FOLLOW US ON
+7 (495) 374-04-01
Отраслевые решения
Задать вопрос

Функциональные покрытия кантилеверов

Введение


Прибор.
Микромеханические системы (МЭМС), такие, как кантилеверные сенсоры для приложений атомно-силовой микроскопии можно функционализировать с помощью полимерных слоев.

 

Как вариант, функциональный слой можно химически пришить с помощью тиола к слою золота на кантилевере. Такой модифицированный зонд можно использовать для отслеживания изменений поверхностного напряжения, измерений следовых газов, детектирования массовой концентрации частиц или температурных изменений. Чтобы результаты измерений были воспроизводимыми, покрытие таких девайсов должно быть тонким и гомогенным (что можно отследить с помощью атомно-силовой микроскопии или визуализирующей эллипсометрии). В описываемой здесь работе карта толщины функционального слоя была получена с помощью визуализирующего эллипсометра с лучшим латеральным разрешением и большей точностью, чем у обычного эллипсометра.

Прибор

Спектральный визуализирующий эллипсометр nanofilm_ep3se, автоматизированный предметный столик, объективы 10x и 20x.

Задача

Локальные измерения толщины покрытия слоя и запись карты распределения толщины.

Измерения

Эллипсометрическое контрастное изображение кантилевера на длине волны 532 нм, наблюдается неоднородность

На эллипсометрическом контрастном изображении слева можно видеть неоднородность поверхности кантилевера. Такое наблюдение невозможно с использованием традиционного эллипсометра. Карты распределения Delta/Psi были записаны усредненными по областям интересов (вставка с белой рамкой), которые выбирались произвольно на кантилевере шириной 60 мкм. Спектр угла падения был записан на стороне с золотым покрытием без тиола. Дальнейшей аппроксимацией спектра Delta/Psi получены толщина, коэффициент отражения и затухания пленки золота. В других экспериментах угол Delta поддерживался постоянным, а единственным переменным параметром в моделировании спектра угла падения была толщина тиола. В экспериментах приняли, что кремниевый кантилевер является непрозрачным, что справедливо для длин волн ниже 532 нм. Выше этой длины волны поглощение кремнием становится настолько незначительным, что слой толщиной в микрон можно считать практически прозрачным. Посему, кремний можно брать за основу подложки для исследований.

На рисунке 4 можно наблюдать спектр для слоя кремния. Осцилляции Delta/Psi выше 532 нм возникают вследствие прозрачности кремниевой подложки. Период этих осцилляций задается толщиной кремниевого слоя.

Образец

Кремниевая подложка со слоем диоксида кремния SiO2 переменной толщины.

Пошаговая подготовка осуществлялась по следующему плану:

  • Получение контрастного изображения кантилевера
  • Определение областей интереса для дальнейших измерений
  • Запись спектра Delta/Psi как функции угла падения
  • Запись спектра Delta/Psi как функции длины волны
  • Аппроксимация спектра с целью получения оптических параметров
Спектр Delta/Psi. В результате аппроксимации получены следующие величины: толщина d(Si) = 1475 ± 3 нм, d(au) = 14.7 ± 0.2 нм, d(thiol) = 2.0 ± 0.2 нм (где n(thiol) принято = 1.47.

Толщина кремниевого кантилевера была получена аппроксимацией спектра выше длины волны 532 нм. Толщина золота и тиоловых слоев также получена с помощью аппроксимации. Толщина полимерного слоя была измерена похожим способом посредством спектра углов падения или длин волн. Распределения Delta были записаны на длине волны 400 нм и 532 нм. Далее параметры Delta были конвертированы в величину толщины полимерного слоя, основанную на оптической модели непрозрачной кремниевой подложки. Результирующее распределение на 532 нм содержит полоски, которые отсутствуют в спектре на 400 нм. Был сделан вывод, что эти полоски являются артефактом вследствие ошибочности предположения непрозрачности подложки на 532 нм и появляются вследствие интерференции на слое кремния. Области неоднородности кантилевера соответствуют неоднородности в толщине. По факту же на рис 6 мы видим, что слой полимера вполне однороден.

Карта распределения толщины полимерного слоя кантилевера на длине волны 532 нм с 20x объективом, полученная с допущением непрозрачности кремниевой подложки

Карта распределения толщины полимерного слоя кантилевера на длине волны 400 нм с 20x объективом, полученная с допущением непрозрачности кремниевой подложки

Результат

Измерена толщина кремниевого, золотого, тиолового, полимерного слоев. Получены коэффициент отражения и поглощения слоя золота. Распределение толщины полимерного покрытия было получено с латеральным разрешением в один микрон и продемонстрировало его однородность.

Вывод

Вследствие уникальной разрешающей способности эллипсометра nanofilm_ep³, инструмент отлично подходит для инспекции толщины функциональных слоев кантилевера. С этой целью прибор может измерять спектры Delta/Psi, которые усредняются по интересующим областям или же картировать Delta и толщину соответствующего слоя по всему полю обзора.

Закрыть

Задать вопрос

Оборудование для контроля воды IMC Systems - научное оборудование, инспекция в полупроводниковой промышленности, оборудование для экологического мониторинга и контроля технологических процессов

ФИО*
Компания
Телефон и email*
Напишите вопрос и наименование продукции*
Нажимая на кнопку "Отправить", я даю согласие на обработку персональных данных.