Устройство для обнаружения дефектов в прозрачных тонкопленочных изделиях Советский патент 1986 года по МПК G01N21/45 

Изобретение относится к контролю качества материалов оптическими мет дами, а именно к обнаружению дефектов 6 тонкопленочных изделиях путем регистрйции вызываемых ими светорас сеяния, затухания света и неоднород ностей показателя преломления мате- риала, и может найти применение в составе контрольно-измерительной аппаратуры, широко используемой при производстве различных тонко- пленочньпс изделий, например, интегрально-оптических элементов, пье- зоакустических преобразователей и. т.д.

Цель изобретения - побьппение чувст-вительности устройства.

На чертеже изображена схема устройства. о

Устройство содержит лазер 1, выполненный, например, в виде лазера на красителе с перестраиваемой длиной волны и ориентированный перпендикулярно одной из граней призмы 2 ввода излучения. Трехгранндя призма 2 ввода излучения, выполненная, например, из рутила с углами при основании об и f}, выбираемыми из соот- , ношений Sin oi . Т

2 „

2

причем ее показатель преломления п удовлетворяет соотношению где п; и Пр - соответственно показатели преломления изделия и подложки. Пластина 3j выполненная из того же материала, что и призма 2 ввода излучения, прикреплена к ее основанию, причем на поверхность, прилегающую к призме 2 ввода и злу- чения, нанесено полупрозрачное покрытие 4 из металлической пленки.Линейный размер области контакта L и толщина h удовлетворяют соотношениям:

(cosot + h tget, L 2Asin oi

2- tL + D,

где D - диаметр лазерного луча; A - длина основания призмы 2.

плавно регулируется путем регулиррв- Держатель 5 с исследуемым образцом ки с помощью механизма 7 зазора меж6 вьтолнен, например, в виде микрометрического столика, обеспечивающего Движение исследуемого образца 6 в горизонтальной плоскости по двум координатам. Механизм перемещения призмы ввода излучения предлагается для регулировки зазора между основанием призмы 2 ввода излучения и

ду призмой 2 ввода излучения.и исследуемым изделием 6. Распространяющийся внутри изделия 6 световой псУток, взаимодействуя с потоком, 55 проходящим через изделие у края пластины 3, создает интерференционную картину в виде паралл-ельных ребрам призмы полос, локализованповерхностью исследуемого изделия 6, выполнен, например, в виде юстировоч- ного столика с захватами для удержания призмы 2 ввода излучения 4 и

позволяет перемещать ее в вертикальной плоскости, а также устанавливать ее в рабочее положение, т.е. над исследуемым изделием 6 с основанием строго параллельно его поверхности

с весьма малым зазором. Фоторегистратор 8 выполнен, например, в виде микрофотометра с большим увеличением объектива, оборудованного микропроцессором для автоматической обработки

данных и расположен таким образом, чтобы его объектив был через одну из граней призмы 2 сфокусирован на исследуемую область изделия 6. Устройство работает следующим

образом.

Световой поток от лазера 1, направленный, перпендикулярно одной из . боковых .граней призмы 2 BBBfte- .ния излучения, попадает на полупрозрачную металлическую пленку, нанесенную на верхнюю поверхность пластины 3, которая разделяет на два потока равной-интенсивности. Первьй из них, отразившись от металлической пленки, затем испытывает полное внутреннее отражение от грани призмы ввода излучения 2 и затем при условии , под углом

р.о

90 пересекает исслеруемое изделие 6 непосредственно у края пластины 3. Второй световой поток, проходя сквозь металлическую пленку попадает на нижнюю поверхность пластины 3 таким образом, что крайние лучи светового потока попадают строго на край ее нижней поверхности. В этом случае световой поток через зазор между нижней поверхностью плас- тиньр 3 -и верхней поверхностью изделия 6 вызывает волноводное распространение света в исследуемом изделии, причем его интенсивность

