(54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ; ПЛЕНОК ПЕРЕМЕННОЙ ТОЛШИНЫ вакуумным колпаком очень сложно. Кро ме того, данное устройство позвол ет измерить спои переменной толщины только при значительном уменьшении пол зрени наблюдательной системы, в пределах которого толщину пленки можно считать посто нной. Это приводит к падению мощности регистрируемого отраженного пучка света. При этом практически невозможно исключить смещени мапого пол зрени наблюдательной системы относительно пленки при изменении угла падени путем вращени столика. Ис-эа этих факторов точностные возможности устройства при измерении показател преломлени пленок переменной толщины в несколько раз ниже по сравнению со случаем измере ни пленок посто нной толщины. Цель изобретени - упрощение конструкции устройства путем исключени поворотных элементов и уменьшение трудоемкости измерений. . Цель достигаетс тем, что в извест- 1юе интерференционное устройство дл измерени показател презюмлени диэлектрических пленок переменной тодпцины, содержащее канал, включающий источник света и вспомогательное зеркало, и после довательно расположенные объектив, набор интерферевдионных фильтров и регистрирующий блок, введены вгорой канал наблю-дещш , включающий источник света и аерк по, и собираклца призма, расположенна перед обьект.ивом, при этом угол между оптическими ос ми каналов наблюдени и угол мехсду Лини ми, соедин к цими точку . пересечени оптических осей каналов с центрами источников света лежат в одной плоскости и равны между йобой а оптические длины .путей вдоль оптических осей каналов от ТОЧКИ их пересечени до точки сое динени в призме равньь Кроме того, собирающа призма состо ит из Двух призм с частйЧНо отражающей границей между ними, лежащей в плоскости гфоход щей через точку дерёсечёни оптических осей каналов наблюдени , лр1 чем главное сечение собйрайщей призмы совпадает с плоскостью, образованной этими оптическими ос ми. На фиг. 1 представлена оп ичес а схема устройства; на фиг. 2-4 - исследуемый участок пленки (в увеличенном масштабе в трех проекци х) в его ориентаци относительно освещающих пучков света. Устройство содержит источники 1 и 2 света и диффузно- рассеивающие пропуска щие пластинки 3 и 4, вл ющиес по суеству вторичными излучател ми с посто нной ркостью пб jlOBepxHOCTH. Измер ема пленка 5, нанесенна на подложку 6, находитс в неподвижном положении. Наблюдательна .часть устройства включает два канала, сформированные с помощью зеркал 7 и 8, далее установлены собирак ща призма, состо ща из двух призм 9 и 10 с частично отражающей границей 11 между ними, объектив 12, набор интерференционных фильтров 13 и регистрирующее устройство 14. На фиг. 2 представлен участок исследуемой пленки 5 переменной толщины, который можно считать клином с углом при вершине Q На другой проекции (фиг.З) толщина пленки посто нна. При освещении пленки пучком лучей 15 (15) под углом падени . ( j) отраженные интерферирукацие лучи 16 (1б) формируют интерференционную картину в виде пр мых равноотсто щих полос 17 (17) (фиг. 4), параллельных ребру клина. Пленка располагаетс таким образом, что центральна точка О исследуемой области совмещена с точкой пересечени оптических осей каналов наблюдени , при этом ребро клиновидной пленки должно быть параллельно плоскости, в которой лежат оптические оси каналов наблюдени и линии, соедин ющие точку пересчени этих осей и центры вторичных источников света 3 и 4. Оптические длины путей вДоль оптических осей каналов от точки О их пересечени до точки О соединени в призме должны быть равны. Это обеспечивает равенство увеличений в обоих каналах наблюдени . Главное сечение собирающей призмы, состо щей из элементов 9 и 10, должно лежать в плоскости, образованной оптическими ос ми каналов наблюдени , а частично отражающа граница 11 собирающей призмы должна находитьс в плоскости, проход щей через точку пересечени оптических осей каналов. При таком расположении элементов устройства и исследуемой пленки шблюдаемое смещение интерференционных полос обуславливаетс только изменением угла падени световых лучей , освещающих пленку, и не требуетс введени дополнительных поправок, учитывающих проекционное искажение интерфе- ре1щионной полосы при наблюдении ее под разными углами. Разность углов ( ,-€.) должна быть значительной. Дл обеспечени измерений пленок в широком диапазоне параметров можно вы брать, например, следующие эначши угловг , ---60. ° Устройство работает следующим образом . .. Включаетс источник 1 света, обеспечивающий освещение пленки под углом па дени €-,и устанавливаетс необходимый интерференционный фильтр, из набора 13, выдел ющий требуемую длину волны Л В поле зрени регистрирующего устройства 14 наблюдаетс интерференционна картина в виде полос 17. Выбираетс одна светла или темна полоса, идуща , напри мер, вдоль оси ОХ. Дл этой полосы спра ведливо следующее равенство /ц2.