Способ измерения толщины покрытия на подложке

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения толщины покрытий на подложках. Сущность изобретения состоит в том, что пучком электронов облучают композицию из слоев покрытия и подложки объекта контроля. В верхнем слое возбуждается характеристическое рентгеновское излучение, которое, проникая вглубь композиции, возбуждает вторичное характеристическое излучение слоя покрытия, лежащего ниже контролируемого. Это излучение, проходя через верхний слой покрытия, регистрируется детектором. По величине зарегистрированной детектором интенсивности потока излучения определяют толщину покрытия. Изобретение позволяет расширить область применения способа. 3 ил.

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 и 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 двух спектральных линий элемента объекта контроля и определяют его толщину [2].

Указанный способ не позволяет определять толщину отдельного слоя 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 двух спектральных линий элемента объекта контроля и определяют его толщину, при этом первую спектральную линию выбирают от элемента материала верхнего слоя покрытия, а вторую - от элемента материала слоя, расположенного ниже контролируемого, пучком первичного излучения возбуждают в материале верхнего слоя характеристическое излучение первой спектральной линии, которое проникая в слой материала, расположенного ниже контролируемого, возбуждает вторичное характеристическое излучение второй спектральной линии, по интенсивности этого излучения, прошедшего верхний слой покрытия и зарегистрированного детектором, судят о толщине покрытия.

На фиг. 1 схематически изображена многослойная тонкая пленка на подложке с электронным зондом, где 1 - электронный пучок (зонд); 2 - слой покрытия из золота; 3 - слой покрытия из никеля; 4 - подложка из вольфрама; 5 - характеристическое излучение верхнего слоя покрытия; 6 - вторичное характеристическое излучение второго от поверхности слоя покрытия; 7 - детектор характеристического излучения. На фиг. 2 изображена калибровочная кривая зависимости интенсивности спектральной линии вторичного характеристического рентгеновского излучения слоя никеля, лежащего под измеряемым слоем золота, 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 такого 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 2 возбуждается характеристическое рентгеновское излучение 5, которое, проникая вглубь композиции, возбуждает вторичное характеристическое излучение 6 слоя покрытия, лежащего ниже контролируемого. Это излучение, проходя через верхний слой покрытия, регистрируется детектором 7. При этом толщина слоя покрытия, лежащего ниже контролируемого должна быть не меньше "толщины насыщения" для характеристического излучения 5 верхнего слоя 2 покрытия.

По величине зарегистрированной детектором интенсивности потока излучения определяют толщину покрытия.

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^-7А. Была построена калибровочная кривая зависимости интенсивности спектральной линии вторичного характеристического рентгеновского излучения слоя 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 позволит оперативно и эффективно проводить неразрушающий технологический контроль 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.

Источники информации 1. Д. Гоулдстейн, X. Якевица "Практическая растровая электронная микроскопия"; М., 1978., с. 334.

2. Авторское свид. СССР N 468084, МКИ G 01 B 15/02.

Формула изобретения

Способ измерения толщины покрытия на подложке, заключающийся в том, что направляют пучок излучения на покрытие на подложке, возбуждают характеристическое излучение двух спектральных линий и определяют толщину покрытия, отличающийся тем, что первую спектральную линию характеристического излучения, соответствующую материалу покрытия, возбуждают в слое покрытия, а вторую спектральную линию характеристического излучения возбуждают в слое, дополнительно введенном и расположенном ниже слоя покрытия, характеристическим излучением первой спектральной линии, проникшим в дополнительно введенный слой, толщина которого не меньше толщины насыщения для характеристического излучения слоя покрытия, и по интенсивности этого излучения судят о толщине покрытия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3