薄膜厚度测量技术

薄膜厚度测量技术一、薄膜厚度的光学测量方法二、薄膜厚度的机械测量方法一、薄膜厚度的光学测量方法1、光的干涉条件()2cosnABBCANndNsinsinn观察到干涉极小的条件是光程差等于（N+1/2）λ。2、不透明薄膜厚度测量的等厚干涉条纹（FET）和等色干涉条纹（FECO）法等厚干涉条纹的测量装置如图（a）所示。首先，在薄膜的台阶上下均匀地沉积上一层高反射率的金属层。然后在薄膜上覆盖上一块半反半透的平面镜。由于在反射镜与薄膜表面之间一般总不是完全平行的，因而在单色光的照射下，反射镜和薄膜之间光的多次反射将导致等厚干涉条纹的产生。等色干涉条纹法需要将反射镜与薄膜平行放置，另外要使用非单色光源照射薄膜表面，并采用光谱议分析干涉极大出现的条件。3、透明薄膜厚度测量的干涉法在薄膜与衬底均是透明的，而且它们的折射率分别为n1和n2的情况下，薄膜对垂直入射的单色光的反射率随着薄膜的光学厚度n1d的变化而发生振荡，如图中针对n1不同，而n2=1.5时的情况所画出的那样，对于n1n2的情况，反射极大的位置出现在1(21)4mdn在两个干涉极大之间是相应的干涉极小。对于n1n2的情况，反射极大的条件变为λ为单色光波长，m为任意非负的整数。1(1)2mdn为了能够利用上述关系实现对于薄膜厚度的测量，需要设计出强振荡关系的具体测量方法。（1）利用单色光入射，但通过改变入射角度（及反射角度）的方法来满足干涉条件的方法被称为变角度干涉法（VAMFO），其测量装置原理图如图。（2）使用非单色光入射薄膜表面，在固定光的入射角度的情况下，用光谱仪分析光的干涉波长，这一方法被称为等角反射干涉法（CARIS）。返回二、薄膜厚度的机械测量方法1、表面粗糙度仪法用直径很小的触针滑过被测薄膜的表面，同时记录下触针在垂直方向的移动情况并画出薄膜表面轮廓的方法被称为粗糙度仪法。这种方法不仅可以被用来测量表面粗糙度，也可以被用来测量薄膜台阶的高度。优点：简单，测量直观；缺点：（1）容易划伤较软的薄膜并引起测量误差；（2）对于表面粗糙的薄膜，并测量误差较大。2、称重法如果薄膜的面积A、密度ρ和质量m可以被精确测定的话，由公式mdA就可以计算出薄膜的厚度d。缺点：它的精度依赖于薄膜的密度ρ以及面积A的测量精度。3石英晶体振荡器法将石英晶体沿其线膨胀系数最小的方向切割成片，并在两端面上沉积上金属电极。由于石英晶体具有压电特性，因而在电路匹配的情况下，石英片上将产生固有频率的电压振荡。将这样一只石英振荡器放在沉积室内的衬底附近，通过与另一振荡电路频率的比较，可以很精确地测量出石英晶体振荡器固有频率的微小变化。在薄膜沉积的过程中，沉积物质不断地沉积到晶片的一个端面上，监测振荡频率随着沉积过程的变化，就可以知道相应物质的沉积质量或薄膜的沉积厚度。返回台阶仪其测量原理是：当触针沿被测表面轻轻滑过时，由于表面有微小的峰谷使触针在滑行的同时，还沿峰谷作上下运动。触针的运动情况就反映了表面轮廓的情况。传感器输出的电信号经测量电桥后，输出与触针偏离平衡位置的位移成正比的调幅信号。经放大与相敏整流后，可将位移信号从调幅信号中解调出来，得到放大了的与触针位移成正比的缓慢变化信号。再经噪音滤波器、波度滤波器进一步滤去调制频率与外界干扰信号以及波度等因素对粗糙度测量的影响。台阶仪测量精度较高、量程大、测量结果稳定可靠、重复性好，此外它还可以作为其它形貌测量技术的比对。但是也有其难以克服的缺点：1、由于测头与测件相接触造成的测头变形和磨损，使仪器在使用一段时间后测量精度下降；2、测头为了保证耐磨性和刚性而不能做得非常细小尖锐，如果测头头部曲率半径大于被测表面上微观凹坑的半径必然造成该处测量数据的偏差；3、为使测头不至于很快磨损，测头的硬度一般都很高，因此不适于精密零件及软质表面的测量。