膜厚測定装置及び膜厚測定方法
【課題】エッチングを行うことなく膜厚を簡易に測定することができる膜厚測定装置及び膜厚測定方法を提供する。
【解決手段】膜厚測定装置は、基板Ｓ上に形成された膜Ｓ１の膜面の一部を切削して基板面を露出させる切削部１と、露出された基板面と膜面との段差を測定して前記膜の膜厚を測定する測定部とを備えた膜厚測定装置であって、切削部は、膜面を切削する刃２１が設置された刃部２０と、前記刃部２０を移動させる移動手段と、前記刃２１を基板側に押圧する押圧手段とを備え、該押圧手段により刃２１が基板Ｓ側に押圧された状態で該刃部２０を移動させて膜面の一部を切削する。
【解決手段】膜厚測定装置は、基板Ｓ上に形成された膜Ｓ１の膜面の一部を切削して基板面を露出させる切削部１と、露出された基板面と膜面との段差を測定して前記膜の膜厚を測定する測定部とを備えた膜厚測定装置であって、切削部は、膜面を切削する刃２１が設置された刃部２０と、前記刃部２０を移動させる移動手段と、前記刃２１を基板側に押圧する押圧手段とを備え、該押圧手段により刃２１が基板Ｓ側に押圧された状態で該刃部２０を移動させて膜面の一部を切削する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は膜厚測定装置及び膜厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、膜厚の測定方法としては、集束イオンビーム装置を用いた膜厚測定方法において、薄膜の表面に荷電粒子を照射することによって薄膜をエッチングするエッチング過程と、このエッチング過程で前記薄膜から放出される二次荷電粒子の強度の経時変化を測定する測定過程と、強度が急激に変化する点を用いて、薄膜のエッチング時間を算出する演算過程と、エッチング時間を用いて前記薄膜の膜厚を判断する判断過程とを有するものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このように、従来の膜厚の測定方法では、例えば基板を一度エッチング装置に搬送してエッチングをし、エッチング後膜厚測定装置に搬送して膜厚を検出していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第００／６５３０６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このように膜厚を測定するのでは、エッチングを別工程で行うために測定時間がかかり、その結果製造コストがかかるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、エッチングを行うことなく膜厚を簡易に測定することができる膜厚測定装置及び膜厚測定方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の膜厚測定装置は、基板上に形成された膜の膜面の一部を切削して基板面を露出させる切削部と、露出された基板面と膜面との段差を測定して前記膜の膜厚を測定する測定部とを備えた膜厚測定装置であって、前記切削部は、膜面を切削する刃が設置された刃部と、前記刃部を移動させる移動手段と、前記刃を基板側に押圧する押圧手段とを備え、該押圧手段により刃部が基板側に押圧された状態で該刃部を移動させて膜面の一部を切削することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、切削部により膜面を切削して除去できるので、エッチングを行うことなく膜厚を簡易に測定することができる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態としては、前記移動手段が、モーターと、該モーターに接続された回転軸とを備え、前記刃部が該回転軸の回動に伴って回動して移動するように構成されていることが挙げられる。
【００１０】
前記刃は、前記刃部から着脱自在であることが好ましい。着脱自在であることにより、膜や基板の種類に合わせて刃を好ましいものに適宜変更できる。
【００１１】
前記刃部が円柱状であることが好ましい。刃部が円柱状であることで、仮に刃部が切削されたとしても面全体で均一に均等に削れて刃部と膜との接触面の面積が変わらないので刃部の押圧力が常に均一になる。
