(57)【要約】  【課題】本発明は、対象試料を破壊せずナノメートル（ｎｍ）水準で薄膜層の厚さを正確に測定する。また、基板やベース層に形成された薄膜層を有する被測定体を直接対象として、前記薄膜層だけの厚さを簡単かつ容易に測定することができ、単位工程だけでなく連続工程でも利用可能な薄膜層の厚さ測定方法及び装置を提供する。  【解決手段】本発明は、特にベース層と薄膜層が形成されたベース層各々を有する標準試料のベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度差を前記薄膜層の厚さと比較して検量線を決めて、前記ベース層を有する標準試料と薄膜層が形成されたベース層を有する対象試料のベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度差を前記検量線と比較して、前記対象試料の薄膜層の厚さを決めることを特徴とする。  【選択図】図１
2015534077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エックス線を標準試料のベース層に照射して前記ベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度を検出するベース層照射段階と、
前記標準試料のベース層に形成された薄膜層にエックス線を照射して前記ベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度を検出する薄膜層照射段階と、
前記ベース層照射段階と薄膜層照射段階において各々検出した信号の強度差を前記薄膜層の厚さと比較して検量線を決める検量線決定段階と、
対象試料のベース層に形成された薄膜層にエックス線を照射して前記ベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度を検出する対象試料照射段階と、
前記ベース層照射段階と対象試料照射段階において各々検出した信号の強度差を前記検量線と比較して、前記対象試料の薄膜層の厚さを決める段階と、を含むことを特徴とする、エックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法。
【請求項２】
前記ベース層は、ガラス基板であることを特徴とする、請求項１に記載のエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法。
【請求項３】
前記薄膜層は、厚さ１０〜４００ｎｍ範囲内で、シルバー、銅、ニッケル、マンガン、クロム、鉄及び金からなる群のうち一つ以上が選択されたものからなる金属層であることを特徴とする、請求項１に記載のエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法。
【請求項４】
前記特定成分は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、シリコン（Ｓｉ、ケイ素）及び銀（Ａｇ）からなる群のうち選択された一つ以上であることを特徴とする、請求項１に記載のエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法。
【請求項５】
前記特定成分は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、シリコン（Ｓｉ、ケイ素）または銀（Ａｇ）であることを特徴とする、請求項１に記載のエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法。
【請求項６】
前記特定成分は、薄膜層に存在せずベース層にだけ存在することを特徴とする、請求項１に記載のエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法。
【請求項７】
前記エックス線は、エックス線蛍光分析器（ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：ＸＲＦ）により照射されることを特徴とする、請求項１に記載のエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法。
【請求項８】
前記検量線決定段階以前に、
前記標準試料のベース層に形成された薄膜層の厚さを電子顕微鏡で測定する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法。
【請求項９】
前記検量線を決めるのは、下記の式（１）によって決定されることを特徴とする、請求項１乃至８のうちいずれか一つに記載のエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法。
【数１】
2015534077.tif 000009
Ｉ：薄膜層に対する回答信号強度
Ｉｏ：ベース層に対する回答信号強度
μ：薄膜層の減衰係数
ρ：薄膜層の密度
Ｘ：薄膜層の厚さ
【請求項１０】
前記検量線決定段階は、前記信号の強度差を前記薄膜層の厚さと比較して補正する段階を含むことを特徴とする、請求項１乃至８のうちいずれか一つに記載のエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法。
【請求項１１】
標準試料または対象試料のベース層または薄膜層にエックス線を照射するエックス線発生器と、
前記標準試料または対象試料から散乱される信号の強度を検出する検出器と、
