特許第5831323号(P5831323)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5831323
(24)【登録日】2015年11月6日
(45)【発行日】2015年12月9日
(54)【発明の名称】膜厚測定方法
(51)【国際特許分類】
   G01B 15/02 20060101AFI20151119BHJP
【FI】
   G01B15/02 A
【請求項の数】2
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願2012-70832(P2012-70832)
(22)【出願日】2012年3月27日
(65)【公開番号】特開2013-205037(P2013-205037A)
(43)【公開日】2013年10月7日
【審査請求日】2014年5月16日
(73)【特許権者】
【識別番号】000183303
【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100067736
【弁理士】
【氏名又は名称】小池 晃
(74)【代理人】
【識別番号】100096677
【弁理士】
【氏名又は名称】伊賀 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100106781
【弁理士】
【氏名又は名称】藤井 稔也
(74)【代理人】
【識別番号】100113424
【弁理士】
【氏名又は名称】野口 信博
(74)【代理人】
【識別番号】100150898
【弁理士】
【氏名又は名称】祐成 篤哉
(72)【発明者】
【氏名】林 一英
【審査官】 神谷 健一
(56)【参考文献】
【文献】 特開平09−014946(JP,A)
【文献】 特開平05−113322(JP,A)
【文献】 特開平09−311111(JP,A)
【文献】 特開平10−009844(JP,A)
【文献】 特開昭60−140105(JP,A)
【文献】 特開平02−245607(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01B 11/00−11/30
G01B 15/00−15/08
G01N 23/00−23/227
H01L 21/64−21/66
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と結晶性薄膜からなる積層体における基板の膜厚を測定する方法であって、
X線回折装置の光学系の基準位置に対し、結晶性薄膜の試料面の位置を該試料面の法線方向に変位させてX線回折測定を行い、回折ピークの回折角と変位量との関係式を導出する導出工程と、
前記基板を試料面とし、前記基準位置に合わせてX線回折測定を行う測定工程と、
前記導出工程にて導出された関係式と、前記測定工程にて前記基板を通して結晶性薄膜で回折された回折ピークの回折角とに基づいて、前記基板の膜厚を算出する算出工程と
を有し、
前記測定工程では、前記基板を試料面として前記X線回折測定を行う際に、前記回折ピークが前記基板由来であるのか、前記結晶性薄膜由来であるのか判断できない場合に、前記結晶性薄膜由来の回折ピークを判断ないし特定する工程が含まれる膜厚測定方法。
【請求項2】
前記関係式は、前記回折ピークの回折角の一次式で変位量が表現されていることを特徴とする請求項1記載の膜厚測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、X線回折法を用いた基板の膜厚測定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、例えば樹脂基板上にめっき皮膜を成膜した被検試料において、樹脂基板の膜厚は、被検試料を断面加工して顕微鏡で観察するなど、試料を破壊して計測するのが一般的である。しかし、試料の破壊後に別の分析を行う必要がある場合、大きな支障をきたしてしまう。
【0003】
非破壊で計測する方法として、X線回折法を用い、基板と多結晶薄膜の積層体における多結晶薄膜の膜厚を算出する方法がある(例えば、特許文献1)が、非破壊で基板の膜厚を計測する方法は提案されていないのが実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平5−113322号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、基板と結晶性薄膜からなる積層体における基板の膜厚を測定する方法に関して、試料を破壊することなく、簡便に基板の膜厚を計測することができる膜厚測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本件発明者は、X線回折測定において、試料高さの変位により回折ピークの回折角も変化することに着目し、本発明に至った。
【0007】
