Alles über die Metallschichtdicke

Inhaltsübersicht

Metallschichtdickenmessung durch Wirbelstromprüfung | Prüfgeräte | Messen | Abscheidung | Herausforderungen | Sensoren | Auswahl der Messtechnologie

Metallschichtdickenmessung durch Wirbelstromprüfung

Wirbelstrom-Dickenmessgeräte werden in vielen Branchen eingesetzt und messen Schichtdicken von wenigen Nanometern bis zu Hunderten von Mikrometern oder sogar Millimetern. Das zugrundeliegende Prinzip beruht auf der Induktion von Wirbelströmen in Metallschichten in allen vertikal vorhandenen leitenden Elementen. Jedes vertikal gestapelte Metallatom innerhalb einer Metallschicht trägt zur Fähigkeit der Metallschicht bei, elektrische Ströme zu transportieren. Diese Fähigkeit wird als Schichtwiderstand bezeichnet und korreliert mit der Metalldicke. Sehr dünne Metallschichten werden mit Hochfrequenz-Wirbelstromsensoren (< 100 MHz) und sehr dicke Materialschichten mit Niederfrequenz-Wirbelstromsensoren (> 10 kHz) analysiert. Wirbelstrom-Dickenmessgeräte werden direkt auf Metalldicken bestimmter Metallwerkstoffe kalibriert oder nutzen die Metalldickenkorrelation zum Schichtwiderstand. Die Systeme werden typischerweise einsatzbereit für verschiedene Aufgaben der Metalldickenmessung geliefert. Insbesondere dicke Metallschichten werden häufig mit der Wirbelstromprüfung gemessen, da optische Messungen wie Elipsometrie und Reflektrometrie nicht angewendet werden können, da sie auf eine gewisse Undurchsichtigkeit angewiesen sind. Der Nutzwert ergibt sich vor allem aus der Robustheit und der Möglichkeit, berührungslos zu messen. Die wichtigsten Vorteile sind:

  • Berührungslos
  • Robust
  • Gut automatisierbar für Inline-Messungen
  • Extrem schnell (20 ms / Messung)
  • Transmissionsmodus- und Reflexionsmodus-Messungen
  • Hohe Wiederholgenauigkeit und Genauigkeit
  • Messung durch Verkapselung hindurch
  • Messung von nicht-transparenten Metallschichten
  • Großer Messbereich 2 nm bis 2 mm (abhängig von der Leitfähigkeit)

Mehr über die Wirbelstromprüftechnik und geeignete Anwendungen? Klicken Sie hier.

Metallschichtdickenmessung

Metallschichten werden in Dicken von wenigen Nanometern [nm] bis zu größeren Mikrometern [µm] oder sogar Millimetern [mm] aufgebracht. Ihre Abscheidung erfolgt typischerweise durch Aufdampfen, Sputtern, Plattieren, Atomlagenabscheidung (ALD) und andere Abscheidetechniken wie Siebdruck oder Laser Metal Deposition (LMD). Substrate sind Folien, Glas, Wafer, Kunststoffe, Textilien oder Verbundwerkstoffe / Compounds. Zu den Metallen gehören typischerweise Kupfer, Aluminium, Nickel, Chrom, Zink, Gold, Silber oder Legierungen. Messungen während der Schichtabscheidung ("insitu" ist ein lateinischer Ausdruck für während der Schichtbildung) sind oft nicht möglich, da Dickensensoren nicht in Richtung der Abscheidungsquelle installiert werden können, da sie den Abscheidungsmaterialstrom blockieren würden. Indirekte Messungen können durch Dicken-"Monitore" oder Abscheidungsraten-"Regler" wie z. B. Quarzkristall-Dickenmonitore erreicht werden, aber sie leiden unter größeren Offsets aufgrund der ungleichen Abscheidungsrate auf Material und Quarz. Solche indirekten Messungen haben einen signifikanten, nicht konstanten Offset, der teilweise durch den "Tooling-Faktor" korrigiert werden kann. Daher werden Sensoren direkt nach der Abscheidung installiert, oft "in-vacuo" (lat. für im Vakuum) oder "ex-vacuo". Dickensensoren können "in-line" innerhalb des Fertigungsprozesses oder offline als Benchtop- oder portable Prüflösung installiert werden.

