JP3599188B2 - 膜特性の解析方法及び膜特性の解析装置 - Google Patents
膜特性の解析方法及び膜特性の解析装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子上に形成された被測定膜の膜特性の解析方法、解析装置に係り、特に被測定膜が溶液に溶解する際の膜特性の測定に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
高分子薄膜の溶解特性を測定するには、光干渉法により溶解中の膜厚や屈折率などの膜特性を測定することが行われている。しかし、この方法では、光が試料を透過し、膜と空気の界面、膜と基板の界面の双方で反射して干渉しなければ測定を行うことができない。従って、不透明な試料には適用することができない。また、光の波長以下の膜厚変化を高精度に求めることは困難である。
【０００３】
水晶振動子を用いた微小重量分析は、水晶振動子が溶液中でも発振することが発見されて以来、水晶振動子の電極上に高分子試料を塗布し、その高分子薄膜の溶解特性の測定に応用されている。特に、半導体産業では、感光性高分子材料であるレジストを、アルカリ水溶液現像液を用いて現像する過程において、レジストの膜特性を測定する手法（以下、ＱＣＭ法と呼ぶ。）として用いられている。
【０００４】
例えば、水晶振動子を用いた微小重量分析について記載された文献として、ダブル・デイー・ヒンスブルグ、シー・ジー・ウイルソン、ケイ・ケイ・カナザワ、「水晶振動子微小分析を用いた薄膜溶解機構の測定」、ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサエティ、１３３巻、７号、１４４８頁から１４５１頁、１９８６年（Ｗ．Ｄ．Ｈｉｎｓｂｅｒｇ，Ｃ．Ｇ．Ｗｉｌｌｓｏｎ，ａｎｄ Ｋ．Ｋ．Ｋａｎａｚａｗａ，“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ，”Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１３３，Ｎｏ．７，ｐｐ．１４４８−１４５１（１９８６）．）を挙げることができる。
【０００５】
この文献には、水晶振動子上に回転塗布したレジスト薄膜を現像液に接触させ、現像中の水晶振動子の共振周波数を測定することにより、レジスト試料の重量変化を測定している。そして、現像中にレジスト薄膜が時間と共に膜減りし、溶解する様子をＱＣＭ法で測定できることが開示されている。また、その測定データの解析では、共振周波数の変化が膜厚変化に比例するとするＳａｕｅｒｂｒｅｙ則に従うと仮定して、膜厚の現像時間依存性を調べている。
【０００６】
また、最近の文献、ダブル・ヒンスブルグ、エスーダブル・リー、エイチ・イトウ、デイー・ホーン、ケイ・カナザワ、「高分子の界面挙動を評価する実験手法」、エスピーアイイー、４３４５巻、１頁、２００１年（Ｗ．Ｈｉｎｓｂｅｒｇ，Ｓ−Ｗ．Ｌｅｅ，Ｈ．Ｉｔｏ，Ｄ．Ｈｏｒｎｅ ａｎｄ Ｋ．Ｋａｎａｚａｗａ“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒ”，ＳＰＩＥ，４３４５，ｐｐ．１（２００１）．）においては、ＱＣＭ法による測定の際に、共振周波数に加えて水晶振動子のインピーダンスも同時に測定することにより、高分子薄膜が現像中に溶解して膜厚が減少するだけでなく、膨潤する過程も観測できることが指摘されている。そして、水晶振動子、高分子薄膜、膨潤層、現像液層の四層からなる振動の運動方程式を解析することにより、被測定膜の膜特性が得られることが指摘されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際にはこのような複雑な運動方程式は連立方程式になり、同時に複数の非線形微分方程式を解かねばならず、現実に測定データの解析に使用することは非常に困難が伴っていた。このため、膨潤層などの高分子膜特性を定量的に測定できる測定方法の開発が強く望まれていた。
【０００８】
この発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、被測定膜の膜厚、密度又は剛性率を含む膜特性を定量的に測定することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の膜特性の解析方法は、水晶振動子に被測定膜を形成し、前記水晶振動子と接続された２つの電極間に所定の電圧を印加し、前記水晶振動子を共振させて前記被測定膜の膜特性を測定する方法であって、前記水晶振動子の共振周波数とインピーダンス又はアドミタンスを測定し、多層膜構造の電気的等価回路を用いて解析することにより前記被測定膜の膜厚、密度又は剛性率を含む膜特性を求めるものである。
【００１０】
また、前記水晶振動子の表裏面に前記電極がそれぞれ形成され、一方の電極上に前記被測定膜を形成するものである。
【００１１】
また、前記水晶振動子の表裏面から離間して前記電極が配置され、一方の電極と前記水晶振動子との間に前記被測定膜を形成するものである。
【００１２】
また、前記水晶振動子としてＡＴカット板からなる水晶振動子を用いるものである。
【００１３】
また、前記水晶振動子の共振周波数を中心として半値全幅を含むアドミタンス・スペクトルを測定して前記解析を行うものである。
【００１４】
また、前記水晶振動子の共振周波数を中心として半値全幅を含むインピーダンス・スペクトルを測定して前記解析を行うものである。
【００１５】
また、前記水晶振動子に形成した前記被測定膜を液中に浸した状態で前記共振周波数と前記インピーダンス又はアドミタンスを測定するものである。
【００１６】
また、前記被測定膜として複数の層からなる膜を用いるものである。
【００１７】
また、この発明の膜特性の解析装置は、被測定膜が形成される水晶振動子と、前記水晶振動子に所定の電圧を印加して共振させる手段と、前記水晶振動子の共振周波数を測定する手段と、前記水晶振動子のインピーダンス又はアドミタンスを測定する手段と、測定した前記共振周波数及び前記インピーダンス又はアドミタンスを多層膜構造の電気的等価回路を用いて解析し、前記被測定膜の膜厚、密度又は剛性率を求める計算手段とを備えたものである。
【００１８】
また、前記水晶振動子の表裏面に２つの電極が形成され、一方の電極上に前記被測定膜が形成されるものである。
【００１９】