„;.,2 .(1) siM e -cfi Nx-2to И - показатель преломлени пленки на длине волны Л М - пор док интерференционной полосы; to - геометрическа толщина пленки в точке О.. Второе слагаемое (-w-) в правой части равенства (1) характеризует потерю по луволны на границе пленка-локложка дл случа , когда показатель преломлени пленки больше показател преломлени подложки. Это соответствует практически важному случаю пйеики моноокиси кре ни , нанесенной на подложку из стекла Кв. Пор док N выбранной полосы можно определить, подсчитыва число полос от кра пленки. Далее с помощью регистрирующего уст ройства 14 измер ют, рассто ние Ь между полосой пор дка N и соседней полосой Величина 6 св зана с параметрами пленки , длиной волны А. и углом падени , .следующей зависимостью . 1 .51и2Е: : где & - угол клина. Затем источник 1 света выключаетс , а источник 2 включаетс , что обеспечивает освещение пленки под углом падени Е 2 Это вызывает, смещение выбранной полосы пор дка N на величину Z ч котора также измер етс с помощью регистрирукшего блока 14. Смещение 2 полосы можно описать уравнением 4- () (to- -2i2& Реша совместно уравнени (1), (2) и (3), получаем расчетную формулу дл вычислени показател преломлени сло 1 . 22 , 31И e. ( N-0,5) п- п I .б) I -b(W-0,5)J Таким образом, измерение показател преломлени пленки на предлагаемом устройстве сводитс к измерению ширины Ь интерференционной полосы при угле падени и смещени Z.. полосы при переходе к другому углу Sj. и вычислению h по формуле (4), котора Гложет быть запрс граммирована на любой вычислительной машине, например типа Э ектрргшка 50. Пор док полосы (V определ етс путем подсчета числа полос от кра пленки. Можно также использовать метод нескольких длин волн. Точность измерени показател преломлени И зависит, в основном, от пргрешностей при определении величин i)., и Z., При использовании в качестве регистрирующего блока 14 фотоэлектрического устройства эти величины мс гут быть измерены с погрешностью, равной О,О05 полосы . Это приводит к погрешности показател преломле1ш пор дка 1%, что обеспечивает- известное устройство дл случа измерении показател преломлени пленок посто нной толщины. Основным преимуществом предлагаемого изобретени вл етс отсутствие пово ротных элементов, что значительно упрощает его и делает возможным применение дл измерени показател преломлени пленок переменной толщины в процессе их получени в вакууме непосредст- веыно на детал х. Такие измерени при изготовлении асферических поверхностей етодом нанесени дополнительного сло ещества в вакууме исключают получение ракованных деталей из-за вариации покаател преломлени сло , которых полуаетс около 2О%. ормупа изобре те ни 1. Интерференционное устройство дл змерегга показател преломлени диэлекрических пленок переменной толщины, соержащее канал, включающий источник вета и аеркапо, и последовательно расоложенные объектив, набор интерференионных фильтров и регистрирующий блок. .78 отличающеес тем, что, с ц& лью упрощени конструкции устройства путем исключени псюоротных элементов и уменьшенцА трудоемкости измерений, в него введены второй канал наблюпенй , вкпючаюший источник света и зеркало, н собирающа призма, расположенна Пе ред объективом, при этом угол между oптическими ос ми каналов наблюдени и угол между лини ми, соедин ющими точку пересечени оптических осей каналов с центрами источников счета, лежат в одной плоскости и равны между собой, а оптические длины путей вдоль оптических осей каналов от точки их пересечени до точки соединени в призме равиы,1 2. Ус гройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с тем, что собирающа приз ма состоит из двух призм с частично от ра каюшей гращщей между ними, лежащей 1 пш скости, проход щей через точку пе есечени оптических осей двух каналов наблюдени , причем главное сечение собирающей призмы совпадает с плоскостью, образованной 9тими оптическими ос ми. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Черн ев В, Н. и др.4 Прибор дл измерени показател преломлени тонких диэлектрических пленок. - Оптико-механическа промыщменность, 1975, N 12, с. 38г4р. 2. W.А,,Conrad Е.Б, beterm nation о/ and Refcnactive tuclex Of Transparent Яекиз-эвМ jo , - urncit Of i esea«-ch and Deveto 1964, VO. 8, Ne 1, c. 43-49 (npoixjTHn).