Интерференционное устройство дляизмерения показателя преломлениядиэлектрических пленок переменнойтолщины

ОП ИСАНИ Е (и 805141ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоцкалкстнческмзРеспублик Знамени высшее техническое училище им. Н. Э. Б(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧ ПЛЕНОК ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛЩИНЫ эЗМЕРЕНИЯХ эобретение от тся к оптическимественно, может исделения оптических покрытиям и, преимущ пользоваться для опре констант диэпектричес поев верам вред- изменой толщины.Сдин из известных приборов для измерения цоказателя преломления диэпектрических ппенок содержит оптический квантовый генератор, модулятор, поворотный столик крепления исследуемой пленки и поворотный регистрирующий блок Щ.Недостатком устройства явпяется наличие поворотных элементов, что делает его практически непригодным для измере ния плевок в процессе их получения в ва 15 кууме, так как обеспечить поворот с высокой точностью под вакуумным колпаком чрезвычайно сложно, а оптический квантовый генератор позволяет измерить показатепь преломления пленок только иа одной двине волныаНаиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к лагаемому является устройство для,рения показатели преломления диэлектри,ческих пленок переменной толщины, содержащее источник света, вспомогательное зеркало, поворотный столик, на котором устанавливается исследуемая паенка,обь. ектив, набор интерференционных светофильтров и регистрирующий блок. В дан ном устройстве вращением поворотного столика обеспечивается изменение угла падения световых лучей на пленку. В отраженном от нее свете регистрируют интерференционные экстремумы интенсивности, по числу которых для некоторого диапазона углов падения можно определить покаэатепь преломления пленок постоянной толщины с погрешностью менее 1% 21,Однако наничие поворотного столика существенно усложняет конструкцию при бора и увеличивает трудоемкость измерений, что денает невозможным применение его для контроля показателя преломления слоев в процессе их получения в вакууме, так как обеспечить поворот столика на некоторый угои с высокой точностью под50 вакуумным колпаком очень сложно. Кро. ме того, данное устройство позволяет измерить слои переменной толщины только при значительном уменьшении поли зрения наблюдательной системы, в предепах которого толщину пленки можно считать постоянной. Это приводит к падению мощности регистрируемого отраженного пучка света. При этом практически невозможно исключить смещения малого поля зре О ния наблюдательной системы относительно пленки при изменении угпа падения пу-. тем вращения столика. Иа-за этих факторов точностные возможности устройства при измерении показателя преломления пленок переменной толщины в несколько раз нже по сравнению со случаем измере ния пленок постоянной толщины.Цель изобретения - упрощение конструкции устройства путем исключения по воротных элементов и уменьшение трудо емкости измерений.Бель достигается тем, что в известное интерференционное устройство дпя измерения показателя преломления диэлек трических пленок переменной топщинь 4 содержащее канал, включающий источник света и вспомогательное зеркало, и последовательно расположенные объектив, набор интерферещионных фильтров и регистрирующий блок, введены второй канал набпюдещя, вкцочаюший источник света и зеркало, и собирающая призма, расположенная перед обьективом, при этом угол междуоптическими осями каналов набцюдеиия и угол между линиями, соединяющими точку ., пересечения оптических осей каналов с центрами источников света, лежат в одной плоскости и равны между собой, а оптичес кие длины путей вдоль оптических осей каналов от точки их пересечения до точки сое динения в призме равны.Кроме того, собирающая йрама состоит из двух призм с частично отражающейграницей между ними, лежащей в цпоскости,роходяшей через точку пересечения оптических осей каналов набаюдения, причем главное сечение собирающей призмы сов падает с плоскостью, образованной этими оптическими осями.На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства; на фиг. 2-4 - исспедуемый участок цпенки (в увеличенном масштабе в трех проекциях) и его ориентация относительно освещающих пучков света. 55Устройство содержит источники 1 и 2 света и диффузно-рассеивающие пропускаощие пластинки 3 и 4, явпяющиеся по су ществу вторичными излучателями с постоянной яркостью по оверхности. Измеряемая пленка 5, нанесенная на подложку6, находится в неподвижном положении,Наблюдательная, часть устройства включаетдва канала, сформированиъв с помощьюзеркал 7 и 8, далее установлены собирающая призма, состоящая из двух призм 9и 10 с частично отражающей границей 11между ними, объектив 12, набор интерференционных фипьтрбв 13 и регистрирующееустройство 14. На фиг. 2 представлен участок исследуемой пленки 5 переменной толщины, который можно считать клином с углом при вершинеНа другой проекции (фиг. 3) толщина пленки постоянна. При освещении пленки пучком лучей 15 (15) под углом падения с. ( Е) отраженные интерфери 1руюшие лучи 16 (16 ) формируют интерференционную картину в виде прямых раэ ноотстоящих 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 наблодения, при этом ребро кпино видной пленки должно быть параллельно плоскости, в которой нежат 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 0 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 оптиескими осями каналов набщодения, а частично отражакзпая граница 11 собирающей призмы допжна находиться э плоскости, проходящей через точку пересечения оптических осей каналов. При таком расположении элементов устройства и исследуемой пленки наблюдаемое смещение интерференционных полос обуславливается только изменением угла падения световых пучей, освещающих пленку, и не требуется введения дополнительных поправок, учитывающихх проекционное искажение интерференционной полосы при наблюдении ее под разными углами. Разность углов ( Е -.,) должна быть значительной.