Способ измерения толщины тонких проводящих покрытий Советский патент 1982 года по МПК G01R27/00 

(5) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ТОНКИХ ПРОВОДЯЩИХ

ПОКРЫТИЙ

I

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля и измерения параметров проводящих покрытий на диэлектрических основах.

Известен способ абсолютного контроля параметров массивных образцов на основе токовихревого преобразователя, при котором в случае выполнения определенных условий возможно использование выведенных математических зависимостей l.

Однако указанный способ не позволяет производить контролнг параметров проходящих покрытий, так как полученные для этого случая аналитические зависимости на практике неприемлемы ввиду их сложности.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является способ контроля толщины (сопротивления) проводящих покрытий на основе вихретокового преобразователя 2.

В известном способе о толщине (сопротивлении) неизвестного покрытия судят, сравнивая значения выходного сигнала преобразователя для известных и неизвестных образцов.

Известный способ также допускает измерение толщины покрытий только по активной составляющей при постоянстве реактивной составляющей сопротивления подбора частоты пиtoтающего генератора, но для указанного в известном способе диапазона толщин частота питания устанавливается, в отличие от предлагаемого, таким образом, чтобы реактивная сос15тавляющая сопротивления преобразователя в процессе измерений равнялась реактивной составляющей сопротивления преобразователя, нагруженного массивным проводящим материалом.

20 Известным способом возможно осуществление контроля толщины достаточно толстых слоев (толщиной более 1 мкм). Для контроля более тонких 39 слоев (толщиной менее 1 мкм) известным способом необходимо увеличивать частоту питания вихретокового преобразователя до значений нескольких сотен МГц, что неосуществимо в практических условиях (вихретоковый метод не осуществим на таких частотах, поскольку понятие индуктивйости преобразователя теряет физический смысл). Кроме того, известный способ не позволяет получить линейную зависимость между активной составляющей вносимого сопротивления и толщиной образца. Цель изобретения - получение линейной зависимости между активной составляющей вносимого сопротивления и толщиной образца. Для этого в способе измерений толщины тонких проводящих покрытий, заключающемся в наведении вихревых токов в измеряемом образце с помощью параметрического тонкостенного вихре вого преобразователя и в измерении вносимых в преобразователь активной и реактивной составляющих сопротивлений , частоту питания преобразовате ля устанавливают такой, чтобы разность между реактивными составляющим сопротивления ненагруженного преобразователя и преобразователя с образцом максимальной толщины составля ла от реактивной составляющей ненагруженного образца, а о толщине покрытия судят по активной составляю щей вносимого в преобразователь сопротивления, измеренного на выбранн частоте. Для очень тонких проводящих покрытий (для которых толщина намного меньше глубины проникновения электр магнитного поля в материалах покрытия) оказывается возможным подобрат такую частоту питания вихревого накладного преобразователя, на которо можно без необходимости сравнения с известными образцами рассчитать п математической формуле толщину (сопротйеле ие) измеряемого покрытия по известной формуле. Описываемым способом возможен контроль толщины тонких металлических (например, алюминиевых) покрытий (толщиной от 0,001 до 1 мкм) на достаточно низких частотах (от 0,05 до 5 МГц), что легко осуществи мо в практических условиях на стандартной аппаратуре. При этом неизвестное поверхностное сопротивление 4 а затем и толщину покрытия /61) находят по формуле в 2g:() 0 О - удельная эффективная электропроводность материала покрытия; f - установленная рабочая частота; г/м - магнитная проницаемость вакуума; а - радиус преобразователя;W - количество витR - активная составляющая вносимого в преобразователь сопротивления; L - высота преобразователя;h - расстояние до измеряемого покрытия; специальная функция , зависящая только от относительных геометрических размеров преобразователя (li Ь. а а , , 2-г. a)74v) ( -/)(b/o)Jr cJx 1I(x) - функция Бесселя nepBorq порядка. риведенная формула справедлива выполнении условий Mo Rg)min - приблизительная нижняя граница необходимого диапазона измеряемых сопротивлений исследуемых проводящих покрытий , приведенные неравенства должны выполняться в условиях проведения измерений. едлагаемый способ может испольься в системах управления пром металлизации в вакууме. Ожия экономическая эффективность оТ ения созданной установки сос.ет 9100 р. в год. 59019 Формула ,изоб| етения Способ измерения толщины тонких проводящих покрытий, заключающийся в наведении вихревых токов в изме- j ряемом образце с помощью параметрического тонкостенного вихревого преобразователя и в измерении вносимых ;В преобразователь активной и реактивной составляющих сопротивлений, о т- to л и чающийся тем, что, с целью получения линейной зависимости между активной составляющей вносимого сопротивления и толщиной образца, частоту питания преобразователя уста-is навливают такой, что(6ы разность между реактивными составляющими сопротивле86ния ненагруженного преобразователя и преобразователя с образцом максимальной толщины составляла З от реактивной составляющей ненагруженного образца, а о то™«ине покрытия судят ло активной составляющей вносимого в преобразователь сопротивления измеренного на выбранной частоте. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе К Соболев B.C., ВЬсарлет Ю.Н. Накладные и экранные датчики. Новосибирск, Наука, 1967, с. . Шумиловский И.И., Ярмольчук Г.Г., Грабовецкий В.П. Метод вихревых токов. М.-Л., Энергия, .1966, с.72 (прототип).