Profilometer

Ein Profilometer kann zur Vermessung von mikroskopischer oder submikroskopischer Oberflächentopografien verwendet werden. Wegen der zu hohen Auflösung, wird es meist zur Bestimmung von Schichtdicken verwendet. Dazu wird vor der Beschichtung ein Stück des Wafers abgeklebt und der Höhenunterschied zwischen Beschichtung und Wafer wird gemessen. Aus diesen Informationen kann bei bekannter Beschichtungszeit die Beschichtungsrate ermittelt werden.

Grundlagen

Das hier verwendete Profilometer arbeitet über die kontaktbehaftete Abtastung der Oberfläche. Die Auflösung ist durch die Geometrie der Spitze auf 100 Å beschränkt.

Schema eines Profilometers

Zur Messung des Oberflächenprofils wird eine Probe auf den Probenhalter gelegt. Eine Diamantnadel wird auf die Oberfläche gebracht. Der Probenhalter wird während der Messung unter der Spitze hinweg bewegt. Unterschiedliche Höhen der Probe bewirken eine vertikale Bewegung der Diamantnadel. Diese Änderung wird als elektrisches Signal an den PC weitergeleitet. Es entsteht ein zweidimensionales Bild der Probe. Über die Rate der Aufnahmen pro Sekunde kann die Auflösung begrenzt werden. Allerdings ist auch eine zu geringe Rate nicht immer sinnvoll, da sie nur eine längere Messzeit verursacht und keine bessere Auflösung bewirkt. Andererseits ist eine zu schnelle Messung nicht sinnvoll, da bei großen Höhenuntershcieden die Nadel überschwingt. Die Scanweite kann zwischen 50 $\mu$m und 30 mm eingestellt werden, je nach Probenbeschaffung.

Messung mit dem Profilometer

Die Probe wird zunächst auf den Probentisch des Profilometers gelegt.

Profilometer

Anschließend werden die Scan-Parameter eingestellt. Als Scan-Type sollte Standard Scan gewählt werden. Die Scanlänge, über die das Profil aufgenommen werden soll, hängt von der Probe ab. Die Duration gibt die Dauer der Messung an. Wenn zu schnell gemessen wird, schwingt die Spitze über die Probenoberfläche und das aufgenommene Profil wird undeutlich. Eine normale Einstellung hierfür sind 10-20 Sekunden, nach Bedarf auch länger. Die Kraft, mit der die Spitze auf die Oberfläche drückt, sind 3 mg. Die Measurement Range hängt von der Rauigkeit der Probenoberfläche ab. Bei feinen Strukutren sind 65 kÅ notwendig. Der Scan-Radius beträgt 12 μm. Das Profil kann als Hills+Valleys angegeben werden.

Paramter einstellen

Ein aufgenommenes Profil kann wie folgt aussehen:

Profil

Wie in dem Profil zu sehen ist, hat das Profil eine von nicht zur x-Achse parallele Basislinie. Mit dem Rad unterhalb des Probentisches (siehe Einstellrädchen) kann die Basislinie angeglichen werden. Es muss natürlich wieder eine neue Aufnahme gemacht werden.

Einstellrädchen

Das aufgenommene Profil wird im Normalfall keine Basislinie mit x=0 haben. Daher ist es möglich mit Hilfe der Software die Basislinie zu subtrahieren. Werden die Cursor R und M an zwei Punkten des Profils gebracht, kann mit der Option "Level" die Linie zwischen den beiden Punkten von dem Profil abgezogen werden.

Basislinie abziehen

Gibt es weiterhin eine Verschiebung des Profils in y-Richtung, kann außerdem noch eine Nullpunktsverschiebung vorgenommen werden.

Nullpunktskorrektur

Nun ist es möglich, die Schichtdicke der Profile zu bestimmen.