SU966488A1 - Измеритель толщины полимерных пленок - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  контрол  толщины полимерных пленок в процессе производства .

Известно устройство дл  измерени  толщины полимерных пленок, содержащее накладные емкостные первичные преобразователи и схему обработки измерительного сигнала C IНедостатком этого устройства  вл етс  невысока  точность измерени , обусловленна  вли нием факторов окружакмдей среды на диэлектрические свойства подложки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  измеритель толщины полимерных плеиок, содержащий измерительный и образцовый накладные емкостные первичные преобразователи, состо щие каждый из высокопотенциального и низкопотенциального электродов, закрепленных на одной диэлектрической подложке, два коммутатора, входы которых подключены к высокопотенциальным электродам, мостовую схему; вход которой подключен к выходам коммутаторов, генератор высокой астоты, выход которого подключен к

входу питани  мостовой схемы, последовательно соединенные избирательный усилитель высокой частоты, вход которого подключен к выходу мостовой схемы, амплитудный Детектор и избирательный усилитель частоты коммутации , синхронный детектор, информационный вход которого подключен к выходу избирательного усилител  часто10 ты коммутации, делитель частоты, вход которого подключен к выходу генератора высокой частоты, а выход - к Управл ющим входам коммутаторов и к управл н дему входу синхронного детектора и регистратор 2}.

Недостатком этого устройства  вл етс  невысока  точность измерени , обусловленна  наличием температурного и временного дрейфа коэффициента пе20 редачи разомкнутого измерительного тракта.

Цель изобретени  гповышение точм ности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем,

25 что измеритель толщины полимерных пленок, содержащий измерительный и образцовый накладные емкостные первичные преобразователи, состо щие каждый из высокопотенциальных и низ30 копотенциальньах электродов, закрепленных на одной диэлектрической под:ложке , два коммутатора, входы которых подключены к выcokoпoтeнциaльным электродам, мостовую схему, вход которой подключен к выходам коммутатор генератор высокой частоты,выход -которого подключен к входу питани  мос товой схемы, последовательно соедине ные избирательный усилитель высокой частоты, вход которого подключен к выходу мостовой схемы, амплитудный детектор и избирательный усилитель частоты коммутации, синхронный детек тор, информационный вход которого подключен к выходу избирательного ус лител  частоты коммутации, делитель частоты, вход которого подключен к выходу генератора высокой частоты, а выход - к управл ющим входам коммутаторов и к управл ющему входу син хронного детектора и регистратор, снабжен основным управл емым конденс тором, включенным между.высокопотенциальным и низкопотенциальным электр дами образцового преобразовател , компенсационным управл емым конденса тором, включенным между высокопотенциальным и низкопотенциальным электродами измерительного преобразовател , двум  делител ми напр жени , выходы которых подключены к управл ющим входам управл емых конденсаторов источником эталонного напр жени , подключенным к входам делителей напр жени , фильтром Нижних частот, вход которого подключен к выходу син хронного детектора, усилителем посто нного тока, вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, а выход - к второму управл ющему входу основного управл емого конденсатора и к регистратору. На чертеже приведена блок-схема измерител  толщины полимерных пленок Устройство содержит измерительный 1 и образцовый 2 накладные емкостные первичные преобразователи, состо щие каждый из низкопотенциальных 1.1 и 2.1 и высокопотенциальных 1.2 и 2.2 электродов, закрепленных на диэлектрической подложке 3, регистратор 4, компенсационный 5 и основной 6 управ л емые конденсаторы, включенные между .вцсокопотенциальным-и низкопотенциальным электродами соответственно измерительного 1 и образцового 2 преобразователей, делители 7 и 8 напр жени , источник 9 эталонного напр жени , подключенный к входам делителей 7 и 8, коммутаторы 10 и 11, подключенные к высокопотенг циальным электродам соответственно .образцового 2 и измерительного 1 Преобразователей, мостовую схему 12, подключенную к .выходам коммутаторов, генератор 13 высокой частоты, подключенный ко входу питани  мостовой схемы 12, делитель 14 частоты, вклю ченный на вькоде генератора 13, последовательно соединенные избирательный усилитель 15.высокой частоты, амплитудный детектор 16 и избирательный усилитель 17 частоты коммутации, синхронней детектор 18, последовательно включенные фильтр 19 нижних частот и усилитель 20 посто нного тока, выход которого подключен к регистратору 4, Устройство работает следующим образом . Неодинаковость емкостей измерительного 1 и образцового 2 первичных преобразователей при отсутствии измер емой пленки устран етс  при помощи двух управл емых конденсаторовкомпенсационного 5 и основного 6. Применение управл емого компенсационного конденсатора 5 позвол ет .более полно компенсировать температурную и временную нестабильность, управл емого основного конденсатора 6. В качестве управл емых конденсаторов 5 и 6 могут быть использованы, например , специально подобранные по идентичности параметров варикапы. При Ь1ЛОЩИ делителей 7 и 8 напр жени , которые подключены к источнику 9 эталонного напр жени , подают на управл емые конденсаторы 5 и 6 такие значени  напр жени , при которых раз-г ность емкостей первичных преобразователей 1 и 2 близка к нулю. Измер емые сигналы преобразователей 1 и 2 поступают через коммутаторы 10 и 11 на входы мостовой схемы 12, к входу питани  которой подключен .генератор 13 высокой частоты. Напр жение с выхода генератора 13 подаетс  также на управл ющие входы коммутаторовЮ и 11 через делитель 14 частоты. При подключении измерительного преобразовател  1 к схеме 12 высокопотенциальный электрод.2.2 образцового преобразовател  2 подключаетс  к низкопотенциальному электроду 2.If и наоборот, при подключении образцового преобразовател  2 к схеме 12 высокопотенциальный электрод 1.2 измерительного Преобразовател  1 йодключаетс  к низкопотенциальнс 1у электроду 1,1. Такое переключение электродов позвол ет перераспределить электрические пол  преобразователей 1 и 2 в диэлектрической подложке 3 так, что при поочередном подключении этих преобразователей к мостовой схеме 12 их электрические пол  будут пронизывать одни и те же слои диэлектрической подложки 3. При этом все изменени  диэлектрических свойств подложки 3 при изменении температуры , давлени  и т.д; будут в равной мере вли ть на емкость измерительного 1 и образцового 2 преобразователей .. .

