Информационно-измерительная система контроля толщины диэлектрических плёнок и плоских изделий

Авторы патента:

Полезная модель относится к информационно-измерительной технике и может быть использована для измерения толщины пленок и плоских изделий из диэлектрических материалов, в том числе полупроводниковых пластин и диэлектрических листов при автоматизации процессов их изготовления. Задачей, на решение которой направлена заявляемая система, является увеличение точности измерений, надежности и быстродействия. Для этого Система содержит обкладки 1 и 2 конденсатора, в зазоре между которыми размещена подвижная диэлектрическая пленка или плоское изделие 3, которые намотаны на рулоны 4 и 5. Блок регистрации информации о толщине пленки содержит источник оптического излучения в виде лазерного диода 6, свет с выхода которого проходит по оптическому пути: поляризатор 7, электрооптическая ячейка Поккельса, содержащая два электрода 8, между которыми размещен кристалл из электрооптического материала 9, анализатор 10, фотодиод 11. Выход фотодиода подключен ко входу микроконтроллера 12, содержащего микропроцессор, усилитель и аналого-цифровой преобразователь (не показаны). Выход микроконтроллера подключен к жидкокристаллическому индикатору 13. Управление режимами работы микроконтроллера осуществляется клавиатурой управления 14. 1 илл.

Толщина и ее распределение по площади полупроводниковых и диэлектрических пленок и пластин являются важнейшим параметром, контролируемым на различных стадиях изготовления полупроводниковых пленок и пластин. В частности, контроль толщины полупроводниковых пластин производят после резки полупроводниковых слитков на пластины, сортировку полупроводниковых пластин по толщине производят перед проведением групповых операций шлифовки и полировки. Контроль полупроводниковых пластин по толщине является необходимой операцией перед проведением процесса фотографии. Жесткие требования к дефектности и чистоте поверхности полупроводниковых пластин исключают толщины пластины или ее разнотолщинности.

Контроль толщины изделия так же актуален при изготовлении металлических фольг и металлических пленок как на стадии их проката или протяжки, так и на стадии выходного контроля.

Известен способ измерения толщины полупроводниковой пластины и устройство для его реализации (О.И. Бочкин и др. Механическая обработка полупроводниковых материалов - М.: Высшая школа, 1983, с. 63-64). Согласно известному способу, контролируемую полупроводниковую пластину, установленную на держателе, помещают между поверхностями электродов. При этом образуются два емкостных датчика, каждый из которых сформирован соответствующей поверхностью полупроводниковой пластины и ближайшим электродом и подключен к своему блоку регистрации информации. Таким образом, известное устройство без введения контролируемой пластины измерительных датчиков не содержит.

Недостатком известного технического решения следует признать необходимость измерения двух емкостей с использованием двух независимых измерительных блоков, а так же невозможность измерения толщины диэлектрических пленок.

За прототип принята информационно-измерительная система контроля толщины диэлектрических пленок и плоских изделий (RU, авторское свидетельство N 2107257, кл. G01B 7/06, H01L 21/66, 20.03.1998), содержащая обкладки конденсатора, в зазоре между которыми размещена подвижная диэлектрическая пленка или плоское изделие, и блок регистрации информации.

Недостатками данной системы являются низкая точность измерения, невысокая надежность, а также низкое быстродействие, ограничивающие область их применения.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая система, является увеличение точности измерений, надежности и быстродействия.

Поставленная задача решается тем, что в информационно-измерительной системе контроля толщины диэлектрических пленок и плоских изделий, содержащей обкладки конденсатора, в зазоре между которыми размещена подвижная диэлектрическая пленка или плоское изделие, и блок регистрации информации, в отличие от прототипа, блок регистрации информации выполнен в виде последовательно оптически соединенных лазерного диода, поляризатора, электрооптической ячейки Поккельса, анализатора, фотодиода, выход которого подключен ко входу управляемого клавиатурой микроконтроллера, содержащего микропроцессор, усилитель и аналого-цифровой преобразователь (не показаны), выход микроконтроллера соединен с жидкокристаллическим индикатором, а ячейка Поккельса содержит электрооптический кристалл с двумя электродами снаружи его, которые последовательно соединены электрически с обкладками конденсатора.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На фигуре, приведена структурная схема заявляемой информационно-измерительной системы контроля толщины диэлектрических пленок и плоских изделий.

Система содержит обкладки 1 и 2 конденсатора, в зазоре между которыми размещена подвижная диэлектрическая пленка или плоское изделие 3, которые намотаны на рулоны 4 и 5. Блок регистрации информации о толщине пленки содержит источник оптического излучения в виде лазерного диода 6, свет с выхода которого проходит по оптическому пути: поляризатор 7, электрооптическая ячейка Поккельса, содержащая два электрода 8, между которыми размещен кристалл из электрооптического материала 9, анализатор 10, фотодиод 11. Выход фотодиода подключен ко входу микроконтроллера 12, содержащего микропроцессор, усилитель и аналого-цифровой преобразователь (не показаны). Выход микроконтроллера подключен к жидкокристаллическому индикатору 13. Управление режимами работы микроконтроллера осуществляется клавиатурой управления 14.

Заявляемая система работает следующим образом. Волоконно-оптическая цепочка, образованная элементами структурной схемы 6, 7, 8, 9, 10, 11, представляет собой электрооптический преобразователь Поккельса, в котором мощность светового сигнала на выходе анализатора 10 пропорциональна электрическому напряжению Uп, приложенному к электродам электрооптической ячейки Поккельса. В свою очередь, общее напряжение U приложено к последовательной электрической цепи, образованной конденсатором с обкладками 1, 2 и емкостным сопротивлением электродов 8 ячейки Поккельса.

Если обозначить через Uк напряжение конденсатора с обкладками 1, 2, то можно записать: U=Uк+Uп, отсюда следует: Uп=U-Uк. При неизменной величине приложенного общего напряжения U вследствие изменения величины Uк (из-за изменения емкости и как следствие изменения емкостного сопротивления при изменении толщины пленки) будет иметь место изменение напряжения Uп, приложенного к электродам электрооптической ячейки. В итоге изменится, мощность светового луча на выходе фотодиода и показания жидкокристаллического индикатора на выходе микроконтроллера будут отображать толщину пленки.

Таким образом, заявляемая информационно-измерительная система контроля толщины диэлектрических пленок и плоских изделий вследствие введения волоконно-оптической измерительной системы с микроконтроллером, содержащим микропроцессор позволяет увеличить точность вследствие использования обработки сигнала микропроцессором и коррекцией погрешностей. Вместе с тем это увеличивает быстродействие и повышает надежность работы системы.

Информационно-измерительная система контроля толщины диэлектрических плёнок и плоских изделий, содержащая обкладки конденсатора, в зазоре между которыми размещена подвижная диэлектрическая плёнка или плоское изделие, и блок регистрации информации, отличающаяся тем, что блок регистрации информации выполнен в виде последовательно оптически соединенных лазерного диода, поляризатора, электрооптической ячейки Поккельса, анализатора, фотодиода, выход которого подключен ко входу управляемого клавиатурой микроконтроллера, содержащего микропроцессор, усилитель и аналого-цифровой преобразователь, выход микроконтроллера соединен с жидкокристаллическим индикатором, а ячейка Поккельса содержит электрооптический кристалл с двумя электродами снаружи его, которые последовательно соединены с обкладками конденсатора.