Устройство для измерения толщиныОпТичЕСКи ТОНКиХ СлОЕВ Советский патент 1981 года по МПК G01B11/06 

Изобретение отнэсптся к контрольноизмерительной технике, а именно к конструкции устройств для измерения толщины оптически тонких слоев.

Наиболее близким по своей технической 8 сущности к данному изобретению является устройство для измерения оптически тонких слоев пленок, содержащее вакуумную камеру, имеющую испаритель, приспособление для прерывания процесса нш1ыления Ю и держатель образца и выполненную со светопроницаемым окном, последовательно установленные вдоль оси, проходящей через центр окна, источник излучения, узел прерывания излучешш и светодели- 16 тёль, а также последовательно размещенные в измерительной ветви светоделителя, установленного под углом в 45 к ос к, проходящей через центр, монохроматор с узлом управления, щэиемник излучения 20 и усилитель ij.

Недостаток известного устройства состоит в том, что на результатах измерений в значите/цэной степени сказывается как отклонения яркости источника из- 25

льности

лучения, так и изменение чувствит усилителя и приемника.

Целью изобретения является not ыше ние точности измерений.

Поставленная цель достигается счет того, что устройство снабжен вторыми приемником излучения и у

илителем, последовательно установлеш ши

ыми

ктрйв опорной ветви светоделителя, ЭЛ чески связанными блоком сравнен

f фазочувствительным фотометрическ М усилителем, дифференцирующим элемеи ом, й. нуль-детектором и логической схе выход которой связан со входом

пр icnoсобления для прерывания щюцесса апыления триггером, связанным Bxoflos с

и выходом второго приемника излучер а выходом - со вторым входом фай

|ЧуВСТэля, витального фотометрического усили мпасвязанным входом с его выходом к ратором, выход которого соединен о

вторым входом логической схемы и

кодидифрующим элементом, подключенным I обоференшфующему элементу, а выход

их усилителей подключены ко входам блока сравнения.

Двигатель прерывателя излучения выполнен с кварцевой стабилизацией, источник излучения размещен в крестообразном корпусе, в точке пересечения плеч которого расположен светоделитель, а плечо, щзотиволежащее источнику излучения, соединено с вакуумной камерой. Соединение между первым приемником излучения и корпусом устройства выполнено разъемным

IV

На фиг. 1 изображена конструктивная схема устройства; на фиг. 2 - описываемое устройство в разрезе.

Устройство для измерения толщины оптически тонких слоев содержит источник излучения 1, узел прерывания из- лучения 2, вьшолненный в виде цилиндрического барабана с выемками, приводимого в действие двигателем с кварцевой стабилизацией, светоделитель 3, состоящий из полухфозрачного зеркала, расположенного под углом 45 к оси измерительного луча, и вакуумную камеру 4, имеющую испаритель 5, приспособление для прерывания процесса напыления, состоящее из блевды 6 с приводом 7, держатель 8 образца, эталонный образец, например стекло 9, и магазин 1О эталонных стекол с управляющим блоком (не ).

Источник излучения 1, узел прерывани излучения 2 и светоделитель 3 установлены вдоль оси, проходящей через центр светопроницаемого окна 11, которое выполнено в нихшей стенке 12 вакуумной камеры 4,

В измерительной ветви светоделителя 3 пocлeдoвaтeJJЬнo размещены монохроматор 13 с узлом управления, вьшолнен- ным в виде щагового двигателя 14 и цифрового управляющего блока 15, приемник 16 излучения и усилитель 17. В oпqpнoй ветви светоделителя 3 также последовательно установлены приемник излучения 18 и усилитель 19. Выходы усилителей 17 и 19 связаны со входом блока сравнения 2 О, который моокет выдавать как разность, так и отнощение - выходных обоих, усилителей; Выход блока сравнения подключен к фааочувствительному фотометрическому усшштелю 21, который получает управляющий сигнал от триггера 22. Выход фааочувствнтельного фотометрического усшштепя 21 связан со входами дифференцирующего элемента 23 и компаратора 24. Второй вход дифферендщзующего элемента

23 связан с кодирующим ajieMeHTOM 25. К выходу дифференцирующего элемента 23 подключен нуль-детектор 26. Нульдетектор 26 я компаратор 24 своими выходами связаны со входами логической схемы 27, а выход последней подключен на вход приспособления, которое обеспечивает процесс прерывания напыления.

Источник излучения 1, узел прерывашш излучения 2, светоделитель 3 и Чриемники 16, 18 излучения размещены в крестообразном корпусе 28, гфичем светоделитель 3 установлен в точке пересечения плеч корпуса, а плечо, противолежащее источнику излучения 1, соединено с помощью щтуцера 29 и накидной гайки 30 с вакуумной камерой 4. Между источником излучения 1 и узлом прерывания излучения 2 находится оптическая диафрагма 31, которая с помощью юстировочных винтов (не показаны) подвижна в радиальном направлении относительно корпуса 28. Соединение между приемниками излучения 16, 18 и корпусом вьшолнено с помощью щтекеров 32, 33.

Работа устройства заключается в следующем.