前記ベース層と薄膜層が形成されたベース層各々を有する標準試料のベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度差を前記薄膜層の厚さと比較して検量線を決め、前記ベース層を有する標準試料と薄膜層が形成されたベース層を有する対象試料のベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度差を前記検量線と比較して、前記対象試料の薄膜層の厚さを決める制御部と、を含むことを特徴とする、エックス線を利用した薄膜層の厚さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜層の厚さ測定方法及び装置に関し、より詳細には標準試料と対象試料のベース層及び／または薄膜層に含まれた特定成分を利用するものであり、特に対象試料を破壊せずナノメートル（ｎｍ）水準で薄膜層の厚さを正確に測定できるエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今まで金属の薄膜厚さ測定方式は、破壊方法による電子顕微鏡「ＳＥＭ、ＦＥＳＥＭ  ＳＴＥＭ」方式を利用したり、エディカレントセンサー方式「Ｅｄｄｙ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｍｅｔｈｏｄ」、超音波方式「Ｕｌｔｒａ  Ｓｏｎｉｃ  Ｍｅｔｈｏｄ」、高エネルギー感応方式のＸ−ｒａｙ方式に分けることができる。
【０００３】
その中でも、Ｘ−ｒａｙを利用する方式は、一般に金属薄板またはポリマー、高分子などからなるフィルムや薄膜などのような被測定体に対してエックス線を照射して、そこから得た信号強度を介して非接触式で厚さを測定する方法である。
【０００４】
このような厚さ測定は、単一の被測定体を対象にしたり、あるいは生産中の被測定体を対象にしたりする。例えば、通常金属薄板やフィルム、薄膜などの被測定体を生産するための方法のうち一つであるローラ圧延方法で一定の厚さの被測定体を生産する間にその厚さをリアルタイムで測定して、異常有無を判定した結果に応じて圧延ローラを調節すると厚さが一定の良質の製品を生産することができる。
【０００５】
このようなエックス線を利用した非接触式厚さ測定装置は、被測定体を透過するエックス線光子量を検出器で検出したり、あるいは被測定体を透過する蛍光エックス線光子量を検出器で検出して、被測定体の厚さの測定に利用する。
【０００６】
前記検出器で検出するエックス線光子量あるいは蛍光エックス線光子量は、いずれも被測定体の材質による吸収係数、密度、厚さなどによって変化するが、被測定体がない時エックス線ターゲットに照射された後放射される光子量と一定厚さの被測定体がある時に被測定体を透過してエックス線ターゲットに照射された後放射される光子量を相対的に比較して、その相対的な差を確認すると被測定体の厚さが分かる。
【０００７】
しかし、このようにエックス線を利用して被測定体がある時とない時とで放射される光子量差で前記被測定体の厚さを測定する方法は、基本的に被測定体がない時の光子量差を知らなければならない前提があり、これにより、基板やベース層に形成された薄膜層だけの厚さを測定したり連続工程上では適用されにくい短所があって、特に高エネルギーに感応型Ｘ−ｒａｙ法によってもマイクロメートル（ｕｍ）水準以下、即ちナノメートル（ｎｍ）水準で厚さを測定することは難しい問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は前記問題点を解決するためのもので、対象試料を破壊せずにナノメートル（ｎｍ）水準で薄膜層の厚さを正確に測定することが発明の目的である。
【０００９】
また、基板やベース層に形成された薄膜層を有する被測定体を直接対象として、前記薄膜層だけの厚さを簡単かつ容易に測定することができ、単位工程だけでなく連続工程でも利用可能な薄膜層の厚さ測定方法及び装置を提供することが発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するための本発明に係るエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法は、エックス線を標準試料のベース層に照射して前記ベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度を検出するベース層照射段階と、前記標準試料のベース層に形成された薄膜層にエックス線を照射して前記ベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度を検出する薄膜層照射段階と、前記ベース層照射段階と薄膜層照射段階において各々検出した信号の強度差を前記薄膜層の厚さと比較して検量線を決める検量線決定段階と、対象試料のベース層に形成された薄膜層にエックス線を照射して前記ベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度を検出する対象試料照射段階と、前記ベース層照射段階と対象試料照射段階において各々検出した信号の強度差を前記検量線と比較して前記対象試料の薄膜層の厚さを決める段階と、を含むことが特徴である。
【００１１】
ここで、前記ベース層は、ガラス基板であってもよく、前記薄膜層は厚さ１０〜４００ｎｍ範囲内で、シルバー、銅、ニッケル、マンガン、クロム、鉄及び金からなる群のうち一つ以上が選択されたものからなる金属層であるのが好ましい。
【００１２】
尚、前記特定成分は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、シリコン（Ｓｉ、ケイ素）及び銀（Ａｇ）からなる群のうち選択された一つまたは一つ以上であるのが好ましい。
