JP2020118513A - Method and device for measuring layer thickness and viscoelastic coefficient - Google Patents

Method and device for measuring layer thickness and viscoelastic coefficient Download PDF

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Abstract

To measure the thickness of a layer formed on a piezoelectric element with high accuracy from the initial stage.SOLUTION: The method for measuring a layer thickness and a viscoelastic coefficient, in which a sensor including a piezoelectric element having a resonance frequency is immersed into a solution, comprises: acquiring a variation ΔFby which the fundamental frequency Fof a resonance frequency generated by forming a layer on the piezoelectric element in the solution shifts, a variation ΔFby which the high order wave frequency Fof the resonance frequency shifts, a variation ΔFby which the half-value half-width Fof a peak waveform having the fundamental frequency as a peak shifts and a variation ΔFby which the half-value half-width Fof a peak waveform having a high order wave as a peak shifts; and calculating the thickness h of the layer, the storage modulus G' of the layer, a loss modulus G'' on the basis of the fundamental frequency Fof the layer and a loss modulus G'' on the basis of the high order wave frequency Fof the layer from the variation ΔF, the variation ΔFand the variation ΔFand the variation ΔFusing an evaluation function.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、層厚及び粘弾性係数の測定方法、及び層厚及び粘弾性係数の測定装置に関する。 The present invention relates to a method for measuring a layer thickness and a viscoelastic coefficient, and a device for measuring a layer thickness and a viscoelastic coefficient.

水晶振動子等の圧電素子を利用した膜厚計測では、圧電素子の電極表面に物質が付着すると、物質の量に応じて圧電素子の共振周波数が変動する性質が利用されている。このような膜厚計測によれば、真空容器内で成膜される層の厚みが精度よく計測される。 In film thickness measurement using a piezoelectric element such as a crystal oscillator, when a substance adheres to the electrode surface of the piezoelectric element, the resonance frequency of the piezoelectric element changes according to the amount of the substance. According to such film thickness measurement, the thickness of the layer formed in the vacuum container can be accurately measured.

特に近年では、真空用途のみならず、溶液に圧電素子を浸し、この圧電素子に形成される層の厚み及び粘弾性係数を計測する手法が提供されている。溶液中の膜はVoightモデルに合うことが多いため、例えば、3つの周波数データからVoightモデルを適用し、層の厚み及び粘弾性係数を計測する手法などが提供されている(例えば、特許文献1参照)。 In particular, in recent years, not only for vacuum applications, but also methods for immersing a piezoelectric element in a solution and measuring the thickness and viscoelastic coefficient of a layer formed on the piezoelectric element have been provided. Since the film in the solution often fits the Voight model, for example, a method of applying the Voight model from three frequency data and measuring the layer thickness and the viscoelastic coefficient is provided (for example, Patent Document 1). reference).

特許第5372263号公報Japanese Patent No. 5372263

しかし、溶液中の膜にVoightモデルを適用した場合、溶液中において層が圧電素子に形成し始める初期の段階では、該モデルに合わず、初期段階での層厚が測定できない場合がある。 However, when the Voight model is applied to the film in the solution, the layer thickness may not be measured at the initial stage when the layer starts to form on the piezoelectric element in the solution and the layer thickness cannot be measured at the initial stage.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、圧電素子に形成される層の厚みを初期の段階から高精度に測定し、さらに、そのときの層の粘弾性係数を測定する、層厚及び粘弾性係数の測定方法、その測定装置を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to measure the thickness of a layer formed on a piezoelectric element with high accuracy from an initial stage, and further to measure the viscoelastic coefficient of the layer at that time, the layer thickness Another object of the present invention is to provide a viscoelastic coefficient measuring method and a measuring device therefor.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る層厚及び粘弾性係数の測定方法では、共振周波数を持つ圧電素子を有するセンサが溶液に浸漬される。
上記溶液中で上記圧電素子に層が形成されることにより生ずる、上記共振周波数の基本周波数Fs1がシフトする変化量ΔFs1と、上記共振周波数の高次波の周波数Fsnがシフトする変化量ΔFsnと、上記基本周波数を頂点とするピーク波形の半値半幅Fw1がシフトする変化量ΔFw1と、上記高次波を頂点とするピーク波形の半値半幅Fwnがシフトする変化量ΔFwnとが取得される。
上記変化量ΔFs1、上記変化量ΔFsn、上記変化量ΔFw1、及び上記変化量ΔFwnから評価関数を利用して、上記層の厚みhと、上記層の貯蔵弾性率G'と、上記層の上記基本周波数Fs1に基づく損失弾性率G''と、上記層の上記高次波の周波数Fsnに基づく損失弾性率G''とが算出される。
In order to achieve the above object, in the method for measuring the layer thickness and viscoelastic coefficient according to one embodiment of the present invention, a sensor having a piezoelectric element having a resonance frequency is immersed in a solution.
A change amount ΔF s1 in which the fundamental frequency F s1 of the resonance frequency shifts and a change amount in which the higher-order wave frequency F sn of the resonance frequency shifts caused by forming a layer on the piezoelectric element in the solution. ΔF sn , the amount of change ΔF w1 in which the full width at half maximum F w1 of the peak waveform having the apex at the fundamental frequency shifts, and the amount of change ΔF wn in which the full width at half maximum F wn of the peak waveform having the apex at the higher order wave shifts Is obtained.
Using the evaluation function from the variation ΔF s1 , the variation ΔF sn , the variation ΔF w1 and the variation ΔF wn , the thickness h of the layer, the storage elastic modulus G′ of the layer, and The loss elastic modulus G 1 ″ based on the fundamental frequency F s1 of the layer and the loss elastic modulus G n ″ based on the frequency F sn of the higher order wave of the layer are calculated.

このような層厚及び粘弾性係数の測定方法によれば、圧電素子に層が形成し始める初期段階から層の厚みを精度よく測定することができる。 According to such a method of measuring the layer thickness and the viscoelastic coefficient, the layer thickness can be accurately measured from the initial stage when the layer is formed on the piezoelectric element.

上記の粘弾性係数の測定方法においては、上記圧電素子のインピーダンスの変化ΔZから決まる、次の周波数変化量ΔFs1'、ΔFw1'、ΔFsn'、及びΔFwn'の式を利用して、 In the above method of measuring the viscoelastic coefficient, the following frequency change amounts ΔF s1 ′, ΔF w1 ′, ΔF sn ′, and ΔF wn ′, which are determined from the change ΔZ in the impedance of the piezoelectric element, are used:

Figure 2020118513
・・・(A1)式
Figure 2020118513
...(A1) formula

Figure 2020118513
・・・(A2)式
Figure 2020118513
...(A2) formula

Figure 2020118513
・・・(A3)式
Figure 2020118513
...(A3) formula

Figure 2020118513
・・・(A4)式
Figure 2020118513
...(A4) formula

また上記基本周波数及び上記高次波(n倍波)の複素弾性率を
=G'+iG''・・・(A5)式
=G'+iG''・・・(A6)式
とし、
上記基本周波数及び上記高次波(n倍波)の貯蔵弾性率を
G'=G'=G'・・・(A7)式
としたときの前記評価関数となる方程式、
=(ΔFs1−ΔFs1')+(ΔFw1−ΔFw1')・・・(A8)式
=(ΔFsn−ΔFsn')+(ΔFwn−ΔFwn')・・・(A9)式
の和、または
=(ΔFs1−ΔFs1')の絶対値+(ΔFw1−ΔFw1')の絶対値・・・(A8)'式
=(ΔFsn−ΔFsn')の絶対値+(ΔFwn−ΔFwn')の絶対値・・・(A9)'式
である、S+S・・・(A10)式
が最小となるとして評価し、h、G'、G''、G''の組を算出してもよい。
(式中において、Z:水晶のせん断モード音響インピーダンス(gm/sec/cm)、f:基本周波数(Hz)、ω:角周波数、ρ:層の密度(g/cm)、h:層の厚み(nm)、G:複素弾性率(MPa)、G':貯蔵弾性率(MPa)、G'':基本周波数に基づく損失弾性率(MPa)、G'':高次波の周波数に基づく損失弾性率(MPa)、ρ:層の密度(g/cm)、ρ:溶液の密度(g/cm)、η:溶液の粘度(Pa・s))
In addition, the complex elastic moduli of the fundamental frequency and the higher-order wave (n-th harmonic) are expressed by G 1 =G 1 ′+iG 1 ″... (A5) Formula G n =G n ′+iG n ″...( A6),
Equation serving as the evaluation function when the said fundamental frequency and the higher order wave storage elastic modulus of the (n harmonic) G '= G 1' = G n '··· (A7) equation,
S 1 =(ΔF s1 −ΔF s1 ′) 2 +(ΔF w1 −ΔF w1 ′) 2 (A8) Equation S n =(ΔF sn −ΔF sn ′) 2 +(ΔF wn −ΔF wn ′) the sum of 2 ··· (A9) type or S 1 = (ΔF s1 -ΔF s1 ') of the absolute value + (ΔF w1 -ΔF w1' absolute value ··· (A8) 'formula) S n, = ( ΔF sn −ΔF sn ′) absolute value+(ΔF wn −ΔF wn ′) absolute value (A9)′, S 1 +S n (A10) is evaluated as the minimum. However, a set of h, G′, G 1 ″, and G n ″ may be calculated.
(In the formula, Z q : shear mode acoustic impedance of quartz (gm/sec/cm 2 ), f 0 : fundamental frequency (Hz), ω: angular frequency, ρ 1 : density of layer (g/cm 3 ), h: Layer thickness (nm), G: Complex elastic modulus (MPa), G′: Storage elastic modulus (MPa), G 1 ″: Loss elastic modulus (MPa) based on fundamental frequency, G n ″: High Loss elastic modulus (MPa) based on frequency of next wave, ρ 1 : density of layer (g/cm 3 ), ρ 2 : density of solution (g/cm 3 ), η 2 : viscosity of solution (Pa·s) )

