Устройство для измерения толщины диэлектрических покрытий

 

Изобретение может использоваться в радиотехнике, электронике и обеспечивает повышение точности. Устр-во содержит СВЧ-генератор 1,модулятор 2, поляризатор 3, исследуемое диэл. покрытие (ИДП) 4, анализатор 5 волны, отраженной от ИДП 4,измеритель отношений 9, блок выборкихранения 10, сумматор 11, блок сравнения 12, вычислитель 13, блок управления 14 и генератор тактовых импульсов 15. Амплитудно-модулированное с электромагнитное излучение СВЧ-генератора 1 проходит через поляризатор 3, пропускающий только линейно-поляризованную волну, и попадает на ИДП 4 под углом q . Плоскость поляризации падающей волны составляет 45 с плоскостью падения. Отраженное от ИДП 4 эллиптически поляризованное излучение поступает на-анализатор 5. В анализаторе 5 с помощью делителя ортогональных составляющих 6 и детекторов СВЧ 7,8 эьщеляются соотв. сигналы. Отношение амплитуд ортогональных составляющих зависит от длины волны излучения и имеет максимум. Определив это макс, значение и соотв. длину волны, можно вычислить толщину и диэл. проницаемость ИДП 4. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л Фиг,1

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦ (АЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (5D 4 G 01 R 27/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4005738/24-09 (22) 07.01.86,, (46) 23.06.87. Бюл.№- 23 (71) Центральное конструкторское бюро с опытным производством

AH БССР (72) В.А.Конев,. Н.В.Любецкий, Г,M.Ñ÷èñëåíîê и А.Н.Швайко (53) 621.317.335 ° 3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 415614, кл. G 01 R 27/26..

Авторское свидетельство СССР № 1103069, кл. G 01 R 27/26, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИHbI ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение может использоваться в радиотехнике, электронике и обеспечивает повышение точности.

Устр-во содержит СВЧ-генератор 1 модулятор 2, поляризатор 3, исследуемое диэл. покрытие (ИДП) 4, анализатор 5 волны, отраженной от ИДП 4,измеритель отношений 9, блок выборкихранения 10, сумматор 11, блок сравнения 12, вычислитель 13, блок управления 14 и генератор тактовых импуль" сов 15. Амплитудно-модулированное электромагнитное излучение СВЧ-генератора 1 проходит через поляризатор 3, пропускающий только линейно-поляризованную волну, и попадает на ИДП 4 под углом q . .Плоскость поляризации падао ющей волны составляет 45 с плоскостью падения. Отраженное от ИДП 4 эллиптически поляризованное излучение поступает на.анализатор 5. В анализаторе 5 с помощью делителя ортогональных составляющих 6 и детекторов

СВЧ 7,8 выделяются соотв. сигналы.

Отношение амплитуд ортогональных составляющих зависит от длины волны излучения и имеет максимум. Определив это макс. значение и соотв. длину волны, можно вычислить толщину и диэл. проницаемость ИДП 4. 1 з.п. ф — лы, 2 ил.

1318938

Изобретение относится к области измерительной. техники и может быть использовано в химической, радиотехнической, электронной и других областях, где необходим экспрессный, (iec- 5, контактный, неразрушающий контроль толщины и диэлектрической проницаемости плоскопараллельных пластин и пленок.

Целью изобретения является повы10 шение точности.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства для измерения толщины диэлектрических покрытий; на фиг,2 (а,б,в,г) - зависимости, пояс15 няющие работу устройства для измерения толщины диэлектрических покрытий.

Устройство для измерения толщины диэлектрических покрытий содержит

СВЧ-генератор 1, к управляющему вхо20 ду которого, подключен модулятор 2, а к выходу — поляризатор 3 облучающий исследуемое диэлектрическое покрытие 4, анализатор 5 волны, отраженной от исследуемого диэлектрическо-. го покрытия 4, состоящий из делителя

6 ортогональных составляющих и первого, второго СВЧ-детекторов 7 и 8, причем вход делителя 6 ортогональных составляющих является входом анализатора 5, а к первому и второму выходам подсоединены соответственно входы первого и второго СВЧ-детекторов

