Устройство для измерения толщины оптически прозрачных пленок Советский патент 1988 года по МПК G01B11/00 

//

СО

4: 4

СА9

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля толщины эиитакси- альных пленок Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерения - достигается обеспечением работы интерферометра в сходящихся пучках, что позволяет уменьшить размеры оптических деталей интерферометра. Измеряемый образец помещают на предметньй столик 7. От источника 2 ИК-излучения световой пучок, отклоня- емьй плоским зеркалом 5, направляется на сферическое зеркало 3, которое фокусирует ИК-излз ение в плоскости измеряемого образца. Отраженные ,от образца лучи расходящимися пучками ..попадают на зеркало 4 и далее, отразившись от плоского зеркала 6., фокусируются в плоскости светоделителя 9. При перемещении подвижного зеркала 1I интерферометра 8 происходит изменение разности хода между интерферирующими пучками, что приводит к .изменению интерференционной картины в плоскости приемника 16. Приемник 16 преобразует оптическое излучение в электрический сигнал, несущий информацию о толщине измеряемой пленки. 1 з.п. ф-лы. 2 ил. а (С (Л

фиг.1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля толщины эпитакси- альных пленок.

Цель изобретения - повьшение точности и быстродействия измерения - достигается обеспечением работы интерферометра в сходящихся пучках, что позволяет уменьшить размеры опти ческих деталей интерферометра.

На фиг.1 изображена оптическая схема устройства для измерения толщины оптически прозрачных пленок; на фиг.2 - ход лучей, падающих на отраженных от измеряемого образца.

Устройство содержит осветитель 1 , состоящий из источника 2 ИК-излуче- ния, двух сферических вогнутых зеркал 3,4-и отклоняющих плоских зеркал 5,6, предметньй столик 7 размещения измеряемого образца, интерферометр 8 состоящий из светоделителя 9 и двух сферических вогнутых зеркал 10,11, одно из которых, например, зеркало 11, закреплено на подвижном штоке 12 в аэростатических направляющих 13, приемник 14 ИК-излучения, состоящий из фокусирующего элемента 15 и соб

ственно приемника 16, блок 17 измере- 30вдоль его оптической оси. Вогнутые

ния.сферические зеркала 10, 11 имеют одиОсветитель 1 предназначен для ос: наковые радиусы кривизны, вещения измеряемого образца, разме- Приемник 14 ИК-излучения служит

щенного на предметном столике 7, адля преобразования оптического излутакже формирования отраженного от об- jjчения, полученного путем сложения в разца излучения. Источник 2 служит

светоделителе 9 интерферирующих пучков, в электрический сигнал, пропорциональный интенсивности ИК-излучения, при этом линза 15 служит для фокусирования ИК-излучения в плоскости собственного приемника 16. Конструктивно фокусирующая линза 15 выполнена из германия, диаметр линзы составляет 20 мм. В качестве собственно приемника 16 использован циро- электрический болометр.

для получения полихроматического излучения в ИК-диапазоне спектра. В .качестве источника 2 ИК-излучения использована разогретая до 800 С них- ромовая спираль. Сферическое зеркало 3 служит для фокусирования излучения источника 2 в плоскости измеряемого образца, а сферическое зеркало 4 - для фокусирования отраженного от образца излучения в плоскости светоделителя 9 интерферометра 8.

Плоские зеркала 5,6 служат для отклонения хода лучей в осветителе.-1 ,

Предметный столик 7 для размеще- ния измеряемого образца находится в центре кривизны сферических вогнутых зеркал 3,4 осветителя 1,

Интерферометр 8 предназначен для определения расстояния L между дву

мя интерферирующими волновыми фронтами, образованными измеряемым образцом толщиной d с показателем прелом- Ъения п измеряемого зпитаксиального

с

10

40432

слоя (см. фиг.2). Светоделитель 9 предназначен для деления ИК-излучения в направлении зеркал 10,11 с соотношением пропускания к отражению, равным 1:1, а также для объединения (сложения).пучков, отраженных от зеркал 10,11 с целью получения интер- ферен1щонной картины. Светоделитель 9 размещен на расстоянии от каждого из зеркал 10,11 интерферометра (име5

0

5

ется в виду среднее или нулевое положение подвижного зеркала 11) и зеркала 4 осветителя 1, равном радиусу кривизны соответствующего зеркала. Конструктивно светоделитель 9 состоит из двух частей собственно светоделителя с нанесенным отражательным покрытием, и компенсатора, вьтолненных в виде дисков. В качестве материала использован йодистьй цезий (CsJ), в качестве отражательного покрытия - германий (Се).