(54) INTERFERENTIAL DEVICE FOR MEASUREMENT OF DIELECTRIC REFRACTIVE INDICATOR; FILM VARIABLE THICKNESS vacuum cap is very difficult. In addition, this device allows to measure variable thickness thicknesses only with a significant decrease in the field of view of the observing system, within which the film thickness can be considered constant. This leads to a drop in the power of the detected reflected light beam. At the same time, it is almost impossible to eliminate the displacement of the large field of view of the observation system relative to the film when the angle of incidence is changed by rotating the table. Using these factors, the accuracy of the device when measuring the refractive index of films of variable thickness is several times lower than in the case of measuring films of constant thickness. The purpose of the invention is to simplify the design of the device by eliminating the rotating elements and reducing the laboriousness of the measurements. . The goal is achieved by the fact that in the known interference device for measuring the dielectric film's prescillating index of variable variable, containing a channel that includes a light source and an auxiliary mirror, and a successively positioned lens, a set of interfering filters and a recording unit, are inserted in the upstream observation channel, including a light source and aark on, and a prism collector located in front of the object, while the angle between the optical axes of the observation channels and the angle of the lines, is connected to and point. the intersections of the optical axes of the channels with the centers of the light sources lie in the same plane and are equal between the optical lengths of the paths along the optical axes of the channels from the POINT of their intersection to the coupling point in the prism are equal. Besides, the collecting prism consists of two prisms with a partially reflective border between them, lying in the plane of the optical axis of the observation channels through the point of the cross section, lr1, which is the main section of the lowering prism coincides with the plane formed by these optical axes. FIG. 1 shows the schematic diagram of the device; in fig. 2–4 — the investigated section of the film (on an enlarged scale in three projections) in its orientation relative to the illuminating light beams. The device contains sources 1 and 2 of light and diffusely diffusing transmitting plates 3 and 4, which are in essence secondary emitters with a constant brightness of PB jlOBepXHOCTH. The measured film 5 deposited on the substrate 6 is in a fixed position. The observation part of the device includes two channels formed by mirrors 7 and 8, then a mounting prism is installed, consisting of two prisms 9 and 10 with a partially reflecting boundary 11 between them, lens 12, a set of interference filters 13 and a recording device 14. FIG. Figure 2 shows a section of a variable thickness film under study 5, which can be considered a wedge with an angle at the apex of Q. On the other projection (Fig. 3) the film thickness is constant. When the film is illuminated with a beam of rays 15 (15) at an angle of incidence. (j) the reflected interference rays 16 (1b) form an interference pattern in the form of straight and equally spaced bands 17 (17) (Fig. 4) parallel to the wedge edge. The film is positioned in such a way that the central point O of the study area is aligned with the intersection point of the optical axes of the observation channels, while the edge of the wedge-shaped film must be parallel to the plane in which the optical axes of the observation channels and the lines connecting the intersection point of these axes and the centers of secondary sources lie lights 3 and 4. Optical path lengths along the optical axis of the channels from the point O of their intersection to the point O of the connection in the prism must be equal. This ensures equality of increases in both observation channels. The main section of the collecting prism, consisting of elements 9 and 10, should lie in the plane formed by the optical axes of the observation channels, and the partially reflecting boundary 11 of the collecting prisms should lie in the plane passing through the intersection point of the optical axes of the channels. With this arrangement of the elements of the device and the film under study, the observed displacement of the interference fringes is caused only by a change in the angle of incidence of the light rays illuminating the film, and no additional corrections are required to take into account the projection distortion of the interfacial band when viewed from different angles. The difference in angles (, - €.) Should be significant. For providing measurements of films in a wide range of parameters, for example, the following angles, 60, can be selected. ° The device works as follows. .. A light source 1 is switched on to provide illumination of the film at an angle of the decay € - and a necessary interference filter is installed, from a set 13, selecting the desired wavelength L. In the field of view of the recording