Liste der Metalle und Metalllegierungen

Metalle können in Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Basismetalle und Übergangsmetalle eingeteilt werden. Alkalimetalle sind hochreaktive Elemente und werden daher als Verbindungen eingesetzt. Erdalkalimetalle sind weniger reaktionsfreudig, werden aber ebenfalls als Verbindungen und nicht in reiner Form eingesetzt. Basismetalle, die im Allgemeinen mit dem Begriff "Metall" assoziiert werden, leiten Wärme und Elektrizität, haben einen metallischen Cluster und neigen dazu, dicht und dehnbar zu sein. Übergangsmetalle haben eine unvollständig gefüllte Elektronenschale und bilden daher mehrere Oxidationsstufen. Einige Übergangsmetalle kommen in reiner oder nativer Form vor, darunter Gold, Kupfer und Silber.

Metalle können gruppiert werden als:

  • Alkalimetalle (Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Francium)
  • Erdalkalimetalle (Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Radium)
  • Basismetalle (Aluminium, Gallium, Indium, Zinn, Thallium, Blei, Bismut)
  • Übergangsmetalle (Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Kobalt, Nickel, Zink, Titan, Chrom, Molybdän, Vanadium, Mangan, Palladium, Cadmium)

Legierungen können gruppiert werden:

  • Aluminium-Legierungen (Al-Li, Alnico, Duralumin, Magnalium, Silumin)
  • Kobalt-Legierungen (Megallium, Stellit, Talonit)
  • Kupferlegierungen (Messing, Bronze , Kupfer-Wolfram (Kupfer, Wolfram)
  • Gallium-Legierungen (Galinstan)
  • Goldlegierungen (Elektrum, Tumbaga, Rosen- und Weißgold)
  • Eisen- oder eisenhaltige Legierungen (verschiedene Arten von Stahl, Edelstahl und Ferrolegierungen)
  • Bleilegierungen (Antimonblei, Molybdochalkos, Lötmittel)
  • Magnesiumlegierungen (Magnox, Elektron)
  • Nickellegierungen (Alumel, Chromel, Hastelloy, Inconel, Nisil
  • Silberlegierungen (Britannia, Electrum, Goloid, Shibuichi)
  • Zinnlegierungen (Britannium, Zinn)
  • Titan-Legierungen (Beta C, 6al-4v)
  • Zink-Legierungen (Messing, Zamak),
  • Zirkonium-Legierungen (Zircaloy)

Eigenschaften von Metallschichten

Metall- und Legierungsschichten bestehen in der Regel aus Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Die Eigenschaft des Schichtaufbaus wird durch diese Materialeigenschaften bestimmt und schließlich durch seine Dicke und Dichte erreicht:

Material- und Schichteigenschaften
  Materialeigenschaften Schichteigenschaften
Elektrisch Widerstand [ohm cm] Beweglichkeit [cm2⋅V-1⋅s-1] Schichtwiderstand [Ohm/sq]
Ladungsträgerkonzentration [cm-3 ]
Dielektisch Permittivität [F·m−1] effektive Permittivität
Magnetisch Permeabilität [[H·m-1] or [N·A-2]] Magnetische Abschirmung @ Frequenz

Weitere verwandte Eigenschaften sind der Emissionsgrad und die elektromagnetische Abschirmung bei bestimmten Frequenzen. Darüber hinaus beeinflusst die Metalldicke die Diffusionsbarriere (WVTR), das Flächengewicht, die akustische Impedanz [Pa-s/m3] und die Absorption und bei dünnen Metallschichten auch den Transmissionsgrad [%], den Reflexionsgrad [%] und die Diffusion / Trübung [%]. Die hier aufgeführten Eigenschaften und ihre Funktionen sind oft von der Metalldicke abhängig.

Abscheidung von Metallschichten

Abhängig von den mechanischen, elektrischen oder optischen Eigenschaften sowie von den Anforderungen an die Produktivität können Metalle mit Vakuum- und Nicht-Vakuum-Verfahren abgeschieden werden. In der Regel erfordern hochpräzise Anwendungen wie die Präzisionsoptik sehr glatte, dichte und empfindliche Abscheideverfahren wie das Sputtern. Wenn es um dicke Schichten im µm-Maßstab geht, wird häufig das Aufdampfen verwendet. Andere Vakuumprozesse sind ALD, CVD und PECVD. Nicht-Vakuumverfahren sind atmosphärisches Plasma, nasse oder nasschemische Verfahren.