Сферическое вогнутое зеркало 11, закрепленное на подвижном щтоке 12 в аэростатических направляющих 13 служит для изменения оптической разности двух интерферируюш 1х волновых фронтов путем перемещения зеркала 11

чения, полученного путем сложения в

светоделителе 9 интерферирующих пучков, в электрический сигнал, пропорциональный интенсивности ИК-излучения, при этом линза 15 служит для фокусирования ИК-излучения в плоскости собственного приемника 16. Конструктивно фокусирующая линза 15 выполнена из германия, диаметр линзы составляет 20 мм. В качестве собственно приемника 16 использован циро- электрический болометр.

Блок 17 измерения служит для управления перемещением подвижного зеркала 11 интерферометра 8, а также для анализа интерферограммы и вычисления толщины измеряемого эпитаксиаль- ного слоя по положениям боковьк пиков интерферограммы.

Устройство работает следующим образом.

Измеряе мый образец размещают на предметном столике 7. От источника 2 ИК-излучения световой пучок, отклоняемый плоским зеркалом 5, направляет3

ся на сферическое вогнутое зеркало 3, которое фокусирует ИК-излучение в плоскости измеряемого образца. Отраженные от образца лучи от границы воздух-эпитаксиальньй слой и слой - подложка (см. фиг. 2) расходящимися пучками попадают на зеркало 4. и далее, отразившись от плоского зеркала 6, фокусируются в плоскости светоде- лителя 9, который расщепляет отраженное от образца излучение на два когерентных расходящихся пзгчка, нап- равляемьк на неподвижное и подвижное

зеркала 10, 11 соответственно. Отра- женные от зеркал 10, 11 пучки снова попадают на светоделитель 9 сходящимися пучками и далее расходящимися пучками (один - пройдя через светоделитель 9, другой - отразившись от него) поступают на фокусирующую линзу 15,посредством которой фокусируются и интерферируют в плоскости приемника 16 ИК-излучения. При перемещении подвижного зеркала 11 вдоль оптической оси на величину + д относительно среднего нулевого положения происходит изменение разности хода L между интерферирующими пзгчка- ми, что приводит к изменению интер- ференционной картины в плоскости приемника 16, причем, как видно на фиг.2,

. d (1)

Отсюда я С 9 I

а

Приемник 16 преобразует оптическоезеркала интерферометра вьтолнены сфеизлучелие, полученное в результатерически вогнутыми с одинаковой криинтерференции двух волновых фронтов,визной, предметньй столик установлен в электрический сигнал, пропорцио- 45 центре кривизны второго сферически нальный интенсивности излучения, не- сзш1ей информацию о толщине измеряемой пленки. Информационная обработка этого сигнала осуществляется в блоке 17

измерения, который анализирует интерг5окала осветителя, равном радиусу криферограмму, определяет ее боковыевизны соответствующих зеркал. пики (максимумы) и по их положениям 2. Устройство поп.1,отличанаходит величину 2 и и далее, с уче-ю щ е е с я тем, что сферические

том выражения (2), вычисляет значениезеркала осветителя выполнены с одитолщины зпитаксиальной пленки.наковой кривизной.

вогнутого зеркала осветителя, а светоделитель установлен на расстоянии от каждого из зеркал интерферометра и второго сферического вогнутого зерТехнические преимущества предложенного устройства для измерения толщины оптически прозрачных пленок заключаются в обеспечении предпосылок для повьшения точности изготовления поверхностей оптических деталей путем уменьшения их размеров (световых диаметров) за счет реализации работы в сходящихся пучках, а также в уменьшении времени хода подвижного зеркала за счет снижения его массогабаритных показателей.

изобретения

Формула

визной, предметньй столик установлен центре кривизны второго сферически

вогнутого зеркала осветителя, а светоделитель установлен на расстоянии от каждого из зеркал интерферометра и второго сферического вогнутого

фие.2