このような層厚及び粘弾性係数の測定方法によれば、圧電素子に層が形成し始める初期段階から層の厚みを精度よく測定できるとともに、測定したΔFs1、ΔFsn、ΔFw1、及びΔFwnと同じ個数のパラメータであるh、G'、G''、G''を求めるため、ΔFs1'、ΔFsn'、ΔFw1'、及びΔFwn'を構成するh、G'、G''、G''のいずれかに誤差が集中することがない。 According to such a method for measuring the layer thickness and the viscoelastic coefficient, the layer thickness can be accurately measured from the initial stage when the layer starts to be formed on the piezoelectric element, and the measured ΔF s1 , ΔF sn , ΔF w1 , and ΔF w1 In order to obtain the same number of parameters h, G′, G 1 ″, and G n ″ as wn , h, G′ constituting ΔF s1 ′, ΔF sn ′, ΔF w1 ′, and ΔF wn ′, The error does not concentrate on any of G 1 ″ and G n ″.

上記の粘弾性係数の測定方法においては、上記評価関数によるh、G'、G''、G''の組を求める計算において、反復法を用いて、h、G'、G''、G''の組を最適化してもよい。 In the measurement method of the viscoelastic coefficient, h by the evaluation function, G ', G 1'',' in the calculation for obtaining a set of, using an iterative method, h, G 'G n' , G 1 ' The set of “, G n ”may be optimized.

このような層厚及び粘弾性係数の測定方法によれば、反復法が取り入れられるので、h、G'、G''、G''の組が短い時間で精度よく求められる。 According to such a method of measuring the layer thickness and the viscoelastic coefficient, the iterative method is adopted, so that the set of h, G′, G 1 ″, and G n ″ can be accurately obtained in a short time.

上記の粘弾性係数の測定方法においては、上記反復法において、最急降下法、ニュートン法、レーベンバーグ・マーカート法、ガウス・ニュートン法、シンプレック法のいずれかの非線形最小二乗法の最適化手法を用いて、h、G'、G''、G''の組を最適化してもよい。 In the above-mentioned viscoelastic coefficient measuring method, in the above iterative method, an optimization method of any one of the nonlinear least squares method of the steepest descent method, the Newton method, the Levenberg-Markt method, the Gauss-Newton method, and the symplectic method is used. Then, the set of h, G′, G 1 ″, and G n ″ may be optimized.

このような層厚及び粘弾性係数の測定方法によれば、反復計算において、最急降下法、ニュートン法、レーベンバーグ・マーカート法、ガウス・ニュートン法、シンプレック法、などが取り入れられるので、h、G'、G''、G''の組が短い時間で精度よく求められる。 According to the method for measuring the layer thickness and the viscoelastic coefficient, the steepest descent method, the Newton method, the Levenberg-Markt method, the Gauss-Newton method, the simplex method, etc. are incorporated in the iterative calculation. The set of', G 1 ″ and G n ″ can be accurately obtained in a short time.

上記の粘弾性係数の測定方法においては、上記高次波として、3倍波(n=3)を用いてもよい。 In the above method of measuring the viscoelastic coefficient, a triple wave (n=3) may be used as the higher-order wave.

このような層厚及び粘弾性係数の測定方法によれば、基本周波数と3倍波に基づく、ΔFs1、ΔFs3、ΔFw1、及びΔFw3によって、h、G'、G''、G''の組が精度よく算出される。 According to such a method for measuring the layer thickness and the viscoelastic coefficient, h, G′, G 1 ″, G can be calculated by ΔF s1 , ΔF s3 , ΔF w1 and ΔF w3 based on the fundamental frequency and the third harmonic. The set of n ″ is calculated accurately.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る層厚及び粘弾性係数の測定装置は、センサと、測定部と、演算部とを具備する。
上記センサは、共振周波数を持った圧電素子を有する。
上記測定部は、上記溶液中で上記圧電素子に層が形成されることにより生ずる、上記共振周波数の基本周波数Fs1がシフトする変化量ΔFs1と、上記共振周波数の高次波の周波数Fsnがシフトする変化量ΔFsnと、上記基本周波数を頂点とするピーク波形の半値半幅Fw1がシフトする変化量ΔFw1と、上記高次波を頂点とするピーク波形の半値半幅Fwnがシフトする変化量ΔFwnとを取得する。
上記演算部は、上記変化量ΔFs1、上記変化量ΔFsn、上記変化量ΔFw1、及び上記変化量ΔFwnから評価関数を利用して、上記層の厚みhと、上記層の貯蔵弾性率G'と、上記層の上記基本周波数Fs1に基づく損失弾性率G''と、上記層の上記高次波の周波数Fsnに基づく損失弾性率G''とを算出する。
In order to achieve the above object, a layer thickness and viscoelastic coefficient measuring device according to an embodiment of the present invention includes a sensor, a measuring unit, and a computing unit.
The sensor has a piezoelectric element having a resonance frequency.
The measuring unit changes the amount ΔF s1 of the fundamental frequency F s1 of the resonance frequency, which is caused by forming a layer on the piezoelectric element in the solution, and the frequency F sn of the higher-order wave of the resonance frequency. a change amount [Delta] F sn, half width at half maximum F w1 of the peak waveform whose vertices the fundamental frequency and the change amount [Delta] F w1 to shift, the half width at half maximum F wn peak waveform whose vertices the higher order wave shift but to shift The change amount ΔF wn is acquired.
The calculation unit uses an evaluation function from the change amount ΔF s1 , the change amount ΔF sn , the change amount ΔF w1 , and the change amount ΔF wn to calculate the thickness h of the layer and the storage elastic modulus of the layer. G′, the loss elastic modulus G 1 ″ of the layer based on the fundamental frequency F s1 , and the loss elastic modulus G n ″ of the layer based on the frequency F sn of the higher-order wave are calculated.

このような層厚及び粘弾性係数の測定装置によれば、圧電素子に層が形成し始める初期段階から層の厚みを精度よく測定することができる。 According to such a layer thickness and viscoelastic coefficient measuring device, the layer thickness can be accurately measured from the initial stage when the layer is formed on the piezoelectric element.

以上述べたように、本発明によれば、圧電素子に形成される層の厚みを初期の段階から高精度に測定し、さらに、そのときの層の粘弾性係数を測定する、層厚及び粘弾性係数の測定方法、その測定装置が提供される。 As described above, according to the present invention, the thickness of the layer formed on the piezoelectric element is accurately measured from the initial stage, and the viscoelastic coefficient of the layer at that time is measured. An elastic modulus measuring method and a measuring apparatus therefor are provided.

図(a)は、アドミッタンス法における水晶振動子の共振周波数Fを頂点とするピーク波形を示す図である。図(b)は、共振周波数Fの基本周波数Fs1と、共振周波数の高次波Fs3、Fs5が示されている。FIG. 6A is a diagram showing a peak waveform having a resonance frequency F s of the crystal unit in the admittance method as an apex. FIG. 6B shows the fundamental frequency F s1 of the resonance frequency F s and the higher-order waves F s3 and F s5 of the resonance frequency. 本実施形態に係る層厚及び粘弾性係数の測定装置を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the measuring apparatus of the layer thickness and viscoelastic coefficient which concerns on this embodiment. 本実施形態の層厚及び粘弾性係数の測定方法を説明するフローチャート図の一例である。It is an example of a flowchart explaining a measuring method of a layer thickness and a viscoelastic coefficient of the present embodiment. 本実施形態の層厚及び粘弾性係数の測定方法を説明するフローチャート図の一例である。It is an example of a flowchart explaining a measuring method of a layer thickness and a viscoelastic coefficient of the present embodiment. 本実施形態の層厚及び粘弾性係数の測定方法を説明するフローチャート図の一例である。It is an example of a flowchart explaining a measuring method of a layer thickness and a viscoelastic coefficient of the present embodiment. 水晶振動子に層が形成するときの時間と厚みの測定値との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the time when a layer is formed in a crystal oscillator, and the measured value of thickness.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。各図面には、XYZ軸座標が導入される場合がある。また、同一の部材または同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その部材を説明した後には適宜説明を省略する場合がある。また、圧電素子としては、例えば、水晶振動子を例にあげて実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. XYZ axis coordinates may be introduced into each drawing. Further, the same members or members having the same function are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be appropriately omitted after the description of the members. As the piezoelectric element, for example, a crystal oscillator will be described as an example to describe the embodiment.

