Способ измерения толщины полупроводниковых и диэлектрических материалов

,1 ВБИЛЛИ И.;.".ЕН ЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения, Сущность данного способа заключается в том, что электромагнитное колебание (ЭМК) разделяют на зондирующее и опорное. Излучают зондирующие ЭМК в направлении исследуемого материала и принимают прошедшее через него ЭМК. Сравнивают его фазу с фазой опорного ЭМК посредством фазометра (Ф) и регистрируют его выходное напряжение. Изменяют частоту ЭМК до величины 1, при которой выходное напряжение Ф становится равным нулю. Вводят задержку опорного ЭМК на величину Л 1 и измеряют выходное напряжение (1)Ф, Увеличивают частоту ЭМК до величины Ь и измеряют выходное напряжение 1)2 Ф. Исключают задержку опорного ЭМК, измеряют выходное напряжение (1 зФ и по ф-ле вычисляют толщину о исследуемого материала. Цель достигается за счет возможности линейного преобразования приращений разности фаз в напряжение, по. грешности которого у и Л(.1 полностью исключаются из результата измерения, а также за счет исключения погрешности измерения частоты СВЧ колебаний.Изобрстецисноси;.ям(рцгсхццкс, и может быгь цснол,ч н;НО .; (5 измсрсция тол псины сг(у(О)Олн)(к( цы:),)ектрох)ИГнитныс ко)сбг)ния СБ 1 .(иа)цазона разделяют ца зоцдирукццс и иорые. Зон;)ирук)цс)(е ког)ссбцн 5 Нац)с)влЯО 10 Исрсз излуча(ощуо ацтсццу ца коцтролирус(ыи сс)тсриаг Нод мг)ох а, исключак)сцим )Опаданис отраженных колебаний в излуающу(о антенну. Прошедшие мат"риал зоцсиру(ощие колебания принимают приемнойнтенной и с помощью фазомстра сравциают цо фазе с опорными колебаниями в соцеречном сечении, совпадающим с нацавленисм распространения. Фиксируют наальцую разность фаз между зоцдирующии колебаниями, прошедшими контролируе О )ый материал, и опорными колебаниями.ри раисцствс электрических длин каналовс(рос рцсци 5 Зондирмюсцих и Оцорнь)х ко, сбаций разность фаз СВЧ колебаний ои слслястся задержкой зондирующих колеаций в диэлектрическом материале:, =2 )чН - 1)ССсокаде . Начальная частота СВЧ колебаний;( и 6 - соответственно толщина и относительная диэлектрическая проницаемость контролируемого материала;С( - скорость распространения СВЧ колебаний в свободном пространстве;а - угол наклона материала относительно направления распространения.Измеряют выходное напряжение фазоетра, пропорциональное разности фаз, и из.Меняют частоту СВЧ ко;)сбаций до получения нулевого значения;(.), = 5(1 + 1)2%Е - 1), +Л/=О, 40С) соаде 5 чувствительность преобразования разности фаз ЛЦ 7) в напряжение;;:;1 =- относительная мульти пликативь 5йая погрешность преобразования; Л(/) - абсолсотная аддитивцая )нгрешность преобразования.Задерживают опорные кос(сосния ца время Л) многим мецышс периода СВЧ колсба.Ий (Л( 1 ). Измеряю г в(,холцос напряжение фазометра, цропорциона.(ь:нс прира)цению разности фаз:--- 1 гС)сока- Л + 1 Г, 5 1 , - з)2)тЛ) (Е 1)Хх (Л ) ) Л 1+ Л БОглс 52, 1)и Л(/, -- чувствительность и погрешности преобразования разности фаз Лс).с.Исключают задержку опорных колебаний ( М = О) и измерякп полученное вь)ходное цацряжсцие фазометра:- Е(,.= 5,)( +; )2+ ЛО(х - 1) +СсояаЬ Г, .,), ( . - У,) 25 Ь (б) - - - +йо с)з с)1- Лс - ЛЕКгде 5 з, ( (: 1, чувствитс.)ьность и погрешности црсобразования разе)стц фаз х) кЗадержку опорных колебаний Л выбирают такой, чтобы приращение фазового сдвига г ее введения прсвь(шало бы пороговую чувствительность фазометра в 5 - 1 О раз.Аналогичным образом выбцракт отношение двух частот СВЧ излучения, т. е. чтобы увеличение частоты ) излучения на Л) вызывало бы соответствую(цсс црирасцецие разности фаз и в 5 - 10 раз превышало порог чувствительности фазометра. 