1.4 Моделирование фотометрического метода контроля.
При моделировании фотометрического метода принимается, что толщина покрытия увеличивается на толщину DG, значение которой в пределе стремится к значению толщины одного молекулярного слоя. Главной задачей моделирования является нахождение абсолютного значения ошибки оптической толщины покрытия и выборе контрольной длины волны, при которой эта ошибка будет устранена.
В зависимости от соотношения показателей преломления подложки и пленки, а также от режима регистрации интенсивности контрольного сигнала (измеряется R или T), момент окончания нанесения слоя определяется одним из следующих соотношений:
R’=Rmax-DR; (1.3)
T’=Tmin+DT, если n2>n3 (1.4)
или
R’=Rmin+DR; (1.5)
T’=Tmax-DT, если n2<n3 (1.6)
По моменту окончания нанесения слоя определяется абсолютная ошибка. По известной абсолютной ошибке корректируется длина контрольная длиной волны в сторону ее уменьшения. На (рис.1.4) приведены результаты моделирования для трехслойного покрытия.
Расчет коэффициентов отражения и преломления выполняется по рекуррентным формулам:
Ej-1= Ej×cos(Fj) +iuj-1×Hj sin(Fj); (1.7)
Hj-1= iuj×Ej× sin(Fj)+× Hj cos(Fj); (1.8)
причем Em+1 =1 и Hm+1 =um+1.
Формулы для получения максимальных и минимальных значений коэффициентов отражения и преломления можно получить, подставляя в формулы 1.7-1.10
F=p/2. В частности для однослойного покрытия выражения принимают вид:
1.5. Устройство спектрофотометра сфкт - 1
Принцип действия комплекса основан на фотометрическом методе регистрации лучистого потока, пропущенного или отраженного образцом с наносимой пленкой. При этом об оптической толщине пленки судят по изменения пропускания или отражения образца.
1.5.1. Оптическая схема для контроля оптической толщине пленки по изменению пропускания
В оптическую схему комплекса при контроле по пропусканию входят оптические схемы верхнего и нижнего блоков пропускания, элементы вакуумной установки и схема монохроматора.
Верхний блок пропускания (рис.1.5.а) состоит из сферического зеркала 3 и плоского зеркала 2. Лучистый поток от лампы накаливания 1, помещенной в источник излучения, падает на зеркало 3, затем на зеркало 2, которое создает изображение нити лампы в плоскости образца 6 с контролируемой пленкой, расположенной внутри вакуумной камеры. Излучение проходит через защитные стекла 4 (входное окно) и 7 (выходное окно) вакуумной камеры, затем падает на линзу 8 ниже блока пропускания, откуда направляется плоским зеркалом 9 через защитное окно 10 на линзу 11, формирующую изображение нити лампы на выходной щели 13 монохроматора, построенного по схеме Литтрова. Общее увеличение комплекса при контроле по пропусканию 0,45: размер светового пятна на входной щели - 1,2 ´ 1,2 мм, в плоскости образца - 4,8 ´ 4,8 мм. Пройдя входную щель монохроматора, излучение попадает на внеосевое параболоидное зеркало 15 и отклоняется им на плоскую дифракционную решетку 17. Дифрагированное излучение попадает снова на параболоидное зеркало 15 и фокусируется на входной щели 14, на которую направляется плоским зеркалом 16. После выходной щели излучение попадает на катод фотоэлектронного умножителя, который помещается непосредственно за выходной щелью. Для устранения мерцающего излучения используются фильтры 12 отрезающего типа, которые помещаются перед входной щелью 13.
В комплексе предусмотрена возможность контроля оптических толщин пленок по пропусканию боковых образцов. В этом случае блоки пропускания, верхний и нижний, смещаются на 55-100 мм таким образом, чтобы оптическая область зеркала 2 прошла через защитные стекла 5' и 5. При этом часть нижнего блока пропускания, содержащая линзы 8 и 11, зеркало 9 и защитное стекло 10, смещаются на то же расстояние.
Следует отметить, что линзы 8 и 11 вносят хроматизм положения, который при изменении рабочей длины волны должен быть скомпенсирован перемещение линзы 11 вдоль оптической оси.
Линзы 8 и 11 изготовлены из материала ФК-У, защитные стекла 4, 7, 5, 5' вакуумной установки - из материала ФК-И.
Для обеспечения высокой энергетической эффективности во всей рабочей области предусмотрены две сменные дифракционные решетки (реплики) с 1200 и 600 штрихами на миллиметр и максимума концентрации энергии при длине волны 300 ¸ 650 нм соответственно.