また、本実施形態における各式において、ω:角周波数、ρ:層の密度(g/cm)、h:層の厚み(nm)、G:複素弾性率(MPa)、G':貯蔵弾性率(MPa)、G'':基本周波数に基づく損失弾性率(MPa)、G'':高次波の周波数に基づく損失弾性率(MPa)、ρ:層の密度(g/cm)、ρ:溶液の密度(g/cm)、η:溶液の粘度(Pa・s)、Z:水晶のせん断モード音響インピーダンス(gm/sec/cm)、f:層が付着していない水晶振動子の基本周波数(Hz)を表す。 In each formula in the present embodiment, ω: angular frequency, ρ 1 : layer density (g/cm 3 ), h: layer thickness (nm), G: complex elastic modulus (MPa), G′: storage Elastic modulus (MPa), G 1 ″: Loss elastic modulus (MPa) based on fundamental frequency, G n ″: Loss elastic modulus (MPa) based on higher-order frequency, ρ 1 : Density of layer (g/ cm 3 ), ρ 2 : density of solution (g/cm 3 ), η 2 : viscosity of solution (Pa·s), Z q : shear mode acoustic impedance of crystal (gm/sec/cm 2 ), f 0 : Represents the fundamental frequency (Hz) of a crystal resonator without layers attached.

本実施形態に係る、層厚及び粘弾性係数の測定方法の基本原理から説明する。 The basic principle of the method for measuring the layer thickness and the viscoelastic coefficient according to this embodiment will be described.

図1(a)は、アドミッタンス法における水晶振動子の共振周波数Fを頂点とするピーク波形を示す図である。図1(a)には、共振周波数Fの他に、半値半幅Fが示されている。半値半幅Fは、半値周波数幅の半分であり、例えば、ピーク波形の半値幅の半分を意味する。図1(b)は、共振周波数Fの基本周波数Fs1と、共振周波数の高次波Fs3、Fs5が示されている。 FIG. 1A is a diagram showing a peak waveform having a resonance frequency F s of a crystal resonator as an apex in the admittance method. In FIG. 1A, the half-width at half maximum F w is shown in addition to the resonance frequency F s . The full width at half maximum F w is half the full width at half maximum, and means, for example, half the full width at half maximum of the peak waveform. FIG. 1B shows the fundamental frequency F s1 of the resonance frequency F s and the higher-order waves F s3 and F s5 of the resonance frequency.

Martinらの伝送理論(V.E.Granstaff,S.J..Martin,J.Appl.Phys. 1994,75,1319)によれば、粘弾性層が溶液中で水晶振動子に吸着する場合、粘弾性層が溶液中で水晶振動子に吸着する前の水晶振動子のインピーダンスZと、粘弾性層が付着した水晶振動子のインピーダンスZとの差、すなわち、インピーダンスの変化量ΔZは、以下の(1)式で表される。 According to the transmission theory of Martin et al. (VE Granstaff, SJ.Martin, J.Appl.Phys. 1994,75,1319), when a viscoelastic layer is adsorbed on a crystal oscillator in a solution, the viscoelastic layer is in solution. The difference between the impedance Z of the crystal unit before being adsorbed to the crystal unit and the impedance Z of the crystal unit to which the viscoelastic layer is attached, that is, the amount of change in impedance ΔZ, is expressed by the following equation (1). To be done.

Figure 2020118513
・・・(1)式
Figure 2020118513
...(1) formula

(1)式から、粘弾性層が溶液中で水晶振動子に吸着する前の水晶振動子の共振周波数Fs1と、粘弾性層が付着した水晶振動子の共振周波数Fs1との差、すなわち、共振周波数の変化量ΔFs1は、次の(2)式で表される。さらに、共振周波数Fs1を頂点とするピーク波形の半値半幅Fw1の変化量ΔFw1は、次の(3)式で表される。また、Fs1と、Fw1とに含まれる添え字「s1」、「w1」は、共振周波数の基本周波数を意味する。 From the equation (1), the difference between the resonance frequency F s1 of the crystal unit before the viscoelastic layer is adsorbed to the crystal unit in the solution and the resonance frequency F s1 of the crystal unit to which the viscoelastic layer is attached, that is, The resonance frequency variation ΔF s1 is expressed by the following equation (2). Furthermore, the amount of change ΔF w1 of the half-width at half maximum F w1 of the peak waveform having the resonance frequency F s1 as its apex is expressed by the following equation (3). In addition, the F s1, subscript is included in the F w1 "s1", "w1" refers to the basic frequency of the resonance frequency.

Figure 2020118513
・・・(2)式
Figure 2020118513
...(2) formula

Figure 2020118513
・・・(3)式
Figure 2020118513
...(3) formula

ここで、本実施形態では、溶液の粘性負荷が生じないことを条件とする。例えば、溶液の粘性負荷の変化が生じるのは、バッファー溶液とサンプル溶液の粘度が大きく異なる場合であり、濃度の高いグリセロール溶液を含むサンプルをバッファー溶液に加えて測定する場合で、殆どの場合はサンプル溶液とバッファー溶液の粘度はほぼ等しく、粘性変化が生じないからである。従って、(2)式及び(3)式の第1項は、無視することができ、(2)式及び(3)式は、下記の(4)式及び(5)式に書き換えることができる。 Here, in this embodiment, the condition is that the viscous load of the solution does not occur. For example, a change in the viscous load of a solution occurs when the viscosity of a buffer solution and a sample solution differ greatly, and when a sample containing a high-concentration glycerol solution is added to a buffer solution for measurement, in most cases This is because the sample solution and the buffer solution have almost equal viscosities, and no viscosity change occurs. Therefore, the first terms of the expressions (2) and (3) can be ignored, and the expressions (2) and (3) can be rewritten as the following expressions (4) and (5). ..

Figure 2020118513
・・・(4)式
Figure 2020118513
...(4) formula

Figure 2020118513
・・・(5)式
Figure 2020118513
・・・Equation (5)

また、共振周波数には、基本周波数Fs1の他に高次波の周波数が含まれる。高次波の周波数とは、例えば、基本周波数Fs1の奇数倍の3倍波、5倍波、7倍波・・・である。 In addition to the fundamental frequency F s1 , the resonance frequency includes frequencies of higher-order waves. The frequency of the higher-order wave is, for example, a third harmonic wave, a fifth harmonic wave, a seventh harmonic wave, which is an odd multiple of the fundamental frequency F s1 .

このような高次波の周波数についても、粘弾性層が溶液中で水晶振動子に吸着する前の水晶振動子における高次波の共振周波数Fsnと、粘弾性層が付着した水晶振動子の高次波の共振周波数Fsnとの差、すなわち、共振周波数の変化量ΔFsnが次の(6)式で表される。また、共振周波数Fsnを頂点とするピーク波形の半値半幅Fwnの変化量ΔFwnは、次の(7)式で表される。ここで、nは、奇数である。 Regarding the frequency of such a higher-order wave, the resonance frequency F sn of the higher-order wave in the crystal unit before the viscoelastic layer is adsorbed to the crystal unit in the solution and the crystal frequency of the crystal unit to which the viscoelastic layer adheres The difference between the higher-order wave and the resonance frequency F sn , that is, the change amount ΔF sn of the resonance frequency is expressed by the following equation (6). Further, the amount of change ΔF wn of the half-width at half maximum F wn of the peak waveform having the resonance frequency F sn as the apex is expressed by the following equation (7). Here, n is an odd number.

Figure 2020118513
・・・(6)式
Figure 2020118513
・・・Equation (6)

Figure 2020118513
・・・(7)式
Figure 2020118513
...(7) formula

例えば、高次波が3倍波のとき、その次数nは「3」であり、(6)、(7)式は、次の(8)、(9)式のように書き換えられる。 For example, when the higher-order wave is the third harmonic, the order n is “3”, and equations (6) and (7) can be rewritten as the following equations (8) and (9).

Figure 2020118513
・・・(8)式
Figure 2020118513
・・・Equation (8)

Figure 2020118513
・・・(9)式
Figure 2020118513
・・・Equation (9)

また、複素弾性率Gにおいては、G=G'(貯蔵弾性率)+iG''(損失弾性率)と書き表せることから、G、Gのそれぞれは、
=G'+iG''・・・(10)式
=G'+iG''・・・(11)式
と書き表せる。
Further, in the complex elastic modulus G, since it can be written as G=G′ (storage elastic modulus)+iG 1 ″ (loss elastic modulus), each of G 1 and G n is
G 1 = G 1 '+ iG 1''··· (10) formula G n = G n' + iG n '' ··· (11) equation Kakiarawaseru.

これらの数式で表されたΔFs1、ΔFw1、ΔFsn、ΔFwnについては、測定装置を用いて直接測定することができる。これら周波数の測定は、発振回路による方法、インピーダンスアナライザ、ネットワークアナライザ等、外部機器からの周波数掃引によって得られる方法によって実行される。共振周波数F、共振周波数Fのコンダクタンス値の半分を持つ半値半幅の周波数Fが計測できるものであれば、測定方法は特に限定はされない。 ΔF s1 , ΔF w1 , ΔF sn , and ΔF wn represented by these mathematical expressions can be directly measured using a measuring device. These frequencies are measured by a method using an oscillator circuit, a method obtained by frequency sweeping from an external device, such as an impedance analyzer or a network analyzer. As long as the resonant frequency F s, the frequency F w of the half width at half maximum with half of the conductance value of the resonance frequency F s can be measured, the measurement method is not particularly limited.

例えば、図2は、本実施形態に係る層厚及び粘弾性係数の測定装置を示すブロック構成図である。 For example, FIG. 2 is a block configuration diagram showing a layer thickness and viscoelastic coefficient measuring device according to the present embodiment.

図1に示すように、測定装置100は、圧電素子1aを有するセンサ1と、測定部であるネットワークアナライザ2と、制御部3と、演算部6と、演算部7と、表示部8と、記憶部9とを具備する。 As shown in FIG. 1, the measuring apparatus 100 includes a sensor 1 having a piezoelectric element 1a, a network analyzer 2 as a measuring unit, a control unit 3, a calculation unit 6, a calculation unit 7, and a display unit 8. And a storage unit 9.

