一種精確測(cè)量超薄四面非晶體碳膜膜厚的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，該方法包括以下步驟：（1）將石英片背面處理成粗糙面，并測(cè)量該襯底的光學(xué)常數(shù)；（2）在石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規(guī)方法制備膜厚小于50nm的超薄ta?C膜；（3）測(cè)量超薄ta?C膜的透過(guò)率T；（4）測(cè)量超薄ta?C 膜的橢偏參數(shù) j 與 Δ；（5）將透過(guò)率T經(jīng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后，導(dǎo)入橢偏儀，并與橢偏參數(shù) j 及 Δ進(jìn)行擬合；（6）以硅襯底層、超薄ta?C膜層及表面粗糙層構(gòu)建數(shù)學(xué)物理模型，并通過(guò)Wvase32擬合軟件獲得超薄ta?C膜的膜厚即可。本發(fā)明可以快速、方便、準(zhǔn)確的測(cè)量超薄ta?C 碳膜，提高表征精度，制備簡(jiǎn)單。
【專利說(shuō)明】
一種精確測(cè)量超薄四面非晶體碳膜膜厚的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及材料表征技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]四面體非晶碳膜具有高硬度、光滑、低摩擦系數(shù)、良好的光學(xué)特性等優(yōu)點(diǎn)，在微電子器件、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、薄膜太陽(yáng)能電池等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。特別是作為一種保護(hù)涂層已被廣泛應(yīng)用于磁存儲(chǔ)器件。為了滿足磁存儲(chǔ)密度迅速提高的要求，必須減小讀寫(xiě)磁頭和磁盤(pán)間的距離，有效的辦法是減小保護(hù)涂層的厚度；同時(shí)，隨著各種微電器器件微型化、小型化的發(fā)展趨勢(shì)，需要一種只有幾十到幾個(gè)納米厚度且滿足各種器件要求的保護(hù)涂層。在實(shí)際研究中，能夠快速、方便、準(zhǔn)確表征超薄ta-C膜膜厚的方法較少，且精確表征較為困難。因此，針對(duì)不同的應(yīng)用需求，如何方便、快速、準(zhǔn)確的測(cè)量超薄ta-C膜的膜厚，進(jìn)而深入研究薄膜的微觀特性和力學(xué)特性，已經(jīng)成為限制超薄ta-C膜研究和應(yīng)用的關(guān)鍵。
[0003]目前，測(cè)量超薄ta-C碳膜膜厚的方法主要有AFM(原子力顯微鏡)、XRR(X射線反射)、橢偏法等。這些方法在測(cè)定薄膜厚度方面都具有各自的優(yōu)點(diǎn)，但作為精確測(cè)量超薄50nm)四面體非晶碳膜膜厚的方法都存在不足。AFM可以準(zhǔn)確測(cè)得超薄薄膜厚度，但測(cè)量速度慢、且容易損傷樣品。XRR法需要建立光譜模型，且光學(xué)常數(shù)未知，擬合過(guò)程較為復(fù)雜。傳統(tǒng)上僅利用橢偏儀測(cè)量薄膜厚度，由于需要對(duì)材料本身性質(zhì)非常了解，再根據(jù)材料性質(zhì)選擇模型經(jīng)過(guò)擬合得到結(jié)果，因此測(cè)量準(zhǔn)確性較差，不適合超薄(<50nm)薄膜厚度測(cè)量，特別是對(duì)于在一些波段區(qū)域不透明的薄膜材料，更不適合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可以快速、方便、準(zhǔn)確的測(cè)量超薄ta-C碳膜，提高表征精度，制備簡(jiǎn)單的精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚方法。
[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所述的一種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將石英片背面用噴砂機(jī)噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用橢偏儀測(cè)量該襯底的光學(xué)常數(shù)；
(2)在所述步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規(guī)方法制備膜厚小于50nm的超薄ta-C膜；
(3)利用分光光度計(jì)測(cè)量所述超薄ta-C膜的透過(guò)率T;
(4)啟動(dòng)橢偏儀，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺(tái)上，測(cè)量超薄ta-C膜的橢偏參數(shù)j與Δ ;
(5)將所述透過(guò)率T經(jīng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后，導(dǎo)入所述橢偏儀，并與所述橢偏參數(shù)j及Δ進(jìn)行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數(shù)模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質(zhì)近似理論處理的表面粗糙層構(gòu)建數(shù)學(xué)物理模型，并通過(guò)WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚即可。
[0006]所述步驟(I)中石英片的尺寸為4cm X 4cm。
[0007]所述步驟(I)中橢偏儀的工作參數(shù)是指波長(zhǎng)為190?1700nm，掃描步長(zhǎng)為lnm。
[0008]所述步驟(I)中光學(xué)常數(shù)是指折射率和消光系數(shù)。
[0009]所述步驟(4)中橢偏儀的測(cè)量參數(shù)設(shè)在波長(zhǎng)為250?1700nm，光線入射角分別選擇55。、60。、65。ο
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)對(duì)樣品無(wú)特殊要求，樣品制備相對(duì)簡(jiǎn)單；
(2 )測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單、方便、快速，且對(duì)樣品無(wú)損；
(3 )該方法擬合得到的不同膜厚的超薄ta-C膜厚度與原子力顯微鏡AFM、X射線反射XRR法測(cè)量相比具有更高的超薄ta-C碳膜膜厚表征準(zhǔn)確度。
【附圖說(shuō)明】
