SU737817A1 - Интерференционный способ измерени показател преломлени диэлектрических пленок переменной толщины - Google Patents

Description

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  интерференционный способ измерени  показател  преломлени  дизлектричёских пленок переменной толщины, включающий изменение угла падени  освещающего пленку пучка монохроматического света 2 .

Интенсивность отраженного от некоторого участка пленки света зависит от угла Псшени  и имеет вид чередующихс  максимумов и минимумов. Регистрируют два экстремума (не об зательно соседние) интенсивности и фиксируют соответствующие лм углы падени . Регистрируема  интенсивность  вл етс  усредненной по некоторому участку пленки. Эти два угла и количество экстремумов, подсчитанных между двум  фиксированньиий экстремумами , позвол ют определить показатель преломлени  пленки при условии, что ее оптическа  толщина известна с погрешностью , не превышающей величины, соответствующей одному пор дку интерференции . При нормальном падении света на пленку пор док интерференции соответствует Л/2 (Л.- длина световой волны). В данном способе оптическа  толщина пленки с необходимой точностью определ етс  путем подсчета интерференционных полос на пологой ступеньке, котора  обычно имеетс  на краю пленки. Известный способ позвол ет определить показатель преломлени  в пленках посто нной толщины на любой длине волны с погрешностью пор дка нескольких дес тых процента,, при этом подложка, в общем случае может быть неплоской.

Недостатком прототипа  вл етс  низка  точность определени  показа- тел  преломлени  в Ьлёнках переменной толщины. В таких пленках при осйещении монохроматическим светом возникают интерференционные полосы и при изменении угла падени  интенсивности отраженного света, усреднённа  по некоторому участку пленки, будет носить настолько сложный характер, что фиксирование ее дл  двух и более УГЛОВ паден и  не позвол ет опрёдеййтб показатель преломлени  пленки с требуемой точностью. Поэтому на плактике при реализации известного способа йл  измерени  пленок переменной толщины обеспечивают мгшое

Шлё зрени  региструрующего устройства , в пределах которого толщину пленки можно считать посто нной. Это приводит к падению мощности регистрируемого отраженного пучка света. Кроме

tbrO, практически невозможно исключить смещейи  малого пол  зрени  регистрирующего устройства относительно пленки при изменении угла падени . Из-за этих факторов точностные 1возможностй спосоьа-прототипа при измерении показател  преломлени 

:гшенок переменной толщины в несколько раз ниже по сравнению с измерением пленок посто нной толщины.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  показател  преломлени  диэлектрических пленок переменной толщины, что  вл етс  важной задачей, например, при изготовлении оптических асферических поверхностей методом нанесени  дополнительного сло  вещества в вакууме.

Указанна  цель достигаетс  тем, что измер ют ширину полос не менее чем дл  двух углов падени  и вычисл ют показатель преломлени  материал пленки по формуле

.

b ,

Ц-bt

(1)

где b| ,b2 - ширина интерференционной полосы при углах падени  и & соогветственно.

Кроме того, уточн ющим признаком способа  вл етс  то, что изменение угла падени  освещающего пленку пучка осуществл ют в плоскости, параллельной интерференционным полосам в пленке и перпендикул рной ее поверхности .

В этом случае наблюдаемое изменение ширины полосы полностью обуславливаетс  изменением угла падени  световых лучей на пленку и не требуетс  введени  дополнительных поправок , учитывающих проекционные искажени  интерференционной полосы.

Способ позвол ет опре делить показатель преломлени  в пленках переменной толщины не измер   оптическую толщину пленки ни в одной ее точке. Однако, если оптическа  толщина пленки известна в какой-нибудь ее точке с погрешностью не превышающей величины , соответствующей одному пор дку интерференции (также, как в прототипе ), то показатель преломлени  пленки можно определить по результатам измерени  ширины полосы дл  одного угла падени  и смещени  полосы при переходе к другому углу. Однако это  вл етс  частным случаем данного способа , и расчетную формулу можно получить из формулы (1) путем простых преобразований.