Metallabscheidung durch Galvanik

Galvanische Abscheidung oder stromlose Abscheidung sind Nassabscheideverfahren. Bei der galvanischen Abscheidung wird ein elektrischer Strom benötigt, um Metalle auf der Oberfläche zu binden. In einem Bad mit Metallpartikeln und Chemikalien wird an das Substrat ein elektrischer Strom angelegt, der zu einem Abscheidungsprozess führt. Im Gegensatz dazu basiert die stromlose Abscheidung auf einem autokatalytischen Prozess, der keinen elektrischen Strom benötigt. Das Substrat wird mit Chemikalien und der katalytischen Lösung behandelt, was schließlich zur Oxidation führt. Dadurch verbinden sich die Metallpartikel mit der Substratoberfläche.

Werkstoffe

  • Metalle
  • Legierungen

Anwendungen

  • Korrosionsschutz
  • Diffusionssperren
  • Leitende Schaltungselemente
  • Durchkontaktierung in Halbleitern
  • Durchsteckverbindungen für PCB

Metallabscheidung durch Aufdampfen

Die Verdampfung ist ein physikalisches Aufdampfverfahren (PVD). Aufdampfen basiert auf der Verdampfung eines Materials in einer Vakuumumgebung durch Erhitzen über seine Schmelz- oder Sublimationstemperatur hinaus. Im Vergleich zum Magnetronsputtern ist das Aufdampfen prinzipiell ein Prozess mit hoher Abscheiderate, der in der Regel niedrigere Dichten und eine geringere Gleichmäßigkeit erreicht, es sei denn, es wird eine ionenunterstützte Maskentechnologie oder ein Planetensystem verwendet. In bestimmten Anwendungsfällen mit großen Substratbreiten und hohen optischen Anforderungen kann der Verdampfungsprozess daher limitierend wirken. Je nach Schmelzpunkt kann die Verdampfung mit Widerstandsheizungen oder Elektronenstrahl erfolgen.

Anwendungen

  • Batterien
  • Brennstoffzellen
  • Kondensatoren
  • OLED
  • Präzisions-Optik
  • Display-Industrie
  • Dünnschicht-Solar
  • Halbleiter

Materialien (gekennzeichnet durch niedrige und hohe Schmelzpunkte)

  • Metalle
  • Nicht-Metalle
  • Legierungen
  • Dielektrika

Metallabscheidung durch Magnetronsputtern

Das Magnetronsputtern ist ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren (PVD). Es erfordert einen magnetisch eingeschlossenen Plasmaprozess in einer Vakuumumgebung, bei dem positiv geladene Ionen mit einem negativ geladenen Targetmaterial kollidieren. Dabei stößt das Targetmaterial Atome aus, die dann auf einem Substrat, wie z. B. Glas, Si, Kunststoff usw., haften. Im Vergleich zum Verdampfungsprozess ist das Magnetronsputtern ein Prozess mit niedriger Abscheiderate, der eine hohe Homogenität insbesondere über große Substratbreiten erreicht. Das Sputtern kann auf Coupon- (10 mm x 10 mm) oder Wafer-Ebene bis zu Substratbreiten von 3.300 mm angewendet werden. Je nach Kundenanforderung (Dünnschichtqualität, Maschinenproduktivität) können verschiedene mechanische Layouts und Betriebsarten eingesetzt werden. Zu den Betriebsarten gehören RF/ HF, DC, gepulster DC, DC/DC, DC/RF. Konfigurationen mit einzelnen planaren Targets, konfokalen, drehbaren Targets, dualen drehbaren Targets und gegenüberliegenden Targets sind üblich.

Typische Anwendungen sind

  • Flachbildschirme
  • Optische Scheiben
  • Automobil- und Architekturglas
  • Dekorative Beschichtungen
  • Harte Beschichtungen
  • Solarzellen
  • Optische Kommunikation
  • Magnetische Datenspeichergeräte
  • Halbleiter
  • Elektronenmikroskopie