また、前記水晶振動子の表裏面から離間して２つの電極が配置され、一方の電極と前記水晶振動子との間に前記被測定膜が形成されるものである。
【００２０】
また、前記水晶振動子はＡＴカット板からなるものである。
【００２１】
また、インピーダンス又はアドミタンスを測定する手段は、前記水晶振動子の共振周波数を中心として半値全幅を含む前記インピーダンス又はアドミタンスを測定するものである。
【００２２】
また、前記被測定膜を液中に浸した状態で前記共振周波数と前記インピーダンス又はアドミタンスを測定するものである。
【００２３】
また、前記被測定膜として複数の層からなる膜を用いるものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
本発明者らは鋭意研究を続けた結果、水晶振動子の両面に電極をそれぞれ取り付け、一方の電極上に被測定膜を塗布し、両電極間に水晶振動子が共振する周波数の電圧を印加して、水晶振動子を共振させる水晶振動子を用いた膜特性測定方法において、試料の膜厚、密度、剛性率を高精度に測定できる方法を見出した。この方法は、水晶振動子の共振周波数とインピーダンスを測定し、多層膜構造の電気的等価回路を用いて解析するようにしたものである。
【００２６】
この方法において、水晶振動子は、成膜装置における膜厚制御、レート制御に用いられる膜厚モニター用水晶振動子を利用することができる。圧電性を示す室温で安定な水晶は、三方晶系、点群３２に属するα−石英である。５７３℃以上では、六方晶のβ−石英に転移して圧電性がなくなるため、水晶振動子にはα−石英を用いる。水晶デバイスとして使用されている水晶は、水熱合成法により作られた人工水晶である。水晶振動子は切断カット角で周波数温度特性などの性質が大きく変わる。現在、主に使用されているのは、結晶軸の１軸のみを回転した面から切断したＡＴカットの水晶振動子である。ＡＴカット水晶振動子は、Ｙ軸に直交する面をＸ軸を中心にして約３５°回転した面から切り出したものである。この実施の形態においても、水晶振動子は、ＡＴカット板（ｚ軸から約３５°１５’）を利用することができる。ＡＴカット板は、常温である２５℃付近に変曲点を有する３次曲線状の温度特性を示すため、常温付近で使用する場合、極めて良好な周波数安定度が得られ、最も多用されているものである。ＡＴカット板は周波数基準として多くの用途に用いられ、特に携帯電話などの通信機器に使用されている。ここで、板厚０．３ｍｍ程度の水晶振動子を用いると、共振周波数は５ＭＨｚ近傍になる。板厚を薄くすれば共振周波数は高くなり、測定精度を高めることができる。なお、水晶振動子は表面が粗いと特性が悪化するので、表面を平滑にするために研磨（ポリッシュ）する。ポリッシュ後の表面粗さは０．０６μｍ程度が好適である。
【００２７】
本実施の形態では基本波の共振周波数で説明するが、高次のオーバートーンを利用することも出来る。
【００２８】
電極としては、研磨した水晶板上に金（Ａｕ）を蒸着したものを用いることができる。この際、必要に応じてＡｕ層の下層に接着性を向上させるための中間層を蒸着してもよい。水晶振動子の共振周波数はこのＡｕの蒸着量で調整することができる利点がある。また、電極を水晶振動子上に必ずしも直接的に設ける必要はない。水晶振動子から一定の間隔をもって電極を設置した電極分離型のサンドウィッチ構造でも使用することができる。この場合には、水晶振動子上に金属を配置しなくても良いという利点が得られる。
【００２９】
また、電極上に下地膜として酸化膜やハードベークした高分子膜を形成し、その上に被測定膜を形成することにより、被測定膜に対するこれらの膜の下地依存性の情報を得ることができる。上記、サンドウィッチ構造の場合には、水晶基板上に直接、これらの下地材料を設置すればよい。
【００３０】
水晶振動子の両電極間に交流電圧を印加すると、水晶振動子は印加した交流信号に等しい周波数で共振する。このときの共振の振幅は共振周波数の時に最大値になる。この交流電圧回路としては通常の発振回路を用いることができる。
【００３１】
共振周波数の測定には、周波数帯、オーバートーン次数に合わせた周波数計が利用できる。また、水晶振動子のインピーダンスやアドミタンスは、周波数帯、オーバートーン次数に合わせたスペクトル・アナライザーで測定可能である。インピーダンス・アナライザーとしては、例えばＳｏｌａｒｔｒｏｎ社（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｏｌａｒｔｒｏｎａｎａｌｙｔｉｃａｌ．ｃｏｍ／ｆｌａｓｈ＿ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）の１２６０ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｇａｉｎ−Ｐｈａｓｅ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いることができる。ここで、インピーダンス・アナライザーの入力端子に水晶振動子の両電極を接続し、基準周波数が５ＭＨｚの水晶振動子であれば、４．９５ ＭＨｚから５．０５ＭＨｚの周波数の間でそのインピーダンスを測定する。この１回目の測定で水晶振動子の共振周波数を求め、次はその周波数を中心に半値全幅の２倍程度の周波数領域を測定し、測定点数を２００点以上サンプリングする。そして、これらの値をデータ解析に用いる。アドミタンス測定も同様に行うことができる。
【００３２】
このようにして得られた測定値から被測定膜の膜特性を解析する際には、電気的等価回路を用いた伝送線路法を利用することができる。その詳細を以下に述べる。
【００３３】
被測定膜をレジスト薄膜として水晶振動子上に形成した場合を例に挙げて説明する。現像中における水晶振動子上のレジスト薄膜の挙動を考察すると、水晶振動子層、レジストである高分子薄膜層、レジストが現像液に溶解し始めて形成される膨潤層、現像液層からなる四層構造とみなすことできる。
【００３４】
そこで、被測定膜の各膜特性値を、高分子層の膜厚をｈｓ、高分子層の密度をρｓ、膨潤層の膜厚をｈｆ、膨潤層の密度をρｆ、膨潤層の剛性率をＧｆ 、として表すと、四層構造を形成する水晶振動子のインピーダンスＺは以下の（１）式で与えられる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
ここで、Ｒ１、Ｌ１、Ｃ１は、それぞれ無負荷時の水晶振動子の抵抗、リアクタンス、容量である。そして、Ｚ（２）、Ｚ（３）、γは以下の（２）〜（４）式で与えられる。ρ１、η１はそれぞれ現像液の密度と粘度である。
