Способ определения толщины пленочных материалов и покрытий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 1619 9 1)5 6 01 В 21/ Я. )Щ 1 Н 1 БРЕТЕН ИСАН гз о 1 райаИу реггпепт апб )ос аког Т 1 ег 1976, ч. 15, Й ТОЛЩИН И ПОКРЬ я к измерительняться в устройощью волновых ния является по-. ости и точности чных материалов оситс приме с пом брете ельн лено ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ТИИ(57) Изобретение отн ной технике и может ствах для измерений излучений. Целью изо вышение производит измерений толщины п 2за счет разделения оптического потока нэ зондирующий и опорный, совмещения ингредиента зондирующего потока с опорным и измерения яркости одной из полос получившейся интерференционной картины. Определение толщины происходит в следующем порядке; формируют экстремальные яркости интерференционной картины, фиксируют коды Ймакс и Ймин, определяют Йср = (Ймакс+ Ймин)/2, формируют это значение изменением начальной частоты опорного излучения до величины Р 1 и фиксируют код Й 1, задерживают поток опорного излучения на время х 1/и 1 и фиксируют.код Й 2, устанавливают частоту 12 = ю 1 + Ь Р 1 и фиксируют код Йз, исключают задержку потока опорного излучения и фиксируют код Й 4, вычисляют приращения ЬЙ 1=Й 2-Й 1, ЬЙ 2=ЙЗ-Й 1, ЛЙЗ= Й 4- Й 1 и1619035 35 определяют толщину д по формуле д = = (сох /(и - 1) (ЬМз/(Лйз - ЬМ 2+ Л 1 Ч 1) при х и Ли, обеспечйвающих,превышениев 3 и более раза яркостей над порогом чувствительности; со- скорость света; и - показатель преломления контролируемого объекта. Данный способ осуществляется устройством, содержащим оптически связанные квантовый генератор 1, полупрозрачное зерИзобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в устройствах для измерений с помощьюволновых излучений,Целью изобретения являются повышение производительности и точности измерений толщины пленочных материалов ипокрытий за счет разделения когерентногооптического потока на зондирующий иопорный, совмещения ингредиента зондирующего потока с опорным и измеренияяркости одной из полос получившейся интерференционной картины.Определение толщины д контролируемого материала или покрытия производят в последовательности, при которойформируют экстремальные яркости интерференционной полосы, фиксируют кодыэлектрических сигналов ймакс и ймии их измерений, определяют среднее значение 20Ймакс + ЙминЙср - , формируют это значение изменением начальной частоты опорного излучения до ее величины мификсируют код й 1, задерживают поток опорного излучения на время х 1/м 1 и фиксируют код Й 2, увеличивают частоту у 1 до еезначения 2 =ю 1+Лм 1 и фиксируют кодМз, исключают задержку потока опорногоизлучения и фиксируют код Й 4, вычисляют 30приращения ЬМ 1 = М 2 - й 1, ЬМ 2 = йз - й 1,Лйз=Й 4-Й 1,атолщину д контролируемого материала или покрытия определяют поформуле д сох ( Л 43(1)где со - скорость распространения излучения в свободном пространстве;и - показатель преломления контролируемого материала или покрытия, при значениях х и ЛИ, обеспечивающих превышение не менее, чем в три раза кало 2, контролируемый материал 3, неподвижное зеркало 4, подвижное зеркало 5, диафрагму 6, фотоприемник 7, микроЭВМ 8, включающую аналого-цифровой преобразователь 9, вычислитель 10, цифроаналоговый преобразователь 11, блок 12 управления генератором 1, блоки 13, 14 линейных перемещений зеркала 5 и материала 3, цифровой индикатор 15. 1 ил,измеряемых яркостей над порогом чувствительности.На чертеже показана структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ,Устройство содержит оптический квантовый генератор 1, полупрозрачное зеркало 2, контролируемый материал 3, неподвижное зеркало 4, подвижное зеркало 5, диафрагму 6, фотоприемник 7, вычислительный блок 8 (микроЭВМ), состоящий из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 9, вычислителя 10, цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 11, блока 12 управления генератором 1, блоков 13 и 14 линейных перемещений соответственно зеркала 5 и материала 3, цифрового индикатора 15,Способ осуществляется следующим образом.