【００１２】
前記刃部が、圧縮空気が導入される導入口を備えた筐体と、該筐体の底面に設けられた貫通孔と、該貫通孔に設置された取付部と、前記筐体の内部に前記導入口を介して圧縮空気を導入し、前記刃を押圧する前記押圧手段としての圧縮空気導入部とを備え、前記取付部には、その膜面側の一端に前記刃が設置されると共に、他端には前記貫通孔より径の大きい頭部が設けられていることが好ましい。このように構成されていることで、圧縮空気で刃部を押圧して膜面の切削を行うことができると共に、切削時に生じるパーティクルも吹き飛ばすことができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態としては、前記測定部が、支点で揺動可能であるように取り付けられた支持体と、該支持体の一端に設けられた探針と、前記支持体の一端に隣接して設けられ、前記探針の垂直方向での変位を検出する変位センサと、支持体の他端に設けられ、探針に垂直方向下向きの圧力を加える圧力発生装置とを備え、前記探針が捉えた膜面の表面形状を前記支持体の支点回りの回転運動により前記変位センサで測定することが挙げられる。
【００１４】
本発明の膜厚測定方法は、刃部を基板面に対して押圧し、押圧した状態で切削手段を移動させて基板上に形成された膜面の一部を切削して基板面を露出させる露出工程と、該露出された基板面と膜面との段差を測定して膜厚を測定する測定工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の膜厚測定装置及び膜厚測定方法によれば、エッチングを行うことなく膜厚を簡易に測定することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係る切削部を示す図。
【図２】スクライブ部の拡大断面図。
【図３】触針式段差計の構成を示す概略部分断面図及び制御部の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について、図１〜３を用いて説明する。
本発明の膜厚測定装置は、例えば、基板上に成膜された膜の膜厚を複数箇所で測定し、所望の膜厚で基板全面に膜が形成されているかを調べるために用いられるものである。膜厚測定装置は、基板上に形成された膜の膜面の一部を切削手段により切削して基板面を露出させる切削部と、露出された基板面と膜面との段差を測定する測定部とを備える。
【００１８】
切削部について図１を用いて説明する。
切削部１は、支持台１１を備える。支持台１１は、その内部に後述するスクライブ部２０が収納された状態でモーター１２を支持するためのものであり、切削対象である成膜後の基板Ｓの膜Ｓ１上に載置される。本実施形態における基板Ｓに成膜された膜Ｓ１は、例えば太陽電池素子に用いられる電極膜であり、厚さが非常に薄い（１００ｎｍ〜１４０ｎｍ）。支持台１１上には、モーター１２が載置される。モーター１２は、図示しない駆動手段により駆動される。このモーター１２には、モーター１２の駆動により回転する回転軸１３が設けられている。この回転軸１３は、支持台１１に設けられた貫通孔１４から支持台１１の内部へ挿入されており、自在に回転することができる。回転軸１３の他端側は、図示しない軸受けを介して回転軸支持部１５が設けられている。この回転軸支持部１５も切削対象である成膜後の基板Ｓの膜Ｓ１上に載置されており、これにより本実施形態の切削部１は安定して膜Ｓ１上に載置される。
【００１９】
回転軸１３の中央部には、回転軸１３と共に回転する接続板１６が設けられている。接続板１６の回転軸とは逆側には、スクライブ部（刃部）２０が接続板１６に固定されている。スクライブ部２０の膜面側の先端にはスクライブ刃（刃）２１が設けられている。モーター１２の駆動により回転軸１３が回転すると、この回転に追従して接続板１６が回転軸１３を軸中心として回転する。これにより、接続板１６の他端側に設けられたスクライブ部２０も回転軸１３を軸中心として回転するので、スクライブ刃２１が、回転軸１３を軸中心とした円弧状に移動して膜Ｓ１を切削する。
【００２０】
スクライブ部２０について、図２を用いて説明する。
