在線式薄膜測(cè)厚儀的實(shí)例和性能評(píng)估

樣品和元素

薄膜上形成的Cr、Ni、Cu的薄膜厚度分析

設(shè)備概覽

圖 1 顯示了便攜式熒光 X 射線分析儀 OURSTEX100FA。為了將測(cè)量頭連接到成膜裝置（圖 3），它被修改為在線使用，如圖 2 所示。該測(cè)量頭中的探測(cè)器和X射線管采用水冷方式進(jìn)行輻射。

設(shè)備安裝

測(cè)量條件

• 設(shè)備：能量色散X射線熒光膜厚儀

• X射線管靶：W

• X射線管輸出：40kV-0.25mA

• 檢測(cè)器：鱸魚(yú)冷卻型（-10℃）SDD

• 測(cè)量氣氛：真空（10-5 Pa）

• 分析線：Cu-Kα Ni-Kα Cr-Kα

• (散射線) (W-Lβ)

• 測(cè)量時(shí)間：100 秒

• 薄膜傳送速度：3.0m/min

校準(zhǔn)曲線創(chuàng)建結(jié)果

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)樣品，通過(guò)ICP發(fā)射光譜法預(yù)先確定附著量(g/m2)，并將通過(guò)除以各元素的密度(g/cm3)計(jì)算的值用于校準(zhǔn)曲線。圖 4 介紹了測(cè)量的波形。

由于測(cè)量位置波動(dòng)的校正

在樣品搬運(yùn)過(guò)程中，由于測(cè)量位置上下波動(dòng)，造成定量誤差，因此以瑞利散射線（本例中為W-Lβ線）為基準(zhǔn)對(duì)位置波動(dòng)進(jìn)行了校正。

從圖 6 可以看出，無(wú)論位置變化在 2 mm 內(nèi)如何變化，該值幾乎都是恒定的。

Cu層吸收效果對(duì)Ni和Cr的影響

當(dāng)最外層的Cu層的膜厚發(fā)生變化時(shí)，吸收效果會(huì)發(fā)生變化，因此難以準(zhǔn)確地測(cè)量Ni和Cr層的膜厚。因此，預(yù)先在圖7中獲得了取決于Cu層厚度的Ni和Cr的靈敏度校正曲線。（Cu層膜厚為100nm時(shí)的強(qiáng)度比設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)1.0。）

從Cu層的膜厚得到修正系數(shù)，對(duì)Ni層和Cr層的厚度進(jìn)行修正和量化。

檢測(cè)限

本裝置中Cr、Ni、Cu膜厚的檢測(cè)極限值（理論計(jì)算值）如表2所示。

準(zhǔn)確性

表 3 顯示了在固定薄膜位置時(shí)測(cè)量的靜態(tài)精度和在運(yùn)輸樣品 (3.0 m/min) 時(shí)測(cè)量的動(dòng)態(tài)精度。

概括

將本次制造的熒光X射線膜厚計(jì)安裝在成膜裝置上進(jìn)行性能評(píng)價(jià)的結(jié)果，

(1) 研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)取 X 射線強(qiáng)度與瑞利散射射線的比值，可以校正因運(yùn)輸引起的薄膜位置波動(dòng)造成的誤差。
(2)Cu、Ni、Cr膜的檢測(cè)下限Cu為1.5nm，Ni、Cr為1nm以下，靈敏度高。
(3) 靜態(tài)和動(dòng)態(tài)精度的測(cè)量精度均為 CV = 5% 或更低，可以以高靈敏度測(cè)量超薄膜。

綜上所述，認(rèn)為該膜厚計(jì)可充分適用于超薄膜厚度的在線測(cè)量。此外，認(rèn)為它不僅可以應(yīng)用于膜厚測(cè)量，還可以應(yīng)用于鍍液分析。