【００３７】
【数２】
【００３８】
【数３】
【００３９】
【数４】
【００４０】
従って、（１）式よりＱＣＭ法で測定した共振周波数は、（１）式が最小となる周波数ωであり、測定したインピーダンスはその周波数における（１）式の最小値である。非線型最小２乗法を用いて（１）式を測定値に当てはめることにより、被測定膜であるレジスト膜の特性値を求めることができる。
【００４１】
より多くの膜の特性値を求めたり、より高精度に測定値を求めるためには、インピーダンス・スペクトルを測定して、（１）式を当てはめることが望ましい。
【００４２】
なお、以上の説明ではインピーダンスを用いる方法を示したが、アドミタンスなど用いる測定でも同様にデータ解析が可能である。
【００４３】
以上説明したようにこの実施の形態では、電気的等価回路を用いた伝送線路法を用いるので、高分子層の膜厚ｈＳ、高分子層の密度ρＳ、膨潤層の膜厚ｈｆ、膨潤層の密度ρｆ、膨潤層の剛性率Ｇｆなどの被測定膜の膜特性値を定量的に求めることが可能となる。
【００４４】
【実施例】
以下、実施例を示してこの発明を具体的に説明する。なお、この発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００４５】
（実施例１）
図１は、この実施例の膜特性測定装置の構成を示す側断面図である。この測定装置においては、厚さ０．３３ｍｍのＡＴカット水晶板からなる水晶振動子２の両面に金電極１が蒸着されている。一方の金電極１上には、レジストが回転塗布され、水晶振動子２を温度９０℃程度で６０秒程度乾燥させることにより、被測定膜のレジスト薄膜３が形成される。
【００４６】
この水晶振動子２を現像液漕４中の現像液５に浸漬して振動させる。この際、レジスト塗布面のみを現像液５に浸漬し、裏面電極などが現像液５に触れないように水晶振動子２を密閉されたセル６に設置し、セル６を現像液５中に入れる。そして、セル６内に組み込んだ発振回路７により水晶振動子２に交流信号を印加し、水晶振動子２を共振させる。
【００４７】
そして、周波数計８で水晶振動子２の共振周波数を測定し、インピーダンス・アナライザー９でインピーダンスを現像中に実時間測定し、測定信号を計算機１０に取り込んだ。
【００４８】
測定した共振周波数とインピーダンスの絶対値の現像時間依存性を図２と図３に示す。これらの測定値を解析するために、電気的等価回路を用いた伝送線路法によりインピーダンスを上記（１）式のように求めた。
【００４９】
ここで、レジスト薄膜３の膜厚と密度をそれぞれｈＳ，ρＳとし、膨潤層の膜厚、密度、剛性率をｈｆ，ρｆ，Ｇｆとし、無負荷時の水晶振動子の抵抗、リアクタンス、容量をＲ１、Ｌ１、Ｃ１とし、現像液の密度と粘度をρ１、η１で表すと、Ｚ（２），Ｚ（３），γは上述したように（２）〜（４）式で与えられる。
【００５０】
従ってＱＣＭ法で測定した共振周波数は（１）式が最小となる周波数ωであり、測定したインピーダンスはその周波数における（１）式の最小値である。非線形最小２乗法で（１）式を測定値に当てはめることにより、膜の特性値であるレジストの膜厚と膨潤層の膜厚の現像時間依存性を求める。このデータ解析を行った結果を図４及び図５に示す。
【００５１】
図４は、膜厚２００ｎｍのレジスト薄膜３が現像の進行と共に現像液に溶解し、約２５秒後に消失することを示している。また、図５は、現像液にレジストが浸漬された直後に膜厚１０ｎｍ程度の膨潤層が形成され、３０秒後に消失することを示している。
【００５２】
このように、本発明の方法によりレジスト薄膜３が現像中に溶解していく挙動を定量的に得ることができた。そして、本発明により、図５に示すように現像中の膨潤層の膜厚を求めることが可能となった。
【００５３】
（比較例）
比較例として、従来方法のようにＳａｕｅｒｂｒｅｙ則により共振周波数変化が膜厚変化に比例すると仮定し、図２の測定結果である共振周波数の現像時間依存性データのみからレジスト薄膜の膜厚変化を計算し、実施例１との比較結果を図６に示す。図６において、１５はＳａｕｅｒｂｒｅｙ則に従うと仮定した場合の解析結果を、１３は本発明の解析方法による解析結果を示している。
【００５４】
現像初期において、従来方法の解析結果１５では膨潤層を考慮していないため、膨潤層の形成をレジスト膜厚の増大と見なしている。従って、不正確な測定結果が得られている。また、従来方法による解析結果１５では、膨潤層が現像終了後に溶解して消失する過程をもレジスト膜厚の減少と見なしてしまうため、現像時間が長く解釈されている。いずれも現像速度を過大評価することになり、従来の解析方法では不正確な膜特性が導かれることとなる。このように、図６の結果から本発明の方法により膨潤層の定量的な解析が可能となったことが分かる。
【００５５】
（実施例２）
実施例１のレジスト薄膜３の代わりに、ポリビニルアルコールと酢酸ビニルエステルとからなる共重合体を被測定膜として実施例１と同一の処理を行った。被測定膜が異なること以外は実施例１と同様である。
【００５６】
図７は、得られた高分子層の膜厚１６と膨潤層の膜厚１７の現像時間依存性を示す特性図である。高分子膜の現像中の溶解が１０ｎｍ程度と微量であり、膨潤層が大きく膨潤して膜厚１７が８０ｎｍ程度にまで達することが解る。このように本発明により、膨潤層の寄与を定量的に把握できるようになることが判明した。
【００５７】
（実施例３）
実施例３では、実施例１のレジスト薄膜３の代わりにポリメタクリレートとメタクリル酸との共重合体を被測定膜とし、インピーダンス・アナライザーで共振周波数のインピーダンスを測定する代わりに、アドミタンス・スペクトルを測定した。これ以外の測定条件は実施例１と同一である。
【００５８】
図８は、測定の結果得られたアドミタンス・スペクトルを示している。ここで、３１は現像時間０のアドミタンス・スペクトルを、３２は現像時間３秒後のアドミタンス・スペクトルを、３３は現像時間６秒後のアドミタンス・スペクトルを示している。そして、このスペクトルに（１）式を当てはめて、各現像時間における膜特性の物理量を求めた。
【００５９】
このようにして得られた解析結果を図９に示す。図９において、３４は被測定膜である共重合体の膜厚の現像時間依存性の解析結果を、３５は膨潤層の膜厚の現像時間依存性の解析結果を示している。このように、膜厚、膨潤層の現像時間依存性の変化を定量的に求めることができた。また、この測定と同時に膨潤層の密度が０．９、剛性率が１０８＋ｉ×１０７ｄｙｎ／ｃｍ２（ｉは虚数単位）と求められた。このように、インピーダンス・スペクトルを測定することにより測定データの情報量が多くなり、より多くの物理量を求めることができた。
