УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ РАССЕЯННОГО СВЕТА Российский патент 1996 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к рефлектометрам и может быть использовано в микроэлектронике для измерения шероховатости супергладких поверхностей.

Известно устройство для измерения интенсивности рассеянного света, содержащее лазер, расположенные по ходу светового луча плоское зеркало, линзу, диафрагму, образец, на поверхность которого сфокусированный луч лазера падает под прямым углом. Рассеянный поверхностью образца свет собирается сферическим рефлектора направляется через светофильтр на фотоприемник. Оптическая ось сферического рефлектора расположена под углом 10^o относительно нормали к поверхности образца, т.е. рассеянный свет, сфокусированный сферическим зеркалам, на пути к фотоприемнику пересекает плоскость, в которой лежит поверхность образца, что ограничивает размеры исследуемых образцов (1).

Недостатками данного устройства являются:
а) Низкая чувствительность , т.к. рефлектор сферический и его ось составляет угол с нормалью к поверхности образца, равный 10^o, возникают сильные сферические аберрации и рассеянный свет может быть собран только в пятно диаметром 6 мм, вследствие чего расходящийся пучок света возникающий в результате многократных отражений первичного луча лазера в линзе и дифракции света на диафрагме, также попадает на фотоприемник.

б) Невозможность измерения шероховатости на прозрачных образцах.

Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения интенсивности рассеянного света, содержащее лазер, расположенные по ходу светового луча линзу, первую диафрагму, плоское зеркало установленное под углом 45^o к опт.оси лазера, рефлектор, выполненный в виде параболического зеркала с отверстием для прохождения светового луча к поверхности образца, расположенного в его фокальной плоскости, светофильтр, фотоприемник, второй рефлектор, расположенный на одной оптической оси с первым рефлектором и выполненным в виде параболического зеркала с отверстием, вторую диафрагму расположенную между светофильтрам и вторым рефлектором соосно с ним. (2).

Недостатком данного устройства является низкая чувствительность .

Целью данного изобретения является повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается, тем, что в известном устройстве для измерения интенсивности рассеянного света, содержащем лазер, расположенные по ходу светового луча диафрагма и зеркало, установленное под углом к оптической оси лазера, рефлектор с отверстием в центре для прохождения светового луча, установленный перпендикулярно оптической оси лазера, вторую диафрагму, расположенную перед светофильтрам и фотоприемник, зеркало, установленное под углом к оптической оси лазера выполнено сферическим, рефлектор выполнен в виде эллиптического зеркала, кроме того устройство снабжено плоским зеркалом, установленным перед второй диафрагмой под углом к оси рефлектора.

На фиг. 1 изображена оптическая схема устройства, на фиг.2 оптическая схема устройства по дополнительному пункту.

Устройство содержит лазер 1, расположенные до ходу светового луча первую диафрагму 2, сферическое зеркало 3, выполняющее одновременно роль линзы и плоского зеркала, рефлектор 4, выполненный в виде эллиптического зеркала с отверстием для прохождения светового луча к поверхности образца 5, расположенного в его первом фокусе, светофильтр 6, фотоприемник 7, вторая диафрагма 8, расположенная перед светофильтром 6 и центр которой совпадает со вторым фокусом эллиптического зеркала. Перед второй диафрагмой 8 установлено плоское зеркало 9 под углом к оси рефлектора. Оно предназначено для уменьшения габаритов устройства по высоте.

Устройство работает следующим образом. Луч света лазера 1 проходит через первую диафрагму 2 отражается от сферического зеркала 3 и падает под прямым углом на поверхность исследуемого образца 5. Рассеянный поверхностью образца свет рефлектора 4 фокусируется в отверстии второй диафрагмы 8 и проходя через светофильтр 6 попадает на фотоприемник 7.

Работа устройства по дополнительному пункту формулы. Луч света от лазера 1 проходит через первую диафрагму 2 отражается от сферического зеркала 3 и падает под прямым углом на поверхность исследуемого образца 5. Рассеянный поверхностью образце свет, фокусируется рефлектором 4 после отражения от плоского зеркала 9 в отверстие диафрагмы 8 и проходя через светофильтр 6 попадает на фотоприемник 7. Повышение чувствительности устройства достигается за счет использования для фокусировки луча лазера сферического зеркала 3, что позволяет полностью шумовой световой поток связанный с многократными отражениями луча лазера в случае использования для фокусировки линзы. Применение одного эллиптического рефлектора 4 вместо двух параболлических, так же увеличивает чувствительность устройства вследствии уменьшения световых потерь, в том числе в светофильтре и фотоприемнике. На данном устройстве для измерения интенсивности ряссеянного света были измерена средняя квадратичная высота неровностей поверхности (σ) образцов полупроводниковых подложек бездислокационного кремния, прошедших суперфинишную полировку поверхности . Измерялась также средняя квадратичная высота неровности поверхности кварцевых фотошаблонных заготовок 200 х 200 мм . Таким образом использование данного устройстве позволило увеличить чувствительность с до .

Кроме того, стало возможным уменьшение габаритов устройства по высоте.

Использование: оптическое приборостроение, в частности рефлектометры для измерения шероховатости супергладких поверхностей. Сущность изобретения: для повышения чувствительности рефлектор с отверстием в центре для прохождения светового луча выполнен в виде эллиптического зеркала. Зеркало, установленное под углом к оптической оси лазера, выполнено сферическим. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для измерения интенсивности рассеянного света, содержащее лазер, расположенные по ходу светового луча первую диафрагму и зеркало, установленное под углом к оптической оси лазера, рефлектор с отверстием в центре для прохождения светового луча, оптическая ось которого перпендикулярна оптической оси лазера, вторую диафрагму, расположенную перед светофильтром, фотоприемник, отличающееся тем, что зеркало, установленное под углом к оптической оси лазера, имеет сферическую форму, рефлектор эллиптическую форму, первый фокус его совмещен с плоскостью поверхности исследуемого образца, а второй фокус с центром второй диафрагмы. 2. Устройство по п.1, отличающееся там, что оно снабжено плоским зеркалом, установленным перед второй диафрагмой под углом к оптической оси рефлектора.