Пристрій вимірювання величини подвійного променезаломлювання

Пристрій вимірювання величини подвійного променезаломлювання, що складається з джере Вимірювання величини подвійного променезаломлювання в твердих тілах має важливе практичне значення, бо його виникнення є прямим наслідком існування внутрішніх напружень або зовнішнього одновісного тиску. Запропонована корисна модель відноситься до засобів неруйнівного контролю і може бути використана на підприємствах електронної та оптичної промисловості для контролю внутрішнього напруженого стану в кристалах або оптичних елементах та деформованого стану їх поверхні. Існуючі методи еліпсометричного контролю та відомі пристрої для їх реалізації дозволяють контролювати якість (оптичну однорідність, наявність внутрішніх напружень) зразків без їх руйнування [1-3]. Вимірювана величина сигналу фотодетектора цих пристроїв дозволяє отримати інформацію про стан поверхні відповідних деталей у порівняні з еталоном. Загальним недоліком відомих аналогів є те, що здійснюється контроль тільки поверхневих шарів деталей, а також відсутня можливість контролю зразків в мікрооб'ємах з лінійним розміром в декілька мікрон. Найбільш близьким технічним рішенням, прийнятим за прототип, є винахід [4], в якому вимірювання величини подвійного променезаломлювання здійснюється в пристрої, який містить джерело ла поляризованого світла, світлоподільника, компенсатора, еталона, модулятора, аналізатора та фотодетектора, який відрізняється тим, що додатково має мікрооб'єктив, розміщений на відстані від еталона, що дорівнює його фокусній відстані, та оптично зв'язаний з джерелом світла, а також додатковий світлоподільник та окуляр, розміщений на відстані від мікрооб'єктива, що дорівнює відстані від мікрооб'єктива до фотодетектора. поляризованого світла, світлодільник, компенсатор для регулювання опорного стану поляризації світла, еталон, модулятор, аналізатор і фотодетектор. Цей пристрій дозволяє контролювати як поверхневий стан деталей із непрозорих матеріалів, так і внутрішній стан у полірованих деталей із прозорих матеріалів. Недоліком прототипу є те, що в ньому не реалізована можливість контролю зразків в мікрооб'ємах, тобто неможливо отримати розподіл внутрішніх напружень в будь якому напрямку з роздільною здатністю в декілька мікрон. Задачею запропонованої корисної моделі є реалізація можливості контролю зразків в мікрооб'ємах і одержання інформації про розподіл внутрішніх напружень з роздільною здатністю в декілька мікрон. Поставлена задача досягається тим, що пристрій вимірювання величини подвійного променезаломлювання, який складається з джерела поляризованого світла, світлодільника, компенсатора, еталона, модулятора, аналізатора та фотодетектора, додатково має мікрооб'єктив, розміщений на відстані від еталона, що дорівнює його фокусній відстані, та оптично зв'язаний з джерелом світла, а також додатковий світлодільник та окуляр, розміщений на відстані від мікрооб'єктива, що дорівнює відстані від мікрооб'єктива до фотодетектора. CD CD 7496 Позитивний ефект запропонованої моделі пояснюється тим, що в ній об'єднані схема мікроскопу та еліпсометру і це призводить до виникнення нових властивостей, а саме - вимірювання подвійного променезаломлювання та пов'язаного з ним напруженого стану в порівняні з еталоном здійснюється в мікрооб'ємах, - попередньо контролер має можливість вибрати точку контролю на деталі, - можливість сканування і отримання розподілу (в будь якому напрямку) подвійного променезаломлювання, що дозволяє документувати та архівувати результати вимірювань, пристрій дозволяє легко автоматизувати процес вимірювання шляхом встановлення в пристрій крокових двигунів переміщення координатного столу, які будуть керуватись сигналами з ПК На ПК будуть надходити сигнали від фотодектора таким чином, що кожний результат вимірювання буде ідентифікуватись з кожною точкою зразка, яка конролювалась Схема пристрою наведена на Фіг 1 Пристрій працює таким чином До вимірювання встановлюють еталон (5) і за допомогою компенсатора (2) нормують оптичну систему на "0", аналогічно прототипу Потім на координатному столі (4) замість еталона (5) встановлюють зразок, що буде контролюватись Контролер через окуляр (1), СВІТЛОДІЛЬНИК (8) і (3) а також мікрооб'єктив (6) обирає точку контролю на зразку (5) На цю точку від джерела поляризованого світла (7) через СВІТЛОДІЛЬНИК (3) і мікрооб'єктив (6) фокусується поляризоване світло Поляризоване світло взаємодіє зі зразком, відбивається і через мікрооб'єктив (6), СВІТЛОДІЛЬНИК (3) і (8), модулятор (9), поляризатор (10) фіксується