Способ измерения толщины слоя и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИИ

ИЗОЮРЕТЕН ИЯ к авторскому свидипльствю

Союа Советск як

Соцмаяястмческнк

Респубямн и>872955 (6t) Дояелнатеаыюе и авт. свяд-ву(32)Заявлено Об.08. 79 (23) 2808292/25-28 с ярясеедяяеммам заявки М (23) Пряорятет (5!)М. Кд.

G 01 В 11/06 фвуаераваа4 июетат

COOP ае далем явбрвааВ, I ovN$lhoN9

Опубюм Щааме 15,10.81. Ьвллетень Рй 38 (53} УДК 531. 717..1(088.8) Дата еа бамкеааяия описания 17. 10.81, Жми"": ""

Г.С. Вильдгрубе, Л.В. Лапушкина, .А. Тимофеев. и В.П. федотов 1

1 (72) Мтор

«зобретеняя (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к измерительной технике в приборостроении, преимущественно электровакуумном, и может быть использовано при измерении толщины слоев, наносимых на прозрачную подложку, например, при изготовлении мишеней передающих телевизионных трубок. Качество мишеней во многом определяется толщиной нанесенного слоя.

Известен способ неразрушающего контроля толщины тонких пленок, основанный на измерении отраженным или пропускаемых через объект световых .потоков разных длин волн, соответствующих границам области оПтмческого пропускання, попеременно поступающих на фотоприемник. По разнице,интенсивностей относительно каждой из двух волн измеряют толщину слоя плен-, ки Г1 .

Недостатком зтрго способа является большая погрешность при измерении; толщины слоев, имеющих структуру, обладающую существенным диффузным рассеянием.

Наиболее близким к данному изобретению является способ измерения толщины слоя, заключающийся в том, что на слой нормально к его поверхности направляют световой поток, измеряют интенсивность регулярной составляющей светового потока, прошедшего через слой, строят градуировочные зависимости и по ним определяют толщину слоя Г2 .

Недостатком такого способа явля ется большая погрешность при измерении напыляемых слоев мишеней передающих телевизионных трубок, так как зти слои имеют кристаллическую структуру, вызывающую диффузное рассеяние, прошедшего через мишень света. Структура слоя в значительной степени влияет на интенсивность диффуэно-рассеянной составляющей прошедшего светового потока, которая при одинаковой толщине может меняться в 3-4 раза, 87

2955

5О- ность регулярной составляющей светово1

Известно устройство для.измерения толщины слоя, содержащее осветитель с мадулятором светового потока, фоку.сирующую оптическую систему и электрически связанные фотоприемник и измерительную схему.

Однако это устройство не обеспечивает требуемой точности при измерении толщины напыпяемых слоев со структурой, обладающей существенным диффузным рассеянием.

Целью изобретения является повышение точности измерения толщины наныляемого слоя, Для достижения поставленной цели измеряют одновременно интенсивность и диффузно-рассеянной составляющей прошедшего светового потока, определяют отношение интенсивной регулярной и диффузно-рассеянной составляющих и строят градуировочные зависимости отношения интенсивностей от толщины слоя.

Устройство для реализации способа измерения толщины слоя снабжено вторыми электрически связанными фотоприемником и измерительной схемой, установленными за оптической системой в плоскости иэображения слоя, а первый фотоприемник установлен перед оптической системой на одной оптической оси с осветителем и вторым фотоприемником.

На чертеже показана схема измерения.

Устройство измерения толщины слоя содержит осветитель 1, например ла,зер, направляющий световой поток 2 нормально к поверхности напыляемого на прозрачную подложку 3 слоя 4.

Световой поток, прошедший через этот слой, характеризуется регулярной составляющей 5 и диффуэно-рассеянными составляющими б и 7. На одной оптической оси Г-Х по ходу потока 2 размещены модулятор 8 света, фотоприемник

9, фокусирующая оптическая система

1Î и фотоприемиик ll. Фотоприемники

9 и 11 электрически связаны соответ.ственно с измерительными схемами 12 и 13. Прозрачная подложка 3 с нанесенным на нее слоем 4, толщина которого измеряется, размещается между модулятором 8 и оптической системой

10. Фотоприемиик 9 предназначен для приема регулярной составляющей 5 потока, прошедшего через слоя 4, а фотоприемник 11 - для приема диффуз-, ио-рассеянной составляющей.этого пото-

5 î

2S зо

4О

4 ка, которая фокусируется оптической системой 10 на вход фотоприемника 11.

Расположение фотоприемников 9 и ll в направлении нормали к поверхности слоя 4 обеспечивает наибольшую чувствительность устройства. В то же время фотоприемник 9 экранирует вход фотоприемника 11 от попадания регулярной составляющей.

Способ осуществляется следующим образом.

Поток 2, прошедший через слой 4, фокусируют и измеряют его диффузнорассеянную составляющую 7 в телесном угле А и регулярную составляющую 5 с помощью фотоприемников 9 и 11. Определяют отношение интенсивностей регулярной и диффузно-рассеянной составляющих и по нему с пс.ющью градуировочиой зависимости находят толщину слоя 4. Градуировочную зависимость получают по предварительно произведенным замерам интенсивностей регуляр ной H диффуэно-составляющйх потока, прошедшего через образцовые слои, толщина которых известна (измерена иэве стным разрушающим способом с помощью микроскопа). Отношение интенсивностей зависит от толщины слоя и поэтому может служить мерой толщины. Указанная . зависимость установлена эксперимента« льно.

Предлагаемые способ и устройство для его реализации позволяют повысить точность измерения за счет операций измерения интенсивности диффузнорассеянной составляющей светового потока и определения отношения интенсивностей обеих составляющих прошедmего светового потока, что достигается с помощью приведенной конструкции устройства.

Формула изобретения

1.. Способ измерения толщины слоя, заключающийся в том, что на слой нормально к его поверхности направляют световой поток, измеряют интенсивго потока, прошедшего через слой, строят градуировочные зависимости и по ним определяют толщину слоя, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, измеряют одновременно интенсивность и диффузно-рассеянной составляющей прошедшего светового потока, определяют

5 872955 6 . отношение интенсивностей регулярной емником и измерительной схемой устаи диффузно-рассеянной составляющих новленными за оптической системой в и стрОят градуировочные зависимости плоскости изображения слоя, а первый отношения интенсивностей от толщи- фотоприемник установлен перед оптичесны слоя. кой системой на одной оптической оси

2. Устройство измерения толщины с осветителем и вторым фотоприемником. слоя по п. 1, содержащее осветитель с модулятором светового потока, Источники информации, фокусируюп1ую оптическую систему и .принятые во внимание нри экспертизе . электрически связанные фотоприемник и 1е 1. Заявка Японии У 51-47. МО, измерительную схему, о т л и ч а ю — кл. 106-С-.34, 1976. щ е е с я тем, что оно снабжено вто- 2. Патент ФРГ Â 1548262, кл. 42 в 2, рыки электрически связанными фотопри- 197.1 (прототип) ВНИИПИ Заказ 9013/62 Тираж 645 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4