Typische Beschichtungen sind

  • Aluminium Al, Aluminium-Titan Al-Ti, Aluminiumoxid Al2O3
  • Cadmium-Tellurid CdTe, Cadmium-Selenid CdSe, Cadmium-Sulfid CdS
  • Chrom Cr, Chrom-Molybdän Cr-Mo, Chrom-Titan Cr-Ti, Chrom-Wolfram Cr-W, Chrom-Vanadium Cr-V, Chrom-Molybdän-Tantal Cr-Mo-Ta
  • Kobalt Co, Kobalt-Chrom-Tantal-Bor, Kobalt-Eisen-Bor Co-Fe-B
  • Kupfer Cu, Kupferlegierungen
  • Indium-Zinn-Oxid (ITO, In2O3-SnO2)
  • Eisen Fe, Eisen-Kobalt-Bor Fe-Co-B, Eisen-Tantal-Kohlenstoff Fe-Ta-C
  • Gold Au, Gold-Silber Au-Ag, Gold-Palladium Au-Pd, Gold-Platin Au-Pt
  • Molybdän Mo, Molybdän-Wolfram Mo-W, Molybdän-Niob Mo-Nb, Molybdän-Silizium Mo-Si
  • Niob Nb,
  • Nickel Ni, Nickel-Chrom Ni-Cr, Nickellegierungen
  • Platin Pt, Platin-Palladium Pt-Pd, Platin-Silber Pl-Ag
  • Ruthenium Ru, Ruthenium-Alumnium Ru-Al
  • Silizium Si, Silizium-Aluminium Si-Al, Siliziumdioxid SiO2
  • Silber Ag
  • Tantal Ta,Tantal-Pentoxid Ta2O5, Tantal-Silizium TaSi
  • Zinn Sn
  • Titan Ti, Titanoxid TiOx, Titan-Aluminium Ti-Al, Titan-Wolfram Ti-W
  • Terbium-Eisen-Kobalt Tb-Fe-Co und viele andere Legierungen.
  • Wolfram W, Wolfram-Silizium W-Si
  • Zink Zn, Zinksulfid ZnS, Zink-Aluminium Zn-Al
  • Zirkonium Zr, Zirkoniumborid ZrB2

Atomlagenabscheidung (ALD)

ALD ist ein Verfahren zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Im Vergleich zum Magnetronsputtern ist ALD ein Prozess mit niedriger Abscheiderate, bei dem typischerweise Ångström dicke Schichten im einstelligen Bereich abgeschieden werden. Mindestens zwei chemische Dämpfe oder Vorläufer reagieren auf dem Substrat und tragen eine dünne Schicht auf. Aufgrund der niedrigen Abscheiderate werden dichte und glatte Schichten erzeugt. In den letzten Jahren wurde ALD weiterentwickelt, um den Anforderungen von Prozessen im industriellen Maßstab gerecht zu werden, wie R2R und räumliche ALD.

Materialien, die mittels ALD aufgebracht werden, sind:

  • Metalle
  • Metalloxide, Nitride, Sulfide, Karbide
  • Polymere
  • Andere

Anwendungen

  • Barriereschichten
  • Mikroelektronik
  • Halbleiter

Wie man eine Schichtdickenmesstechnik auswählt

Technologien zur Schichtdickenmessung

Clustering der Technologie

  • Direkte vs. indirekte Methoden
  • Zerstörende vs. zerstörungsfreie Methoden
  • Häufig erlauben zerstörende Methoden die direkte Messung, während die meisten zerstörungsfreien (berührungsfreie) Methoden indirekte Beziehungen nutzen und daher Kalibrierungs- oder Referenzparameter benötigen.

Berücksichtigung des Materialstapels z.B. Substrattrennung

  • Leitend und nicht leitend
  • Transparent und halb- oder nicht-transparent
  • Reflektierend und nicht-reflektierend
  • Ferromagnetisch und nicht-ferromagnetisch

Herausforderungen der Schichtdickenmessung

Herausforderungen bei der Metallschichtdickenmessung sind:

  • Multischichtdickenmessung
  • Ultradünne Schichtdickenmessung
  • Grenzschichtdickenmessung

Schichtdickenmessungen können oft mit unterschiedlichen Techniken durchgeführt werden. Typischerweise gibt es viele Einflussgrößen von Substraten und Schichteigenschaften bis hin zu Umgebung und Messart, die genau beachtet werden sollten.

Schichtdickensensoren

Schichtdickensensoren differenzieren Materialien mit verschiedenen Technologien. Gängige Techniken sind Oberflächenprofiler, Ellipsometrie, Doppelpolarisationsinterferometrie und Rasterelektronenmikroskopie, um die Querschnitte der Proben zu analysieren.

