Способ частотно-модуляционной эллипсометрии

(19) 01) 3(5ОСУДАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТВУ 38772/1ВеЛюки адной фи е 511(088.8) Иэв. вузов СССР. Р 1976, т. Х 1 Х, Р 2 адкоэлек,с. 78 о СССР 1972.ДУЛЯЦИОННОЙ Внии ко"нитное ием поляец, про- уемым С: К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(21) 34 (22) 14 (46) 15 (72) Б, кий и С (71) Ин АН БССР (53) 535 (56) 1. троника" 2. Авторское свидетельст415614, кл. С 01 К 27/26, (54)(57) СПОСОБ ЧАСТОТНО-МО ЭЛЛИПСОМЕТРИИ, при осуществ торого направляют электрома излучение с заданным состоя ризации на исследуемый обра взаимодействовавшее с исслед образцом излучение разделяют на два пучка ортогональными плоскостями поляризаций и регистрируют изменение состояния поляризации провзаимодействовавшего с исследуемым образцом излучения по сравнению с направляемым на него, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, направляемое на иссле дуемый образец электромагнитное излучение модулируют по частоте, в одном иэ пучков поворачивают плоскость поляризации на 900 и смешивают его в балансном смесителе фсо вторым пучком, выделяют низкочастотную составляющую резупьтирующего сигнала и измеряют ее параметры, по которым судят об иэ.э менении в состоянии поляризации,50 Изобретение отйосится к измерительной технике и может быть использовано в электронной и радиотехничес кой промышленностях для неразрушающе го исследования строения и определения параметров различных отражающих систем, преимущественно в сверхвысокочастотном диапазоне.Известен способ эллипсометрии,основанный на разделении отраженной от исследуемого объекта электромагнит- , 10 ной волны на две ортогональные составляющие, направлении их по двум каналам, вторичном делении каждой из ортогональных составляющих на две волны равной интенсивности и раэдель"15 ном измерении поляриэационных углов в каждом измерительном канале. Отношение амплитуд ортогональных составляющих измеряется путем их детектиро вания и подачи сигналов с детекто ров на измеритель отношения двух напряжений, а Фазовый сдвиг между ни" ми - путем одновременной подачи ортогональных составляющих волны на детектор,.выравнивания их амплитуд вращением поляриэующей проволочной решетки и измерения сдвига между ними уголковым фазовращателем, включенный в одно из плеч второго измерительного канала 1 .30Недостатком данного способа является низкая точность измерений разности Фаз ортогональных составляющих, так как измерение производится. непосредственно на сверхвысокой час" тоте.Наиболее близким к предлагаемому является способ частотно-модуляционной эллипсометрии, при осуществлении которого направляют электромаг 40 нитное излучение с заданным состоянием поляризации,на исследуемой образец, провэаимодействовавшее с исследуемым образцом излучение разделяют на два пучка с ортогональными плоскостями .поляризации и регистрируют изменение45 состояния поляризации провзаимодействовавшего с исследуемым образцом излучения по сравнению с направляемым на него 2 . Однакб известный . способ характеризуется низкой точностью измерений,Цель изобретения - повышение точности измеренийПоставленная цель достигается 55 тем, что согласно способу частотно- модуляционной эллипсометрии, при осуществлении которого направляют электромаГнитное излучение с заданным состоянием поляризации на исследуемый 60 образец, провэаимодействовавшее с исследуемым образцом излучение разделяют на два пучка .ортогональными плос- костями поляризации и регистрируют изменение состояния поляризации про вэаимодействовавшего с исследуемым образцом излучения по сравнению с направляемым на него, направляемое на исследуемый образец электромагнитное излучение модулируют по частоте, в одном иэ пучков поворачивают плоскость поляризации на 90 и смешиваютб.его в балансном смесителе со вторым пучком, выделяют низкочастотную составляющую результирующего сигнала и измеряют ее параметры, по которым судят об изменении в состоянии поляризации.На чертеже приведена функциональная схема устройства для осуществления способа.Способ осуществляется следующим образом. Пучок электромагнитных волн, поляризованных определенным образом, например линейно, модулируют по частоте по периодическому закону с низкой постоянной частотойи постоян ной девиацией частоты +6 относитель" но среднеичастоты 1 и направляют под угломна исследуемый объект. Отраженную или прошедшую волну разделяют на две ортогональные составляющие с помощью поляризующей проволочной решетки, направляют их на два канала поворачивают плоскость поляРериэации одной из волн на 90 , подают их на два входа балансного смесителя, выделяют на выходе балансного смесителя сигнал разностной частоты 1 и измеряют амплитуду и фазу низкочастотной составляющей результирующего сигнала, по которым судят об изменении в состоянии поляризации, происшедшем в результате взаимодействия электромагнитной волы с исследуеьым объектом, Так как поляризационные углы, которые необходимо иэмерйть и которые являются количественной мерой изменений состояния поляризации, происшедших в результате взаимодействия электромагнитной волны с исследуемым объектом, зависят от частоты падающего излучения, то модуляция падающего излучения по частоте по периодическому закону с низкой постоянной частотой Г приводит к относительной амплитудной и фазовой модуляции одной ортогональной сос" ,тавляющей относительно другой. Фазовая модуляция приводит к относи-тельному сдвигу частоты одной из ортогональных составляющих. В результате на выходе балансного смесителя образуется сигнал разностной частоты (биения), который выделяется детектором и параметры которого несут информацию о поляриэационных углах.