薄膜厚度測試20161202

1、薄膜厚度的測量薄膜厚度的測量 薄膜是不同于其他物態(tài)（固液氣、等離子）的一種新的凝聚態(tài)，物質(zhì)的第五態(tài)。薄膜就是薄層材料，分為：氣體薄膜液體薄膜固體薄膜由于薄膜的“尺寸效應(yīng)”的關(guān)系，薄膜的厚度不同，性質(zhì)會(huì)有所變化。薄膜的電阻霍爾系數(shù)光反射率等為了更好地研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)及性能，我們希望對各種膜厚的測量和控制提供更為靈敏和準(zhǔn)確的手段。u薄膜測量方法的分類薄膜測量方法的分類u 機(jī)械法機(jī)械法-臺(tái)階儀臺(tái)階儀u 電學(xué)法電學(xué)法-晶振晶振u 光學(xué)法光學(xué)法-橢偏儀橢偏儀膜厚檢查方法膜厚檢查方法機(jī)械機(jī)械法法電學(xué)法電學(xué)法光學(xué)法光學(xué)法稱量法稱量法機(jī)械探針法機(jī)械探針法-臺(tái)階儀臺(tái)階儀光學(xué)機(jī)械法光學(xué)機(jī)械法磨角染色測微法磨角染色測微

2、法磨角電探針法磨角電探針法線、面電阻法線、面電阻法交流電橋法交流電橋法晶體振蕩晶體振蕩-石英振頻法石英振頻法電子射線法電子射線法干涉法干涉法X X光法光法偏光法偏光法全息法全息法臺(tái)階儀、石英晶振、橢偏儀這三種測量方法測得的薄膜厚度，分別屬于形狀膜厚dT ，質(zhì)量膜厚dM ，物性膜厚dP。G：實(shí)際表面P：平均表面 SS：基片表面ST：形狀表面，即平均表面SM：質(zhì)量等價(jià)表面SP：物性等價(jià)表面dT：形狀膜厚，SS和ST面之間的距離dM：質(zhì)量膜厚，SS和SM面之間的距離dP：物性膜厚，SS和SP面之間的距離dTdMdP 形狀薄膜測厚法形狀薄膜測厚法臺(tái)階法（觸針法）：這是將表面光潔度測量移用與薄膜厚度測量

3、的一種方法。 測量具體過程：金剛石觸針表面上移動(dòng)觸針跳躍運(yùn)動(dòng)高度的變化由位移傳感器轉(zhuǎn)變成磁通量信號轉(zhuǎn)變成電信號進(jìn)行讀數(shù)或由記錄儀畫出表面輪廓曲線。 膜厚測量時(shí)，需薄膜樣品上薄膜的相鄰部位完全無膜，形成臺(tái)階(兩種方法：遮蓋、腐蝕)。當(dāng)觸針橫掃過該臺(tái)階時(shí)，就能通過位移傳感器顯示出這兩部分之間的高度差，從而得到形狀薄膜值dT。Dektak XT探針尖半徑 (Stylus)：2.0 m, 0.7 m厚度測量范圍 (Vertical scan range)： up to 1 mm探針作用力(Force)：1 15 mg掃描長度 (Scan length)：50 m 55 mm視場范圍(Field of

4、view)：1 4 mm臺(tái)階高度重復(fù)性(Step height repeatability)： 5 垂直方向分辨率(Vertical resolution)：1 (for 6.55 mm measurement range)測量樣品最大尺寸(Sample compatible)：150 mmsandpaper roughness 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1. 迅速測定薄膜的厚度及分布；2. 可靠直觀；3. 具有相當(dāng)?shù)木取?. 不能記錄表面上比探針直徑小的窄裂縫、凹陷；2. 由于觸針的尖端直徑很小，易將薄膜劃傷、損壞。使用范圍 應(yīng)用于較高硬度的薄膜。面對柔軟薄膜則必須采用較輕質(zhì)量、較大直徑的觸針，才能不使薄膜

5、劃傷和避免因膜材粘附在觸針尖上而形成誤差。測量原理：基于石英晶體的振蕩頻率隨其質(zhì)量而變化的特性。石英晶體具有壓電效應(yīng)，利用該特性可制成高Q值的電子振蕩器。其諧振頻率f與晶體厚度t關(guān)系 v是在厚度t方向上波長為 的彈性橫波的傳播速度Gq為石英晶體的切變模量；q 為石英晶體的密度，約2.65 g/cm3優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1.測量電路簡單，能在薄膜沉積過程中連續(xù)測量膜厚和沉積速率；2.還可以通過適當(dāng)?shù)姆答侂娐泛统练e源的電源相連，實(shí)現(xiàn)沉積速率的自動(dòng)控制和用電控?fù)醢迮浜蠈?shí)現(xiàn)薄膜的終點(diǎn)控制；3.測量靈敏度高，可達(dá)10*10-9g.cm-2.Hz-1。對應(yīng)一般材料膜厚控制精度可達(dá)10-2nm量級1.要用石英晶體振蕩法

6、監(jiān)控膜厚, 首先要做實(shí)驗(yàn)確定每種膜料的工具因子，相同工藝下，工具因子也不一定一致；2.質(zhì)量分布不均勻時(shí)，測量會(huì)有誤差。使用范圍用該方法監(jiān)控制備的增透膜光譜性能比單獨(dú)用光電極值法監(jiān)控制備的更接近理論設(shè)計(jì)結(jié)果。晶控儀既可以較穩(wěn)定地控制薄膜的折射率, 又有很高的膜厚控制精度, 從而使薄膜的光學(xué)性能得到很好的控制.另外, 由于石英晶體振蕩法監(jiān)控的是薄膜的物理厚度, 所以可以監(jiān)控任意厚度的膜層, 特別適用于各種非規(guī)整膜系的厚度控制.為了保證晶控儀的監(jiān)控精度, 石英晶振片在沉積了一定厚度的薄膜后(石英晶控儀會(huì)顯示)就要更換或清洗.偏振光（偏振光（ polarized light polarized lig

7、ht ）：）：光的振動(dòng)面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或線偏振光。橢圓偏振光：橢圓偏振光：指光的電場方向或光矢量末端在垂直于傳播方向的平面上描繪出的軌跡一般呈橢圓形。橢圓偏振光的獲?。簷E圓偏振光的獲?。浩鹌鳟a(chǎn)生的線偏振光經(jīng)取向一定的波片后成為特殊的橢圓偏振光。用含有輸入和反射光束的那個(gè)平面定義：如果光線的偏振矢量在這個(gè)平面內(nèi)，則稱為 p p 偏振偏振，如果偏振矢量垂直于該平面，則稱為 s s 偏振偏振。任何一種輸入偏振狀態(tài)都可以表示為 s 和p分量的矢量和。75 W Xenon light for VIS & NIR 150 W Xenon light for FUV & ERGlan polarizers for VIS & NIR Rochon polarizers for FUV & ER優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)1. 無損;2. 高精度（10nm超薄膜）;3. 高靈敏;4. 多層分析;5. 無需樣品制備;6. 光譜范圍FUV-NIR;7. 在線實(shí)時(shí)測試：薄膜生長，表面改性其他薄膜分析技術(shù)1. 求解方程復(fù)雜，所以在計(jì)