【００６０】
（実施例４）
実施例３において、水晶振動子２の両面に蒸着により金電極１を形成する代わりに、間隔１ｍｍで平行に設置された２枚の平行電極間に厚さ０．３３ｍｍの水晶振動子２を設置した。そして、これ以外の条件は実施例３と同一として測定を行った。この結果、図９と同様の結果が得られ、サンドウィッチ構造でも膜特性が測定できることを確認できた。
【００６１】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００６２】
水晶振動子の共振周波数とインピーダンス又はアドミタンスを測定し、多層膜構造の電気的等価回路を用いて解析するため、被測定膜の膜厚、密度又は剛性率を含む膜特性値を定量的に求めることができる。
【００６３】
電極上に被測定膜を形成することにより、被測定膜の経時変化に伴って変化する水晶振動子の共振周波数、インピーダンス又はアドミタンスを測定することができる。
【００６４】
電極と水晶振動子の間に被測定膜を形成することにより、被測定膜の経時変化に伴って変化する水晶振動子の共振周波数、インピーダンス又はアドミタンスを測定することができる。
【００６５】
水晶振動子としてＡＴカット板からなる水晶振動子を用いることにより、汎用の水晶振動子を用いることができる。
【００６６】
共振周波数を中心として半値全幅を含むアドミタンス・スペクトルを測定して解析を行うことにより、精度の高い膜特性の解析が可能となる。
【００６７】
共振周波数を中心として半値全幅を含むインピーダンス・スペクトルを測定して解析を行うことにより、精度の高い膜特性の解析が可能となる。
【００６８】
水晶振動子に形成した被測定膜を液中に浸すことにより、被測定膜の溶解特性を解析することができる。
【００６９】
被測定膜として複数の層からなる膜を用いることにより、各層の特性を解析することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る水晶振動子を用いた膜特性の解析装置の構成を示す模式図である。
【図２】共振周波数の現像時間依存性を示す特性図である。
【図３】インピーダンスの絶対値の現像時間依存性を示す特性図である。
【図４】レジスト膜厚の現像時間依存性を示す特性図である。
【図５】膨潤層の膜厚の現像時間依存性を示す特性図である。
【図６】本発明に係る方法で解析した測定したレジスト膜厚の現像時間依存性と、従来の解析方法で解析したレジスト膜厚の現像時間依存性とを比較して示す特性図である。
【図７】高分子層の膜厚と膨潤層の膜厚の現像時間依存性を示す特性図である。
【図８】測定の結果得られたアドミタンス・スペクトルを示す特性図である。
【図９】アドミタンス・スペクトルから解析した被測定膜及び膨潤層の膜厚の現像時間依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 金電極、 ２ 水晶振動子、 ３ 被測定膜、 ４ 現像液漕、 ５ 現像液、 ６ セル、 ７ 共振回路、 ８ 周波数計、 ９ インピーダンス・アナライザ、 １０ 計算機、 １３，１５，３４，３５ 解析結果、 １６ 高分子層の膜厚、 １７ 膨潤層の膜厚、 ３１，３２，３３ アドミタンス・スペクトル。
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶振動子上に形成された被測定膜の膜特性の解析方法、解析装置に係り、特に被測定膜が溶液に溶解する際の膜特性の測定に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
高分子薄膜の溶解特性を測定するには、光干渉法により溶解中の膜厚や屈折率などの膜特性を測定することが行われている。しかし、この方法では、光が試料を透過し、膜と空気の界面、膜と基板の界面の双方で反射して干渉しなければ測定を行うことができない。従って、不透明な試料には適用することができない。また、光の波長以下の膜厚変化を高精度に求めることは困難である。
【０００３】
水晶振動子を用いた微小重量分析は、水晶振動子が溶液中でも発振することが発見されて以来、水晶振動子の電極上に高分子試料を塗布し、その高分子薄膜の溶解特性の測定に応用されている。特に、半導体産業では、感光性高分子材料であるレジストを、アルカリ水溶液現像液を用いて現像する過程において、レジストの膜特性を測定する手法（以下、ＱＣＭ法と呼ぶ。）として用いられている。
【０００４】
例えば、水晶振動子を用いた微小重量分析について記載された文献として、ダブル・デイー・ヒンスブルグ、シー・ジー・ウイルソン、ケイ・ケイ・カナザワ、「水晶振動子微小分析を用いた薄膜溶解機構の測定」、ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサエティ、１３３巻、７号、１４４８頁から１４５１頁、１９８６年（Ｗ．Ｄ．Ｈｉｎｓｂｅｒｇ，Ｃ．Ｇ．Ｗｉｌｌｓｏｎ，ａｎｄ Ｋ．Ｋ．Ｋａｎａｚａｗａ，“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ Ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ，”Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１３３，Ｎｏ．７，ｐｐ．１４４８−１４５１（１９８６）．）を挙げることができる。
【０００５】
この文献には、水晶振動子上に回転塗布したレジスト薄膜を現像液に接触させ、現像中の水晶振動子の共振周波数を測定することにより、レジスト試料の重量変化を測定している。そして、現像中にレジスト薄膜が時間と共に膜減りし、溶解する様子をＱＣＭ法で測定できることが開示されている。また、その測定データの解析では、共振周波数の変化が膜厚変化に比例するとするＳａｕｅｒｂｒｅｙ則に従うと仮定して、膜厚の現像時間依存性を調べている。
【０００６】