Во время процесса напыления луч от источника 1 проходит через узел прерывания излучения 2 и попадает на светоделитель 3. Благодаря светоделителю 3 часть измерительного луча под углом 9О отклоняется и попадает на опорный приемник 18, а прощедшая через светоделитель часть измерительного луча 1ФОХОДИТ через окно 11 и попадает на стекло 9, расположенное на оптической оси системы. От объекта измерения часть измерительного луча отражается и по оптической оси отклоняется обратно на светоделитель 3. От светоделителя приходящая из вакуумной камеры часть измерительного луча также под углом 90 отклоняется к измерительному приемнику

16,проходя иря этом монохроматор 13, посредством которого измерительный приемняк сенсибилизируется для определенной длины волньи

Электрический сигнал от измерительного гфиемника 16 подается на усилитель

17,а сигнал, возбужденный опорным приемником - на компенсационный усилитель 19 и параллельно этому - на тригге 22, Выходной сигнал блока сравнения

2О, представляющий собой разность шш отнощенйе выходных сигналов усилителей 17, 19, поступает на фазочувствительный фотометрический усили 1ель 21, который

получает свой управляющий сигнал относительно значения фазы от триггера 22. Выходной сигнал фотометрического усилителя 21 является непрерывным и подается с одной стороны на дифференцирующий элемент 23, на который через второй вход подается цифровой сигнал от кодирующего элемента 25 для изменения временной посто5ШН9й дифференцирующего элемента, а с другой стороны - на компаратор 24, в котором действительная величина интенсивности фотометрического усилителя 21 сравнивается с подаваемой через второй вход аналоговой заданной величиной интенсивности. Как только

действительная величина достигает заданной, вьщается кратковременный импульс, посылаемый на логическую схему 27, которая содержит также выходные сигналы нуль-детектора 26. Нуль-детектор 26 на выходе дает сигнал тогда, когда дифференцированный сигнал на выходе элемента 23 проходит через нулевой уровень. Взависимости от поставленных задач напыления логическая схема 27 может быть выполнена как в виде И, так и в виде ИЛИ элемента. Так, если требуется чтобы толщина пленки лежала между значениями нуль и 1/4 длины волны применяемого измерительного света, выключение налыления следует перед первым прохождением через нуль на дифференцирующем элементе 23. При этом показания нуль-индикатора не обрабатываются и компаратор проводит выключение, как только действительная и заданная величина согласуется. Однако, если выключение при определенной толщине пленки следует между любыми прохождениями через нуль, нуль-индикатор и компаратор активизируются и логическая схема начинает работать в режиме ИЛИ. Следствием этого является тот факт, что сигнал может быть передан транзитом только тогда, когда достигнуто выбранное число переходов черев нуль к после чего происходит новое согласовав ние действительной и заданной величины интенсивности.

Таким образом, описываемое устройствво дает возможность управлять процессом напыления и измерять величину тонкой пленкн с высокой степенью точности во время продолжительного процесса просветления, а также получать хорошую воспроизводимость достигнутьск резулыд тов при многослойных покрытиях.

Формула изобретена)

Устройство для измерения толшдны оптически тонких слоев, содержащее вакз}умную камеру, имеющую испаритель, 1фи пособление для прерывания щзоцесса на- пыления и держатель образца, и выполненную со светопроницаемым окном, погследовательно установленные вдоль оси, проходящей через центр окна, источник излучения, узел прерывания излучения и светоделитель, последовательно размещейные в измерительной ветви светоделители установленного под углом в 45 к оси, проходящей через центр, монохроматор с узлом управления, приемник излучения и усилитель, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерения, оно снабжено вторыми прием- НИКОМ излучений и усилителем, последовотельно установленным в опорной ветвв светоделителя, электрически связанными блоком сравнения, фазочувствительным фотометрическим усилителем, дифференци|рующим элементом, нуль-детектором и логической схемой, выход которой связал со входом приспособления для хферыванш процесса напыления триггером, связанны входом с выходом второго приемника излучения, а выходом - бо вторым входо фазочувствительного фотометрического усилителя, связанным входом с его выходом компаратором, выход которого соединен со втсфым входом логической схемы и кодирующим элементом, подкл ;оченным к дифференцирующему элементу , а выходы обоих усилителей подключены ко входам блока сравнения.

2.Устройство ПОП.1, ОТЛИЧ И

щ е е с я тем, что двигатель 1ферыватвля излучения выполнен с кварцевой стабилизацией.

3.Устройство по п. 1, отличай щ е е с я тем, что источник излучен{Ш размещен в крестообразном корпусе, в точке пересечения плеч которого распол жен светоделитель, а плечо, щэотнволежащее источнику излучения, совдкнвко

с вакуумной камерой.

4.Устройство по п. 3, о т л и ч а к щ е е с я тем, что соединение между первым приемником излучения и Kupoycoi выполнено разъемным.

Источники информации, принятые во вннмание прн экспертшзе

1. Акцептованная заявка ФРГ № 1О7992О, кл. (5О1 В 11/О6, 1970 (щютотип).