СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПОКРЫТИЯ НА ПОДЛОЖКЕ Российский патент 1998 года по МПК G01B15/02 G01B15/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения толщины покрытий на подложках (в том числе и многослойных).

Известен способ определения толщины покрытий на подложке при помощи микроанализатора растрового электронного микроскопа, при котором измеряется интенсивность спектральной линии характеристического рентгеновского излучения покрытия как меры ее толщины [1].

Известный способ не позволяет измерять покрытия толщиной большей, чем глубина проникновения электронов зонда в покрытие (или пленку).

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ измерения толщины покрытий на подложке, заключающийся в том, что направляют пучок излучения на объект контроля, возбуждают характеристическое излучение этого слоя покрытия и определяют его толщину [2].

Указанный способ не позволяет определять толщину отдельного слой покрытия в случае многослойной тонкой композиции на подложке.

Это обусловлено тем, что значения интенсивности спектральной линии вторичного характеристического рентгеновского излучения подложки в случае многослойной тонкой пленки имеют неоднозначный характер, и одному значению интенсивности спектральной линии подложки соответствуют два разных значения толщины измеряемого слоя многослойной пленки (см. фиг. 3).

Задачей изобретения является измерение толщин тонких слоев тонкого многослойного покрытия на подложке, т.е. расширение области применения.

Это решается тем, что направляют пучок излучения на объект контроля, возбуждают характеристическое излучение этого слоя покрытия и определяют его толщину, при этом дополнительно выбирают массивный эталон из вещества второго от поверхности слоя толщиной больше толщины насыщения, возбуждают во втором от поверхности слое вторичное характеристическое излучение при помощи характеристического излучения слоя контролируемого покрытия, возбуждают характеристическое излучение массивного эталона излучением той же энергии, что и характеристическое излучение слоя контролируемого покрытия, регистрируют вторичное характеристическое излучение, прошедшее через контролируемое покрытие, и характеристическое излучение массивного эталона, берут отношение интенсивностей зарегистрированных сигналов, по величине которой судят о толщине верхнего слоя покрытия.

Указанная совокупность отличительных признаков в области неразрушающего контроля и смежных ей областях неизвестна.

На фиг.1 схематически изображена многослойная тонкая пленка на подложке с электронным зондом, где 1 - электрический пучок (зонд); 2 - слой покрытия из золота; 3 - слой покрытия из никеля; 4 - подложка из вольфрама; 5 - характеристическое излучение верхнего слой покрытия; 6 - вторичное характеристическое излучение от поверхности слоя покрытия; 7 - детектор характеристического излучения.

На фиг.2 изображена калибровочная кривая зависимости отношений интенсивности спектральной линии вторичного характеристического рентгеновского излучения слоя никеля, лежащего под измеряемым слоем золота, и интенсивности спектральной линии характеристического рентгеновского излучения массивного эталона из никеля от толщины слоя покрытия золота.

На фиг.3 изображена кривая зависимости интенсивности спектральной линии вторичного характеристического излучения подложки из вольфрама от толщины слоя покрытия из золота для двухслойного тонкого покрытия из золота и никеля на вольфрамовой подложке (см. фиг.1).

Кривая для многослойного тонкого покрытия на подложке имеет точно такой же вид. Видна неоднозначность интенсивности излучения спектральной линии L вольфрама (для толщин d₁ и d₂.

Измерение толщины покрытия предлагаемым способом осуществляется следующим образом.

Пучком электронов 1 облучают композицию (2-3-4) из слоев покрытия 2, 3 и подложки 4 объекта контроля. В верхнем слое 1 возбуждается характеристическое рентгеновское излучение 5, которое, приникая вглубь композиции, возбуждает вторичное характеристическое излучение 6 слоя покрытия, лежащего ниже контролируемого. Одновременно этим же характеристическим рентгеновским излучением 5 возбуждают характеристическое излучение массивного эталона, регистрируют вторичное характеристическое излучение 6, прошедшее через контролируемое покрытие детектором 7, и характеристическое излучение массивного эталона, берут отношение интенсивностей зарегистрированных сигналов, по величине которого судят о толщине верхнего слоя покрытия.

