JP3937018B2 - 薄膜の膜厚及び密度の測定方法並びに測定装置 - Google Patents
薄膜の膜厚及び密度の測定方法並びに測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3937018B2 JP3937018B2 JP2003406632A JP2003406632A JP3937018B2 JP 3937018 B2 JP3937018 B2 JP 3937018B2 JP 2003406632 A JP2003406632 A JP 2003406632A JP 2003406632 A JP2003406632 A JP 2003406632A JP 3937018 B2 JP3937018 B2 JP 3937018B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- substrate
- density
- measuring
- thickness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims description 61
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 47
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 22
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 15
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 238000005188 flotation Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000001739 density measurement Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
本発明は、半導体、光デバイス等で用いられる薄膜の膜厚及び密度の測定方法並びに測定装置に関するものである。
従来、膜厚の測定技術としては、薄膜の表裏両面からそれぞれ光線を当て、光源からそれぞれの面迄の距離を測定することにより、膜厚を測定方法が知られている。
また、薄膜の片面から光線を当て、薄膜の表面からの反射と裏面からの反射の干渉を利用して膜厚を測定する方法（特許文献１参照。）、及び薄膜を表面に形成した薄膜付き基板上に光線を当て、透過光の干渉を利用して膜厚を測定する方法（特許文献２参照。）がある。
さらに、固体の密度差の精密測定については、圧力浮遊法による密度測定によりバルク固体、特にシリコン結晶について精密密度差測定が行われてきた（非特許文献１及び２参照。）。
しかしながら、薄膜に光線を当てて膜厚を測定する方法は、薄膜のその光に対する透過性、表面状態等の影響を受けるとともに、薄膜物質の種類にも依存する。
また、従来の圧力浮遊法による密度差測定においては、もっぱらシリコン結晶試料の密度測定に限られていた。
さらに、薄膜の膜厚及び密度を共に測定することは行われていなかった。
特開２００２−２２８４２０号公報
特開平０５−２４８８２４号公報
Ａ．Ｆ．Ｋｏｚｄｏｎ ａｎｄ Ｆ．Ｓｐｉｅｗｅｃｋ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｍｅａｓ．，ｖｏｌ．４１，ｐｐ．４２０−４２６，１９９２．
Ａ．Ｗａｓｅｄａ ａｎｄ Ｋ．Ｆｕｊｉｉ，Ｍｅａｓ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，ｖｏｌ．１２，２０３９−２０４５，２００１．
また、従来の圧力浮遊法による密度差測定においては、もっぱらシリコン結晶試料の密度測定に限られていた。
さらに、薄膜の膜厚及び密度を共に測定することは行われていなかった。
本発明は、基板上に載った薄膜の膜厚及び密度を、光源を用いることなく、非破壊的に測定することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項１の薄膜の膜厚及び密度の測定方法は、基板上に薄膜を形成し、形成された薄膜の膜厚及び密度を測定する方法において、基板の厚さｔ及び面積Ｓの測定を行うとともに、基板上に薄膜を形成する前後の質量ｍ、ｍ＋Δｍ及び浮遊圧力の差Δｐを測定することにより、薄膜の膜厚Δｔ及び密度ρｘを求めることを特徴とする。
また、請求項２の薄膜の膜厚及び密度の測定装置は、基板上に薄膜を形成し、該形成された薄膜の膜厚及び密度を測定する装置において、基板の厚さｔ及び面積Ｓを測定する基板測定装置並びに基板上に薄膜を形成する前後の質量ｍ、ｍ＋Δｍを測定する質量測定装置及び浮遊圧力の差Δｐを測定する圧力浮遊装置を備え、基板測定装置、質量測定装置及び圧力浮遊装置で得られた値が入力されることにより薄膜の膜厚ｔ及び密度ρｘを演算して表示する制御装置を設けたことを特徴とする。
また、請求項２の薄膜の膜厚及び密度の測定装置は、基板上に薄膜を形成し、該形成された薄膜の膜厚及び密度を測定する装置において、基板の厚さｔ及び面積Ｓを測定する基板測定装置並びに基板上に薄膜を形成する前後の質量ｍ、ｍ＋Δｍを測定する質量測定装置及び浮遊圧力の差Δｐを測定する圧力浮遊装置を備え、基板測定装置、質量測定装置及び圧力浮遊装置で得られた値が入力されることにより薄膜の膜厚ｔ及び密度ρｘを演算して表示する制御装置を設けたことを特徴とする。
本発明は、以下のような優れた効果を奏する。
（１）測定に光源を用いないため、薄膜の当該光に対する透過性、表面状態等の制限が無く、薄膜物質の種類に依存しない測定が可能となる。
