображения могут также использоваться для обнаружения и идентификации объектов и диагностики.
В центре “Фотоника и ИК-техника” на основе лабораторного микроскопа ZEISS Axio Imager M2m и двойного акустооптического монохроматора изображений собран стенд, на котором получены спектральные изображения пленочных структур, и ведется разработка алгоритма определения по ним толщины пленочного покрытия. Разрабатывается математическая модель взаимодействия электромагнитного излучения с многослойными микроструктурами, учитывающая распределение коэффициентов магнитной и диэлектрической проницаемости, форму поверхностей плёночных структур, поляризацию, глубину фокусировки микрообъектива, шум приёмника и другие основные характеристики.
Работа выполняется при поддержке гранта НШ-4705.2012.9
Список литературы
1. Пожар В. Э., Пустовойт создания новых систем видения на основе акустооптических видеоспектрометров. Радиотехника и электроника. 1996. Т.41. Вып.10. С..
2. Пустовойт В. И., Пожар В. Э., Отливанчик Е. А. и др. Современные средства и методы акустооптической спектрометрии. Успехи современной радиоэлектроники. 2007. Вып.8. С.48-56.
