Устройство для измерения толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрических пленок

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК, содержащее последовательно соединенные частотно-модулированный СВЧ-генератор , волноводно-лучевой переход, вращатель плоскости поляризации, передающую антенну, делитель луча, к первому плечу которого обращен вход резонатора с зеркалами, в котором при измерениях исследуемая диэлектрическая пленка расположена под углом 45 к оси резонатора, перпендикулярной первому плечу делителя луча первый приемный блок, подсоединенный через первую приемную антенну к второму плечу делителя луча, и регистрирующий блок, отличающееся тем, что, с целью повьвпения точности измерений и расширения его функциональных возможностей путем измерения толщины диэлектрических пленок, в него введены первая и вторая поляризационные проволочные рещетки, причем проволочки обеих поляризационных проволочных решеток параллельны, вторая и третья приемные антенны, второй приемный блок и корректор, первый приемньш блок выполнен в виде блока измерения диэлектрической проницаемости, выход резонатора расположен со стороны, противоположной его входу, причем первая поляризационная проволочная решетка установлена в центре резонатора под углом 45° к оси резонатора и под (Л таким же углом к первом плечу делис: теля луча, вторая поляризационная проволочная решетка установлена, у выхода резонатора так, что ее первый выход соединен с регистрирующим блоком через последовательно соединенные третью приемную антенну, второй приемный блок и корректор, со а ее второй выход через втор5 приемную антенну подсоединен к второму входу блока измерения диэлектри00 ческой проницаемости, выход кото рого соединен с управляншц1м входом корректора, а зеркала резонатора выполнены в виде двух прямоугольных двугранных уголковых отражателей с гранями, расположенными под углом j 45 к оси резонатора и с возможностью поворота вокруг оси резонатора.

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н втОРСНОМ СвиДКтельСтвь с .;. (21) 3581107/24-09 (22) 14.04.83 (46) 07.04.85. Бюл. Ф 13 (72) В.А.Конев, А.В.Любецкий и В.А. Михнев (71) Центральное конструкторское бюро с опытным производством AH

Белорусской ССР и Институт прикладной физики АН Белорусской ССР (53) 621.317.335(088.8) (56) 1, "Приборы и техника эксперимента", 1981, У 3, с. 231.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 720375, кл. С 01 R 27/26, 1980 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТОЛЩИНЫ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЕНОК, содержащее последовательно соединенные частотно-модулированный СВЧ-генератор, волноводно-лучевой переход, вращатель плоскости поляризации, передающую антенну, делитель луча, к первому плечу которого обращен вход резонатора с зеркалами, в котором при измерениях исследуемая диэлектрическая пленка расположена под углом 45 к оси резонатора, перпендикулярной первому плечу делителя луча, первый приемный блок, подсоединенный через первую приемную антенну к второму плечу делителя луча, и регистрирующий блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьипения точности измере„„SU 1149187 ний и расширения его функциональных возможностей путем измерения толщины диэлектрических пленок, в него введены первая и вторая поляризационные проволочные решетки, причем проволочки обеих поляризационных проволочных решеток параллельны, вторая и третья приемные антенны, второй приемный блок и корректор, первый приемный блок выполнен в виде блока измерения диэлектрической проницаемости, выход резонатора расположен со стороны, противоположной его входу, причем первая поляризационная проволочная решетка установлена в центре резонатора под углом 45 к оси резонатора и под таким же углом к первом плечу делителя луча, вторая поляризационная проволочная решетка установлена у выхода резонатора так, что ее первый выход соединен с регистрирующим блоком через последовательно соединенные третью приемную антенну, второй приемный блок и корректор, а ее второй выход через вторую приемную антенну подсоединен к второму входу блока измерения диэлектрической проницаемости, выход которого соединен с управляющим входом корректора, а зеркала резонатора выполнены в виде двух прямоугольных двугранных уголковых отражателей с гранями, расположенными под углом

45 к осн резонатора и с возможностью поворота вокруг оси резонатора.

1149187

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнической, химической и других областях промышленности, где необходим бесконтакт- 5 ный неразрушанищий контроль толщины и диэлектрической проницаемости тонких пленок.

Известно устройство для измерения диэлектрической проницаемости E или толщины d листовых диэлектрических материалов,. содержащее сверхвысокочастотный генератор с частотной модуляцией, открытый резонатор с исследуемой диэлектрической пласти- 15 ной, видеодетектор сверхвысокочастотного сигнала с линейным калиброванным аттенюатором для определения добротности резонатора и систему частотной калибровки, необходимую для нахождения ширины резонансной кривой на уровне половинной мощности. Перемещая одно иэ зеркал резонансной системы, можно определить толщину образца 4 при известном

25 значении его диэлектрической проницаемости E. и наоборот (13.

Недостатком устройства является низкая точность измерений, обусловленная тем, что погрешность из- ЗО мерения 6 или д зависит в основном от механических отсчетов перестройки резонатора и возрастает с уменьшением толщины исследуемой пленки. 35

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения диэлектрической проницаемости диэлектрических пленок, содержащее последовательно 4р соединенные частотно-модулированный СВЧ-генератор, волноводно-лучевой переход, вращатель плоскости поляризации, передающую антенну, делитель луча, к первому плечу которого 45 обращен вход резонатора с зеркалами, в котором при измерениях иссле дуемая диэлектрическая пленка расположена под углом 45 к оси резо.натора, перпендикулярной первому плечу делителя луча, первый приемный блок, подсоединенный через первую приемную антенну ко"второму плечу делителя луча и регистрирующий блок 2 ).