На фиг. 1, 2, 3 изображена в трех проекци х схема, по сн юща  ориентацию освицающего пучка относительно исследуемой пленки на фиг. 4 представлена оптическа  схема устройства дл  реализации предлагаемого способа

На исследуемую пленку 1 падает пучок 2, или 2 монохроматического света под углом падени  6 , или 62 соответственно. Оптическа  разность хода Д ме Сцу интерферирующими лучами З(З) подсчитываетс  по формуле

rf- - ,

Claims (1)

1. (2) где t - толщина пленки в месте падени  луча; п - определ емый показатель преломлени  материала пленки; с - угол падени . В формуле (2) опущена дополнитель на  разность хода Л/2, возникающа  вследствие изменени  фазы при отражении волны от оптически более плотной среды, 1ак как в данном случае это не вли ет на получение окончательной формулы. Пленку переменной толщины на небольшом участке можно рассматривать как клин с углом Q Плоскость главного сечени  клина лежит в плоскости yOZ, а изменение угла падени  освещающего пучка осущест л етс  в плоскости ХОУ. Этим выполн  етс  уточн ющий признак, указанный выше. Возникающие в пленке при угле падени  6ц (L) интерференционные полосы 4 (4 ) представп ют собой равноотстающие пр мые линии, параллельные оси ОХ. Ширина полос Ь определ етс  из формулы (2) и может быть записана в следующем виде 2В Vn - sin4 (3) Определив ширину полосы Ь при угле падени  и Ъг при 6 , имеем два уравнени  с двум  неизвестными п ив Исключа  в, получим расчетную формулу (1) дл  вычислени  показател  пре ломлени  диэлектрических пленок переменной толщины. Представленное на фиг. 4 устройст во, реализующее способ, содержит исследуемую пленку 1, источник света 5 регулируемое по положению зеркало б поворотный столик 7, на котором устанавливаетс  исследуемый образец с пленкой 1. (Подложка, на которую нанесена пленка не показана, так как ее оптические свойства совершенно не вли ют на результат измерени  показател  преломлени  пленки данным способом). Исследуема  пленка размещаетс  на столике 7 в соответствии с фиг. 1-3, т.е. в плоскости чертежа толщина пленки посто нна, а .в плоскости , ей перпендикул рной, толщина пленки переменна . Следовательно, ин терференционные плосы, возникающие в пленке, расположены параллельно плоскости чертежа. Наблюдение полос осуществл етс  через интерференционный фильтр 8 и микроскоп, состо щий из объектива 9 и окул ра Ю. Микроскоп сфокусирован на точку пленки, лежащую на оси вращени . С помощью полупрозрачной пластинки 11 свет по падает на фотоэлектрическое приспособление 12, измер ющее изменение ши рины интерференционных полос. Сущес вующие в насто щее врем  фотоэлектр ческие устройства позвол ют выполни измерение смещений интерференционны ( ПОЛОС, а, следовательно, и измерени ширины полос. С погрешностью не превышающей 0,005 ширины полосы. Устройство работает следующим образом . Пр|И некотором угле падени  , иэмерЯ1Йтйшрину полосы Ь с помощью фотоэлектрического приспособлени  12. Затем проворачивают пленку вокруг оси OZ (ось, пёрпендйкул рна  плоскости чертежа) иiобеспечивают другой угол падени  , , при котором измер ют ширину полосы Ь„. Дл  сокращени  размеров источника света 5 применено зеркало 6, положение которого регулируетс  так, чтобы лучи света от источника попадали после отражени  от пленки в наблюдательный микроскоп. Углы 6 , bj фиксируютс  с помодью дополнительного;приспособлений (на чертежах нЪ по1 Га§анд) . Удобно в качестве базового прибора использовать выпускаемые промьишенностью гониометры-спектрометры . В этом -случае при установке исследуемого образца с пленкой на поворотный столик гониометра , угол поворота этого столика может быть зафиксирован с очень высокой степенью точности (погрешность пор дка нескольких секунд). Измеренные величины б , 6j , b( 2 позвол ют по формуле (1) вычислить показатель преломлени  пленки. Изобретение позвол ет измерить показатель преломлени  материала пленок переменной толщины с более высокой точностью, чем известные в насто щее врем  способы. Формула изобретени  1.Интерференционный способ измерени  показател  преломлени  диэлектрических пленок переменной: толщины , включающий H3keHeHHe угла падени  освещающего пленку пучка монохроматического света, отличающй и тёй, что, с целью повышени  точности измерени  показател  преломлени  диэлектрических пленок переменной толщины, измер ют ширину полос не менее чем дл  двух углов падени  и вычийл ют показатель преломлени  материала пленки по формуле: bg sin Се - b 9in6 Ч где Ь ,Ь - ширина полосы при углах падений 6), 6, соответственно . 2,Способ поп, 1, отличающийс  тем, что изменение угла Псщени  освещающего пленку пучка осудествл ют в плоскости, параллельной лнтерференционнглм полосам в пленке и перпендикул рной ее поверхности.