Способ контроля оптических толщин слоев при нанесении на подложку многослойных покрытий Советский патент 1990 года по МПК G01B11/06 

Изобретение относится к измерительной технике, к контролю оптичес- киз толщин отдельных слоев в процессе нанесения многослойных интерференционных покрытий оптическими методами.

Цель изобретения - повышение информативности за счет расширения диапазона контролируемых показателей преломления и спектрального диапазона слоев и подложки.

Сущность способа заключается в том, что пропускают через наносимый слой монохроматическое излучение с длиной волны к, определяемой из выражения

К

7 Ар

2arcsin((X+l)2)

(О

где X - отношение показателей преломления наносимых слоев, регистрируют поток прошедшего Т или отраженного R излучения и прекращают нанесение первого, второго и третьего слоев при достижении потоком определенной величины, рассчитываемой по формуле

сл

О5 1

3

00

1-R 4(2 +

п0

М,

+

+ пл n M

г

По П

ч - М„ ;

(2)

де М „ , М

VZ

и М„2.(

элементы матрицы системы слоев, которая представляет собой результат произведения матриц, соответствующих отдельным слоям системы;

- показатель преломления подложки; - показатель преломления исходной среды (воздух).

Изобретение относится к измерительной технике, к контролю оптических толщин отдельных слоев в процессе нанесения многослойных интерференционных покрытий оптическими методами. Цель изобретения - повышение информативности за счет расширения диапазона контролируемых показателей преломления и спектрального диапазона слоев и подложки. Для этого, исходя из отношения показателей преломления наносимых слоев и рабочей длины волны покрытия, прекращают нанесение первого, второго и третьего /J=1,2,3/ слоев при достижении потоком излучения величины, определяемой толщиной слоев и показателем преломления, а нанесение последующих слоев прекращают при достижении потоком излучения величины, равной величине прошедшего или отраженного излучения через подложку с нанесенными первыми J-слоями.

мИ

м22

И

П

5(

cosCg-qO

sin(gg(|

-n sin(gs-tf) cos(g«;4)

де gc оптическая толщина в единицах 0,25 9Vp (g g

-Л . f

Л V

T

- показатель преломления S-го

слоя;

А ц- контрольная длина волны излучения ; N - число слоев.

Нанесение слоев с номером, выражающимся формулой N 4., где k 1, 2, 3,..., j О, 1, 2, 3, прекращают по достижении потоком прошедшего (отраженного) излучением заданной величины, равной величине потока прошедшего (отраженного) излучения системы: подложка - j чередующихся слоев - воз дух.

При выполнении указанных условий оптическая толщина каждого слоя будет равна 0,25 ftp.

Это следует из того, что матрица, являющаяся результатом произведения матриц, соответствующих четырем чередующимся слоям, при выборе длины волны излучения согласно (О эквивалент- на единичной матрице. Другими словами, пропускание системы слоев на длине волны, вычисленной по (1)не за

Qi

висит от числа систем (ВН) или (НВ) нанесенных на подложку (В и Н - слои с высоким и низким показателями преломления) .

Из (О видно, что аргумент арксинуса не превышает единицу при любом X. Таким образом, предлагаемый способ позволяет использовать вещества с любыми показателями преломления.

Длина волны ft в зависимости от X.

1, 2,01 -Api

1,5;Т1К 2,052 Ър;

2,0; Л 2,153 Лр;

3,0;Ъ 2,383 ftp ,

sin(gg(|)

,

0

5 0

5

0

5

0

5

Результаты для X и 1/Х аналогичны. Видно, что для любого реального X 9 находится в видимой области спектра.

Пример 1. Необходимо нанести на подложку с показателем преломле- тшя 1,6 (NaCl) систему из слоев окиг си неодима пе 1,76 и фтористого магния п н 1 ,38, /А р 0,2 мкм. По формуле (1) вычисляем длину волны контроля Лк 0,4038 мкм. Выбор вещества первого слоя произволен, выбираем п 1 ,38. Нанесение, слоев в номерами 1, 5, 9,... прекращается, когда пропускание Т, вычисленное по формуле (2), достигнет величины 0,969 (или отражение R достигнет 0,031). Нанесение слоев с номерами 2, 6, 10,... прекращается при Т 0,943 или R 0,057. Нанесение слоев с номерами 3, 7, II,... прекращается при Т 0,922 или R 0,078. Нанесение слоев с номерами 4, 8, 12,... прекращается при Т 0,947 или R 0,053 ((уровень подложки).

П р и м е р 2. Допустим, что тре- буется нанести на подложку с показателем преломления 1,45 (кварц) систему из слоев с показателем преломления пр 2,0 (двуокись циркония) и n j 1,65 (окись алюминия), Ар 0,25 мкм, 0,5029 мкм. Пусть п, 2,0. Нанесение слоев с номерами 1,5, 9,...- прекращается при Т 0,865 или R 1 0,135. Нанесение слоев с номерами 2, 6, 10,... прекращается при Т 0,840 или R 0,160. Нанесение слоев с номерами 3, 7, 11,... прекращается при Т 0,939 или R 0,064. Нанесение слоев с номерами 4, 8, 12,... прекращается при Т 0,966 или R 0,034 (уровень подложки).

Формула изобретения

Способ контроля оптических толщин

слоев при нанесении на подложку многослойных покрытий, заключающийся в том, что пропускают через наносимый слой монохроматическое излучение, ре гистрируют поток прошедшего Т или от раженного R излучения и прекращают нанесение слоя по достижении потоком заданной величины, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности за счет расширения диапазона контролируемых показателей преломления и спектрального диапазона слоев и подложки, выбирают длину волны ft к излучения из выражения

и А-р к Г . )

где

2 arcsin Ар- рабочая длина волны покрытия;

X - отношение показателей преломления наносимых слоев, прекращают нанесение первого, второго и третьего (j 1,2,3) слоев по

5678736

достижении потоком излучения велич)- ны

1-R 4(2 +

aiMJ п

.i-м2

27

+ non м,г

+ -- м; )

П„П

гдеп - показатель преломления

подложки;

показатель преломления окружающей среды;

по

М „ , М п,

М4,, Мгг- элементы матрицы системы

слоев,i

а нанесение последующих слоев с номером N-4k + j(k-l,2, 3

j О, 1, 2, 3), прекращают по достижении потоком излучения величины, равной величине прошедшего или отраженного излучения через подложку с нанесенными первыми j слоями.