図２に示すように、スクライブ部２０は、筐体２２を有する。筐体２２は、接続板１６に設けられた開口２３に嵌合されており、筐体２２の壁面の上端部にはフランジ部２４が形成されている。このフランジ部２４が接続板１６の開口２３の外周に載置されている。また、筐体２２のフランジ部２４上には、筐体２２の蓋部２５が載置されている。蓋部２５は、接続板１６に筐体２２のフランジ部２４と共に図示しないネジなどの固定部材で固定されて筐体２２が封止されている。
【００２１】
筐体２２の底面部には、筐体開口２６が形成されている。筐体開口２６には、柱状の支持部２７が嵌合されている。支持部２７の上部には、支持フランジ部２８が形成されて、支持フランジ部２８が筐体開口２６の周囲に載置されている。支持フランジ部２８は、図示しないネジなどの固定部材により筐体２２に固定されている。
【００２２】
支持部２７には、支持部貫通孔２９が形成されている。この支持部貫通孔２９には、スクライブ刃２１がその一端側に取り付けられた取付部材３０に挿入されている。取付部材３０は、支持部貫通孔２９に対して若干径が小さく、支持部貫通孔２９内を移動可能となるように構成されている。
【００２３】
支持部貫通孔２９には段差部３１が形成されており、支持部貫通孔２９の内径は、この段差部３１で上部開口側に比べて下部開口側は小さくなるように形成されている。取付部材３０のスクライブ刃２１とは逆側には、取付部材３０よりも外形の大きい平板部（頭部）３２が設けられており、この平板部３２が段差部３１で支持されている。平板部３２は、バネ３３のバネ座としても機能している。バネ３３のバネ座とは逆側には押圧部３４が接続されている。この押圧部３４がバネ３３を押圧してバネ３３を下側に付勢している。押圧部３４は、支持部貫通孔２９の上部開口付近に設けられた嵌合溝３５に螺合しており、この押圧部３４をどの程度支持部貫通孔２９に挿入するかで、バネ３３の付勢力を決定することができる。
【００２４】
このように、押圧部３４でバネ３３を押圧することで、スクライブ刃２１は、取付部材３０と共に膜方向に一定の力で押圧されている。このように一定の力で押圧することで、膜Ｓ１を一定の力で切削することが可能である。
【００２５】
このような切削部１では、モーター１２を駆動して回転軸１３を回転させることで、スクライブ部２０を回転軸１３を軸中心として回動させる。この時にスクライブ部２０では、押圧部３４によりバネ３３が押圧されていることによりスクライブ刃２１が所望の押圧力で垂直下方に押圧されて膜Ｓ１面に接触している。そして、この接触によりスクライブ刃２１には垂直上方の力が生じる。この状態で、スクライブ部２０が上述のように回転軸１３を軸中心として回動することで、スクライブ刃２１が膜Ｓ１面を切削して溝Ｓ２を形成する。この溝Ｓ２が膜Ｓ１の膜厚方向に亘って形成されると、即ち膜Ｓ１が溝Ｓ２において全て切削されると、切削部１は切削を終了する。
【００２６】
この場合に、スクライブ刃２１は、本実施形態では円柱状である。このようにスクライブ刃が柱状であることで、スクライブ刃２１を形成しやすいと共に、仮に押圧部３４により押圧されたスクライブ刃２１が削れたとしても、面全体で均一に均等に削れてスクライブ刃２１と膜Ｓ１との接触面の面積が変わらないので押圧力が常に均一になる。
【００２７】
また、スクライブ刃２１は、基板Ｓよりも硬度が低く、かつ、膜Ｓ１よりも硬度が高いことが好ましい。このようなスクライブ刃２１を用いることで、基板Ｓを傷つけることなく、膜Ｓ１のみを正確に切削することができる。
【００２８】
基板Ｓとしては、例えばＳＵＳ基板、ガラス基板が挙げられ、本実施形態ではガラス基板である。膜Ｓ１としては、ＩＴＯ、アルミ、銅、モリブデンなどが挙げられるが、本実施形態では、モリブデンである。本実施形態の組み合わせでは、基板Ｓが膜Ｓ１よりも硬度が高い。
【００２９】
因みに、スクライブ刃２１は、基板Ｓよりも硬度が低く、かつ、膜Ｓ１よりも硬度が高いことが好ましいが、スクライブ刃２１が膜Ｓ１よりも硬度が多少低くても膜Ｓ１の膜厚が薄いために除去することは可能である。
【００３０】
