Способ измерения толщины слоя и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК G01B11/06 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ И УСТРОЙСТВО

t

Изобретение относится к измерительной технике в приборостроении, преимущественно электровакуумном, и Может быть использовано при измерении толщины слоев, наносимых на прозрачную подложку, например, при изготовлении мишеней передающих телевизионных трубок. Качество мишеней во многом определяется тохшщной нанесенного слоя.

Известен способ неразрушающего контроля толщины тонких пленок, основанный на измерении отраженных или пропускаемых через объект световых потоков разных длин волн, соответствукяцих границам области оптического пропускания, попеременно поступаюащх на фотоприемник. По .разнице интенсивностей относительно каждой из двух волн измеряют толщину слоя пленки Го.

Недостатком способа является большая погрешность при измерении; . толоршы слоев, имеющих структуру, обДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

ладающук) сущёственньп диффузным рассеянием.

Наиболее близким к данному изобретению является способ измерения слоя, заключающийся в том, что на слой нормально к его поверхности направляют световой поток, измеряют интенсивность регулярной составляющей светового потока, прошедшего через слой, строят градуировочные за10висимости и по ним определяют тол1цину слоя r2j.

Недостатком такого способа является большая погрешность при измерении напыляемых слоев мишеней пере15дающих телевизионных трубок, так как эти слои имеют кристаллическую структуру, вызываницую диффузное рассеяние, прошедшего через мишень света. Структура слоя в значительной степени вли20яет на интенсивность диффузно-рассеянной составляющей прошедшего светового потока, которая при одинаковой толщине может меняться в 3-4 раза. Известно устройство для. измерения толщины слоя содержащее осветитель с модулятором светового потока, фоку .сирукщу оптическую систему и электрически связанные фотоприемник и измерительную схему. Однако это устройство не обеспечивает тре0уемрй точности при измерении толщины напыляемых слоев со структурой, обладаияцей существенным диффузным рассеянием. Целью изобретения является повыщевие точности измерения толщины напыляемого слоя. Для достижения поставленной цели измеряют одновременно интенсивность и диффузно-рассеянной составляннцей прошедшего светового потока, определяют отношение интенсивной регулярной и диффузно-рассеянной составляющих и строят градуировочные зависимости отношения интенсивностей от толщины слоя. Устройство для реализации способа измерения толпщны слоя снабжено вторьв4и электрически связаннымн фотоприемником и измерительной схемой, установленньюш за оптической системой в плоскости изображения слоя, а первый фотоприемник установлен перед оптической системой на одной оптической оси с осветителем и вторым фотоприемником. На чертеже показана схема измерения. Устройство измерения толщины сло содержит осветитель 1, например лазер, направляющий световой поток 2 нормально к поверхности напыляемого на прозрачную подложку 3 слоя 4. Световой поток, прошедший через этот слой, характеризуется регулярной сос тавлякяцей 5 и диффузно-рассеянными составляю цими 6 и 7. На одиой оптической оси 1-1 по ходу потока 2 разм щены модулятор 8 света, фотоприемник 9,фокусирующая оптическая система 10 и фотоприемник П. Фотопрнемники 9 и 1 электрически связаны соответственно с измерительными схемами 12 и 13. Прозрачная подложка 3 с нанесенным на нее слоем А, толщина которого измеряется, размещается меящу модулятором 8 и оптической системой 10.Фотоприемник 9 предназначен для приема регулярной составляющей 5 потока, прошедшего через слоя 4, а фотоприемник 1i - для приема диффузно-рассеянной составляющей этого пот ка, которая фокусируется оптической системой 1О на вход фотоприемника 11. Расположение фотоприемников 9 н 11 в направлении нормали к поверхности слоя 4 обеспечивает наибольшую чувствительность устройства. В то же время фотоприемник 9 экранирует вход фотоприемника 11 от попадания регулярной составляющей. Способ осуществляется следующим образом. Поток 2, прошедпшй через слой 4, фокусируют и измеряют его диффузно ассеянную составляющую 7 в телесном угле А и регулярную составлякщую 5 с помощью фотоприемников 9 и П. Определяют отношение интенсивностей регулярной и диффузно-рассеянной составляющих и по нему с ПС юв1ью градуировочной зависимости находят то;щину слоя 4. Градуировочную зависимость получают по предварительно произведенным замерам интенсивностей регулярной и диффузно-составляющих потока, прохвёдшего через образцовые слон, толщина которых известна (измерена изве стным разрушаищим способом с помощью микроскопа). Отношение интенсивностей зависит от толщины слоя н поэтому может служить мерой толщины. Указанная зависимость установлена экспериментально . Предлагаемые способ и устройство для его реализации позволяют повысить точность измерения за счет операций измерения интенсивности диффузнорассеянной составляющей светового потока и определения отношения интенсивностей обеих составляющих прошедшего светового потока, что достигается с помощью приведенной конструкции устройства. Формула изобретения 1. Способ измерения толщины слоя, заключающийся в том, что на слой нормально к его поверхности направляют световой поток, измеряют интенсивность регулярной составляющей светового потока, прошедшего через слой, строят градуировочные завнсимостн и по ним определяют толщину слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения точностн намерения, измеряют одновременно интенсивность и днфс1 узно-рассеянной составлякицей прошедшего светового потока, определяют

отношение интенсивностей регулярной и диффузно-рассеянной составлякицих и строят градуировочные зависимости отношения интенсивностей от толщины слоя.

2. Устройство измерения толщины слоя по п. 1, содержащее осветитель с модулятором светового потока, фокусирукш ую оптическую систему и электрически связанные фотоприемник и измерительную схему, отличающее с я тем, что оно снабжено вторыми электрически связанными фотоприемником и измерительной схемой) установленными за дптической системой в плоскости изображения слоя, а первый фотоприемник установлен перед оптической системой на одной оптической оси . с осветителем и вторьм фотоприемником.

Источники информации, .принятые во внимание при Экспертизе

1.Заявка Японии 9 51-47360, кл. 106-С-ЗА, 1976.

2.Патент ФРГ Н 1548262, кл. 42 в 2, I97I (прототип)

0

It

Ч

Х

и