Устройство для измерения толщины оптически прозрачных пленок

Устройство для измерения толщины оптически прозрачных пленок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля толщины эиитаксиальных пленок Цель изобретения - повышение точности и быстродействия измерения - достигается обеспечением работы интерферометра в сходящихся пучках, что позволяет уменьшить размеры оптических деталей интерферометра . Измеряемый образец помещают на предметньй столик 7. От источника 2 ИК-излучения световой пучок, отклоняемьй плоским зеркалом 5, направляется на сферическое зеркало 3, которое фокусирует ИК-излз ение в плоскости измеряемого образца. Отраженные ,от образца лучи расходящимися пучками ..попадают на зеркало 4 и далее, отразившись от плоского зеркала 6., фокусируются в плоскости светоделителя 9. При перемещении подвижного зеркала 1I интерферометра 8 происходит изменение разности хода между интерферирующими пучками, что приводит к .изменению интерференционной картины в плоскости приемника 16. Приемник 16 преобразует оптическое излучение в электрический сигнал, несущий информацию о толщине измеряемой пленки . 1 з.п. ф-лы. 2 ил. а (С (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,su„„ a a< (5g 4 0 О1 В 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGKOMY CENPETEIlbCTBV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21),4030564/24-28 (22) 26.02.86 (46) 15.02.88. Бюл. М 6 (72) А.Н.Седов (53) 531.717(088.8) (56) ИК-толщиномер 09ИТ-50-001 (78):

Техническое описание. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ ПЛЕНОК (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля толщины эпитаксиальных пленок. Цель изобретения— повышение точности и быстродействия измерения — достигается обеспечением работы интерферометра в сходящихся пучках, что позволяет уменьшить размеры оптических деталей интерферометра. Измеряемый образец помещают на предметный столик 7. От источника 2

ИК-излучения световой пучок, отклоняемый плоским зеркалом 5, направляется на сферическое зеркало 3, которое фокусирует ИК-излучение в плоскости измеряемого образца. Отраженные .от образца лучи расходящимися пучками попадают на зеркало 4 и далее, отразившись от плоского зеркала 6, фокусируются в плоскости светоделителя 9. При перемещении подвижного зеркала 11 интерферометра 8 происходит изменение разности хода между интерферирующими пучками, что приводит к .изменению интерференционной картины в плоскости приемника 16. Приемник

16 преобразует оптическое излучение в электрический сигнал, несущий информацию о толщине измеряемой пленки. I з.п. ф-лы. 2 ил.

1374043

25

40

55

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля толщины эпитаксиальных пленок.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия измерения— достигается обеспечением работы интерферометра в сходящихся пучках, что позволяет уменьшить размеры оптических деталей интерферометра.

На фиг.1 изображена оптическая схема устройства для измерения толщины оптически прозрачных пленок; на фиг.2 - ход лучей, падающих на отраженных от измеряемого образца.

Устройство содержит осветитель 1, состоящий из источника 2 ИК-излучения, двух сферических вогнутых зеркал 3,4,и отклоняющих плоских зеркал

5 6 предметный столик 7 размещения измеряемого образца, интерферометр 8, состоящий из светоделителя 9 и двух сферических вогнутых зеркал 10,11, одно из которых, например, зеркало

11, закреплено на подвижном штоке 12 в аэростатических направляющих 13, приемник 14 ИК-излучения, состоящий из фокусирующего элемента 15 и собственно приемника 16, блок 17 измеренияе

Осветитель 1 предназначен для ос-. вещения измеряемого образца, размещенного на предметном столике 7, а также формирования отраженного от образца излучения. Источник 2 служит для получения полихроматического излучения в ИК-диапазоне спектра. В ..качестве источника 2 ИК-излучения использована разогретая до 800 С нихромовая спираль. Сферическое зеркало

3 служит для фокусирования излучения источника 2 в плоскости измеряемого образца, а сферическое зеркало 4— для фокусирования отраженного от образца излучения в плоскости светоделителя 9 интерферометра 8.

Плоские зеркала 5,6 служат для отклонения хода лучей в осветителе:1.

Предметный столик 7 для размеще- ния измеряемого образца находится в центре кривизны сферических вогнутых зеркал 3,4 осветителя 1.

Интерферометр 8 предназначен для определения расстояния L между двумя интерферирующими волновыми фронтами, образованными измеряемым образцом толщиной d. с показателем преломления и измеряемого эпитаксиального слоя (см. Лиг.2). Светоделитель 9 предназначен для деления ИК-излучения в направлении зеркал 10 11 с соотношением пропускания к отражению, равным 1:1, а также для объединения (сложения) пучков, отраженных от зеркал 10,11 с целью получения интерференционной картины. Светоделитель

9 размещен на расстоянии от каждого из зеркал 10,11 интерферометра (имеется в виду среднее или "нулевое" положение подвижного зеркала 11) и зеркала 4 осветителя 1, равном радиусу кривизны соответствующего зеркала.