センサ1、ネットワークアナライザ2は、制御部3により制御される。演算部6は、ネットワークアナライザ2で測定された周波数の周波数成分を演算する。演算部7は、演算部6で得られた結果を用いて膜厚及び粘弾性を演算する。表示部8は、演算部6、7で得られた周波数、粘弾性等の値を表示する。制御部3、演算部6、7、及び表示部8は、通常のパソコンとモニタとにより構成されてもよい。 The sensor 1 and the network analyzer 2 are controlled by the control unit 3. The calculation unit 6 calculates the frequency component of the frequency measured by the network analyzer 2. The calculation unit 7 calculates the film thickness and viscoelasticity using the result obtained by the calculation unit 6. The display unit 8 displays the values of the frequency, viscoelasticity and the like obtained by the calculation units 6 and 7. The control unit 3, the calculation units 6 and 7, and the display unit 8 may be composed of a normal personal computer and a monitor.

また、センサ1の温度調整を行うために、ペルチェ素子等の温度制御部4をセンサ1下に備えてもよい。温度制御部4を調整するための温度調整部5は、制御部3により制御される。 Further, in order to adjust the temperature of the sensor 1, a temperature control unit 4 such as a Peltier element may be provided below the sensor 1. The temperature adjustment unit 5 for adjusting the temperature control unit 4 is controlled by the control unit 3.

共振周波数を持つ圧電素子1aは、水晶振動子の他に、APM(ACOUSTIC PLATE MODE SENSOR)、FPW(FLEXURAL PLATE-WAVE SENSOR)、またはSAW(SOURFACE ACOUSTIC-WAVE SENSOR)等であってもよい。 The piezoelectric element 1a having a resonance frequency may be an APM (ACOUSTIC PLATE MODE SENSOR), an FPW (FLEXURAL PLATE-WAVE SENSOR), a SAW (SOURFACE ACOUSTIC-WAVE SENSOR), or the like, in addition to the crystal oscillator.

例えば、本実施形態では、ネットワークアナライザ2が溶液中で水晶振動子に層が形成されることにより生ずる、基本周波数Fs1の変化量ΔFs1と、周波数Fsnの変化量ΔFsnと、半値半幅Fw1の変化量ΔFw1と、半値半幅Fwnの変化量ΔFwnとを取得する。 For example, in this embodiment, caused by the layer in the crystal oscillator is formed by the network analyzer 2 is in solution, the amount of change [Delta] F s1 of the fundamental frequency F s1, the change amount [Delta] F sn frequency F sn, the half width at half maximum a change amount [Delta] F w1 of F w1, and acquires the change amount [Delta] F wn of half width at half maximum F wn.

演算部6、7は、変化量ΔFs1、変化量ΔFsn、変化量ΔFw1、及び変化量ΔFwnからΔFs1、ΔFsn、ΔFw1、及び変化量ΔFwn含む評価関数を立てて、層の厚みhと、層の貯蔵弾性率G'と、層の基本周波数Fs1に基づく損失弾性率G''と、層の高次波の周波数Fsnに基づく損失弾性率G''を算出する。演算部6、7における演算では、記憶部9に格納されたコンピュータプログラムが用いられる。 The calculation units 6 and 7 establish an evaluation function including the change amount ΔF s1 , the change amount ΔF sn , the change amount ΔF w1 , and the change amount ΔF wn to ΔF s1 , ΔF sn , ΔF w1 and the change amount ΔF wn , and then the layers The thickness h of the layer, the storage elastic modulus G′ of the layer, the loss elastic modulus G 1 ″ based on the fundamental frequency F s1 of the layer, and the loss elastic modulus G n ″ based on the frequency F sn of the higher-order wave of the layer. calculate. A computer program stored in the storage unit 9 is used for the calculation in the calculation units 6 and 7.

記憶部9は、ハードディスク、光ディスク、フラッシュメモリ等の記録媒体を有し、本実施に係る層厚及び粘弾性係数の測定方法のアルゴリズムを自動的に実行するコンピュータプログラムを格納したり、取得したデータ、算出したデータ等を保存したりする。 The storage unit 9 has a recording medium such as a hard disk, an optical disk, or a flash memory, and stores a computer program that automatically executes the algorithm of the method for measuring the layer thickness and the viscoelastic coefficient according to the present embodiment, or the acquired data. , Save calculated data, etc.

次に、本実施形態に係る層厚及び粘弾性係数の測定方法について説明する。 Next, a method of measuring the layer thickness and the viscoelastic coefficient according to this embodiment will be described.

本実施形態では、n倍波(n=2n+1、nは整数)の周波数変化分の中から少なくとも2つの周波数を選択し(例えば、基本周波数と3倍波)、水晶振動子に形成される層にVoightモデルの制限をかけずに、層の厚みと、層の粘弾性係数とを算出する。 In the present embodiment, at least two frequencies are selected from the frequency changes of the n-th harmonic (n=2n+1, n is an integer) (for example, the fundamental frequency and the third-harmonic), and the layers formed on the crystal resonator are selected. The thickness of the layer and the viscoelastic coefficient of the layer are calculated without the limitation of the Voight model.

ここで、溶液中では層が厚くなるにつれ水を含み、Voightモデルに近づくものの、Voightモデルに基づく連立方程式による解法を利用しない本実施形態では、Gに含まれるG'においては、周波数依存性がないとし、周波数で一定とする。すなわち、
G'=G'=G'・・・(12)式
とする。
Here, in the solution, as the layer becomes thicker, water is contained and approaches the Voight model. However, in the present embodiment that does not use the solution method by the simultaneous equations based on the Voight model, the frequency dependence is present in G′ included in G. If not, the frequency is constant. That is,
G and '= G 1' = G n '··· (12) formula.

また、基本周波数に基づくG''と、高次波(n倍波)に基づくG''とは、独立して算出する。そして、G'、G''、G''、hのそれぞれを評価関数を利用して求める。 Further, G 1 ″ based on the fundamental frequency and G n ″ based on the higher-order wave (nth harmonic) are calculated independently. Then, each of G′, G 1 ″, G n ″, and h is obtained by using the evaluation function.

測定方法としては、まず、測定装置100のセンサ1が溶液に浸漬される。溶液には、圧電素子1aに形成される層が溶解されている。 As the measuring method, first, the sensor 1 of the measuring device 100 is immersed in the solution. The layer formed in the piezoelectric element 1a is dissolved in the solution.

次に、測定装置100では、溶液中で圧電素子1aに層が形成されることにより生ずる、基本周波数Fs1の変化量ΔFs1と、周波数Fsnの変化量ΔFsnと、半値半幅Fw1の変化量ΔFw1と、半値半幅Fwnの変化量ΔFwnとが取得される。 Next, the measuring apparatus 100, caused by the layer to the piezoelectric element 1a is formed in solution, and the change amount [Delta] F s1 of the fundamental frequency F s1, the change amount [Delta] F sn frequency F sn, the half width at half maximum F w1 The change amount ΔF w1 and the change amount ΔF wn of the half-width half-width F wn are acquired.

次に、測定装置100において、測定されたそれぞれの変化量ΔFs1、変化量ΔFsn、変化量ΔFw1、及び変化量ΔFwnから評価関数を利用して、層の厚みhと、層の貯蔵弾性率G'と、層の基本周波数Fs1に基づく損失弾性率G''と、層の高次波の周波数Fsnに基づく損失弾性率G''が算出される。 Next, in the measuring apparatus 100, the thickness h of the layer and the storage of the layer are stored using the evaluation function from the measured variation ΔF s1 , variation ΔF sn , variation ΔF w1 and variation ΔF wn. The elastic modulus G′, the loss elastic modulus G 1 ″ based on the fundamental frequency F s1 of the layer, and the loss elastic modulus G n ″ based on the frequency F sn of the higher-order wave of the layer are calculated.

具体的には、厚みh、貯蔵弾性率G'、損失弾性率G''、及び損失弾性率G''を求めるために、各測定値と並んで、厚みh、貯蔵弾性率G'、損失弾性率G''、及び損失弾性率G''等で書き表された(4)式〜(7)式と同じ式を導入する。 Specifically, in order to obtain the thickness h, the storage elastic modulus G′, the loss elastic modulus G 1 ″, and the loss elastic modulus G n ″, the thickness h, the storage elastic modulus G′ are arranged along with the measured values. , The loss elastic modulus G 1 ″, the loss elastic modulus G n ″, and the like, the same formulas as the formulas (4) to (7) are introduced.

例えば、計算のために、以下の(13)式〜(16)式を導入する。ここで、厚みh、貯蔵弾性率G'、損失弾性率G''、及び損失弾性率G''の算出に用いられる式には、測定値であるΔFs1、ΔFw1、ΔFsn、ΔFwnと区別するために、右上に「'」が付されている。 For example, the following equations (13) to (16) are introduced for calculation. Here, the formulas used to calculate the thickness h, the storage elastic modulus G′, the loss elastic modulus G 1 ″, and the loss elastic modulus G n ″ are the measured values ΔF s1 , ΔF w1 , ΔF sn , In order to distinguish from ΔF wn , “′” is added in the upper right.

