устройство для контроля шероховатости поверхности диэлектрических подложек

Формула изобретения

1. Устройство для контроля шероховатости поверхности диэлектрических подложек, содержащее источник света, фильтр инфракрасного излучения, регулируемый источник питания осветителя, дозатор капель рабочей жидкости, направляющую иглу дозатора капель рабочей жидкости, скоростную видеокамеру, записывающее устройство, отличающееся тем, что дополнительно установлены два источника света, один из которых расположен под подложкой соосно с видеокамерой, а другой в верхней относительно поверхности подложки полуплоскости так, чтобы проекции осей первого и третьего источников света на горизонтальную плоскость были перпендикулярны, на все источники света дополнительно установлены рассеивающие свет фильтры.

2. Устройство для контроля шероховатости поверхности диэлектриеских подложек по п.1, отличающееся тем, что третий источник света выполнен в виде системы зеркал, расположенных в верхней относительно поверхности подложки полуплоскости таким образом, что блики, образуемые на капле первым источником света и системой зеркал, были расположены в вершинах квадрата, вписанного в образуемую основанием капли и поверхностью подложки окружность.

3. Устройство для контроля шероховатости поверхности диэлектрических подложек по пп.1 и 2, отличающееся тем, что первый источник света выполнен в виде полупроводникового лазерного светодиода, создающего на подложке световое пятно диаметром не менее 1 мм и не более 3 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптическому приборостроению. Устройство позволяет контролировать качество поверхности подложек и может найти применение в оптическом приборостроении, например, для контроля качества подготовки поверхностей подложек интегрально-оптических устройств, лазерных зеркал и т.д.

Известно устройство для контроля шероховатости поверхности изделия, содержащее оптическую систему, включающую осветитель и ответвитель части излучения и электронный блок, включающий фотопреобразователи падающего и отраженного излучения, коммутатор, регистратор и источник питания (патент № 2011163, кл. G01B 11/30, 1994, БИ № 7).

Недостатками известного устройства являются сравнительно высокая погрешность измерения шероховатости поверхности изделия, составляющая более 5% и зависящая от флуктуации мощности излучения осветителя, а также низкая точность при измерении шероховатости в диапазоне единиц и десятков нанометров.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство для контроля шероховатости поверхности (патент 2331870, МПК G01N 21/88, 27.01.08), содержащее источник света, фильтр инфракрасного излучения, регулируемый источник питания осветителя, дозатор капель рабочей жидкости, направляющую иглу дозатора капель рабочей жидкости, скоростную видеокамеру, записывающее устройство.

Недостаток прототипа состоит в узком диапазоне типов материалов подложек, для контроля шероховатости поверхностей которых его можно применять.

Изобретение направлено на увеличение количества различных типов материалов подложек, шероховатость которых можно контролировать устройством, а также увеличение производительности.

Для достижения этого технического результата в устройство для контроля шероховатости поверхности, содержащее источник света, фильтр инфракрасного излучения, регулируемый источник питания осветителя, дозатор капель рабочей жидкости, направляющую иглу дозатора капель рабочей жидкости, скоростную видеокамеру и записывающее устройство, согласно изобретению добавлены два источника света, один из которых расположен под подложкой соосно с видеокамерой, а другой - в верхней относительно поверхности подложки полуплоскости так, чтобы проекции осей первого и третьего источников света на горизонтальную плоскость были перпендикулярны, и, кроме того, на все источники света дополнительно установлен рассеивающий свет фильтр.

Кроме того, третий источник света может быть выполнен в виде системы зеркал, расположенных в верхней относительно поверхности подложки полуплоскости таким образом, что блики, образуемые на капле первым источником света и системой зеркал, были расположены в вершинах квадрата, вписанного в образуемую основанием капли и поверхностью подложки окружность.

Кроме того, первый источник света может быть выполнен в виде полупроводникового лазерного светодиода, который создает на подложке световое пятно диаметром не менее 1 мм и не более 3 мм.

Описанное исполнение устройства для контроля шероховатости поверхности подложек позволяет добиться такой подсветки капли рабочей жидкости, при которой ее изображение легко поддается обработке алгоритмами обработки изображений, реализованными в записывающем устройстве.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для контроля шероховатости поверхности подложек, на фиг.2 изображено взаимное расположение источников света (вид сверху).

Устройство состоит из источников 1, 2 и 3 света, систем 4, 5 и 6 из рассеивающего фильтра и фильтра инфракрасного излучения, регулируемого источника питания 7 осветителя, дозатора 8 капель рабочей жидкости, направляющей иглы 9 дозатора капель рабочей жидкости, скоростной видеокамеры 10, записывающего устройства 11, опоры 12 для исследуемой подложки. Исследуемая подложка 13, на которую нанесена капля 14 жидкости фиксированного объема.

Устройство работает следующим образом. Поверхность исследуемой подложки 13 очищают плазмохимическим травлением в среде инертного газа при режимах, не допускающих распыление материала подложки, сразу после очистки располагают горизонтально, освещают источником света 1 через систему фильтров 4, в зависимости от типа подложки задействуют также источники света 2 и 3 с системами фильтров 5 и 6 соответственно. С помощью дозатора 8 на исследуемый участок поверхности подложки 12 наносят каплю 14 жидкости фиксированного объема. Скоростную видеокамеру 10 располагают перпендикулярно поверхности подложки, фокусируют на исследуемый участок и фиксируют процесс растекания капли 14 жидкости. Изображение фиксируют записывающим устройством 11 в режиме покадрового просмотра и вычисляют время растекания капли жидкости, начиная с момента касания поверхности до прекращения процесса растекания. Шероховатость контролируемой поверхности подложки определяют путем сопоставления полученного значения времени растекания капли жидкости по поверхности подложки, степени отклонения формы контура капли от окружности или других визуально наблюдаемых характеристик капли (в зависимости от типа подложки) с предварительно замеренной калибровочной зависимостью.

Пример. В качестве исследуемых подложек использованы подложки типа СТ-50, а в качестве жидкости - дистиллированная вода. Очистку поверхности подложек производили плазмохимическим травлением в среде аргона на установке травления пластин УТП. ПДЭ-125-008. Сразу после очистки с помощью дозатора нанесли каплю дистиллированной воды на горизонтально расположенную поверхность подложки. Из всех источников света был задействован лишь источник света 1. В качестве характеристик капли замерялось время ее растекания по поверхности подложки. Время растекания капли регистрировалось системой скоростной цифровой видеосъемки на базе камеры VS-FAST со скоростью 1000 кадров/с, что позволило замерить время растекания капли в диапазоне 5-40 мс. Шероховатость поверхности контролируемого образца определялась с помощью калибровочной зависимости времени растекания капли жидкости по поверхности от шероховатости поверхности подложек типа СТ-50 (фиг.3). Калибровочная зависимость была получена экспериментально на основе использования подложек типа СТ-50 с предварительно замеренной с помощью микроинтерферометра типа WLIDMR шероховатостью поверхности.