【００１３】
また、前記特定成分は、薄膜層に存在せずベース層にだけ存在してもよい。
【００１４】
また、前記エックス線は、エックス線蛍光分析器（ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：ＸＲＦ）により照射されるのが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、前記検量線決定段階以前に、前記標準試料のベース層に形成された薄膜層の厚さを電子顕微鏡で測定する段階、をさらに含んでもよい。
【００１６】
また、前記検量線を決めるのは、下記の式（１）によって決定されてもよい。
【数１】
2015534077.tif 000003
Ｉ：薄膜層に対する回答信号強度
Ｉｏ：ベース層に対する回答信号強度
μ：薄膜層の減衰係数
ρ：薄膜層の密度
Ｘ：薄膜層の厚さ
また、前記検量線決定段階は、前記信号の強度差を前記薄膜層の厚さと比較して補正する段階を含むのが好ましい。
【００１７】
一方、本発明の他の実施の形態は、標準試料または対象試料のベース層または薄膜層にエックス線を照射するエックス線発生器と、前記標準試料または対象試料から散乱される信号の強度を検出する検出器と、前記ベース層と薄膜層が形成されたベース層各々を有する標準試料のベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度差を前記薄膜層の厚さと比較して検量線を決めて、前記ベース層を有する標準試料と薄膜層が形成されたベース層を有する対象試料のベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度差を前記検量線と比較して、前記対象試料の薄膜層の厚さを決める制御部と、を含むエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定装置である。
【００１８】
その他の実施の形態の具体的な事項は、詳細な説明及び図面に含まれている。
【発明の効果】
【００１９】
このような本発明は、ベース層と薄膜層が形成されたベース層各々を有する標準試料のベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度差を前記薄膜層の厚さと比較して検量線を決めて、前記ベース層を有する標準試料と薄膜層が形成されたベース層を有する対象試料のベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度差を前記検量線と比較して、前記対象試料の薄膜層の厚さを決めることを特徴とし、対象試料を破壊せずナノメートル（ｎｍ）水準で薄膜層の厚さを正確に測定できる効果がある。
【００２０】
また、本発明は、基板やベース層に形成された薄膜層を有する被測定体を直接対象にして、前記薄膜層だけの厚さを簡単かつ容易に測定することができ、単位工程だけでなく連続工程でも利用可能な薄膜層の厚さ測定方法及び装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態によりベース層でエックス線が散乱される状態を説明するための概念図である。
【図２】本発明に係る検量線の一例を説明するためのグラフである。
【図３】本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料１に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図４】本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料２に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図５】本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料３に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図６】本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料４に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図７】本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料５に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図８】本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料６に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図９】本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料７に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図１０】本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料８に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図１１】本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料９に