SU901938A1

SU901938A1 - Method of measuring thin current conducting coating thickness

Info

Publication number: SU901938A1
Application number: SU772465028A
Authority: SU
Inventors: Юрис Карлович Григулис; Валерий Валентинович Гаврилин; Мартынь Карлович Дагилис
Original assignee: Физико-Энергетический Институт Ан Латсср
Priority date: 1977-03-22
Filing date: 1977-03-22
Publication date: 1982-01-30

Description

(5) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ТОНКИХ ПРОВОДЯЩИХ(5) METHOD OF MEASUREMENT OF THIN CONDUCTOR THICKNESS THICKNESS

ПОКРЫТИЙCOATINGS

II

Изобретение относитс к измерительной технике и предназначено дл контрол и измерени параметров провод щих покрытий на диэлектрических основах.The invention relates to a measurement technique and is intended to monitor and measure parameters of conductive coatings on dielectric substrates.

Известен способ абсолютного контрол параметров массивных образцов на основе токовихревого преобразовател , при котором в случае выполнени определенных условий возможно использование выведенных математических зависимостей l.There is a method of absolute control of the parameters of massive samples based on an eddy-current converter, in which, if certain conditions are fulfilled, it is possible to use the derived mathematical dependences l.

Однако указанный способ не позвол ет производить контролнг параметров проход щих покрытий, так как полученные дл этого случа аналитические зависимости на практике неприемлемы ввиду их сложности.However, this method does not allow the control of parameters of passing coatings, since the analytical dependencies obtained for this case are not acceptable in practice because of their complexity.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому вл етс способ контрол толщины (сопротивлени ) провод щих покрытий на основе вихретокового преобразовател 2.The closest in technical essence to the present invention is a method for controlling the thickness (resistance) of conductive coatings based on eddy current transducer 2.

В известном способе о толщине (сопротивлении) неизвестного покрыти суд т, сравнива значени выходного сигнала преобразовател дл известных и неизвестных образцов.In a known method, the thickness (resistance) of an unknown coating is judged by comparing the output values of the converter for known and unknown samples.

Известный способ также допускает измерение толщины покрытий только по активной составл ющей при посто нстве реактивной составл ющей сопротивлени подбора частоты пиto тающего генератора, но дл указанного в известном способе диапазона толщин частота питани устанавливаетс , в отличие от предлагаемого, таким образом, чтобы реактивна сос15 тавл юща сопротивлени преобразовател в процессе измерений равн лась реактивной составл ющей сопротивлени преобразовател , нагруженного массивным провод щим материалом. The known method also permits measurement of the thickness of the coatings only by the active component at the constant reactive component of the selection of the frequency of the feed generator, but for the thickness range specified in the known method, the feed frequency is set, unlike the proposed one, so that the reactive component the resistance of the converter during the measurement process was equal to the reactive component of the resistance of the converter loaded with a massive conductive material.