Figure 2020118513
・・・(13)式
Figure 2020118513
...(13) formula

Figure 2020118513
・・・(14)式
Figure 2020118513
...(14) formula

Figure 2020118513
・・・(15)式
Figure 2020118513
・・・Equation (15)

Figure 2020118513
・・・(16)式
Figure 2020118513
...(16) formula

続いて、次の2式、
=(ΔFs1−ΔFs1')+(ΔFw1−ΔFw1')・・・(17)式
=(ΔFsn−ΔFsn')+(ΔFwn−ΔFwn')・・・(18)式
の和である、S+S・・・(19)式
が最小となるときのh、G'、G''、G''の組を算出する。なお、本実施形態では、(19)式を評価関数1とする。
Then, the following two equations,
S 1 =(ΔF s1 −ΔF s1 ′) 2 +(ΔF w1 −ΔF w1 ′) 2 (17) Formula S n =(ΔF sn −ΔF sn ′) 2 +(ΔF wn −ΔF wn ′) 2 ... (18), which is the sum of S 1 +S n (19)
Then, a set of h, G′, G 1 ″, and G n ″ at which is minimized is calculated. In this embodiment, the expression (19) is used as the evaluation function 1.

上記は、SとSとの和(評価関数1)が所謂最小二乗法により、最小となる評価を行っている。つまり、この数式一式によって和(S+S)が最小となる評価を行っており、それ故、和(S+S)を評価関数としている。 In the above, the sum of S 1 and S n (evaluation function 1) is minimized by the so-called least squares method. That is, the sum (S 1 +S n ) is evaluated by this set of equations so that the sum (S 1 +S n ) is minimized. Therefore, the sum (S 1 +S n ) is used as the evaluation function.

また、評価としては、別手法でもよく、例えば、
=(ΔFs1−ΔFs1')の絶対値+(ΔFw1−ΔFw1')の絶対値・・・(17)'式
=(ΔFsn−ΔFsn')の絶対値+(ΔFwn−ΔFwn')の絶対値・・・(18)'式
の和である、S+S・・・(19)'式
が最小となるときのh、G'、G''、G''の組を算出してもよい。なお、本実施形態では、(19)'式を評価関数2とする。
Also, another method may be used for evaluation, for example,
S 1 =absolute value of (ΔF s1 −ΔF s1 ′)+absolute value of (ΔF w1 −ΔF w1 ′) (17)′ Expression S n =(ΔF sn −ΔF sn ′) absolute value+( Absolute value of ΔF wn −ΔF wn ')... Sum of equation (18)', S 1 +S n ... (19)' when h, G', G 1 '' when the equation is minimum , G n ″ may be calculated. In this embodiment, the expression (19)′ is the evaluation function 2.

本願で開示している上記評価手法(つまり評価関数1,2)は、測定結果(ΔFs1、ΔFw1、ΔFsn、ΔFwn)とG'、G''、G''、hからの演算結果(ΔFs1'、ΔFw1'、ΔFsn'、ΔFwn')とが、同一となるべきと考える技術思想である。本実施形態では、測定結果と演算結果は同一となるのが理想であるので、その差分を取るとゼロへ近づくことを利用した評価関数としている。つまり、同一へ近づく事が評価できるのであれば、別の演算手法、つまり評価関数を選定しても良い。 The evaluation method (that is, the evaluation functions 1 and 2) disclosed in the present application is based on the measurement results (ΔFs1, ΔFw1, ΔFsn, ΔFwn) and the calculation results (G′, G 1 ″, G n ″, h) ( ΔFs1′, ΔFw1′, ΔFsn′, ΔFwn′) are technical thoughts that should be the same. In the present embodiment, since it is ideal that the measurement result and the calculation result are the same, the evaluation function is used that takes the difference and approaches zero. In other words, another calculation method, that is, an evaluation function may be selected as long as it can be evaluated that the values approach the same.

つまり、測定装置100のセンサ1が溶液に浸漬された後、評価装置100で取得し求められる各変化量(ΔFs1、ΔFw1、ΔFsn、ΔFwn)が組み込まれた合計値(S+S)が最小となる評価を評価基準とし、不明な各パラメータを振って、不明パラメータを確定させる。 That is, after the sensor 1 of the measuring device 100 is immersed in the solution, the total value (S 1 +S) in which the respective variation amounts (ΔF s1 , ΔF w1 , ΔF sn , ΔF wn ) acquired and obtained by the evaluation device 100 are incorporated. Using the evaluation that minimizes n 2 ) as the evaluation criterion, the unknown parameters are shaken to determine the unknown parameters.

また、上記においてΔFs1'、ΔFw1'、ΔFsn'、ΔFwn'を求める場合、「パラメータを振る」という表現を用いている。本実施形態の計算では任意の初期値(パラメータ)から微小増減(振る)させ複数計算を行いて根を求めるアルゴリズムを利用した、所謂、反復法が用いられている。ここで、"根"とは、評価関数で示した値に収束する根(例えば、膜厚h等)である。 Further, in the above, when obtaining ΔF s1 ′, ΔF w1 ′, ΔF sn ′, and ΔF wn ′, the expression “shake parameters” is used. In the calculation of the present embodiment, a so-called iterative method is used in which an algorithm for obtaining a root by slightly increasing (shaking) an arbitrary initial value (parameter) and performing a plurality of calculations is used. Here, the "root" is a root that converges to the value indicated by the evaluation function (for example, the film thickness h).

つまり、h、G'、G''、G''の組を求めるときに、反復計算を行う。この際、最急降下法、ニュートン法、レーベンバーグ・マーカート法、ガウス・ニュートン法、シンプレック法などの非線形最小二乗の最適化手法を用いて、h、G'、G''、G''の組を最適化してもよい。 That is, when calculating a set of h, G′, G 1 ″, and G n ″, iterative calculation is performed. At this time, h, G′, G 1 ″, and G n ″ are obtained by using a nonlinear least-squares optimization method such as the steepest descent method, the Newton method, the Levenberg-Marquardt method, the Gauss-Newton method, or the simplex method. May be optimized.

演算部6、7における負荷が増大すれば演算処理の時間が増加するため、測定装置100の時間分解能が落ち、性能の低下に繋がる。このため、上記で示した反復法の中で演算部6、7に最適な手法を採用することが好ましい。 If the load on the arithmetic units 6 and 7 increases, the time required for the arithmetic processing increases, so that the time resolution of the measuring apparatus 100 decreases and the performance decreases. For this reason, it is preferable to adopt an optimal method for the arithmetic units 6 and 7 among the above-mentioned iterative methods.

図3〜図5は、本実施形態の層厚及び粘弾性係数の測定方法を説明するフローチャート図の一例である。 3 to 5 are examples of flowcharts illustrating the method for measuring the layer thickness and the viscoelastic coefficient of the present embodiment.

フローチャートでは、高次波として3倍波(n=3)を選び、層厚及び粘弾性係数の測定する方法が示されている。なお、高次波として3倍波(n=3)が選ばれた場合、(17)式〜(19)式は、
=(ΔFs1−ΔFs1')+(ΔFw1−ΔFw1')・・・(17)式
=(ΔFs3−ΔFs3')+(ΔFw3−ΔFw3')・・・(18)式
+S・・・(19)式
The flowchart shows a method of selecting the third harmonic (n=3) as the higher-order wave and measuring the layer thickness and the viscoelastic coefficient. When the third harmonic (n=3) is selected as the higher-order wave, equations (17) to (19) are
S 1 = (ΔF s1 -ΔF s1 ') 2 + (ΔF w1 -ΔF w1') 2 ··· (17) formula S 3 = (ΔF s3 -ΔF s3 ') 2 + (ΔF w3 -ΔF w3') 2 ... (18) Formula S 1 +S 3 ... (19) Formula

または、
=(ΔFs1−ΔFs1')の絶対値+(ΔFw1−ΔFw1')の絶対値・・・(17)'式
=(ΔFs3−ΔFs3')の絶対値+(ΔFw3−ΔFw3')の絶対値・・・(18)'式
の和である、S+S・・・(19)'式
となる。
Or
S 1 =absolute value of (ΔF s1 −ΔF s1 ′)+absolute value of (ΔF w1 −ΔF w1 ′) (17)′ Expression S 3 =(ΔF s3 −ΔF s3 ′) absolute value+( The absolute value of ΔF w3 −ΔF w3 ′ is the sum of the equations (18)′, S 1 +S 3 ... (19)′.

特に、本実施形態の測定方法は、圧電素子1aに形成される層の厚みとして極薄の数nm以下の厚みを測定する場合に有効に機能する。 In particular, the measuring method of the present embodiment works effectively when the thickness of the layer formed on the piezoelectric element 1a is an extremely thin thickness of several nm or less.

測定方法では、機能的な計算の固まりをサブルーチンとして、そのサブルーチンの中を段階的に詳細化して計算するトップダウンアプローチが図られる。例えば、処理1(図3)には、処理2(図4)のサブルーチンが含まれ、処理2には、処理3(図5)のサブルーチンが含まれる。図3〜図5に示されたフローチャートは、例えば、記憶部9に格納されたコンピュータプログラムにより実行できる。 In the measurement method, a top-down approach is used in which a functional block of calculation is defined as a subroutine, and the subroutine is stepwise detailed and calculated. For example, the process 1 (FIG. 3) includes the subroutine of the process 2 (FIG. 4), and the process 2 includes the subroutine of the process 3 (FIG. 5). The flowcharts shown in FIGS. 3 to 5 can be executed by a computer program stored in the storage unit 9, for example.