Возбуждение характеристического излучения массивного эталона может быть осуществлено следующими методами:
массивный эталон из никеля с нанесенным на него золотым покрытием известной толщины, близкой к толщине контролируемого покрытия, облучается тем же первичным пучком электронов 1, а вторичное излучение от эталона регистрируется тем же детектором 7;
массивный эталон из никеля облучается рентгеновским излучением с энергией, равной энергии линии характеристического излучения 5, возбуждаемого в слое 2 и воздействующего на слой 3.

Проводилось измерение толщины золотого покрытия на монтажных площадках металлокерамических корпусов. Измерения проводились при помощи дифракционного спектрометра-микроанализатора сканирующего электронного микроскопа ISM-35 при ускоряющем напряжении 39 кэВ и токе 10^-7 А. Была построена калибровочная кривая зависимости отношения интенсивности спектральной линии вторичного характеристического рентгеновского излучения от слоя никеля и интенсивности спектральной линии характеристического рентгеновского излучения от массивного эталона из никеля от толщины слоя покрытия из золота. Исходя из этой калибровочной кривой были измерены толщины золотых покрытий на монтажных площадках металлокерамических корпусов.

Калибровочная кривая изображена на фиг. 2. Сравнение результатов, полученных по данному методу, с результатами, полученными с применением разрушающего метода, показало хорошую сходимость результатов.

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с существующими способами возможность измерения толщин слоев в многослойной тонкой пленке на подложке в диапазоне толщин от ноля до нескольких микрон. Например, в настоящее время нет метода измерения толщины золотого покрытия на монтажных площадках металлокерамических корпусов с их площадью около 1 мм², кроме разрушающего, неоперативного метода поперечного аншлифа, а данное измерение толщины является насущным моментом в производстве металлокерамических корпусов.

Данный способ позволяет оперативно и эффективно проводить неразрушающий технологический контроля толщины золотого покрытия на монтажных площадках металлокерамических корпусов в любой момент технологических операций, и при этом сохраняет целостность его для дальнейших испытаний. Применение данного способа при типовых испытаниях металлокерамических корпусов позволит усилить контроль толщины золота на монтажных площадках и увеличить выход годных изделий; позволит установить минимальную толщину золота на монтажных площадках металлокерамических корпусов, необходимую для монтажа интегральных схем, что позволит сократить расход драгметалла.

Способ измерения толщины покрытия на подложке предназначен для измерения толщины покрытий на подложках и может быть использован для измерения толщин многослойных покрытий на подложке. Пучком электронов облучают композицию из слоев покрытия и подложки объекта контроля. В верхнем слое 1 возбуждается характеристическое рентгеновское излучение 5, которое, проникая вглубь композиции возбуждает вторичное характеристическое излучение 6 слоя покрытия, лежащего ниже контролируемого. Одновременно излучением 5 возбуждают характеристическое излучение массивного эталона, регистрируют излучение 6, прошедшее через контролируемое покрытие детектором 7, и характеристическое излучение массивного эталона, берут отношение интенсивностей зарегистрированных сигналов, по величине которого судят о толщине верхнего слоя покрытия. 3 ил.

Способ измерения толщины покрытия на подложке, заключающийся в том, что направляют пучок излучения на объект контроля, возбуждают характеристическое излучение этого слоя покрытия и определяют его толщину, отличающийся тем, что выбирают массивный эталон из вещества второго от поверхности слоя толщиной более толщины насыщения, возбуждают во втором от поверхности слое вторичное характеристическое излучение при помощи характеристического излучения слоя контролируемого покрытия, возбуждают характеристическое излучение массивного эталона этим же характеристическим излучением, регистрируют вторичное характеристическое излучение, прошедшее через контролируемое покрытие и характеристическое излучение массивного эталона, берут отношение интенсивностей зарегистрированных сигналов, по величине которого судят о толщине верхнего слоя покрытия.