DE3826917A1 - Verfahren zur phosphorgehaltsbestimmung in stromlos abgeschiedenen metallueberzuegen - Google Patents

Verfahren zur phosphorgehaltsbestimmung in stromlos abgeschiedenen metallueberzuegen

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DE3826917A1
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Siegfried Dr Riedel
Hans-Juergen Thomas
Gerhard Prof Dr Brunner
Guenter Conrad
Albrecht Feuerpfeil
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MIKROELEKTRONIK FRIEDRICH ENGE
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MIKROELEKTRONIK FRIEDRICH ENGE
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerstörungsfreien und berührungslosen gleichzeitigen Bestimmung des Phosphorgehaltes und der Flächenmasse von stromlos abgeschiedenen Metallüberzügen. Das Verfahren eignet sich z. B. für die Bestimmung des Phosphorgehaltes in stromlos abgeschiedenen Nickelschichten auf metallischen Unterlagen.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Bei der stromlosen Abscheidung von Metallüberzügen wird bei Verwendung bestimmter Elektrolyten Phosphor in die Schicht eingebaut. Bei vielen Verfahren zur stromlosen Abscheidung von Nickel- oder auch Cobaltüberzügen besteht das Ziel, über den Phosphorgehalt bestimmte Eigenschaften der Schicht gezielt zu beeinflussen. Neben der Flächenmasse oder Dicke der Schicht ist deshalb der Phosphorgehalt ein wichtiges Qualitätsmerkmal, und die meßtechnische Erfassung dieser beiden Größen ist für viele Anwendungen der stromlosen Abscheidung von Metallüber­ zügen notwendig.
Neben einer Vielzahl von traditionellen chemischen Verfahren, welche die abgelöste Schicht bezüglich ihres Phosphorgehaltes analysieren, die also zerstörend arbeiten, gibt es auch zerstörungsfreie Verfahren, welche die charakteristische Röntgen­ strahlung des Phosphors zu seiner Bestimmung benutzen. Je nach Art der Primäranregung werden sie als Elektronenstrahlmikro­ analyse - ESMA - ESMA - (K. F. J. Heinrich, "Electron beam X-ray Microanalysis", Von Nostrand-Reinhold, New York 1981), Particle induced X-ray emission - PIXE - (Nucl. Instr. and Methods B3 (1984) 185-197) oder Rötgenfluoreszenzanalyse - RFA - (R. Jenkins, R. W. Gould and D. Gedicke, "Quantitative X-ray Spectrometry", Marcel Decker, New York 1981) bezeichnet. Alle diese Techniken erlauben eine Multielementanalyse und sind nicht spezifisch für Phosphor.
Die Röntgenfluoreszenzanalyse besitzt im Gegensatz zu den beiden anderen Verfahren den Vorzug, daß sie die Flächenmasse bzw. bei bekannter Dichte auch die Dicke der Schicht erfaßt. Als begrenzender Faktor erweist sich die geringe Energie der charakteristischen K-Strahlung des Phosphors von ca. 2 keV. Ihre starke Absorption innerhalb der Schicht selbst führt zu sehr geringen effektiven Analysiertiefen von weniger als 1 µm; außerdem läßt sich wegen der Absorption in Luft und im Detektorfenster diese Komponente der Fluoreszenzstrahlung mit den üblichen zur Schichtanalyse (vgl. z. B. Metal Finishing 85 (1986) 29) nicht erfassen. Apparaturen für alle drei genannten Anregungsarten, die die K-Strahlung des Phosphors nachweisen und damit zur Phosphor­ analyse geeignet sind, arbeiten mit Vakuumkammern und Strahlungs­ detektoren mit sehr dünnen Eintrittsfenstern. Wegen des hohen technischen Aufwandes, besonders auch wegen der umständlichen Probenzuführung in einer Vakuumkammer sind diese Verfahren für die Routineanalytik im Rahmen einer technologischen Qualitäts­ kontrolle zu aufwendig.