膜Ｓ１を厚さ方向において基板Ｓから完全に除去できたかどうかは、膜Ｓ１と基板Ｓとの色が異なる場合には、例えば目視や撮影装置により判断してもよい。ただし、透明であるＩＴＯ膜等を基板Ｓから除去する場合には、目視等により確認することが困難である。従って、膜Ｓ１がＩＴＯ膜である場合には、スクライブ部２０を回転軸１３を軸中心として回転させて膜Ｓ１を切削して膜Ｓ１から島状に測定部を切削する。この島状部と膜Ｓ１との間に電圧を印加し抵抗値を測定しながら切削を行う。そして、抵抗値の急激な上昇を検出したら、島状部が周囲の膜Ｓ１から完全に切り抜かれたと判断することができる。このように膜Ｓ１のみを切削するように構成することで、透明な膜であっても膜のみを切削することができる。
【００３１】
また、スクライブ刃２１を取付部材３０から着脱可能、即ち取り替え可能であるように構成してもよい。即ち、スクライブ刃２１は、膜や基板の種類に合わせて適宜変更して取付部材３０に取り付けられるように構成されていてもよい。
【００３２】
次に、測定部について図３を用いて説明する。
図３（１）に示すように、測定部２は、触針式段差計である。測定部２は、固定支持台１０１を有する。固定支持台１０１の上には、支点１０２を介して揺動支持棒１０３が設けられ、この揺動支持棒１０３の一端には探針１０４が垂直下向きに取り付けられている。探針１０４はその先端はダイヤモンドで構成され、また先端の半径は一般的には２．５μｍであるが、それより大きくても小さくてもよい。
【００３３】
また、揺動支持棒１０３の他端には探針１０４を垂直下方の力で押圧する針押圧手段１０５が設けられている。この針押圧手段１０５は、揺動支持棒１０３の他端から上方へ伸びる磁性体コアからなる作動子１０５ａと作動子１０５ａを受ける穴をもつコイル１０５ｂとで構成されている。揺動支持棒１０３の一端における探針１０４より支点１０２側には、探針１０４の垂直方向の変位を検出する変位センサ１０６が設けられている。この変位センサ１０６は揺動支持棒１０３に一端が固定された磁性体コアからなる測定子１０６ａと測定子１０６ａの他端すなわち自由端を受けるコイル１０６ｂとを備え、いわゆる差動トランスとして構成されている。
【００３４】
また、試料ホルダー１０７は、その上に走査ステージ１０８が探針１０４に対して予定の走査速度で移動できるように設けられ、この走査ステージ１０８上には被測定試料１０９が載置される。針押圧手段１０５及び探針１０４の垂直方向の変位を検出する変位センサ１０６は制御手段１１０に接続され、この制御手段１１０には段差を検出する検出手段である変位センサ１０６からの出力信号が入力される。なお、本実施形態の装置において被測定試料１０９を固定して探針側を走査するように構成することも可能である。
【００３５】
図３（２）を用いて制御手段について詳細に説明する。制御手段１１０は、低域通過フィルタである検出回路１２１を備える。検出回路１２１には、変位センサ１０６で測定した出力電圧が入力され、所定の測定データに変換される。制御手段１１０は、また、処理手段１２２を備える。処理手段１２２は、低域通過フィルタの機能をもつソフトウエアがインストールされている。この処理手段１２２は、変位センサ１０６で測定した出力電圧に基づいて、検出回路１２１により計測した測定データにおける試料表面形状の段差部及び平坦部に相当する領域データ部分の切り分け処理を行う。このような処理手段としては、例えばこのような処理を行うようにプログラムが入力されているコンピュータ装置が挙げられる。
【００３６】
具体的には、検出回路１２１は、探針１０４を試料に対して予定のｘ方向に一定の速度で掃引する際に変位センサ１０６で得られた測定電圧が入力される。検出回路１２１では、低域通過フィルタのカットオフ周波数を高く設定して（例えば７０Ｈｚ）あるので、入力された測定電圧データは、横軸ｘ方向の距離と縦軸ｚ方向の変位量とから成る応答性の良いデータとなる。そして、得られた応答性の良いデータを処理手段１２２に送出する。
【００３７】
処理手段１２２は、得られた横軸ｘ方向の距離と縦軸ｚ方向の変位量とから成るデータを、横軸方向の距離ｘ又は時間ｔで微分してｄｚ／ｄｘ又はｄｚ／ｄｔの値を得る。そして、ｄｚ／ｄｘ又はｄｚ／ｄｔが一定の部分と変位する部分とから、横軸ｘ方向の距離と縦軸ｚ方向の変位量とから成るデータを立上り領域データ部分と、平坦部領域データ部分と、立下り領域データ部分とに分ける。
【００３８】
