JP4818073B2 - 膜厚測定方法 - Google Patents
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測定精度を向上させようとする技術は、例えば下記文献に記載されている。
また、本発明は、前記校正工程に於いて、前記校正用水晶振動子の表面と前記測定用水晶振動子の表面には、前記薄膜を一緒に形成する膜厚測定方法である。
また、本発明は、前記校正工程に於いて、前記校正用水晶振動子の表面と前記測定用水晶振動子の表面には、前記薄膜を順番に形成する膜厚測定方法である。
また、本発明は、前記測定用水晶振動子を前記真空雰囲気中に複数個配置し、前記薄膜が形成された前記測定用水晶振動子の前記校正工程は、同じ前記校正用水晶振動子を用いて行う膜厚測定方法である。
図2は、横軸に成膜時間、縦軸に薄膜成長速度(成膜速度)をとったグラフであり、符号L1は、成膜源からの薄膜材料粒子の放出速度を一定にして測定用水晶振動子の共振周波数と成膜時間から求めた薄膜成長速度の曲線である。
これは、測定用水晶振動子表面に付着する薄膜の膜厚が厚くなるに従い、膜厚測定の誤差が蓄積されることを示している。
実際の膜厚が既知であれば、誤差が大きくなった場合に、測定用水晶振動子を用いた膜厚の測定値を、実際の膜厚に一致させるように補正すればよい。
測定用水晶振動子の使用時間を延長することができる。
真空槽11の内部には成膜源12が配置されており、成膜源12と対向する位置に基板ホルダ13が配置されている。
成膜源12は、EB蒸着源、抵抗加熱蒸着源、スパッタリングターゲット等であり、基板ホルダ13に基板を保持し、成膜源12から薄膜材料の微粒子(蒸気やスパッタリング粒子など)を放出させると、基板表面に薄膜材料の薄膜が成長するように構成されている。
校正用水晶振動子1と測定用水晶振動子2は成膜源12から等距離に配置されており、校正用水晶振動子1と測定用水晶振動子2に設けられたシャッタ21、22を開け、成膜源12から蒸着材料の微粒子を放出すると、校正用水晶振動子1の表面と測定用水晶振動子2の表面に同じ割合で蒸着材料の微粒子が到達し、同じ膜厚の薄膜が一緒に成長するように構成されている。校正用水晶振動子1と測定用水晶振動子2の両方に一緒に薄膜を成長させるのではなく、先ず、校正用水晶振動子1と測定用水晶振動子2のいずれか一方に薄膜を成長させ、次に、他方に同じ時間だけ薄膜を成長させてもよい。
上記成膜装置10によって、成膜対象物15表面に薄膜を形成する前に、下記の校正工程の前に行なわれる準備工程において、基板ホルダ13に測定用基板を配置し、校正用水晶振動子1の表面と測定用基板の表面に一緒に、又は順番に同じ時間だけ薄膜を成長させる。
測定用基板上の薄膜の膜厚は正確に測定できているものとし、触針式段差計等の膜厚と校正用水晶振動子1の膜厚の比(膜厚比h)を求めておく。
共振周波数から測定した校正用水晶振動子1上の膜厚を符号C0とし、触針式段差計や光学測定器による測定用基板上の膜厚を符号S0で表わすと、求める膜厚比hはS0/C0である(h=S0/C0)。
校正工程を説明すると、校正工程では真空槽11内に成膜対象物15を搬入せず、真空槽11内を真空排気した状態で成膜源12から蒸着材料の微粒子を放出させて校正用水晶振動子1と測定用水晶振動子2の両方に薄膜を成長させ、校正用水晶振動子1の共振周波数fcと測定用水晶振動子2の共振周波数fcをそれぞれ測定し、Z=1 として下記(1)式(ρf、ρq、tq、fqは既知である)に従って、校正用水晶振動子1の膜厚C1と測定用水晶振動子2の膜厚M1を求め、測定値C1、M1、又はその比である測定比(C1/M1)を記憶しておく。
なお、ここでは、校正用水晶振動子1と測定用水晶振動子2は未使用の状態であり、表面には薄膜が形成されていないものとする。
成膜工程では、真空槽11内に成膜対象物15を搬入し、基板ホルダ13に保持させ、成膜源12から蒸着材料の微粒子を放出させ、搬入した成膜対象物15の表面に薄膜を形成する。
