Устройство для измерения толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрических пленок Советский патент 1985 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиотехнической, химической и других областях прЬмьшшености, где необходим бесконтактный неразрушаюищй контроль толщины и диэлектрической проницаемости тонких пленок.

Известно устройство для измерения диэлектрической проницаемости или толнр1ны с листовых диэлектрических материалов, содержащее сверхвысокочастотный генератор с чАстотной модуляцией, открытый резонатор с исследуемой диэлектрической пластной, 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 из зеркал резонансной системы, можно определить толщину образца d при известном значении его диэлектрической проницаемости t , и наоборот 13.

Недостатком устройства является низкая точность измерений, обусловленная тем, что погрешность измерения или rf зависит в основном от механических отсчетов перестройки резонатора и возрастает с уменьшением толщины исследуемой пленки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения диэлектрической проницаемости диэлектрических пленок, содержащее последовательно соединенные частотно-модулированный СВЧ-генератор, волноводно-лучев 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 ко второму плечу делителя луча и регистрирующий блок С2 3.

Недостатком известного устройств является невысокая точность измерения диэлектрической проницаемости

|Из-за погрешности определения толщины пленки.

Целью изобретения является повышение точности измерений и расширени 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-лучевойпереход, 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 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 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 отражателе с гранями, расположенньв4и под углом

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

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

Устройство содержит частотномодулированный СВЧ-генератор 1, волноводно-лучевой переход 2, вращатель 3 плоскости поляризации, передающую антенну 4, делитель 5 луча, резонатор 6, первую поляризационную проволочную решетку 7, на которой при измерении располагается исследуемая диэлектрическая пленка 8, вторую поляризационную проволочную решетку 9, первую 19 и вторую 11 приемные антенны, первый приемный блок 12, вьтолненный в виде блока 13 измерения диэлектрической проницаемости и второй приемный блок корректор 14, регистрирующий блок 15, прямоугольные двугранные уголковые отражатели 16 и 17, механизмы 18 и 19 поворота вокруг оси резонатора и механизмы 20 и 21 перемещения вдоль его оси прямоугольных двугранных уголковых отражателей 16 и 17, третью приемную антенну 22.

Устройство работает следующим образом.

Колебания частотно-модулированного 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 6. Связь резонатора 6 с первым входом первого приемного блока 12 осуществляется через первую приемную антенну 10 с помощью делителя луча 5, выполненного из диэлектрической пла стины, установленной под углом 45 к оси распространения падающего излучения.

Плоскость поляризации колебаний вращателем 3 плоскости поляризации устанавливается параллельной проволочкам поляризационных проволо.чных решеток и потому, пройдя делитель луча 5, колебания практически полност 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 оражатель 17,где при отражении плоскость поляризации колебаний дополнительно поворачивается на угол 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, поступакндие на третью приемную, антенну 22,содержат инт формацию о толщине исследуемой диэлектрической пленки, а колебания поступающие на первую 10 и вторую 1 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 вторьм приемным блоком 13 корректируются в корректоре 14 и поступают на регистрирукнций блок 15

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

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.