Реализация лабораторной установки для измерения толщины плёнок с помощью бесконтактной профилометрии

Задачей данной работы изучение возможности построения лабораторной установки для измерения толщины тонких плёнок. Существует множество методов оценки толщины плёнок на поверхности подложек, самым приемлемым из которых в плане стоимость/точность является профилометрия. Профилометрия - процесс изучения профиля поверхности. Графическое изображение профиля, снятого в ходе профилометрии, называется профилограммой. Множество профилограмм, снятых с определенным шагом и последовательно расположенных в трехмерной системе координат, дает наглядное представление о топографии поверхности.

Первый класс профилометров основан на принципе гетеродинной интерферометрии. Сущность этого принципа заключается в формировании двух лучей и использование одного из лучей в качестве опорного и измерения относительных изменений фаз модулированных сигналов для получения профиля исследуемой поверхности. Гетеродинные профилометры отличаются используемыми значениями Д частот лазерных лучей и выполнением элементов оптических схем. Точность гетеродинных профилометров ограничена значением Х/500, где X - длина волны излучения.

Второй класс профилометров - в основу работы которых положен метод фазомодулирующей интерферометрии. Профилометры этого типа включают интерферометр, в одном из плеч которого установлена опорная пластина, а в другом исследуемый образец. Для осуществления измерений разность хода интерферирующих лучей модулируют и преобразуют интерференционную картину в фотоэлектрический сигнал. Профилометр такого типа, обеспечивает сравнительно высокую точность измерений (Х/500-Х/1000).

Третий класс профилометров - профилометры, работа которых основана на формировании пучка излучения, сфокусированного на поверхности исследуемого образца. Мерой отклонения от плоскости в профилометрах такого типа является степень расфокусировки изображения. Ограничения точности измерения плоскости для профилометров такого типа связаны с интенсивностью отраженного от исследуемой поверхности излучения. Точность измерения данным классом приборов не может превышать нескольких микрон.

Нами был выбран третий тип профилометра, ввиду простоты его реализации в лабораторных условиях и приемлемой точности. В качестве источника фокусирующегося излучения был выбран лабораторный He-Ne лазер, луч которого попадает на исследуемую поверхность под небольшим углом а к поверхности. Отраженный луч регистрировался световодом с расширителем, прикреплённым к фотодиоду. Сигналом, пропорциональным неровности поверхности была величина обратного фототока. Подложка в процессе измерения передвигалась относительно измерительной системы с помощью системы, построенной на базе шагового двигателя под управлением микроконтроллера ATmega 328. Измерения, проведенные на тестовом образце толщиной 1 мкм показали, что отношение значений фототока при регистрации сигнала от поверхности пленки и подложки составило порядка 5%.

1. Пат. 2085843 Российская федерация, МПК G01B21/30. Для измерения шероховатости или неровностей поверхностей / Кожеватов И.Е.; Заявитель и патентообладатель Нижегородский центр инкубации наукоемких технологий; заявл. 30.09.94; опубл. 27.07.97.

Маркус Д. В.