膜厚分布与监控技术.ppt

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1、膜层厚度的均匀性和实时测量2、膜厚的理论分布和计算1、实际源的蒸汽发射特性3、膜层厚度的测量膜层厚度的均匀性:膜厚随基板表面位置变化而变化的情况MgF2减反膜，膜厚λ/4(λ=520nm)>4nm,不同颜色渐变滤色片膜厚均匀现的重要性源的种类源的形状源/基板之间的相对位置基板的旋转膜厚分布MBE分子束流分布和基底温度CVD源气体流分布和基底温度分布温度决定化学反应的速度溅射等离子体分布“流水生产线”重点讨论热蒸发情况：点源和面源1)忽略蒸发原子与剩余气体和蒸发原子之间的碰撞。在真空中气体分子的平均自由程为：L=0.65/p(cm)，其中p的单位是Pa。当p=1.3×10-3Pa时，L≈

2、500cm。L>>基片到蒸发源的距离，分子作直线运动。蒸发过程的假设：2)蒸发源的发射特性不随时间而变化。3)入射到基片上的原子全部凝结成薄膜。凝结系数阴影效应：由于蒸发产生的气体分子直线运动，使薄膜局部区域无法镀膜或膜厚各处不一的现象热蒸发镀膜的阴影效应蒸发总质量(时间t内)：其中部分蒸发质量落在dAs基片上，由于dAs在球表面的投影面积为dAc,dAc=dAscosθ,所以有比例关系一.点蒸发源薄膜厚度：在中心点的膜厚：点蒸发源单位时间膜厚增加分布：hl二．面蒸发源其蒸气发射特性具有方向性，发射限为半球。蒸发源的发射按所研究的方向与表面法线间夹角呈余弦分布，即遵守克努曾定律当θ=

3、φ时根据面蒸发源示意图有：所以三.点源和面源的比较：面源：点源：1)两种源的相对膜厚分布的均匀性都不理想；2)点源的膜厚分布稍均匀些；3)在相同条件下，面源的中心膜厚为点源的4倍。下图表示与蒸发源平行放置于正上方的平面基片基板很小,并放在夹具的中央.实际源的蒸汽发射特性实际源的蒸汽发射特性偏离点源或面源的情况点源，细长面源溶化不粘，点源升华或其它，复杂电子枪n:2~3,>6提高膜厚均匀性的措施：采用若干分离的小面积蒸发源，最佳的数量,合理的布局和蒸发速率；改变基片放置方式以提高厚度均匀：a)球面放置基片；点源:点源位于球面夹具的球心,可在球的内表面镀得厚度均应的膜层.面源:面源位于球面

4、夹具的球面.唯一的蒸发源位置才能获得良好的均应性能对两个以上蒸发源同时获得良好的均应性.b)基片平面旋转旋转方式:(a)基片在圆顶上，绕轴旋转;(b)基片在鼓面上，源位于中轴线，鼓面绕中轴线旋转；(c)行星式旋转.c)行星旋转基片架薄膜厚度的测量非原位测量原子力显微镜（AFM）AFM的工作原理如图，将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触。由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力（10-8~10-6N），通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检

5、测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。一束激光从悬臂梁上反射到感知器，这样就能实时给出高度的偏移值。样品表面就能记录下来，最终构建出三维的表面图1、测量原理：直径很小的触针(探针)在一定载荷作用下滑过被测薄膜表面，同时记录下触针在垂直方向的位移大小并描绘样品表面轮廓，在薄膜边缘处轮廓的突变即薄膜的厚度（实际上是表面轮廓测量）。可同时测得薄膜的表面粗糙度及膜厚！2、仪器特征：1）探针：一般为金刚石，头部磨成R=2-10m的圆弧形；2分辩率：1nm(机械/光电放大位移量103-106倍)。3、基本矛盾：不破坏样品表面真实形

6、貌探头头部接触压力大直径探头有利；能分辨表面形貌微小起伏探头跟随性、分辨率小直径探头有利！4、优、缺点：1）方法简单、测量直观；2）适合硬膜测量，容易划伤较软薄膜并引起测量误差；3）对表面很粗糙的薄膜测量误差较大。探针法的测量原理探针法(粗糙度仪)非原位测量台阶仪(StylusProfilometer)1、测量原理：用高硬度的磨球通过传动机构在薄膜表面接触滚动，待薄膜磨穿之后，测量磨坑直径和薄膜磨穿区宽度，进而通过几何关系折算出薄膜的厚度。2、基本特点：1）简单快捷、可测多层膜内每层厚度；2）一定程度上还可评定磨损率及膜基结合强度；3）后效测量手段、使用近似公式有一定

7、测量误差。3、近似公式：磨坑直径及磨穿区宽度<<磨球直径Db时，任意一层薄膜的厚度D近似满足：式中：d—该层薄膜下表面对应磨坑直径；y—该层薄膜对应的磨穿区宽度。球痕法(Ball-Crater)球痕法的测量装置及原理非原位测量光的干涉条件：1）什么是光的干涉：指满足一定条件的两列相干光波相遇叠加，在叠加区域某些点的光振动始终加强、某些点始终减弱，即干涉区域内光强产生稳定空间分布的现象。光的干涉现象是光学干涉法测量薄膜厚度的基础！2）相