Контроль толщины тонких пленок

Определение толщины покрытия представляет серьезные методические трудности, в первую очередь из-за того, что понятие «толщина» применительно к тонким слоям теряет свою определенность в силу развитого рельефа поверхностей.

Под «истинной» толщиной пленки следует понимать величину

где d (y, z) – высота наружной границы металлических границ,

S – площадь поверхности слоя.

Существует ряд методов для измерения толщины проводящих тонких пленок: метод оптической интерферометрии, электрические, гравиметрические методы, методы с индикаторной иглой и т.д.

Электрические методы включают измерения электросопротивления пленки R двух- или четырех зондовым методом и расчет толщины по соответствующим формулам с учетом удельного сопротивления r. Для двухзондового метода

где l – длина пленки (расстояние между контактами);

а – ширина пленочной дорожки.

Гравиметрические методы основаны на взвешивании подложки до и после нанесения пленки. Средняя толщина пленки дается в ангстремах формулой

где ∆ P – разность веса, мкг;

S – площадь образца, см²;

r – плотность пленки, г∙см^-3.

Электрические и гравиметрические методы просты, однако, требуют знания в первом случае удельного сопротивления, во втором – плотности пленки.

Методы оптической интерферометрии используют явление интерференции света. В данной работе использован принцип образования интерференционных полос в интерферометре Майкельсона примененного в промышленном интерферометре МИИ-4.

Прибор МИИ-4 позволяет измерять высоты неровностей в пределах от 1 до 0,03 мкм.

При установке на прибор плоского отражающего образца на его изображении образуются интерференционные полосы (рис. 2.53)

1 2

а) б)

Рис. 2.53. Интерференционная картинка плоской поверхности (а);
б – ступенька пленки (1) – подложка (2)

Если на подложке сформировать ступеньку пленка-подложка, то интерференционная картина изменится (рис. 2.53, б).

По этой картинке пользуясь окуляром-микрометром можно определить толщину пленки

d =0,27(N ₃- N ₄)/(N ₁- N ₂) (мкм),

где N ₁, N ₂, N ₃, N ₄ –отсчеты окуляра-микрометра.

Порядок выполнения работы:

Ознакомиться с работой прибора МИИ-4, используя его описание.
Измерить толщины предлагаемых тонкопленочных образцов с помощью МИИ-4.
С помощью омметра измерить сопротивление этих образцов определить ρ.
Результаты п.п. 3,4 занести в таблицу и построить график ρ =f(d)
Поместить образцы в термостат и замеряя температуру и сопротивление построить график зависимости ρ =f(T) и ln σ =f()
Определить ТКС образцов и построить график зависимости ТКС= f(d)
Оценить погрешности результатов.