7 и 8, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходом анализатора 5, которые соответственно подключены к первому и второму входу измерителя 9 отношений, выход кото-. рого соединен с последовательно соединенными блоком 10 выборки-хране40 ния, сумматором 11, блоком 12 сравнения, вычислителем 13, третий вход которого подключен к первому выходу блока 14 управления, второй выход которого подключен к управляющему входу модулятора 2, причем второй выход блока 12 сравнения соединен с первым входом блока 14 управления, второй выход сумматора 11 подключен к второму входу вычислителя 13, а первый, второй, третий выходы генератора 15 тактовых импульсов подключены соответственно к первому входу сумматора 11, к второму входу блока

14 управления и первому входу блока

10 выборки-хранения. I

Отношение амплитуд ортогональных составляющих зависит от длины излучения и имеет максимум. Определив это максимальное значение и соответствующую длину волны, можно вычислитв толщину и диэлектрическую проницаемость покрытий.

Если облучать диэлектрическое покрытие на металле поляризованным пучком электромагнитных волн, то отраженная волна эллиптически поляризована,- причем ось эллипса поляризации совпадает с направлением поляризации падающей волны.

Устройство для измерения толщины диэлектрических пвкрытий работает следующим образом.

Амплитудно-модулированное электро" магнитное излучение с частотой, изменяющейся по закону, задаваемому блоком 14 управления и модулятором 2, от СВЧ-генератора 1 проходит через поляризатор 3, состоящий из поляризующей проволочной решетки и пропускающий только линейно поляризованную волну, направляется на исследуемое диэлектрическое покрытие 4 под углом q . Плоскость поляризации падаа ющей волны составляет угол 45 с плоскостью падения. Отраженное от исследуемого диэлектрического -покрытия 4 эллиптически поляризованное излучение поступает на анализатор 5, состоящий из делителя 6 ортогональных составляющих и первого, второго СВЧ-детекторов 7 и 8. Делитель 6 состоит из поляризующей проволочной решетки, плоскость которой наклонена под уг-. о лом 45 к направлению распространения, а проволоки решетки перпендикулярны плоскости падения волны на покрытие. С помощью этой решетки СВЧизлучение раскладывается на две взаимно ортогональные составляющие. Составляющая, поляризованная параллельно проволокам, отражается от решетки и поступает на второй СВЧ-8 детектор, а составляющая, поляризованная перпендикулярно проволокам, проходит сквозь решетку и поступает на первый

СВЧ-7 детектор. Продетектированные сигналы поступают на измеритель 9 отношений. Таким образом, сигнал на выходе измерителя 9 отношений отображает зависимость эллиптичности (отношение амплитуд ортогоналъных соСтавляющих) от длины волны излучения (фиг.2 а). В блоке 10 выборки-хранения по сигналам генератора 15 тактовых импульсов происходят запоминание

1318938 4 и хранение мгновенного значения входного напряжения. Частота выборок опре. деляется частотой тактовых импульсов генератора 15 (фиг.2 в) ° Сигнал на выходе блока 10 выборки-хранения по- 5 казан на фиг.2 б.

В начальный момент времени вычис-, литель 13 включен в ждущем режиме на вход,, разрешающий работу, не подается сигнал "Пуск" ). При поступле- 10 нии первого импульса, поступающего с блока 10 выборки-хранения на вход сумматора 11, его значение (отношение амплитуд ортогональных составляющих) записывается в первый регистр памяти сумматора 11 и подается на блок 12 сравнения. Всего регистров памяти, включенных последовательно, Й, причем N - нечетное. Второй импульс сдвигает .записанный в первый 20 регистр импульс во второй регистр, его значение записывается в первый регистр, суммируется со значением первого импульса и эта сумма поступает на блок 12 сравнения. Каждый последующий импульс в сумматоре Il сдвигает записанные значения предыдущих импульсов; их значения суммируются, и эта сумма также подается на блок 12 сравнения. При полностью за- 30 полненной памяти сумматора 11 последовательность записанных значений импульсов имеет вид n,п-1,...,1. При поступлении и+1 импульса на сумматор

11 последовательность примет вид 35 и+1, п-1,...,2, а при поступлении К (К = 0,1,2,...) импульса — и+К,..., n+ 2K+ 1

К+1; ---------- — центральный импульс.