次いで、処理手段１２２は、平坦部領域データ部分をさらに検出回路の低域通過フィルタのカットオフ周波数より低い１〜１３Ｈｚ程度のソフトの低域通過フィルタで処理し、雑音を除去する。こうして処理した平坦部領域データ部分を立上り領域データ部分及び立下り領域データ部分とに結合すると、段差形状データを得る。このようにして、段差部での応答が速く、平坦部での雑音が小さい段差形状測定結果が得られる。そして、段差形状データの時間軸をｘ方向への距離に換算すれば、段差形状、即ち膜厚を得ることができる。
【００３９】
このようにして、本実施形態の測定部２によれば、切削部１により切削された膜の膜厚を正確に測定することが可能である。
【００４０】
このように、本実施形態の膜厚測定装置においては、切削部１を用いることで、測定対象である膜Ｓ１をエッチングなどを行うことなく、短時間で除去し、この除去された部分を測定部２を用いて膜厚を測定することで、簡易に、かつ正確に膜厚を測定することが可能である。
【００４１】
本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、回転軸のモーターとは逆側の端部に板状部材を設け、この板状部材に一対のスクライブ刃を設ける。そして、モーターの駆動時により回転軸が回転すると、板状部材も回転軸を軸中心として回転してスクライブ刃により膜を切削することができるように構成してもよい。
【００４２】
上述した実施形態では、押圧部３４を移動させることでバネ３３の付勢力を変更したが、スクライブ刃２１の押圧手段としてはこれに限定されない。例えば、筐体２２内のバネ３３をエアシリンダーにより押圧するように構成してもよい。
【００４３】
また、押圧部３４及びバネ３３を設けずに、筐体２２内に圧縮空気を導入してこの圧縮空気により取付部材３０自体を押圧することでスクライブ刃２１を膜面に押圧するように構成してもよい。即ち、圧縮空気を導入する圧縮空気導入部と、該圧縮空気導入部から導入された圧縮空気が筐体２２内に流入する導入口とを設け、取付部材３０を圧縮空気により押圧することができるように構成してもよい。
【００４４】
このように取付部材３０を圧縮空気により押圧すると、スクライブ刃２１は膜面に押しつけられ、これにより膜面を切削することができる。この場合に、スクライブ刃２１の膜面からの押し戻しにより、段差部３１と取付部材３０の平板部３２との間に間隙が生じる。この間隙を介して圧縮された空気がスクライブ刃２１側へ送気されるので、これによりスクライブ刃２１への圧力を調整しながらスクライブ時に生じたパーティクルを吹き飛ばすことができる。また、逆に圧縮空気を吸引することにより、取付部材３０を移動させて段差部３１と平板部３２との間に間隙を生じさせる。この間隙を介して圧縮された空気を吸引するので、これによりスクライブ刃２１への圧力を調整しながらスクライブ時に生じたパーティクルを吸引することができる。
【００４５】
上述した実施形態では、測定部２については走査ステージ１０８が移動するものを示したが、これに限定されない。特に、基板が大型になる場合には、探針１０４が移動するものを用いた方が好ましい。このようなものとしては、例えば固定支持台１０１を、移動自在な支持台とし、この支持台自体を揺動支持棒１０３を保持しながら移動させて、探針１０４を所望の位置に設置した後に膜厚測定を行っても良い。
【００４６】
上述した実施形態では、スクライブ部２０は回転軸１３を中心として回動させたがこれに限定されない。例えば、スクライブ部２０を一定方向に移動させて膜Ｓ１に直線状の溝を形成してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１ 切削部
２ 測定部
１１ 支持台
１２ モーター
１３ 回転軸
１４ 貫通孔
１５ 回転軸支持部
１６ 接続板
２０ スクライブ部
２１ スクライブ刃
２２ 筐体
２３ 開口
２４ フランジ部
２５ 蓋部
２６ 筐体開口
２７ 支持部
２８ 支持フランジ部
２９ 支持部貫通孔
３０ 取付部材
３１ 段差部
３２ 平板部
３３ バネ
３４ 押圧部
３５ 嵌合溝
１０１ 固定支持台
１０２ 支点
１０３ 揺動支持棒
１０４ 探針
１０５ 針押圧手段
１０５ａ 作動子
１０５ｂ コイル