Принципиальная особенность предложенного метода заключается в том,что выделенный низкочастотный сигнал,разностной частоты несет информациючастотный сигнал с детектора посту-"пает на вход измерительного блока 10,который регистрирует параметры разностного сигнала промежуточной частоты, по которым судят об изменениив состоянии поляризации,при отраженииСВЧ-волны от исследуемого образца. Измерения по предлагаемому способу проводятся на установке, изображенной на чертеже. В процессе измерений определяются амплитуда и Фазапервых шести гармоник продетектированного сигнала.Основным преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известным является расширение функциональных возможностей за счет исключенияоперации изготовления образцов специальной Формы. Это дает возможностьизмерять диэлектрическую проницаемость эрозионностойких пленочных покрытий плиток теплозащитных материалов. Осуществить такой контроль базовым способом нельзя, так как невозможно изготовить образцы цилиндрической формы диаметром 49, 95 мм из материала пленочного покрытия. Преимуществом,.предлагаемого способа является также возможность одновременного определения диэлектрической проницаемости и толщины эрозионностойкого защитного покрытия. Все это даетвозможность использовать предлагаемый способ для неразрушающего контроля эрозионностойких пленочных покрытий непрсредственно на стадиипроизводства теплоэащитных плиток.Экономический эффект при использовании предлагаемого способа для неразрушающего контроля неравноплотности эрозионностойкого покрытия теплоэащитных плиток составит 77,5 тыс.рубв год,Эффект достигаетря за счет повышения процента выхода годных иэделийс 98 до 98,5 путем выявления заготовок, неравноплотность и толщинаэрозионностойких покрытий которых выходят за допустимые технологическиепределы, и исключения их из дальнейшего технологического цикла.Кроме того, производительностьтруда повышается в 5 раз за счет того, что при измерении диэлектрической проницаемости эрозионностойкогопокрытия отпадает. необходимость в изготовлении специальных образцов изматериала эрозионностойкого покрытия,используемых для измерения диэлектрической проницаемости по базовомуспособу 3 1060955 ,только об изменениях состояния поля ризации, происшедших в результате взаимодействия с исследуемым обьектом, так как параметры эллипса поляризации падающей волны не зависят от частоты, следовательно периодическая модуляция по частотэ не приводит, к непрерывному изменению фазы одной составляющей относительно другой, а значит отсутствует фазовый сдвиг между ними и следовательно сигнал разнос.10 тей частоты на выходе балансного смесителя.Предлагаемое устройство, реализующее данный способ, содержит СВЧ свип-генератор 1 с блоком питания 15 2, три волноводно-лучевых перехода 3, квазиоптическую линию передачи 4 на основе полого диэлектрического луче- ,вода, в изгибе которого установлен исследуемый образец 5, делитель лу- рО ча б на две ортогональные составля ющие, волноводный тракт, содержащий . скрутку 7 на 90 о и балансный смеси- тель 8, детектор 9 и измерительный блок 10. 35Устройство работает следующим об-. разом.Сигнал от СВЧ свип-генератора 1, модулированный по частоте по перно" дическому закону с низкой частотой Рц и постоянной максимальной девиацией ь 1 относительно средней частоты 1 через волноводно-лучевой переход 3 по полому диэлектрическому лучеводу 4 поступает на исследуемый образец 5 под углом, причем падающая волна линейно поляризована под углом 45 ф к плоскости падения, Отра-. женная от образца 5 волна, поляризованная в общем случае эллиптически, по диэлектрическому волноводу 4 О падает на делитель б луча, выполненный на основе одномерной плоскости металлической сетки которая уста,оновлена под углом 45 к оси луча и направляет взаимно ортогональные сос 45 тавляющие волны в два канала. Ортогональные составляющие через волноводно-лучевые переходы 3 по полым прямоугольным металлическим волноводампопадают на два входа балансного 50смесителя 8, причем плоскость поляризации одной из составляющих с Помощью волноводной скрутки 7 поворачивается на 90 отаким образом сигналы, поступающие на вход балансно го смесителя, идентифицируются, Детектор 9, установленный на выходебалансного смесителя, выделяет низкочастотную составляющую сигнала,равную промежуточной частоте. Низко О1060955 Составитель В.КотеневРедактор В.Ковтун Техред С.Легеэа Корректор А.П лиал ППП "Патентф, г.ужгород, ул.Проектная,акаэ 10027/42 Тираж 873 ВНИИПИ Государств по делам иэобре 113034, Москва, ЖПодписноенного комитета СССРений и открытийг35, Раущская наб., д.4/5