При равенстве оптических длин каналов распространение зондирующего и опорного потоков когерентного оптического излучения разность фаэ колебаний совмещаемых потоков определяется фаэовой задержкой зондирующего потока в контролируемом материала или покрытии:Л ро = 2 л из (и - 1) - , (2)дсогде эО - начальная частота когерентного излучения;д - толщина контролируемого материала или покрытия;со - скорость распространения излучения в свободном пространстве;и - показатель преломления контролируемого материала или покрытия.При этом начальный нулевой сигнал йо фотоприемника пропорционален косинусу полураэности фаз интерферируемых потоков и характеризуется соотношением И -Я.(1+и) Ь совль (и -1) - + ЬЧ., (3)Согде Яо - чувствительность фотопреобразования полуразности фаз интерферируемых потоков в напряжение, В/град;1619035 Формула изобретенияСпособ определения толщины пленочных материалов и покрытий, в котором разделяют поток когерентного оптического излучения на зондирующий и опорный, нагде со - скорость распространения излучения в свободном пространстве;и - показатель преломления контролируемого материала или покрытия. ао Составитель В. ШабановаТехред М.Моргентал Корректор Н, Король Редактор Н, Бобкова Заказ 36 Тираж , ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 По команде вычислительного блока 8 с помощью ЦАП 11 подается на,блок 12 управления генератором 1 управляющее воздействие, которое изменяет частоту излучения лазера до достижения средней яркости (4) интерференционной полосы, Соответствующий результат (5) преобразования средней яркости (5) полосы вводится в память вычислителя 10,Затем по команде вычислительного блока 8 через ЦАП 11 формируется и подается управляющее воздействие на блок 13 линейных перемещений, который перемещает зеркало 5 на заданную величину Лд, обеспечивающую необходимую задержку т опорного потока. Соответствующий результат (7) преобразования яркости интерференционной полосы вводится в вычислитель 10.Далее по команде вычислительного блока 8 с использованием блока 12 управления генератором 1 увелЧчивается частота ю 1 излучения генератора 1 на величину(9). Соответствующий результат (10) вводится в вычислитель 10, После чего по команде вычислительного блока 8 формируется управляющее воздействие на блок 13 линейного перемещения, которой перемещает зеркало 5 в исходное положение, исключая задержку т из опорного потока. Соответствующий результат (11) вводится в вычислитель 10, Затем в память последнего вводятся постоянные величины п, т, со, алгоритмы (17) - (19) и (1). Далее вычислитель 10 вычисляет промежуточные значения (17)-(19) и, используяя (1), оп редел я ют искомый параметр,5 10 15 20 25 30 35 правляют зондирующий поток на контролируемый материал или покрытие, принимают зондирующий поток, прошедший материал или отраженный от подложки покрытия, совмещают его с опорным потоком, формируют интерференционную картину, измеряют яркости одной из ее полос и изменяют частоту излучения, вызывая изменение яркости интерференционной полосы, превышающее порог чувствительности интерференционной системы, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности и точности измерений, определение искомого параметра проводят в последовательности, при которой формируют экстремальные яркости интерференционной полосы, фиксируют коды Ймакс и Ймин электрических сигналов их измерений. и определяют среднее значение йср =(смаке+ Имия)/2, формируют это значение изменением начальной частоты опорного излучения до ее величины ю 1 и фиксируют код Й 1, задерживают поток опорного излучения на время г 1 гЪ и фиксируют код Мг, увеличивают частоту и 1 излучения до ее значения иг; м 1 + Лю 1 и фиксируют код Мз, исключают задержку потока опорного излучения и фиксируют код И 4, вычисляют приращения ЛЙ 1 = Йг М 1,Л Мг = Мз -Й 1, Ь Мз = И 4 - М 1, а толщину д контролируемого материала или покрытия при значениях т и Лю 1, обеспечивающих превышение не менее, чем в три раза измеряемых яркостей над порогом чувствительности, определяют по формулесотЛйз