(57)【要約】【課題】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。【解決手段】本発明の薄膜の膜圧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、本発明の薄膜の膜圧及び密度の測定装置は、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を入力す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ることを特徴とする。【選択図】    図１
2005164503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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圧及び密度の測定方法。
【請求項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圧及び密度の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。）。
【０００５】
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。
【特許文献１】特開２００２−２２８４２０号公報
【特許文献２】特開平０５−２４８８２４号公報
【非特許文献１】Ａ．Ｆ．Ｋｏｚｄｏｎ  ａｎｄ  Ｆ．Ｓｐｉｅｗｅｃｋ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．Ｍｅａｓ．，ｖｏｌ．４１，ｐｐ．４２０−４２６，１９９２．
【非特許文献２】Ａ．Ｗａｓｅｄａ  ａｎｄ  Ｋ．Ｆｕｊｉｉ，Ｍｅａｓ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，ｖｏｌ．１２，２０３９−２０４５，２００１．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の薄膜の膜圧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の薄膜の膜圧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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係る薄膜の膜圧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。  
【実施例１】
【００１０】
図１は、本発明に係る薄膜の膜圧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。  
【００１１】
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。  
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【数３】
2005164503.tif 000003
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
【００１７】
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。
【数４】
2005164503.tif 000004
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。
【００１８】
一方、薄膜１０の密度ρｘは次の式により求められる。
【数５】
2005164503.tif 000005
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。
【００１９】
図１に示す本発明の薄膜の膜圧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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る薄膜の膜圧及び密度の測定方法並びに測定装置を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００２１】
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
【図１】
2005164503.tif 000006