Устройство для контроля толщины пленок

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНОК, содержащее излучаю1ЦИЙ тракт, состоящий из последовательно соединенных источника СВЧ излучения , поляризатора, вращателя плоскости поляризации и излучакяцей антенны, первый приемный тракт, сос .тоящий из последовательно соединенных первой приемной антенны, делителя электромагнитной волны на две ортогонально-поляризованные составлякяцие , к второму выходному плечу которого подсоединен вращатель плоскости поляризации, коммутатора,- детектора и блока обработки сигнала, при этом выход вращателя плоскости поляризации соединен с вторым входом коммутатора, а также индикатор, при этом электрические оси излучающей и первой приемной антенн ориентированы под углом 2 oL друг к другу и под углом к плоскости исследуемой пленки, где Ф - угол падения СВЧ излучения на исследуемую пленку, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля двухслойных пленок и покрытий листовых i диэлектриков, введеньотражатель, (Л который выполнен в виде поляризующей проволочной решетки и расположен на пути распространения СВЧ волны, прошедшей через исследуемую пленку, вторай приемная антенна,которая соединена с введенной согласованной нагрузкой и размещена за отражателем, второй приемный тракт, идентичный первому приемному тракту, и блок вы читания, подключенный к выходам пер&о вого и второго приемного трактов.

С903 COBETCHHX

MUNII

РЕСПУБЛИК (19) (11), цц G 01 В 7/06 G 01 N 22/00

ОПИСЛНИК ИЗОБРЕтеНИЯ

Н ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Il0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3406571/18-09 (22) 10.03.82 (46) 30.09.84. Бюл. В 36 (72) H.Í.Ïóíüêî и С.А.Тиханович (71) Институт прикладной физики АН

БССР (53) 621.317.39(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 743390, кл. G 01 N 22/00, 1977.

2. Сб. Электронная техника, сер °

"Управление качеством, стандартиза" ция, метрология, испытания", вып. 6 (92), 1981, с. 36-39 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

ТОЛЩИНЪ| IIJlEHOK содержащее излучающий тракт, состоящий из последовательно соединенных источника СВЧ излучения, поляризатора, вращателя плоскости поляризации и излучающей антенны, первый приемный тракт, сос.тоящий из последовательно соединенных первой приемной антенны, делителя электромагнитной волны на две ортогонально-поляризованные составляющие, к второму выходному плечу которого подсоединен вращатель плоскости поляризации, коммутатора, детектора и блока обработки сигнала, при этом выход вращателя плоскости поляризации соединен с вторым входом коммутатора, а также индикатор, при этом электрические оси излучающей и первой приемной антенн ориентированы под углом 2 с1. друг к другу и под углом 90 -ф к плоскости исследуемой пленки, где ) — угол падения СВ 1 излучения на исследуемую пленку, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля двух слойных пленок и покрытий листовых диэлектриков, введень отражатель, который выполнен в виде поляризующей проволочной решетки и расположен на пути распространения СВЧ волны, прошедшей через исследуемую пленку, вто рая приемная антенна, которая соединена с введенной согласованной нагрузкой и размещена за отражателем, второй приемный тракт, идентичный первому приемному тракту, и блок вычитания, подключенный к выходам первого и второго приемного трактов.

1116301

Цель из обре те ния — повышение точ ности контроля двухслойных пленок и покрытий листовых диэлектриков.

Цель достигается тем, что в уст.ройство для контроля толщины пленок, соцержащее излучающий тракт, состоящий из псследовательно соединенных

Изобретение относится к измери= .тельной технике и может использоваться в химической, радиотехнической промышленности для неразрушающего контроля толщины двухслойных пленок, в частности покрытий листовых диэлектриков, Известно устройство для контроля толщины пленок методом СВЧ, содержащее последовательно соединенные гене-lp ратор, модулятор, вращатель плоскости поляризации и анализатор, между которыми расположен контролируемый образец, два приемника на выходах анализатора, три измерителя отношения напряжений, коммутатор, компаратор, корректор, манипулятор и индикатор 311

Однако данное устройство сложно по конструкции и его точность уже при малых вариациях характеристик и 20 свойств подложек недостаточна.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для контроля толщины пленок, содержащее излучающий тракт, состоящий 25 из последовательно соединенных источника СВЧ излучения, поляризатора, вращателя плоскости поляризации и излучающей антенны, первый приемный гракт, состоящий из последовательно ЗО соединенных первой приемной антенны, делителя электромагнитной вощны на две opToI oHGJIbHQ-ïîëÿðèçîâàííûå составляющие, к второму выходному плечу которого подсоединен вращатель плос35 кости поляризации, коммутатора, детектора и блока обработки сигнала, при этом выход вращателя плоскости поляризации соединен с вторым входом коммутатора, а также индикатор, при О этом электрические оси излучающей и первой приемной антенн ориентированы од углом 2 друг к другу и под д углом 90 ф к плоскости исследуемой пленки, где ф — угол падения СВЧ 45 излучения на исследуемую пленку 52$.