Es ist ein Verfahren bekannt, welches mit den zur Produktions­ überwachung üblichen Mitteln der Röntgenfluoreszenzanalyse (Messung in Luft, Proportionalzählrohre als Strahlungsdetektoren) eine Bestimmung des Phosphorgehaltes eines Überzuges neben seiner Flächenmasse erlaubt.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist die zerstörungsfreie Bestimmung des Phosphorgehaltes und der Flächenmasse von stromlos abgeschiedenen Metallüberzügen mit einfachen und leicht handhabbaren Mitteln der Routinekontrolle in Betriebslabors, insbesondere ohne Einsatz einer Vakuummeßkammer.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zur Bestimmung der genannten Größen anzugeben, das die Benutzung der zur Produktionsüberwachung üblichen Mittel der Röntgenfluoreszenzanalyse (d. h. Messungen in Luft und mit Proportionalzählrohren) erlaubt.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht in der Bestrahlung der zu analysierenden phosphorhaltigen Metallschicht auf metallischer Unterlage mit Röntgenstrahlung und der Messung der erzeugten Fluoreszenzstrahlung und ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst (einmalig) von einer hinreichend großen Zahl von Proben mit der phosphorfreien Metallschicht unterschiedlicher Flächenmasse auf der entsprechenden metallischen Unterlage eine Komponente der Fluoreszenzstrahlung der Unterlage (im weiteren Y U genannt) und die Fluoreszenzstrahlung der Schicht (im folgenden mit Y S bezeichnet) und danach die gleichen Fluoreszenzstrahlungskomponenten der zu analysierenden Probe getrennt gemessen werden, wobei die Abhängigkeiten dieser beiden Meßgrößen von der Flächenmasse einer phosphorfreien Schicht als experimentell gesicherter Ausgangspunkt der Bestimmung von Phosphorgehalt und Flächenmasse der phosphor­ haltigen Schicht dienen, für die analytische Näherungsbeziehungen benutzt werden, in denen Konstanten als freie Parameter auf­ treten, deren Zahlenwerte mit Hilfe von Proben mit bekannter Flächenmasse und bekanntem Phosphorgehalt oder mit Hilfe von Computersimulationen bestimmt werden.
Für die quantitative Bestimmung des Phosphorgehalts wird also die auch von der Flächenmasse abhängige Wirkung des Phosphors auf die Intensitäten der gemessenen Fluoreszenzkomponenten Y u und Y S genutzt. Die Abhängigkeiten dieser Meßwerte von der Flächenmasse x einer phosphorfreien Schicht (c P=0) seien mit
Y U = Y U(x;cP = 0) (1)
Y S = Y S(x;cP = 0) (2)
bezeichnet.
Diese Kennlinien bilden den Ausgangspunkt des erfindungs­ gemäßen Verfahrens. Sie werden experimentell durch Messung definierter Proben, z. B. aus Folien des zu analysierenden reinen Überzugsmaterials auf der betreffenden Unterlage ermittelt. Ihr Verlauf ist bestimmt von Eigenschaften der Meßapparatur wie energetische Zusammensetzung der Primärstrahlung und Geometrie einerseits und von der Zusammensetzung der metallischen Unterlage der zu analysierenden Schicht andererseits.
Erfindungsgemäß wird zur Analyse der phosphorhaltigen Schicht (c P≠0) die zu messende Abweichung bei der Fluoreszenzinten­ sitäten Y U und Y S gegenüber den ungestörten Kennlinien (1) und (2) genutzt, welche im folgenden definiert ist. Die genannte Abweichung ist wegen der Konstruktion des Verfahrens nur auf den Phosphorgehalt zurückzuführen, weshalb sich dann die Flächenmasse und der Phosphorgehalt mit Hilfe einfach zu hand­ habender analytischer Näherungsbeziehungen (s. die Gleichungen 4 und 5) leicht aus den Meßwerten ergeben:
Bei der Analyse einer unbekannten phosphorhaltigen Schicht bezüglich Phosphorgehalt und Flächenmasse werden, wie bereits beschrieben, die Fluoreszenzstrahlungsintensitäten einer Komponente der Unterlage Y U (exp) und der Schicht Y S (exp) gemessen.
Zunächst wird mit der Kennlinie (1) aus dem Meßwert Y U (exp) ein formaler Flächenmassenwert x f gebildet. Außerdem wird die relative Differenz des Wertes der Kennlinie (2) an dieser Stelle Y S(xf;0) zur experimentell gemessenen Fluoreszenz­ strahlungsintensität der Schicht Y S (exp) berechnet:
E = (Y S(xf;0) - Y S (epx))/YS(xf;0) (3)
Die Abbildung des Wertepaares Y U (exp) und Y S (exp) auf das Wertepaar x f und E dient dazu, unter Nutzung des Bezugs auf den phosphorfreien Fall (d. h. E=0) die sehr einfachen Nähe­ rungsformeln für die Bestimmung des Phosphorgehaltes
c P = (a₂/(x f + a₂) + a₃) · E (4)
und die Flächenmasse.
x = (1 + bE) · x f (5)
anwenden zu können. Die Werte für die Konstanten a₁, a₂, a₃ und b werden entweder mit Normalproben (Proben mit bekanntem Phosphorgehalt und mit bekannter Flächenmasse) oder auf der Basis von physikalisch begründeten Berechnungen der Fluores­ zenzstrahlungsintensitäten ermittelt.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit der im Betriebslabor üblichen RFA-Meßtechnik neben der Flächenmasse auch der Phosphorgehalt eines stromlos abgeschiedenen Metallüberzugs zerstörungsfrei bestimmt werden kann.
Ausführungsbeispiel
Die Figur zeigt die Kennlinien (vgl. die Gleichungen 1 und 2) des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Fall von Nickel­ schichten auf Stahl.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sollen Phosphor­ gehalt und Flächenmasse von stromlos abgeschiedenen Nickel­ schichten auf Stahl bestimmt werden. Dazu wird ein Meßgerät eingesetzt, mit dem die Signale Y Ni (Fluoreszenzstrahlung der Nickelschicht) und Y FS (Fluoreszenzstrahlung der Unterlage) gemessen werden können (siehe z. B. Feingerätetechnik 36 (1987) 14).
Mittels Kombination von Nickelfolien, die auf den als Unter­ lage dienenden Stahl gelegt werden, werden Stützstellen der Kennlinien (1) und (2) experimentell ermittelt.
Um aus der Kennlinie (1) die formalen Werte der Flächenmasse x f für den Meßwert Y FS zu berechnen, werden für den analytischen Ausdruck
x f/(mg/cm²) =
nv/(6+v)
+nv²/(6+v²)
+nv/(6(1+6v/(6+v))+v)
+nv²/(6(1+6v²/(6+v²))+v²) (6)
mit v = (Y FS - YFS0;0))/(Y FS(oo;0) - Y FS)
die Konstanten n₁ . . . n₄ mit einer Ausgleichsrechnung aus den experimentellen Werten Y FS für die einzelnen Stützstellen zu
n₁ = 15,7
n₂ = -0,91
n₃ = 10,4
n₄ = -1,01
berechnet. Mit dem Ausdruck (6) liegt damit eine Näherung der Kennlinie (1), Y FS=Y FS (x;0), aber in Umkehr auf x (siehe Figur), vor. Die normierten Meßwerte Y FS für abwesende Schicht und für sättigungsdicke Schicht (reines Nickel) sind Y FS(0;0)= 1 und Y FS(oo;0)=0.
Um jetzt mit Gleichung (3) die Größe E ausrechnen zu können, wird noch eine analytische Näherung für die Kennlinie (2) benötigt. Es wird folgender Ausdruck angenommen:
Y Ni(x;0) = k₀ + k₁eµ₁ x + k₂eµ₂x (7)
Aus den experimentellen, auf reines Nickel normierten Werten Y Ni für verschiedene Nickelfolienkombinationen ergeben sich die folgenden Konstanten:
k₀ = 1
k₁ = -0,05
k₂ = -0,95
µ₁ = 80 cm²/g
µ₂ = 260 cm²/g.
Mit den Formeln (6) und (7) lassen sich aus den experimentellen Werten Y FS und Y Ni die formale Flächenmasse x f und der zugehörige Wert der Nickelkennlinie (2) Y Ni(xf;0) und daraus dann mit Gleichung (3) die Größe E ausrechnen.
Um den Phosphatgehalt c P und die Flächenmasse x gemäß der Gleichungen (4) und (5) berechnen zu können, müssen noch die Konstanten a₁, a₂, a₃ und b gefunden werden. Das erfolgt mit Hilfe von Berechnungen der Strahlungsintensitäten auf der Basis der spektralen Primärenergieverteilung (z. B. gemäß DD-WP 237 449 bzw. Isotopenpraxis 23 (1987) 131). Im vorliegenden Falle werden folgende Werte erhalten:
a₁ = -0,9 mg/cm²
a₂ = 1,8 mg/cm²
a₃ = 1,4
b = 0,13.
Damit lassen sich aus den experimentellen Größen Y FS und Y Ni der Phosphorgehalt (c P in g/g für die genannten Werte der Parameter a₁) und die Flächenmasse (in mg/cm²) bestimmen.