device 14 an interference pattern is observed in the form of stripes 17. One light is selected or a dark stripe, going, for example, along the OX axis. For this band, the following equality is true: (c2). Equ. 2. (1) siM e -cfi Nx-2to I is the refractive index of the film at the wavelength L M - the order of the interference band; to is the geometrical film thickness at point O. The second term (-w-) in the right-hand side of equality (1) characterizes the loss of half-wave at the film-to-sheet interface for the case when the refractive index of the film is greater than the substrate refractive index. This corresponds to the practically important case of a monocarbon oxide deposited on a Kv glass substrate. The order N of the selected band can be determined by counting the number of bands from the edge of the film. Next, using the recording device 14, the distance b between the band of the order N and the adjacent band is measured. The magnitude 6 is related to the parameters of the film, the wavelength A. and the angle of incidence, the next dependence. 1 .51 and 2Е:: where & - wedge angle. Then, the light source 1 is turned off, and the source 2 is turned on, which provides film illumination at an angle of incidence E 2, causing a selected band offset of order N by Z h, which is also measured using the registered block 14. The offset 2 band can be described by equation 4 - () (to- -2i2 & Sola jointly of equations (1), (2) and (3)), we obtain a calculation formula for calculating the refractive index of layer 1. 22, 31and e. (N-0.5) n - n I .b) I -b (W-0.5) J Thus, measuring the refractive index of the film on the proposed device is reduced to measuring the widths B interference fringe at an incidence angle and a displacement Z .. bar when you move to another corner Sj. and calculating h by the formula (4), which is supposed to be requested on any computer, for example, the type of the E 50 chip. The band order (V is determined by counting the number of bands from the edge of the film. You can also use the multiple wavelength method. And the refractive index depends mainly on the accuracy when determining the values of i)., and Z., When using a photoelectric device as a recording unit 14, these values can be measured with an error equal to the O, O05 band. This leads to an error in the refractive index of 1%, which provides the known device for measuring the refractive index of films of constant thickness. The main advantage of the invention is the absence of rotating elements, which greatly simplifies it and makes it possible to use for measuring the refractive index of films of varying thickness in the process of their production in vacuum directly on parts. Such measurements in the manufacture of aspherical surfaces by the method of applying additional layers in a vacuum preclude the formation of woody parts due to the variation of the refractive index of the layer, of which about 2 O% is obtained. Formula of the invention. 1. Interference device for the zmeregg of the refractive index of dielectric films of variable thickness, containing the channel, including the source of veta and aerkapo, and the serially disposed lens, a set of interferential filters and a recording unit. .78 characterized in that, c & To simplify the design of the device by eliminating pseuor elements and reducing the laboriousness of the measurements, a second observation channel is inserted in it, including a light source and a mirror, and a collecting prism located at the front of the lens, while the angle between the optical axes of the observation channels and the angle between the lines, connecting the intersection point of the optical axes of the channels with the centers of the counting sources lie in the same plane and are equal to each other, and the optical lengths of the paths along the optical axes of the channels from the point of their intersection to the point with unity in the prism of a rabbi, 1 2. The device is in accordance with claim 1, which is the fact that the collecting prism consists of two prisms partially from each other, which lies between them, lying 1 psh, passing through the intersection point of the optical axes of the two observation channels, the main section of the collecting prism coincides with the plane formed by the 9 optical axes. Sources of information taken into account in the examination 1. Chernov B, N., and others.4 A device for measuring the refractive index of thin dielectric films. - Optical-mechanical industry, 1975, N 12, p. 38g4r. 2. W.A., Conrad EB, beterm nation о / and Refcnactive tuclex Of Transparent Nuclear-e-jo, - urncit Of i esea "-ch and Deveto 1964, VO. 8, Ne 1, c. 43-49 (npoixjTHn).
ФКИ/FCI /
ffr5 6ffr5 6