Данилин Б.С. - Вакуумное нанесение тонких плёнок (1051250), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Точность метода повышается, если покрыть поверхность клина пленкой с большим коэффициентом отражения и малым коэффициентом поглощения. Кроме того, для повышения точности важно иметь однородную пленку по всей поверхности образца и четко выраженный контур ступеньки, имеющий отклонение от параллельности в падающем монохроматическом пучке не более 1 — 3'. 251 На практике точность измерения составляет 20--30 А. Основные причины возникновения погрешностей — несовершенство оптических полированных поверхностей.
К достоинствам метода следует отнести его высокую точность, а также простоту процесса измерения толщины. При использовании метода полос равного хроматического порядка вместо монохроматического источника света используется источник белого света, что во много раз увеличивает интенсивность света, падающего на интерферометрические пластины. Интерференционная картина наблюдается на параллельных пластинах с малым воздушным зазором.
Подготовка пластины с пленкой, толщина которой измеряется, производится следующим образом: часть подложки экранируется плотно прижатой фольгой, после чего путем вакуумного напыления на подложку осаждается тонкая пленка. Затем фольга снимается, и на подложке остается ступены а, равная толщине пленки. После этого на измеряемую пленку напыляется непрозрачный слой серебра с коэффициентом отражения 92 — 947ю который точно повторяет рельеф ступеньки.
Высота ступеньки является измеряемой толщиной пленки. На вторую стеклянную пластинку осаждается частично прозрачный слой серебра. Обе пластинки сжимаются специальным зажимом и освещаются параллельным пучком белого света. Получающаяся при этом в воздушном зазоре интерференционная картина проектируется ахроматической линзой на щель спектрографа. В фокальной плоскости объектива камеры образуются две системы линий равного хроматического порядка. Система линий, возника ошая в зазоре большой толщины, смещена в длинноволновую часть спектра по отношению ко второй системе линий. Это смещение тем больше, чем больше измеряемая толщина пленки. Точность определения толщины этим методом составляет 5 А. К достоинствам метода следует отнести его высокую точность и универсальность. Основным недо статком метода является невозможность измерения толщины пленки в процессе напыления.
Помимо интерференционных методов, для измерения толщин может быть использована способность тонкой металлической пленки, нанесенной на поверхность стек- 252 ла илн другого диэлектрика, изменять состояние поляризации света, отраженного этой поверхностью, Таким путем удается измерять пленки толщиной от 50 до 1000 А с точностью 10 — 15 А, При нанесении многослойных интерференционных слоев толщина каждого слоя может контрочироваться путем измерения интенсивности света, отраженного или прошедшего через контрольную пластинку, посредством фотоэлемента и гальванометра.
Помимо видимого света, для контроля толщины пленки, нанесенной на изоляционную подложку, могут использоваться рентгеновские лучи. В основе этого метода лежит изменение интенсивности рентгеновских лучей в результате их поглощения при прохождении через пленку. Поглощение это можно сильно увеличить, если угол ~р наклона пучка рентгеновских лучей к поверхности пленки будет очень мал. В этом случае путь, пройденный пучком лучей, составит ЙЫп 41, где Й вЂ” толщина пленки.
Если по одну сторону от подложки расположить источник рентгеновских лучей и счетчик Гейлера — Мюллера, то толщина металлической пленки й может быть найдена нз уравнения 1 — М12 КИ11п М где 1„и 1' — интенсивности лучей, отраженных от покрытой и непокрытой подложки; й — коэффициент поглощения; у — плотность пленки. Описанный метод применим к металлическим пленкам, нанесенным на изоляционную подложку, и позволяет измерять пленки толщиной от 1 до 100 мк при условии, что толщина пленки составляет более 1 % от толщины подложки. Магнитно-электрический метод.
В основе метода лежит зависимость концентрации носителей тока в тонкой пленке от ее толщины. Концентрация носителей тока пропорциональна удельной электропроводности, которая определяется из значения подвижности. Измерение подвижности М сводится к измерению напряжения Холла Р, нз уравнения а~яр,11 1 253 где а — длина пленки; 77 — ширина пленки; 'рта — напряжение на конце пленки„. 77 — напряженность магнитного поля. На рис. 3-65 показано расположение электродов на подложке. Электроды 2 и 4 предназначены для измерения напряжения Холла, а электроды 1 и 3 — для пропускания тока через образец. Электроды обычно изготавливаются путем вжигания ра 4 3 серебряной пасты или же 7 путем термического напыле— 1 ния в вакуу'ме.