なお、レーベンバーグ・マーカート法は、非線形関数の自乗和の形で表された関数の極小を求める反復法である。例えば、レーベンバーグ・マーカート法は、現在の解(最新の解)が正解から遠い場合は正解に収束する最急降下法と同じように動作し、現在の解が正解から近い場合はニュートン法を実行する。 The Levenberg-Markt method is an iterative method for finding the minimum of a function expressed in the form of sum of squares of nonlinear functions. For example, the Levenberg-Marquardt method works in the same way as the steepest descent method that converges to the correct solution when the current solution (latest solution) is far from the correct solution, and executes the Newton method when the current solution is close to the correct solution. To do.

図3に示すように、処理1においては、まず、層厚hが層厚の初期値として最低値(hmin)とされる(ステップS11)。 As shown in FIG. 3, in the process 1, first, the layer thickness h is set to the minimum value (h min ) as the initial value of the layer thickness (step S11).

次に、サブルーチンである処理2が実行される(ステップS20)。処理2の詳細については、後述する。 Next, processing 2 which is a subroutine is executed (step S20). Details of the process 2 will be described later.

処理2が実行された後、層厚hには、微小な量の層厚Δhが加算され、層厚hが微小量Δh分増加する(ステップS12)。 After the process 2 is executed, a minute amount of the layer thickness Δh is added to the layer thickness h, and the layer thickness h is increased by the minute amount Δh (step S12).

次に、層厚hが最大値(hmax)以下と判断された場合には、再び、処理2にまで戻り、ステップS20、ステップS12が実行される。層厚hが最大値(hmax)よりも大きいと判断された場合は、処理1によって求めたh、G'、G''、G''を初期値として、最急降下法、ニュートン法、及びレーベンバーグ・マーカート法、ガウス・ニュートン法、シンプレック法などにより、S+Sが最小となるh、G'、G''、G''の組が算出される。 Next, when it is determined that the layer thickness h is equal to or less than the maximum value (h max ), the process returns to the process 2 again, and the steps S20 and S12 are executed. When it is determined that the layer thickness h is larger than the maximum value (h max ), the steepest descent method and the Newton method are used with h, G′, G 1 ″, and G 3 ″ obtained by the process 1 as initial values. , And the Levenberg-Markt method, the Gauss-Newton method, the simplex method, etc., the set of h, G′, G 1 ″, and G 3 ″ that minimizes S 1 +S 2 is calculated.

処理1に含まれる処理2について説明する。 The process 2 included in the process 1 will be described.

図4に示すように、処理2においては、まず、貯蔵弾性率G'が貯蔵弾性率の初期値として最低値(G'min)とされる(ステップS21)。 As shown in FIG. 4, in the process 2, first, the storage elastic modulus G′ is set to the minimum value (G′ min ) as the initial value of the storage elastic modulus (step S21).

次に、サブルーチンである処理3が実行される(ステップS30)。処理3の詳細については、後述する。 Next, processing 3 which is a subroutine is executed (step S30). Details of the process 3 will be described later.

処理3が実行された後、貯蔵弾性率G'には、微小な量の貯蔵弾性率ΔG'が加算され、貯蔵弾性率G'が微小量ΔG'分増加する(ステップS22)。 After the process 3 is executed, a minute amount of the storage elastic modulus ΔG′ is added to the storage elastic modulus G′, and the storage elastic modulus G′ is increased by the minute amount ΔG′ (step S22).

次に、貯蔵弾性率G'が最大値(G'max)以下と判断された場合は、再び、処理3にまで戻り、ステップS30、ステップS22が実行される。貯蔵弾性率G'が最大値(G'max)よりも大きいと判断された場合は処理2が終了となり、処理1のステップS12に進む。 Next, when it is determined that the storage elastic modulus G′ is the maximum value (G′ max ) or less, the process returns to the process 3 again, and steps S30 and S22 are executed. When it is determined that the storage elastic modulus G′ is larger than the maximum value (G′ max ), the process 2 ends, and the process proceeds to step S12 of the process 1.

処理2に含まれる処理3について説明する。 The process 3 included in the process 2 will be described.

図5に示すように、処理3においては、ステップS31〜ステップS34のフローと、ステップ35〜ステップS38のフローとが個別に実行される。これら二つのフローは、併行して進行させてもよく、どちらか一方を他方に前後させて進行させてもよい。 As shown in FIG. 5, in the process 3, the flow of steps S31 to S34 and the flow of steps 35 to S38 are individually executed. These two flows may be made to proceed in parallel, or one of them may be made to go before and after the other.

ステップS31〜ステップS34について説明する。 Steps S31 to S34 will be described.

まず、損失弾性率G''が損失弾性率の初期値として最低値(G''min)とされる(ステップS31)。 First, the loss elastic modulus G 1 ″ is set to the lowest value (G 1min ) as the initial value of the loss elastic modulus (step S 31 ).

次に、Sが最小となるG'、G''、hの組が保存される(ステップS32)。 Next, the set of G′, G 1 ″, and h that minimizes S 1 is stored (step S 32 ).

次に、損失弾性率G''には、微小な量の損失弾性率ΔG''が加算され、損失弾性率G''が微小量ΔG''分増加する(ステップS33)。 Then, the loss modulus G 1 '', the small loss modulus .DELTA.G 1 amounts 'are subject to', loss modulus G 1 '' is a small amount .DELTA.G 1 'increases' minute (step S33).

次に、損失弾性率G''が最大値(損失弾性率G''max)以下と判断された場合は、再び、ステップS32にまで戻り、ステップS33、ステップS34が実行される。損失弾性率G''が最大値(G''max)よりも大きいと判断された場合は、次のステップS39に進む。 Then, if the loss modulus G 1 '' is the maximum value (loss modulus G 1 'is determined' max) below, returns again to the step S32, step S33, step S34 is executed. When it is determined that the loss elastic modulus G 1 ″ is larger than the maximum value (G 1max ), the process proceeds to the next step S39.

ステップS35〜ステップS38について説明する。 Steps S35 to S38 will be described.

まず、損失弾性率G''が損失弾性率の初期値として最低値(G''min)とされる(ステップS35)。 First, the loss elastic modulus G 3 ″ is set to the minimum value (G 3min ) as the initial value of the loss elastic modulus (step S35).

次に、Sが最小となるG'、G''、hの組が保存される(ステップS36)。 Next, the set of G′, G 3 ″, and h that minimizes S 2 is stored (step S36).

次に、損失弾性率G''には、微小な量の損失弾性率ΔG''が加算され、損失弾性率G''が微小量ΔG''分増加する(ステップS37)。 Next, 'the, small amounts loss modulus .DELTA.G 3 of' the loss modulus G 3 'are subject to', loss modulus G 3 '' is a small amount .DELTA.G 3 'increases' minute (step S37).

次に、損失弾性率G''が最大値(損失弾性率G''max)以下と判断された場合は、再び、ステップS36にまで戻り、ステップS37、ステップS38が実行される。損失弾性率G''が最大値(G''max)よりも大きいと判断された場合は、次のステップS39に進む。 Then, if the loss modulus G 3 '' is the maximum value (loss modulus G 3 'is determined' max) below, returns again to the step S36, step S37, step S38 is executed. When it is determined that the loss elastic modulus G 3 ″ is larger than the maximum value (G 3max ), the process proceeds to the next step S39.

次に、ステップS39では、S+Sが最小となるh、G'、G''、G''の組が保存される。この保存された組が処理1によって処理されるh、G'、G''、G''の初期値となる。この後、処理2において、ステップS22が実行される。 Next, in step S39, a set of h, G′, G 1 ″, and G 3 ″ that minimizes S 1 +S 2 is stored. This saved set becomes the initial values of h, G′, G 1 ″, and G 3 ″ processed by the process 1. Then, in process 2, step S22 is executed.

本実施形態においては、高次波が3倍波に限定されず、図1(b)に示す基本周波数(n=1)及び高次波のうちの少なくとも2つの周波数を用いれば、本実施形態を実行することができる。例えば、基本周波数と3倍波との組み合わせの他、基本周波数と5倍波との組み合わせ等である。上記では、一例として、基本周波数と3倍波とを用いて、層厚及び粘弾性係数の測定する例をあげている。 In the present embodiment, the higher order wave is not limited to the third harmonic wave, and if at least two frequencies of the fundamental frequency (n=1) and the higher order wave shown in FIG. Can be performed. For example, in addition to the combination of the fundamental frequency and the third harmonic, the combination of the fundamental frequency and the fifth harmonic, and the like. In the above description, the layer thickness and the viscoelastic coefficient are measured by using the fundamental frequency and the third harmonic as an example.

ここで、Voightモデルを適用した手法(以降、比較例の方法)では、水晶振動子に形成する層のh、G'、G''、G''を求める際、本実施形態と同様に、基本周波数の共振周波数の変化量ΔFs1と、その半値半幅の変化量ΔFw1、共振周波数の3倍波の変化量ΔFs3と、その半値半幅ΔFw3を測定する。 Here, in the method applying the Voight model (hereinafter, the method of the comparative example), when h, G′, G 1 ″, and G 3 ″ of the layers formed in the crystal unit are obtained, the same as in the present embodiment. Then, the change amount ΔF s1 of the resonance frequency of the fundamental frequency, the change amount ΔF w1 of the half width at half maximum, the change amount ΔF s3 of the triple wave of the resonance frequency, and the half width ΔF w3 at half thereof are measured.

