Устройство для измерения толщины пленок Советский патент 1988 года по МПК G01B11/06 

оо

4i ГО 4 1С

25

Изобретение относится к измериельной технике и предназначено для змерения толщин пленок.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет измерения перемещения подложки.

На фиг о 1 приведена схема устройства для измерения толщины пленокj на фиг, 2 дифракционная картина. Q Устройство содержит источник 1 излучения, формирователь 2-3 пучка света, систему из двух элементов для формирования дифракционной картины, каждый из которых выполнен в виде прочной подложки 4 (5)5 линзу 6, экран 7, диафрагму 8 и фотоприемник 9 о Позицией 10 обозначена дифракгдаон- ная картинаJ.а позицией 11 - пленка.

На подложке 4 и 5 нанесены кепро- л зрачные 12 и прозрачные. 13 штрихи таКэ что расстояние ними больше ширины штрихов, ,

Устройство работает сл.едующим образом.

От источника 1 сформированный монохроматический поляризованный пучок света пропускается-Через подложки 4 и 5, и линзой 6 на.экране 7 формируется дифракционная картина 10. С помощью диафрагмы 8 и фотоприемника 9 измеряется интенсивность света второго максимума дифрар:пдонной кар- - тины, а с помощью других диафрагмы и фотоприемника Чне показаны) - третьего максимума (координаты заран- йее известны). Подложки 4 и . 5 установлены на таком расстоянии друг от друга в направлении распространения света, при котором интенсивность второго максимума равна нулю, Пленка 11 помещается в промежутках между подложками 4 и 5 при этом изменяется интенсивность второго максимума.

Подложка 5 перемещается в направлении распространения свата на расстояние йЪ до тех nopi пока интенсивность света второго максимума не станет равной нулю Затем подложка 5 перемещается на ра.ссто.якие hi. до- тех пор, пока интенсивность света третьего максимума не станет равной нулю. Толщину пленки вьг-1}: 1сляют по

формуле; .

btr,

°S li l t jZ4El 2§ jll ± 4. cos г,- cos t-Fi

(1

30

35

45

SO

55

h - толщина прозрачной пленки; h(j - расстояние между подложками без пленки;

/3h,dh - величины первого и второго перемещений подложек; ifj I fз - углы между направлением распространения света и направлением на второй и третий максимумы дифракционной картины;

t разность размеров прозрачного и непрозрачного участков подложки.

Интенсивность любого максимума дифракционной картины определяется из зависимости s

т - -

-о о.

K2d2

2m2t2

- , (2)

m

та

1л

где „ - интенсивность максимума дифракционной картины; номер максимума; интенсивность падающего света;

tj - ширина прозрачного участка дифракционной картины;

d - период образованной элементами решетки;

N - число штрихов решетки.

При условии sin

Item,

fK интенсив5

5

ность второго максимума равна нулю, что вьшолня.ется при 21 d, т.е. когда непрозрачные промежутки равны прозрачным, ..а интенсивность третьего максимума равна нулю, когда. d Так как подложки 4 и 5 находятся на расстоянии друг от.друга,, а размеры прозрачного участка решетки зависят от расстояния межйу подложками 4 и 5, период d решетки постоянен, а соотношение прозрачных и непрозрачных участков изменяется

J 2to -hotgtfi Ь Г

(3)

где t - эффективный размер прозрачного промежутка решетки; to - размер прозрачного промежутка на подложке;

ho - расстояние между подложками; if - угол между направлением на

второй максимум и направле- нием распространения света.

Интенсивность второго максимума равна нулю при таком расстоянии h

меящу подложками 4 и 5, когда 2t d.

При размещении измеряемой пленки между подложками 4 и 5

, 2tu- (ho - hm)t24 3- hgtgtf) /д.

.Ч-у/

2t; f 2d, 2 . где у- угол преломления света, дифрагирующего в максимум ди- фракционной картины, а интенсивность света второго м акси- мума при размещении пленки / 0.

Если сместить одну из подложек 4 или 5 на расстояние

2to-( )tgg 2- htstgvf ,. t . - - -.1.3

при tg -d

(ho - dhOtgO ij - d t .

h -

Так как V s tg V sin V J y

n, TO

n htr:. (7)

+uh, - ut)

где П - показатель преломления пленки.

То же относится и к третьему максимуму дифракционной картины, кото. ( Э

htn - cos Ц ъ

рый равен нулю при 3t d, т.е.

(ho +Th7- 3 t)

Решая (7) и (8), получают уравнение (1), т.е. толщину пленки, так как 4t и (f постоянны при заданньпс размерах участков подложек 4 и 5, а hj, - фиксировано, то измерения сводятся к измерению /3h и 4 h,j.

Формула изобретения

Устройство для измерения толшны пленок, содержащее последовательно установленные источник излучения, систему из двух элементов для формирования дифракционной картины, один из которых установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси устройства, линзу и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабженр оптической системой формирования светового пучка, установленной по ходу излучения за источником, двумя диафрагмами, размещенными последовательно одна за по ходу излучения за линзой, и дополнительными фотоприемниками, расположенными в одной плоскости с первым, а каждый элемент системы формирования дифракционной картины вьшолкен в виде прозрачной подложки с нанесенньЫн на нее непрозрачными штрихами так, что расстояние между ними больше ширины штрихов.

w

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения толщин пленок. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет измерения перемещения . подложки. Пучок света через подложки и линзу поступает на экран, где формируется дифракционная картина. При помещении пленки между подложками, выполненными прозрачными с нанесенными на нее непрозрачными штрихами так, что расстояние между нимН больше ширины штрихов, интенсивность второго максимума дифракционной картины изменяется . Перемещая одну из подложек до тех пор, пока интенсивность света второго максимума станет равной нулю, и повторяя это для третьего максимума, из зависимости определяют толщину пленки. 1 ил.

Зтая tnax way Wy max fnax

may