Устройство для измерения толщиныоптически тонких слоев

ОПИСАНИЕ (И845

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Соцналнстнцеских

Республик оа

К ПАТЕпТУ (6I) Дополнительный к патенту— (22) ЗаЯвлено21.06.77 (21) 2501304/18-28 (51) М. Кл. (23) Приоритет 21.06.76(32) (31) Р 2627753. 2 (33) ФРГ

GO1 Вl

/06

Гееударетеенный кемитет

СССР ае делан нзееретеиий и открытий

Опубликовано 07.07,8 1.Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 09.07.81 (53) УДК 5З

° 53 (О.7 17.

8.8 ) Иностранцы

Хорст Швиккер, Гернот Торн и Ханс-Петер (ФРГ) (72) Автори изобретения рльз,т Пд ТЕПТКО

TF. Х и К :.,"=, у йа Блафф

Иностранная фирма

"Лейбольд-Херойс ГмбХ унд КО КГ (ФРГ) . (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОПЩИНЫ

ОПТИЧЕСКИ ТОНКИХ СЛОЕВ ми рим усиом3 й, спочувстI ля ° мпакоди дифобо

Изобретение отюсится к контрольноизмерительной технике, а именно к конструкции устройств для измерения толщины оптически тонких слоев.

Наиболее близким по своей технической сущности к данному изобретению является устройство для измерения оптически тонких слоев пленок, содержащее вакуумную камеру, имеющую испаритель, приспособление для прерывания процесса напыления що и держатель образца и выполненную со светопроницаемым окном, последовагельно установленные вдоль оси, проходящей через центр окна, источник излучении, узел прерывания излучения и светодели- . ld тель, а также последовательно размещенные в измерительной ветви светоделителя, установленного под углом в 45 к оси, проходящей через центр, монохроматор с узлом управления, приемник излучения 20 и усилитель Pl) .

Недостаток известного устройства состоит в том, что на результатах измерений в значительной степени сказывается как отклонения яркости источника иэ- И лучения, так и изменение чувствит усилителя и приемника.

Белью изобретения является по ние точности измерений.

Поставленная цель достигается счет того, что устройство снабжен вторыми приемником излучения и у телем, последовательно установле в опорной ветви светоделителя, эл чески связанными блоком сравнен фазочувствительны м фото метрическ лителем, дифференцирующим элеме нуль-детектором и логической схем выход которой связан со входом пр собления для прерывания процесса ления триггером, связанным входо выходом второго приемника излуче а выходом со вторым входом фаз вительного <ротометрического усили связанным входом с его выходом к ратором, выход которого соединен вторым входом логической схемы и рующим элементом, подключенным ференцирующему элементу, а выход

3 8458 их усилителей подключены ко входам блока сравнения.

Двигатель прерывателя излучения выполнен с кварцевой стабилизацией, источник излучения размещен в крестообразном корпусе, в точке пересечения плеч которого расположен светоделитель, а плечо, противолежащее источнику излучения, сое динено с вакуумной камерой. Соединение между первым приемником излучения и 10 корпусом устройства выполнено разъемным.

Ъ

На фиг. 1 изображена конструктивная схема устройства; на фиг. 2 «описываемое устройство в разрезе.

Устройство для измерения толщины оптически тонких слоев содержит источник излучения 1, узел прерывания из» лучения 2, выполненный в виде цилиндрического барабана с выемками, приводимо20 го в действие двигателем с кварцевой стабилизацией, светоделитель 3, состоящий из полупрозрачного зеркала, расположенного под углом 45 к оси измерительного луча, и вакуумную камеру 4, имеющую испаритель 5, приспособление для п. ерывания процесса напыления, состоящее из бленды 6 с приводом 7, держатель 8 образца, эталонный образец, например стекло 9, и магазин 10 эталонных стекол с управляющим блоком (не пока30 зан).

Источник излучения 1, узел прерывания излучения 2 и светоделитель 3 установлены вдоль оси, проходящей через центр

35 светопроницаемого окна 11, которое выполнено в нижней стенке 12 вакуумной камеры 4.

В измерительной ветви светоделителя

3 последовательно размещены монохро40 матор 13 с узлом управления, выполненным в виде шагового двигателя 14 и цифрового управляющего блока 15, прием ник 16 излучения и усилитель 17. В опорной ветви светоделителя 3 также 4 последовательно установлены приемник излучения 18 и усилитель 19. Выходы усилителей 17 и 19 связаны со входом блока сравнения 20, который мсюкет выдавать как разность, так и отношение

50 выходных сн;гналов обоих, усилителей.

Выход блока сравнении подключен к фазочувствите п ному фотометрическому усилителю 21, который получает управляющий сигнал от триггера 22. Выход фааочувствительного фотометрического усилителя

21 связан со входами дифференцирующего элемента 23 и компаратора 24. Второй вход дифференцирующего элемента

04 4

23 связан с кодирующим элементом 25.

К выходу дифференцирующего элемента

23 подключен нуль-детектор 26. Нульдетектор 26 и компаратор 24 своими выходами связаны со входами ло1 ической схемы 27, а выход последней подключен на вход приспособления, которое обеспечивает процесс прерывания налыления.

1.

Источник излучения 1, узел прерывания излучения 2, светоделитель 3 и приемники 16, 18 излучения размещены в крестообразном корпусе 28, причем светоделитель 3 установлен в точке пересечения плеч корпуса, а плечо, противолежащее источнику излучения 1, соедине но с помощью штуцера 29 и накидной гайки 30 с вакуумной камерой 4. Между источником излучения 1 и узлом прерывания излучения 2 находится оптическая диафрагма 31, которая с помощью юстировочных винтов (не показаны) подвижна в радиальном направлении относительно корпуса 28. Соединение между приемниками излучения 16, 18 и корпусом выполнено с помощью штекеров 32, 33.

