Устройство для измерения толщины пленок на металлических подложках Советский патент 1982 года по МПК G01B15/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам измерения толщины тонких пленок в электронике.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для измерения толхадны пленок на металлических подложках, содержащее измерительный преобразователь, включающий источник коллимированного пучка излучения и приемник излучения, распо.лагаемые по одну сторону от объекта контроля под углом к контролируемой: плоскости объекта, симметрично относительно перпендикуляра к ней.

В качестве приемника используется любой коллимированный детектор |Ъ частиц (счетчик Гейгера, сцинтилляционный и др.), применяемый для регистрации частиц с энергией свыше 1 МэВ. . ,,

Для измерения тонких слоев внутри цилиндрической поверхности используется либо трубчатый, измерительный преобразователь с источником и приемником излучения, pacnoJjoденными вблизи друг от друга напротив окна преобразования, либо такой

преобразователь, где источник излучения находится внутри кольцевого приемника и в центре его, а контакт между измерительным преобразователем и измеряемой полостью обеспечивается специальной подставкой. В :обоих случаях преобразователь контактирует с измеряемой поверхностью fijНедостатком известного устройства является то, что оно предназначено для измерения только металлических покрытий. Оно не позволяет измерять..окисные и более тонкие металлические пленки (до 10-1000 л) в силу большой энергии стандартного (-источника, не Монохроматического излучения, из-за конечной толщины | -источника и вследствие этого поглощения р-лучей в материале самого источника. ,

Цель изобретения - измерение тонких (10-1000 А) окисных пленок.

Указанная цель достигается тем, -25 что устрдйство для измерения толщины пленок на металлических подложках, содержащее .измерительный преобразо, ватель, включающий источник коллими рованного пучка излучения и приема ник излучения, располагаемые по одну сторону от объекта контроля под углом к контролируемой плоскости объекта, симметрично относительно перпендикулярна к ней, снабжено генератором задержки и последовате но соединенными электрометрическим усилителем, дифференциальным усили лем и двухкоординатным самописцем, второ.й Еход которого подключен к выходу генератора напряжения задерж соединенного выходом с входом приемника излучения, выполненного в ви де трехсеточного анализатора с цилиндром Фарадея, выход приемника подключен к входу электрометрического усилителя, источник излучения выполнен в виде электронной пушки фокусирующим электродом и конденсат ром и блока питания, соединенного с входом генератора напряжения .з.адерпки, ,а конденсатор выполнен с возможностью измерения траектории электронов, испускаемых пушкой. На чертеже приведена схема устройства. Устройство состоит из измерител ного преобразователя 1, включающего источник коллимированного пучка излучения, выполненный в виде электро ной пушки 2 триодного типа с регулируемой энергией о ,4-4 кэВ, фокусирующего электрода 3 и конденсатор 4, выполненного с возможностью изме нения траектории электронов, испускаемых пушкой 2, что уменьшает энер гетический разброс пучка первичных электронов. Пучок электронов из источника излучения падает на поверхность измеряемого объекта под углом 45 к нормали. Приемник излучения выполнен в виде цилиндра 5 Фарадея и трехсеточ ного электростатического анализато б,объединенныхв одном корпусе.Цили 5 Фарадея служит для сбора электро- нов, проиедших через енализатор б, представляет собой цилиндрический стакан с отвоьаением длины к диаметРУ 5/2. Далее устройство содержит блок 7 питания, генератор 8 напряжения задержки, электрометрИческий усилитель 9, дифференциальный усилитель 10, двухкоординатный самописец 11, мишень 12 цилиндрической с измеряемой пленкой на внутренней поверхности, неподвижную штангу 13 корпуса измерительного преобразователя 1 и шток 14 держателя цилиндрической миа1еии 12. Анализатор выполнен в виде трексетчатых диафрагм, внешние сетки соединены между собой и находятся под нулевым потенциалом относительно измеряемого образца, что исключает влияние напряхевия задержки на первичный пучок. Не среднюю сетку от генератора 8 напряжения задержки подается линейно нарастающее напряжение, благодаря которому в приемник могут попасть только те электро- , ны, энергия которых превышает зада ваемый этим напряжением енергетический порог. Генератор 8 напряжения задержки вырабатывает линейно нарастающее напряжение в диапазоне 0,4-4 кэВ, предназначенное для питания задерживающей (средней Сетки анализатора б, оно подается на вход двухкоординатного самописца 11. Конструктивно источник и приемник излучения объединены и хесТко зафиксированы на неподвижной 1итанге 13 корпуса измерительного преобразователя 1. Блок 7 питания обеспечивает питанием источник излучения и генератор 8 напряиения задержки. Шток 14 держателя цилиндрической мишени 12 позволяет механически производить ее осевые перемещения и вращения для измерения толцины окисной пленки на металлической поддюжке в любой точке внутренней поверхности мимени без механического контакта преобразователя с измеряемой пленкой. Расстояние от мишени до преобразователя в точках измерения остается неизменным. Устройство работает следующим образом.Пучок первичных электронов с энергией EQ, проходя через конденсатор 4, падает на мишень 12 под углом 45°. Генератор 8 напряжения задержки и приемник вторичных электронов позволяет получить распределение вторичных .электронов по энергии . Усиленный и продифференцированный ток (с помощью усилителей « 9 и 10) вторичных электронов регистрируется с помощью двухкоординатного самописца 11, сигнал на который поступает с усилителя 10 и генератора 8. Зная энергию ускоряемых электронов (EQ) и измеряя энергетическое положение пика упруго отраженных электронов () помоцью генератора 8 задержки, а также используя Номограммы, находим потерю энергии (ДЕ) при прохождении электронами двойного слоя пленки (в глубину и затем на поверхность после отражения). По известной формуле пробег - энергия, которая табулируется, находим толщину пленки ЕО-Е,, (d), где d - толщина пленки; f{d) - функция, связывающая потерю энергии электронов с их пробегом и углом падения. Устройство для измерения толщины окисных пленок на металлических подложках позволяет измерять пленки на

подложках различной конфигурации, в том числе и внутри цилиндрических поверхностей, без разругчейия измеря емой пленки.

Формула изобретения

Устройство для измерения толщины пленок на металлических подложках, содержащее измерительный преобразователь j включающий источник коллимиров анного пучка излучения и приемник излучения, располагаемые по одну сторону от объекта контроля под углом к контролируемой плоскосг ти объекта, симметрично относительно перпендикулярна к ней, отличающееся тем, что, с целью измерения также и тонких (10-1000 л) окисных пленок, оно снабжено генератором напряжения задержки и пос ледовательно соединенными электра-

метрическим усилителем, дифференциальным - усилителем и двухкоордикатньТм самописцем, второй вход которогб подключен к выходу генератора напряжения задержки, соединенного выходом с входом приемника излучения/ выполненного в виде трехсеточного анализатора с цилиндром Фарадея, выход п)иемнйка подключен к входу электрометрического усилителя, источник излучения выполнен в виде электронной пушки с фокусирУ№щм электродом и конденсатором и блока питания, соединенного с входом генератора напряжения задержки, а конденсатор выполнен с возможностью изменения траектории движения электронов, испускаемых пушкой.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции 2070925, кл. G 01 В 15/00, 1969 (прототип).