Устройство для фотометрического контроля оптических толщин пленок в процессе их нанесения на вращающийся образец

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ТОЛЩИН ПЛЕНОК В ПРОЦЕССЕ ИХ НАНЕСЕНИЯ НА ВРАЩАЮЩИЙСЯ ОБРАЗЕЦ, содержащее источник света, фотометр с монохроматором , блок управления и блок регистрации, первый и второй входы блока регистрации соединены с выходами фотометра с монохроматором и блока управления соответственно, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля , оно снабжено блоком тактовых импульсов, двумя блоками сравнения, блоком разрешения, тремя блоками счета и блоком разности, первый выход блока тактовых импульсов соединен с первыми входами первого блока сравнения и трехблоков счета, второй выход блока тактовых импульсов предназначен для соединения с входом привода вращения образца, третий выход блока таитовых импульсов подключен к второму входу третьего блока счета и входу блока разрешения, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков счета, с вторым .входом блока разности и вторым входом первого блока сравнения, третий вход которого соединен с выходом фотометра с монохроматором, а выход первого блока сравнения подключен к третьему входу первого блока счета, выход которого соединен с первым входом блока разности, третий вход которого соединен с выходом второго блока счета, а выход блока разностн подключен к первому входу второго блока сравнения , второй вход которого соединен с выходом третьего блока счета, а выход второго блока сравнения подключен к входу блока управления.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(5l) С 01

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3485146/18-28 (22) 02.09.82 (46) 23.01.85. Бюл. Ф 3 (72) В.Д.Введенский, Ш,А.Фурман и 3.Э.Эльгарт (53) 531,71(088.8) (56) 1. "Оптико-механическая промышленность", 1976, Н- 8, с.41. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ТОЛЩИН

ПЛЕНОК В ПРОЦЕССЕ ИХ НАНЕСЕНИЯ НА

ВРАЩА101ЦИЙСЯ ОБРАЗЕЦ, содержащее .источник света, фотометр с монохроматором, блок управления и блок регистрации, первый и второй входы блока регистрации соединены с выходами фотометра с монохроматором и блока управления соответственно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено блоком тактовых импульсов, двумя блоками сравнения, блохом разрешения, тремя блоками счета и блоком разности, первый выход блока тактовых импульсов соединен с первыми входами первого

„,SU, 1136О12 А блока сравнения и трех блоков счета, второй выход блока тактовых импульсов предназначен для соеди- . нения с входом привода вращения образца, третий выход блока тактовых импульсов подключен к второму входу третьего блока счета и входу блока разрешения, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков счета, с вторым входом блока разности и вторым входом первого блока сравнения, третий вход которого соединен с выходом фотометра с монохроматором, а выход первого блока сравнения подключен к третьему входу первого блока счета, выход которого соединен с первым входом блока разности, третий вход которого соединен с выходом второго блока счета, а выход блока разности подключен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом третьего блока счета, а выход второго блока сравнения подключен к входу блока управления.

1 11360

Изобретение относится к контроль,но-измерительной технике и может быть использовано при изготовлении образцов с тонкопленочными покрытия-. ми для измерения толщины наносимых пленок.

Известно устройство для фотометри" ческого контроля оптических толщин пленок в процессе их нанесения на вращающийся образец, содержащее источник света, фотометр с монохроматором> блок управления и блок регистрации, первый и второй входы блока регистрации соединены с выходами фотометра с монохроматором и блока управления соответственно 13.

Недостатком устройства является произвольная установка чувствительного элемента датчика положения относительно контролируемого образца, вследствие чего регистрация сигнала с фотометра может происходить в те моменты времени

1= 1сТ + Т +1 где Т вЂ” период вращения карусели;

Т(Т вЂ” начальная фаза, зависит от места установки;

"k=-0,1,2 ° ое1 момент начала вращения, когда вследствие биения карусели, клиновидности плоского образца или смещения центра осесимметричного неплоского образца относительно оси вращения карусели происходит смещение изображения источника света относительно приемной щели монохроматора, что приводит к ухудшению разрешающей способности диспергирующего элемента монохроматора, ухудшению отношения сигнал-шум фотометра, а следовательно ведет к сниже l . 40 нию точности контроля, В случае нанесения покрытия на крупногабаритный образец с контролем в отраженном свете изображение источника света большую часть периода

45 вращения образца не находится на приемной щели монохроматора и не происходит изменения регистрируемого сигнала, что исключает возможность судить о толщине наносимой пленки.

