Устройство для измерения толщины диэлектрических покрытий Советский патент 1987 года по МПК G01R27/26 

fO

11318938

Изобретение относится к области ИJмepитeльнoй.техники и может быть использована в химической, радиотехнической, электронной и других областях, где необходим экспрессный, бес- контактный, неразрушающий контроль толщины и диэлектрической проницаемости плоскопараллельньи пластин и пленок.

Целью изобретения является повышение точности.

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

Устройство для измерения толщины диэлектрических покрытий содержит СВЧ-генератор 1, к управляющему вхо ду которого, подключен модулятор 2, а к выходу - поляризатор 3, облучаюий исследуемое диэлектрическое порытие 4, анализатор 5 волны, отраенной от исследуемого диэлектрическо го покрытия А, состоящий из делителя 6 ортогональных составляющих и первочеэт ст то мо

кр пу от ри за ри t

J5 ди сл

ма ня

20 ко от по зу ка ну мо уг ющ ск

25

го, второго СВЧ-детекторов 7 и 8, причем вход делителя 6 ортогональных составляющих является входом анализатора 5, а к первому и второму выхо дам подсоединены соответственно входы первого и второго СВЧ-детекторов 7 и 8, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходом анализатора 5, которые соответственн подключены к первому и второму входу измерителя 9 отношений, выход которого соединен с последовательно соединенными блоком 10 выборки-хранения, 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.

Отношение амплитуд ортогональных составляющих зависит от длины излуfO

чения и имеет максимум. Определив это максимальное значение и соответствующую длину волны, можно вычислить толщину и диэлектрическую проницаемость покрытий.

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

Устройство для измерения толщины

J5 диэлектрических покрытий работает следующим образом.

Амплитудно-модулированное электромагнитное излучение с частотой, изменяющейся по закону, задаваемому бло20 ком 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 падающей волны составляет угол 45 с плоскостью падения. Отраженное от иссле jQ дуемого 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

25

поляризующей проволочной решетки, плоскость которой наклонена под углом 45 к направлению распространения, а проволоки решетки перпендикуJQ лярны плоскости падения волны на покрытие. С помощью этой решетки СВЧ- излучение раскладывается на две взаимно ортогональные составляющие. Составляющая, поляризованная параллель.г но проволокам, отражается от решетки и поступает на второй СВЧ-8 детектор, а составляющая, поляризованная пер пендикулярно 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 ортогональных состав-, ляющих) от длины волны излучения (фиг.2 а). Б блоке 10 выборки-хранения по сигналам генератора 15 тактовых импульсов происходят запоминание

50

55

и хранение мгновенного значения входного напряжения. Частота выборок определяется частотой тактовых импульсов генератора 15 (фиг,2 в). Сигнал на выходе блока 10 выборки-хранения по- казан на фиг,2 б.

В начальньй момент времени вычис-т литель 13 включен в ждущем режиме (на вход,, разрешающий работу, не подается сигнал Пуск). При поступле- 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 1I и подается на блок 12 сравнения. Всего регистров памяти, включенных последовательно, - N, причем N - нечетное. Второй импульс сдвигает .записанный в первый регистр импульс во второй регистр, его значение записьгеается в первый регистр, суммируется со значением первого импульса и эта сумма поступает на блок 12 сравнения. Каждый последующий импульс в сумматоре 11 сдвигает записанные значения предьзду- щих импульсов-, их значения суммируются, и эта сумма также подается на- блок 12 сравнения. При полностью за- полненной памяти сумматора 11 последовательность записанных значений импульсов имеет вид п ,п-1,,..,1. При поступлений п+1 импульса на сумматор 11 последовательность примет вид п+1, п-1,...,2, а при поступлении К (к 0,1,2,.,.) импульса - п+К,...,

, п + 2К + 1 К+1;у центральный импульс

Если последующий импульс (например, п+К) больше по амплитуде, чем записанный в последнем регистре памяти сумматора 11 (в нашем случае К импульс) то и сумма последовательности импульсов п+К,...,К+1 больше, чем сумма последовательности импульсов п+К-1,..,,К, В этом случае блок 12 сравнения вырабатывает сигнал, которы подается на блок 14 управления. По этому сигналу в блоке 14 управления формируется сигнал, управляющий модулятором 2 и разрешающий дальнейщую перестройку частоты излучения СВЧ-ге- нератора 1, Сумма значений амплитуд

импульсов последовательности, п+К,

п + 2К + 1 ...,,,,,,К+1 достигает

своего максимального значения в том

случае (функция эллиптичности имеет максимум), когда амплитуда п+К импульса равна амплитуде К+1 импульса, и таким образом амплитуда последующего п+К+1 импульса меньше, чем амплитуда К+1 импульса, и сумма последовательности п+К+1,,.,,К+2 также меньше, чем максимальная сумма п+1К+1 последовательности. В этом случае амплитуда центрального

п + 2К + 1

импульса

соответствует искомому максимальному значению эллиптичности. При поступлении на вход сумматора 11п+К+1 импульса максимальное значение э ллиптичности переписывается в следующий регистр паN+1мяти сумматора 11,т,е. в--- + 1, 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-гене- ратора 1 (фиг,2 г). С блока 14. управления на третий вход вычислителя 13 подается значение напряжения, соответствующее частоте СВЧ-генератора 1, на которой достигалось максимальное

значение амплитудь

п + 2К + 1

импу

льса. Это происходит следующим образом. Память блока 14 управления сосN + 1 , тоит из -J- + 1 последовательно

включенных регистров. Таким образом, при поступлении на вход сумматора

N + 1

11п+К+1 импульса в ячейку памяти блока 14 управления записывается значение частоты СВЧ-генератора 1, соответствующее частоте СВЧ-генерато, „ П+2К+1 ра 1, на которой происходит -т

выборка последовательности п+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 СВЧ- генератора 1. Работа ссуматора 11, блока 10 выборки-хранения, блока 14

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 моду- лятор, а к выходу - поляризатор, облучающий исследуемое диэлектрическое покрытие, анализатор волны, отраженной от исследуемого диэлектрического покрытия, измеритель отношений и вы- числитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, введены последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, сумматор, блок сравнения, первый вьжод которого соединен с первьм входом вычислителя, и блок управления, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора тактовых импульсов, третий выход которого соединен с пер- вым входом введенного блока выборки- хранения, выход которого соединен с вторым входом сумматора, вьгход котоtgflSB)

2S 2.S гЛ 2,9 г.9 я (им)

У

/ffl

рого соединен с вторым входом вычис-г 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 выборки- хранения, первь1й 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 поп.1,отли- 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, первьй и второй детекторы, входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами делителя ортогональных составляющих, а выходы являются соответственно первым-и вторым вьгходами анализатора волны, отраженной от исследуемого диэлектрического покрытия. r-tJ f fio

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-гене- ратора 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

Фиг.2

Редактор Л.Гратилло

Составитель Е.Адамова

Техред М.Ходанич Корректор Г.Решетник

2506/39

Тираж 730Подписное

ВНИИГШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4