Способ измерения толщины слоя на подложке

Способ измерения толщины слоя на подложке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерению толщины материалов, например диэлектрического или магнитного слоя на слабопоглещающей подложке. Целью изобретения является повышение точности измерений, а также одновременное измерение толщины и диэлектрической или магнитной проницаемости исследуемого слоя на подложке В способе используют открытый резонатор типа Фабри-Перо, в котором образец вместе с подложкой размещается в области максимального электрического или магнитного поля, измеряют возмущенные параметры резонатора и затем одновременно определяют толщину и проницаемость слоя на подложке. Обеспечиваемая при этом сильная связь образца с полем обуславливает повышенную точность измерения характеристик образца 1 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 В 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР ® я

М рц, E6FI,,-., БЛцят-,„- ., 1 кil

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4747112/28 (22) 13.07.89 (46) 07.10.91. Бюл. Ф 37 (71) МГУ им, M.B.Ëîìîíîñîâà (72) С.А,Крутькова, А.И.Костиенко, Д,Г.Афонин, M.Ã.Ãàïo÷êà и Ю.К.Алексеев (53) 621.371 (088.8) (56) Неразрушающие методы контроля, Научно-технический сборник, 1983, с, 32.

Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Под ред, В.В. Кл юева, т.2, 1986, с, 161-188. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ

СЛОЯ НА ПОДЛОЖКЕ (57) Изобретение относится к измерению толщины материалов, например диэлектриИзобретение относится измерительной технике, в частности к измерениям толщины диэлектрических или магнитных материалов на слабопоглощающей подложке.

Цель изобретения — повышение точности измерений, а также одновременное измерение толщины и проницаемости исследуемого слоя на подложке за счет увеличения связи измеряемого образца с зондирующим электромагнитным полем.

На чертеже приведено устройство, реализующее способ, Образец (диагностируемый слой) 1, расположенный на подложке 2, находится в резонансном поле открытого резонатора (OP), состоящего иэ плоского 3 и сферического 4 зеркал, Резонатор возбуждается через отверстия 5 связи в сферическом зеркале.

„„Я „„1682774 А1 ческого или магнитного слоя на слабопоглсщающей подложке. Целью изобретения является повышение точности измерений, а также одновременное измерение толщины и диэлектрической или магнитной проницаемости исследуемого слоя на подложке. В способе используют открытый резонатор типа Фабри-Перо, в котором образец вместе с подложкой размещается в области максимального электрического или магнитного поля, измеряют возмущенные параметры резонатора и затем одновременно определяют толщину и проницаемость слоя на подложке. Обеспечиваемая при этом сильная связь образца с полем обуславливает повышенную точность измерения характеристик образца. 1 ил.

Сущность способа заключается в следующем.

Открытый резонатор возбуждают через отверстие 5 связи в сферическом зеркале 4 желательно на основном типе колебаний, поскольку обычно в этом случае диаметр пятна поля на образце 1 наименьший, а добротность резонатора и точность измерений максимальны. Фиксируются резонансная частота 1, добротность О, индексы типа колебания m, и, q пустого резонатора, а также расстояние L между зеркалами, радиус кривизны сферического зеркала R.

Затем в резонансное поле ОР вблизи плоского зеркала 3 параллельно ему помещают исследуемый образец 1 на подложке

2. При этом возможно расположение образца 1 как подложкой 2 к плоскому зеркалу, так и наоборот, что определяется достиже1682774 — (р — k (d + бп + бв)

1 1(б, е,,и)—

+ Г (2) макс где d — толщина диагностируемого слоя;

de — расстояние от подложки до плоского зеркала;

k — волновое число;

L — расстояние между зеркалами в 0Р;

R — радиус кривизны сферического зеркала;

m, n — индексы типа колебаний в ОР;

p — фаза коэффициента отражения от образца; бя — толщина подложки.

