Die Homogenität polykristalliner Diamantschichten ist ein zentraler Qualitätsfaktor für ihre Funktionalität und Lebensdauer. Besonders bei großformatigen Substraten, etwa bei Siliziumwafern mit Durchmessern bis zu 300 mm, stoßen konventionelle Messmethoden jedoch an ihre Grenzen.
Das Fraunhofer‑Institut für Schicht‑ und Oberflächentechnik (IST) kombiniert daher zwei Messverfahren: Mit spektraler Photometrie wird untersucht, wie stark eine Oberfläche Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen reflektiert oder durchlässt. Ergänzend kommt die winkelabhängige Ellipsometrie hinzu. Sie erfasst, wie sich der Zustand polarisierten Lichts nach der Reflexion bei verschiedenen Einfallswinkeln verändert und ermöglicht die Bestimmung von Brechungszahl, Extinktionskoeffizient und Schichtdicke. Beide Messverfahren basieren auf unterschiedlichen Messprinzipien und reagieren unterschiedlich empfindlich auf die Schichtparameter.
Die Messungen werden am Fraunhofer IST simultan analysiert. „Durch die gleichzeitige Auswertung aller Messinformationen erreichen wir eine höhere Genauigkeit als mit klassischen Einzelmessungen“, erläutert Dr. Volker Sittinger, Abteilungsleiter „Diamantbasierte Systeme“ am Fraunhofer IST. Hat man die Dispersion und die optischen Daten bestimmt, muss man nicht mehr an jeder Stelle alle Daten neu ermitteln. Eine einfache und schnelle Reflexionsmessung auf vielen Messpunkten der Oberfläche ist ausreichend, um zum Beispiel die Schichtdicke zu ermitteln.