[0011]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0012]圖1是本發(fā)明通過(guò)不同方法測(cè)量超薄ta-C碳膜膜厚的比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0014]實(shí)施例1一種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將尺寸為4cmX4cm石英片背面用噴砂機(jī)噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用波長(zhǎng)為190?1700nm，掃描步長(zhǎng)為Inm的橢偏儀測(cè)量該襯底的折射率和消光系數(shù)；
(2)在步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規(guī)方法沉積4min，開(kāi)始制備超薄ta_C膜；
(3)利用分光光度計(jì)測(cè)量超薄ta-C膜的透過(guò)率T;
(4)啟動(dòng)橢偏儀，設(shè)定工作參數(shù)的波長(zhǎng)為250-1700nm，光線入射角分別為55°、60°、65°，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺(tái)上，測(cè)量超薄ta-C膜的橢偏參數(shù)j與Δ;
(5)將透過(guò)率T經(jīng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后，導(dǎo)入橢偏儀，并與橢偏參數(shù)j及△進(jìn)行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數(shù)模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質(zhì)近似理論處理的表面粗糙層構(gòu)建數(shù)學(xué)物理模型，并通過(guò)WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚為7.6nm。
[0015]實(shí)施例2—種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將尺寸為4cmX4cm石英片背面用噴砂機(jī)噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用波長(zhǎng)為190?1700nm，掃描步長(zhǎng)為Inm的橢偏儀測(cè)量該襯底的折射率和消光系數(shù)；
(2)在步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規(guī)方法沉積I Om i η，開(kāi)始制備超薄ta_C膜； (3)利用分光光度計(jì)測(cè)量超薄ta-C膜的透過(guò)率T;
(4)啟動(dòng)橢偏儀，設(shè)定工作參數(shù)的波長(zhǎng)為250-1700nm，光線入射角分別為55°、60°、65°，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺(tái)上，測(cè)量超薄ta-C膜的橢偏參數(shù)Y與Δ;
(5)將透過(guò)率T經(jīng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后，導(dǎo)入橢偏儀，并與橢偏參數(shù)Y及△進(jìn)行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數(shù)模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質(zhì)近似理論處理的表面粗糙層構(gòu)建數(shù)學(xué)物理模型，并通過(guò)WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚為17.5nm。
[0016]實(shí)施例3—種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將尺寸為4cmX4cm石英片背面用噴砂機(jī)噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用波長(zhǎng)為190?1700nm，掃描步長(zhǎng)為Inm的橢偏儀測(cè)量該襯底的折射率和消光系數(shù)；
(2)在步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規(guī)方法沉積15m i η，開(kāi)始制備超薄ta_C膜；
(3)利用分光光度計(jì)測(cè)量超薄ta-C膜的透過(guò)率T;
(4)啟動(dòng)橢偏儀，設(shè)定工作參數(shù)的波長(zhǎng)為250-1700nm，光線入射角分別為55°、60°、65°，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺(tái)上，測(cè)量超薄ta-C膜的橢偏參數(shù)Y與Δ;
(5)將透過(guò)率T經(jīng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后，導(dǎo)入橢偏儀，并與橢偏參數(shù)Y及△進(jìn)行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數(shù)模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質(zhì)近似理論處理的表面粗糙層構(gòu)建數(shù)學(xué)物理模型，并通過(guò)WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚為24nm。
[0017]實(shí)施例4一種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將尺寸為4cmX4cm石英片背面用噴砂機(jī)噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用波長(zhǎng)為190?1700nm，掃描步長(zhǎng)為Inm的橢偏儀測(cè)量該襯底的折射率和消光系數(shù)；
(2)在步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規(guī)方法沉積4min，開(kāi)始制備超薄ta_C膜；
(3)利用分光光度計(jì)測(cè)量超薄ta-C膜的透過(guò)率T;
(4)啟動(dòng)橢偏儀，設(shè)定工作參數(shù)的波長(zhǎng)為190-1700nm，光線入射角分別為55°、60°、65°，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺(tái)上，測(cè)量超薄ta-C膜的橢偏參數(shù)Y與Δ;