фотодетектором (11) Таким чином здійснюється вимірювання в одній точці зразка Оператор переміщує зразок за допомогою механізму переміщення координатного столу і повторює контроль в ІНШІЙ ТОЧЦІ Для зразків із прозорих матеріалів в разі необхідності контролю внутрішнього стану задня сторона зразка повинна мати покриття для відбивання світла (або після зразка встановлюється відбиваюче дзеркало) Новизна запропонованої корисної моделі полягає в тому, що вона містить в собі невідомі раніше поєднання та взаємодію відомих оптичних вузлів та механізмів і яке створює нові позитивні властивості Приклад реалізації Діюча модель пристрою у ВІДПОВІДНОСТІ З ФІГ 1 реалізована з використанням таких деталей та приладів 1 - окуляр виготовлення ЛООМП МОВ-1-15Х ГОСТ 7865-56, 2 - компенсатор - плоскопаралельна пластинка з ісландського шпату власного виготовлення, вирізана параллельно оптичній ВІСІ (можна використати звичайну чвертьхвильову пластинку), 3 - СВІТЛОДІЛЬНИК - пластина власного виготовлення Виготовлена із скла К-8, товщина пластинки 1см, паралельність площин пластинки не гірше 1 кут хв , внутрішні напруги і неоднорідність пластинки знаходяться в межах коли на 1см товщини набігає різниця ходу між хвилями Е і Ец не більше 0,01 ( =0,63мкм), 4 - координатний столик для утримання еталону або зразка, що має ВІДПОВІДНІ механізми переміщення, 5 - еталон або дослідний зразок, 6 - мікрооб'єктив, тип об'єктиву ЕПІ, 9 х 0,20 (190), виготовлення ЛООМП, 7 - джерело поляризованого світла, лазер ЛГН-113, довжина хвилі випромінювання 0,63 або 1,15мкм, виготовлення Львівського підприємства "Укрлазер", 8 - додатковий СВІТЛОДІЛЬНИК, скляна пластинка із скла К-8 власного виготовлення з технічними вимогами як 3, товщина пластинки 1мм, 9 - модулятор поляризації власного виготовлення Модулятор виготовлено з п'єзокристалічного кварцу, до якого прикладається напруга в межах 100-200В з частотою 5кГц, 10 - поляризаційна призма Ніколя власного виготовлення з ісландського шпату, 11 - фотодетектор, фотодюд ФД-9К (кремнієвий) або ФД-7Г (германієвий) Загальний вигляд установки показано на Фіг 2 Зразок, що являв собою шаруватий композиційний матеріал (КОМПОЗИЦІЙНІ шари карбіду кремнію товщиною 60-65мкм розділені КОМПОЗИЦІЙНІМИ шарами нітриду бору товщиною 10-12мкм), було встановлено на координатному столику, який пересувався в напрямку перпендикулярному до падаючого лазерного випромінювання за допомогою крокового двигуна Д-711 Крок пересування столика ~ Змкм при диаметрі лазерної плями біля 5мкм На модулятор подавалась напруга 120В з частотою 5кГц Сигнал фотодетектора після підсилення і обробки синхроним детектором "lock-in nanovolmeter type 232B" (Польща) заводився на двокоординатний самописець При цьому на вісь Y подавався сигнал двозаломлювання, а на вісь X координата переміщення На Фіг 3 показано розподіл двозаломлювання в напрямку перпендикулярному площини шарів, який було одержано на запропонованій моделі пристрою 3 кривої видно, що в межах шару SiC товщиною бОмкм двозаломлення не є сталим, а має мінімуми і максимуми Наведена крива відображає розподіл внутрішніх локальних напружень в межах шару SiC з роздільною здатністю не менше 5мкм Якщо замість зразка поставити еталон з SiC, натиснути на нього заданою силою і виміряти сигнал двозаломлювання, то можна здійснити калібровку пристрою Порівнюючи сигнали двозаломлювання від зразка і еталону та використовуючи калібровку пристрою, можна виміряти абсолютні значення внутрішніх напружень Таким чином дані на Фіг 3 свідчать, що запропонована корисна модель дозволяє вимірювати двозаломлювання в мікрооб'ємі речовини з ЛІНІЙНИМИ розмірами 5мкм, або вимірювати розподіл двозаломлювання (внутрішніх напружень) в будь якому напрямку з роздільною здатністю в декілька мікрон Література 1 А А Дворский, В П Маслов, Т С Мельник, В А Одарич, Способ контроля качества полиро 7496 3 В П Маслов, Т С Мельник, Эллипсометрический способ контроля качества полирования образца, а с СРСР №1536199 від 15 01 90р Бюл №2 4 Б К Сердега, Спосіб вимірювання величини подвійного променезаломлювання, патент України №19983 від 25 12 97р Бюл №6 ванных деталей, а с СРСР №1142764 від 28 02 85р Бюл №8 2 В П Маслов, Т С Мельник, В А Одарич, Эллипсометрический способ контроля качества полированных деталей, ас. СРСР №1366878 від 15 01 88р Бюл №2 довжина (ym) Фіг З Комп ютерна верстка А Рябко Підписне Тираж 28 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького 45 м Київ МСП 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності', вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601