すなわち、本発明に係る膜厚測定方法は、基板と結晶性薄膜からなる積層体における基板の膜厚を測定する方法であって、X線回折装置の光学系の基準位置に対し、結晶性薄膜の試料面の位置を該試料面の法線方向に変位させてX線回折測定を行い、回折ピークの回折角と変位量との関係式を導出する導出工程と、前記基板を試料面とし、前記基準位置に合わせてX線回折測定を行う測定工程と、前記導出工程にて導出された関係式と、前記測定工程にて前記基板を通して結晶性薄膜で回折された回折ピークの回折角とに基づいて、前記基板の膜厚を算出する算出工程とを有し、前記測定工程では、前記基板を試料面として前記X線回折測定を行う際に、前記回折ピークが前記基板由来であるのか、前記結晶性薄膜由来であるのか判断できない場合に、前記結晶性薄膜由来の回折ピークを判断ないし特定する工程が含まれることを特徴としている。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、試料を破壊することなく、簡便に膜厚を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本実施の形態における膜厚測定方法を示すフローチャートである。
図2】X線回折装置の光学系を模式的に示す図である。
図3】X線回折装置の光学系の基準位置について模式的に示す図である。
図4】各試料面高さにおけるCuの(111)面に由来する回折ピークの測定結果を示す図である。
図5】回折ピーク位置と試料高さの変位量の関係を示すグラフである。
図6】高分子フィルム側を測定面としたときの回折ピークの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態における膜厚測定方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0011】
図1は、本実施の形態における膜厚測定方法を示すフローチャートである。図1に示すように、本手法は、結晶性薄膜を試料面とし、該試料面の法線方向の位置をX線回折装置の光学系の基準位置に対して変位させてX線回折測定を行い、回折ピーク位置の回折角と変位量との関係式を導出する導出工程S1と、基板を試料面とし、該試料面を前記基準位置に合わせてX線回折測定を行う測定工程S2と、導出工程S1にて導出された関係式と、測定工程S2にて測定された回折ピークの回折角とに基づいて、基板の膜厚を算出する算出工程S3とを有する。
【0012】
本手法で用いられる結晶性薄膜としては、結晶格子が規則的に並んでいる単結晶体又は多結晶体であればよく、どのような組成であってもよい。すなわち、金属又はその合金、金属酸化物、金属塩化物等のいわゆる金属化合物等で結晶体を有していればよく、無機化合物や有機化合物であっても結晶体を有していれば良い。
【0013】
また、本手法の測定対象である基板としては、X線が透過できる膜であればよく、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂が挙げられる。X線の透過性は、X線の通過距離、物質の密度、および物質のX線吸収係数に依存するため、例えば、樹脂に比較してX線の透過性が落ちるとされるガラスであっても、X線が透過する上で適切な厚みであれば、本手法の測定対象とすることが可能である。同様に、金属、金属化合物、無機化合物であってもX線が透過する上で適切な厚みであれば、本手法の測定対象とすることが可能である。
【0014】
以下、導出工程S1、測定工程S2、及び算出工程S3について詳細に説明する。
【0015】
<導出工程S1>
図2は、X線回折装置の光学系を模式的に示す図である。本手法に用いられるX線回折装置は、試料が載置されるステージと、X線を照射する照射部と、試料面からの回折X線を検出する検出部とを備え、ステージにより試料面の高さを基準位置に対して下方に移動することが可能である。
【0016】
X線回折測定では、照射部から照射されたX線が、特定の角度θで被検試料に入射したとき、ブラッグの回折条件より、θの角度に回折X線が現れる。検出部では、この回折X線が入射され、回折X線のX線強度を検出する。回折X線が現れるθは、被検試料に特有の角度である。このθの値と、検出部で検出したX線強度とに基づいて、被検試料の結晶構造等を分析する。
【0017】
図3は、光学系の基準位置について模式的に示す図である。照射部と検出部は、ローランド円と呼ばれる軌道上を移動することができ、その際照射部と検出部はそれぞれローランド円の中心を向いている。照射部と検出部が、ローランド円の直径の両端に位置している場合に、この直径の位置が基準位置である。入射X線と必ずローランド円の中心を通過し、この入射X線と基準位置とで形成される角度が回折角θである。基準位置に照射部がある場合にはθ=0である。照射部と検出部は、ローランド円の中心を通って基準位置に垂直な面を対称面としてローランド円上を円の中心を向きながら移動することができる。試料面は、試料面の中央とローランド円の中心とが略一致してかつ基準位置となるように設置される。図3は、このように設置された試料面の位置についても示している。
【0018】
導出工程S1では、結晶性薄膜を試料面とし、試料面の法線方向の位置を基準位置に対して変位させてX線回折測定を行う。ここで、X線回折装置の光学系における試料面の位置は、基準位置に対して試料面の法線方向、すなわち結晶性薄膜の膜厚方向に段階的に変位させ、各位置においてX線回折測定を行う。
【0019】
また、各位置におけるX線回折測定は、結晶性薄膜を測定面(試料面)として、例えば回折面に由来する回折ピークの回折角を測定する。例えば結晶性薄膜としてCuからなる金属結晶膜を用いた場合、非常に強い配向性を示す(111)面に由来するピークの回折角(2θ)を用いることができる。