Дпя обеспечения измерений пленок в широком диапазоне параметров можно вы" (й,5 нки Далее с ройства 14 ду полосой Величина Ь ки, длиной следующей его устполосой.пленпомощью р измеряют. орядка й связана с олны А, ависимость гистрирующ асстояние Ой и соседней параметрам углом паде 2) 1 2 де 6 - угол кл 5брать, например, следующие эначеия углов: Е,:10"и Е=-60.Устройство работает следукхцим обраизом.Включается источник 1 свет, обеспечивающий освещение пленки под углом падения Я., и устанавливается необходимый интерференционный фильтр, иэ набора 13, выделяющий требуемую длину волны А. 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 где И - показатель преломления плена.длине волны А 1. К - порядок интерференционной полосьц10 - геометрическая толщина пленкив точке О.,Второе сввгвемое (ф) в прввой части равенства (1) характеризует потерю полуволны на границе пленка-подложка для случая, когда показатель преломления пленки больше показателя преломления подложки. Это соответствует практически важному случаю пчелки моноокиси кре ния, нанесенной на подложку из стекла К 8.Порядок М выбранной полосы можно определить, подСчитывая число полос от края пленки. 6Решая совместно уравнения (1), (2) .и (3), получаем расчетную формулу для вычисления показателя преломления слоя Таким образом, измерение показателяпреломления пленки на предлагаемом устройстве сводится к измерению ширины 6интерференционной полосы при угле пацения Я и смещения Е полосы при переходе к другому углу Я и вычислению Ийпо формуле (4), котораяможет быть запрограммирована на любой вычислительноймашине, например, типа "Электроника 50 й.Порядок полосы М определяется путем под счета числа полос от края пленки, Можно также испольэовать метод несколькихдлин волн.Точность измерения показателя преломления И зависит, в основном, от погреш ностей при определении величин Ь и УаПри использовании в качестве регистрирующего блока 14 фотоэлектрического устройства эти величины могут быть измерены С погрешностью, равной 0,005 поло- ЗО сы. Это приводит к погрешности показателя преломления порядка 1%и что обеспечивает известное устройство для случаяизмерения покаэателч преломления пленокпостоянной толщины.Основным преимуществом предлагаемого изобретения является отсутствие поворотных элементов, что значительно упрсщает его и делает возможным применение для измерения показателя преломления пленок переменной толщины в процессе их получения в вакууме непосредственно на деталях. Такие измерения приизготовлении асферических поверхностейметодом нанесения дойолнйтельного слоявещества в вакууме исключают получениебракованных деталей из-за вариации показателя преломления слоя, которых получается около 20%.Затем очник 1 точ включае пленки ва-,ня И т осв щени вызь поря кже зобре и я осы но торая тагистрируполосы кзце ожн 12 ных и вает, смещ дка И нав иэмеряетс о блока 1 описатьвета выключается, что обеспечпод углом паденение выбраннойеличину Е 1 кя с помощью ре4. Смещение М1. Инте измерения трических и держащее к света и зер положенныерференц покаэат пенок анал, в кало, и объек ьтров ион е устройство для еля преломления диэлекпеременной толщины, соключаюший источникпоследовательно растив, набор интерферени регистрирующий блок,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Черняев В. Н. и др. Прибор для10 измерения показателя преломления тонкихдиэлектрических пленок. - "Оптико-механическая промышленностью, 1975, М 12,с, 38:.40.2 РЕ 1 аМй ю.А.,СОигаб Е.Е., Моиде 5 сгисОче ЬесегиюаОои оут 1 кФие 55 аид Ребгосйче видехоХ таиюагеис тСи 5- ЭВИ о -, - огиас рю яе 5 еагси иихф ьемеСоиеиь 1964,УОФ.8, % 1, с. 43 8прототип). 7 8051 о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с це., лью упрощения конструкции устройства путем исключения поворотных элементав и уменьшения трудоемкости измерений, в него введены второй канал наблюдения,5 включаюший источник света и зеркало, н собиракщая призма, расположенная перед обьектнвом, при этом угол между оп" тическими осями каналов наблюденияи угол между линиями, соединяюшими 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 равны2, Ус 7 ройство по п. 1, о т л и ч аю ш е е с я тем, что собираюшая.приз мв состоит из двух призм с частично отражаюшей границей между ними, лежашей 418в плоскости, проходяшей через точку пе, ресечения оптических осей двух каналов наблюдения, причем главное сечение собираюшей призмы совпадает с плоскостью, образованной этими оптическими осями.805141 Составитель Н. Гусеваедактор М. Келемеш Техред,Ж.Кастелевич Коррек Ша рощи Подписяоеого комитета СССРй и открытийаушская наб. д. 4/О илиал ППП фПатентф, г. Ужгород, уд. Проеитн каэ 10868/63 Тираж 918 ВНИИПИ Государственн по делам изобретен 113035, Москва, Ж, Р