但し、比較例の場合、G'は周波数依存性がなく一定値、且つ、G''が周波数に比例するとしている。従って、求めるパラメータは、hと、G'と、G''(G''=mG''=G''、mは、比例係数)との3つとなり、測定値は、例えば、ΔFs1、ΔFw1、ΔFs3、ΔFw3の中のΔFs1、ΔFw1、ΔFw3の3つで足りる。すなわち、3つの測定値から、直接、h、G'、G''を計算することができる。 However, in the case of the comparative example, G′ has no frequency dependency and is a constant value, and G″ is proportional to the frequency. Therefore, three parameters to be obtained are h, G′, and G″ (G″=mG 1 ″=G 3 ″, m is a proportional coefficient), and the measured value is, for example, ΔF. Three of ΔF s1 , ΔF w1 , and ΔF w3 among s1 , ΔF w1 , ΔF s3 , and ΔF w3 are sufficient. That is, h, G′, and G″ can be calculated directly from the three measured values.

しかし、3つの測定値から、直接、h、G'、G''を計算した場合、算出されたh、G'、G''から逆算して、例えば、ΔFs3を計算すると、ΔFs3の計算と、ΔFs3の測定値とで整合が取れなくなる場合がある。すなわち、ΔFs1、ΔFw1、ΔFs3、ΔFw3の中から計算に取り入れなかった測定値と、h、G'、G''から逆算して求めた計算値とが整合せず、計算に取り入れなかった測定値に誤差が集中してしまう。 However, from the three measurements, direct, h, G ', G' when calculating the 'calculated h, G', G 'and backward from', for example, when calculating the [Delta] F s3, the [Delta] F s3 In some cases, the calculation and the measured value of ΔF s3 may not match. That is, the measured value that was not included in the calculation from among ΔF s1 , ΔF w1 , ΔF s3 , and ΔF w3 and the calculated value obtained by back-calculating from h, G′, and G″ did not match and were included in the calculation. Errors concentrate on the missing measurement values.

また、比較例の場合、溶液中において層が圧電素子に形成し始める初期の段階では、例えば、Voightモデルに合わず、初期段階での層厚が精度よく測定できない場合がある。 Further, in the case of the comparative example, in the initial stage when the layer starts to be formed on the piezoelectric element in the solution, the layer thickness may not be accurately measured, for example, because it does not fit the Voight model.

これに対して、本実施形態によれば、ΔFs1、ΔFw1、ΔFsn、ΔFwnの4つの測定値から、4つの測定値と同じ個数の4つの解、すなわち、h、G'、G''、G''を算出する。このため、計算に取り入れない測定値がなく、計算に取り入れなかった測定値に誤差が集中することが起きない。 On the other hand, according to the present embodiment, from the four measured values of ΔF s1 , ΔF w1 , ΔF sn , and ΔF wn , four solutions of the same number as the four measured values, that is, h, G′, G 1 ″ and G n ″ are calculated. Therefore, there is no measured value that is not included in the calculation, and errors do not concentrate on the measured value that is not included in the calculation.

また、本実施形態によれば、溶液中において層が圧電素子1aに形成し始める初期の段階から層の厚みを精度よく測定できる。特に、層厚として、数nm以下の測定に有効である。 Further, according to the present embodiment, the thickness of the layer can be accurately measured from the initial stage when the layer starts to be formed on the piezoelectric element 1a in the solution. In particular, it is effective for measuring the layer thickness of several nm or less.

図6(a)、(b)は、水晶振動子に層が形成するときの時間と厚みの測定値との関係を示すグラフ図である。ここで、図6(a)は、比較例の方法で測定した場合の例であり、図6(b)は、本実施形態の方法で測定した場合の例である。圧電素子1aとしては、水晶振動子を用いている。そして、この水晶振動子に、スーパーオキシドディスムターゼ1(Superoxide dismutase1, SOD1)を形成している。 FIGS. 6A and 6B are graphs showing the relationship between the time when the layer is formed on the crystal unit and the measured value of the thickness. Here, FIG. 6A shows an example of the case of measurement by the method of the comparative example, and FIG. 6B shows an example of case of measurement by the method of the present embodiment. A crystal oscillator is used as the piezoelectric element 1a. Then, superoxide dismutase 1 (SOD1) is formed on this crystal oscillator.

図6(a)に示す比較例では、SOD1溶液に水晶振動子を浸した初期の段階(10分以内)では、SOD1の厚みが精度よく計測されない。例えば、比較例の方法では、厚みが3nmまでは、SOD1の厚みが計測されず、SOD1の厚みが3nm近くになってから、その厚みが計測され始めることが分かる。 In the comparative example shown in FIG. 6A, the thickness of SOD1 is not accurately measured at the initial stage (within 10 minutes) of immersing the crystal resonator in the SOD1 solution. For example, in the method of the comparative example, it can be seen that the thickness of SOD1 is not measured up to a thickness of 3 nm, and the thickness starts to be measured after the thickness of SOD1 approaches 3 nm.

これに対し、図6(b)に示す本実施形態では、SOD1溶液に水晶振動子を浸した初期の段階からSOD1の厚みが計測されることが分かる。 On the other hand, in the present embodiment shown in FIG. 6B, it can be seen that the thickness of SOD1 is measured from the initial stage of immersing the crystal resonator in the SOD1 solution.

Figure 2020118513
Figure 2020118513

表1には、ΔFs1、ΔFw1、ΔFs3、ΔFw3の実測値と計算値とが示されている。実施例1及び比較例1は、水晶振動子にミオシン(myosin)層が形成された例である。実施例2及び比較例2は、水晶振動子にコラーゲン(collagen)層が形成された例である。実施例3及び比較例3は、水晶振動子にアビジン(Avidin)層が形成された例である。 Table 1 shows measured and calculated values of ΔF s1 , ΔF w1 , ΔF s3 , and ΔF w3 . Example 1 and Comparative Example 1 are examples in which a myosin layer is formed on a crystal resonator. Example 2 and Comparative Example 2 are examples in which a crystal layer has a collagen layer formed thereon. Example 3 and Comparative Example 3 are examples in which a crystal unit is provided with an avidin layer.

表1の結果から、比較例1〜3では、ΔFs1、ΔFw1、ΔFs3、ΔFw3の中、とりわけΔFs3の誤差が著しいことが分かる。すなわち、ΔFs1、ΔFw1、ΔFs3、ΔFw3の中のΔFs3に誤差が集中している。 From the results of Table 1, it is understood that in Comparative Examples 1 to 3, among ΔF s1 , ΔF w1 , ΔF s3 , and ΔF w3 , the error of ΔF s3 is remarkable. That is, the errors are concentrated on ΔF s3 among ΔF s1 , ΔF w1 , ΔF s3 , and ΔF w3 .

これに対し、実施例1〜3では、ΔFs1、ΔFw1、ΔFs3、ΔFw3のそれぞれにおいて、実測値及び計算値が同程度になっていることが分かる。 On the other hand, in Examples 1 to 3, it can be seen that the measured value and the calculated value are approximately the same in each of ΔF s1 , ΔF w1 , ΔF s3 , and ΔF w3 .

誤差合計%=((計算値ΔFs1−実測値ΔFs1)/計算値ΔFs1+(計算値ΔFw1−実測値ΔFw1)/計算値ΔFw1+(計算値ΔFs3−実測値ΔFs3)/計算値ΔFs3+(計算値ΔFw3−実測値ΔFw3)/計算値ΔFw3)×100・・・(20)式 Total error%=((calculated value ΔF s1 −measured value ΔF s1 )/calculated value ΔF s1 +(calculated value ΔF w1 −measured value ΔF w1 )/calculated value ΔF w1 +(calculated value ΔF s3 −measured value ΔF s3 ). /Calculated value ΔF s3 +(calculated value ΔF w3 −measured value ΔF w3 )/calculated value ΔF w3 )×100 (20) Equation

上記の(20)式で誤差合計を定義すると、比較例1〜3では、誤差合計が10%以上50%以下であるのに対し、実施例1〜3は、誤差合計が10%より小さくなることが分かった。 When the total error is defined by the above formula (20), the total error is 10% or more and 50% or less in Comparative Examples 1 to 3, whereas the total error is less than 10% in Examples 1 to 3. I found out.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、基本周波数と、3倍波と、5倍波とを用い、G'、G''、G''、G''、hを評価関数を用いて求めてもよい。また、膜が付く前後の圧電素子のインピーダンスZの変化ΔZと計算値の周波数の関係式は、ここにあげた式以外もあり、これらについても今回の手法が同様に適用できる。各実施形態は、独立の形態とは限らず、技術的に可能な限り複合することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments and various modifications can be made. For example, the fundamental frequency, the third harmonic, and the fifth harmonic may be used, and G′, G 1 ″, G 3 ″, G 5 ″, and h may be obtained using an evaluation function. Further, the relational expression between the change ΔZ of the impedance Z of the piezoelectric element before and after the film is attached and the frequency of the calculated value is not limited to the expressions given here, and the method of this time can be similarly applied to these. Each embodiment is not limited to an independent form, and can be combined as technically possible.