Однако известное устройство для. контроля толщины пленок не обеспечивает высокую точность контроля двухслойных пленок и покрытий листовых

50 диэлектриков. источника СВЧ излучения, поляризатора, вращателя плоскости поляризации и излучающей антенны, первый приемный тракт, состоящий из последовательно соединенных первой приемной антенны, делителя электромагнитной волны на две ортогонально-поляризованные составляющие, к второму выходному плечу которого подсоединен вращатель плоскости поляризации, коммутатора, детектора и блока обработки сигнала, при этом выход врашателя плоскости поляризации соединен с вторым входом коммутатора, а также инди сатор, при этом электрические оси излучающей и первой приемной антенн ориентированы под углом 2 q) друг к другу и под углом 90 -ф к плоскости исследуемой пленки, где ф - угол падения СВЧ излучения на исследуемую пленку, введены отражатель, который выполнен в виде поляризующей проволочной решетки и расположен на пути распространения СВЧ волны, прошедшей через исследуемую пленку, вторая приемная антенна, которая соединена с введенной согласованной нагрузкой и размещена за отражателем, второй приемный тракт, идентичный первому приемному тракту, и блок вычитания, подключенный к выходам первого и ! второго приемного трактов.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для контроля толщины пленок.

Устройство для контроля толщины пленок содержит излучающий тракт 1, состоящий из последовательно соединенных источника 2 СВЧ излучения, поляризатора 3, вращателя 4 плоскости поляризации и излучающей антенны

5, первый приемный тракт б, состоящий из последовательно соединенных первой приемной антенны 7, делителя

8 электромагнитной волны на две ортогонально-поляризованные составляющие, коммутатора 9, детектора 10, блока

11 обработки сигнала, а также индикатор 12, при этом электрические оси излучающей и первой приемной антенн

5 и 7 ориентированы, например, под углом 90 друг к другу и под углом

45О к плоскости исследуемой пленки

13, отражатель 14, который выполнен в виде поляризующей проволочной решетки, вторую приемную антенну 15, которая соединена с введенной согласованной нагрузкой 16, второй прием3 11163 ный тракт 17, идентичный первому приемному тракту 6 и состоящий иэ делителя 18 электромагнитной волны на две ортогонально-поляризованные составляющие, коммутатора 19, детектора 20, вращателя 21 плоскости поляризации и блока 22 обработки сигнала, блок 23 вычитания, третью приемную антенну 24, вращатель 25 поляризации.

Устройство для контроля толщины 10 пленок работает следующим образом, СВЧ излучение от источника 2 линейно поляризуется поляризатором 3 и подается во вращатель 4 плоскости поляризации, Здесь выставляется не- 15 обходимый угол наклона плоскости поляризации электромагнитной волны, обычно равный 45, которая излучающей антенной 5 направляется на исследуе мую пленку 13, отраженное от нее СВЧ излучение попадает в первую приемную антенну 7, соединенную с делителем

8. Делитель 8, построенный на одномерных проволочных решетках, направляет по разным каналам составляющие 25 электромагнитной волны1 поляризованные в ортогональных плоскостях, параллельных большой и малой полуосям эллипса поляризации. Для этой цели делитель 8 предварительно настраивают вращением поляризующей проволоч. ной решетки по минимуму показаний индикатора 12 при отключенном входе со стороны второго приемного тракта

17. Обе составляющие подаются на коммутатор 9, причем плоскость поляризации одной из них во вращателе 4 плоскости поляризации поворачивается на 90 . Таким образом оба сигнала идентифицируются. Полученные состав- 4О ляющие поочередно с частотой переключения коммутатора 9 подаются на детектор 10, а затем на блок 11 обработки, где происходит усиление, разделение и запоминание сигналов, соот- 45 ветствующих амплитудам обеих ортогональных составляющих, и деление их друг на друга.

В результате на выходе блока 11 имеется сигнал, соответствующий ве- 50 личине эллиптичности СВЧ волны, отраженной от исследуемой пленки 13. Про Тираж 586 Подписное

Ужгород,ул.Проектная, 4

Фялнал ППП "Патент", г.

ВНИИХИ Заказ 6916/32

01 а шедшее через исследуемую пленку 13 излучение попадает на отражатель 14, выполненный в виде поляризующей проволочной решетки, который линейно поляризует прошедшую электромагнитную волну и вторично направляет ее на исследуемый образец .13 под тем же yrлом, но с противоположной стороны от нее. Отраженная с противоположной стороны электромагнитная волна попа „ дает во второй приемный тракт 17, который идентичен первому приемному тракту 6. На выходе блока 22 обработки второго приемного тракта 17 имеется сигнал, соответствующий величине эллиптичности при отражении СВЧ волны со стороны диэлектрической подложки либо второго слоя в случае двухслойной пленки. Прошедшая через отражатель 14 часть электромагниткой волны попадает во вторую приемную антенну 15 и поглощается согласованной нагрузкой 16. Сигналы с блоков 11 и

12 обработки поступают на блок 23 .вычитания. Сигнал с выхода блока 23 вычитания пропорционален разности величин эллиптичностей при отражении электромагнитной волны с противоположных сторон исследуемой пленки 13 и поступает на индикатор 12, О толщине исследуемой пленки 13 судят по величине разностного сигнала.

Максимальная погрешность измерений при использовании разностного сигнала- двух приемных трактов Ь и 17 для тех же условий составляет + 2 мкм, Кроме того, чувствительность измеряемого параметра (эллиптичности) к толщине исследуемой пленки возрастает примерно в два раза за счет разного знака углов наклона кривых, соответствующих отражению от различных сто рон исследуемой пленки 13.

При использовании предложенного устройства контроля толщины пленок точность контроля одного из слоев двухслойной пленки, в частности пленочных покрытий листовых диэлектриков, возрастает примерно в 10 раз за счет исключения влияния на результаты измерений вариации толщины второго слоя.