Недостатком известного устройства является невысокая точность измерения диэлектрической проницаемости из-за погрешности определения толщины пленки.

Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение его функциональных возможностей путем измерения толщины диэлектрических пленок.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрических пленок, содержащее последовательно соединенные частотно-модулированный СВЧгенератор, волноводно-лучевой переход, вращатель плоскости поляризации, передающую антенну, делитель луча, к первому плечу которого обращен вход резонатора с зеркалами, в .котором при измерениях исследуемая диэлектрическая пленка расположена под углом 45 к оси резонатора, перпендикулярной первому плечу делителя луча, первый приемный блок, подсоединенный через первую приемную антенну к второму плечу делителя луча и регистрирующий блок, введены первая и вторая поляриэационные проволочные решетки, причем проволочки обеих поляризационных проволочных решеток параллельны, вторая и третья приемные антенны, второй приемный блок н корректор, первый приемный блок выполнен в виде блока измерения диэлектрической проницаемости, выход резонатора расположен со стороны, противоположной его входу, причем первая поляризационная проволочная решетка установлена в центре резонатора под о углом 45 к оси резонатора и под таким же углом к первому плечу делителя луча, вторая поляризационная, проволочная решетка установлена у выхода резонатора так, что ее первый выход соединен с регистрирующим блоком через последовательно соединенные третью приемную антенну, второй приемный блок и корректор, а ее второй выход через вторую приемную антенну подсоединен к второму входу блока измерения диэлектрической проницаемости, выход которого соединен с управляющим входом корректора, а зеркала резонатора выполнены в виде двух прямоугольных двугранных уголковых огражателей с гранями, расположенными под углом

11491

45О к оси резонатора и с возможностью поворота вокруг оси резонатора.

На чертеже дана структурная электрическая схема устройства для измерения толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрияеских пленок.

Устройство содержит частотномодулированный СВЧ-генератор 1, волноводно-лучевой переход 2, вращатель 3 плоскости поляризации, пере- 10 дающую антенну 4, делитель 5 луча, резонатор 6, первую поляризационную проволочную решетку 7, на которой при измерении располагается исследуемая диэлектрическая пленка 8, 15 вторую поляризационную проволочную решетку 9, первую -19 и вторую 11 приемные антенны, первый приемный блок 12 выполненный в виде блока

13 измерения диэлектрической прони- 20 цаемости и второй приемный блок корректор 14, регистрирующий блок

15, прямоугольные двугранные уголковые отражатели 16 и 17, механизмы 18 и 19 поворота вокруг оси 2$ резонатора и механизмы 20 и 21 перемещения вдоль его оси прямоугольных двугранных уголковых отражателей 16 и 17, третью приемную антенну 22.

Устройство работает следующим щ образом.

Колебания частотно-модулированноi o СВЧ-генератора 1 в волноводно-лучевом переходе 2 трансформируются в колебания основного типа колебаний ЕН„,, проходят через вращатель

3 плоскости поляризации, с помощью которого устанавливается необходимый угол плоскости поляризации электромагнитной волны, которая излучается передающей антенной 4, проходят через делитель луча 5 и попадают в резонатор б. Связь резонатора 6 с первым входом первого приемного блока 12 осуществляется через первую приемную антенну 10 с помощью делителя луча 5, выполненного из диэлектрической пластины, установленной под углом 45 к оси распространения падающего излучения. 50

Плоскость поляризации колебаний вращателем 3 плоскости поляризации устанавливается параллельной проволочкам поляриэационных проволочных решеток и потому, пройдя делитель лу87 4 ча 5, колебания практически полностью отражаются первой поляризационной проволочной решеткой 7 к прямоугольному двугранному уголковому отражателю 16, повернутому на угол Ч „, и при отражении от него плоскость поляризации колебаний поворачивается на угол 2Т, . После этого составляющая колебаний, параллельная проволочкам первой поляризационной проволочной решетки 7, отражается от нее и после дополнительного отражателя от делителя 5 луча попадает через первую приемную антенну 10 на первый вход первого приемного блока 12. А составляющая колебаний, перпендикулярная проволочкам первой поляризационной проволочной решетки 7, проходит сквозь нее и исследуемую диэлектрическую пленку 8 на прямоугольный двугранный уголковый от" ражатель 17,где при отражении плоскость поляризации колебаний допплнительно поворачивается на угол 2, затем колебания отражаются от исследуемой диэлектрической пленки 8 и первой поляризационной проволочной решетки 7 в сторону второй поляризационной проволочной решетки 9 и частично проходят в сторону прямоугольного двугранного уголкового отражателя 16.

Колебания, поступающие на третью приемную. антенну 22, содержат информацию о .толщине исследуемой ди-. электрической пленки, а колебания

J поступающие на первую 10 и вторую 11 приемные антенны, используются в первом приемном блоке 12 для определения диэлектрической проницаемости с помощью установленного в первом приемном блоке 12 процессора, который одновременно вырабатывает управляющий сигнал для корректора 14.

Результаты измерения толщины исследуемой диэлектрической пленки, выдаваемые вторым приемным блоком

13 корректируются в корректоре 14 и поступают на регистрирующий блок 15.

Таким образом, в результате введения указанных блоков и деталей, устройство позволяет измерять толщину диэлектрических пленок и повьгшает точность измерений.

1149187

Составитель В. Васильев

Редактор А. Йандор Техред С.Мигунова Корректор И. Эрдейи

Заказ 1874/31 Тирак 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открмтий

113035, Москва, %-3S, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4