1…センサ
1a…圧電素子
2…ネットワークアナライザ
3…制御部
4…温度制御部
5…温度調整部
6、7…演算部
8…表示部
9…記憶部
100…測定装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Sensor 1a... Piezoelectric element 2... Network analyzer 3... Control part 4... Temperature control part 5... Temperature adjustment part 6, 7... Calculation part 8... Display part 9... Storage part 100... Measuring device

Claims (6)

共振周波数を持つ圧電素子を有するセンサを溶液に浸漬し、
前記溶液中で前記圧電素子に層が形成されることにより生ずる、前記共振周波数の基本周波数Fs1がシフトする変化量ΔFs1と、前記共振周波数の高次波の周波数Fsnがシフトする変化量ΔFsnと、前記基本周波数を頂点とするピーク波形の半値半幅Fw1がシフトする変化量ΔFw1と、前記高次波を頂点とするピーク波形の半値半幅Fwnがシフトする変化量ΔFwnとを取得し、
前記変化量ΔFs1、前記変化量ΔFsn、前記変化量ΔFw1、及び前記変化量ΔFwnから評価関数を利用して、前記層の厚みhと、前記層の貯蔵弾性率G'と、前記層の前記基本周波数Fs1に基づく損失弾性率G''と、前記層の前記高次波の周波数Fsnに基づく損失弾性率G''とを算出する
層厚及び粘弾性係数の測定方法。
Immersing a sensor with a piezoelectric element with a resonant frequency in a solution,
A change amount ΔF s1 that shifts the fundamental frequency F s1 of the resonance frequency and a change amount that shifts the frequency F sn of a higher-order wave of the resonance frequency, which are caused by forming a layer on the piezoelectric element in the solution. ΔF sn , the amount of change ΔF w1 in which the half-width at half maximum F w1 of the peak waveform having the apex at the fundamental frequency is shifted, and the amount of change ΔF wn in which the half-width at half maximum F wn of the peak waveform having the apex at the higher order wave is shifted. To get
Using the evaluation function from the variation ΔF s1 , the variation ΔF sn , the variation ΔF w1 , and the variation ΔF wn , the layer thickness h, the storage elastic modulus G′ of the layer, and Calculation of loss elastic modulus G 1 ″ based on the fundamental frequency F s1 of the layer and loss elastic modulus G n ″ based on the frequency F sn of the higher-order wave of the layer Measurement of layer thickness and viscoelastic coefficient Method.
請求項1に記載された層厚及び粘弾性係数の測定方法であって、前記圧電素子のインピーダンスの変化ΔZから決まる周波数変化量ΔFs1'、ΔFw1'、ΔFsn'、及びΔFwn'の式を利用して、前記基本周波数及び前記高次波の複素粘弾性率を
=G'+iG''・・・(A5)式
=G'+iG''・・・(A6)式
とし、
前記基本周波数及び前記高次波の貯蔵弾性率を
G'=G'=G'・・・(A7)式
としたときの前記評価関数となる方程式、
=(ΔFs1−ΔFs1')+(ΔFw1−ΔFw1')・・・(A8)式
=(ΔFsn−ΔFsn')+(ΔFwn−ΔFwn')・・・(A9)式
の和、または、
=(ΔFs1−ΔFs1')の絶対値+(ΔFw1−ΔFw1')の絶対値・・・(A8)'式
=(ΔFsn−ΔFsn')の絶対値+(ΔFwn−ΔFwn')の絶対値・・・(A9)'式
の和である、S+S・・・(A10)式
が最小となるとして評価し、h、G'、G''、G''の組を算出する
層厚及び粘弾性係数の測定方法。
(式中において、Z:水晶のせん断モード音響インピーダンス(gm/sec/cm)、f:基本周波数(Hz)、ω:角周波数、ρ:層の密度(g/cm)、h:層の厚み(nm)、G:複素弾性率(MPa)、G':貯蔵弾性率(MPa)、G'':基本周波数に基づく損失弾性率(MPa)、G'':高次波の周波数に基づく損失弾性率(MPa)、ρ:層の密度(g/cm)、ρ:溶液の密度(g/cm)、η:溶液の粘度(Pa・s))
The method for measuring the layer thickness and viscoelastic coefficient according to claim 1, wherein the frequency changes ΔF s1 ′, ΔF w1 ′, ΔF sn ′, and ΔF wn ′ are determined from the change ΔZ of the impedance of the piezoelectric element. Using the formula, the complex viscoelastic moduli of the fundamental frequency and the higher-order waves are G 1 =G 1 ′+iG 1 ″... (A5) Formula G n =G n ′+iG n ″... Formula (A6)
An equation that is the evaluation function when the storage frequencies of the fundamental frequency and the higher-order waves are G′=G 1 ′=G n ′ (A7)
S 1 =(ΔF s1 −ΔF s1 ′) 2 +(ΔF w1 −ΔF w1 ′) 2 (A8) Equation S n =(ΔF sn −ΔF sn ′) 2 +(ΔF wn −ΔF wn ′) 2 ... Sum of formula (A9), or
S 1 =absolute value of (ΔF s1 −ΔF s1 ′)+absolute value of (ΔF w1 −ΔF w1 ′) (A8)′ Expression S n =(ΔF sn −ΔF sn ′) absolute value+( ΔF wn −ΔF wn ′) absolute value... (A9)′ Equation S 1 +S n ... (A10) equation is evaluated as the minimum, and h, G′, G 1 ′ are evaluated. A method of measuring a layer thickness and a viscoelastic coefficient for calculating a set of “, G n ”.
(In the formula, Z q : shear mode acoustic impedance of quartz (gm/sec/cm 2 ), f 0 : fundamental frequency (Hz), ω: angular frequency, ρ 1 : density of layer (g/cm 3 ), h: Layer thickness (nm), G: Complex elastic modulus (MPa), G′: Storage elastic modulus (MPa), G 1 ″: Loss elastic modulus (MPa) based on fundamental frequency, G n ″: High Loss elastic modulus (MPa) based on frequency of next wave, ρ 1 : density of layer (g/cm 3 ), ρ 2 : density of solution (g/cm 3 ), η 2 : viscosity of solution (Pa·s) )
請求項1または2に記載された層厚及び粘弾性係数の測定方法であって、
前記評価関数によるh、G'、G''、G''の組を求める計算において、反復法を用いて、h、G'、G''、G''の組を最適化する
層厚及び粘弾性係数の測定方法。
A method for measuring a layer thickness and a viscoelastic coefficient according to claim 1 or 2, wherein
In the calculation for obtaining the set of h, G′, G 1 ″, and G n ″ by the evaluation function, an iterative method is used to optimize the set of h, G′, G 1 ″, and G n ″. Measuring method for layer thickness and viscoelastic coefficient.
請求項3に記載された層厚及び粘弾性係数の測定方法であって、
前記反復法において、最急降下法、ニュートン法、レーベンバーグ・マーカート法、ガウス・ニュートン法、シンプレック法のいずれかの非線形最小二乗法の最適化手法を用いる
層厚及び粘弾性係数の測定方法。
A method for measuring a layer thickness and a viscoelastic coefficient according to claim 3,
In the above iterative method, a method of measuring a layer thickness and a viscoelastic coefficient using an optimization method of a nonlinear least squares method, such as the steepest descent method, the Newton method, the Levenberg-Markt method, the Gauss-Newton method, or the simplex method.
請求項1〜4のいずれか1つに記載された層厚及び粘弾性係数の測定方法であって、
前記高次波として、3倍波(n=3)を用いる
層厚及び粘弾性係数の測定方法。
A method for measuring a layer thickness and a viscoelastic coefficient according to any one of claims 1 to 4,
A third-order wave (n=3) is used as the higher-order wave. A method for measuring a layer thickness and a viscoelastic coefficient.
共振周波数を持った圧電素子を有するセンサと、
前記溶液中で前記圧電素子に層が形成されることにより生ずる、前記共振周波数の基本周波数Fs1がシフトする変化量ΔFs1と、前記共振周波数の高次波の周波数Fsnがシフトする変化量ΔFsnと、前記基本周波数を頂点とするピーク波形の半値半幅Fw1がシフトする変化量ΔFw1と、前記高次波を頂点とするピーク波形の半値半幅Fwnがシフトする変化量ΔFwnとを取得する測定部と、
前記変化量ΔFs1、前記変化量ΔFsn、前記変化量ΔFw1、及び前記変化量ΔFwnから評価関数を利用して、前記層の厚みhと、前記層の貯蔵弾性率G'と、前記層の前記基本周波数Fs1に基づく損失弾性率G''と、前記層の前記高次波の周波数Fsnに基づく損失弾性率G''とを算出する演算部と
を具備する層厚及び粘弾性係数の測定装置。
A sensor having a piezoelectric element having a resonance frequency,
A change amount ΔF s1 that shifts the fundamental frequency F s1 of the resonance frequency and a change amount that shifts the frequency F sn of a higher-order wave of the resonance frequency, which are caused by forming a layer on the piezoelectric element in the solution. ΔF sn , the amount of change ΔF w1 in which the half-width at half maximum F w1 of the peak waveform having the apex at the fundamental frequency is shifted, and the amount of change ΔF wn in which the half-width at half maximum F wn of the peak waveform having the apex at the higher order wave is shifted. And a measurement unit that acquires
Using the evaluation function from the variation ΔF s1 , the variation ΔF sn , the variation ΔF w1 , and the variation ΔF wn , the layer thickness h, the storage elastic modulus G′ of the layer, and A layer thickness comprising: a calculation unit for calculating a loss elastic modulus G 1 ″ based on the fundamental frequency F s1 of the layer and a loss elastic modulus G n ″ based on the frequency F sn of the higher-order wave of the layer. And a viscoelastic coefficient measuring device.
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