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図１２】本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料１０に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図１３】本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料１１に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図１４】本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料１２に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図１５】本発明の一実施の形態により試料１０に対するエックス線を利用した厚さ測定結果を示したディスプレイ画面である。
【図１６】本発明の一実施の形態により銅層を有する試料１３に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図１７】本発明の一実施の形態により銅層を有する試料１４に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図１８】本発明の一実施の形態によりシルバー層と銅層を有する試料１５に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【図１９】本発明の一実施の形態によりシルバー層と銅層を有する試料１６に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は多様な変換を加えることができて、多様な実施の形態を有し、特定実施の形態を図面に例示して詳細な説明で詳細に説明する。
【００２３】
しかし、これは本発明を特定の実施の形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変換、均等物乃至代替物を含むものと理解されなければならない。
【００２４】
本発明を説明するにあたり、関連した公示技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００２５】
本出願で使用した用語は、単に特定の実施の形態を説明するために使われたもので、本発明を限定する意図ではない。
【００２６】
単数の表現は、文脈上明白に異なるように意味しない限り複数の表現を含む。
【００２７】
本出願で、「含む」または「有する」等の用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたのが存在することを指定しようするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。
【００２８】
第１、第２等の用語は、多様な構成要素を説明するのに用いられるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されてはいけない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にだけ用いられる。
【００２９】
本発明に係るエックス線を利用した薄膜層の厚さ測定方法は、薄膜層が形成されたベース層を有する標準試料と対象試料に各々エックス線を照射して、前記ベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度差を利用して前記対象試料の薄膜層の厚さを測定する方法である。
【００３０】
即ち、本発明は、先に薄膜層が形成されたベース層を有する標準試料を対象に前記薄膜層の厚さにより変わる前記ベース層に含まれた特定成分による信号の強度差を利用して、検量線を決め、続いて薄膜層が形成されたベース層を有する対象試料を対象に前記特定成分によって散乱される信号の強度を照射してこれを前記検量線と比較することによって、前記薄膜層の厚さを決めることが特徴である。
【００３１】
ここで、前記薄膜層は、有機または無機薄膜フィルムであってもよく、金属からなってもよく、例えば、シルバー、銅、ニッケル、マンガン、クロム、鉄及び金からなる群のうち一つ以上が選択されたものからなるのが好ましい。本発明者等の確認結果、チタニウムやモリブデンからなる金属層に対しては、厚さの測定が難しい。また、前記薄膜層は、１０〜４００ｎｍ範囲内、好ましくは５０〜３００ｎｍ範囲内の厚さを有することが適合するが、前記範囲外であると、電子放出係数による検量線が一直線に比例するように現れなくて、エックス線による厚さの測定が困難である。そして、前記ベース層は、前記薄膜層が形成される基底ベースで、この技術分野に広く知られた多様な基板や前記のような薄膜層が一つ以上積層されたものであってもよい。また、本発明は、薄膜層下に存在するベース層または他の薄膜層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度を利用するのを特徴とし、前記ベース層は、一つ以上の特定成分を含んで構成されるのが好ましい。
【００３２】
このための本発明は、ベース層照射段階、薄膜層照射段階、検量線決定段階、対象試料照射段階、薄膜層の厚さ決定段階を含んで順に進行される。
【００３３】
先に、前記ベース層照射段階は、エックス線を標準試料のベース層に照射して前記ベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度を検出する。即ち、薄膜層がない標準試料のベース層にエックス線を照射して信号の強度を検出し、これを今後薄膜層が形成された標準試料の信号強度と比較して、前記薄膜層によって変化する（減少する）信号の強度を決めるためのものである。