また、最近の文献、ダブル・ヒンスブルグ、エスーダブル・リー、エイチ・イトウ、デイー・ホーン、ケイ・カナザワ、「高分子の界面挙動を評価する実験手法」、エスピーアイイー、４３４５巻、１頁、２００１年（Ｗ．Ｈｉｎｓｂｅｒｇ，Ｓ−Ｗ．Ｌｅｅ，Ｈ．Ｉｔｏ，Ｄ．Ｈｏｒｎｅ ａｎｄ Ｋ．Ｋａｎａｚａｗａ“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒ”，ＳＰＩＥ，４３４５，ｐｐ．１（２００１）．）においては、ＱＣＭ法による測定の際に、共振周波数に加えて水晶振動子のインピーダンスも同時に測定することにより、高分子薄膜が現像中に溶解して膜厚が減少するだけでなく、膨潤する過程も観測できることが指摘されている。そして、水晶振動子、高分子薄膜、膨潤層、現像液層の四層からなる振動の運動方程式を解析することにより、被測定膜の膜特性が得られることが指摘されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際にはこのような複雑な運動方程式は連立方程式になり、同時に複数の非線形微分方程式を解かねばならず、現実に測定データの解析に使用することは非常に困難が伴っていた。このため、膨潤層などの高分子膜特性を定量的に測定できる測定方法の開発が強く望まれていた。
【０００８】
この発明は上述のような問題を解決するためになされたものであり、被測定膜の膜厚、密度又は剛性率を含む膜特性を定量的に測定することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の膜特性の解析方法は、水晶振動子に被測定膜を形成し、前記水晶振動子と接続された２つの電極間に所定の電圧を印加し、前記水晶振動子を共振させて前記被測定膜の膜特性を測定する方法であって、前記水晶振動子の共振周波数とインピーダンス又はアドミタンスを測定し、多層膜構造の電気的等価回路を用いて解析することにより前記被測定膜の膜厚、密度又は剛性率を含む膜特性を求めるものである。
【００１０】
また、前記水晶振動子の表裏面に前記電極がそれぞれ形成され、一方の電極上に前記被測定膜を形成するものである。
【００１１】
また、前記水晶振動子の表裏面から離間して前記電極が配置され、一方の電極と前記水晶振動子との間に前記被測定膜を形成するものである。
【００１２】
また、前記水晶振動子としてＡＴカット板からなる水晶振動子を用いるものである。
【００１３】
また、前記水晶振動子の共振周波数を中心として半値全幅を含むアドミタンス・スペクトルを測定して前記解析を行うものである。
【００１４】
また、前記水晶振動子の共振周波数を中心として半値全幅を含むインピーダンス・スペクトルを測定して前記解析を行うものである。
【００１５】
また、前記水晶振動子に形成した前記被測定膜を液中に浸した状態で前記共振周波数と前記インピーダンス又はアドミタンスを測定するものである。
【００１６】
また、前記被測定膜として複数の層からなる膜を用いるものである。
【００１７】
また、この発明の膜特性の解析装置は、被測定膜が形成される水晶振動子と、前記水晶振動子に所定の電圧を印加して共振させる手段と、前記水晶振動子の共振周波数を測定する手段と、前記水晶振動子のインピーダンス又はアドミタンスを測定する手段と、測定した前記共振周波数及び前記インピーダンス又はアドミタンスを多層膜構造の電気的等価回路を用いて解析し、前記被測定膜の膜厚、密度又は剛性率を求める計算手段とを備えたものである。
【００１８】
また、前記水晶振動子の表裏面に２つの電極が形成され、一方の電極上に前記被測定膜が形成されるものである。
【００１９】
また、前記水晶振動子の表裏面から離間して２つの電極が配置され、一方の電極と前記水晶振動子との間に前記被測定膜が形成されるものである。
【００２０】
また、前記水晶振動子はＡＴカット板からなるものである。
【００２１】
また、インピーダンス又はアドミタンスを測定する手段は、前記水晶振動子の共振周波数を中心として半値全幅を含む前記インピーダンス又はアドミタンスを測定するものである。
【００２２】
また、前記被測定膜を液中に浸した状態で前記共振周波数と前記インピーダンス又はアドミタンスを測定するものである。
【００２３】
また、前記被測定膜として複数の層からなる膜を用いるものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
本発明者らは鋭意研究を続けた結果、水晶振動子の両面に電極をそれぞれ取り付け、一方の電極上に被測定膜を塗布し、両電極間に水晶振動子が共振する周波数の電圧を印加して、水晶振動子を共振させる水晶振動子を用いた膜特性測定方法において、試料の膜厚、密度、剛性率を高精度に測定できる方法を見出した。この方法は、水晶振動子の共振周波数とインピーダンスを測定し、多層膜構造の電気的等価回路を用いて解析するようにしたものである。
【００２６】
この方法において、水晶振動子は、成膜装置における膜厚制御、レート制御に用いられる膜厚モニター用水晶振動子を利用することができる。圧電性を示す室温で安定な水晶は、三方晶系、点群３２に属するα−石英である。５７３℃以上では、六方晶のβ−石英に転移して圧電性がなくなるため、水晶振動子にはα−石英を用いる。水晶デバイスとして使用されている水晶は、水熱合成法により作られた人工水晶である。水晶振動子は切断カット角で周波数温度特性などの性質が大きく変わる。現在、主に使用されているのは、結晶軸の１軸のみを回転した面から切断したＡＴカットの水晶振動子である。ＡＴカット水晶振動子は、Ｙ軸に直交する面をＸ軸を中心にして約３５°回転した面から切り出したものである。この実施の形態においても、水晶振動子は、ＡＴカット板（ｚ軸から約３５°１５’）を利用することができる。ＡＴカット板は、常温である２５℃付近に変曲点を有する３次曲線状の温度特性を示すため、常温付近で使用する場合、極めて良好な周波数安定度が得られ、最も多用されているものである。ＡＴカット板は周波数基準として多くの用途に用いられ、特に携帯電話などの通信機器に使用されている。ここで、板厚０．３ｍｍ程度の水晶振動子を用いると、共振周波数は５ＭＨｚ近傍になる。板厚を薄くすれば共振周波数は高くなり、測定精度を高めることができる。なお、水晶振動子は表面が粗いと特性が悪化するので、表面を平滑にするために研磨（ポリッシュ）する。ポリッシュ後の表面粗さは０．０６μｍ程度が好適である。
【００２７】
本実施の形態では基本波の共振周波数で説明するが、高次のオーバートーンを利用することも出来る。
【００２８】
電極としては、研磨した水晶板上に金（Ａｕ）を蒸着したものを用いることができる。この際、必要に応じてＡｕ層の下層に接着性を向上させるための中間層を蒸着してもよい。水晶振動子の共振周波数はこのＡｕの蒸着量で調整することができる利点がある。また、電極を水晶振動子上に必ずしも直接的に設ける必要はない。水晶振動子から一定の間隔をもって電極を設置した電極分離型のサンドウィッチ構造でも使用することができる。この場合には、水晶振動子上に金属を配置しなくても良いという利点が得られる。
