Интерференционное устройство дляизМЕРЕНия пОКАзАТЕля пРЕлОМлЕНиядиэлЕКТРичЕСКиХ плЕНОК пЕРЕМЕННОйТОлщиНы Советский патент 1981 года по МПК G01N21/45 

(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ; ПЛЕНОК ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛШИНЫ вакуумным колпаком очень сложно. Кро ме того, данное устройство позволяет измерить спои переменной толщины только при значительном уменьшении поля зрения наблюдательной системы, в пределах которого толщину пленки можно считать постоянной. Это приводит к падению мощности регистрируемого отраженного пучка света. При этом практически невозможно исключить смещения мапого поля зрения наблюдательной системы относительно пленки при изменении угла падения путем вращения столика. Ис-эа этих факторов точностные возможности устройства при измерении показателя преломления пленок переменной толщины в несколько раз ниже по сравнению со случаем измере ния пленок постоянной толщины. Цель изобретения - упрощение конструкции устройства путем исключения поворотных элементов и уменьшение трудоемкости измерений. . Цель достигается тем, что в извест- 1юе интерференционное устройство для измерения показателя презюмления диэлектрических пленок переменной тодпцины, содержащее канал, включающий источник света и вспомогательное зеркало, и после довательно расположенные объектив, набор интерферевдионных фильтров и регистрирующий блок, введены вгорой канал наблю-дещш, включающий источник света и аерк по, и собираклцая призма, расположенная перед обьект.ивом, при этом угол между оптическими осями каналов наблюдения и угол мехсду Линиями, соединякяцими точку . пересечения оптических осей каналов с центрами источников света лежат в одной плоскости и равны между йобой а оптические длины .путей вдоль оптических осей каналов от ТОЧКИ их пересечения до точки сое динения в призме равньь Кроме того, собирающая призма состо ит из Двух призм с частйЧНо отражающей границей между ними, лежащей в плоскости гфоходящей через точку дерёсечёния оптических осей каналов наблюдения, лр1ячем главное сечение собйрайщей призмы совпадает с плоскостью, образованной этими оптическими осями. На фиг. 1 представлена оп ичес ая схема устройства; на фиг. 2-4 - исследуемый участок пленки (в увеличенном масштабе в трех проекциях) в его ориентация относительно освещающих пучков света. Устройство содержит источники 1 и 2 света и диффузно- рассеивающие пропуска щие пластинки 3 и 4, являющиеся по суеству вторичными излучателями с постоянной яркостью пб jlOBepxHOCTH. Измеряемая пленка 5, нанесенная на подложку 6, находится в неподвижном положении. Наблюдательная .часть устройства включает два канала, сформированные с помощью зеркал 7 и 8, далее установлены собирак щая призма, состоящая из двух призм 9 и 10 с частично отражающей границей 11 между ними, объектив 12, набор интерференционных фильтров 13 и регистрирующее устройство 14. На фиг. 2 представлен участок исследуемой пленки 5 переменной толщины, который можно считать клином с углом при вершине Q На другой проекции (фиг.З) толщина пленки постоянна. При освещении пленки пучком лучей 15 (15) под углом падения . ( j) отраженные интерферирукацие лучи 16 (1б) формируют интерференционную картину в виде прямых равноотстоящих полос 17 (17) (фиг. 4), параллельных ребру клина. Пленка располагается таким образом, что центральная точка О исследуемой области совмещена с точкой пересечения оптических осей каналов наблюдения, при этом ребро клиновидной пленки должно быть параллельно плоскости, в которой лежат оптические оси каналов наблюдения и линии, соединяющие точку пересчения этих осей и центры вторичных источников света 3 и 4. Оптические длины путей вДоль оптических осей каналов от точки О их пересечения до точки О соединения в призме должны быть равны. Это обеспечивает равенство увеличений в обоих каналах наблюдения. Главное сечение собирающей призмы, состоящей из элементов 9 и 10, должно лежать в плоскости, образованной оптическими осями каналов наблюдения, а частично отражающая граница 11 собирающей призмы должна находиться в плоскости, проходящей через точку пересечения оптических осей каналов. При таком расположении элементов устройства и исследуемой пленки шблюдаемое смещение интерференционных полос обуславливается только изменением угла падения световых лучей, освещающих пленку, и не требуется введения дополнительных поправок, учитывающих проекционное искажение интерфе- ре1щионной полосы при наблюдении ее под разными углами. Разность углов ( ,-€.) должна быть значительной. Для обеспечения измерений пленок в широком диапазоне параметров можно вы брать, например, следующие эначшия угловг , ---60. ° Устройство работает следующим образом. .. Включается источник 1 света, обеспечивающий освещение пленки под углом па дения €-,и устанавливается необходимый интерференционный фильтр, из набора 13, выделяющий требуемую длину волны Л В поле зрения регистрирующего устройства 14 наблюдается интерференционная картина в виде полос 17. Выбирается одна светлая или темная полоса, идущая, напри мер, вдоль оси ОХ. Для этой полосы спра ведливо следующее равенство /ц2.