Methoden zur Dickenmessung

Die in den folgenden Vergleichstabellen angezeigten Daten stammen aus "Nitzsche, K.: Schichtmeßtechnik. Vogel, 1997."

Wirbelstrom-Dickenmessverfahren

Die Wirbelstrommessung ist ein zuverlässiges berührungsloses Prüfverfahren. Sie ist für eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben anwendbar, wie z. B. Erkennung von Oberflächenschäden, Schwingungs- und Verformungsmessung, Messung von Materialeigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit und magnetische Permeabilität sowie Näherungsabtastung. Die Näherungsmessung und die Messung der Leitfähigkeit ermöglichen eine sehr genaue Bestimmung der Dicke verschiedener Schicht-/Substratsysteme.

  • Erfordert leitfähige Beschichtung
  • Sehr großer Messbereich
  • Schnelles Messverfahren
  • Ausgereiftes Verfahren
  • Mittlere bis hohe Kosten

Eddy Current Thickness Gauging Methods

Mechanische Verfahren zur Dickenmessung

Messuhren und Komparatormessgeräte sind relativ einfache Werkzeuge, die eine untergeordnete Rolle spielen. Eine Spitze tastet die Oberfläche mit ihrem Eigengewicht oder einer zusätzlichen Federkraft ab. Die zu messende Schicht muss an einer Stelle fehlen. An dieser Stelle befindet sich durch die Beschichtung eine Stufe. Anhand des Sprunges der Spitze kann die Dicke berechnet werden. Ähnliche Verfahren sind Profilverfahren, die vor allem für Rauheitsuntersuchungen eingesetzt werden. Eine Diamantspitze tastet die Oberfläche ab und wandelt die Bewegung in ein verstärktes elektrisches Signal um. Vorteile dieser Methoden sind, dass es sich um direkte Messmethoden mit großer Reproduzierbarkeit handelt.

Sie sind kostengünstig, es gibt keine Anforderungen an das Schichtsystem und die Rauheit kann durch Mittelwertbildung ausgelöscht werden. Der Hauptnachteil ist die Notwendigkeit einer Stufe und der Kontakt zur Schicht, der elastische oder plastische Verformungen verursachen kann. Außerdem sind sie nicht für in-situ Messungen geeignet.

  • Benötigt typischerweise einen physischen Kontakt und eine physikalischen Stufe
  • Bekannte Technologie
  • Kostengünstig

Mechanical Thickness Gauging Methods

Dickenbestimmung durch Gewichtsmessung

Die Kenntnis über die Schichtfläche und die Dichte des Schichtmaterials ermöglicht die Bestimmung der Dicke durch Gewichtsmessung. Dies geschieht entweder durch Messung der Gewichtsdifferenz der interessierenden Struktur oder durch Untersuchung des Gewichts einer Referenzstruktur. Analyse- und Mikrowaagen oder andere spezielle Dispositionsgewichtsmessverfahren sind sehr genau, erlauben aber nur sehr geringe Belastungen und eine in-situ Anwendung ist schwierig. Eine gängige und noch präzisere und in-situ anwendbare Methode ist die Quarzmonitor-Methode. Dabei wird ein Quarz in der Kammer neben dem Substrat unter gleichen Bedingungen beschichtet. Der Quarz verändert sein Schwingungsverhalten in Abhängigkeit von seinem Gewicht, das überwacht und ausgewertet wird. Es handelt sich um eine äußerst präzise Methode, die auch für Beschichtungsabläufe geeignet ist. Ein weiterer Ansatz ist die Gewichtsmessung des verbrauchten verdampften Materials. Es ist eine einfache, aber nicht sehr präzise Methode. Darüber hinaus gibt es noch die chemische quantitative Analyse, die die Schichtdicke durch Messung der Dauer einer chemischen Reaktion zur Ablösung der Schicht bestimmt. Die coulometrische Methode bestimmt die Schichtdicke bei einer Umkehrelektrolyse durch Messung der Potentialänderung. Sie ist sehr genau, zerstört aber die Schicht, weshalb sie hauptsächlich für Laboranwendungen eingesetzt wird.

