CC BY
16Решетневскце чтения
УДК 612.081.2
С. А. Лященко
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
С. Н. Варнаков, С. Г. Овчинников Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск
ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ И МАГНИТООПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТРУКТУР МЕТОДОМ ЭЛЛИПСОМЕТРИИ*
Представлен комплекс программно-аппаратных средств, разработанный для изучения поверхности образцов методом спектральной эллипсометрии с использованием магнитооптического эффекта Керра. Приведены основные функции пакета «Градиент 8Е 2», описано его взаимодействие с аппаратной частью, представлены основные преимущества перед аналогами.
Отражательная эллипсометрия как оптический метод исследования поверхности структур позволяет с высокой точностью измерять характеристики различных поверхностей [1] и допускает полную автоматизацию этих измерений. При приложении внешнего магнитного поля к образцу методом эллипсометрии можно также получить информацию о магнитооптических свойствах поверхности [2], однако проведение подобного эксперимента при исследовании спектральных зависимостей требует одновременного управления оптической схемой эллипсометра, электромагнитом и монохроматором.
В процессе формирования пленочных наноструктур необходимо проводить непрерывные эллипсомет-рические измерения. При этом в технологической камере магнитоэллипсометрического комплекса могут возникнуть различные паразитные засветки (свечение разогретого источника и др.), которые затрудняют оптические измерения, что приводит к необходимости добавления в оптическую схему прерывателя светового потока для измерения темнового сигнала.
Синхронная и точная работа всех узлов магнито-эллипсометрического комплекса может быть обеспечена за счет использования пакета «Градиент БЕ 2», разработанного на базе программного пакета «Градиент БЕ», с возможностью управления внешними устройствами комплекса (свидетельство о государственной регистрации 2011610242 от 11 января 2011 г.).
Основные функции пакета «Градиент БЕ 2» при взаимодействии с аппаратной частью магнитоэллип-сометрического комплекса следующие:
- накопление эллипсометрических параметров во времени на одной длине волны падающего излучения;
- измерение дисперсии эллипсометрических параметров на стабильном образце. Время измерения на
одной длине волны - от 10 до 0,8 с, шаг по длине волны - до 2 нм;
- измерение зависимости величины двойного лучепреломления от магнитного поля на поверхности образца [2]. Время измерения на одном значении поля - не менее 0,5 с;
- измерение дисперсии величины эффекта Керра в режиме насыщения магнитным полем. Время измерения на одной длине волны - от 10 до 2 с, шаг по длине волны - до 2 нм.
Для измерения дисперсии эллипсометрических параметров на стабильном образце в пакете «Градиент БЕ 2» реализованы следующие вспомогательные функции:
- моделирование оптических параметров поверхности образца набором тонких однородных слоев с резкими границами раздела и неоднородной двухфазной структурой поверхности (например, при поиске параметров случайно распределенных зерен на поверхности образца [3]);
- оптимизация оптической модели под измеренные дисперсии эллипсометрических параметров, для чего используются симплекс-алгоритм [4] и симплекс-алгоритм с дроблением диапазонов подгоняемых параметров (при поиске нескольких локальных минимумов функции минимизации). Типичные погрешности оптимизации составляют от 10 до 0,1 нм в геометрии искомых структур и 1 % - в поиске концентраций.
Все перечисленные выше программно-аппаратные возможности реализуются двумя схемами: с непрерывным измерением темнового сигнала на фотоприемниках посредством механического прерывателя потока излучения и с однократным измерением тем-нового сигнала перед началом эксперимента.
* Работа выполнена при финансовой поддержке КГАУ «Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-технической деятельности», программы Отделения физических наук Российской академии наук № 4, программы Президиума Российской академии наук № 27, интеграционного проекта Сибирского и Дальневосточного отделений Российской академии наук № 22 и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Информационно-управляющие системы
Взаимодействие программы на персональном компьютере (ПК) с аппаратной частью комплекса осуществляется через интерфейс USB и контроллеры компании FTDI (Шотландия), которые после инициализации проводят непрерывную передачу пакетов данных о состоянии монохроматора и механического прерывателя, напряжениях на фотоприемниках и режиме работы блока питания электромагнита. Управляющие команды с ПК позволяют определять режимы работы блока питания, изменять положения оптических элементов оптической схемы эллипсометра, задавать длину волны для монохроматора.
Основными преимуществами программно-аппаратного комплекса для исследования оптических и магнитооптических свойств поверхности структур методом эллипсометрии перед аналогами являются высокое быстродействие при вычитании темновых сигналов, высокая чувствительность системы при измерениях магнитооптического эффекта Керра, широ-
кий выбор моделей для поиска структуры образца, автоматический контроль за работой электромагнита.
Библиографические ссылки
1. Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет : пер. с англ. М. : Мир, 1981.
2. Косырев Н. Н. Магнитооптический эллипсомет-рический комплекс для получения и исследования наноструктур в установке МЛЭ : дис. ... канд. физ.-мат. наук. Красноярск, 2008.
3. Изучение механизмов формирования структур железа на поверхности кремния при различных технологических условиях методом атомно-силовой микроскопии / Г. А. Александрова, О. П. Вайтузин, Е. П. Березицкая и др. // Вестник СибГАУ. 2009. Вып. 4 (25). С. 125-128.
4. Таха Х. А. Симплекс-метод // Введение в исследование операций. 7-е изд. М. : Вильямс, 2007. С. 95-141.
S. A. Lyaschenko
Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
S. N. Varnakov, S. G. Ovchinnikov Kirensky Institute of Physics, Russian Academy of Sciences, Siberian Branch, Russia, Krasnoyarsk
FIRMWARE COMPLEX FOR INVESTIGATION OF OPTICAL AND MAGNETO-OPTICAL PROPERTIES OF SURFACE STRUCTURES BY ELLIPSOMETRY METHOD
The authors present a complex of software and hardware tools for studying the surface of the samples by spectroscopic ellipsometry and magneto-optical Kerr effect. The basic function of package Gradient SE 2 and the interaction with the hardware described. Advantages over similar systems are shown.
© Лященко С. А., Варнаков С. Н., Овчинников С. Г., 2011
УДК 658.5.011.56
И. В. Матлак, И. С. Додорин
ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ДОКУМЕНТООБОРОТА ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ НА СТАНКАХ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Рассмотрен переход к новому типу технологической документации - процессам САМ-системы, а также перевод взаимодействий на всех этапах жизненного цикла продукции в систему учета данных об изделии.
На ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» (ИСС) в 2008 г. была введена система управления данными об изделии SmarTeam, которая характеризуется высокой степенью внедрения электронного документооборота: в ней применяется цифровая подпись, разработаны необходимые нормативно-организационные документы, отдельные виды документов выпускаются, согласуются и хранятся только в электронном виде. В настоящее время электронным документооборотом ох-
вачено более 40 % конструкторской документации ОАО «ИСС».
В то же время далеко не во всех областях производства используется электронный документооборот, примером чего является процесс технологической подготовки производства (ТПП) и изготовления деталей на станках с числовым программным управлением (ЧПУ).
В настоящее время проектирование процесса обработки деталей на станках с ЧПУ выполняется тех-
