Das Prinzip zur Messung von Spannungen in dünnen Schichten
Die oben dargestellten Illustrationen zeigen das allen unseren
Messgeräten zugrundeliegende Prinzip:
Der Laserstrahl wird zunächst in zwei parallel verlaufende
Strahlen aufgeteilt und auf die Rückseite einer zu beschichtenden
Referenzprobe gerichtet. Die Probe sollte mind. eine Reflektivität
von 3% aufweisen, so dass die Strahlen von dort zurück auf den
Detektor gelenkt werden. Dieser misst nun den tatsächlichen
Abstand der beiden Laserstrahlen.
Vor dem Beschichten der Probe entspricht die Länge "Xvorher"
dem Abstand der beiden Strahlen direkt
nach der Aufteilung. Durch den Beschichtungsprozess ensteht eine
dünne Schicht, welche bei einer Verspannung Druck auf die Probe
ausübt und diese gegebenenfalls krümmt. Die Laserstrahlen werden
nun nicht länger parallel zurückgeworfen, die gemessene Distanz
auf dem Detektor, "Xnachher", kann grösser oder kleiner als der
Ausgangswert sein.
Mittels der Stoney-Formel kann nun die Grösse der Spannnung
in dem Dünnschichtsystem anhand der gemessenen Abstandsveränderungen
errechnet werden.
with:
| SIGMAfilm | Stress in the film |
| Esubstrate | Young's modulus of the substrate |
| vsubstrate | Poisson ratio of the substrate |
| dsubstrate | Thickness of the substrate |
| dfilm | Thickness of the film |
| L | Distance sample-detector |
| a | Distance of the laser beams on the sample |