Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Eigenspannungsmessungen an dünnen Schichten
Die Eigenspannungen von Einzel- und/oder Multischichten können über die Veränderung des Krümmungsradius des Substrates vor und nach der Beschichtung ermittelt werden. Unter der Voraussetzung, dass das Substrat sehr viel dicker ist als die abgeschiedene Schicht kann die sogenannte Stoney-Gleichung angewendet werden, um die Eigenspannungen s der Schicht zu berechnen:
mit
ES ... Youngs Modul des Substratmaterials
dS ... Substratdicke
nS ... Poisson-Zahl des Substratmaterials
dSchicht ... Schichtdicke
R0 ... Krümmungsradius des Substrates vor der Beschichtung
R ... Krümmungsradius des Substrates nach der Beschichtung
Zur Vermessung der Krümmungsradien der Substrate vor und nach der Beschichtung wird die Oberfläche mit einem Laserstrahl abgetastet. Anhand der Ablenkung des reflektierten Strahls wird die Krümmung ermittelt. Im WS wird für diese Messungen u. a. das Gerät "FLX 2320" der Fa. Toho Technology Corporation eingesetzt. In diesem Gerät können Krümmungsmessungen in einer Schutzgasatmosphäre bei Temperaturen bis zu 500 °C ausgeführt werden. Dies ermöglicht neben der reinen Eigenspannungsmessung auch die in-situ-Beobachtung von Strukturumwandlungen in den Schichten.