（２）測定に用いる圧力浮遊法による密度差測定においては、水及びその他の液体を用いることにより、シリコン基板上の薄膜及びガラス基板上の薄膜の測定に限らず、種々の基板上に形成した金属膜、誘電体膜、磁性薄膜、生体膜等、膜の種類に制限されることのない測定が可能となる。
（１）測定に光源を用いないため、薄膜の当該光に対する透過性、表面状態等の制限が無く、薄膜物質の種類に依存しない測定が可能となる。
（２）測定に用いる圧力浮遊法による密度差測定においては、水及びその他の液体を用いることにより、シリコン基板上の薄膜及びガラス基板上の薄膜の測定に限らず、種々の基板上に形成した金属膜、誘電体膜、磁性薄膜、生体膜等、膜の種類に制限されることのない測定が可能となる。
本発明に係る薄膜の膜厚及び密度の測定方法並びに測定装置を実施するための最良の形態を図面を参照して以下に説明する。
図１は、本発明に係る薄膜の膜厚及び密度の測定方法及び測定装置を説明するための概念図である。
図１において、本発明の測定の対象である薄膜１０は、基板２０の表面に形成される。薄膜１０としては、金属膜、誘電体膜、磁性薄膜、生体膜等、種々の膜が対象となるものであり、また、基板２０もシリコン基板、ガラス基板等、基板に適しているものであれば、特に限定されない。
基板２０の表面に薄膜１０を形成する薄膜形成手段としてはスパッタリング等の公知の手段が用いられる。
図１において、本発明の測定の対象である薄膜１０は、基板２０の表面に形成される。薄膜１０としては、金属膜、誘電体膜、磁性薄膜、生体膜等、種々の膜が対象となるものであり、また、基板２０もシリコン基板、ガラス基板等、基板に適しているものであれば、特に限定されない。
基板２０の表面に薄膜１０を形成する薄膜形成手段としてはスパッタリング等の公知の手段が用いられる。
測定に当たっては、基板測定装置１において、基板１０の厚さｔ及び面積Ｓを測定する。基板測定装置１としてはノギス１１等の機械式、電気式又は光学式等、公知の測定装置が用いられる。
また、質量測定装置２において、基板２０の質量ｍを測定する。質量測定装置２としては天秤２１等公知の質量測定装置が用いられる。
さらに、基板２０は圧力浮遊装置３の液体３１中に入れられ、ここで参照試料３２と基板２０の浮遊圧力の差Δｐ１が測定される。
圧力浮遊装置３の測定原理である圧力浮遊法とは、液体３１中に固体試料を入れ、液体３１に加える圧力Ｐを変化させることにより液体３１の密度を変え、液体３１の密度が固体試料の密度と釣り合ったとき、固体試料は液体中に浮遊静止する。このときの圧力をその固体試料の浮遊圧力とするものであり、それぞれの固体試料の浮遊圧力の差Δｐから後述する固体試料の相対密度差（Δρ／ρ０）を求めるものである。
圧力浮遊装置３の測定原理である圧力浮遊法とは、液体３１中に固体試料を入れ、液体３１に加える圧力Ｐを変化させることにより液体３１の密度を変え、液体３１の密度が固体試料の密度と釣り合ったとき、固体試料は液体中に浮遊静止する。このときの圧力をその固体試料の浮遊圧力とするものであり、それぞれの固体試料の浮遊圧力の差Δｐから後述する固体試料の相対密度差（Δρ／ρ０）を求めるものである。
浮遊圧力の差Δｐ１が測定された基板２０には、図示しない薄膜形成装置により、その表面（基板の一側表面）に薄膜１０が形成される。
薄膜１０付き基板２０からなる固体試料３０は、前記の質量測定装置２において質量ｍ’＝ｍ＋Δｍが測定される。質量が測定された固体試料３０は圧力浮遊装置３の液体３１中に入れられ、ここで参照試料３２と固体試料３０の浮遊圧力の差Δｐ２が測定される。
薄膜１０付き基板２０からなる固体試料３０は、前記の質量測定装置２において質量ｍ’＝ｍ＋Δｍが測定される。質量が測定された固体試料３０は圧力浮遊装置３の液体３１中に入れられ、ここで参照試料３２と固体試料３０の浮遊圧力の差Δｐ２が測定される。
前記のようにして測定された基板２０及び固体試料３０の浮遊圧力の差Δｐ１、Δｐ２から、基板２０及び固体試料３０の浮遊圧力差Δｐは、
Δｐ＝Δｐ２−Δｐ１ （１）
として求められる。
ここで、基板２０の密度をρ０、固体試料３０の密度をρ’とすると、相対密度差Δρ／ρ０ は、次のようにして求めることができる。
Δρ／ρ０＝ （κｌｉｑ−κｓｉ）Δｐ （２）
ここでκｌｉｑ−κｓｉは液体３１の実効圧縮率である。
このように、圧力浮遊法による浮遊圧力測定により、基板２０上に薄膜１０を付ける前後における相対密度差Δρ／ρ０ を測定することができる。
Δｐ＝Δｐ２−Δｐ１ （１）
として求められる。
ここで、基板２０の密度をρ０、固体試料３０の密度をρ’とすると、相対密度差Δρ／ρ０ は、次のようにして求めることができる。
Δρ／ρ０＝ （κｌｉｑ−κｓｉ）Δｐ （２）
ここでκｌｉｑ−κｓｉは液体３１の実効圧縮率である。
このように、圧力浮遊法による浮遊圧力測定により、基板２０上に薄膜１０を付ける前後における相対密度差Δρ／ρ０ を測定することができる。
薄膜を付ける前後の質量差、相対密度差及び膜厚の関係は以下のようになる。
ρ０：基板の密度、ρ’：薄膜付基板である固体試料の密度、ｍ：基板の質量、Δｍ：薄膜の質量、Ｓ：薄膜の面積、ｔ：基板の厚さ、Δｔ：薄膜の厚さ
ρ０：基板の密度、ρ’：薄膜付基板である固体試料の密度、ｍ：基板の質量、Δｍ：薄膜の質量、Ｓ：薄膜の面積、ｔ：基板の厚さ、Δｔ：薄膜の厚さ
上記（３）式を解くことにより、薄膜１０の厚さΔｔは以下のようになる。
したがって、基板測定装置１において測定された基板１０の厚さｔ、質量測定装置２において得られた（ｍ＋Δｍ）／ｍ及び上記（２）式で得られた相対密度差Δρ／ρ０ を制御装置４のコンピュータ４１に入力することにより、薄膜１０の厚さΔｔがコンピュータ４１に表示される。
