Способ контроля толщины пленки в процессе ее нанесения Советский патент 1992 года по МПК G01B11/06 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для неразрушающего контроля толщин слоев при изготовлении покрытий на оптических деталях.

Известны способы контроля толщин слоев в процессе их нанесения на подложку, заключающиеся в том, что на подложку с наносимым покрытием направляют монохроматическое излучение и по степени его взаимодействия с подложкой и пленкой, по достижению экстремального значения интенсивности излучения судят о толщине наносимой пленки.

Известные способы не позволяют нанести пленку требуемой толщины,

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, заключающийся в том, что монохроматическое линейно поляризованное излучение направляют под углом, отличным от нуля, на подложку, до нанесения пленки и в процессе нанесения регистрируют фазовую и амплитудную анизотропию отраженного излучения.

Недостатком является малая точность получения пленки с требуемой толщиной.

Целью изобретения является повышение точности нанесения пленки.

С этой целью при известном способе контроля толщины пленки в процессе ее нанесения, заключающемся в том, что до и в процессе нанесения пленки освещают контролируемый образец линейно поляризованным излучением с длиной Я волны под углом р и измеряют сдвиг фаз между РVJ о го

со

и S-компонентэми отраженного излучения и определяют момент прекращения нанесения пленки заданной толщины, ДЛИНУ А волны излучения и угол р освещения образца выбирают из условия где л

,2,3 n-показатель

4Vn - sin

преломления материала пленки а момент прекращения нанесения пленки определяют по моменту достижения К-й кратности равенства сдвига фаз между Р- и S-компо- нентами излучения до и в процессе нанеге- ния пленки

При падении линейно поляризованного излучения длиной волны А на чистую поверхность образца изготовленного из материала, показатель поглощения которого близок к нулю, под углом / отраженное излучение будет также линейно поляризованным, так как разность фаз Р- и S-компонент отраженного излучения равна к при углах падения р рвр или 0 при углах где рвр угол Брюстера для цанного материала

При нанесении на поверхность образца слоя вещества, показатель преломления которого отличен от показателя преломления материала образца а показатель поглощения близок к нулю, падающее линейно поляризованное монохроматическое излучение при отражении преобразуется в общем случае i эллиптически поляризованное излучение, i ак как разность фаз Р- и S-компонент отражен ного излучения не равна п (или 0), причем степень эллиптичности и направление бопь- шой оси эллипса определяется оптическом толщиной слоя вещества

Параметры эллиптической поляризации отраженного излучения могут быть определены из уравнения, описывающего коэффициент отражения /э линейно поляризованного излучения длиной волны Я , падающего под углом р на слой вещества лз окружающей среды

«кйА roip+e- e- Wp

tg

1 + ее Т01ГИ2

1 + (3lroiSM2s rois

где roiP и П2Р - коэффициенты отражения Френеля для Р-компокенты излучения относящиеся соответственно к границам сзз- дела между окружающей средой и c/ioeiv вещества и слоем вещества и контрольным образцом,

sois и H2S - коэффициенты отражения Френеля для S-компоненты излучения, от- мис щчеся соответственно к тем же границам раздела что и гспр, П2Р показатель преломления слоя вещес пза,

i - мнимая единица

Анализ этого уравнения показывает что в процессе нанесения на поверхность об- 0 г -РЯ вещества отраженное изпучение гганоз1 тся поляризованным а сдзиг фаз между Р- и S-компонентами отраженного излучения становится равным нулю (при if рьр ) или п (р рьр ), т е 5 сдвигу фаз для чистой подложки когда оп- тичегк я толщина стоя красна четверти длиHbl ГСЛЧУ

Поэтому сущность изобретения заклю- чгет, LJ го i чтобь контроль процесса на- 0 Hr ijiit сл°| требуемой толщины х/не лвлять при такой длине А излучения ч угле tpet3 падения, при которых требуемая плв ки d была бы кратна А /4

е где К - коэффициент кратности 5/

равнч i 1 2 а процесс

л - sin f

1ия пленка прекращать в момент до- 1,г о рч«дй К и кратности раречства сдвига 4j-c i ii чен / - о -энчо а о г подложки до О 1Я ппг-нки и в проиессе ее нанесе

14

При любом значении коэффициента -рчт юсти 2 сдвиг фаз между компонент ami отраженно1 о излучения будет ра5 дрч я i е тому же значению что и при , оо г действующему огсутсгвию пленки на -юверхности подложки

Ий чертеже представлена схема устрой- с вэ, реализующего предлагаемый способ

0Устройство содержит источник 1 вакуумную камеру 2 с окошками 3 и 4 поворот- :оо зеркало 5, регистратор 6 фазового сдвиге второе поворотное зеркало 7 и све- гофилотр 8

5Излучение войны длиной А от источниixS 1 через окошко 3 вакуумной камеры 2 после отражения от поворотного зеркала 5 иопгдает на подложку 9, на которую необ- лодммо нанести слой вещества 10 с показаО елем преломления п требуемой толщины После отражения от подложки 9 излучение г аправляется поворотным зеркалом 7 через око л. ко 4 вакуумной камеры 2 на регистратор 6 фазового сдвига Угол падечия р из5 лучения на подложку 9 можно изменять путем изменения расстояния между пово- , отными зеркалами 5 и 7 при их одновре- iieiiHOM повороте вочруг их осей Длина волны излучения задается например светофильтром 8, устанавливаемым непосредственно после источника 1,

Изобретение работоспособно в широком диапазоне длин волн (от ультрафиоле- вого до инфракрасного), что определяет, соответственно, и возможность контроля толщин пленки широкого набора веществ.

Формула изобретения Способ контроля толщины пленки в процессе ее нанесения, заключающийся в том, что до и в процессе нанесения пленки освещают контролируемый образец линейно поляризованным излучением с длиной волны Я под углом р , измеряют сдвиг фаз

0

между Р- и S-компонентами отраженного излучения и определяют момент прекращения нанесения пленки заданной толщины d, отличающийся тем, что, с целью повышения точности нанесения пленки, длину Я волны излучения и угол (р освещения образца выбирают из условия , где ,2,3,...;d0 A/(4Vn2 - slnfy ); n - показатель преломления материала пленки, а момент прекращения нанесения пленки определяют по моменту достижения К-й краткости равенства сдвига фаз между Р- и S-компонентами излучения до и в процессе нанесения пленки.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для неразрушающего контроля толщин слоев при изготовлении покрытий на оптических деталях. Цель изобретения - повышение точности нанесения пленки. Облучают образец пучком от источника с длиной Я волны, измеряют сдвиг фаз между Р- и S-компонента- ми отраженного от образца излучения. При этом длину Я волны и угол облучения образца выбирают из условия , где d - заданная толщина пленки покрытия; ,2„.. - коэффициент; Vn2 - , где п - показатель преломления материала пленки. Нанесение пленки прекращают в момент достижения К-й кратности равенства сдвига фаз излучения источника, отраженного от образца до нанесения пленки и в процессе ее нанесения. 1 ил.