１０６ 変位センサ
１０６ａ 測定子
１０６ｂ コイル
１０７ 試料ホルダー
１０８ 走査ステージ
１０９ 被測定試料
１１０ 制御手段
１２１ 検出回路
１２２ 処理手段
Ｓ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は膜厚測定装置及び膜厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、膜厚の測定方法としては、集束イオンビーム装置を用いた膜厚測定方法において、薄膜の表面に荷電粒子を照射することによって薄膜をエッチングするエッチング過程と、このエッチング過程で前記薄膜から放出される二次荷電粒子の強度の経時変化を測定する測定過程と、強度が急激に変化する点を用いて、薄膜のエッチング時間を算出する演算過程と、エッチング時間を用いて前記薄膜の膜厚を判断する判断過程とを有するものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このように、従来の膜厚の測定方法では、例えば基板を一度エッチング装置に搬送してエッチングをし、エッチング後膜厚測定装置に搬送して膜厚を検出していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第００／６５３０６号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このように膜厚を測定するのでは、エッチングを別工程で行うために測定時間がかかり、その結果製造コストがかかるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、エッチングを行うことなく膜厚を簡易に測定することができる膜厚測定装置及び膜厚測定方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の膜厚測定装置は、基板上に形成された膜の膜面の一部を切削して基板面を露出させる切削部と、露出された基板面と膜面との段差を測定して前記膜の膜厚を測定する測定部とを備えた膜厚測定装置であって、前記切削部は、膜面を切削する刃が設置された刃部と、前記刃部を移動させる移動手段と、前記刃を基板側に押圧する押圧手段とを備え、該押圧手段により刃部が基板側に押圧された状態で該刃部を移動させて膜面の一部を切削することを特徴とする。
【０００８】
本発明では、切削部により膜面を切削して除去できるので、エッチングを行うことなく膜厚を簡易に測定することができる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態としては、前記移動手段が、モーターと、該モーターに接続された回転軸とを備え、前記刃部が該回転軸の回動に伴って回動して移動するように構成されていることが挙げられる。
【００１０】
前記刃は、前記刃部から着脱自在であることが好ましい。着脱自在であることにより、膜や基板の種類に合わせて刃を好ましいものに適宜変更できる。
【００１１】
前記刃部が円柱状であることが好ましい。刃部が円柱状であることで、仮に刃部が切削されたとしても面全体で均一に均等に削れて刃部と膜との接触面の面積が変わらないので刃部の押圧力が常に均一になる。
【００１２】
前記刃部が、圧縮空気が導入される導入口を備えた筐体と、該筐体の底面に設けられた貫通孔と、該貫通孔に設置された取付部と、前記筐体の内部に前記導入口を介して圧縮空気を導入し、前記刃を押圧する前記押圧手段としての圧縮空気導入部とを備え、前記取付部には、その膜面側の一端に前記刃が設置されると共に、他端には前記貫通孔より径の大きい頭部が設けられていることが好ましい。このように構成されていることで、圧縮空気で刃部を押圧して膜面の切削を行うことができると共に、切削時に生じるパーティクルも吹き飛ばすことができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態としては、前記測定部が、支点で揺動可能であるように取り付けられた支持体と、該支持体の一端に設けられた探針と、前記支持体の一端に隣接して設けられ、前記探針の垂直方向での変位を検出する変位センサと、支持体の他端に設けられ、探針に垂直方向下向きの圧力を加える圧力発生装置とを備え、前記探針が捉えた膜面の表面形状を前記支持体の支点回りの回転運動により前記変位センサで測定することが挙げられる。
