JPWO2010013628A1 - 膜厚評価装置および膜厚評価方法 - Google Patents
膜厚評価装置および膜厚評価方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
F = a(V/(t/e+g))2・・・(1)
となる。変位検出部11で検出されたカンチレバー4の振動信号と交流電圧印加部16からの参照信号を用いて、ロックインアンプ(A) 17で参照信号の2倍周波数成分を検出することにより、静電気力の電圧Vに関する二回微分信号、
d2F/dV2= 2a/(t/e+g)2・・・(2)
が得られる。逆数・平方根変換部18を用いてこの信号の逆数の平方根を取ることにより新たな信号、
S = b(t/e+g) ・・・(3)
が得られる。ここで、bは定数である。さらに、試料振動部19を用いてXYZ走査機構7をZ方向に振動させ、測定試料1表面と探針5先端との距離gを振動させることにより、信号Sも変化する。この信号と試料振動部19からの参照信号を用いて、ロックインアンプ(B)20で参照信号と同じ周波数成分を検出することにより、信号Sの距離gに関する微分信号、
D = dS/dg = b・・・(4)
すなわち、比例定数bが得られる。膜厚計算部21において、逆数・平方根変換部18の出力信号S、ロックインアンプ(B)20の出力信号D、および、既知の値g、eを用いて
t = e(S/D-g) ・・・(5)
を計算することにより膜厚tを求める。探針5を測定試料1に対して相対的に動かし、測定試料1表面の各位置において得られた膜厚の値をマッピングすることにより、表面形状と同時に膜厚分布が得られる。
2…下地基板、
3…絶縁体層、
4…カンチレバー、
5…探針、
6…発振部、
7…XYZ走査機構、
8…粗動機構、
9…制御部、
10…粗動部、
11…変位検出部、
12…振幅・周波数検出部、
13…フィードバック制御部、
14…Z駆動部、
15…XY走査部、
16…交流電圧印加部、
17…ロックインアンプ(A)、
18…逆数・平方根変換部、
19…試料振動部、
20…ロックインアンプ(B)、
21…膜厚計算部。
Claims (6)
- 導電性基板上に絶縁体膜を有する測定試料を載置するとともにXY方向に前記測定試料を移動させるXY走査部および垂直方向に前記測定試料を移動させるZ駆動部とを有するXYZ走査機構と、
導電性の探針をその先端部に有し前記測定試料の表面に対して面内方向および垂直方向に相対的に移動可能なカンチレバーと、
前記カンチレバーを固有振動数かその近傍の周波数で、前記測定試料の表面に対して垂直方向の振動を与える発振部と、
前記測定試料に前記探針を接近させた際に前記探針に印加される静電気力(a(V/(t/e+g))2、ここでa:定数、e:前記絶縁体膜の比誘電率、t:前記絶縁体膜の膜厚、g:前記探針と前記測定試料表面との間の距離、V:前記探針に印加する電圧とする。)の前記振動による力の変化を検出する力検出器と、
前記力検出器からの信号を入力し、前記カンチレバーの振動信号である振動振幅あるいは周波数を検出する振幅・周波数検出部と、
前記振動信号に基づいて、前記Z駆動部により前記XYZ走査機構をZ方向に駆動し、前記探針と前記測定試料の表面との間の距離を制御部により設定された一定値となるように制御するフィードバック制御部と、
前記振動信号と、前記探針に交流電圧を印加する交流電圧印加部からの参照信号とを用いて、前記参照信号の2倍周波数成分を検出することにより、前記静電気力の電圧に関する二回微分信号(2a(1/(t/e+g))2)を得る第1の振幅検出器と、
前記二回微分信号の逆数の平方根となる変換を行って第1の信号(S=b(t/e+g))を得る逆数・平方根変換部と、
前記XYZ走査機構をZ方向に振動させ、前記測定試料の表面と前記探針の先端との距離を振動させることにより、前記第1の信号を変化させて第2の信号を得る測定試料振動部と、
前記第2の信号と、前記測定試料振動部からの参照信号と同じ周波数成分を検出することにより、前記測定試料の表面と前記探針の先端との距離(g)に関する前記第1の信号の微分信号(D=b)を得る第2の振幅検出器と、を具備し、
前記第1の信号(S)と、前記第1の信号の微分信号(D)と、前記測定試料の表面と前記探針の先端との距離(g)と、前記絶縁体膜の比誘電率(e)とを用いて前記導電性基板上の絶縁体膜の膜厚(t=e(S/D-g))を求めることを繰り返すことにより、前記導電性基板上の絶縁体膜の膜厚分布を評価することを特徴とする膜厚評価装置。 - 前記力検出器として、前記探針を一端に具備するカンチレバーの変位を検出する変位検出器を用いることを特徴とする請求項1に記載の膜厚評価装置。
- 前記第1の振幅検出器と前記第2の振幅検出器として、ロックインアンプを用いることを特徴とする請求項1に記載の膜厚評価装置。
- 導電性の探針を用いて、導電性基板上に絶縁体膜が設けられた試料の膜厚分布を測定する膜厚評価方法において、
前記探針を前記試料の表面に対して面内方向および垂直方向に相対的に移動可能な手段と、前記探針と前記試料の距離を一定に保つ制御手段と、前記探針に印加される力を検出する力検出器と、前記探針に交流電圧を印加する手段と、前記力検出器の出力信号から前記交流電圧の2倍周波数成分を検出する第1の振幅検出器と、前記第1の振幅検出器の出力信号を逆数変換および平方根変換する信号変換器と、前記探針と前記試料の距離に交流振動を与える手段と、前記信号変換器の出力信号から前記交流振動の周波数成分を検出する第2の振幅検出器と、前記信号変換器の出力信号を前記第2の振幅検出器の出力信号で除算し、前記探針と前記試料の距離を減算し、前記絶縁体膜の比誘電率を乗算する計算手段とを具備する膜厚評価装置を用いて、
定数a、前記絶縁体膜の比誘電率e、前記絶縁体膜の膜厚t、前記探針と前記試料の距離g、前記探針の電圧Vを用いて表される、前記探針に印加される静電気力a(V/(t/e+g))2に対して、
前記第1の振幅検出器で前記静電気力の前記電圧Vに関する二回微分信号2a(1/(t/e+g))2を検出し、
前記二回微分信号に対して、前記信号変換器で逆数変換および平方根変換することにより、定数bを用いて表される第1の信号S=b(t/e+g)を取得し、
前記第1の信号に対して、前記第2の振幅検出器で前記第1の信号の前記距離gに関する微分である第2の信号D=bを検出し、
前記計算手段でt=e(S/D-g)を計算することにより、前記膜厚tを取得し、
前記探針を前記試料表面上で移動し、前記試料表面上の各位置における膜厚を測定することにより膜厚分布の評価を行うことを特徴とする膜厚評価方法。 - 前記力検出器として、前記探針を一端に具備するカンチレバーの変位を検出する手段を用いることを特徴とする請求項4に記載の膜厚評価方法。
- 前記第1の振幅検出器と前記第2の振幅検出器として、ロックインアンプを用いることを特徴とする請求項4に記載の膜厚評価方法。
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