Прибор для напыления 4 представляет собой вертикально распо,чоженный стеклянный цилиндр, сверху и снизу снабженный плоскими Рис. З-бб. Расположение алек- шлифами На верхнем шли тродон по подложке датчиков ф на нижнем — тигель с испаряемым веществом. Та часть цилиндра, в которой располагаются подложки, находится в магнитном поле наружного соленоида.
В качестве регистрирующего прибора может использоваться электронный автоматический самопишущий потенциометр. Основным достоинством метода является измерение толщины пленки и скорости осаждения непосредственно в процессе напыления, а недостатком является сложность процесса измерения. Радиометрический метод. При использовании этого метода пленка, толщину которой необходимо измерить, и контрольный образец, изготовленный из того же материала, одновременно облучаются в пучке активирующего а- или й-излучения. Толщина пленки определяется из соотношения образовавшихся в результате облучения активностей пленки и контрольного образца.
Резистивный метод. В основе резистинного метода лежит зависимость между толщиной и сопротивлением металлической пленки постоянному току. При этом толщина й металлической пленки определяетя по формуле ра РЬ* 254 где о — удельное сопротивление; а н Ь вЂ” соответственно длина и ширина пленки; тс — поверхностное сопротивление пленки.
Под толщиной металлической пленки в данном случае понима7от ту толщину, которук> имел бы слой, если бы его сопротивление было равно удельному сопротивлению массивного металла. На самом деле лишь — 75 1 для некоторых пленок их проводимость мало отличается от проводимости исходного материала. Таким материалом, например, являются пленки на основе железоникелевых сплавов, у которых изменению толщины от 400 А до! мк соответст- В вует линейное изменение сопротивления от единиц до десятых долей ома. Для подавляющего жс Рис. 3-бб.
Измерительный конденсатор гребенчатого типа. à — подложка ит квардевого стекла; т — полоска иа алюмингглг а — контактные площадки; Š— распределение алектранескага палл между паласами. большинства металлов имеет место существенное отличие величин сопротивления и проводимости тонких пленок от значения этих величин для массивных кускон металла, в связи с чем приходится вводить поправочные коэффициенты. Для измерения сопротивления пленки непосредственно в процессе напыления рядом с напыляемой подложкой обычно устанавливается квадратный «свидетель» из изоляционного материала. На его кожухе укреплены широкие плоские контакты из серебра, соединенные с измерительным мостом, Ввиду того, что на практике чаще всего применяются большие скорости напыления, сопротивление пленки за доли секунды может меняться от десятков тысяч до десятых долей ома, в связи с чем к измерительной аппаратуре предъявляются специфические требования.
Емкостный метод. В основу метода положено измерение емкости конденсатора при изменении толщины ди- 255 электрической пленки между его обкладками. Емкосгный датчик может быть выполнен в виде плоской кварцевой пластины, на которую напылеиы тонкие алюминиевые полоски, соединенные по бокам более широкими контактными площадками. Выбор кварца обусловлен тем, что у него диэлектрическая постоянная практически не изменяется при нагреве пластин вплоть до 200 — 250'С, в то время как у керамики и тем более у стекла она значительно изменяется с температурой. Емкостный датчик (рис. 3-66) представляет собой гребенчатый конденсатор. Емкость такого конденсатора может быть определена исходя из соотношения с' К,У 1 — — „., К2 (й) где С, — емкость между двумя проводящими полосами на единицу их длины; в,р — средняя диэлектрическая проницаемость, равная среднему арифметическому из проницаемости вакуума и подложки; К~ и Кс — полные эллиптические интегралы по модулям (~ 1 —,—,,) в (с)'с(); с — расстояние между полосами; с( — расстояние между осями полос.
Максимальное значение емкости конденсатора для заданного числа полос и их длины достигается при выс 3 боре размеров, удовлетворяющих равенству — = —, При д 4' нанесении на конденсатор диэлектрической пленки его емкость С возрастает вследствие изменения средней диэлектрической проницаемости С= Со+~(е, й), где в — диэлектрическая проницаемость материала пленки; Ь вЂ” толщина пленки; Со — начальная емкость конденсатора.
Прн толщинах диэлектрических пленок в пределах тысячных долей миллиметра изменение емкости ЛС для 256 данного вида диэлектрика практически имеет линейный характер: ЛС=Г'(в) й, пl где,т (в) =сопз1 для данного вида диэлектрика и заданных па амет ов и р ров измерительного конденсатора и представляет собой его чувствительность. .,мк Таким образом, опре- в делив чувствительность прибора для данного вида диэлектрика, можно г измерить толщину пленки непосредственно в процессенапыления. Градуировочные кривые прибора для монооокиси кремния, халькогенидиого стекла ИКС-24 и трех- сернистой сурьмы приведены на рис, 3-67.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
