Pomiar grubości powłok

Elipsometria jest techniką optyczną do badania właściwości optycznych i stałych dielektrycznych cienkich warstw. Elipsometria mierzy zmianę polaryzacji w momencie odbicia lub transmitancji i porównuje je do modelu. Można ją stosować do scharakteryzowania składu, chropowatości, grubości cienkich warstw i innych właściwości materiałów. Technika ta jest wysoce czuła i wrażliwa na zmiany polaryzacji wynikające z interakcji światła z pojedynczą warstwą lub kanapką stworzoną z wielu warstw. Elipsometry spektroskopowe można znaleźć w większości laboratoriów analitycznych badających cienkie warstwy. Elipsometria staje się również coraz bardziej interesująca dla naukowców z innych dziedzin, takich jak biologia i medycyna. Obszary te stanowią nowe wyzwania dla techniki, takie jak pomiary na powierzchniach płynnych i obrazowania mikroskopowego.

Reflektometria do pomiarów wykorzystują światło odbite, od cienkiej warstwy, pod kątem normalnym, a następnie do otrzymanego spektrum poziomu refleksyjności lub transmisyjności dopasowuje odpowiedni model niosący za sobą informacje o grubości oraz stałych optycznych mierzonej powłoki. Zarówno elipsometry jak i reflektometry analizują światło odbite w celu określenia grubości i wyznaczenia współczynnika załamania światła przez dielektryki, półprzewodniki i cienkie warstwy metali. Podstawową różnicą pomiędzy tymi dwoma technikami jest to, że elipsometry wykorzystują światło odbite od warstwy pod małym kątem padania, natomiast reflektometry światło, które odbija się prostopadle do warstwy.

Kulotestery to urządzenia do badań grubości powłok pojedynczych i wielowarstwowych w zakresie od 0,1 do 50µm. Powłoka jest usuwana ścierniwem podawanym ręcznie w miejsce kontaktu próbki z obracającą się stalową kulą, która wywiera stały nacisk na próbkę. Za pomocą mikroskopu optycznego odczytuje się parametry wytarcia o kształcie kulistym powłoki i na ich podstawie oblicza grubość powłoki. Proces ścierania można kontrolować poprzez regulację prędkości obrotowej kuli i jej nacisku.

Profilometry optyczne są urządzeniami stosowanymi do pomiaru topografii w skali nanometrycznej. W monecie, gdy na próbce znajduje się wyraźna granica pomiędzy podłożem a nałożoną powłoką, urządzenie na podstawie wysokości stopnia, wyznacza grubość otrzymanej powłoki. Dzięki sub-nanometrycznej rozdzielczości profilometrów optycznych możliwe jest również wyznaczenie chropowatości powierzchniowej i liniowej zgodnie z normami ISO oraz analiza nanodefektów powierzchniowych.

Profilometry stykowe podobnie jak profilometry optyczne do wyznaczenia grubości potrzebują fragmentu z i bez powłoki. Trzpień pomiarowy zakończony igłą o promieniu kilkuset nanometrów ślizga się po powierzchni próbki, z siłą nacisku miliniutonów, odwzorowując topografię mierzonej powierzchni. Dzięki zastosowani minimalnej siły nacisku i czujnika LVDC możliwe są nieniszczące pomiary nawet bardzo miękkich materiałów.