Во втором случае, когда неизвестна кроме толщины слоя еще и его диэлектрическая 8 или магнитная проницаемость,и, кроме (1) и (2) используется также уравнение

Омин = f2 (б, Е,ф ). (3) где Омин — минимальная добротность ОР с образцом (4) нием максимальной. точности измерений в каждом конкретном случае.

Передвигают образец 1 с подложкой 2 вдоль оси ОР и смещением сферического зеркала 4 в направлении к плоскому зеркалу

3 восстанавливают частоту резонанса равной резонансной частоте пустого ОР.

Зависимость смещения Л L сферического зеркала 4 от координаты 18 слабо, поглощающего образца 1 на оси ОР носит периодический характер. Проводя измерения Л L, находят максимальное смещение зеркала 4 ЛЕмакс, которое соответствует максимальной связи образца 1 с полем OP.

Затем аналогичным образом определяют минимальную добротность Омин 0Р при перемещении в нем образца 1 на подложке 2, По измеренным значениям Л Омин и макс, а также параметрам пустого резонатора и известным электродинамическим характеристикам материала подложки определяются неизвестные толщина и диэлектрическая (магнитная) проницаемость нанесенного на подложку слоя.

В первом случае для этого используется выражение

A Lмакс = f >(d, ef p), (1) где Л макс — измеренное максимальное смещение сферического зеркала из всех смещений, появляющихся при перемещении образца вдоль оси ОР ложке зависит от параметров исследуемого

10 слоя и подложки, характеристик используемого резонатора и применяемой радиотех2чцк ц

45 где q — число полуволн между зеркалами пустого ОР;

Г- резонансная частота;

Irl, IrçI- модули коэффициентов отражения от диагностируемой структуры и сферического зеркала соответственно, Ошибка измерений d,я„и диэлектрика или магнетика на слабопоглощающей поднической аппаратуры и может достигать 1 и менее.

Таким образом, предложенный способ измерения толщины слоя на подложке отличается от известных повышенной точностью измерения, а также возможностью одновременного измерения толщины слоя и его магнитной или диэлектрической проницаемости. Способ прост в исполнении, не требует дефицитной радиоаппаратуры и больших экономических затрат, Формула изобретения

Способ измерения толщины слоя на подложке, заключающийся в том, что контролируемый образец с нанесенным слоем приводят во взаимодействие с электромагнитным полем и определяют изменение характеристик поля, отличающийся тем, что с целью повышения точности и информативности измерений, электромагнитное поле возбуждают в открытом резонаторе, включающем плоское и сферическое зеркала, измеряют резонансную частоту f, добротность Q резонатора и расстояние L между зеркалами, контролируемый образец с нанесенным покрытием помещают в электромагнитное поле резонатора параллельно плоскому зеркалу, перемещают образец вдоль оси резонатора и смещают сферическое зеркало до восстановления частоты резонанса, фиксируют максимальный сдвиг

Л макс сферического зеркала и минимальную добротность Омин резонатора, а толщину и проницаемость слоя с учетом измеренных параметров определяют иэ соотношений

2 Р— k(d+d +d )j

@ -макс(б, E,p) =

2 ff q + f -Д вЂ” P .2мин (б, е,p)

1 — Irl Ir I мин где Л макс — максимальный сдвиг сферического зеркала, 1682774

/

Составитель П. Лапшин

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор M. Кучерявая

Редактор В. Данко

Заказ 3402 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Q H — минимальная добротность резонатора с образцом;

lrl, p — модуль и фаза коэффициента отражения по магнитному полю рабочей волны от образца в резонаторе;

r> — модуль коэффициента отражения по магнитному полю от сферического зеркала;

k — волновое число в вакууме;

d, dn, ds — толщины диагностируемого слоя. подложки и слоя воздуха между образцом и плоским зеркалом соответственно;

m, и, q — индексы типа колебания в ре5 зонаторе;

f — частота резонатора;

L — расстояние между зеркалами резонатора без образца;

R — радиус кривизны сферического эер10 кала.