【００３４】
これは、エックス線を有機薄膜標準試料または有機薄膜対象試料に照射するが、前記エックス線は、エックス線発生部の標的物質または放射性同位元素から発生するものであってもよい。このようなエックス線照射段階は、エックス線発生部を利用した方法と放射性同位元素を利用する方法がある。エックス線発生部では、特性エックス線を発生させる段階で、光子、電子などの加速された粒子がエックス線発生装置内の標的物質に衝突してエックス線を発生させて、発生したエックス線が装置表面のウインドウを通過する際に標的物質だけの固有の特性エックス線だけを放出する。これにより、エックス線発生部内の標的物質あるいは放射性同位元素から発生する特性エックス線は、有機薄膜標準試料または有機薄膜対象試料と衝突して散乱される。
【００３５】
この過程で特性エックス線が分析物質である有機薄膜標準試料または有機薄膜対象試料内に存在する炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）元素によって非弾性コンプトン散乱を起こす。例えば、ガラス基板からなる標準試料や対象試料のベース層内には、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ、ｓｏｄｉｕｍ）等の特定成分が含まれていてもよく、エックス線蛍光分析器（ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：ＸＲＦ）によって、前記特定成分によって散乱される信号の強度を検出することができる。前記エックス線蛍光分析器（ＸＲＦ）は、従来に薄膜層に含まれた特定成分の含有量を測定する用途で用いられたが、本発明は、このように特定成分による信号の強度を利用して、薄膜層の厚さを測定することが特徴である。そこで、本発明で特定成分とは、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、カルシウム（Ｃａ）、ナトリウム（Ｎａ）、シリコン（Ｓｉ、ケイ素）、銀（Ａｇ）のうち一つ以上を含むものであるが、正確性のために一つの成分であるのが好ましく、薄膜層に存在せずベース層にだけ存在する特定成分であるのがより好ましい。
【００３６】
散乱されるエックス線または非弾性コンプトン散乱線の信号強度は、特定エックス線が有機薄膜標準試料または有機薄膜対象試料に入射される入射角度（ｉｎｃｉｄｅｎｔ  ａｎｇｌｅ、θ１）と散乱されて出る角度（ｔａｋｅ−ｏｆｆ  ａｎｇｌｅ、θ２）によりコンプトン線の強度が異なるので、有機薄膜標準試料または有機薄膜対象試料と装置の条件により最適な角度を決めることによって、検出限界など分析性能を向上させることができる。
【００３７】
前記散乱される信号の強度は、特性エックス線が有機薄膜標準試料または有機薄膜対象試料と衝突後に発生するレイリー弾性散乱エックス線、あるいはコンプトン非弾性散乱エックス線、あるいは蛍光エックス線のうちコンプトン散乱信号だけを選別して検出することによって得られる。コンプトン散乱に該当する波長のエックス線は、固体結晶を用いて回折させた後、特定角度に配置された検出器を用いてコンプトン散乱による特性ピーク信号を選択的に検出でき、コンプトン散乱によるピーク面積を利用して分析するためには角度計（ｇｏｎｉｏｍｅｔｅｒ）を装着することによって一定範囲のコンプトン散乱信号を検出してもよい。
【００３８】
次に、薄膜層照射段階は、前記標準試料のベース層に形成された薄膜層にエックス線を照射して前記ベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度を検出する。即ち、前記ベース層照射段階では、薄膜層がない標準試料に対して信号の強度を検出したところ、今回は薄膜層が形成された標準試料の信号強度を検出して、前記二つの信号の強度を比較することによって、前記薄膜層によって変化する（減少する）信号の強度を決めるためである。図１は、本発明の一実施の形態によりベース層でエックス線が散乱される状態を説明するための概念図であり、ここに示したように薄膜層が形成されたベース層にエックス線を照射すると、前記薄膜層がない場合と比較して前記薄膜層によって散乱される信号の強度が変わることとなる。即ち、散乱されるエックス線の電子放出数が、前記薄膜層によって少なくなったりまたは前記エックス線の信号が減少したり波長が変わることになって、これは前記薄膜層の厚さにより異なるように現れて、一般には前記薄膜層の厚さに比例する。
【００３９】
それで、前記検量線決定段階は、前記ベース層照射段階と薄膜層照射段階で各々検出した信号の強度差を前記薄膜層の実際の厚さと比較して検量線を決める。即ち、これはベース層を有する標準試料と薄膜層が形成されたベース層を有する標準試料で、前記薄膜層の実際の厚さにより変化または減少する前記ベース層に含まれた特定成分による信号の強度差をベースに検量線を決める。
【００４０】
このためには、前記薄膜層の実際の厚さを予め知る必要があり、これにより、本発明は前記検量線決定段階以前に、前記標準試料のベース層に形成された薄膜層の厚さを電子顕微鏡で測定する段階をさらに含んでもよい。
【００４１】
図２は、本発明に係る検量線の一例を説明するためのグラフである。ここで、ｙ軸は前記ベース層照射段階と薄膜層照射段階において各々検出した信号の強度差を示し、ｘ軸は前記強度差により電子顕微鏡（ＳＥＭ）で測定した薄膜層の厚さを示す。ここでは、ガラス基板にシルバー層が形成された標準試料を対象に、前記ガラス基板に含まれたカルシウム元素によって散乱された信号の強度を基準とした。
