JPS6166104A - 金属薄膜膜厚測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体デバイス、プリント配線板等の製造工程
その他で利用される金属薄膜の膜厚を測定する方法に関
するものである。

（従来技術とその問題点） 金属薄膜の膜厚を測定する方法の一つとして、隔周波金
印加したコイルを当該被測定薄膜に近接させて薄膜中に
渦電流を発生させ、この薄膜に生ずる渦電流損が当該薄
膜の膜厚に比例しかつこれが前記コイルのＱを低下させ
ることを利用してその膜厚を測定する方法がある。

この方法を利用する従来の測定法は、次のようなものと
なっている。

例えば第４図に示すような、コイルＬ、コンデンサＣ，
、Ｃ，、増幅器Ｔで構成される発振器Ｏ８ＣのコイルＬ
ｅ、第５図のＬのように小型に巻回して、これを絶縁基
板３０上の被測定金属薄膜３１に近接させ、その距離ｄ
　’ｉ　ｄｌに固定して、発振器Ｏ８Ｃの発振振幅（出
力）Ａボルトを測定し、この値Ａから第６図の［発振々
幅対膜厚曲線ＪＤｔを利用して、薄膜の膜厚ｔを知るも
のである。ただしこの第６図の「発振々幅対膜厚曲線」
Ｄ□は、被測定薄膜と同一の材質、膜構造をもつ様々の
薄膜の膜厚を、別途精密な測定方法を使って正確に測定
しておき、これらについて距離ｄ：＝ｄ、の状態で慎重
に発振振幅の測定を行なうことによって、事前に描かれ
用意してあったものである。

この従来の測定法には次の欠点がある。即ち、コイルＬ
から被測定膜３１の表面までの距離ｄ力ζｄｌからｄ２
．ｄ３に変るときは「発振振幅対膜厚の曲線」が第６図
のように、曲線ＤＩ（ｄ＝ｄｌ）からＤ２　（ｄ＝ｄｚ
　）　、　Ｄ３　（ｄ＝ｄ、）の如く変化するので、測
定に当っては距離ｄを正確にｄ、に合致させなければ測
定誤差が大きくなるということである。

例えば、この従来の測定法を採用する市販の測定装置で
は、１μｍ程度の膜厚を±０．０１μｍの誤差で測定す
るためには、距離ｄをｄｌ±５μｍの範囲内に納める必
要がある。これは多くの場合測定不能を意味する。何故
なら±５μｍは、すでに基板３゜のコイルＬ部分におけ
る反シ（湾曲）または凹凸の範囲の値を超えている、と
いう場合が多いからである。即ち、一定の膜厚以下の極
めて薄い膜を測定せんとするときは、第４，５図の従来
の測定法は使用に耐えないということになる。

（発明の目的） 本発明は従来法のこの欠点を克服し、従来法でを目的と
する。

（発明の構成） 本発明は、被測定金属薄膜を挾んでその表裏に、この薄
膜に渦電流を誘導するコイル２個を対向設置し、この渦
電流によって生ずるエネルギー損失の址を用いて前記薄
膜の膜厚を測定することで、前記目的を達成したもので
ある。

（実施例） 第１図は本発明の実施例の発振器であって、第４図のコ
ルピッツ型発振器発振コイルＬを２分割してＴＪＩとＬ
２にし、　これらをともに渦電流誘導コイルトシ、コイ
ルＬ１とコイルＬ２の間に被測定薄膜を置いて測定を行
なうものである。

第２図にその測定状況を示す。

この第１，２図で、膜厚””ｔｌ　＋　’２　ｇ　’３
を正確に測定された３個の被測定薄膜３１を用意し、二
ツ（７）　：’　イ／’　Ｌｌ　、　Ｌ２間の距離ｅを
一定に固定した測定コイルの間に、第２図のように薄膜
３１．絶縁基板３０を挾み、コイルＬ！と薄膜３１の表
面の間の距離ｄを様々に変更して第１図の発振器の発振
々暢を実測して、「発振々幅対距離ｄの曲線」をｔをパ
ラメータとして描いたのが、第３図のＴ＋（ｔ＝ｔｔ）
　、　Ｔ２　（ｔ＝ｔ２）　、Ｔａ（ｔ＝ｔｓ）曲線で
ある。

