Двухлучевое интерференционное устройство для измерения толщины прозрачных пленок Советский патент 1985 года по МПК G01B9/02 G01B11/06 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения толщины и показателя преломления прозрачных пленок.

Известны интерференционные устройства для определения толщины и показателя преломления прозрачных пленок, основанные на анализе интерференционной картины, возникающей при отражении света от поверхностей пленок и содержащие осветительную систему, узел регистрации щирины интерференционных полос и угломерный блок 1.

Однако эти устройства позволяют измерять толщину пленок в ограниченных пределах и точность измерения в нижнем пределе низка (составляет 5-10%)

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является двухлучевое интерференционное устройство для измерения толщины прозрачных пленок, содержащее осветительную систему, интерференционный блок, держатель измеряемой пленки, компенсатор и зрительную трубу, интерференционный блок в данном устройстве выполнен в виде двух плоскопараллельных пластин, установленных последовательно под углом 45° к оси излучения 2. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения вследствие неодинакового прогрева от осветительной системы пластин интерференционного блока, в результате .чего интерференционная картина в устройстве неустойчива.

Целью изобретения является повыщение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что двухлучевое интерференционное устройство для измерения толщины прозрачных пленок, содержащее осветительную систему, интерференционный блок, держатель измеряемой пленки, компенсатор и зрительную трубу, снабжено последовательно расположенными по ходу излучения перед зрительной трубой узкополосным интерференционным фильтром, поляризатором и уголковой призмой, интерференционный блок выполнен в виде последовательно расположенных по ходу излучения плоскопараллельной пластины, установленной под углом 45° к оси излучения, оборачивающей призмы и призмы Дове, а держатель измеряемой пленки установлен с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной основанию оборачивающей призмы.

На чертеже изображена принципиальная схема двухлучевого интерференционного устройства для измерения толщины прозрачных пленок.

Устройство содержит осветительную систему 1, интерференционный блок, выполненный в виде последовательно расположенных по ходу излучения плоскопараллельной пластины 2, установленной под углом 45° к оси излучения, обеспечивающей призмы 3 и призмы 4 Дове, узкополосный интерференционный фильтр 5, поляризатор 6, уголковую призму 7, зрительную трубу 8, держатель 9 измеряемой пленки, установленный с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной, основанию оборачивающей призмы, и компенсатор 10. Устройство работает следующим образом.

Свет от осветительной системы 1 падает на плоскопараллельную пластину 2 и расщепляются на два когерентных пучка, которые отразивщись от оборачивающей призмы 3, проходят призму 4 Дове, снова соединяются при отражении от плоскопараллельной пластины 2, интерферируют, проходят узкополосный интерференционный фильтр 5, поляризатор 6, уголковую призму 7 и попадают в зрительную трубу 8. Пленку устанавливают в держателе 9.

При этом интерференционная картина смещается и выходит из поля зрения. Поворотом компенсатора 10 это смещение

5 компенсируют. Измеряемую пленку поворачивают на угол i так, чтобь интерференционная картина сместилась на целое число ш полос. При этом измеряют угол i поворота с помощью отсчетно-угломерного устройства (не показано), которое может быть любым из известных типов, обеспечивающих точность измерения угла. Поляризатор 6 используют для гащения паразитных отражений. При повороте измеряемой пленки на угол i относительно плоскости

5 основания оборачивающей призмы 3 увеличивается оптическая разность хода, вследствие чего интерференционная картина смещается.

Смещение интерференционной картины пропорционально изменению оптического

0 пути при двухкратном прохождении света через пленку, установленную под углом i к световому потоку.

Таким образом, последовательность опе5 раций предлагаемого способа следующая:

Устанавливают измеряемую пленку в держатель 9 и поворотом компенсатора 10 (или его введением) компенсируют вызванное введением пленки в ветвь интерферометра смещение интерференционной картины. Производят поворот держателя 9 с измеряемой пленкой на угол i, так, чтобы интерференционная картина сместилась на целое число полос - ш. Измеряют угол поворота i, с помощью отсчетно-угломер, ного устройства. Производят поворот держателя 9 с измеряемой пленкой на угол ij и фиксируют смещение интерференционной картины на целое число полос - Шг Определяют показатель преломления пленки из уравнения ,

т,- (п -sin U ) ,/,-cos ij -n+ 1 mt(n -sin ij )-cos ii-n+1. Определяют толщину пленки по формуле

,fn Л

4-t(H )/«-cosii-n i

где Л-длина волны излучения;

п - показатель преломления пленки;

Jl -толщина пленки. Ввиду того, что интерферирующий пучок лучей снимается с той же плоскопараллельной пластины 2, на которую падает и входящий пучок, обеспечивается устойчивая интерференционная картина. Выполнение держателя 9 измеряемой пленки с возможностью поворота относительно падающего светового потока и использование интерференционного узкополосного фильтра позволяет производить измерения толщины прозрачных пленок в зависимости от показателя преломления непосредственно на измеряемом участке, что ведет к повыщению точности и достоверности измерений.

ДВУХЛУЧЕВОЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПРОЗРАЧНЫХ ПЛЕНОК, содержащее осветительную систему, интерференционный блок, держатель измеряемой пленки, компенсатор и зрительную трубу, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено последовательно расположенными по ходу излучения перед зрительной трубой узкополосным интерференционным фильтром, поляризатором и уголковой призмой, интерференционный блок выполнен в виде последовательно расположенных по ходу излучения плоскопараллельной пластины, установленной под углом 45° к оси излучения, оборачивающей призмы и призмы Дозе, а держатель измеряемой пленки установлен с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной основанию оборачиваюS щей призмы. (Л 05 сд 00 со