Спосіб контролю товщини тонких плівок в процесі напилення у вакуумі

Реферат: UA 87510 U UA 87510 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області контрольно-вимірювальної техніки, а саме до пристроїв для контролю товщини напиляного шару фотометричним методом, і може бути використана в наукових дослідженнях, металургії, машинобудуванні та інше, там, де є необхідність отримувати шари однакової товщини в умовах наявності паразитного випромінювання. Відомий спосіб вимірювання товщини (Авт. св. СССР SU 1486776 "Устройство измерения линейных размеров" від 1989.06.15), згідно з яким поділяють зондуючий пучок випромінювання на два непаралельних пучки, перетинають їх один з одним в точці, що відповідає положенню поверхні еталонного виробу, вимірюють відстань між центрами двох світлових плям на фотоприймачі, що відповідають двом світловим міткам від кожного пучка на поверхні контрольованого виробу, і обчислюють відхилення товщини від еталону за вказаною формулою. Недоліком способу є неможливість контролю положення поверхні з протилежного боку виробу, а також використання одного еталонного розміру, що знижує достовірність результатів вимірювань. Відомий спосіб вимірювання товщини (Патент США US 4077723, G01B 11/02; G01B 11/00, 1977.03.07), що полягає в напрямку світлових пучків на поверхні протилежних сторін контрольованого виробу, прийомі випромінювання, розсіяного поверхнями, системою з двох лінійних багатоелементних діодних фотоприймачів, розташованих уздовж однієї лінії послідовно один за іншим, скануванні системи фотоприймачів, визначенні максимальних значень сигналів, сформованих діодами при прийомі розсіяного випромінювання, вимірі тимчасового інтервалу, зареєстрованого лічильником, який запускається максимальним сигналом з першого лінійного фотоприймача і зупиняється максимальним сигналом з другого лінійного фотоприймача, зіставленні виміряного часового інтервалу геометричному розміру. Недоліком способу є похибка у вимірі товщини за довільних зміщень і нахилів контрольованих поверхонь, зміни навколишньої температури і впливів вібрацій пристрою, викликаних рухом контрольованого виробу. Ці дестабілізуючі фактори призводять до систематичних помилок і вимагають періодичної компенсації. Недоліком є й те, що фотоприймачі сканують не одночасно, а послідовно, що вносить додаткову похибку. Як найближчий аналог вибрано спосіб контролю товщини тонких плівок (Кацнельсон Л.Б., Фурман Ш.А. Способ контроля толщины тонких пленок в процессе напыления в вакууме. Авт. св. № SU (11) 246085 від 01.01.1969), який полягає в тому, що на контрольовану плівку від джерела світла спрямовують світловий потік, визначають величину інтенсивності потоку, який пройшов через контрольовану плівку, по якій судять про товщину плівки. Недоліком способу є залежність показань товщини від сторонньої засвітки плівки, наприклад від нагрітого електрода, що напиляє. В основу корисної моделі поставлено задачу усунення впливу сторонньої засвітки плівки, яку напилюють, на контроль товщини плівки. Поставлена задача вирішується способом контролю товщини тонких плівок в процесі напилення у вакуумі, який полягає у визначенні інтенсивності потоку світла від джерела, що пройшов через плівку і відрізняється тим, що падаючий на плівку потік світла модулюють з частотою, яка багато більше частоти зміни сторонньої засвітки, а сигнал з фотодатчика, який відображає величину потоку, що пройшов через плівку, пропускають через електричний частотний фільтр, який пропускає на вимірювальний прилад складову сигналу з фотодатчика, яка відповідає тільки потоку, що пройшов від джерела і характеризує величину поглинання світла плівкою, а отже її товщину. Здійснюється спосіб наступним чином. На фіг. 1 відображена схема здійснення способу. Спрямований потік світла I0, який модулюють з частотою ωM (і амплітудою Iм), від джерела 1 проходить через плівку 2 (з коефіцієнтом пропускання k) і прозору підкладинку 3. Потік світла