【００２９】
また、電極上に下地膜として酸化膜やハードベークした高分子膜を形成し、その上に被測定膜を形成することにより、被測定膜に対するこれらの膜の下地依存性の情報を得ることができる。上記、サンドウィッチ構造の場合には、水晶基板上に直接、これらの下地材料を設置すればよい。
【００３０】
水晶振動子の両電極間に交流電圧を印加すると、水晶振動子は印加した交流信号に等しい周波数で共振する。このときの共振の振幅は共振周波数の時に最大値になる。この交流電圧回路としては通常の発振回路を用いることができる。
【００３１】
共振周波数の測定には、周波数帯、オーバートーン次数に合わせた周波数計が利用できる。また、水晶振動子のインピーダンスやアドミタンスは、周波数帯、オーバートーン次数に合わせたスペクトル・アナライザーで測定可能である。インピーダンス・アナライザーとしては、例えばＳｏｌａｒｔｒｏｎ社（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｏｌａｒｔｒｏｎａｎａｌｙｔｉｃａｌ．ｃｏｍ／ｆｌａｓｈ＿ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）の１２６０ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｇａｉｎ−Ｐｈａｓｅ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いることができる。ここで、インピーダンス・アナライザーの入力端子に水晶振動子の両電極を接続し、基準周波数が５ＭＨｚの水晶振動子であれば、４．９５ ＭＨｚから５．０５ＭＨｚの周波数の間でそのインピーダンスを測定する。この１回目の測定で水晶振動子の共振周波数を求め、次はその周波数を中心に半値全幅の２倍程度の周波数領域を測定し、測定点数を２００点以上サンプリングする。そして、これらの値をデータ解析に用いる。アドミタンス測定も同様に行うことができる。
【００３２】
このようにして得られた測定値から被測定膜の膜特性を解析する際には、電気的等価回路を用いた伝送線路法を利用することができる。その詳細を以下に述べる。
【００３３】
被測定膜をレジスト薄膜として水晶振動子上に形成した場合を例に挙げて説明する。現像中における水晶振動子上のレジスト薄膜の挙動を考察すると、水晶振動子層、レジストである高分子薄膜層、レジストが現像液に溶解し始めて形成される膨潤層、現像液層からなる四層構造とみなすことできる。
【００３４】
そこで、被測定膜の各膜特性値を、高分子層の膜厚をｈｓ、高分子層の密度をρｓ、膨潤層の膜厚をｈｆ、膨潤層の密度をρｆ、膨潤層の剛性率をＧｆ 、として表すと、四層構造を形成する水晶振動子のインピーダンスＺは以下の（１）式で与えられる。
【００３５】
【数１】
ここで、Ｒ１、Ｌ１、Ｃ１は、それぞれ無負荷時の水晶振動子の抵抗、リアクタンス、容量である。そして、Ｚ（２）、Ｚ（３）、γは以下の（２）〜（４）式で与えられる。ρ１、η１はそれぞれ現像液の密度と粘度である。
【００３７】
【数２】
【数３】
【数４】
従って、（１）式よりＱＣＭ法で測定した共振周波数は、（１）式が最小となる周波数ωであり、測定したインピーダンスはその周波数における（１）式の最小値である。非線型最小２乗法を用いて（１）式を測定値に当てはめることにより、被測定膜であるレジスト膜の特性値を求めることができる。
【００４１】
より多くの膜の特性値を求めたり、より高精度に測定値を求めるためには、インピーダンス・スペクトルを測定して、（１）式を当てはめることが望ましい。
【００４２】
なお、以上の説明ではインピーダンスを用いる方法を示したが、アドミタンスなど用いる測定でも同様にデータ解析が可能である。
【００４３】
以上説明したようにこの実施の形態では、電気的等価回路を用いた伝送線路法を用いるので、高分子層の膜厚ｈＳ、高分子層の密度ρＳ、膨潤層の膜厚ｈｆ、膨潤層の密度ρｆ、膨潤層の剛性率Ｇｆなどの被測定膜の膜特性値を定量的に求めることが可能となる。
【００４４】
【実施例】
以下、実施例を示してこの発明を具体的に説明する。なお、この発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００４５】
（実施例１）
図１は、この実施例の膜特性測定装置の構成を示す側断面図である。この測定装置においては、厚さ０．３３ｍｍのＡＴカット水晶板からなる水晶振動子２の両面に金電極１が蒸着されている。一方の金電極１上には、レジストが回転塗布され、水晶振動子２を温度９０℃程度で６０秒程度乾燥させることにより、被測定膜のレジスト薄膜３が形成される。
【００４６】
この水晶振動子２を現像液漕４中の現像液５に浸漬して振動させる。この際、レジスト塗布面のみを現像液５に浸漬し、裏面電極などが現像液５に触れないように水晶振動子２を密閉されたセル６に設置し、セル６を現像液５中に入れる。そして、セル６内に組み込んだ発振回路７により水晶振動子２に交流信号を印加し、水晶振動子２を共振させる。
【００４７】
そして、周波数計８で水晶振動子２の共振周波数を測定し、インピーダンス・アナライザー９でインピーダンスを現像中に実時間測定し、測定信号を計算機１０に取り込んだ。
【００４８】
測定した共振周波数とインピーダンスの絶対値の現像時間依存性を図２と図３に示す。これらの測定値を解析するために、電気的等価回路を用いた伝送線路法によりインピーダンスを上記（１）式のように求めた。
【００４９】
ここで、レジスト薄膜３の膜厚と密度をそれぞれｈＳ，ρＳとし、膨潤層の膜厚、密度、剛性率をｈｆ，ρｆ，Ｇｆとし、無負荷時の水晶振動子の抵抗、リアクタンス、容量をＲ１、Ｌ１、Ｃ１とし、現像液の密度と粘度をρ１、η１で表すと、Ｚ（２），Ｚ（３），γは上述したように（２）〜（４）式で与えられる。
【００５０】
従ってＱＣＭ法で測定した共振周波数は（１）式が最小となる周波数ωであり、測定したインピーダンスはその周波数における（１）式の最小値である。非線形最小２乗法で（１）式を測定値に当てはめることにより、膜の特性値であるレジストの膜厚と膨潤層の膜厚の現像時間依存性を求める。このデータ解析を行った結果を図４及び図５に示す。
【００５１】
