Спосіб визначення товщини приповерхневого мікродефектного шару на пластинах кремнію

Спосіб визначення товщини приповерхневого мікродефектного шару на пластинах кремнію, що включає опромінення зразка світлом і реєстрацію характеристик відбитої зразком частини опромінення, який відрізняється тим, що опромінення проводять в області прозорості кремнію інфрачервоним світлом з довжиною хвиль 1,3-27 мкм, а товщину приповерхневого мікродефектного шару на пластинах кремнію визначають за величиною довгохвильової межі густини шумів відбитого від зразка світла. (19) (21) u200908343 (22) 07.08.2009 (24) 25.03.2010 (46) 25.03.2010, Бюл.№ 6, 2010 р. (72) ЛИСОЧЕНКО СЕРГІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, ЄРЕМЕНКО ВАДИМ ОЛЕКСІЙОВИЧ, ЖАРКИХ ЮРІЙ СЕРАФИМОВИЧ, КАРПЛЮК ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, ПРИМАЧЕНКО ІВАН АНДРІЙОВИЧ, ТРЕТЯК ОЛЕГ ВАСИЛЬОВИЧ (73) КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА 3 фування. Це в свою чергу призводить до виникнення нових порушень пластин, забруднень, маскування дефектів і збільшенню похибок. Комплекс умов необхідних для реалізації відомих способів [1-7,11] не дозволяє визначати товщину приповерхневого мікродефектного шару, є руйнівним, вимагає використання складних методик й обладнання, потребує значного часу. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення способу визначення товщини приповерхневого мікродефектного шару механічно оброблених пластин кремнію шляхом проведення досліджень оптичних властивостей пластин в області прозорості кремнію інфрачервоним світлом з довжиною хвиль 1,3-27мкм, а товщину приповерхневого мікродефектного шару визначають за величиною довгохвильової межі густини шумів відбитого від зразка світла. Це дає змогу безконтактно визначити товщину приповерхневого мікродефектного шару механічно оброблених пластин кремнію, спростити й пришвидшити вимірювання, проводячи їх без руйнування зразків з більш високою точністю. Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення товщини приповерхневого мікродефектного шару механічно оброблених пластин кремнію, що включає опромінення пластин видимим світлом і наступне дослідження відмінностей між характеристиками первинного і відбитого пучків світла, відповідно до корисної моделі, що заявляється, дослідження пластин проводять в області прозорості кремнію інфрачервоним світлом з довжиною хвиль 1,3-27мкм, а товщину приповерхневого мікродефектного шару визначають за величиною довгохвильової межі густини шумів відбитого від зразка світла. В способі, що заявляється, сукупність суттєвих ознак дає можливість неруйнівного визначення товщини приповерхневого мікродефектного шару механічно оброблених пластин кремнію і тим самим спростити та пришвидшити процес вимірювань. На межі поділу середовище-кремній направлений на пластину кремнію пучок інфрачервоного випромінювання поділяється на відбитий і заломлений. Шорстка поверхня, що характеризується хаотичним рельєфом, буде розсіювати світло, тобто відбите і заломлене випромінювання буде надалі розповсюджуватися в межах тілесного кута 360 без визначеного напрямку. Тому надалі буде відбуватися багаторазовий поділ заломленого пучка світла на відбитий і заломлений на межах поділу кремній-середовище і середовище-кремній на всіх хаотично розташованих мікродефектах кристалоструктури (пори, тріщини) приповерхневого порушеного шару механічно оброблених пластин кремнію. З цієї причини інтенсивність результуючого відбитого випромінювання в точці розташування фотоприймача при опроміненні шорсткої поверхні з порушеною кристалоструктурою приповерхневого шару буде визначатися інтерференцією всіх складових, як відбитих від мікрорельєфу поверхні так і меж поділу, що знаходяться в шарі з мікродефектами кристалоструктури. 