I п від джерела 1, що пройшов підкладинку 3, і потік світла I р який обумовлено стороннім світлом, в основному світлом Iд від нагрітого електрода (яке характеризується набором частот ωi з амплітудами Ii) - напиляючого пристрою 4, попадає на фотодатчик 5. Електричний сигнал з фотодатчика 5 подають на частотний фільтр 6 (оператор фільтра Ф), що відфільтровує сигнал, який відповідає частоті модуляції джерела 1: Ф[k Iм exp(iωMt) + ΣIi exp(iωit)] = k Ім exp(iωMt), а отже сигнал, який відповідає інформації о пропускній здатності плівки. Далі сигнал після фільтру попадає на реєструючий прилад 7. Попередньо змірюють сигнал, якій пройшов через зразкову плівку (поза вакууму), а потім напилення ведуть до моменту показань реєстратора 7 такого ж сигналу. Для усунення паразитних віддзеркалень потоку світла I 0 від джерела 1 направляють під таким мінімальним кутом φ до нормалі підкладинки 3, що задовольняє умові 1 UA 87510 U 5 10 15 20 25 30 φ > (1/2)arcsin(d/h), де: d - діаметр вхідного отвору джерела спрямованого потоку світла; h - відстань між ближньою площиною підлоги і джерелом (h >> d). Чим більше частота модуляції джерела відрізняється від частоти модуляції стороннього світла і чім менше смуга пропускання частотного фільтра, тим точніше сигнал приладу 7 відображає справжню товщину плівки. Корисна модель дозволяє контролювати товщину плівки, що напилюють на прозору підкладинку, по величині потоку світла, який через неї пройшов, незалежно від стороннього світла. Можливість здійснення корисної моделі, що заявляється, показано наступними прикладом. Приклад. Напилення здійснювалося з нагрітого струмом вугільного електрода на вакуумному пості ВУП-5. Фотографія зовнішнього вигляду приладу приведено на фіг. 2 (нумерація складових така ж, як на фіг. 1). Необхідно було періодично напилювати графітові плівки на скляну підкладинку 3 для подальшого використання в підготовці зразків для електронного мікроскопа. Оскільки струм нагріву з джерела вакуумного поста нестабілізований, його прилад реєстрації струму має малу точність, крім того геометрія напилення не витримується завжди строго однаковою, то за один і той ж час напилення плівка виходить різної товщини. Дослідним шляхом була знайдена оптимальна товщина плівки (зразкова плівка), у наступних напиленнях її треба було повторювати. Як джерело світла 1 використовували білий світлодіод BL-L513UWC, який підключений до джерела живлення з виходу генератора Г5-54, як фотодетектор 5 - фотодіод КФДМ, як частотний електричний фільтр 6 - конденсатор закритого входу осцилографа С1-68, останній використовувався і як реєструючий прилад 7. Дослідним шляхом було встановлено, що частота нестабільності світіння напилюючого електрода виявилася менше 10 Гц. Тому частоту модуляції вибрали 100 кГц. По мірі напилення і росту товщини плівки амплітуда сигналу на осцилографі зменшувалась. Напилювання завершували тоді, коли амплітуда сигналу з напилюваної плівки ставала рівною амплітуді сигналу із зразкової плівки. Подальше використання плівок, які напилялися таким чином, показало їх потрібну якість. Таким чином, показано, що пропонована корисна модель дозволяє контролювати товщину плівки в умовах наявності сторонньої засвітки. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Спосіб контролю товщини тонких плівок в процесі напилення у вакуумі, який полягає у визначенні інтенсивності потоку світла від джерела, що пройшов через плівку, який відрізняється тим, що падаючий на плівку потік світла модулюють з частотою, яка багато більше частоти зміни сторонньої засвітки, а сигнал з фотодатчика, який відображає величину потоку, що пройшов через плівку, пропускають через електричний частотний фільтр, який пропускає на вимірювальний прилад складову сигналу з фотодатчика, яка відповідає тільки потоку, що пройшов від джерела і характеризує величину поглинання світла плівкою, а отже її товщину. 2 UA 87510 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3