1 ртаком выборе Л и Л) можно считать, что результаты трех измерений (С,), ) и (к) г)ог)учсц) в пределах линейного участка характеристики преобразования разности фаз в напрякение относительно первоначального нуля =О). Поэтому чувствительность преобразовцци я при всех промежуточных измереи 5)х остастсЯ цостОЯццои ( )=5(у = у = 2 = ух=у",Л) = ЛГ = ЛЬ = - 1(, =. Л.1 О рсс)ут)ьтатах второго и первого измерений опрслляют разцост), напряжений:Из псзмльтзта тп(.тьсГ) изсреци 51 з, 1 1;таОт з;аченис разности вт)рого и к 1,:,.измеренийС - и, - Г,) = Ь 1+,)жЛ,;,11( сс Определяют О)ношение цзпряжсЦИЯ тРЕтЬСГО ИЗМЕРЕЦИП К ПО(УНСЦЦОМУ РаЗпостному напряжен и к)) - 1;,С 4 з ) С)сокаС) - с, + с д 1Из полученного выражения определяюттогии 1 контролируемого материалаСНЛ 1 с,а Л- в - ., + Тг)ким образом, по результатам трех измерений (с 1, Ьв) и с)11, и известным величинам Сн Л 1. а н Я определяют толпину диэлектрического материала без непосредственного измерения частоты СВЧ колебаний и ес приращения, а также погрешностей преобразования разности фаз в напряжение.Время измерения суцествснпо уменьшается за счет однозначного измерения толцины диэлектрического материала независимо от соотношения его толцины и длины волны зондирующих СВГ колебаний. Однозначность обеспечивается соответствующим выбором величины задержки Л 1 и прирацсцием частоты Л.Повышение точности измерения достигнуто благодаря возможности линейного преобразования приращений разности фаз в напряжение, погрешности которого у и ЛСI полностью исклочаются из результата измерения, а также исклк)чения погрешности измерения частоты СВЧ колебаний. Задержка А имеет фиксированное значение и не зависит от тол(цины контролируемого матс т) и а л а Ф 1.: :.( б изхсрИ 1:, . ) ( .н н.Ис), х прово;1,) Ь:ИХ Ц .(ИЭЛСКГ)И ) ,;1 Г(Ри Гс)В, 31.К,Ю):1 ЮППИСя В ГО), )с 1( РОМ(1 ИТНОС косс 11 н и с ) 5 зл(, 151 к) т ц з); ( и ) О и с( и О 1 О р- ИО(, излучают зоцлц" Оцпс электромзгнитньс колсбзип 5) в цз 1;);в,сниц исслслхсмого материал 1, прппцмз От цроп(Ис( чсрсз него электромагци ГОс колсбз)Ис, срзв- НИВаК)т ЕГО фаЗу с фаЗОй ОнориГГО ЭЛСКт ромагцитцого колебания посредством фззО- метра, регистрируют выхолное цзпряжцис фазометра, изменяют частоту электромагнитного колебания, от,ги(гаваи)гг)1 Г(с)1. чГО, с (елью повышения точности. чз",О). )Г ).ромагнитного колебания измся.:О цсл, чины 1, при которой вьхОЛ)О( ;цж(И)( фазометра становится рзвым пл), ш)оля задержку опорного элсктромзци, Ого кО лебания на величину М, измсряк)т ,.холнО( 20 напряжение фазомстрз .1, ) всх)пи:,1.пот чзс) отм элсктром зги итц Оп) кОГсбз и 51 до цс,и чины 1, измеряк)т выхолщс цзцряжс ис ф- зометрз .: ), исклкч;н), задержку опорного элсктромагцитцоп к(хп б;ция, пзмеряк)т выхолное напряжение ф(1:(Очстрз 1.1, и вычисляют толщину исслслусмн О материала о по формулеСНЛ 1 сока УоУГ - 1 с.) - с + l30 гле С) - скорость распространения электромагнитного колебания в свободном пространстве;а - угол наклона исследуемого материала относительно направления распросрзцсция зоцлцрук)цих 35 электромагнитных котсс)г)цпй:Я относительнзя лиэлектрическзя проницаемость исслелуемого материала.и) винто,Н Х. КрчмниРедактор (. Воронин Г(,рв,; 1. Г)ер( с Корректор, 1 или ион кЗвкнн 111 ЧО Тно;:ж 817 1 олиннос0111111 и 5)ротн(н)ни о коми ( Гн ((:Р и) .(Яи(:, (оор( (нин и о кры ни1:1)ЗЗ) М( (кн;). Ж ЗЗ), Рвуикон нно(. 4 З11 роиии).(тн(нно.иоГн)н, о,н нр(лвнятно, Г. Ул)ои)., ), 11 ро( тния. 4