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

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

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

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 и в процессе нанесения пленки регистрируют фазовую и амплитудную анизотропию отраженного излучения. Падающее на образец излучение пропускают через поляризатор, а отраженное от образца излучение - через анализатор. Плоскости поляризации поляризатора и анализатора во время нанесения вращают вокруг их оптической оси для обеспечения возможности измерения непрерывно изменяющейся с увеличением толщины наносимой пленки фазовой А и амплитудной анизотропии. Для определения значений Д и f) в каждый момент времени необходимо

j

4 О ГО

Ј

добиться таких угловых положений поляризатора и анализатора, чтобы интенсивность излучения на выходе из анализатора была минимальной.

Недостатком способа является малая том- ность получения пленки с требуемой толщиной.

Цель изобретения - 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 излучением с длиной волны А под углом р , регистрируют интенсивность отраженного от образца линейно поляризованного излучения и определяют момент прекращения процесса нанесения пленки заданной толщины d, длину Я волны излучения и угол р освещения образца выбирают из условия. ,

где К-1,2,3.., do 72VrFrinnV n показа тель преломления пленки, а момент прекращения процесса нанесения пленки определяют по моменту достижения К-й кратности равенства интенсивности отраженного линейно поляризованного излучения до и в процессе нанесения пленки.

При падении линейно поляризованного излучения длиной волны Я на чистую повер- хность образца, изготовленного из материала, показатель поглощения которого близок к нулю, под углом р отраженное излучение будет также линейно поляризованным, так как разность фаз Р- и S-кок- понект отраженного излучения равна п при углах падения р или 0 при углах р рьр , где рвр - угол Брюстера для данного 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 в эллиптически поляризованное излучение, так как разность фаз Р- и S-компонент отраженного излучения не равна тг(или 0), причем степень эллиптичности и направление боль- шой оси эллипса определяется оптической толщиной слоя вещества.

Параметры эллиптической поляризации отраженного излучения мог/т быть определены из уравнения, описывающего относитель- ный коэффициент отражения рлинейно поляризованного излучения длиной золны Я , падающего под углом р на слой вещества из окружающей среды

5

0

5

5

0

0 5

0 5 0

5

,,Д roip+e

tgV« - - 1 -1-еегон-гигv (51r°bri2s rois 4 е - Тг125

где ГСМР и П2Р коэффициенты отражения Френеля для Р-компоненты излучения, относящиеся соответственно к границам раздела между окружающей средой и слоем зещества и слоем вещества и контрольным образцом;

rois и г ,25 коэффициеты отражения Френеля для S-компоненты излучения, относящиеся соответственно к тем же грани- цзи раздела, что и гэчр и

п - показатель препомления слоя веще - мнимая единица

Анализ этого уравнения показывает, что в процессе нанесения на поверхность образца слоя вещества отраженное излучение становится линейно поляризованным и его азимут совпадает с азимутом поляризации излучения, отраженного от чистой подложки, а сдвиг фаз между Р- и 5-компонен ами отраженного излучения становится равным чулю(при f рьр или5Г(р ), т.е. сдвигу фаз для чистой подложки, когда оптическая толщина слоя кратна половине длины волны.

Поэтому сущность изобретения заключается а том, чтобы контроль процесса нанесе- 1Ч1Я слоя требуемой толщины осуществлять при таких длинах волны Я излучения и угла падения, при которых требуемая толщи- ,18 пленки d была кратна Я /2, т.е. , где К - коэффициент кратности, равный

а

з процесс нанесе1,2,.,.,d0 У

2Vsrfi2y

имя пленки прекращать в момент достижения К-й кратности равенства интенсивности излучения, отраженного от подложки до нанесения пленки и в процессе ее нанесения.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит источник 1 излучения, вакуумную камеру 2 с окнами 3 и 4, поворотные зеркала 5 и 6, поляризатор 7, анализатор 8, светофильтр 9 и приемник 10 излучения.

Излучение длиной волны Я от источника 1 через окно 3 вакуумной камеры 2 после отоажения от поворотного зеркала 5 попадает на подложку 11, на которую необходимо нанести слой вещества 12 с показателем преломления п требуемой толщины. После

отражения от подложки 11 излучение направляется поворотным зеркалом б через окно 4 вакуумной камеры 2 на приемник 10 излучения. После источника излучения установлен поляризатор 7, а на пути излучения перед приемником 10 установлен анализатор 8. Поляризатор 7 и анализатор 8 установлены в устройства, обеспечивающие их вращение вокруг их оптической оси. Угол падения р излучения на подложку 11 можно изменять путем изменения расстояния между поворотными зеркалами 5 и 6 при их одновременном повороте вокруг их осей. Длина А волны излучения задается, например, светофильтром 9, устанавливаемым непосредственно после источника 1.

Техническое решение работоспособно в широком диапазоне длин волн (от ультрафиолетового 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 излучением с длиной волны А под углом р , регистрируют интенсивность отраженного от образца линейно поляризованного излучения

и определяют момент прекращения процесса нанесения пленки заданной толщины d,o™ и- чающийся тем, что, с целью повышения точности нанесения пленки, длину А волны излучения и угол р освещения образца выбирают из условия , где ,2,3...; d0 A /{2vn - ); n - показатель преломления пленки, а момент прекращения процесса нанесения пленки определяют по моменту достижения К-й кратности равенства интенсивности отраженного линейно поляризованного 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 за счет точного определения момента прекращения ее нанесения. Пучок излучения с длиной Я волны падает на контролируемый образец (подложку) под углом р , до и в процессе нанесения пленки регистрируют интенсивность отраженного от образца линейно поляризованного излучения. При этом длинуД волны излучения и угол (р освещения образца выбирают из условия d doK, где d - заданная толщина пленки; К 1,2,... - коэффициент; do Я /2Vn2 - s i ffy , где n - показатель преломления материала пленки. Момент прекращения процесса нанесения пленки определяют по достижению К-й кратности равенства интенсивности отраженного линейно поляризованного излучения до и в процессе нанесения пленки. 1 ил. сл С

1 VJ