  • Mittlere Kosten
  • Inline- und Insitu-Anwendungen
  • Ausgereifte Technologie

Thickness Determination by Weight Measuring

Radiometrische Dickenmessverfahren

Die Wechselwirkung von ionisierter oder radioaktiver Strahlung mit Schichtmaterie liefert eine Vielzahl von Informationen über Materialeigenschaften. Je nach Material und Dicke werden unterschiedliche Emissionsarten eingesetzt. Üblich sind Alpha-, Beta-, Gamma-, Röntgen- oder Elektronenemission. Effekte sind Transmission, Absorption und Rückstreuung. Alle Ansätze verwenden eine Quelle und einen Empfänger. Übliche Empfänger sind Ionisationskammern, Strahlungszähler, Szintillatorzähler oder Kristallzähler. Eine hohe Emission unterstützt eine hohe Auflösung, erhöht aber die gefährliche Strahlung. Beim radioaktiven Transmissionsansatz wird, ähnlich wie beim optischen Transmissionsansatz, die durch die Probe verursachte Schwächungsintensität analysiert. Eine wesentliche Bedingung ist, dass der Anteil der Absorption durch das Substrat nicht zu hoch ist, damit schichtbedingte Schwankungen noch analysiert werden können. Außerdem wird eine Kalibrierkurve benötigt und beide Seiten der Probe werden für die Messungen belegt. Bei der Tracer-Methode werden radioaktive Isotope in die Schicht eingemischt und die Schichtdicke über die Strahlungsintensität bestimmt. Bei der Beta-Back-Scattering-Methode wird eine Probe mit einem gekippten kollimierten Elektronenstrahl aus einer schwach radioaktiven Beta-Quelle beschossen. Da die reflektierte Primärstrahlung durch ein Hindernis geblockt wird, wird nur die von der Schicht emittierte Strahlung empfangen und dann auf die Dicke referenziert. Ein weiterer, gut etablierter Ansatz ist die Fluoreszenzmethode. Hierbei werden durch Röntgen-, Gamma- oder Betastrahlung hervorgerufene elektrische Übergänge in der Atomhülle zum Leuchten gebracht, was für jedes chemische Element charakteristisch ist. Somit sind neben der Dickenmessung auch qualitative Charakterisierungen möglich. Obwohl alle radioaktiven Methoden eine hohe Empfindlichkeit aufweisen, müssen Anwender mögliche gesundheitliche Probleme berücksichtigen.

  • Eine Vielzahl von Prüfmethoden und -aufbauten sind verfügbar
  • Ausgereifte Technologie
  • Mittlere bis hohe Kosten
  • Erfordert Sicherheitsmaßnahmen für den Umgang mit radioaktiven Werkzeugen

Radiometrical Thickness Gauging Methods

Magnetische Schichtdickenmessverfahren

Magnetometer können für alle nicht ferromagnetischen Schichten auf ferromagnetischen Substraten eingesetzt werden. Sie werden häufig zur schnellen Qualitätssicherung von galvanischen Schichten (wie Zink, Kupfer oder Aluminium) auf Stahl oder Eisen eingesetzt. Magnetometer werten die von Spulen induzierten Magnetfelder aus, die durch den Abstand zum Substrat beeinflusst werden. Da diese Technik einen Kontakt mit der Oberfläche des Prüfmaterials erfordert, kann es zu einer Beeinflussung der Oberfläche kommen. Trotz der Einfachheit des Ansatzes gibt es viele Probleme bei der Kontaktierung einer Schicht zu beachten, da die Position der Sonde die Messung beeinflusst. Probleme sind zu kleine Proben, nicht ebene Oberflächen, Rauheit und Unwucht der Sonde. Richtig ausgeführt, ermöglicht die Methode Dickenbestimmungen von wenigen μm bis zu wenigen mm, wenn sie auf Kalibrierproben bezogen wird. Die Messungen können mit verschiedenen Anordnungen von einer oder mehreren Spulen durchgeführt werden, die dem Induktionsgesetz folgen und verschiedene Effekte analysieren. Gebräuchlich sind Fluxgate-Magnetometer, Drehspul-Magnetometer oder Halleffekt-Magnetometer. In der einfachsten Form besteht das Fluxgate-Magnetometer aus zwei Spulen, die sich den gleichen Kern teilen. In einem magnetisch neutralen Hintergrund stimmen die Eingangs- und Ausgangsströme überein, wird der Kern jedoch einem magnetischen Hintergrundfeld ausgesetzt, so ändert sich das Signal aufgrund unterschiedlicher Sättigungsanstrengungen. Das Drehspul-Magnetometer induziert eine Sinuswelle in einer rotierenden Spule und wertet die Amplitude des Signals aus. Wird ein Quader oder Halbleiter von einem Strom durchflossen, der von einem senkrecht angeordneten Magnetfeld begleitet wird, kann eine Hallspannung gemessen werden. Die Auswertung der verursachten Hallspannung gibt Aufschluss über die elektrischen Eigenschaften, Ladungsträgerdichte und -beweglichkeit und damit über die Leitfähigkeit. Es sind viele physikalische Effekte zu berücksichtigen, aber gerade für Silizium- und Germaniumschichten, die einen hohen Hall-Koeffizienten aufweisen, erlaubt diese Methode zuverlässige Messungen ohne die Notwendigkeit von Referenzen. Ein weiterer Ansatz ist die Haftfestigkeitsmessung, die die Kraft beim Ablösen eines Permanentmagneten analysiert und in die Dicke umrechnet.