【００１４】
本発明の膜厚測定方法は、刃部を基板面に対して押圧し、押圧した状態で切削手段を移動させて基板上に形成された膜面の一部を切削して基板面を露出させる露出工程と、該露出された基板面と膜面との段差を測定して膜厚を測定する測定工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の膜厚測定装置及び膜厚測定方法によれば、エッチングを行うことなく膜厚を簡易に測定することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態に係る切削部を示す図。
【図２】スクライブ部の拡大断面図。
【図３】触針式段差計の構成を示す概略部分断面図及び制御部の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について、図１〜３を用いて説明する。
本発明の膜厚測定装置は、例えば、基板上に成膜された膜の膜厚を複数箇所で測定し、所望の膜厚で基板全面に膜が形成されているかを調べるために用いられるものである。膜厚測定装置は、基板上に形成された膜の膜面の一部を切削手段により切削して基板面を露出させる切削部と、露出された基板面と膜面との段差を測定する測定部とを備える。
【００１８】
切削部について図１を用いて説明する。
切削部１は、支持台１１を備える。支持台１１は、その内部に後述するスクライブ部２０が収納された状態でモーター１２を支持するためのものであり、切削対象である成膜後の基板Ｓの膜Ｓ１上に載置される。本実施形態における基板Ｓに成膜された膜Ｓ１は、例えば太陽電池素子に用いられる電極膜であり、厚さが非常に薄い（１００ｎｍ〜１４０ｎｍ）。支持台１１上には、モーター１２が載置される。モーター１２は、図示しない駆動手段により駆動される。このモーター１２には、モーター１２の駆動により回転する回転軸１３が設けられている。この回転軸１３は、支持台１１に設けられた貫通孔１４から支持台１１の内部へ挿入されており、自在に回転することができる。回転軸１３の他端側は、図示しない軸受けを介して回転軸支持部１５が設けられている。この回転軸支持部１５も切削対象である成膜後の基板Ｓの膜Ｓ１上に載置されており、これにより本実施形態の切削部１は安定して膜Ｓ１上に載置される。
【００１９】
回転軸１３の中央部には、回転軸１３と共に回転する接続板１６が設けられている。接続板１６の回転軸とは逆側には、スクライブ部（刃部）２０が接続板１６に固定されている。スクライブ部２０の膜面側の先端にはスクライブ刃（刃）２１が設けられている。モーター１２の駆動により回転軸１３が回転すると、この回転に追従して接続板１６が回転軸１３を軸中心として回転する。これにより、接続板１６の他端側に設けられたスクライブ部２０も回転軸１３を軸中心として回転するので、スクライブ刃２１が、回転軸１３を軸中心とした円弧状に移動して膜Ｓ１を切削する。
【００２０】
スクライブ部２０について、図２を用いて説明する。
図２に示すように、スクライブ部２０は、筐体２２を有する。筐体２２は、接続板１６に設けられた開口２３に嵌合されており、筐体２２の壁面の上端部にはフランジ部２４が形成されている。このフランジ部２４が接続板１６の開口２３の外周に載置されている。また、筐体２２のフランジ部２４上には、筐体２２の蓋部２５が載置されている。蓋部２５は、接続板１６に筐体２２のフランジ部２４と共に図示しないネジなどの固定部材で固定されて筐体２２が封止されている。
【００２１】
筐体２２の底面部には、筐体開口２６が形成されている。筐体開口２６には、柱状の支持部２７が嵌合されている。支持部２７の上部には、支持フランジ部２８が形成されて、支持フランジ部２８が筐体開口２６の周囲に載置されている。支持フランジ部２８は、図示しないネジなどの固定部材により筐体２２に固定されている。
【００２２】
支持部２７には、支持部貫通孔２９が形成されている。この支持部貫通孔２９には、スクライブ刃２１がその一端側に取り付けられた取付部材３０に挿入されている。取付部材３０は、支持部貫通孔２９に対して若干径が小さく、支持部貫通孔２９内を移動可能となるように構成されている。