Claims (1)

  1. Verfahren zur gleichzeitigen Bestimmung des Phosphorgehaltes und der Flächenmasse von stromlos abgeschiedenen Metallüberzügen auf metallischen Unterlagen mittels Röntgenfluoreszenz­ analyse, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst von einer größeren Zahl von Proben mit der phosphorfreien Schicht unterschiedlicher Flächenmasse auf der entsprechenden metallischen Unter­ lage die Intensität der von der Schicht emittierten Fluores­ zenzstrahlung und die Intensität mindestens einer Fluoreszenz­ strahlungskomponente der Unterlage und anschließend die Inten­ sitäten dieser Fluoreszenzstrahlungskomponenten der zu analysierenden Probe getrennt gemessen werden und die Abhängigkeiten der beiden Meßgrößen von der Flächenmasse der phosphor­ freien Schicht als experimentell gesicherter Ausgangspunkt der Bestimmung von Phosphorgehalt und Flächenmasse dienen, wofür analytische Näherungsbeziehungen benutzt werden, in denen Konstanten als freie Parameter auftreten, deren Zahlenwerte mittels Proben mit bekannter Flächenmasse und mit bekanntem Phosphorgehalt oder mittels Computersimulationen bestimmt werden.
DE19883826917 1987-11-20 1988-08-09 Verfahren zur phosphorgehaltsbestimmung in stromlos abgeschiedenen metallueberzuegen Withdrawn DE3826917A1 (de)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4303878A1 (de) * 1993-02-10 1994-09-01 Amtec Analysenmestechnik Gmbh Verfahren zur Schichtanalyse nach dem Röntgenfluoreszenzverfahren unter Berücksichtigung unterschiedlicher Grund- und Schichtwerkstoffe
DE19707645A1 (de) * 1997-02-26 1998-08-27 Leybold Ag Verfahren zur Schichtdickenanalyse und stofflichen Konzentrationsbestimmung dünner Schichten

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4226179A1 (de) * 1992-08-07 1994-02-10 Amtec Analysenmestechnik Gmbh Verfahren zur Korrektur lang- und kurzzeitiger Veränderungen der Betriebsparameter bei der Schichtanalyse mittels RFA

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2721589A1 (de) * 1976-05-18 1977-12-01 Western Electric Co Verfahren zum gleichzeitigen messen der dicke zweier metall-duennschichten
DD237449A3 (de) * 1985-03-11 1986-07-16 Akad Wissenschaften Ddr Verfahren zur standardfreien bestimmung der schichtdicke und/oder der zusammensetzung von metallueberzuegen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2721589A1 (de) * 1976-05-18 1977-12-01 Western Electric Co Verfahren zum gleichzeitigen messen der dicke zweier metall-duennschichten
DD237449A3 (de) * 1985-03-11 1986-07-16 Akad Wissenschaften Ddr Verfahren zur standardfreien bestimmung der schichtdicke und/oder der zusammensetzung von metallueberzuegen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4303878A1 (de) * 1993-02-10 1994-09-01 Amtec Analysenmestechnik Gmbh Verfahren zur Schichtanalyse nach dem Röntgenfluoreszenzverfahren unter Berücksichtigung unterschiedlicher Grund- und Schichtwerkstoffe
DE19707645A1 (de) * 1997-02-26 1998-08-27 Leybold Ag Verfahren zur Schichtdickenanalyse und stofflichen Konzentrationsbestimmung dünner Schichten

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