校正用水晶振動子1の表面の膜厚と成膜対象物15の表面の膜厚の比は、校正用水晶振動子1の表面の膜厚と測定用基板の表面の膜厚の比である膜厚比hに等しいから、成膜対象物15表面の薄膜の膜厚はh×P×(C1/M1) になる。
薄膜形成が終了した成膜対象物15を、薄膜が形成されていない成膜対象物と交換した後、上記と同様に、測定用水晶振動子2によって膜厚を測定しながら、薄膜を成長させる。
ρfが未知の場合、校正工程前の準備工程において膜厚比を求める際、ρf=1 、及びZ=1として膜厚を求めると、ρf=1として時の膜厚比Hは、ρfが既知の時の膜厚比hのρf倍になる(H=h・ρf )。
また、上記は、測定用水晶振動子2が一個の場合であったが、測定用水晶振動子2を複数個設ける場合も本発明に含まれる。
この成膜装置20は、上記第一例の成膜装置10が有する校正用水晶振動子1と測定用水晶振動子2に替え、水晶振動子用回転ホルダ30が配置されている。他の構成は第一例の成膜装置10と同じであり、同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。
水晶振動子1、21〜27上には、カバー32が配置されている。同図(b)は、カバー32を除去した状態であり、各水晶振動子1、21〜27は、保持台31の回転中心Oを中心とする同じ円上に配置されている。
カバー32は成膜源12に対して静止されており、保持台31は回転中心Oを中心に回転可能に構成されている。
窓部33の底面下に位置した水晶振動子1、21〜27は、その表面が窓部33の底面下に露出されており、窓部33と成膜源12の間に位置するシャッタ24を開け、成膜源12から薄膜材料の微粒子を放出させると、窓部33の底面に位置する水晶振動子1、21〜27の表面に薄膜が形成されるようになっている。図5(c)は、図5(a)のA−A線截断断面図である。
求めた校正用水晶振動子1の膜厚を符号cで表わし、測定用水晶振動子21〜27の膜厚を符号m1〜m7で表わすと、測定用水晶振動子21〜27の測定比は、(c/m1)〜(c/m7)になる。
その場合、校正工程に於いて、校正用水晶振動子1の共振周波数の測定結果とZ=1から(1)式の値を求め、その値と測定用水晶振動子21〜27の共振周波数の測定結果から、各測定用水晶振動子21〜27毎に音響インピーダンス比Z1〜Z7を求める。
2、21〜27……測定用水晶振動子
12……成膜源
15……成膜対象物
Claims (4)
- 真空雰囲気中に成膜対象物を配置し、成膜源から蒸着材料の微粒子を放出させ、前記成膜対象物に付着させ、前記成膜対象物に前記蒸着材料の薄膜を成長させる際に、前記真空雰囲気中に測定用水晶振動子を配置しておき、
前記蒸着材料の微粒子を前記測定用水晶振動子にも付着させ、前記測定用水晶振動子の共振周波数から下記(1)式、
前記測定用水晶振動子上の膜厚を、前記成膜対象物上の膜厚に換算する膜厚測定方法であって、
前記真空雰囲気中に校正用水晶振動子を配置しておき、
複数の前記成膜対象物表面へ前記薄膜を形成する間に、前記測定用水晶振動子と前記校正用水晶振動子に前記薄膜を成長させ、前記校正用水晶振動子の測定結果を前記(1)式の左辺に代入し、前記測定用水晶振動子の音響インピーダンス比Zを求めるZ値算出工程を設け、
複数の前記成膜対象物表面へ前記薄膜を形成する成膜工程では、前記Z値算出工程で求めた音響インピーダンス比Zの値を前記(1)式に代入し、前記測定用水晶振動子によって膜厚を求める膜厚測定方法。 - 前記校正工程に於いて、前記校正用水晶振動子の表面と前記測定用水晶振動子の表面には、前記薄膜を一緒に形成する請求項1記載の膜厚測定方法。
- 前記校正工程に於いて、前記校正用水晶振動子の表面と前記測定用水晶振動子の表面には、前記薄膜を順番に形成する請求項1記載の膜厚測定方法。
- 前記測定用水晶振動子を前記真空雰囲気中に複数個配置し、前記薄膜が形成された前記測定用水晶振動子の前記校正工程は、同じ前記校正用水晶振動子を用いて行う請求項1記載の膜厚測定方法。
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