48502 4 Вибір межових значень довжин хвиль опромінення обумовлений співвідношенням між характерними розмірами мікрорельєфу пластини й мікродефектами кристалоструктури d і довжиною хвилі опромінення . У випадку, коли d випромінювання відбивається від пластини подібно тому як і від дзеркально гладкої [12]. Характерна шорсткість поверхні пластин і розміри мікродефектів кристалоструктури приповерхневого шару (тріщини, пори) після операцій різки зливків і механічних обробок пластин складає 1-20мкм [8-10]. Тому взаємодія випромінювання з мікрорельєфом і дефектами буде проходити по різному в діапазоні довжин хвиль =1,3-27мкм. В короткохвильовій частині діапазону буде наявне ефективне розсіяння світла і будуть спостерігатися викликані інтерференцією хаотичні коливання інтенсивності відбитого випромінювання при зміні . В цьому випадку на виході реєструючого відбите випромінювання фотоприймача буде реєструватися інтенсивний шумовий сигнал. В довгохвильовій області ці шумові коливання будуть мінімальними. Оскільки товщина мікродефектного приповерхневого шару w пов'язана з характерними розмірами мікрорельєфу поверхні та розмірами мікродефектів кристалоструктури приповерхневого шару d [810], то визначаючи довгохвильову межу шумового сигналу lim можна визначати w. Вид залежності w від lim визначається при калібруванні установки з незалежних вимірювань. Сукупність ознак, що пропонуються, дає можливість неруйнівного визначення товщини приповерхневого мікродефектного шару механічно оброблених пластин кремнію, шляхом опромінення пластин інфрачервоним світлом в області прозорості кремнію хвилями довжиною =1,3-27мкм і визначенням довгохвильової межі густини шумів відбитого світла, що забезпечує проведення вимірювань в необхідному інтервалі величин w і дозволяє спростити й пришвидшити дослідження за рахунок виключення операції косого шліфу. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями де зображені: - на Фіг.1 - установка для визначення товщини приповерхневого мікродефектного шару механічно оброблених пластин кремнію; - на Фіг.2 - експериментальний графік залежності товщини приповерхневого мікродефектного шару досліджених пластин кремнію w від довгохвильової межі інтегральної густини шумів відбитого світла lim. Заявлений спосіб реалізують наступним чином: Показана на Фіг.1. установка для визначення товщини приповерхневого мікродефектного шару на пластинах кремнію містить кероване джерело інфрачервоного випромінювання в діапазоні довжин хвиль =1,3-27мкм 1, фотоприймач 2, попередній підсилювач 3, аналого-цифровий перетворювач 4, персональний комп'ютер 5, цифровий інтерфейс 6. Вихід фотоприймача 2 під'єднано до входу попереднього підсилювача 3 вихід якого, в 5 свою чергу, під'єднано до входу аналогоцифрового перетворювача 4. Вихід перетворювача 4 з'єднано з інтерфейсною шиною комп'ютера 5. До інтерфейсної шини комп'ютера під'єднано також вхід цифрового інтерфейсу 6, вихід якого з'єднано з керуючим входом джерела інфрачервоного випромінювання 1. Дослідження проводять таким чином: Відмиту після механічних обробок пластину кремнію розміщують в установці. Спочатку знімають залежність інтенсивності відбитого інфрачервоного випромінювання І від довжини хвилі . Для цього пучок випромінювання від джерела випромінювання 1 направляють на досліджувану пластину кремнію. Відбите пластиною опромінення потрапляє на фотоприймач 2. Електричний сигнал з фотоприймача 2 підсилюється попереднім підсилювачем 3 і перетворюється в цифровий аналогоцифровим перетворювачем 4, з якого поступає на персональний комп'ютер 5. Змінюючи довжину хвилі інфрачервоного випромінювання командами з персонального комп'ютера за посередництвом цифрового інтерфейсу 6 знімають залежність І( )=Іо( )+Іn( ), де Іо і Іn постійна і шумова складові відбите випромінювання відповідно. Отримані експериментальні дані записують в пам'ять комп'ютера для подальшої обробки і розрахунків. Обробка результатів вимірювань і розрахунки здійснюють в наступній послідовності. Спочатку за допомогою цифрових фільтрів відфільтровують постійну складову сигналу Іо, що обумовлена відбиттям від рівних ділянок поверхні і отримують залежність шумової компоненти інтенсивності випромінювання Іn від . Надалі розраховують густину шумів відбитого світла n і визначають її довгохвильову межу lim. Визначення lim проводять по спаду залежності n( lim)- Значення n, якому відповідає lim вибирають з умови n*