ду призмой 2 ввода излучения.и исследуемым изделием 6. Распространяющийся внутри изделия 6 световой псУток, взаимодействуя с потоком, 55 проходящим через изделие у края пластины 3, создает интерференционную картину в виде паралл-ельных ребрам призмы полос, локализован

ную непосредственно внутри исследуемого изделия 6 и испытывающую не- кажения неоднородностями показателя преломления изделия йп, вызванными дефектами всех типов, локализованньь ми в областях размерами вплоть до нескольких длин волн, что и обеспечивает рост, чувствительности устройства;. Фоторегистратор 8 фиксирует одновременно отклонения интерференционной картины от эталонной для количественной оценки, in и соответственно степени дефектнос- |Ти изделия, а также изменений интенсивности светового потока внутри изделия в направлении его распрострнения для получения точного значения величины затухания света в изделиях, обусловленной скоплением микроскопических дефектов. Поскольку затухание измеряется на длине светового пути в изделии, равной 2N . h , где N -число проходов света через изделие, ah - его толщина, то чувствительность повышается

в N раз по сравнению с прототипом. Светорассеивающие деффекты регистрируются в данном устройстве также, как и в прототипе. Все измерения и расчеты могут вьтолняться автомат чески и непрерывно.

Таким образом, устройство обладает значительно увёличейной чувствительностью за счет возможности обнаружения весьма малых локальных дефектов, а также более точного измерения величины затухания света в исследуемом изделии. Кроме того, поскольку исследуемая интерференционная картина и затухающий световой поток локализованы непосредственно внутри исследуемого изделия, то исключается вредное влияние на результаты измерения дефектов, локализованных вне изделия (в подлож- ке).

Редактор А. Долинич

Состав,итель С. .Голубев

Техред М.Ходанич. Корректор. Е.Рошко

Заказ 5220/41

Тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5

Ф о р м у л а

4

3 о

б-ретения

(.Устройство для обнаружения дефектов в прозрачных тонкогшеночньтх изделиях, содержащее лазер, полупрозрачное зеркало и фоторегистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности .устройства, 8 него введена по ходу излучения лазера призма ввода излучения с механизмом ее перемещения в направлении, перпендикулярном ее основанию, при этом полупрозрачное зеркало выполнено в виде пластины из того же материала, что и призма, на одну из поверхностей которой нанесено полупрозрачное покрытие, пластина расположена у основания призмы ввода излучения, таким образом, что полупрозрачное покрытие находится в контакте с основанием призмы на участке, линей- пъш размер L которого в направлении распространения излучения лазера и толщина пластины h удовлетворяют соотношению:

D

L

coso

+ h tgw, . 2oi,

L i2A Sin L + D,

2

где oL - угол при основании призмы ввода излучения со стороны ввода излучения;

D - диаметр выходного пучка излучения лазера;

А - длина основания призмы, а фоторегистратор расположен над гранью призмы ввода излучения, противоположной ее входной грани.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обнаружения дефектов в прозрачных тонкопленочных изделиях различной толщины, лазер выполнен перестраиваемым по частоте.

Изобретение относится к технике контроля качества материалов оптическими методами, а Именно к устройствам для обнаружения дефектов в тонкопленочных изделиях путем регистрации вызываемого ими светорассеяния и изменения показателя . преломления и затухания света. С целью повьппения чувствительности в устройство введена трехгранная призма 2, кинематически связанная с механизмом плавной регулировки зазора между ее основанием и исследуемым изделием 6. На ее основании закреплена пластина 3, выполненная из того же материала, что и призма, а на поверхность пластины, прилегающую к призме 2, нанесена полупрозрачная металлическая пленка 4, толщина h. пластины и длина пленки L определяются из соотношений: L D/ + htgcv;, L ё 2ASin L + D, , где D - диаметр лазерного пучка, А-- длина основания призмы, сА угол при основании призмы. Лазер 1 выполнен перестраиваемым по частоте.1 з.п. ф-лы, 1 ил. с S (Л Nd а о vi 00