在线式薄膜测厚仪的实例和性能评估

样品和元素

薄膜上形成的Cr、Ni、Cu的薄膜厚度分析

设备概览

图 1 显示了便携式荧光 X 射线分析仪 OURSTEX100FA。为了将测量头连接到成膜装置（图 3），它被修改为在线使用，如图 2 所示。该测量头中的探测器和X射线管采用水冷方式进行辐射。

设备安装

测量条件

• 设备：能量色散X射线荧光膜厚仪

• X射线管靶：W

• X射线管输出：40kV-0.25mA

• 检测器：鲈鱼冷却型（-10℃）SDD

• 测量气氛：真空（10-5 Pa）

• 分析线：Cu-Kα Ni-Kα Cr-Kα

• (散射线) (W-Lβ)

• 测量时间：100 秒

• 薄膜传送速度：3.0m/min

校准曲线创建结果

对于标准样品，通过ICP发射光谱法预先确定附着量(g/m2)，并将通过除以各元素的密度(g/cm3)计算的值用于校准曲线。图 4 介绍了测量的波形。

由于测量位置波动的校正

在样品搬运过程中，由于测量位置上下波动，造成定量误差，因此以瑞利散射线（本例中为W-Lβ线）为基准对位置波动进行了校正。

从图 6 可以看出，无论位置变化在 2 mm 内如何变化，该值几乎都是恒定的。

Cu层吸收效果对Ni和Cr的影响

当最外层的Cu层的膜厚发生变化时，吸收效果会发生变化，因此难以准确地测量Ni和Cr层的膜厚。因此，预先在图7中获得了取决于Cu层厚度的Ni和Cr的灵敏度校正曲线。（Cu层膜厚为100nm时的强度比设定为标准1.0。）

从Cu层的膜厚得到修正系数，对Ni层和Cr层的厚度进行修正和量化。

检测限

本装置中Cr、Ni、Cu膜厚的检测极限值（理论计算值）如表2所示。

准确性

表 3 显示了在固定薄膜位置时测量的静态精度和在运输样品 (3.0 m/min) 时测量的动态精度。

概括

将本次制造的荧光X射线膜厚计安装在成膜装置上进行性能评价的结果，

(1) 研究发现，通过取 X 射线强度与瑞利散射射线的比值，可以校正因运输引起的薄膜位置波动造成的误差。
(2)Cu、Ni、Cr膜的检测下限Cu为1.5nm，Ni、Cr为1nm以下，灵敏度高。
(3) 静态和动态精度的测量精度均为 CV = 5% 或更低，可以以高灵敏度测量超薄膜。

综上所述，认为该膜厚计可充分适用于超薄膜厚度的在线测量。此外，认为它不仅可以应用于膜厚测量，还可以应用于镀液分析。