したがって、基板測定装置１において測定された基板１０の厚さｔ、質量測定装置２において得られた（ｍ＋Δｍ）／ｍ及び上記（２）式で得られた相対密度差Δρ／ρ０ を制御装置４のコンピュータ４１に入力することにより、薄膜１０の厚さΔｔがコンピュータ４１に表示される。
一方、薄膜１０の密度ρｘは次の式により求められる。
上記と同様、基板測定装置１において測定された基板１０の面積Ｓ、質量測定装置２において得られた薄膜の質量Δｍ及び（４）式で求められた薄膜１０の厚さΔｔを制御装置４のコンピュータ４１に入力することにより、薄膜１０の密度ρｘがコンピュータ４１に表示される。
上記と同様、基板測定装置１において測定された基板１０の面積Ｓ、質量測定装置２において得られた薄膜の質量Δｍ及び（４）式で求められた薄膜１０の厚さΔｔを制御装置４のコンピュータ４１に入力することにより、薄膜１０の密度ρｘがコンピュータ４１に表示される。
図１に示す本発明の薄膜の膜厚及び密度の測定装置は、制御装置４のコンピュータ４１に上記の式（１）乃至（５）を記憶させておき、基板測定装置１、質量測定装置２及び圧力浮遊装置３において測定された値を自動的に入力する構成となっている。
１ 基板測定装置
２ 質量測定装置
３ 圧力浮遊装置
４ 制御装置
１０ 薄膜
１１ ノギス
２０ 基板
２１ 天秤
３０ 固体試料
３１ 液体
４１ コンピュータ
２ 質量測定装置
３ 圧力浮遊装置
４ 制御装置
１０ 薄膜
１１ ノギス
２０ 基板
２１ 天秤
３０ 固体試料
３１ 液体
４１ コンピュータ
Claims (2)
- 基板上に薄膜を形成し、形成された薄膜の膜厚及び密度を測定する方法において、基板の厚さｔ及び面積Ｓの測定を行うとともに、基板上に薄膜を形成する前後の質量ｍ、ｍ＋Δｍ及び浮遊圧力の差Δｐを測定することにより、薄膜の膜厚Δｔ及び密度ρｘを求めることを特徴とする薄膜の膜厚及び密度の測定方法。
- 基板上に薄膜を形成し、形成された薄膜の膜厚及び密度を測定する装置において、基板の厚さｔ及び面積Ｓを測定する基板測定装置並びに基板上に薄膜を形成する前後の質量ｍ、ｍ＋Δｍを測定する質量測定装置及び浮遊圧力の差Δｐを測定する圧力浮遊装置を備え、基板測定装置、質量測定装置及び圧力浮遊装置で得られた値が入力されることにより薄膜の膜厚Δｔ及び密度ρｘを演算して表示する制御装置を設けたことを特徴とする薄膜の膜厚及び密度の測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003406632A JP3937018B2 (ja) | 2003-12-05 | 2003-12-05 | 薄膜の膜厚及び密度の測定方法並びに測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003406632A JP3937018B2 (ja) | 2003-12-05 | 2003-12-05 | 薄膜の膜厚及び密度の測定方法並びに測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005164503A JP2005164503A (ja) | 2005-06-23 |
| JP3937018B2 true JP3937018B2 (ja) | 2007-06-27 |
Family
ID=34728924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003406632A Expired - Lifetime JP3937018B2 (ja) | 2003-12-05 | 2003-12-05 | 薄膜の膜厚及び密度の測定方法並びに測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3937018B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102818747A (zh) * | 2012-08-22 | 2012-12-12 | 宝丰县五星石墨有限公司 | 一种不规则碳块密度测量装置及其测量方法 |
| JP5833536B2 (ja) * | 2012-12-19 | 2015-12-16 | 日本電信電話株式会社 | 腐食速度測定方法 |
| CN104330334B (zh) * | 2014-11-25 | 2017-11-17 | 中国建材检验认证集团股份有限公司 | 一种测试涂层密度的测试方法 |
| KR101948416B1 (ko) * | 2017-03-17 | 2019-04-29 | 한양대학교 에리카산학협력단 | 막의 밀도 측정 장치 및 이를 이용한 박막의 밀도 측정 방법 |
-
2003
- 2003-12-05 JP JP2003406632A patent/JP3937018B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005164503A (ja) | 2005-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Leroy et al. | Sound velocity and attenuation in bubbly gels measured by transmission experiments | |
| Cheng et al. | Elastic properties and glass transition of supported polymer thin films | |
| Kemball | On the surface tension of mercury | |
