实测案例——薄金属膜及超薄金属膜厚度测量

引言：薄膜厚度对于涂层性能至关重要，特别是对于薄金属膜及超薄金属膜更是如此。因此，采用高精度且非破坏性的方法来表征此类薄膜显得尤为关键。用于薄膜厚度测定的光学方法具有显著优势，它是一种非接触、无损、快速、精确、灵敏且可重复的检测手段。在本应用说明中，我们将介绍如何使用 FR-Tools 来测量金属薄/超薄膜的厚度。

手段与方法：本次研究的样品为沉积在硅（Si）晶圆表面的铱（Ir）和金（Au）薄膜。这些薄膜采用标准的溅射设备进行沉积，厚度覆盖了较宽的范围。对薄膜的表征是通过 ThetaMetrisis FR-pRo UV/VIS 工具进行的镜面反射率测量完成的，其工作光谱范围为 280-700 nm。

结果：在紫外/可见光光谱范围内，金属材料表现出极高的吸光度。因此，可测量的最大薄膜厚度取决于材料特性，通常仅为数十纳米。例如，下表列出了部分金属的最大可测厚度。

图1在 280-420 nm 光谱范围内，沉积于硅（Si）基底上的 Ir 超薄膜的实验光谱与拟合光谱。测得其厚度为 4.2 nm。

图2在 280-420 nm 光谱范围内，沉积于硅（Si）基底上的 Au 薄膜的实验光谱与拟合光谱。测得其厚度为 6.8 nm。

图3在 280-500 nm 光谱范围内，沉积于硅（Si）基底上的 Ir 超薄膜的实验光谱与拟合光谱。测得其厚度为 8.2 nm。

图4在 300-700 nm 光谱范围内，沉积于硅（Si）基底上的 Au 薄膜的实验光谱与拟合光谱。测得其厚度为 12.3 nm。

图5在 300-700 nm 光谱范围内，沉积于硅（Si）基底上的 Au 薄膜的实验光谱与拟合光谱。测得其厚度为 25.3 nm。

图6在 300-700 nm 光谱范围内，沉积于硅（Si）基底上的 Au 薄膜的实验光谱与拟合光谱。测得其厚度为 46.4 nm。

为了验证厚度测量结果的准确性，我们采用了 XRR（X射线反射法） 技术。下图展示了在硅（Si）基底上测量 Ir 超薄膜的典型 XRR 测试结果。

图7利用 X射线反射法对沉积于硅（Si）基底上的 Ir 超薄膜进行厚度测量。测得其厚度为 3.95 nm。

结论：利用 FR-Tools 成功测量了硅（Si）基底上金属薄膜与超薄膜的厚度。同时，也通过 XRR（X射线反射法） 技术确认了测量结果。FR-Tools 是一种经济高效且非破坏性的金属薄膜与超薄膜厚度测量解决方案。

问题解答：

Q1: 这篇文章主要解决了什么问题？

A: 本文主要解决如何快速、准确且无损地测量沉积在硅（Si）晶圆上的薄及超薄金属膜（如金Au、铱Ir等）的厚度。文章指出，由于金属在紫外-可见光波段具有高吸收性，其可测厚度上限通常只有几十纳米，因此需要专门的高精度方法。

Q2: 文章推荐使用什么方法进行测量？这种方法有什么优势？

A: 文章推荐使用 ThetaMetrisis 的 FR-Tools（基于镜面反射率的光学测量方法）。
其主要优势包括：

Q3: 这种光学方法能测量多厚的金属膜？不同金属有区别吗？

A: 是的，有显著区别，并且厚度上限很低。
由于金属的高吸收特性，在UV/VIS光谱范围内，可测的最大厚度通常仅为几十纳米，具体数值取决于材料本身。文章给出了示例：

• 铝 (Al): 最大 30 nm

• 铱 (Ir): 最大 45 nm

• 金 (Au): 最大 50 nm

• 铂 (Pt): 最大 35 nm

• 钛 (Ti): 最大 40 nm

Dymek（岱美仪器）是 ThetaMetrisis 在亚洲的独家代理