図４は、膜厚２００ｎｍのレジスト薄膜３が現像の進行と共に現像液に溶解し、約２５秒後に消失することを示している。また、図５は、現像液にレジストが浸漬された直後に膜厚１０ｎｍ程度の膨潤層が形成され、３０秒後に消失することを示している。
【００５２】
このように、本発明の方法によりレジスト薄膜３が現像中に溶解していく挙動を定量的に得ることができた。そして、本発明により、図５に示すように現像中の膨潤層の膜厚を求めることが可能となった。
【００５３】
（比較例）
比較例として、従来方法のようにＳａｕｅｒｂｒｅｙ則により共振周波数変化が膜厚変化に比例すると仮定し、図２の測定結果である共振周波数の現像時間依存性データのみからレジスト薄膜の膜厚変化を計算し、実施例１との比較結果を図６に示す。図６において、１５はＳａｕｅｒｂｒｅｙ則に従うと仮定した場合の解析結果を、１３は本発明の解析方法による解析結果を示している。
【００５４】
現像初期において、従来方法の解析結果１５では膨潤層を考慮していないため、膨潤層の形成をレジスト膜厚の増大と見なしている。従って、不正確な測定結果が得られている。また、従来方法による解析結果１５では、膨潤層が現像終了後に溶解して消失する過程をもレジスト膜厚の減少と見なしてしまうため、現像時間が長く解釈されている。いずれも現像速度を過大評価することになり、従来の解析方法では不正確な膜特性が導かれることとなる。このように、図６の結果から本発明の方法により膨潤層の定量的な解析が可能となったことが分かる。
【００５５】
（実施例２）
実施例１のレジスト薄膜３の代わりに、ポリビニルアルコールと酢酸ビニルエステルとからなる共重合体を被測定膜として実施例１と同一の処理を行った。被測定膜が異なること以外は実施例１と同様である。
【００５６】
図７は、得られた高分子層の膜厚１６と膨潤層の膜厚１７の現像時間依存性を示す特性図である。高分子膜の現像中の溶解が１０ｎｍ程度と微量であり、膨潤層が大きく膨潤して膜厚１７が８０ｎｍ程度にまで達することが解る。このように本発明により、膨潤層の寄与を定量的に把握できるようになることが判明した。
【００５７】
（実施例３）
実施例３では、実施例１のレジスト薄膜３の代わりにポリメタクリレートとメタクリル酸との共重合体を被測定膜とし、インピーダンス・アナライザーで共振周波数のインピーダンスを測定する代わりに、アドミタンス・スペクトルを測定した。これ以外の測定条件は実施例１と同一である。
【００５８】
図８は、測定の結果得られたアドミタンス・スペクトルを示している。ここで、３１は現像時間０のアドミタンス・スペクトルを、３２は現像時間３秒後のアドミタンス・スペクトルを、３３は現像時間６秒後のアドミタンス・スペクトルを示している。そして、このスペクトルに（１）式を当てはめて、各現像時間における膜特性の物理量を求めた。
【００５９】
このようにして得られた解析結果を図９に示す。図９において、３４は被測定膜である共重合体の膜厚の現像時間依存性の解析結果を、３５は膨潤層の膜厚の現像時間依存性の解析結果を示している。このように、膜厚、膨潤層の現像時間依存性の変化を定量的に求めることができた。また、この測定と同時に膨潤層の密度が０．９、剛性率が１０８＋ｉ×１０７ｄｙｎ／ｃｍ２（ｉは虚数単位）と求められた。このように、インピーダンス・スペクトルを測定することにより測定データの情報量が多くなり、より多くの物理量を求めることができた。
【００６０】
（実施例４）
実施例３において、水晶振動子２の両面に蒸着により金電極１を形成する代わりに、間隔１ｍｍで平行に設置された２枚の平行電極間に厚さ０．３３ｍｍの水晶振動子２を設置した。そして、これ以外の条件は実施例３と同一として測定を行った。この結果、図９と同様の結果が得られ、サンドウィッチ構造でも膜特性が測定できることを確認できた。
【００６１】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００６２】
水晶振動子の共振周波数とインピーダンス又はアドミタンスを測定し、多層膜構造の電気的等価回路を用いて解析するため、被測定膜の膜厚、密度又は剛性率を含む膜特性値を定量的に求めることができる。
【００６３】
電極上に被測定膜を形成することにより、被測定膜の経時変化に伴って変化する水晶振動子の共振周波数、インピーダンス又はアドミタンスを測定することができる。
【００６４】
電極と水晶振動子の間に被測定膜を形成することにより、被測定膜の経時変化に伴って変化する水晶振動子の共振周波数、インピーダンス又はアドミタンスを測定することができる。
【００６５】
水晶振動子としてＡＴカット板からなる水晶振動子を用いることにより、汎用の水晶振動子を用いることができる。
【００６６】
共振周波数を中心として半値全幅を含むアドミタンス・スペクトルを測定して解析を行うことにより、精度の高い膜特性の解析が可能となる。
【００６７】
共振周波数を中心として半値全幅を含むインピーダンス・スペクトルを測定して解析を行うことにより、精度の高い膜特性の解析が可能となる。
【００６８】
水晶振動子に形成した被測定膜を液中に浸すことにより、被測定膜の溶解特性を解析することができる。
【００６９】
被測定膜として複数の層からなる膜を用いることにより、各層の特性を解析することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る水晶振動子を用いた膜特性の解析装置の構成を示す模式図である。
【図２】共振周波数の現像時間依存性を示す特性図である。
【図３】インピーダンスの絶対値の現像時間依存性を示す特性図である。
【図４】レジスト膜厚の現像時間依存性を示す特性図である。
【図５】膨潤層の膜厚の現像時間依存性を示す特性図である。
【図６】本発明に係る方法で解析した測定したレジスト膜厚の現像時間依存性と、従来の解析方法で解析したレジスト膜厚の現像時間依存性とを比較して示す特性図である。
【図７】高分子層の膜厚と膨潤層の膜厚の現像時間依存性を示す特性図である。
【図８】測定の結果得られたアドミタンス・スペクトルを示す特性図である。
【図９】アドミタンス・スペクトルから解析した被測定膜及び膨潤層の膜厚の現像時間依存性を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 金電極、 ２ 水晶振動子、 ３ 被測定膜、 ４ 現像液漕、 ５ 現像液、 ６ セル、 ７ 共振回路、 ８ 周波数計、 ９ インピーダンス・アナライザ、 １０ 計算機、 １３，１５，３４，３５ 解析結果、 １６ 高分子層の膜厚、 １７ 膨潤層の膜厚、 ３１，３２，３３ アドミタンス・スペクトル。
