Способ контроля толщины покрытий Советский патент 1985 года по МПК G01B15/02 

:л

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике измерения толщины покрытий на подложке, может использоваться при контроле толщины домонослойных и монослойных покрытий непосредственно в процессе их нанесения и предназначено для использования в экспериментальной физике, вакуумной технике, тонкопленочной электронике и др. Известен способ анализа толщины и качества покрытий, согласно которому анализ толщин проводится путем регистрации ионов, рассеянных под углом 90° относительно оси первич кого ионного пучка, причем определяют кинетическую энергию конов, попавших через кольцевую диафрагму в поле двухэлектродного цилиндриче кого электростатического анализато ра lj. Однако данный способ применим лишь для пучка первичных положител ных ионов, он не учитьгеает распыле ные с поверхности ионы. Кроме того способ не позволяет непосредственно создавать и контролировать тонкослойные покрытия. Наиболее близким по технической I сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ контроля ТОЛ1ЦИНЫ покрытий, заключающийся в том, что облучают объект пу ком ионов, регистрируют ионный ток и определяют толщину покрытий Однако известный способ обладает пониженной точностью, в особенности при контроле и определении толщины монослойньос и домонослойных покрытий. Это происходит потому, чт поток вторичных ионов, распьтяемых с поверхности объекта, содержит как положительно, т-ак и отрицательно заряженные частицы, а интенсивность их токов различиьм образом изменяется с толщиной при нанесении пленки или покрытия, поэтому нет однозначного соответствия между наблюдаемой вели чиной их суммарного тока и толпщной наносимой пленкиi Целью изобретения является повыщение точности контроля в процессе нанесения манослойньк покрытий. Цель достигается тем, что соглас но способу контроля толщины покрытий, заключающемуся в том, что облучают объект пучком ионов, регистр руют ионный ток и определяют толщину покрытий, облучают объект моноэнергетическими отрицательными ионами, регистрируют ионный ток вторичных и рассеянных отрицательных ионов, определяют их энергию, строят график распределения тока вторичных и рассеянных отрицательных ионов от их энергии, находят максимумы этого распределения до и после нанесения покрытия, а толщину покрытия определяют по разности этих максимумов. Способ контроля толищны покрытий осуществляют следуюпщм образом. Ионы первичного пучка получают из ониого источника, работающего на принципе катодного распыления в виде отрицательных ионов поверхностей, активированных щелочными ионами. Образовавшиеся отрицательные ионы ускоряющим полем вытягиваются из источника, и сформированный пучок попадает в 90-градусный цилиндрический электростатический конденсатор, который осуществляет монокинетизацию пучка. Далее пучок моноэнергетических отрицательных ионов с энергией Ер фокусируют на объект контроля нормально поверхности или под некоторым углом oi относительно нормали к поверхности. Угол fti выбирают в диапазоне углов О (jc 70 , что связано с геометрией системы и необходимостью проникновения ионов на некоторую глубину в образец. Энергия первичных ионов выбирается в пределах 100 эВ Ер 10 кэВ, причем нижний предел в основном обусловлен величиной пороговой энергии и энергетической: зависимостью вероятности распьшения, а верхний предел позволяет иметь сравнимые по глубине области проникновения в объект первичного пучка ионов и преимущественного распыления образца. Образовавшиеся при распылении объекта из атомов элементов приповерхностной области вторичные отрицательные ионы, а также рассеянные отрицательные ионы, выходящие с поверхности под некоторым углом в диапазоне углов О /) i 70° относительно нормали к поверхности, попадают в поле 127-градусного цилиндрического электростатического анализатора типа Юза-Рожанского, где производится разделение потока отрицательных ионов в энергетический спектр. Отделение отрицательных ионов от электронов, имекяцих малую массу по сравнению с ионами. 31 производится путем приложения вблизи объекта контроля поля постоянного магнита, убирающего элактроны из анализируемогопотока. На выходе анализатора имеется ионно-электронный умножитель, анод которого соеди нен с входом вертикального усилителя осциллографа. Горизонтальная развертка луча осциллографа произво дится генератором пилообразных импульсов, синхронизованным с пилообразным изменением разности потенциа лов на обкладках анализатора таким образом, что на экране осциллографа устанавливается неподвижная картина энергетического распределения вторичных и рассеянньж отрицательных ионов. Это распределение имеет основной низкоэнергетический асимметричный максимум, причем значение токов ионов в максимуме распределения оказывается зависящим от толщины покрытия S , наносимого на твердотельную подложку (объект контроля) . Для контроля толщины покрытия щелочных, либо щелочно-земельных веществ, нанесенных на подложку из другого вещества, измеряют пропорциональное толщине J различие 6 в величинах значений тока ионов в максимуме распределения, характерного для образца без покрытия (1|U ) и образца с нанесением покрытия (1 ), а именно: 1п( А| При этом если материал подложки, например металл, характеризуется величиной работы выхода поверхности С| большей, чем величина 1р наносимого покрытия, например, щелочного металла, то наблюдается увеличение интенсивности максимума распределения., 1, Изменение величины & I (d будет наблюдаться вплоть до достижения покрытия с ТОЛВР1НОЙ о , характеризующей максимальную глубину распыляемого слоя. Из построенной для каждой пары веществ подложка - покрытие калибровочной зависимости b3(J) как функции толщины покрытия, получают сведения о толщине конкретного нанесенного, покрытия (t) исходя из величины bl(j) . Подбирая пары веществ с наиболее различающимися величинами t| , а также выбирая энергию Ер угол падения (f, пучка первичных отрицательных ионов, можно добиться наибольшей чувствительности способа контроля толщины покрытия.

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТОЛЦИНЫ ПОКРЫТИЙ, заключающийся в том, что облучают объект пучком ионов, регистрируют ионный ток и определяют толщину покрытий, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля в процессе нанесения монослойных покрытий, облучают объект моноэнергетическими отрицательными ионами, регистрируют ионный ток вторичных и рассеянных отрицательных ионов, определяют их энергию, строят график распределения тока вторичных и рассеянных отрицательных ионов от их энергии, находят максимумы этого распределения до и после нанесения покрытия, а толщину покрытий определяют по разности этих максимумов.