Работе устройства заключается в следу юще м.

Во время процесса напыления луч от источника 1 проходит через узел прерывания излучения 2 и попадает на светоделитель 3. Благодаря светоделителю

3 часть измерительного луча под углом

90 отклоняется и попадает на опорный о приемник 18, а прошедшая через светоделитель часть измерительного луча проходит через окно 11 и попадает на стекло 9, расположенное на оптической оси системы. От объекта измерения часть измерительного луча отражается и по оптической оси отклоняется обратно на светоделитель 3. От светоделителя приходящая из вакуумной камеры часть измерительного луча также под углом 90 отклоняется к измерительному приемнику

16, проходя при этом монохроматор 13, посредством которого измерительный приемник сенсибилизируется для определенной длины волны.

Электрический сигнал от измерительного приемника 16 подается на усилитель

17, а сигнал, возбужденный опорным приемником - на компенсационный усидитель 19 и параллельно этому — на триггер

22. Выходной сигнал блока сравнения

2 О р представляющий собой разность или отношение выходных сигналов усилителей

17, 19, поступает на фазочувствительный фотометрический усилиель 21, который

5 8468 получает свой управляющий сигнал относительно значения фазы от триггера 22.

Выходной сигнал фотометрическогс усилителя 21 является непрерывным и подается с одной стороны на дифференцирующий элемент 23, на который через второй вход подается цифровой сигнал от кодирующего элемента 25 для изменения временной постоянной дифференцирующего элемента, а с другой стороны — на компа-1б ратор 24, в котором действительная величина интенсивности фотометрического усилителя 21 сравнивается с подаваемой через второй вход аналоговой заданной величиной интенсивности. Как только действительная величина достигает задет ной, выдается кратковременный импульс, посылаемый на логическую схему 27, которая содержит также выходные сигнально нуль-детектора 26. Нуль-детектор 26 на щ выходе дает сигнал тогда, когда дифференцированный сигнал на выходе элемента

23 проходит через нулевой уровень. В зависимости от поставленных задач напыления логическая схема 27 может быть 2 выполнена как в виде И, так и в виде

ИЛИ элемента. Так, если требуется чтобы толщина пленки лежала между значениями нуль и 1/4 длины волны применяемого измерительного света, выключение напы- 30 пения следует перед первым прохождением через нуль на дифференцирующем элементе

2 3. При этом показания HyJtb-индикатора не обрабатываются и компаратор проводит выключение, как только действительная 35 и заданная величина согласуется. Однако, если выключение при определенной толшине пленки следует между любыми прохоыдениами через нуль, нуль-индикатор и компаратор активизируются и логи- 40 ческая схема начинает работать в режиме

ИЛИ. Следствием этого является тот факт, что сигнал может быть передан транзитом только тогда, когда достигнуто выбранное число переходов через нуль 45 и после чего происходит новое согласова ние действительной и заданной величины интенсивности.

Таким образом, описываемое устройс - 50 во дает возможность управлять процессом напыления и измерать величину тонкой пленки с высокой степенью точности. во время продолжительного процесса просветления, а также получать хорошую И воспроизводимость достигнутых резульгатов ри многослойных покрытиях.

04 6

Ф ор мула изобр етени

Устройство для измерении толщины оптически тонких слоев, содержащее в умную камеру, имеющую испаритель, пр пособление для прерывания процесса на пыления и держатель образца, и выполненную со светопроницаемым. окном, по-.следовательно установленные вдоль оси, проходящей через центр окна, источник излучения, узел прерывания излучения и светоделитель,- последовательно размеще ные в измерительной ветви свето?вселите установленного под углом в 45 к оси, проходящей через центр, монохроматор с узлом управления, приемник излучения и усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено вторыми прием ником излучения и усилителем, последов тельно установленны м в опорной ветв светоделителя, электрически связанными блоком сравнения, фазочувствительным фотометрическим усилителем, дифференц рующим элементом, нуль-детектором и логической схемой, выход которой сваэ со входом приспособления для прерыван процесса напыления триггером, связанны входом с выходом второго приемника излучения, а выходом — со вторым вход фазочувствительного фотометрического усилителя, связанным входом с его выходом компаратором, выход которого соединен со вторым входом логической схемы и кодирующим элементом, подкл ченным к дифференцкрующему элементу, а выходы обоих усилителей подключены ко входам блока сравнения.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а щ е е с я тем, что двигатель прерыва ля излучения выполнен с кварцевой стабилизацией.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а щ е е с а тем, что источник излучения размещен в крестообразном корпусе, в точке пересечения плеч которого распол% жен светоделитель, а плечо, противолежащее источнику излучения, соединено с вакуумной камерой.

4. Устройство по п. 3, о т л и ч а

m е е с а тем, что соединение между первым приемником излучения и корпусо вйполнено разъемным.

Источники инфор мацки, принятые ВО внимание IzpE экспертизе

1. Акцептованная заявка ФРГ

М 1079920, кл. 01 В 11i06, 1970 (прототип) °

845804

Составитель О. Строганов

Редактор И Гохфельд Техред 3 Фанта Корректор М Деччик

Заказ 4545/l6 Тираж 642 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПГ1Г1 "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4