【００４２】
前記検量線を決めるのは、下記の式（１）に示したように、エックス線減衰係数「Ｘ  ｒａｙ  Ｍａｓｓ  Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：μ／ρ」によって決定されてもよい。即ち、標準試料または対象試料のベース層に対する薄膜層の信号強度比率は薄膜層の密度に比例し、厚さに反比例し、下記の薄膜層の減衰係数（μ）は薄膜層の種類、成分、厚さ、エックス線の入射角度などにより異なるように設定される。
【数２】
2015534077.tif 000004
Ｉ：薄膜層に対する回答信号強度
Ｉｏ：ベース層に対する回答信号強度
μ：薄膜層の減衰係数
ρ：薄膜層の密度
Ｘ：薄膜層の厚さ
前記式（１）は、μ／ρ=Ｘ−１Ｉｎ（Ｉｏ／Ｉ）であってもよく、もし薄膜層が多層構造[ｔ]の場合であると、Ｉ.ｅ.Ｘ=ρｔから、多層薄膜層に対する厚さも算出可能である。
【００４３】
さらに、前記検量線決定段階は、正確性を高めるために、前記信号の強度差を前記薄膜層の実際の厚さと比較して補正する段階を含んでもよい。
【００４４】
続いて、前記対象試料照射段階は、対象試料のベース層に形成された薄膜層にエックス線を照射して前記ベース層に含まれた特定成分によって散乱される信号の強度を検出する。
【００４５】
前記では、標準試料を対象に検量線を決めたが、今は分析の対象となる対象試料に対してエックス線の回答信号強度を検出する。対象試料は破壊せず、薄膜層が存在するベース層にエックス線をそのまま照射して、標準試料との比較のために対象試料のベース層と薄膜層は、標準試料のそれと同じか類似するのが好ましい。
【００４６】
そして、前記薄膜層の厚さ決定段階は、前記ベース層照射段階と対象試料照射段階において各々検出した信号の強度差を前記検量線と比較して、前記対象試料の薄膜層の厚さを決める。
【００４７】
即ち、対象試料を破壊することなく、標準試料に対するベース層照射段階と対象試料に対する照射段階で各々検出した信号の強度差を計算して、これを前記検量線と比較することによって前記対象試料の薄膜層の厚さを間接的に決める。
【００４８】
一方、本発明の他の実施の形態は、エックス線を利用した薄膜層の厚さ測定装置で、特にエックス線発生器、検出器、及び制御部を含んで構成されたものである。
【００４９】
前記エックス線発生器は、標準試料または対象試料のベース層または薄膜層にエックス線を照射する。このようなエックス線発生器は、Ｘ線管（Ｘ−ｒａｙ  ｔｕｂｅ、図示せず）、高電圧発生器（Ｈｉｇｈ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、図示せず）及び各種セキュリティー回路（図示せず）を含む構成を有する。前記Ｘ線管は、熱電子２極真空管で加熱した負極（一般にタングステンフィラメント）から出てきた熱電子を加速させて、対負極に衝突させてＸ線を生成する。前記対負極に向かった電子の流れは、一般に広く広がるのでペネルト円筒（Ｗｅｈｎｅｌｔ  ｃｙｌｉｎｄｅｒ）に適当な電場を掛けて電子の流れの発散を防ぐ。前記Ｘ線管には２０乃至６０ｋＶの電圧と最大５０ｍＡの電流が用いられる。前記高電圧発生器は、Ｘ線を生成するためにＸ線管に負の高電圧を発生させて供給する。前記セキュリティー回路は、Ｘ線生成時Ｘ線発生部の過負荷、高電圧、低電圧などを警告する。前記検出器は、前記標準試料または対象試料から散乱された信号の強度を検出する。前記検出器は、前記標準試料または対象試料から反射するＸ線の提供を受けて、前記反射したＸ線の強度程度を検出する。即ち、試料基板から反射したＸ線の強度値を測定する。前記検出器は一対以上備えることができ、前記検出器の例としては、比例計数管（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｕｎｔｅｒ、ＰＣ）またはシンチレーション計数管（Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ  Ｃｏｕｎｔｅｒ、ＳＣ）等が挙げられる。また、本発明は、前記試料基板で反射するＸ線の経路上に位置して、前記試料基板で反射するＸ線のうち特定波長を有する特性Ｘ線だけをフィルタリングする分析スプリッターをさらに含み、この時、前記試料基板で反射するＸ線は、試料基板にＸ線を照射して電子が高いエネルギー準位に移動して再び低いエネルギー準位に移動しながら発生するＸ線に該当する。
【００５０】
前記制御部は、前記ベース層と薄膜層が形成されたベース層各々を有する標準試料のベース層に含まれた特定成分の含有量差を前記薄膜層の厚さと比較して検量線を決めて、前記ベース層を有する標準試料と薄膜層が形成されたベース層を有する対象試料のベース層に含まれた特定成分の含有量差を前記検量線と比較して、前記対象試料の薄膜層の厚さを決める。
【００５１】
このような本発明は、対象試料を破壊しなくてもナノメートル（ｎｍ）水準で薄膜層の厚さを正確に測定することができる。また、本発明は、基板やベース層に形成された薄膜層を有する被測定体を直接対象にして、前記薄膜層だけの厚さを簡単かつ容易に測定することができ、単位工程だけでなく連続工程でも利用可能な薄膜層の厚さ測定方法及び装置を提供することができる。
【００５２】
本発明は、下記の実施例によってさらによく理解され、下記の実施例は、本発明の例示目的のためのものであり、添付された特許請求の範囲によって限定される保護範囲を制限しようとするものではない。
