Способ оптического контроля толщины при нанесении многослойного интерференционного неравнотолщинного покрытия Советский патент 1992 года по МПК G01B11/06 

Изобретение относится к измерениям с использованием оптических средств и может быть применено при изготовлении интерференционных фильтров и зеркал.

Известен способ оптического контроля при нанесении неравнотолщинных покрытий, при котором контроль толщины каждого слоя производится по отдельному свидетелю, который просвечивают на контрольной длине волны, регистрируют интенсивность прошедшего через свидетель излучения и прекращают процесс нанесения покрытия на образец при достижении экстремального значения интенсивности прошедшего через свидетель излучения.

Однако способ отличается недостаточной точностью контроля, обусловленной тем, что рабочий образец и свидетель находятся в разных местах вакуумной камеры, вследствие чего скорости нанесения на них покрытия различны.

Известен способ оптического контроля при нанзсении интерференционных покрытий, заключающийся в том, что просвечивают образец на контрольной длине волны, которую определяют для каждого слоя из

соотношения Як

U

К

в соответствии

с оптической толщине данного слоя, регистрируют интенсивность прошедшего через образец излучения и прекращают процесс нанесения покрытия при достижении экстремального значения интенсивности прошедшего через образец излучения.

Способ отличается недостаточной точностью контроля йЭ-за некратности толщин слоев.

Целью изобретения является повышение точности контроля толщины посредством просвечивания покрытия и изменения длины волны излучения для каждого наносимого слоя.

Поставленная цель достигается тем, что ц способе оптического контроля толщины при нанесении многослойного интерференционного неравнотолщинного покрытия, зася

ключающемся в том, что просвечивают образец на контрольной длине волны, регистрируют интенсивность прошедшего через образец излучения и прекращают процесс нанесения покрытия при достижении экстремального значения интенсивности прошедшего через образец излучения, перед нанесением каждого слоя изменяют длину волны просвечивающего излучения в соответствии с соотношением

ад, Hj + h) Tj(Aj, Hrh),

где Tj - коэффициент пропускания системы слоев, включающей наносимый j-слой и уже нанесенные слои;

AJ - контрольная длина волны;

Hj - толщина наносимого слоя;

h - девиация толщины, . - и просвечивают наносимый слой вместе с нанесенными,

Сущность изобретения состоит в том, что измерение коэффициента пропускания осуществляют на длине волны, вычисленной для всей совокупности нанесенных и наносимого слоев в соответствии с математическим выражением В общем случае эта длина вопиы рассчитывается с помощью ЭВМ. Этот отличительный признак является существенным, так как при расчете по формуле в соответствии со способом-прототипом будет допущена ошибка, возникающая из-за того, что фаза коэффициента отражения предыдущей системы слоев на контрольной длине волны, вычисленной для Последнего слоя по формуле, отличается от нуля или 180° (вследствие некратности толщин слоев), и ото отличие влияет на реальную толщину последнего слоя. Ошибка эта может быть как угодно велика.

В предложенном способе повышение точности контроля происходит за счет того, что при расчете контрольной длины волны в соответствии с соотношением автоматически учитываются изменения фазы коэффициента отражения, вызванные некратностыо толщин слоев. Кроме того, повышению точности контроля способствует автокомпенсация ошибок на соседних слоях, которая отсутствует при контроле по способ, принятому за прототип.

Пример. Требуется получить интерференционный фильтр, имеющий полосу пропускания 2,1-4,0 мкм и полосу подавления 0,7-2,1 мкм

Алгоритм вычисления контрольной длины волны А для нанесения каждого слоя.

Ус/юа -ыо обозначения:

Т - коэффициент пропускания;

Amin... Атах - допустимый диапазон длин волн;

К - волновое число, К -у Кк -Д-;

Н - толщина наносимого слоя;

1 .

h - девиация толщины, h

8к

10

в - фазовая толщина j-ro слоя;

ДК - шаг приращения волнового числа;

ДК

О - фазовая толщина наносимого слоя;

5

0

DI - производная Si - знак DI;

Da - производная

dT .

d&

d D d2 Т

dft,

DL - старое значение DI, соответствующее предыдущему значению К;

EXT - переменная, имеющая значения

MIN или МАХ для К1

лтъ 5 Di,DL DiSi Si.

«,

Начало цикла по К от (

вычислить

1

Am

ах

+ ДК)ДО

0

5

0

5

0

5

DI

MIN

с шагом ДК.

п

Вычислить DL Вычислить SL

ЕслиЗт SL, тоКк К-ДКDI - DL

Вычислить Da

Если , то ЕХТ МАХ, иначе ЕХТ J

.

Вычислить Т Выдать на печать

Ак -1-, ЕХТ. Т: Конец.

К-К

Иначе конец цикла.

Выдать на печать: В диапазоне Amin - Amax экйтремума нет. Конец.

Алгоритм вычисления DI Вычислить Т: TL Т. Он Он + hK. Вычислить Т Di T-T Он - OH - hK. Конец.

Алгоритм вычисления D2 Вычислить DI : DL Di К Вычислить DT , Da 61 -DL , -К. Конец.

Вычисление коэффициента пропускания системы слоев Т производится по известным методикам.

Конструкция фильтра и результаты расчета сведены в таблицу.

В соответствии с этой таблицей процесс нанесения покрытия проводят следующим образом: устанавливают на монохроматоре длину волны Ак 1,130 мкм.J Наносят первый слой (SI), одновременно контролируя коэффициент пропускания. Процесс нанесения заканчивают, когда коэффициент пропускания достигнет минимума.. Устанавливают на монохроматоре длину волны Дк 0,770 мкм. -,

Наносят второй слой (ЗЮа), одновременно контролируя коэффициент пропускания. Процесс нанесения заканчивают, когда коэффициент пропускания достигнет минимума (перед этим он проходит через максимум; номер экстремума N определяют по формуле

N 1 н- целая часть от выражений

/ В лнач

(

где в- фазовая толщина слоя;

Анач - длина волны, для которой задана в.

0

следующие слои SI и SI02 наносят по ана- логичной методике.

Формула изобретения Способ оптического контроля толщины при нанесении многослойного интерференционного неравнотОлщинного покрытия, заключающийся втом, что просвечивают образец на контрольной длине волны, регистрируют интенсивность прошедшего через образец излучения и прекращают процесс нанесения покрытия при достижении экстремального значения интенсивности прошедшего через образец излучения, о т л и - чающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, перед нанесением каждого слоя изменяютДШну волны просвечивающего излучения в сботаетствии с соотношением

Tj(lj; Hj + h) Tj(Aj,-HJ - h),

гдe Tj - коэффициент пропускания системы слоев, включающий наносимый j-слой и уже нанесенные слои;

AJ - контрольная длина волны; Hj - толщина наносимого слоя; h - девиация толщины, и просвечивают наносимый слой вместе с нанесенными.

Изобретение относится к измерениям с использованием оптичебких средств. Цель изобретения - повышение точности контроля при нанесении многослойного интерференционного неравнотолщинного покрытия посредством просвечивания покрытия и изменения длины волны излучения для каждого наносимого . Для этого перед нанесением каждого слоя покрытия изменяют длину волны просвечивающего излучения в зависимости от оптических характеристик просвечиваемого нанесенного многослойного покрытия и просвечивают наносимый слой вместе с нанесенными. 1 табл.