[發明專利]一種檢測薄膜厚度的方法及裝置

在審

• 申請號: 201910270922.7
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN110017798A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 周海龍;季振國;俞峰;張永夫;丁靚;蔡好
• 申請（專利權）人: 浙江上方電子裝備有限公司;杭州電子科技大學
• 主分類號: G01B15/02
• 分類號: G01B15/02
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 沈自軍

本發明公開了一種檢測薄膜厚度的方法及裝置，所述方法包括以下步驟：將相同能量和強度的電子束投射在參比樣品和待測樣品上，激發樣品發出X射線熒光；采集得到兩樣品中靶元素對應的X射線熒光特征能量的強度；根據兩所述強度的比值與薄膜厚度的關系式計算得到所述薄膜的厚度；當采用空白襯底作為參比樣品，則采集襯底中靶元素對應的X射線熒光特征能量的強度；當采用與薄膜同材質的塊體標樣作為參比樣品，則采集薄膜中靶元素對應的X射線熒光特征能量的強度。本發明可以通過調節入射電子束能量和角度以適應0.1nm?100mm大范圍內的厚度測量。

技術領域

本發明涉及薄膜檢測技術領域，尤其涉及一種適于檢測納米級薄膜厚度的方法及裝置。

背景技術

薄膜已經被廣泛應用于光電器件，其厚度是一個重要的參數，對器件的光電性能有重要的影響。再者由于光電薄膜制作成本高，因此要求測量必須是無損的。無損測量薄膜厚度的方法有很多，如光學干涉法，X射線熒光光譜法，橢偏儀法，光電子能譜和俄歇電子能譜法、石英晶體振蕩器法、小角X射線衍射法和高分辨X衍射搖擺曲線法等。

光學干涉法只適用于10nm以上厚度的測量，而且要求薄膜有足夠好的透光度及很高的平整度。基于X射線激發的X射線熒光法只能測量厚度10nm以上的薄膜厚度，而且一般只能測量含有較大原子序數(如13，鋁)的薄膜。橢偏儀法雖然可測1nm甚至更小厚度薄膜的厚度，但是一般不適合測量金屬和合金薄膜及其他不透光的膜。光電子能譜和俄歇電子能譜也能獲得材料表面的信息，但是只能獲得表面1nm量級內的元素分布信息，更深層的信息要配合氬離子刻蝕進行深度剖析。石英晶體振蕩器法可以測量很薄的膜厚，但是只能在沉積過程中原位監控，無法對已經沉積的膜進行測量。小角X射線衍射法和高分辨X衍射搖擺曲線法可以無損測量薄膜的厚度，但是要求樣品表面原子級平滑。

如CN107607051A公開了一種膜厚檢測裝置，包括：激光光源、光學鏡組以及圖像接收器；其中，所述光學鏡組，用于接收所述激光光源出射的激光，生成第一光束和至少兩次透過待測薄膜的第二光束，使所述第一光束與所述第二光束發生干涉；所述圖像接收器，用于接收干涉光并確定干涉信息，根據所述干涉信息確定薄膜的厚度。

又如CN103994736A一種無損檢測復合膜表面功能層厚度的方法，包括如下步驟：將樣品放置于樣品室；將不同能量的正電子分別入射至薄膜發生湮沒并分別搜集湮沒產生的伽馬射線能譜；根據伽馬能譜計算正電子湮沒參數；根據正電子湮沒參數與入射正電子能量的關系，可擬合計算薄膜厚度。

CN107076687A公開了一種熒光X射線分析裝置，在該熒光X射線分析裝置中，對試樣照射一次X射線，該試樣通過將單層或多層的薄膜形成于基板上的方式形成或單獨地形成，根據所產生的二次X射線的測定強度，通過基本參數法，求出上述薄膜的組成和/或厚度的定量值。

發明內容

本發明提供了一種適于測量納米級薄膜厚度的無損檢測方法。

一種檢測薄膜厚度的方法，所述薄膜沉積在襯底上，所述檢測方法包括以下步驟：將將相同能量和強度的電子束投射在參比樣品和待測樣品上，激發樣品發出X射線熒光；采集得到兩樣品中靶元素對應的X射線熒光特征能量的強度；根據兩所述強度的比值與薄膜厚度的關系式計算得到所述薄膜的厚度。

當采用空白襯底作為參比樣品，則采集襯底中靶元素對應的X射線熒光特征能量的強度；

當采用與薄膜同材質的塊體標樣或厚膜樣品作為參比樣品，則采集薄膜中靶元素對應的X射線熒光特征能量的強度。

當電子束入射到樣品上時，會激發樣品發出X射線熒光，分析X射線熒光的能量分布即可獲得樣品成分的信息，此即掃描電子顯微鏡的EDS功能。一般而言，常規EDS分析時，因入射電子束能量較高，出射的X射線熒光的能量較大，兩者在固體中的衰減均較小，即電子束的透入厚度和X射線熒光的出射深度均較大，因此一般認為EDS是體分析工具，并不適合表面分析，特別是納米級厚度薄膜的測量。