Цель изобретения — повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для фотометричес кого контроля оптических толщин пленок в процессе их нанесения на вращающийся образец, содержащее источник света, фотометр с монохро-.

12 2 матором, блок .управления и блок регистрации, первый .и второй входы блока регистрации соединены с выхо;, дами фотометра с.монохроматором и блока управления соответственно, снабжено блоком тактовых импульсов, двумя блоками сравнения, блоком раврешения, тремя блоками счета и блоком разности, первый выход блока тактовых импульсов соединен с первыми входами первого блока сравнения и трех блоков счета, второй выход блока тактовых импульсов предназначен для соединения с входом привода вращения образца, третий выход блока тактовых импульсов подключен к второму входу третьего блока счета и входу блока разрешения, выход которого соединен с вторыми входами первого.и второго блоков счета, с вторым входом блока разности и с вторым входом первого блока сравнения, третий вход которого соединен с выходом фотометра с монохроматором, а выход первого блока сравнения подключен к третьему входу первого блока счета, выход которого соединен с первым входом блока разности, третий вход коТорого соединен с выходом второго блока счета, а выход блока разности подклю чен к первому входу второго блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом третьего блока счета, а выход второго блока сравнения подключен к входу блока управления.

На чертеже представлена блок-схе ма устройства.

Устройство для фотометрического контроля оптических толщин пленок в процессе их нанесения на вращающийся образец содержит источник

1 света, фотометр 2 с монохроматором, первый блок 3 сравнения, блок

4 разрешения, блок 5 тактовых импульсов, первый блок 6 счета, второй блок 7 счета, третий блок 8 счета, блок 9 разности, второй блок

10 сравнения, блок 11 управления, блок 12 регистрации, контролируемый образец вращается с помощью привода

13.

Блок 3 сравнения включен между выходами фотометра 2 с монохроматором и блока 4 разрешения, вход которого соединен с вторым входом блока 8 счета и третьим выходом блока 5 тактовых импульсов, второй .

I-136О12 з выход которого соединен с приводом

13, а первый — с первым входом блоков 6-8 счета и блоком 3 сравнения, выход которого соединен с третьим . входом первого блока 6 счета, выход которого, а также блока 4 разрешения и второго блока 7 счета соединены с соответствующими входами блока 9 разности, выхоц которого подключен к первому входу блока

10 сравнения, а блок 8 счета, блок 10 сравнения, блок II управления, блок 12 регистрации соединены последовательно.

Устройство работает следующим образом.

Исходя из того, что вращение образца периодично, следует, что смещение (модуляция) изображения источника 1 света относительно прн20 емной щели монохроматора, вызванное биением карусели, клиновидностью плоских образцов, смещением центра осесимметричных неплоских образцов относительно оси вращения карусели и т,.д. так же будет иметь периодический характер с периодом, равным периоду вращения образца.

Таким образом, если определить положение образца, либо фазу (max 1

° сигнала, если за начало периода () считать момент появления переднего фронта импульса последовательности где 5 )f2 = Т, а Т вЂ” период вращения образца, при котором смещение изображения источника 1 относительно. приемной щели монохроматора будет минимальным за период вращения, а сигнал с фотометра 2 с монохроматором соответственно максимальным, а затем регистрировать

40 сигнал в моменты времени

4=41 4.Т +kT о mes где me — фаза максимального сигнала .то регистрация сигнала с фо:тометра 2 с монохроматором проис- 45 ходит в те моменты времени, когда положение изображения источника I света гарантированно совпадает с приемной щелью монохроматора и положение изображения относительно

50 щели наиболее благоприятно с точки зрения разрешающей способности диспергирующего элемента монохромато, ра и соотношения сигнал-шум всего фотометра 2 с монохроматором 2 в целом.

