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

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано для контроля оптических толщин отдельных слоев в процессе нанесения многослойных интерференционных покрытий, предназначенных для работы в ультрафиолетовой области спектра.

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

Сущность способа заключается в том, что пропускают через наносимый слой монохроматическое излучение видимой или инфракрасной областк спектра с контрольной длиной волны, для каждого слоя, определенной из следующих соотношений.

При нанесении первого слоя длина волны излучения определяется из соотношения:

сд

00

Сд

/Vv 1 -- T----- ---

arccos IP (Б - Ув2 + 2C2)J

(1)

где Лр - рабочая длина волны покрытия :

С iln --(In 2)2, 2 n n

в

1+1 (Inn,) - (In 2jj),

n - показатель преломления

первого слоя п - показатель преломления

подложки.

При этом нанесение слоя прекращают по достижении потоком прошедшего излучения величины Т 1/В или по до тижении потоком отраженного излучени .величины R 1 - 1/В.

При нанесении второго слоя длина волны излучения определяются из соотношения :

Д .j

1 arccosA

In Si

где A « I

21n 2l n:

(2)

n - показатель преломления второго слоя.

При этом нанесение второго слоя прекращают по достижении потоком про- пущенного или отраженного излучения экстремального значения.

При нанесении остальных слое is длина волны излучения определяется из соотношений:

для нечетного номера слоя

NAj

(3)

для четного номера слоя

И ж

KN 2i

(4)

где N - номер слоя;

1 - целое число, выбираемое следующим образом: дпя нечетного

где

i (IT С„);

/i

Р

N

l V Sin (IT - G) ;

число слоев, номер.слоя;

1 Ir, . 9 r.

тм

2 n

- длина волны излучения:

m

8. ;

1ПТИЧ6

в единицах 0,25-/1р ;

m

g - оптическая толщина S-ro слоя

5

0

n - показатели преломления чередующихся слоев.

Поток пропущенного (отраженного) излучения при нанесении N-ro слоя достигает экстремального значения, когда Т N 0.

Дифференцируя уравнение (5), получают

м

IV sin (IT -.- G) 0. (6)

Vn(

5 Поскольку для равнотолщинной двух- компонентной системы с g g 1 , V ,,

- V

Ul

V

V, G m, получают

0

и-

V - (-1)

кт

о

tn-n

/ sin (m -j-) +

1ГЛ,,

+ V sin (N ---) 0,

Nл

Изобретение предназначено для контроля оптической толщины отдельных слоев в процессе нанесения многослойных интерференционных покрытий. Цель изобретения - повышение информативности за счет расширения диапазона контролируемых материалов, применяемых в качестве подложек, и для нанесения самих покрытий. Для контроля оптической толщины первого слоя определяют контрольную длину волны. Нанесение первого слоя прекращают по достижении потоком излучения величины T=1/B или R=1-1/B. Определяют контрольную длину волны для нанесения второго слоя. Нанесение второго слоя прекращают по достижении потоком излучения экстремального значения T или R. Далее при нанесении нечетных или четных слоев контрольную длину волны определяют из выражений приведенных в описании изобретения. Нанесение каждого из этих слоев прекращают по достижении экстремального значения величин T или R.

N 0 i -j-, для четно- д. отсюда получены формулы (3) и (4).

Для второго слоя из (6) получаем фор- м о ного N

О i « ---Нанесение слоя прекращают по достижении потоком прошедшего (отраженного) излучения экстремального зна- 0 чения.

При вьтолнении указанных условий оптическая толщина каждого слоя равна 0,25 Ир

мулу (2).

Нанесение первого слоя прекращается по достижении им определенной величины. Очевидно, что наименьшая ОБшбка в толшине слоя получается ког- да нанесение слоя прекращается в точке перегиба, т.е. в точке, где

т;, 0.

-ее Дифференцируя дважды (5), получаЭто вытекает из следующих рассуж- 5 ЛООМУЛУ (1) дений:. V у у J

Доказательство расширения диапа J - . зона показателей преломаення наноси1 4- S i + слоев и подложки.

Для второго слоя из (6) получаем фор-

мулу (2).

Нанесение первого слоя прекращается по достижении им определенной величины. Очевидно, что наименьшая ОБшбка в толшине слоя получается ког- да нанесение слоя прекращается в точке перегиба, т.е. в точке, где

т;, 0.

Дифференцируя дважды (5), получа51585669

Формула (1) ограничений практичес- Формул и не дает. Ограничения возможны в ормуле (2), поскольку должно бьгпг А/ 1.

Здесь возможны следующие варианСпособ к слоев при н гослойных п в том, что мый слой мо ние, регистр ветственно го излучения слоя по дост величины, о тем, что, с ц . ности за сче контролируем ния слоев и рез наносимы рольной длин

ты:

1) пЬ п п

а) если п, то берут

в

г

б) если п у ПдП , то берут

2)

т -

п п

М

Пк п

берут п, п,

3) п п н берут п п.. п

п н Рп

в

0,25 мкм. Так как i

п 7П

п

н

п

н

6

Легко убедиться, что во всех случаях модуль аргумента арккосинуса не превьтает единицу. Таким образом соответствующим выбором первого слоя можно снять ограничения на показатели преломления наносимых слоев и подложки.

П р и м е р. Требуется нанести на подложку с-.показателем преломпения п 1,6 (NaCl) систему слоев с показателями преломления п g 1 ,76 (NdjOpr и п„ 1,38 (), р

п g п п, и то согласно (16), вы

бирают п

Дпя первого слоя из (1) получаем ., 0,501 мкм. Нанесение первого слоя прекращается, когда станет Т 0,970 или R 0,030.

Из (2) Л, 0,955 мкм.

Из (3) и (4) получаем Лкз 0,750 мкм (1 0), 0,500 мкм (i 1), 1,25 (i 0) или 0,417 (i 1) и т.д.

Нанесение слоев начиная с второго прекращается по достижении потоком прошедшего (отраженного) излучения экстремального значения.

Таким образом, техническое решение позволяет повысить информативность за счет расширения диапазона материалов, применяемых для нанесения интерференционных покрытий, рабо тающих в ультрафиолетовой области спектра, при контролировании этих покрытий в видимой и инфракрасной областях спектра.

6

3 о б р

е т е

и и я

0

5

Д

Способ контроля оптических толщин слоев при нанесении на подложку многослойных покрытий, заключающийся в том, что пропускают через наносимый слой монохроматическое излучение, регистрируют поток Т или R соответственно прошедшего или отраженного излучения и прекращают нанесение, слоя по достижении потоком заданной величины, отличающийся тем, что, с целью повышения информатив- . ности за счет расширения диапазона контролируемых показателей преломления слоев и подложки, пропускают через наносимый слой излучения с контрольной длиной волны Ак, , Як и

соответственно для первого, второго слоев и отдельных четных и нечетных слоев, определенной из соотношений:

1

arccos F (В - Увг + 2С)

30

35 I

где А, В, С - коэффициенты, учитывающие показатели преломления слоя и подложки; - рабочая длина волны покрытия; номер слоя;

целое число, удовлетворяющее условию

N i

О i

N - 2

для чет

м з ного слоя, 4-2

для нечетного слоя,

прекращают нанесение первого слоя при достижении потоком излучения величины Т 1/В или R 1 - 1/В, а всех последующих слоен - при достижении потоком излучения экстремального значения нет личины Т или R..