„;.,2 .(1) siM e -cfi Nx-2to И - показатель преломления пленки на длине волны Л М - порядок интерференционной полосы;to - геометрическая толщина пленки в точке О.. Второе слагаемое (-w-) в правой части равенства (1) характеризует потерю по луволны на границе пленка-локложка для случая, когда показатель преломления пленки больше показателя преломления подложки. Это соответствует практически важному случаю пйеики моноокиси кре ния, нанесенной на подложку из стекла Кв. Порядок N выбранной полосы можно определить, подсчитывая число полос от края пленки. Далее с помощью регистрирующего уст ройства 14 измеряют, расстояние Ь между полосой порядка N и соседней полосой Величина 6 связана с параметрами пленки, длиной волны А. и углом падения , .следующей зависимостью .1 .51и2Е: : где & - угол клина. Затем источник 1 света выключается, а источник 2 включается, что обеспечивает освещение пленки под углом падения Е 2 Это вызывает, смещение выбранной полосы порядка N на величину Z ч которая также измеряется с помощью регистрирукшего блока 14. Смещение 2 полосы можно описать уравнением 4- () (to- -2i2& Решая совместно уравнения (1), (2) и (3), получаем расчетную формулу для вычисления показателя преломления слоя 1 . 22 , 31И e. (N-0,5) п- п I .б) I -b(W-0,5)J Таким образом, измерение показателя преломления пленки на предлагаемом устройстве сводится к измерению ширины Ь интерференционной полосы при угле падения и смещения Z.. полосы при переходе к другому углу Sj. и вычислению h по формуле (4), которая Гложет быть запрсяграммирована на любой вычислительной машине, например типа Эяектрргшка 50. Порядок полосы (V определяется путем подсчета числа полос от края пленки. Можно также использовать метод нескольких длин волн. Точность измерения показателя преломления И зависит, в основном, от пргрешностей при определении величин i)., и Z., При использовании в качестве регистрирующего блока 14 фотоэлектрического устройства эти величины мсягут быть измерены с погрешностью, равной О,О05 полосы. Это приводит к погрешности показателя преломле1шя порядка 1%, что обеспечивает- известное устройство для случая измерении показателя преломления пленок постоянной толщины. Основным преимуществом предлагаемого изобретения является отсутствие пово ротных элементов, что значительно упрощает его и делает возможным применение для измерения показателя преломления пленок переменной толщины в процессе их получения в вакууме непосредст- веыно на деталях. Такие измерения при изготовлении асферических поверхностей етодом нанесения дополнительного слоя ещества в вакууме исключают получение ракованных деталей из-за вариации покаателя преломления слоя, которых полуается около 2О%. ормупа изобре те ния 1. Интерференционное устройство для змереггая показателя преломления диэлекрических пленок переменной толщины, соержащее канал, включающий источник вета и аеркапо, и последовательно расоложенные объектив, набор интерференионных фильтров и регистрирующий блок. .78 отличающееся тем, что, с ц& лью упрощения конструкции устройства путем исключения псюоротных элементов и уменьшенцА трудоемкости измерений, в него введены второй канал наблюпенйя, вкпючаюший источник света и зеркало, н собирающая призма, расположеннаяПе ред объективом, при этом угол между oптическими осями каналов наблюдения и угол между линиями, соединяющими точку пересечения оптических осей каналов с центрами источников счета, лежат в одной плоскости и равны между собой, а оптические длины путей вдоль оптических осей каналов от точки их пересечения до точки соединения в призме равиы,1 2. Ус гройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что собирающая приз ма состоит из двух призм с частично от ра каюшей гращщей между ними, лежащей 1 пш скости, проходящей через точку пе есечения оптических осей двух каналов наблюдения, причем главное сечение собирающей призмы совпадает с плоскостью, образованной 9тими оптическими осями. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Черняев В, Н. и др.4 Прибор для измерения показателя преломления тонких диэлектрических пленок. - Оптико-механическая промыщменность, 1975, N 12, с. 38г4р. 2. W.А,,Conrad Е.Б, beterm nation о/ and Refcnactive tuclex Of Transparent Яекиз-эвМ jo , - urncit Of i esea«-ch and Deveto 1964, VO. 8, Ne 1, c. 43-49 (npoixjTHn).

ФКИ/

ffr5 6