Если последующий импульс (например, и+К) больше по амплитуде, чем записанный в последнем регистре памяти сумматора 11 (в нашем случае К импульс), то и сумма последовательности импульсов n+K К+1 больше, чем

45 сумма последовательности импульсов

n+K-1,...,К. В этом случае блок 12 сравнения вырабатывает сигнал, который подается на блок 14 управления. По этому сигналу в блоке 14 управления

50 формируется сигнал, управляющий модулятором 2 и разрешающий дальнейшую перестройку частоты излучения СВЧ-генератора 1. Сумма значений амплитуд импульсов последовательности, n+K, 55

n+ 2K+ 1 — — — — — —,...,К+1 достигает своего максимального значения в том случае (функция эллиптичности имеет максимум ), когда амплитуда n+K импульса равна амплитуде Kwl импульса, и таким образом амплитуда последующего

n+K+1 импульса меньше, чем амплитуда

К+1 импульса, и сумма последовательности n+K+l К+2 также меньше, чем максимальная сумма п+I,...,К+1 последовательности. В этом случае амплитуn+ 2К+ I да центрального — — — — — импульса

2 соответствует искомому максимальному значению эллиптичности. При поступлении на вход сумматора lln+K+1 импульса максимальное значение эллиптичности переписывается в следующий регистр naN+1 мяти сумматора I l,т.е. в — — + I.Выход этого регистра соединен с вторым входом вычислителя 13.

В этом случае блоком 12 сравнения формируется сигнал, по которому блок

14 управления вырабатывает сигнал, останавливающий перестройку СВЧ-генератора 1 (фиг.2 г). С блока 14 управления на третий вход вычислителя 13 подается значение напряжения, соответствующее частоте СВЧ вЂ генерато 1, на которой достигалось максимальное

n+ 2К+ 1 значение амплитуды — -- — — — импу2 льса. Это происходит следующим образом. Память блока 14 управления сосN + 1 тоит из — — — + 1 последовательно

2 включенных регистров. Таким образом, при поступлении на вход сумматора

N + 1

lln+K+I импульса в -- — — ячейку памя2 ти блока 14 управления записывается значение частоты СВЧ вЂ генерато 1, соответствующее частоте СВЧ-генератоп+2К+1 ра 1, на которой происходит выборка последовательности и+К,..., к+1. При поступлении на блок 12 сравнения суммы последовательности меньшей, чем записанная, она формирует также импульс, подаваемый на первый вход вычислителя 13 и включающий программу вычислений. На втором и третьем входах вычислителя 13 в это время находятся значение максимального отношения амплитуд ортогональных составляющих и напряжение, пропорциональное частоте излучения СВЧгенератора 1. Работа ссуматора 11, блока 10 выборки-хранения, блока 14

1318938

)5 а !

Фиг.г

Составитель Е.Адамова

Редактор Л.Гратилло Техред M.Õîäàíè÷ Корректор Г,Решетник

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Заказ 2506/39

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4 управления синхронизированы тактовыми импульсами генератора 15 тактовых импульсов.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения толщины диэлектрических покрытий металлов, содержащее СВЧ-генератор, к управляющему входу которого подключен модулятор, а к выходу — поляризатор, облучающий исследуемое диэлектрическое покрытие, анализатор волны, отраженФ ной от исследуемого диэлектрического покрытия, измеритель отношений и вычислитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, введены последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, сумматор, блок сравнения, первый выход 0 которого соединен с первым входом вычислителя, и блок управления, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, третий выход которого соединен с первым входом введенного блока выборкихранения, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход котоtg (И) рого соединен с вторым входом вычис-. лителя, третий вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом модулятора, при этом выход измерителя отношений соединен с вторым входом блока выборкихранения, первый вход измерителя отношений соединен с первым выходом анализатора волны, отраженной от исследуемого диэлектрического покрытия, второй выход которого соединен с вторым входом измерителя отношений, 2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что анализатор волны отраженной от диэлектрического покрытия, содержит делитель ортогональных составляющих, вход которого является входом анализатора волны, отраженной от исследуемого диэлектрического покрытия, первый и второй детекторы, входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами делителя ортогональных составляющих, а выходы являются соответственно первым-и вторым выходами анализатора волны, отраженной от исследуемого диэлектрического покрытия.

=t3