Claims (15)
- 水晶振動子に被測定膜を形成し、前記水晶振動子と接続された２つの電極間に所定の電圧を印加し、前記水晶振動子を共振させて前記被測定膜の膜特性を測定する方法であって、
前記水晶振動子の共振周波数とインピーダンス又はアドミタンスを測定し、多層膜構造の電気的等価回路を用いて解析することにより前記被測定膜の膜厚、密度又は剛性率を含む膜特性を求めることを特徴とする膜特性の解析方法。 - 前記水晶振動子の表裏面に前記電極がそれぞれ形成され、一方の電極上に前記被測定膜を形成することを特徴とする請求項１記載の膜特性の解析方法。
- 前記水晶振動子の表裏面から離間して前記電極が配置され、一方の電極と前記水晶振動子との間に前記被測定膜を形成することを特徴とする請求項１記載の膜特性の解析方法。
- 前記水晶振動子としてＡＴカット板からなる水晶振動子を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の膜特性の解析方法。
- 前記水晶振動子の共振周波数を中心として半値全幅を含むアドミタンス・スペクトルを測定して前記解析を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の膜特性の測定方法。
- 前記水晶振動子の共振周波数を中心として半値全幅を含むインピーダンス・スペクトルを測定して前記解析を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の膜特性の測定方法。
- 前記水晶振動子に形成した前記被測定膜を液中に浸した状態で前記共振周波数と前記インピーダンス又はアドミタンスを測定することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の膜特性の測定方法。
- 前記被測定膜として複数の層からなる膜を用いることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の膜特性の測定方法。
- 被測定膜が形成される水晶振動子と、
前記水晶振動子に所定の電圧を印加して共振させる手段と、
前記水晶振動子の共振周波数を測定する手段と、
前記水晶振動子のインピーダンス又はアドミタンスを測定する手段と、
測定した前記共振周波数及び前記インピーダンス又はアドミタンスを多層膜構造の電気的等価回路を用いて解析し、前記被測定膜の膜厚、密度又は剛性率を求める計算手段とを備えたことを特徴とする膜特性の解析装置。 - 前記水晶振動子の表裏面に２つの電極が形成され、一方の電極上に前記被測定膜が形成されることを特徴とする請求項９記載の膜特性の解析装置。
- 前記水晶振動子の表裏面から離間して２つの電極が配置され、一方の電極と前記水晶振動子との間に前記被測定膜が形成されることを特徴とする請求項９記載の膜特性の解析装置。
- 前記水晶振動子はＡＴカット板からなることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の膜特性の解析装置。
- インピーダンス又はアドミタンスを測定する手段は、前記水晶振動子の共振周波数を中心として半値全幅を含む前記インピーダンス又はアドミタンスを測定することを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の膜特性の解析装置。
- 前記被測定膜を液中に浸した状態で前記共振周波数と前記インピーダンス又はアドミタンスを測定することを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の膜特性の解析装置。
- 前記被測定膜として複数の層からなる膜を用いることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の膜特性の解析装置。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101856610B1 (ko) | 2011-12-16 | 2018-05-15 | 세메스 주식회사 | 기판상에 축적된 전하량 모니터링 방법 |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4545431B2 (ja) * | 2003-12-25 | 2010-09-15 | 株式会社Ｓｎｔ | コーティング方法及び装置 |
| JP4646813B2 (ja) * | 2005-08-30 | 2011-03-09 | セイコーインスツル株式会社 | バイオセンサ計測システム、粘性率測定方法、および微量質量測定方法 |
| JP4555368B2 (ja) * | 2008-07-10 | 2010-09-29 | 株式会社セコニック | 液体の粘弾性測定法 |
| US8438924B2 (en) * | 2011-02-03 | 2013-05-14 | Inficon, Inc. | Method of determining multilayer thin film deposition on a piezoelectric crystal |
| CN106232858A (zh) * | 2014-05-26 | 2016-12-14 | 株式会社爱发科 | 成膜装置、有机膜的膜厚测量方法以及有机膜用膜厚传感器 |
| KR102066984B1 (ko) * | 2014-08-26 | 2020-01-16 | 가부시키가이샤 아루박 | 막 두께 모니터 및 막 두께 측정 방법 |
| US9733061B2 (en) * | 2015-07-29 | 2017-08-15 | Texas Instruments Incorporated | Distance determination based on reflected admittance |
| CN106092002A (zh) * | 2016-06-07 | 2016-11-09 | 应达利电子股份有限公司 | 用于成膜厚度监测的石英晶体谐振器、监测仪及监测方法 |
| CN108286952B (zh) * | 2017-12-13 | 2019-11-22 | 大连理工大学 | 一种涂覆层厚度、密度与纵波声速同时超声反演方法 |
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