Электронно-эмиссионный метод.

Основан на измерении световой энергии, испускаемой возбуждаемыми атомами осаждаемого вещества. Возбуждение атомов осуществляется электронами, эмитируемыми специальным катодом. Световое излучение атомов, энергия которых, при всех прочих равных условиях, пропорциональна скорости испарения ПОМ, фиксируется на определенных длинах волн, характерных для каждого конкретного испаряемого вещества. Фирма "Лейбольд-Хереус" (Германия) разработала на этой основе прибор "Сентинель 200А", позволяющий определять скорость испаряемых материалов в диапазоне от 1 до 10⁴ /сек с линейностью ±2%.

Как и описанный ранее метод кварцевого резонатора, электронно-эмиссионный метод является косвенным методом контроля оптических толщин напыляемых слоев, требующим для своего применения точного знания показателей преломления и плотности осаждаемых веществ. Дополнительными существенными недостатками электронно-эмиссионного метода является сложность аппаратурной реализации и повышенные требования к давлению и составу остаточных газов в вакуумной камере (р<1 ^. 10^-6 мбар).

Аналогичными эксплуатационными особенностями обладает и метод плазменной электронной спектроскопии, используемый при реактивных распылительных процессах как, например, изготовление запоминающих устройств в микроэлектронике.

Известны также такие "косвенные" методы определения оптических толщин пленок как: а) "ионизационный" метод, заключающийся в том, что поток испаряемого вещества принудительно ионизируется, а ионный ток является показателем скорости испарения; б) способ определения толщины покрытия по градуировочным характеристикам рассеяния. Эти способы, требующие относительно дорогостоящую и сложную аппаратуру, тем не менее, не обеспечивают, требуемой на уровне современной технологии, точности контроля.

3.3. Поляризационный метод контроля. Бесконтактный высокочувствительный метод независимого определения геометрической толщины и показателя преломления тонких пленок на поверхности диэлектрических, полупроводниковых или металлических подложек, а также пленок, находящихся между двумя слоями материалов. Толщина измеряемой пленки может колебаться от нескольких ангстрем (3¸10 ) до нескольких микрон (при непоглощающих покрытиях) или до 1 мкм при наличии абсорбции. Показатель преломления пленки может быть измерен с точностью до второго знака (Dn=±0,01). Метод основан на исследовании эллиптической поляризации света, отраженного от поверхности с пленкой - эллипсометрия.

Известно, что наличие поверхностной пленки приводит к заметным расхождениям с формулами Френеля, определяющими соотношения между амплитудами и фазами падающей, отраженной и прошедшей волн. Падающий прямолинейно поляризационный свет, отражается эллиптически поляризованным. Форма и ориентация осей эллипса при фиксированном угле падения и ориентации электрического вектора световых колебаний относительно плоскости падения, зависит от показателя преломления и толщины пленки. На рис. 3.1 приводится блок-схема эллипсометра.

Для повышения чувствительности метода в процессе осаждения пленки разность фаз между р- и s-компонентами фиксируется при оптической разности хода, равной . При этом обеспечивается максимальная чувствительность метода, обеспечивающая относительную ошибку измерений оптических параметров формируемых пленок, не превышающую, как правило, 0,5%.

Несмотря на высокую точность поляризационного метода контроля, он не получил достаточно широкого применения по целому ряду приводимых ниже причин:

1. Высокие требования к качеству подложки ввиду того, что неплоскостность и шероховатость поверхности приводят к деполяризации излучения на центрах рассеяния, снижая тем самым точность измерений.

2. Необходимость точной калибровки системы контроля непосредственно перед каждым новым циклом измерения. Под понятием "калибровка" при установке новой подложки подразумевается определение точного угла падения и направления колебаний вектора электрического поля .

3. Невозможность проведения контроля непосредственно по вращающемуся образцу (детали) из-за высокой вибрационной чувствительности метода.

4. Наличие специальных иллюминаторных стекол без внутренних напряжений или оптических компенсаторов, т.к. высокое давление на окна (возникающие вследствие вакууммирования камеры) вызывают в материале двойное лучепреломление, приводящее к ошибке измерений.

5. Необходимость использования фотоприемников, нечувствительных к направлению поляризации падающего излучения с входными окнами без внутренних напряжений.

6. Относительно высокая сложность конструкции всей системы (особенно при работе в УФ и ИК областях спектра).

Остановимся теперь на так называемых "оптических" методах контроля, позволяющих контролировать непосредственно оптическую толщину формируемого покрытия

.