Способ контроля температуры Советский патент 1992 года по МПК G01J5/58 

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для измерения температуры пластин монокристаллов, в частности монокристаллического кремния.

Известен бесконтактный способ регистрации температуры поверхности твердых тел, в частности пластин монокристаллического кремния, основанный на сравнении светимости эталонного источника со светимостью нагреваемого образца,

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является бесконтактный способ регистрации температуры твердых тел, основанный на явлении изменения состояния поляризации светового луча при прохождении им кристаллов, обладающих двойным лучепреломлением и нагреваемых лазерным лучом большой мощности, проходящим вдоль того же направления, что и измерительный луч.

Недостатком известного способа является невозможность его использования для контроля температуры непрозрачных кристаллов. Кроме того, способ может применяться для контроля температуры лишь кристаллов, обладающих двойным лучепреломлением.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых температур путем смещения его нижнего предела и повышения точности.

Способ контроля температуры поверхности пластин монокристаллического кремния осуществляется следующим образом.

Поверхность кристалла предварительно оптически полируют, затем помещают ее в высокий вакуум и производят очистку ее поверхности от адсорбированных газов и окислов, после чего на поверхность пласти 4

X О 4 О

ны направляют луч линейно поляризованного света под углом 70 - 73° относительно нормали к поверхности пластины, затем вращают плоскость поляризации падающего света, изменяют эллиптическую поляри- 5 зацию отраженного светового луча на линейную, после чего гасят интенсивность отраженного луча света до момента регистрации минимального тока фотоприемника, после чего осуществляют нагрев пластины 10 и по величине тока фотоприемника судят о температуре ее поверхности.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего данный способ.

Устройство содержит лазер 1, четверть- 15 волновые пластины 2 и 3, поляризатор 4, анализатор 5, фотоприемник 6, регистратор 7, объект 8 измерения, вакуумную камеру 9, смотровые окна 10 и 11, нагреватель 12.

Луч от лазера 1 через четвертьволновую 20 пластину 2 и поляризатор 4 через смотровое окно 10 направляют под углом 70 - 73° относительно нормали на объект 8, установленный в вакуумной камере. При этом важно, чтобы при изменении азимута пло- 25 скости поляризации интенсивность падающего на образец света не изменялась. Это достигается следующим образом. Излучение лазера имеет линейную поляризацию и при пропускании его через поляризатор 4 30 интенсивность прошедшего света при вращении поляризации изменяется в соответ- ствии с законом Малюса.

С целью устранения данного нежелательного эффекта на пути луча лазера перед 35 входом его в поляризатор 4 устанавливается (фазовая)четвертьволновая пластина 2 для используемой длины световой волны. Направления кристаллических осей данного двоякопреломляющего кристалла уста- 40 навливаются под углом 45° относительно плоскости поляризации лазерного луча. В этом случае свет на выходе четвертьволновой пластины 2 имеет круговую поляризацию и интенсивность света, прошедшего 45 далее через поляризатор 4, уже не зависит от угла между плоскостью поляризации лазерного луча и плоскостью пропускания поляризатора, что существенно упрощает применение способа.50

Отраженный от объекта 8 луч через окно 11, вторую четвертьволновую пластину 3 и анализатор 5 попадает на приемник 6 излучения, соединенный с регистратором 7.

Отраженный от образца свет имеет в 55 случае непрозрачных кристаллов или поглощающих поверхностей эллиптическую поляризацию. При этом ориентация осей эллипса поляризации отраженного света зависит как от значений оптических

постоянных поверхности образца, угла падения света на образец, длины волны используемого излучения, так и от азимута плоскости поляризации падающего на образец света. Изменяя азимут поляризации падающего на образец света и изменяя тем самым пространственную ориентацию осей эллипса поляризации отраженного света, добиваются совмещения его осей с направлением .кристаллических осей второй четвертьволновой пластины 3, азимут которой постоянно фиксирован в данном случае и составляет угол, равный ± 45° относительно плоскости падения светового луча.

Если оси эллипса и оси пластины 3 совпадают, то свет на выходе четвертьволновой пластины имеет линейную поляризацию, что обнаруживается с помощью анализатора 5 путем установки азимута плоскости его пропускания в положение, при котором световой поток, проходящий через анализатор, будет минимальным, что обнаруживается с помощью фотоприемника 6, установленного после анализатора. Затем осуществляется нагрев образца нагревателем 12 и при фиксированных азимутах поляризатора 4, анализатора 5 и четвертьволновых пластин 2 и 3 регистрируется приращение тока фотоприемника 6, вызванное поворотом осей эллипса поляризации отраженного света. По величине приращения тока фотоприемника судят об изменении температуры поверхности.

Если при нагретом образце произвести поворот плоскости поляризации падающего на образец света, то, как показывают измерения, ток фотоприемника возвращается к первоначальному минимальному значению (в области температур, когда свечение образца мало). Данное обстоятельство свидетельствует о том, что при нагреве поверхности отношение осей эллипса поляризации отраженного от образца света не изменяется, а происходит поворот осей эллипса относительно неподвижных осей четвертьволновой пластины. При этом угол поворота изменяется, как показывают измерения, прямо пропорционально изменению температуры.

Формула изобретения Способ контроля температуры поверхности пластин монокристаллов, предусматривающий нагрев пластины и контроль за изменением ее температуры, заключающийся в направлении на кристалл луча поляризованного света и измерении изменения поляризации прошедшего или отраженного луча, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерявмыхтемператур путем смещения его нижнего предела и повышения точности, на предварительно отполированную и очищенную от окисных пленок и адсорбированных газов поверхность пластины кристалла луч линейно поляризованного света направляют под углом 70 - 73° относительно нормали к поверхности пластины, вращают плоскость поляризации падающего луча и изменяют эллиптическую поляризацию отраженного светового луча на линейную, после чего гасят интенсивность отраженного светового луча до момента регистрации минимального тока фотоприем.ника, затем нагревают пластину и по величине тока фотоприемника определяют температуру пластины.

Изобретение относится к физической оптике и может быть использовано для измерения температуры поверхности пластин монокристаллов, в частности монокристаллического кремния. Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых температур путем смещения его нижнего предела и повышение точности. Для этого на предварительно отполированную и очищенную от оксидных пленок и адсорбированных газов поверхность направляют луч поляризованного света под углом 70 - 73° относительно нормали, вращают плоскость поляризации падающего луча до получения линейной поляризации отраженного светового луча, после чего гасят интенсивность отраженного луча до получения минимального тока фотоприемника, затем нагревают пластину и по величине тока фотоприемника определяют ее температуру. 1 ил.