Интерференционный толщиномер

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ.К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ Союз Советскид Социалистических Республик(51)М. Кл З 6 01 В 21/08 с присоединением заявки Но -Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий. 717 (088. 8) Дата опубликования описания 08. 04. 81(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫИ ТОЛЦИНОМЕР Изобретение относится к областиизмерения и контроля толщины тонкихпленок, например эпитаксиальных пленок кремния, интерференционным методом и может быть использовано в цветной металлургии при производствеполупроводниковых структур.Известнр устройство, содержащееспектрофотометр и служащее для контроля толщины пленки в процессе еевыращивания 1 1. Это устройство непозволяет, однако, измерять толщину уже выращенной пленки.Наиболее близким к изобретениюявляется интерференционный толщиномер, содержащий спектрофотометр,детектор максимумов, входом подключенный к выходу спектрофотометра,счетчик интервалов, сигнальный входкоторого соединен с выходом детектора максимумов, блок управления,первый вход которого соединен с выходом детектора максимумов, вгоройс выходом конца развертки спектрофотометра, а первый выход . - с управляющим входом счетчика интервалов, и регистрирующий прибор г 21,Этот толщинометр обладает методической погрешностью, обусловлен ной вычислением результата измеренияд по приближенной формулеД = а(К)(, -)1)где а - константа, зависящая от материала пленки;.К - число, максимумов интерференционной картины1),"т- волновые числа, при которыхнаблюдаются первый и последний максимумы.Однако эта формула является приближенной, более точный результат дает вычисление толщины по формулес. а: - с1=1 1+1 1где и = К, т.е. число интервалов между максимумами интерференционной картины.Известный толщиномер не позволяет, кроме того, контролировать длительность каждого иэ укаэанных интервалов, что может быть весьма важно в практике измерений.Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей.Поставленная цель достигается тем, что толщиномер снабжен и блоками преобразования, логическим бло.устройство содержит спектрофотометр 1, имеюций линейную по волновым числам развертку спектра во времени, детектор 2 максимумов, подключенный входом н выходу спектроФотометра 1 и генерирующий на выходе короткие импульсы в моменты максиму мов интерференционной картины; блок 3 управления, координирующий работу других блоков и подключенный одним входом к выходу конца развертки спектрофотометра, другим - к выходу де тектора 2 максимумов, объединенному с сигнальным входом счетчика 4 интервалов, служащего для фиксации числа интервалов между пройденными максимумами интерференционной картины, разрядные выходы которого соединены со входами цифрового управляемого резистора 5 проводимость которого пропорциональна (за исключением начального значения) числу пройденных интервалов интерференционной картины, 60 и со входами логического блока 6, обеспечивающего изменение режима работы устройства в соответствии с числом пройденных максимумов интерференционной картины. 65 ком, усилителем постоянного тока,цифровым управляемым резистором, генератором импульсов и источникомэталонного напряжения, разрядныевыходы счетчика интервалов соединены со входами логическогоблока5и цифрового управляемого резистора,включенного в цепь обратной связиусилителя постоянного тока, выходкоторого соединен со входом регистриру щего прибора 4 перв вторые 10и третьи входы блоков преобразования соединены соответственно с выходом генератора импульсов,. подключенного входом ко второму выходу блока управления, с выходом источника эталонного напряжения и с третьим выходом блока управления четвертые входы блоков преобразованиясоединены с выходами логическогоблока, а выходы объединены и соединены со входом усилителя постоянноготока.Кроме того, каждый блок преобразования содержит два ключа, счетчик и подключенный к его разряднымвыходам цифровой управляемый резистор, включенный между вторым входоми выходом блока преобразований,сигнальные входы первого и второгоключей являются соответственно первым и третьим входами блока преобразования, а их выходы соединены 30соответственно с сигнальным и управляющим входами счетчика, управляющие входы ключей объединены и образуют четвертый вход блока преобразования. 35На фиг. 1 представлена блок-схематолщиномера; на фиг. 2 - структураблока преобразования. Кроме того, устройство включает усилитель 7 постоянного тока, в цепьотрицательной обратной связи которого включен цифровой управляемыйрезистор 5, а выход соединен совходом регистрирующего прибора 8,генератор 9 импульсов, вход которого соединен со вторым выходом блока3 управления, источник 10 эталонного напряжения и п блоков 11 преобразования, первые входы которых соединены с выходом генератора 9 импульсов,вторые - с выходом источника 10 эталонного напряжения, третьи - с третьим выходом блока 3 управления,четвертые - с выходами логического блока 6, а выходы объединеныи соединены со входом усилителя 1постоянного токау 1-й блок преобразования =1, 2, и) служит дляпреобразования длительности (," -го интервала между максимумами интерференционной картины в пропорциональную ей (за исключением начальногозначения) величину сопротивления. Каждый блок преобразования содержит(Фиг. 2) первый и второй ключи 12и 13 соответственно, счетчик 14 и подключенный к его разрядным выходам цифровой управляемый резистор 15,включенный между вторым входом и выходом блока преобразования, сигнальные входы первого и второго ключейяьляются соответственно первым итретьим входами блока преобразования,а выходы их соединены соответственно с сигнальным и управляющими входами счетчика 14. Управляющие входы ключей объединены и образуют четвертый вход блока преобразования.