| JP2005257458A (ja) | 表面プラズモン共鳴装置 | |
| US9151793B1 (en) | Method for measuring the complex dielectric constant of a substance | |
| JP4898266B2 (ja) | 薄膜ポアソン比の測定方法 | |
| Owens et al. | Acoustic measurement of a granular density of modes | |
| Kashan et al. | Resonant characteristics and sensitivity dependency on the contact surface in QCM-micropillar-based system of coupled resonator sensors | |
| Li et al. | Attenuation of 7 GHz surface acoustic waves on silicon | |
| JP3937018B2 (ja) | 薄膜の膜厚及び密度の測定方法並びに測定装置 | |
| US20130019661A1 (en) | Micro viscometer | |
| Tokas et al. | Oblique angle deposition of HfO2 thin films: quantitative assessment of indentation modulus and micro structural properties | |
| Wang et al. | A highly sensitive compact liquid sensor based on slotted phononic crystal plates | |
| Every et al. | Optimized determination of elastic constants of crystals and their uncertainties from surface Brillouin scattering | |
| Cicek et al. | Evanescent coupling between surface and linear-defect guided modes in phononic crystals | |
| Zhou et al. | The evaluation of Young's modulus and residual stress of copper films by microbridge testing | |
| RU2307339C2 (ru) | Способ измерения чистоты поверхности подложек | |
| Abernathy et al. | Measurement of mechanical loss in the Acktar Black coating of silicon wafers | |
| Hoy-Benítez et al. | Vibration modeling and testing of bilayer beams for determination of film elastic modulus | |
| JP4403280B2 (ja) | 軟質薄膜の物性値測定方法とそのための装置 | |
| Arakawa et al. | Accurate calibration line for super-precise coefficient of thermal expansion evaluation technology of TiO2-doped SiO2 ultra-low-expansion glass using the line-focus-beam ultrasonic material characterization system | |
| Cegla et al. | Fluid bulk velocity and attenuation measurements in non-Newtonian liquids using a dipstick sensor | |
| JP2006242852A (ja) | 超音波速度・減衰係数計測装置及び計測方法 | |
| Mastromarino et al. | An ultrasonic shear wave viscometer for low viscosity Newtonian liquids | |
| Jia et al. | Improvement of Lamb waves sensors: Temperature sensitivity compensation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050616 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20061226 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070109 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070123 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070227 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3937018 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |