蛍 光X線 分析 に よる薄膜 組 成 お よび膜 厚 の同 時分析 Simultaneous Thickmes
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(2) 近 畿 アル ミニ ウム 表 面 処 理 研 究 会 会 誌Nα146'90. 論. 2.2装. 文. 置. 表2Tb‑Fe‑Co膜. 装 置は理学 電機 工業 社製 波長 分散型蛍光X線 分析装 置 システム3370型 とセイ コー電子 社製蛍光X線 微小部膜 厚. お よ びAl・Si・Cu膜. 分 析 条 件. ス ペ ク トル. Tb‑LaPe‑KaCo‑KaA1‑KaSi‑KaCu‑Ka. 分析線. 組成. 組成. 膜厚. 組成. 膜厚. 組成. 計SFT/156型 を用いた。 2.3FP法. 管. によ る補正法. FP法の計算 には理 学オ ンライ ン自動分析プ ログラムを 用いた。装 置には質量 吸収 係数 、蛍光収率、X線 源のス. Rh. 球. 50kV‑40mA. 管 電 圧 ・電 流. 分光結晶. LiF(200>PETPETLiF. ペ ク トル分布 な どの物理 定数(フ ァ ンダ メンタルパ ラ 検 出器. 強 度を求 め、測 定X線 強度 との対比を行 って、含有率 お よび膜 厚などを求 めてい くプ ログ ラムが内蔵されてい る。 実 際には、事前 に標準 試料の膜 厚、密度および元素の含. 置感度 を算 出 しこれ らの定数を用 いて補正を行 い、実試. 144.7109.145.0 143,4107.144.5 146.7110.745.6 40sec 20sec. 測 定 時 間Peak. 有率 を入力 し、 その理 論X線 強 度 と実測X線 強度か ら装. PCPCSC. SC ‑1■ 2 k ° ° a G G e ° ° Dr B DD. 直 イ θ 2. メータ)を 用いて、蛍光X線 強 度の理論式 か ら理論X線. B.G.. 測定面積. 30mmφ. 料 の膜厚 および組成を求めてい く。 2.3測. 定条件. 3.実 験結果. Niお よびAuめ っき膜厚分析 におけるFPXRFの 測定条件. 3.lAu/Ni/Cu/臭 素入 り基板の めっき厚測定. を表1に 、Tb‑Fe‑Co膜 およびAl‑Si‑Cu膜の膜厚 および組. 3.1.1蛍. 光X線 微小部膜厚計 によるめ っき厚 の測 定. 蛍光X線 分析法X線 膜 厚計 のX線 分離方 法 には、比例 表1Niお. よ びAuめ. 計数 管を検 出器に使 用 したエネルギー分散型 が用い られ て い る。比例 係数 管の場合 、X線 の分離能が悪 く近接 し. ス ペ ク トル 管. っ き膜 厚 分 析 条 件. Au‑LaNi‑Ka. た元 素のX線 のスペ ク トルが重 な って くる。図3〜6に. Rh. 球. 管 電 圧 ・電 流. CPS 1200. 50kV‑40mA LiF(200)LiF(200). 分光結 晶. ■. ■. ■ 巳 口o. 0. 40sec. 50. 20 20sec. 図2樹. ●. ■. 測定面積. ■. B.G.. 8. 測 定 時 間Peak. ロ. 37.7549.45. . ■ ". 36.2847.90. B.G.2. 圏. B.G.1. .. 層. 36.9548.70. 圏. 昌. 2θ 値Peak. 國. SCSC. 検 出器. 80CH. 脂 部 の 測 定X線. ス ペ ク トル. 10mmφ. 1200「 一 一 CPS. トー l I. 成分析 における測定条 件を表2に 示す。. 口 ■. 扇 o. 幽. 霞■. ■. ■. 国 口. ■. 6. ・ ■. 0 20. 一8. 80CH. 50 図3Niメ. ッ キ 部 の 測 定X線. ス ペ ク トル.
(3) 一. 論. 近 畿 ア ル ミニ ウム 表 面 処 理 研 究 会 会 誌Nα146'90. 文. SO Or2 O C 1. 7にAu膜. 厚 とAu‑Lα. 線 強 度 の 関 係 を 、 図8にNi膜. 厚 とNi. ■ ■. ̲2.5 巴. ■. ■. ■. コ 百20. 圃. 層. ・.. 巳. 0. ■. 纏1.5 × 繧 罰1・0. ■. ■. ■ ■. 20.. 薗. 50:80CH 図4Auメ. ッ キ 部 の 測 定X線. 23451234. ス ペ ク トル. 測定X線 強度(kcps)Nl膜 CPSL 1200. 図7Ni膜. 厚(μm). 厚 とX線 強 度 の 関 係. 一Kα線強度の関係を示す。 AuおよびNiの3点 の標準試料 の理論x線 強 度 と測 定x 線 強度 は良 く対比 し、X線 強度 と膜厚 の間には直線性 の. ●6 ■ 9纏. ■. ■ ■. 0. 良 い検量線が得 られ た。 願. o■8■. 20. ■. 50 図5金. ●. 表3に 本法、ICP‑AES法 および顕微鏡 断面観察 による. ●. 80CH. 材 の 測 定X線. スペ ク トル. 樹 脂 基 板 、Ni/Cu/樹 脂 基 板 、Au/Ni/Cu/樹. 表3FP‑XRF法,顕. 微 鏡 断 面 法及 びICP法. に よ る膜 厚 測 定. No.2 AuNi. あb.l. 脂基板および. AuNi. 0.073.4 α07a2. 4. 近 で のAuとBrの ス ペ ク トル. に﹂ 8. 顕 微鏡 断面 法 ICP法. 9幽9 曲9M. FP‑XRF法. これ らの4っ の ピ ー クプ ロ フ ァイ ル を 比 べ る と、40〜 45ch付 近 で のNiとAu、60ch付. 0 04 3 00 0. Au片 のX線 ス ペ ク トル プ ロ フ ァイ ル を 示 す 。. α06a5. 線 の重 な りが み られ る。 これ らの ピー ク分離 は 困 難 で あ り、 分 析精 度 に 大 きな影 響 を 与 え る。 ま た 、Auめ っ き膜. 実試料のあ っき膜 厚測定結果 を示す。 また、図9〜10に. 厚 の測 定 に お い て 、 下層 のNi量 お よ び 基板 材 料 中 の臭 素 量 変 化 お よ び ば らっ きが 分 析 値 に影 響 す る。 3.1.2FPXRF法. に よ る め っき厚 の測 定 属、},暖. 波 長 分散 型蛍 光X線. ・. 馴 ■■i■. 鳳 、.. 分析 で は 、 分 光結 晶 、Kα お よ び. Kβ 線 な ど の スペ ク トル線 を選 択 す る こ とに よ って各 元. ＼. 素 の分 析 線 を分 離 す る こ とが で き る。 異 な る膜 厚 の標 準. 図8実. 真5}く. x{・à塾. 蟷 く}. 試料 の光学顕微鏡 写真. 試 料 を 用 い 、X線 強 度 を測 定 し、検 量線 を作 成 した。 図. 謂. 駕 鰭. 試料 の走査型電子顕微鏡 写真.. 曇 讐. 爆. 鎌. 一9. 難. 麟. . '一. 図9実. 岬. 鴨 鋼. ・一畷 一.
(4) 近 畿 アル ミニ ウム表 面 処 理 研 究 会 会 誌Nα146'90. 論. 文. まれ る。 シ リコ ン ウ ェハ ー ト上 に製 膜 したAl‑Si‑Cu膜 の 標 準 試 料 を用 いて 作 成 した 検 量 線 に よ って 実 試 料 の 分 析 を行 った。 表5にFP‑XRFお. よ びICP‑AES法. 表5Al‑Si‑Cu膜. に よ って 行 っ. の分析 .. Al. Si (wt%). Cu (wt%). 騨. ICP. 98.2. 1.1. 0.7. 5210. XRF. 98.3. 1.0. 0.7. 5120. !CP. 98.0. 1.2. 0.8. 4820. XRF. 97.8. 1.3. 0.9. 4800. ICP. 98.5. 1.2. 0.3. 5100. XRF. 98.5. 1.2. 0.3. 5150. ICP. 97.8. 1.2. 1.0. 4230. XRF. 98.0. 1.1. 0.9. 4280. ICP. 98.6. 0.9. 0.5. 4480. XRF. 98.5. 1.0. 0.5. 4410. 試料 分析法 (wt%) 卜b.1. 卜b.2. 卜b.3. 恥.4. 南.5. た実試料の分析 結果を示 す。 膜厚の測定値 にわずかな差 がみ られた ものの、組 成値 は良 く一 致 した。 FP‑XRF法 はICP‑AES法. (a)に示す よ うに各元 素共、膜 厚に比例 した測定X線 強. に比 べて 、分 析所 要 時 間は. 度が得 られ た。 また、(b)に示す よ うにFP法を用いて求 め. 約1/10であ り、小面積の局所 分析や面内分布な どを測定. た理論X線 弓 鍍 と測定X線 強度 は良 く対比 し良好 な直線. す ることが可能で、基板上の薄膜分析には有用な方 法で. 関係が得 られ た。. あ る。. 表4に 、本法 およびICP‑AES法 による同一試 料 の繰返 4.結. 表4繰 返 し分析における分析精度. Tb Fe Co 膜厚. ICP‑ABS (wt%)(A). FPXRF (wt%)(A). R.S.D (%). 41.5 50.8 7.7. 40.9 51.3 7.8 1080. 0.13. 1090. 言. 多層め っき膜 や多成 分薄膜 において、FPXRF法 を用い ることによ り、数 少ない標準試料 で迅 速 ・高精 度に膜厚 および組成 分析 を行 うことが で きた。本法 は、各種 物理. 0.10. 定数を用いて、 理論式 か ら理論X線 強度 を求 め、測 定X. 0.41 0.18. 線 強度 と対比 し含有率 や膜厚 を求 める ことがで きる。 そのため、製 造プ ロセスにおける管理分 析手 法 として. (n=10) し10回. の 分 析 にお け る分 析 値 お よ び相 対 標 準 偏 差(R.. saと. 略 記)を 示 す 。. 両 法 間 分 析 値 の 範 囲 お よ びR.S.aは wt%以. 広 範囲な薄膜材料 の分析 に適 用する ことが で きる。. 参 考 文 献. 、 各 元 素 共 α5. 1)εKitazumi,&Ishioka,E.Mitani:Anal.Che皿. 内で あ り、 良 い一 致 を 示 した。. a3Al‑Si‑Cu薄. Acta㈲,199,245(1987).. の分析. 2)D.Laguitton,WLParrish:Anal.Chem.,49,1152. 配 線 膜 に使 用 され るAl合 金 に は少 量 のSiお よ びCuが 含. 一. (1977).. 】0一.
(5) 論. 3)NIMantier:Adv.inX‑RayAnal.,27,433(1984). 4)吉. 富 純 子,中. 濱 佐 代 美,長. 沼. :分 析 化 学,38,T160,(1989). 5)坂. 田. 浩:金. 属,a43(1987).. 6)T.Shiraiwa,N,Fugino:J.Appl.Phys.,5886, (1966).. 仁,大. 黒. 紘. 文. 一. 近 畿 アル ミニウム 表 面 処 理 研 究 会 会 誌Nα146'90.
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