При нулевом содержимом счетчиков сопротивление резистора 15 первого блока 11 преобразования равно В 0, а резисторы остальных блоков представляют собой разрыв цепи.,Толщиномер работает следующим образом. После установки пленки, толщина которой подлежит измерению, в спектрофотометр 1 и его запуска (одновременно запускается блок 3 управления ) формируются импульсы на первом и третьем выходах блока 3. управления. Импульс с первого выхода устанавливает счетчик 4 интервалов в исходное состояние, при котором единичный потенциал имеется на всех выходах логического блока 6, т.е. все ключи блоков 11 преобразования открываются и импульс с третьего выхода блока 3 управления проходит на управляющие входы счетчикоэ 14 всех блоков преобразования, устанавливая эти счетчики в нуль. При указанном исходном состоянии счетчика 4 интервалов проводимость цифрового управляемого резистора 5 не равна нулю.где Е - выходное напряжение источника 10 эталонного напряжения;Ф т.е. результат измерения, фиксируе мый регистрирующим прибором 8, в некотором масштабе представляет толщину пленки образца, установленного в спектрофотометр.Масштаб можно изменять нерперывно или дискретно, регулируя, например, величину Е или.частоту импульсов генератора 9. Первый импульс с выхода детектормаксимумов переводит счетчик 4 интервалов в состояние, при котором единичный потенциал имеет только один выход логического блока б, соединенный со входом первого блока 11 преобраэования. Блок 3 управления сигналом со второго выхода запускает генератор 9 импуль сов, выходные импульсы которого начинают поступать на счетчик 14 блока 11 преобразования. Второй им - пульс с выхода детектора 2 максимумов переводит счетчик 4 интервалоа, снабженный цепью циклического переноса, в состояние 00..01, при котором возбужден выход логического блока б, соединенный со входом второго блока 11 преобразования. Таким образом, с этого момента импульсы с выхода генератора 9 будут поступать на счетчик 14 второго блока 11 преобразования, на счетчике же первого блока преобразования останется зафиксированным число, пропорциональное длительности первого интервала между максимумами интерференционной картины.Далее схема работает аналогично. Каждый импульс с выхода детектора 2 максимумов увеличивает на единицу содержимое счетчика 4 интервалов и переключает через логический блок б выход генератора 9 импульсов на вход счетчика следующего блока преобразования. При этом проводимость цифрового управляемого резистора 5 оказывается пропорциональной числу пройденных интервалов между максимумами интерференционной картины, а сопротивление цифрового управляемого резистора 1-го блока преобразования - пропорциональным длительности 1-го иэ указанных интервалов. 5 Оформула изобретения 1.Интерференционный толщиномар,содержащий спектрофотометр, детектор максимумов, входом подключенныйк выходу спектрофотометра, счетчик интервалов, сигнальный вход которого соединен с выходом детектора макВ момент окончания развертки спектрофотометра 1 возникает импульс на его выходе, соединенном со входом блока 3 управления.Получив этот импульс, блок 3 управления прекращает работу генератора 9 импульсов и формирует импульс на третьем выходе. Этот импульс поступит на управляющий вход счетчика тблько одного блока 11 преобразования, номер которого на единицу больше номера последнего интервала между максимумами интерференционйой картины, соответствующий счетчик будет возвращен в нуль, т,е. его цифровой управляемый резистор будет разомкнут,Напряжение, которое установится на выходе усилителя 7 после окончания развертки спектрофотометра, выразится формулой симумов, блок управления, первыйвход которого соединен с выходомдетектора максимумов, второй - свыходом конца развертки спектрофотометра, а первый выход - с управляющим входом счетчика интервалов,и регистрирующий прибор, о т л ич а ю щ и й с в тем, что, с цельюповышения точности и расширения.функциональных возможностей, онЗО .снабжен и блоками преобразования,. логическим блоком, усилителем постоянного тока, цифровым управляемымрезистором, генератором импульсови источником эталонного напряжения,разрядные выходы счетчика интервалов соединены со входами логического блока и цифрового управляемогорезистора, включенного в цепь обратной связи усилителя постоянного тока40 выход которого соединен со входомрегистрирующего прибора, первые,вторые и третьи входы блоков преобразования соединены соответственно с выходом генератора импульсов, 4 подключенного входом ко второму выходу блока управления, с выходом источника эталонного напряжения и стретьим выходом блока управления,четвертые входы блоков преобразования соединены с выходами логическогоблока, а выходы обьединены и соЕдинены со входом усилителя постоянноготока. -2 Интерференционный толщиномерпоп. 1, отличающийся 55 тем что Каждый блок преобразованиясодержит два ключа, счетчик и подключенный к его разрядным выходамцифровой управляемый резистор, включенный между вторым входом и выхощо дом блока преобразрвания, сигнальные входы первого и второго ключейявляются соответственно первым итретьим входами блока преобразования, а их выходы соединены соот ветственно с сигнальным и управляю819585 щим входами счетчика, управляющиевходы ключей объединены и обраэуютчетвертый вход блока преобразования,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе Составитель А. Куликов филиппова Тех ед М.Кошт а Ко ектор В. Б тягак 642итета ССоткрытийкая наб,Подписи 7 Тираж осударственного ко делам иэобретений Москва ЖРа 4 5 лиал ППП Патент , .г. Ужгород, ул. Проектная,аэ 1365ВНИИПИ Гпо113035 1, Патент США М 2312691,кл. 356-108, 1971.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2157728, кл.С 01 В 19/38,1975, прототип);