【００５３】
実施例１：シルバー層厚さ測定
本発明者は、ガラス基板にシルバー層を有する試料１乃至１２を準備して、これに対して本発明に係るＸ−ｒａｙ利用方法と電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）利用方法で前記シルバー層の厚さを測定して、その結果は、下記の表１及び図３乃至図１４に示した通りである。
【００５４】
図３乃至図１４は、各々本発明の一実施の形態によりシルバー層を有する試料１乃至１２に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ ＳＥＭ）分析写真である。
【表１】
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前記表１に示したように、本発明に係るＸ−ｒａｙ分析結果とＦＥＭ  ＳＥＭ分析結果がほとんど類似していることがわかる。
【００５５】
図１５は、本発明の一実施例により試料１０に対するエックス線を利用した厚さ測定結果を示すディスプレイ画面である。
【００５６】
実施例２：銅層厚さ測定
本発明者は、ガラス基板に銅層を有する試料１３及び１４を準備し、これに対して本発明に係るＸ−ｒａｙ利用方法と電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）利用方法で前記銅層の厚さを測定し、その結果は、下記表２及び図１６及び図１７に示した通りである。図１６及び図１７は、各々本発明の一実施例により銅層を有する試料１３及び１４に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）分析写真である。
【表２】
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前記表２に示したように、本発明に係るＸ−ｒａｙ分析結果とＦＥＭ  ＳＥＭ分析結果がほとんど類似していることがわかる。
【００５７】
実施例３：シルバー層及び銅層厚さ測定
本発明者は、ガラス基板にシルバー層と銅層を有する試料１５及び１６を準備し、これに対して本発明に係るＸ−ｒａｙ利用方法と電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）利用方法で前記銅層の厚さを測定した。
【００５８】
電界放射型走査電子顕微鏡透過（ＳＴＥＭ）法は下記のように行った。
（１）  電界放射型走査電子顕微鏡上に透過形態の検出器（ＳＴＥＭ）を装着して、薄膜層（Ｌａｍｅｌａ）形態で製作された試片を分析し、分析データの形態は、前記の電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ  ＳＥＭ）法と同じであるが、試料の前処理方法は異なる。
（２）  試片の準備は、電子顕微鏡透過法の場合、試片の製作にあたって集束イオンビームシステム（ＦＩＢ）が活用されて、集束されたイオンビームを調節して、試料の断面形成及び分析、薄膜層（Ｌａｍｅｌａ）形態の試片を製作した。これは、透過電子顕微鏡試片の製作方法と同じである。
（３）  試片測定は、薄膜層形態で製作された試片を電子顕微鏡上に水平方向に固定した後、電子ビームを照射して透過電子映像を取得した。これを精度よくキャリブレーション（Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）されているソフト（Ｓｏｆｔｗａｒｅ）ルーラーを利用してコーティング薄膜の厚さを測定した。
【００５９】
その結果は、下記の表３及び図１８及び図１９に示した通りである。図１８及び図１９は、各々本発明の一実施例によりシルバー層と銅層を有する試料１５及び１６に対する電子顕微鏡（ＦＥＭ ＳＥＭ）分析写真である。
【表３】
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前記表３に示したように、本発明に係るＸ−ｒａｙ分析結果とＦＥＭ  ＳＥＭ分析結果がほとんど類似していることがわかる。
【００６０】
実施例４：金属層の厚さ測定
本発明者は、ガラス基板にシルバー、銅、ニッケル及び鉄各々の金属層が約５００ｎｍ水準の厚さを有する試料を準備し、その厚さは電子顕微鏡（ＦＥＭ  ＳＥＭ）を利用して測定した。
【００６１】
前記準備した各々の試料に対して本発明に係るＸ−ｒａｙ利用方法で前記金属層の厚さを測定して、その結果は下記の表４に示した
【表４】
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その結果、前記表４に示したように、金属層の厚さが約５００ｎｍ水準またはそれ以上である場合には、本発明に係るＸ−ｒａｙ分析方法では厚さが測定できないことが確認できた。
【００６２】
一方、前記では本発明を特定の好ましい実施例に関連して図示して説明したが、以下の特許請求の範囲によって備えられる本発明の技術的特徴や分野から逸脱しない限度内で、本発明が多様に改造及び変化できることは、当業界で通常の知識を有する者には明白なものである。
【図１】
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【図２】
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【図１５】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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