Устройство для измерения толщины пленок

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения толщин пленок. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет измерения перемещения . подложки. Пучок света через подложки и линзу поступает на экран, где формируется дифракционная картина. При помещении пленки между подложками, выполненными прозрачными с нанесенными на нее непрозрачными штрихами так, что расстояние между нимН больше ширины штрихов, интенсивность второго максимума дифракционной картины изменяется . Перемещая одну из подложек до тех пор, пока интенсивность света второго максимума станет равной нулю , и повторяя это для третьего максимума , из зависимости определяют толщину пленки. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ ,РЕСПУБЛИН и» 4 G 01 B 11/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

{21) 3883535/24-28 (22) 28.01.85 (46) 30,10.88. Бюл. У 40 (71) Алтайский политехнический институт им. И.И. Ползунова (72) Б.В. Старостенко (53) 531.717(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1035416, кл. G 01 В 11/06, 1974.

1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ

ПЛЕНОК (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения толщин пленок. Цель изобретения — повышение точности измереSU 1434242 А 1 ния за счет измерения перемещения подложки. Пучок света через подложки и линзу поступает на экран, где формируется дифракционная картина. При помещении пленки между подложками, выполненными прозрачными с нанесенными на нее непрозрачными штрихами так, что расстоянйе между ними больше ширины штрихов, интенсивность второго максимума дифракционной картины изменяется. Перемещая одну иэ подложек до тех пор, пока интенсивность света второго максимума станет равной нулю, и повторяя это для третьего максимума, из зависимости определяют

Р\ толщину пленки. 1 нл.

1434242

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения толщин. пленок.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет измерения пе5 ремещения подложки.

На фиг. 1 приведена схема устройства для измерения толщины пленок; на фиг. 2 — дифракционная картина.

Устройство содержит источник 1 излучения, формирователь 2- 3 пучка света, систему из двух элементов для .формирования дифракционной картины, каждый из которых выполнен в виде прочной подложки 4 (5), линзу 6, экран ?, диафрагму 8 и фотонриемник

° 9. Позицией 1О обозначена дифракцион" ная картина, а позицией 11 — пленка.

На подложке 4 и 5 нанесены непро. зрачные 12 и прозрачные. 13 штрихи . так, что расстояние между ними больше ширины штрихов.

Устройство работает следующим obразом. 25

От источника 1 сформированный монохроматический поляризованный пу: чок света пропускается. через подлож ки 4 и 5, и линзои 6 на. экране ? Формируется дифракционная картина 10.

С помощью диафрагмы 8 и Фотоприемника 9 измеряется интенсигиость света второго максимума дифракпионной кар-, тины, а с помощью других диафрагмы и г фотоприемника (не показаны) — третьего максимума (координаты эаранйее известны). Подложки 4 и.5 ус-! тановлены на таком расстоянии друг от друга в направлении распространения света, при котором интенсивность второго максимума равна нулю.

46

Пленка 11 помещается в промежутках между подложками 4 и 5., при этом изменяется интенсивность второго максимума.

Подложка 5 перемещается в направлении распространения света на расстояние дh „ д,о тех пор, пока интенсивность света второго максимума не станет равной нулю. Затем подложка

5 перемещается на расстояние 8hz до тех пор, пока интенсивность света третьего максимума не станет равной нулю. Толщину пленки вычисляют по формуле. т 55

cos M (he+5h;-gt) cos pg(h>+ 51;z - ) cos 4>- cos eI г (1) цгдг at m

Х Х ° »- — — — 81пг — 2.-- (» л о гшг г о интенсивность максимума дифракционной картины; номер максимума; интенсивность падающего света, ширина прозрачного участка

\ дифракционной картины; период образованной элементами решетки, число штрихов решетки.

Х о

О, Й

°, ош

При условии sizz ††интенсивй ность второго максимума равна нулю, что выполняется при 2t Й, т.е. когда непрозрачные промежутки равны

Ъ прозрачным,,а интенсивность третьего максимума равна нулю, когда. Зй = d<

Так как подложки 4 и 5 находятся на расстоянии друг от друга,. а размеры прозрачного участка решетки зависят от расстояния между подложками 4 и 5, период d решетки постоянен, а соотношение прозрачных и непрозрачных участков изменяется

2to -N tg42

Э ь (3) эффективный размер прозрачного промежутка решетки, размер прозрачного промежутка на подложке; расстояние между подложками; угол между направлением на второй максимум и направле" нием распространения света. где t

Иа

Интенсивность второго максимума равна нулю при таком расстоянии ho толщина прозрачной пленки;

1 о расстояние между подложками без пленки;

dh,,dh< — величины первого и второго перемещений подложек; ч" м з — углы между направлением распространения света и направлением на второй и третий максимумы дифракционной картины;

dt -. разность размеров прозрачного и непрозрачного участков подложки.

Интенсивность любого максимума дифракционной картины определяется из зависимости:

1434242

10 Формула изобретения

15 при tg=4 (h — ah,) tg q< — a t 20

h (6)

" 2 @4

h> cos 4g

hÄgh +ah„- d t) ки.

ЗО

То же относится и к -;ретьему максимуму дифракционной картины, который равен нулю при ЗС = d, т.е, Ьь — cos з (8) между подложками 4 и 5, когда 2t

Ci °

При размещении измеряемой пленки между подложками 4 и 5 (2 о- (ho -«h) tv< - h tpq) а ° а (4)

2с $. 2й, где y — угол преломления света, дифрагирующего в максимум дифракционной картины, а интенсивность света второго максимума при размещении пленки 1 О.

Если сместить одну из подложек 4 или 5 на расстояние dh 1:

2 - (Ьц — hz+ 1 ) Бц 2- "mt52ч (5) 2 а1п М

Так как р с<1, tg ч = sin Q --.— =

sin rr

rpe n — показатель преломления пленTl

h> - (h, + c) h q - d t) Решая (7) и (8), получают уравнение (1), т.е. толщину пленки, так как

g t и r(постоянны при заданных размерах участков подложек 4 и 5, à h0 фиксировано, то измерения сводятся к измерению lych и Л h .

Устройство для измерения толщины пленок, содержащее последовательно установленные источник излучения, систему из двух элементов для формирования дифракционной картины, один из которых установлен с возможностью перемещения вдоль оптическои оси устройства, линзу и фотоприемник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено оптической системой формирования светового пучка, установленной по ходу излучения за источником, двумя диафрагмами, размещенными последовательно одна за др )гой по ходу излучения за линзой, и дополнительными фотоприемниками, расположенными в одной плоскости с первым, а каждый элемент системы формирования дифракционной картины выполнен в виде прозрачной подложки с нанесенными на .нее непрозрачными штрихами так, что расстояние между ними больше ширины штрихов.

1434242

3m% 2 ах вам 1тау 2мах З иу ах Уа аЯ

Составитель В,Климова

Редактор П.Пчолинская 7expep,Л.Сердюкова Корректор И.Муска

Заказ 5542/41

Тираж 680 Подписное

ЗНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушсхая наб., д. 4 5 .

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4