VDI 2840 - Beuth Verlag

– 18 – VDI 2840 Entwurf Alle Rechte vorbehalten © Verein Deutscher Ingenieure, Düsseldorf 2004
mantschichten können transparent oder transluzent
vorkommen. Die optischen Messverfahren beruhen
auf der Interferenz von Lichtstrahlen, die von der
Schichtoberfläche und von der Substratoberfläche
reflektiert werden.
Ein Beispiel zur optischen Bestimmung der
Schichtdicke besteht in der Anwendung des Lichtschnittverfahrens
(ISO 2128). Die für Eloxalschichten
geltende Norm kann auch auf andere
transparente Schichten übertragen werden. Als
weiteres optisches Verfahren kommt die Weißlichtinterferometrie
in Frage. Weißlichtinterferometer
können für die Schichtdickenmessung mit
Lichtleitfaserbündeln ausgestattet sein, um den
Messfleck auf die Probe zu lenken. Das Messprinzip
beruht auf der rechnerischen Auswertung der
Interferenzmuster mit Hilfe der Fresnel'schen Gleichungen.
Dazu muss der Brechungsindex der
Schicht bekannt sein. Es lassen sich nur einlagige
Schichten vermessen. Der Messbereich beträgt ca.
10 nm bis 50 µm, die angezeigte Auflösung liegt
bei 1 nm.
Als weitere optische Verfahren sind die Ellipsometrie
(PAS 1022, ASTM F 576) und die Photometrie
zu nennen, die jedoch nur für sehr glatte
Substratoberflächen und vorzugsweise für Schichtdicken
unterhalb von einem Mikrometer eingesetzt
werden können.
Das in der VDI 3824 Blatt 4 aufgeführte Verfahren
der Kalottenschliff-Vermessung lässt sich nicht
sinnvoll für Diamantschichten anwenden, da die
Schleifzeit auf Grund der hohen Schichthärte sehr
hoch ist.
Die beiden dort genannten Verfahren der Röntgenfluoreszenz
(X-ray fluorescence XRF;
(DIN EN ISO 3497) und der Beta-Rückstreuung
(DIN EN ISO 3543) messen die Schichtdicke indirekt
auf Basis der flächenbezogenen Masse. Zum
einen sind daher Referenzproben notwendig. Zum
anderen muss die exakte Dichte der Schicht bekannt
sein. Während CVD-Diamantschichten stets
die gleiche Dichte (3,52 · 10 3 kg/m 3 ) aufweisen,
variiert diese bei den amorphen Kohlenstoffschichten
jedoch auf Grund des veränderlichen Wasserstoffgehalts
sehr stark (ca. 1,5 · 10 3 bis
2,2 · 10 3 kg/m 3 ). Daher sind diese Verfahren bei
unbekannten amorphen Kohlenstoffschichten oder
schwankender Schichtzusammensetzung nicht einsetzbar.
Mit der Beta-Rückstreumethode lassen
sich Schichtdicken von Diamantschichten zuverlässig
und zerstörungsfrei messen.
Eine weitere zerstörungsfreie Methode
der Schichtdickenmessung arbeitet mit laser-
induzierten Ultraschall-Oberflächenwellen
Lizenzierte Kopie von elektronischem Datenträger
(DIN 50 992-1).
Eine Übersicht über Schichtdickenmessverfahren
mit Anwendungshinweisen wird in dem Norm-
Entwurf DIN EN ISO 3882 „Metallische und andere
anorganische Schichten; Übersicht von Verfahren
der Schichtdickenmessung“ gegeben. Außerdem
wird verwiesen auf die DIN EN ISO 2064
„Definitionen und Festlegungen, die die Messung
der Schichtdicke betreffen“.
5.1.9 Schichtrauheit
Die Angaben für die Schichtrauheit beziehen sich
ausschließlich auf die inhärente Rauheit der
Schicht. Bei beschichteten Substraten wird die
messbare Rauheit nahezu immer zusätzlich durch
die Substratrauheit beeinflusst. Eine Bestimmung
der inhärenten Schichtrauheit ist nur auf Substraten
möglich, die eine Rauheit aufweisen, die mindestens
eine Größenordnung geringer ist als die inhärente
Schichtrauheit (z. B. ein polierter Siliciumwafer).
Keine der Kohlenstoffschichten hat eine rauheitsausgleichende
Eigenschaft, wie sie z. B. bei der
galvanischen Nickelabscheidung erzielt werden
kann (Glanznickel). Eine Ausgleichung, das heißt
Verringerung der Rauheit, die im Substrat vorgegeben
ist, geschieht nur auf Grund der geometrischen
Verhältnisse, da die Schichtoberseite als
Äquidistanzfläche zur Substratoberfläche angesehen
werden kann (Bild 14).
Bild 14. Verringerung der Rauheit durch Schichtabscheidung;
Darstellung anhand der REM-
Aufnahme einer Multilayerschicht
Die Rauheitsangaben beziehen sich auf die Seite
der Schichten, die im Einsatz verwendet wird. Bei
den amorphen Kohlenstoffschichten und den Diamantdünnschichten,
die auf dem Substrat verbleiben,
ist dies die Wachstumsseite. Bei den Diamantdickschichten
wird in der Regel die
Substratseite der abgelösten Schicht verwendet.
Bei diesen Schichten beziehen sich daher die Rauheitsangaben
auf die Substratseite. Die Wachs-