С второго выхода блока 5 такто-. вых импульсов на вход привода 13 вращения поступает последовательность импульсов с частотой j, для обеспечения вращения двигателя привода со

> строго определенной и постоянной угловой скоростью — для обеспечения дальнейшей синхронизации всего устройства. Так как вращающий момент с двигателя на карусель с закрепленным в ней контролируемым образцом обычно передается через редуктор с определенным передаточным отношением то для обеспечения общей синхронизации работы электронных блоков и положения образца с третьего выхода блока 5 тактовых импульсов снимается последовательность импульсов с частотой 1 = ltT . Частоты и

1 могут регулироваться, т.е. перед началом процесса нанесения покрытия необходимо выбрать то положение вращающегося контролируемого образца при котором будет происходить процесс регистрации с выводом на индикатор сигнала с фотометра 2 с

MOHOXPOMQTOPOM.

После нажатия оператором кнопки

"Выбор положения" на пульте управле-. ния и в момент поступления на вход блока 4 разрешения переднего фронта импульса последовательности поступа >щей с третьего выхода блока

5 тактовых импульсов, на выходе блока 4 формируется сигнал, поступающий на входы следующих блоков: на второй вход блока 3 сравнения, для его обнуления и "очистки" запоминающих устройств, входящих в сос-., тав блока 3; на второй вход блока 6 счета и блока 7 счета для их обнуления и разрешения счета импульссэ последовательности,поступающих на первые входы блоков 6 и 7 с первого выхода блока 5 тактовых импульсов; на второй вход блока 9 разности для запрета прохождения в блок 9 сигналов, поступающих на его первый и третий входы с блоков 6 и 7.

Блок 4 возвращается в исходное состояние после прихода на его вход второго с момента нажатия кнопки

"Выбор положения" импульса последо-.. вательности „ . Таким образом, счет импульсов последовательности j поступающий с первого выхода блока

5 на первые входы блоков счета 6 и

7, разрешен только в случае нажатия кнопки "Выбор положения" и может продолжаться в течение времени Z, 1136012 равного периоду вращения контролируемого образца.

В момент появления на входе блока 3 сравнения переднего фронта первого счетного импульса последовательности происходит запись в блок 3 сравнения сигнала, поступающего с выхода фотометра 2 с монохроматором на вход блока 3. При появ лении следующего импульса снова 1Î происходит запись в блок 3 сигнала, поступающего в этот момент с выхода фотометра 2 с монохроматором.

В промежутке времени перед поступлением на блок 3 очередного 35 импульса происходит сравнение двух хранящихся в памяти блока 3 сигналов! и в случае, если уровень сигнала, поступившего в блок 3 последним, больше уровня си нала, поступившего N на третий вход блока 3 ранее, то на выходе блока 3 сравнения появляется сигнал, поступающий на блок 6 счета и обнуляющий его. До окоччания раз-. решающего сигнала, поступающего с 25 выхода блока 4 на второй вход блока

3 сравнения, последний работает следующим образом: до поступления очередного импульса на первьй вход блока 3 в его памяти хранится

30 наибольший по уровню из ранее поступивших сигналов; в момент поступления очередного импульса последова-= тельности f на первый вход блока

3 происходит запись сигнала с фотометра с монохроматором 2, поступающего на третий вход блока 3 с дальнейшим сравнением уровня вновь поступившего сигнала с уровнем сигнала хранимого в "долговременной" памяти

40 блока 3 сравнения. Если вновь поступивший с фотометра с монохроматором

2 сигнал больше по уровню, чем сигнал, хранимый в памяти блока 3, то он записывается в "долговременную "

45 память блока 3 вместо ранее записан-,. ного сигнала, и, одновременно с этим на выходе блока 3 появляется сигнал, обнуляющий выход блока 6 счета.