При наложении контролируемой пленки на измерительный преобразователь 1, емкость -его возрастает по отношению к емкости образцового преобразовател  2. Так как амплитуда напр жени  на выходе моста зависит от емкости подключаемого преобразовател , высокочастотное напр жение на выходе мостовой схемы 12 промодулировано с частотой коммутации. При этом глубина модул ции пропорциональна разности емкостей преобразователей 1 ч 2. Это напр жение усиливаетс  избирательным усилителем 15 высокой частоты и выпр мл етс  амплитудным детектором 16. Напр жение на выходе амплитудного детектора 16 будет имет в своем составе посто нную составл ющую и переменную составл ющую с частотой коммутации. Эта переменна  составл юща  на выходе амплитудного детектора 16 выдел етс  и усиливаетс  избирательным усилителем 17 частоты коммутации. Амплитуда знакопеременного напр жени  на выходе избирательного усилител  17 пропорционална разности емкостей преобразователей 1,2. Это напр жение подаетс  на информационный вход синхронного детектора 18, на управл ющий вход которого подано опорное напр жение с выхода генератора 13 высокой частоты через делитель 14 частоты. На выходе синхронного детектора 18 по вл этс  выпр мленное напр жение, величина которого св зана пропорциональной зависимостью с разностью емкостей преобразователей 1 и 2. Так как эта разность определ етс  емкостью , вносимой контролируемой пленкой , то напр жение на выходе синхронного детектора 13 функционально св зано с толщиной пленки. Это напр жение подаетс  через фильтр 19 нижних частот на усилитель 20 посто нного тока, с выхода которого усиленное напр жение подаетс  на регистратор 4 и на второй управл квдий вход конденсатора 6..

Емкость управл емого конденсатора 6, под воздействием приложенного напр жени  с выхода усилител  20, измен етс  на такую величину, котора  почти равна емкости, привнесенной, измер емой пленкой в измерительный преобразователь 1. При этом суммарна  емкость измерительного преобразовател  1 с плёнкой и компенсационного конденсатора 5 будет всегда отличатьс  от суммарной емкости образцового преобразовател  2 и основного конденсатора 6 на небольшую величину ДС, котора  обуславливает небольшую остаточную модул цию высог кочастотного напр жени  на выходе

мостовой схемы 12, что в конечном счете, посредством усилительно-преобразовательного тракта измерительной системы обеспечивает поддержание Напр жени  на управл ющем входе конденсатора 6 на необходимом уровне. Величина ДС будет тем меньше, чем больше коэффициент передачи (усилени ) всего измерительного тракта. Таким образом, приращение емкости

0 в измерительном преобразователе 1, обусловленное изменением толщины пленки вызывает почти такое же по величине приращение емкости в управ-л емом конденсаторе 6. Поэтому зависимость емкости от толщины пленки у конденсатора 6 будет почти такой же, как и у измерительного преобразовател  1. Так как емкость конденсатора 6 св зана функционально с напр жением, подаваемым на его управл ющий вход с усилител  20, то это на- пр жение имеет также функциональную св зь с толщиной пленки. Причем это напр жение будет зависеть лишь от толщины пленки и не будет практически

5 измен тьс  из-за дрейфа и нестабильности коэффициента передачи всегр измерительного тракта (если коэффициент передачи тракта достаточно велик )..

0

Дл  исключени  вли ни  на результат измерени  температурного и временного дрейфа емкости управл емого конденсатора б, к измерительному преобразователю 1 подключен компенсационг

5 ный управл ешлй конденсатор 5. Эффект компенсации достигаетс  тем, что компенсационный управл емыйконденсатор 5 имеет такие же параметр температурного и временного дрейфа,

0 как и рабочий конденсатор 6.

Использование предлагаемого измерител  позвол ет .повысить точность измерени  толщины полимерных пленок 45 при наличии дестабилизирующих факторов внешней среды.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР 398814, кл. а 01 В 7/06, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР по за вке 2930531/18-23,

«л. G 01 В 7/06, 1980 (прототип-).