Schichtdickenmessungen an Metallen

Filmetrics bietet verschiedene Lösungen für die Vermessungen von Metallschichten an:

Profilometrie

Die Profilometrie ist eine gängige und einfach anwendbare Methode, die sich insbesondere auch zur Bestimmung von Metallschichtdicken einsetzen lässt. Benötigt wird lediglich eine Stufe an der Grenze zwischen beschichtetem und unbeschichtetem Bereich. Durch die Messung der Höhe dieser Stufe kann somit einfach die Schichtdicke der Beschichtung bestimmt werden. Der große Vorteil dieser Methode ist, dass dafür keine umfangreichen Kenntnisse der beteiligten Materialien vonnöten sind und die maximal messbare Schichtdicke nur durch den maximalen Verfahrweg des Profilometers begrenzt wird. Die Genauigkeit der ermittelten Stufenhöhe ist durch die vertikale Auflösung des Profilometers gegeben. Für das Profilm3D beträgt diese etwa 0,7% für eine 8 µm Stufe - das bedeutet eine Genauigkeit von 56 nm!

Spektrale Transmissivität (ST)

Für sehr dünne Schichten ist die Messung der spektralen Transmissivität (ST) eine günstige Alternative zur Profilometrie. Für diese Art Messung bietet Filmetrics zwei Geräte an: aRTie und F2-T, die beide schon zu etwa der Hälfte des Preises eines Profilm3D optischen Pofilometers erhältlich sind. Die Anwendbarkeit der ST-Messung ist jedoch einigen Einschränkungen unterworfen. Die erste betrifft die maximal messbare Schichtdicke, die stark vom untersuchten Material abhängt (siehe Tabelle). Darüberhinaus muss das unter der Schicht liegende Substrat transparent und die optischen Eigenschaften des Schichtmaterials müssen bekannt sein. Letzter Punkt ist häufig unkritisch, da Filmetrics mit jedem seiner Geräte eine große Datenbank gängiger Materalien mit den Geräten mitliefert. Sollten die optischen Schichteigenschaften jedoch regelmäßigen Änderungen unterworfen sind (z.B. weil Prozessparameter des Beschichtungsvorgangs verändert werden) ist eine reine ST-Messung häufig fehlerbehaftet und eine kombinierte Messung von spektraler Transmissivität und Reflektivität vorzuziehen, wie sie im folgenden beschrieben wird.

Kombinierte Messung von spektraler Transmissivität und Reflektivität (ST/SR)

Wenn die optischen Eigenschaften des Schichtmaterials unbekannt sind, kann die kombinierte Messung von ST/SR und gewinkelter SR (Messung der SR unter 70° Enfallswinkel) angewendet werden, um in einer einzigen Messung sowohl die optischen Eigenschaften als auch die Schichtdicke simultan zu messen. Für diese Messmethode liegt die maximal messbare Schichtdicke etwa bei der Hälfte verglichen mit einer reinen ST-Messung. Das Gerät der Wahl dafür ist das Filmetrics F10-RTA, dessen Preis vergleichbar ist zu dem des Profilm3D optischen Profilometers.

Zusammenfassung Anwendbarkeit/Vorteile der drei vorgestellten Messmethoden:

PROFILOMETRIE ST ST/SR
Geeignete Geräte Profilm3D aRTie or F2-T F10-RTA
Schichtdickenbereich 50nm-10mm siehe untenstehende Tabelle kontaktieren Sie uns
Optische Materialeigenschaften bekannt? Nein Ja Nein
Transparentes Substrat erforderlich? Nein Ja Ja

Beispiele der maximal messbaren Schichtdicke für ausgewählte Materialien bei ST-Messung:

Metall Maximal messbare Schichtdicke in Transmission Ungef. Position des Transmissionsmaximums
Ag (Silber) 360nm 320nm
Al (Aluminium) 53nm 900nm
Au (Gold) 200nm 500nm
Cu (Kupfer) 135nm 575nm
Nb (Niob) 135nm 750nm
Ti (Titan) 260nm 1700nm
W (Wolfram) 133nm 1500nm

Anwendungsbeispiel

Diese spezielle Probe bestand aus einem Aluminiumfilm auf einem Glassubstrat. Um sowohl die Schichtdicke als auch die optischen Konstanten bestimmen zu können, wurde unser F10-RTA-UV-System eingesetzt, welches Reflektion und Transmission bei senkrechtem Einfall sowie die Reflektion bei 70° Einfall misst. Mit Hilfe unseres „No Model“-Modells konnten wir Schichtdicke und den Brechungsindex erfolgreich für diese Metallbeschichtung bestimmen.

Messaufbau:

Benutztes Rezept:

Messergebnis: