Способ измерения толщины покрытий Советский патент 1986 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быт использовано при контроле и измерении толщин покрытий без разрушения материалов с помощью проникающего излучения, в частности с помощью потоков электронов и рентгеновских лучей.

Известен способ контроля толщины изделий и покрытий, основанньй на измерении отраженных и дискриминированных по энергии электронов при облучении покрытия моноэнергетическим пучком электронов tj .

Способ обладает невысокой чувствительностью, так как энергетический интервал выбирают в зависимости от соотношения эффективных атомнызс номеров подложки и покрытия, а энергию падающего пучка электронов - в зависимости от толщины покрытия,

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ измерения толщины йокрытий, заключающийсяв том, что подложку с покрытием облучают моноэнергетическим пучком электронов,регистрируют спектрхарактеристического излучения и определяют толщину покрытия И.

Недостатком известного способа является низкая чувствительность из-за методических сложностей проведения измерений и, в первую очередь, необходимости параллельного измерения и сравнения интенсивности излучения массивного образца вещества покрытия (который не всегда возможно приготовить) с интенсивностью излучения исследуемого объекта.

Цель изобретения - повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается Тем, что согласно способу измерения толщины покрытий, заключающемуся в том, что подложку с покрытием облучают моноэнергетическим пучком электронов, регистрируют спектр характеристического излучения и определяют толщину покрытия, изменяют энергию моноэнергетического пучка электронов, регистрируют характеристическое излучение в области ультрамягкого спектра подложки, а толщину покрытия определяют по величине энергии электронов, при которой появляется спектр излучения подложки.

На фиг. 1 показан пример реализа.ции предлагаемого способа,; на фиг.2пример определения реальной толщины покрытия.

Устройство включает источник 1 моноэнергетических электронов, направленных на контролируемое покрытие 2, нанесенное на подложку 3, детектор-анализатор 4 рентгеновского излучения с регистратором 5.

Устройство работает следующим образом.

Ультрамягкое характеристическое рентгеновское излучение, вызванное моноэнергетическими электронами источника 1 в подложке 3, пройдя через покрытие 2, попадает в детектор-анализатор 4, преобразуется и попадает в регистратор 5, Энергию пучка моноэнергетическшс электронов источника 1 изменяют, увеличивая до появления ультрамягкого рентгеновского характеристического спектра материала подложки, а толщину покрытия вычисляют по формуле

, (1)

постоянные коэффициенты,

где Кип зависяпще от величины

h толщина покрытия, см; плотность вещества,

Р А атомный вес вещества покрытия;

Z атомный номер вещества покрытия;

Е. энергия электронного пучка в кэВ, при которой появляется характеристическое ультрамягкое рентгеновское излучение подложки.

В случае многокомпонентного сосА9 рф И

гд вычислятава покрытия

ются по формулам

А .

(2) )

j:n;AiZ;

(3) .

А; и Z; число, атомный вес

где и атомный номер атома, входящего в состав покрытия.

Для всех веществ ---- меняется

6

слабо от 2 до 2,6..

При исследовании многослойных покрытий каждый последующий после верхнего слоя служит как бы подложкой предыдущему, и его толщина может

оцениваться по приведенной формуле (1) за вычетом энергии электронного пучка, при котором появился спектр характеристического излучения предьщущего слоя.

На фиг, 2 показано получение значений энергии электронов Е для определения по формуле (1) толщины слоя окисла алюминия на алюминии для трех образцов с разной толщиной покрытия. Измерения предлагаемым способом дали значения толщин окисла ЗОА (результаты измерения экстраполированы прямой А), 38 А (прямая В) и 43А (прямая Б) .

Предлагаемый способ повышает чувствительность за счет того, что каждое вещество имеет только ему присущий и известный характеристический ультрамягкий рентгеновский спектр и может быть опознано. Это дает возможность контроля как покр.ытия, так и

подложки.

При контроле толщины покрытий предлагаемым способом технологически удобно выбрать и зафиксировать энергию электронного пучка таким образом, чтобы он заведомо простреливал покрытие, толщина которого контролируется . Регистрируя и сравнивая интенсивности .характеристических линий покрытия и подложки, можно быстро регистрировать очень тонкие изменения толщины покрытия от образца к образцу.

дв

Jffff 400 500 600 700 т

эв

Фи.г