第３図には、前記した第４，５図の従来の測定法で、同
じ試料を測定して得た曲線Ｔ１°（ｔ＝ｂ）。

Ｔ２“（ｔ＝１２）　、　Ｔｓｏ（ｔ＝ｔｓ）も点線で
併記しである。

曲線Ｔ＋　、　Ｔ２　、　Ｔａはそれぞれｄｏキｅ／に
て極小値を示し、はソ二次曲線で湾曲する。従って、距
離ｄを％附近にとることで、誤差の少い測定が可能であ
る。

１例をあげると、絶縁皮膜銅線を直径２龍のコアに６５
タ一ン巻いて８０μＨのコイルにしたもの２個をＬｌ、
Ｌ２として使用し、２００　ＫＨｚの周波数を使って、
１μｍの薄膜の膜厚を０，０１μｍの誤差で測定せんと
する場合、距離ｄに許される誤差は±５ＱＩＭｎであっ
た。

前記した従来の測定法を用いる１６０μＨのコイルで、
ｄの許容誤差が±５μｍであったのと較べると格段の向
上と言うことができる。

なお、実験によれば、ＬｌとＬ２はその結線を逆向きに
しても、はソ同様の好成績で膜厚測定を行なうことか可
能であった。

また、この測定装置を用いるような被測定膜３１の表面
の凹凸、絶縁基板３０の湾曲等はコイルの大きさの範囲
内では、一般に、はソ１０／ｊＴ１以下であシ、上記の
測定法は充分な実用性をもつことがわかった。

第７図に別の実施例の測定結果を示す。

シリコン単結晶基板厚さ５００μｍの上に蒸着されたア
ルミニウム薄膜〜２μｍを被測定物とし、６８μＨのコ
イル２個をＬｌ、　Ｌ２としてこれらを距離６　＝　３
．５　ｍ１１で対向固定し、その中央に被測定基板の挿
入場所を固設して繰返し測定を行い、［発振器出力対膜
厚曲線」Ｂを得た。測定を繰返しても、その結果は常に
曲線Ｂの太さの範囲内にあった。

同様の測定を、従来の方法でＬ＝１５０μＨのコイルを
用いるとき、曲線帯Ｂ°がえられた。測定を繰返すとき
、測定結果はこの曲線帯Ｂ°の中を浮動し、誤差の大き
いことがわかる。

本発明の方法は金属薄膜に生ずる渦電流のエネルギー損
失を測定するのであるから、測定は発振器によらずとも
、第８図のように共振回路を使っても可能である。

第８図では、水晶発振器Ｘ０８Ｃの出力が増幅器ＡＭ　
Ｐ＋を経て一定値となり、コイルＬＩ＋Ｌ２とコンデン
サＣの共振回路に印加され、共振回路の端子電圧が、バ
ッファＡＭＰ２を経て計器Ｍで読まれるようになってい
る。被測定基板３０．薄膜３１は前記同様に、図のよう
に、コイルＬ、とＬ２の間に挿入測定される。

また、これまでは電圧の変化を利用して渦電流のエネル
ギー損失を測定するものを示したが、位相の変化を利用
しても測定は可能であり、このほかｌども本発明の方法
は、多くの実施態様をもつ。

なお、被測定金属薄膜３１の置かれる基板３０の材質は
必ずしも絶縁体であることを要しない。

薄膜３１と基板３０の電気伝導度に差異があυさえすれ
ば、原理上、薄膜の膜厚測定は本発明の方法で可能であ
る。もっとも、電気伝導度に大差のあるときほど、測定
の精度は高いものとなって有利である。

（発明の効果） 本発明は上記の通りであって、極めて薄い金属膜の膜厚
を高い精度で測定することが可能であり、装置は安価に
構成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の測定用発振器の回路図。 第２図は、その測定状況を示す図。 第３図は、その測定結果のグラフ。 第４図は、従来の測定用発振器の回路図。 第５図は、その測定状況を示す図。 第６図は、その測定結果のグラフ。 縞７図は、本発明の別の実施例の測定結果を、従来の方
法の測定結果と比較するグラフ。 第８図は、本発明の別の実施例の測定用回路図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被測定金属薄膜に渦電流を流し、該渦電流によって生ず
   るエネルギー損失の大小を該金属薄膜の厚みに換算する
   金属薄膜膜厚の測定方法において、該渦電流を誘導する
   二個の電流コイルを、該金属薄膜の表、裏に、対向設置
   したことを特徴とする金属薄膜膜厚測定方法。