Конструктивно светоделитель 9 состоит из двух частей собственно светоделителя е нанесенным отражательным покрытием.и компенсатора, выполненных в виде дисков. В качестве материала использован йодистый цезий (CsJ), в качестве отражательного покрытия— германий (Се).

Сферическое вогнутое зеркало 11, закрепленное на подвижном штоке 12 в аэростатических направляющих 13 слуяит для изменения оптической разности двух интерферирующих волновых фронтов путем перемещения зеркала 11 вдоль его оптической оси. Вогнутые сферические зеркала 10, 11 имеют одинаковые радиусы кривизны.

Приемник 14 ИК-излучения служит для преобразования оптического излучения, полученного путем сложения в светоделителе 9 интерферирующих пучков, в электрический сигнал, пропорциональный интенсивности ИК-излучения, при этом линза 15 служит для фокусирования ИК-излучения в плоскости собственного приемника 16. Конструктивно фокусирующая линза 15 выполнена из германия, диаметр линзы составляет 20 мм. В качестве собственно приемника 16 использован цироэлектрический болометр.

Блок 17 измерения служит для управления перемещением подвижного зеркала 11 интерферометра 8, а также для анализа интерферограммы и вычисления толщины измеряемого эпитаксиального слоя по положениям боковых пиков интерферограммы.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемый образец размещают на предметном столике 7, От источника 2

ИК-излучения световой пучок, отклоняемый плоским зеркалом 5, направляет1374043 ся на сферическое вогнутое зеркало 3, которое фокусирует ИК-излучение в плоскости измеряемого образца. Отраженные от образца лучи от границы воздух-.эпитаксиальный слой и слой— подложка (см. фиг. 2) расходящимися пучками попадают на зеркало 4. и далее, отразившись от плоского зеркала

6, фокусируются в плоскости светоделителя 9, который расщепляет отраженное от образца излучение на два когерентных расходящихся пучка, направляемых на неподвижное и подвижное зеркала 10, 11 соответственно. Отраженные от зеркал 10 11 пучки снова попадают на светоделитель 9 сходящимися пучками и далее расходящимися пучками (один — пройдя через светоделитель 9, другой — отразившись от 2р него) поступают на фокусирующую линзу 15,посредством которой фокусируются и интерферируют в плоскости приемника 16 ИК-излучения. При перемещении подвижного зеркала 11 вдоль 25 оптической оси на величину + относительно среднего "нулевого" положения происходит изменение разности хода L между интерферирующими пучками, что приводит к изменению интер- 3р ференционной картины в плоскости приемника 16, причем, как видно на фиг.2, (1) (2) 2Д= L= 2 nd

Отсюда т.е. по величине хода 6 зеркала 11, равной половине разности хода L между интерферирующими пучками, опреде- 40 ляют толщину d эпитаксиальной пленки.

Приемник 16 преобразует оптическое излучение, полученное в результате интерференции двух волновых фронтов, I в электРический сигнал, пропорцио- 45 нальный интенсивности излучения, несущей информацию о толщине измеряемой пленки. Информационная обработка этого сигнала осуществляется в блоке 17 измерения, который анализирует интерс 5п ферограмму, определяет ее боковые пики (максимумы) и по их положениям находит величину 2Ь и далее, с учетом выражения (2), вычисляет значение толщины эпитаксиальной пленки.

Технические преимущества предложенного устройства для измерения толщины оптически прозрачных пленок заключаются в обеспечении предпосылок для повышения точности изготовления поверхностей оптических деталей путем уменьшения их размеров (световых диаметров) за счет реализации работы в сходящихся пучках, а также в уменьшении времени хода подвижного зеркала за счет снижения его массогабаритных показателей.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения толщины оптически прозрачных пленок, содержащее последовательно расположенные осветитель, выполненный в виде источника ИК-излучения и последовательно установленных по ходу излучения плоского зеркала, первого и второго сферически вогнутых зеркал и второго плоского зеркала, предметный столик, установленный в центре кривизны первого вогнутого зеркала, интерферометр из двух зеркал, одно из которых имеет привод и установлено с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси интерферометра, и светоделителя, установленного на пересечении оптических осей зеркал интерферометра и второго сферически вогнутого зеркала, фокусирующий элемент, приемник ИК-излучения и блок измерения, вход которого . электрически связан с приводом подвижного зеркала, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повьппения точности и быстродействия измерения, зеркала интерферометра выполнены сферически вогнутыми с одинаковой кривизной, предметный столик установлен в центре кривизны второго сферически вогнутого зеркала осветителя, а светоделитель установлен на расстоянии от каждого из зеркал интерферометра и второго сферического вогнутого зеркала осветителя, равном радиусу кривизны соответствующих зеркал.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ -е е с я тем, что сферические зеркала осветителя выполнены с одит иаковой кривизной.

1374043

Составитель Б.Тимофеев

Техред И.Ходанич Корректор В.Гирняк

Редактор М.Циткина

Заказ 562/36 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

)13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 а.

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