  • Ausgereifte Technologien
  • Geringe bis mittelhohe Kosten
  • Benötigen magnetische Schichten
Magnetic Thickness Gauging Methods

Optische Dickenmessungsmethoden

Mikroskopische Methoden erfordern, bis auf wenige Ausnahmen, eine Kante. Es wird also ein Schnitt in das Material benötigt, der z.B. durch fokussierten Ionenstrahl oder Ätzen archiviert werden kann. Es gibt viele Möglichkeiten, die Dicke mit Hilfe der Mikroskopie zu bestimmen, wie z.B. die Verwendung der Tiefenschärfe, die Skalierung mit dem Multimeter, Lichtschnittmethoden oder ein Scan mit dem REM. Interferometrische Methoden erfordern ebenfalls einen Schritt, es sei denn, das Material ist transparent. Interferenz bezieht sich auf die Wechselwirkung von zwei oder mehr Wellen, die miteinander korreliert oder kohärent sind.

Interferenztechniken sind gut untersucht und entwickelt worden. Die wichtigsten Ansätze sind Transmissionsinterferenz, Auflichtinterferenz und Interphakointerferenz. Bestrahlungstechniken werten die Intensität des senkrechten Lichtstrahls aus, der durch die Probe übertragen wird. Dieser Ansatz analysiert das Reflexions- und Absorptionsverhalten von transparenten und semitransparenten Schichten. Es ist eine weit verbreitete Methode für beschichtete Folien in der Verpackungsindustrie. Die Ellipsometrie analysiert die Änderung der Polarisation, wenn parallelisiertes Licht eine transparente oder halbtransparente Schicht durchdringt. Am häufigsten ist die Anwendung im Reflexionsmodus. Der Vorteil für in-situ Anwendungen ist, dass der Bereich über der Probe nicht blockiert wird und somit eine Messung während des Beschichtungsprozesses möglich ist. Außerdem handelt es sich um ein äußerst präzises, sehr schnelles, zerstörungsfreies, berührungsloses und in-situ anwendbares Verfahren, das keine Referenzmessungen erfordert. Nachteilig ist die Beschränkung auf transparente Schichten, die Empfindlichkeit gegenüber mikrostrukturellen Effekten, Mikrorauhigkeit und Mikrokritikalität.

  • Beschränkung auf transparente Schichten (dünne Metallschichten)
  • Empfindlichkeit gegenüber mikrostrukturellen Effekten und Mikrorauhigkeit
  • Geeignet für Inline-Anwendungen
  • Mittlere bis hohe Kosten

Optical Thickness Gauging Methods

Prüfgeräte für Metallschichtdickenmessungen

Industrie und F&E-Laboratorien haben unterschiedliche Anforderungen, was die Anzahl der Proben und Messaufgaben pro Tag, die Messpunktdichte und den Automatisierungsgrad betrifft. Im Ergebnis werden üblicherweise vier wesentliche Prüfarten eingesetzt:

Kontakt

Für Produktanfragen kontaktieren Sie uns über

Für eine schnelle und informative Antwort beschreiben Sie bitte Ihre Messaufgabe (z.B. Material, Probengröße, erwarteter Messbereich) und geben Sie Ihre Telefonnummer an.

Durch das Absenden dieser Form, gestatte ich der SURAGUS GmbH meine Daten für die Kontaktaufnahme zu verwenden. Mehr dazu auf der Seite Impressum & Datenschutzerklärung