真空技术-薄膜厚度的测量.pdf

《真空技术-薄膜厚度的测量.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、薄膜厚度的测量什么是薄膜膜厚测量方法的分类机械法——台阶仪电学法——晶振光学法——椭偏仪课堂小结主讲人：黄俊华导师：宋群梁教授什么是薄膜薄膜是不同于其他物态（固液气、等离子体）的一种新的凝聚态，物质的第五态。薄膜就是薄层材料，分为气体薄膜，液体薄膜还有我们今天要讲到的固体薄膜（薄膜单体和附着在某种基体上的另一种材料的固体薄膜）各种介质，半导体和金属薄膜，在半导体工业，光学工业，其他机械工业以及很多科研项目中，日益广泛的被应用。薄膜的“尺寸效应”的关系，薄膜厚度的不同，薄膜电阻率、霍尔系数、光反射率等等性质都会有所不同。因此，为了更好的研究物质结构及性能，这就希望对

2、各种膜厚的测量和控制提供更为灵敏和准确的手段。膜厚测量方法分类对于各种膜厚的测量，可采用各种称量法方式方法，按照测量手段分为如机械的、电学的、光学的方法，其中机械法机械探针法以光学方法应用最为普遍。…下面就来看看按这三种方法分类的膜厚测量方法有哪些：石英振动法电学法膜厚检查方法…干涉法光学法偏光法…微量天平法•称量法扭秤法机械•机械探针法—台阶仪法•光学机械法—立式光学计法•磨角染色测微法•磨角电探针法线电阻法•电阻法面电阻法电电容法•交流电桥法电感法学•晶体振荡法—石英振频法法扫描电子显微镜•电子射线法俄歇电子谱法变厚极值法•光电极值法变角极值法变波长极值法—红

3、外干涉法辨色法-比色法斜阶条纹法•干涉法目视弯度法弯度法测微目镜法光电狭缝法摄影测量法条纹对正法光等色级条纹法钠光内标法学法•偏光法偏光干涉法偏光椭度法—椭偏仪二次曝光法•全息法实时法—基片波前存储法•X光法STS膜厚定义MSpS•台阶仪、石英晶振、椭偏仪这三种测量方法测得的薄膜厚度，分别属于形状膜厚d，质量膜厚d，物性膜厚d（P211）。TMP•基片表面为S，薄膜的不在基片那一侧表面的平均表面称为薄膜的形状表面，S；将基片上构成薄膜的全部原子重新排列，使其密度与块T状材料完全一样，而且均匀的分布在基片表面上，把此时得到的表面称为薄膜的质量表面，S在测量了薄膜的物

4、理特性后，把具有同样M；物理性质而且宽度与长度与薄膜是一样的块状材料的表面称为薄膜物性表面，S。P•（S,S）组合距离为d；（S,S）组合距离为d；（S,S）组合d；通TTMMpp常d>=d>=dTMP•下面，我们就重点来看看这三种测量仪器是如何实现膜厚测量的。台阶仪差动变压器式光洁度计的触针部分台阶仪（金属触针、位移传感位移传感器：阻抗变化式，差动变压器、放大器)、电脑式，压电放大式等台阶仪测量原理•形状薄膜测厚法•台阶法（触针法）：这是将表面光洁度测量移用与薄膜厚度测量的一种方法。•测量具体过程：金刚石触针——表面上移动——触针跳跃运动——高度的变化由位移传感

5、器转变成电信号——直接进行读数或由记录仪画出表面轮廓曲线。•膜厚测量时，需薄膜样品上薄膜的相邻部位完全无膜，形成台阶(两种方法：遮盖、腐蚀)。当触针横扫过该台阶时，就能通过位移传感器显示出这两部分之间的高度差，从而得到形状薄膜值dT。金刚石触针r=0.1-10μm薄膜m=1-30mg基体优缺点优点缺点•迅速测定薄膜的厚度及其分布•不能记录表面上比探针直径小•可靠直观的窄裂缝、凹陷•具有相当的精度•由于触针的尖端直径很小，易将薄膜划伤、损坏因此这种方法对具有较高硬度的薄膜(SiO、TiN等）适用。2面对柔软薄膜则必须采用较轻质量、较大直径的触针，才能不使薄膜划伤和避

6、免因膜材粘附在触针尖上而形成误差。现已有试制成功可用于冰晶石、硫化锌、铝等软质光学膜厚测量的台阶仪。晶振•石英晶体振荡法（QCO法）测量原理：基于石英晶体的振荡频率随其质量而变化的特性。石英晶体具有压电效应，利用该特性可制成高Q值的电子振荡器。其谐振频率f与晶体厚度t关系f2tυ是在厚度t方向上波长为λ的弹性横波的传播速度，υ=√G/ρ.qqG为石英晶体的切变模量；ρ为石英晶体的密度，约2.65g/cm3qq石英上沉积一层薄膜，质量为dm，密度为ρ，只要薄膜足够薄，则膜本身的弹性尚未起作用，其总体性质仍接近于石英晶体本身的弹性，如果S为晶体上薄膜覆盖面积

7、，则石英晶体厚度增加量dtSρtqdtdm/SρdtqS为晶体上薄膜覆盖的面积ρ为石英密度q因厚度变化dt引起的频率变化df为f2tdfdt22t22fdm即：dfSq负号表示晶体上沉积的薄膜厚度使质量增加，相应的晶体谐振频率下降如果沉积在石英晶体上的薄膜厚度是均匀的，则薄膜的质量厚度dM应满足：dmSdM22fdm代人式dfSqqdf得：dM22f晶振频率变化和薄膜厚度的关系石英晶振片的选择•单晶石英晶体是两端为椎体的六面柱体。定义石英晶体的质量灵敏度C为相应于谐振基频改变1Hz时单位面积上的质

8、量变化的绝