Если же вновь поступивший на блок 3

so сигнал по уровню меньше или равен .уровню хранимого сигнала, то изменения содержимого "долговременной" памяти не происходит, так же как не происходит и изменения состояния выхода блока 3, связанного с входом обнуления блока 6 счета.

Таким образом, после возвращения сигнала на выходе блока 4 в исходное состояние, т.е. после появле. ния на вторых входах блоков счета б и 7 сигнала, запрещающего счет импульсов последовательности f,,поступающих на первые входы блоков 6 и 7, на выходе блока 6 счета остается сигнал, равный количеству счетных импульсов, поступивших на первый вход блока 6 эа время, прошед шее от момента появления на выходе фотометра 2 с монохроматором 2 максимального с момента начала опроса сигнала и до прекращениия опроса, т.е до поступления на первый вход блока 4 разрешения второго с момента нажатия кнопки "Выбор положения" импульса последовательности 12 (1 =1) 7

Таким образом, на выходе блока

6 счета остается сигнал, пропорциональный количеству импульсов последовательности 7, прошедших на его первый вход за время

Е т где Т вЂ” период вращения контролируемого образца;

„ — фаза появления максимального сигнала.

На выходе блока 7 счета останет. ся сигнал, пропорциональный количеству счетных импульсов последовательности f,поступивших на первый вход блока 7 эа время Т, т.е. за время, прошедшее между поступлением на вход блока 4 двух импульсов последовательности f2 „

В момент возвращения сигнала на выходе блока 4, связанном с вторым входом блока 9, в исходное состояние разрешается запись в блок

9 сигналов, поступающих на его первый и третйй входы с выходов блоков

6 и 7 соответственно. Таким образом, на выходе блока 9 разности появится сигнал, равный разности между сигналами, поступающими на его входы, т.е. появится сигнал

U = r - (Т вЂ” e„„ »„) = равный количеству счетных импульсов последовательности, появившихся на первом выходе блока 5 тактовых импульсов, за время, прошедшее с момента появления переднего фронта

11 первого после нажатия кнопки Выбор положения" импульса последовательности g2 (t I, и до появления на выходе фотометра максимального за промежуток времени от 1 до (4 +7) сигнала. Таким образом, процесс выбора положения контролируемого образца1136012 7

ВНИИПИ Заказ 10272/29 . Тираж 651 Подиисиое

Филиал ППП "Патент", r,Ужгород, ю.Простив», 4 при котором будет осуществляться регистрация сигнала с фотометра, закончен, о чем свидетельствует загорание сигнальной лампы в блоке 4.

После этого можно начинать процесс нанесения покрытия. Регистрация сиг.". нала с фотометра будет осуществлятьf, ся в момент времени $ = < >+„+%T, о т.е., когда сигнал на втором входе блока 10 сравнения, связанном с 10 выходом блока 8 счета, счетными им-:, пульсами для которого являются импульсы последовательности f, посту лающие на его первый вход, и который периодически обнуляется импуль 15 сами последовательности, посту» лающими Hà его второй вход, станет равным сигналу, поступающему на первый вход блока 10 с выхода блока

9. При этом на выходе блока 10 будет 20 формироваться сигнал, поступающий на вход блока 11 управления, блок

\.Ф

ll управления формирует сигнал, который с его выхода поступает на второй вход блока 12 регистрации и разрешает прохождениЕ и обработку сигнала, пропорционального коэффициенту пропускания или отражения контролируемого образца, поступающего с выхода фотометра на первый вход блока 12 регистрации. Этот сигнал в цифровом виде сохраняется на индикаторе блока 12 регистрации в течение всего периода вращения образца до поступления следующей команды с выхода второго блока

10 сравнения.

Таким образом, за счет автоматической подстройки положения образца до получения максимального уровня установочного значения сигнала повышается. точность контроля толщины напыпяемой на образец

;пленки.