【0020】
次に、例えば、横軸を回折ピークの回折角とし、縦軸を試料高さの変位量としたグラフを作成し、グラフから回折ピークの回折角と試料高さ変位量の関係式を導出する。本手法における関係式の導出では、変位量が回折ピークの回折角の一次式、あるいは高次式で表現することができるが、変位量が微小であることから一次式で表現しても問題となることはない。
【0021】
<測定工程S2>
測定工程S2では、結晶性薄膜上の基板を試料面とする。そして、結晶性薄膜上の基板を基準位置に合わせてX線回折測定を行い、導出工程S1と同じ回折面に由来する回折ピークを測定する。すなわち、測定工程S2では、基板側からX線を照射して結晶性薄膜のX線回折測定を行う。
【0022】
基板と結晶性薄膜からなる積層体に対して、基板を試料面としてX線を照射する場合、すなわち基板側からX線を照射する場合には、基板由来の回折X線と結晶性薄膜由来の回折X線が発生する。
【0023】
この両者の回折X線の回折ピーク同士が重なっていたり、重なりの程度が大きかったりすると、それらの回折ピークが基板由来であるのか、結晶性薄膜由来であるのか判断できない場合がある。
【0024】
結晶性薄膜の材質と結晶性状、及び基板の材質と結晶性状が明らかである場合には、回折ピークの回折角度を文献、若しくは過去の測定データから特定するか、又は基板と結晶性薄膜それぞれの回折スペクトルを測定し、基板の回折ピークに隠れない結晶性薄膜の回折ピークを特定する。
【0025】
基板の回折ピークに隠れない結晶性薄膜の回折ピークを特定する具体的な手段としては、例えば、基板と結晶性薄膜それぞれの回折スペクトルに対して、結晶性薄膜のスペクトル強度から基板のスペクトル強度を差し引いた値を回折角毎に算出し、差し引いた値が最大となる位置の回折角を決定し、この回折角で回折ピークを特定する。
【0026】
<算出工程S3>
次の算出工程S3では、導出工程S1にて導出された関係式に、測定工程S2にて測定された回折ピークの回折角を代入して基板の膜厚を算出する。すなわち、基板の膜厚は、X線回折装置の光学系の基準位置に対して試料面である結晶性薄膜の法線方向の変位量に相当する。
【0027】
このように結晶性薄膜の膜厚方向の変位量に対する回折角を測定し、結晶性薄膜上の基板の回折角を測定することにより、試料を破壊することなく、簡便に基板の膜厚を計測することができる。
【0028】
<本手法の適用例>
また、本手法は、結晶性薄膜と基板とが貼り合わされた積層板を被検試料とすることができる。この場合、導出工程S1では、被検試料の結晶性薄膜を試料面とし、測定工程S2では、被検試料の基板を試料面とすることにより、積層板の基板の膜厚を計測することができる。したがって、本手法によれば、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などに銅箔を張り合わせたプリント配線板用銅張積層板の樹脂基板の膜厚の測定を非破壊で行うことができる。
【実施例】
【0029】
以下、実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0030】
<実施例>
高分子フィルムに厚さ8μmの銅箔を張り合わせた銅張積層板を被検試料とし、本法を用いて高分子フィルムの膜厚を測定した。
【0031】
先ず、銅箔側を測定面(試料面)とし、X線回折装置の光学系の基準位置に対し、試料面の高さ(法線方向)を25μmずつ変位させてX線回折測定を行った。図4に、各試料面高さにおけるCuの(111)面に由来する回折ピークの測定結果を示す。基準位置からの試料面の変位量が大きくなるほど、回折ピークの回折角が低角度側に変化していくことが分かる。また、図5に、回析ピーク位置xに対する試料面の下方移動量yの関係を示すグラフを示す。回折ピーク位置xと試料面の下方移動量(試料高さ変位量)yは、ほぼ直線的に変化することが分かる。この関係式を最小二乗法により導出したところ、y=−1430.7x+62132であり、決定係数(相関係数の2乗)Rは0.9974であった。
【0032】
次に、高分子フィルム側を測定面(試料面)とし、試料面の高さをX線回折装置の光学系の基準位置に合わせてX線回折測定を行った。図6に、高分子フィルム側を測定面としたときの回折ピークの測定結果を示す。図6に示す回折ピークは、高分子フィルムにX線を透過させて金属銅を測定した結果であり、その回折ピークの回折角は43.385°であった。
【0033】
そして、銅箔側を測定面として導出された関係式に、高分子フィルム側を測定面とした回折ピーク位置を代入して算出した結果、高分子フィルムの厚みは61.1μmであった。なお、本法により厚みを計測するのに要した時間は15分であった。
【0034】
<比較例>
実施例で用いた被検試料について断面加工を施し、顕微鏡を用いて計測した。その結果、高分子フィルムの厚みは約60μmであることが確認された。なお、断面加工に要した時間は30分、観察及び計測に要した時間は20分であった。
【0035】
以上説明したように、本法を用いることにより、試料を破壊することなく、簡便に高分子フィルムの厚みを計測することがきることが分かった。
図1
図2
図3
図4
図5
図6