(5)將透過(guò)率T經(jīng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后，導(dǎo)入橢偏儀，并與橢偏參數(shù)Y及△進(jìn)行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數(shù)模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質(zhì)近似理論處理的表面粗糙層構(gòu)建數(shù)學(xué)物理模型，并通過(guò)WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚為I Onm。
[0018]實(shí)施例5—種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將尺寸為4cmX4cm石英片背面用噴砂機(jī)噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用波長(zhǎng)為190?1700nm，掃描步長(zhǎng)為Inm的橢偏儀測(cè)量該襯底的折射率和消光系數(shù)；
(2)在步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規(guī)方法沉積I Om i η，開(kāi)始制備膜超薄ta_C膜； (3)利用分光光度計(jì)測(cè)量超薄ta-C膜的透過(guò)率T;
(4)啟動(dòng)橢偏儀，設(shè)定工作參數(shù)的波長(zhǎng)為190-1700nm，光線入射角分別為55°、60°、65°，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺(tái)上，測(cè)量超薄ta-C膜的橢偏參數(shù)Y與Δ;
(5)將透過(guò)率T經(jīng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后，導(dǎo)入橢偏儀，并與橢偏參數(shù)Y及△進(jìn)行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數(shù)模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質(zhì)近似理論處理的表面粗糙層構(gòu)建數(shù)學(xué)物理模型，并通過(guò)WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚為21 nm。
[0019]實(shí)施例6 —種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟:
(1)將尺寸為4cmX4cm石英片背面用噴砂機(jī)噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用波長(zhǎng)為190?1700nm，掃描步長(zhǎng)為Inm的橢偏儀測(cè)量該襯底的折射率和消光系數(shù)；
(2)在步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規(guī)方法沉積15m i η，開(kāi)始制備超薄ta_C膜；
(3)利用分光光度計(jì)測(cè)量超薄ta-C膜的透過(guò)率T;
(4)啟動(dòng)橢偏儀，設(shè)定工作參數(shù)的波長(zhǎng)為190-1700nm，光線入射角分別為55°、60°、65°，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺(tái)上，測(cè)量超薄ta-C膜的橢偏參數(shù)Y與Δ;
(5)將透過(guò)率T經(jīng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后，導(dǎo)入橢偏儀，并與橢偏參數(shù)Y及△進(jìn)行擬合；
(6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數(shù)模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質(zhì)近似理論處理的表面粗糙層構(gòu)建數(shù)學(xué)物理模型，并通過(guò)WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚為28.lnm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，包括以下步驟: (1)將石英片背面用噴砂機(jī)噴砂處理成粗糙面，或用尺寸與石英片大小相同的帶磨砂的透明膠帶粘貼在石英片背面，并用橢偏儀測(cè)量該襯底的光學(xué)常數(shù)； (2)在所述步驟⑴所得的石英襯底外，再新增加硅襯底，在同一爐中兩種襯底按常規(guī)方法制備膜厚小于50nm的超薄ta-C膜； (3)利用分光光度計(jì)測(cè)量所述超薄ta-C膜的透過(guò)率T; (4)啟動(dòng)橢偏儀，將表面沉積超薄ta-C膜的硅襯底加載在樣品臺(tái)上，測(cè)量超薄ta-C膜的橢偏參數(shù)j與Δ ; (5)將所述透過(guò)率T經(jīng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換后，導(dǎo)入所述橢偏儀，并與所述橢偏參數(shù)j及Δ進(jìn)行擬合； (6)以Si_jaw模型表示的娃襯底層、Genosc函數(shù)模型表示的超薄ta-C膜層及Bruggeman有效介質(zhì)近似理論處理的表面粗糙層構(gòu)建數(shù)學(xué)物理模型，并通過(guò)WvaSe32擬合軟件獲得超薄ta-C膜的膜厚即可。2.如權(quán)利要求1所述的一種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，其特征在于:所述步驟(I)中石英片的尺寸為4cm X 4cm。3.如權(quán)利要求1所述的一種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，其特征在于:所述步驟(I)中橢偏儀的工作參數(shù)是指波長(zhǎng)為190?1700nm，掃描步長(zhǎng)為Inm04.如權(quán)利要求1所述的一種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，其特征在于:所述步驟(I)中光學(xué)常數(shù)是指折射率和消光系數(shù)。5.如權(quán)利要求1所述的一種精確測(cè)量超薄四面體非晶碳膜膜厚的方法，其特征在于:所述步驟(4)中橢偏儀的測(cè)量參數(shù)設(shè)在波長(zhǎng)為250?1700nm，光線入射角分別選擇55°、60°、65。。
【文檔編號(hào)】G01B11/06GK105928461SQ201610252829
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】許世鵬, 薛仰全, 李玉宏, 陳維鉛, 林莉
【申請(qǐng)人】酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院