20 Известным способом возможно осуществление контрол толщины достаточно толстых слоев (толщиной более 1 мкм). Дл контрол более тонких 39 слоев (толщиной менее 1 мкм) известным способом необходимо увеличивать частоту питани вихретокового преобразовател до значений нескольких сотен МГц, что неосуществимо в практических услови х (вихретоковый метод не осуществим на таких частотах, поскольку пон тие индуктивйости преобразовател тер ет физический смысл). Кроме того, известный способ не позвол ет получить линейную зависимость между активной составл ющей вносимого сопротивлени и толщиной образца. Цель изобретени - получение линейной зависимости между активной составл ющей вносимого сопротивлени и толщиной образца. Дл этого в способе измерений толщины тонких провод щих покрытий, заключающемс в наведении вихревых токов в измер емом образце с помощью параметрического тонкостенного вихре вого преобразовател и в измерении вносимых в преобразователь активной и реактивной составл ющих сопротивлений , частоту питани преобразовате л устанавливают такой, чтобы разность между реактивными составл ющим сопротивлени ненагруженного преобразовател и преобразовател с образцом максимальной толщины составл ла от реактивной составл ющей ненагруженного образца, а о толщине покрыти суд т по активной составл ю щей вносимого в преобразователь сопротивлени , измеренного на выбранн частоте. Дл очень тонких провод щих покрытий (дл которых толщина намного меньше глубины проникновени электр магнитного пол в материалах покрыти ) оказываетс возможным подобрат такую частоту питани вихревого накладного преобразовател , на которо можно без необходимости сравнени с известными образцами рассчитать п математической формуле толщину (сопротйеле ие ) измер емого покрыти 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 услови х на стандартной аппаратуре. При этом неизвестное поверхностное сопротивление 4 а затем и толщину покрыти /61) наход т по формуле в 2g:() 0 О - удельна эффективна электропроводность материала покрыти ; f - установленна рабоча частота; г/м - магнитна проницаемость вакуума; а - радиус преобразовател ; W - количество витR - активна составл юща вносимого в преобразователь сопротивлени ; L - высота преобразовател ; h - рассто ние до измер емого покрыти ; специальна функци , завис ща только от относительных геометрических размеров преобразовател ( li Ь. а а , , 2-г. a)74v) ( -/)(b/o)Jr cJx 1I(x) - функци Бессел nepBorq пор дка. риведенна формула справедлива выполнении условий Mo Rg)min - приблизительна нижн граница необходимого диапазона измер емых сопротивлений исследуемых провод щих покрытий , приведенные неравенства должны выполн тьс в услови х проведени измерений. едлагаемый способ может исполььс в системах управлени пром металлизации в вакууме. Ожи экономическа эффективность оТ ени созданной установки сос .ет 9100 р. в год. 59019 Формула ,изоб| етени Способ измерени толщины тонких провод щих покрытий, заключающийс в наведении вихревых токов в изме- j р емом образце с помощью параметрического тонкостенного вихревого преобразовател и в измерении вносимых ;В преобразователь активной и реактивной составл ющих сопротивлений, о т- to л и чающийс тем, что, с целью получени линейной зависимости между активной составл ющей вносимого сопротивлени и толщиной образца, частоту питани преобразовател уста-is навливают такой, что(6ы разность между реактивными составл ющими сопротивле86 ни ненагруженного преобразовател и преобразовател с образцом максимальной толщины составл ла З от реактивной составл ющей ненагруженного образца, а о то™«ине покрыти суд т ло активной составл ющей вносимого в преобразователь сопротивлени измеренного на выбранной частоте. Источники информации, прин тые 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., Энерги , .1966, с.72 (прототип).20 In a known way, it is possible to control the thickness of rather thick layers (more than 1 micron thick). To control thinner 39 layers (less than 1 micron thick) in a known manner, it is necessary to increase the frequency of the eddy current transducer to several hundred MHz, which is impracticable under practical conditions (the eddy current method is not feasible at such frequencies, since the transducer inductance loses its physical meaning ). In addition, the known method does not allow to obtain a linear relationship between the active component of the insertion resistance and the sample thickness. The purpose of the invention is to obtain a linear relationship between the active component of the insertion resistance and the sample thickness. For this, in the method of measuring the thickness of thin conductive coatings, which induce eddy currents in the sample to be measured using a parametric thin-walled vortex converter and in measuring the active and reactive components of the converter, the frequency of the converter is set such that the difference between the reactive components of the resistance of the unloaded converter and the converter with a sample of maximum thickness are from the reactive component of the non-loaded The sample thickness, and the coating thickness is judged by the active component of the resistance applied to the transducer, measured at the selected frequency. For very thin conductive coatings (for which the thickness is much less than the penetration depth of the electric magnetic field in the coating materials), it is possible to choose such a frequency of the power supply of the vortex patch transducer that can be calculated without the need for comparison with known samples in a mathematical formula coating according to the known formula. By the described method, it is possible to control the thickness of thin metal (for example, aluminum) coatings (from 0.001 to 1 micron thick) at sufficiently low frequencies (from 0.05 to 5 MHz), which is easily accomplished under practical conditions on standard equipment. In this case, the unknown surface resistance 4 and then the coating thickness (61) is found by the formula of 2g: () 0 O is the specific effective electrical conductivity of the coating material; f - set operating frequency; g / m - magnetic permeability of vacuum; a is the radius of the transducer; W is the number of quitsR — the active component is the resistance introduced into the converter; L is the height of the transducer; h is the distance to the measured coating; special function depending only on the relative geometric dimensions of the transducer (li b. a, 2-d. a) 74v) (- /) (b / o) Jr cJx 1I (x) is a Bessel nepBorq order function. The given formula is valid for the conditions Mo Rg) min - the approximate lower limit of the required range of measured resistances of the conducting coatings under study, the given inequalities must be satisfied under the conditions of the measurement. The proposed method can be used in control systems for industrial metallization in vacuum. Ozhi economical efficiency from the creation of the created installation will total 9100 p. in year. 59019 Formula, Image | etheny A method for measuring the thickness of thin conductive coatings, which involves inducing eddy currents in a measurable sample using a parametric thin-walled vortex converter and in measuring input; Into the active and reactive component resistance transducer, that, in order to obtain a linear relationship between the active component of the insertion resistance and the thickness of the sample, the frequency of the converter is set up such that (6x the difference between the reactive components of The 86 unloaded transducer and the transducer with a sample of maximum thickness were 3 times the reactive component of the unloaded sample, and this was not judged by the active component introduced into the transducer resistance measured at the selected frequency. Expertise K Sobolev, VS, Vsarlet, Yu.N. Overhead and Screen Sensors, Novosibirsk, Nauka, 1967, pp. Shumilovsky II, Yarmolchuk GG, Grabovetsky VP Eddy current method. M.-L., Energiya, .1966, p.72 (prototype).

Claims

Claim

A method of measuring the thickness of thin conductive coatings, which consists in inducing eddy currents in the measured sample using a parametric thin-walled eddy transducer and in measuring the active and reactive components of the resistances introduced into the transducer, which means that, in order to obtain a linear relationship between the active component of the applied resistance and thickness of the sample, the frequency of the power supply of the converter 15 is set so that the difference between the reactive components of the resistance 901938 '6 is not the loaded transducer and the transducer with the maximum thickness sample was from the reactive component of the unloaded $ sample, and the coating thickness is judged by the active component of the resistance introduced into the converter measured at the selected frequency.