【００２３】
支持部貫通孔２９には段差部３１が形成されており、支持部貫通孔２９の内径は、この段差部３１で上部開口側に比べて下部開口側は小さくなるように形成されている。取付部材３０のスクライブ刃２１とは逆側には、取付部材３０よりも外形の大きい平板部（頭部）３２が設けられており、この平板部３２が段差部３１で支持されている。平板部３２は、バネ３３のバネ座としても機能している。バネ３３のバネ座とは逆側には押圧部３４が接続されている。この押圧部３４がバネ３３を押圧してバネ３３を下側に付勢している。押圧部３４は、支持部貫通孔２９の上部開口付近に設けられた嵌合溝３５に螺合しており、この押圧部３４をどの程度支持部貫通孔２９に挿入するかで、バネ３３の付勢力を決定することができる。
【００２４】
このように、押圧部３４でバネ３３を押圧することで、スクライブ刃２１は、取付部材３０と共に膜方向に一定の力で押圧されている。このように一定の力で押圧することで、膜Ｓ１を一定の力で切削することが可能である。
【００２５】
このような切削部１では、モーター１２を駆動して回転軸１３を回転させることで、スクライブ部２０を回転軸１３を軸中心として回動させる。この時にスクライブ部２０では、押圧部３４によりバネ３３が押圧されていることによりスクライブ刃２１が所望の押圧力で垂直下方に押圧されて膜Ｓ１面に接触している。そして、この接触によりスクライブ刃２１には垂直上方の力が生じる。この状態で、スクライブ部２０が上述のように回転軸１３を軸中心として回動することで、スクライブ刃２１が膜Ｓ１面を切削して溝Ｓ２を形成する。この溝Ｓ２が膜Ｓ１の膜厚方向に亘って形成されると、即ち膜Ｓ１が溝Ｓ２において全て切削されると、切削部１は切削を終了する。
【００２６】
この場合に、スクライブ刃２１は、本実施形態では円柱状である。このようにスクライブ刃が柱状であることで、スクライブ刃２１を形成しやすいと共に、仮に押圧部３４により押圧されたスクライブ刃２１が削れたとしても、面全体で均一に均等に削れてスクライブ刃２１と膜Ｓ１との接触面の面積が変わらないので押圧力が常に均一になる。
【００２７】
また、スクライブ刃２１は、基板Ｓよりも硬度が低く、かつ、膜Ｓ１よりも硬度が高いことが好ましい。このようなスクライブ刃２１を用いることで、基板Ｓを傷つけることなく、膜Ｓ１のみを正確に切削することができる。
【００２８】
基板Ｓとしては、例えばＳＵＳ基板、ガラス基板が挙げられ、本実施形態ではガラス基板である。膜Ｓ１としては、ＩＴＯ、アルミ、銅、モリブデンなどが挙げられるが、本実施形態では、モリブデンである。本実施形態の組み合わせでは、基板Ｓが膜Ｓ１よりも硬度が高い。
【００２９】
因みに、スクライブ刃２１は、基板Ｓよりも硬度が低く、かつ、膜Ｓ１よりも硬度が高いことが好ましいが、スクライブ刃２１が膜Ｓ１よりも硬度が多少低くても膜Ｓ１の膜厚が薄いために除去することは可能である。
【００３０】
膜Ｓ１を厚さ方向において基板Ｓから完全に除去できたかどうかは、膜Ｓ１と基板Ｓとの色が異なる場合には、例えば目視や撮影装置により判断してもよい。ただし、透明であるＩＴＯ膜等を基板Ｓから除去する場合には、目視等により確認することが困難である。従って、膜Ｓ１がＩＴＯ膜である場合には、スクライブ部２０を回転軸１３を軸中心として回転させて膜Ｓ１を切削して膜Ｓ１から島状に測定部を切削する。この島状部と膜Ｓ１との間に電圧を印加し抵抗値を測定しながら切削を行う。そして、抵抗値の急激な上昇を検出したら、島状部が周囲の膜Ｓ１から完全に切り抜かれたと判断することができる。このように膜Ｓ１のみを切削するように構成することで、透明な膜であっても膜のみを切削することができる。
【００３１】
また、スクライブ刃２１を取付部材３０から着脱可能、即ち取り替え可能であるように構成してもよい。即ち、スクライブ刃２１は、膜や基板の種類に合わせて適宜変更して取付部材３０に取り付けられるように構成されていてもよい。
【００３２】
次に、測定部について図３を用いて説明する。
図３（１）に示すように、測定部２は、触針式段差計である。測定部２は、固定支持台１０１を有する。固定支持台１０１の上には、支点１０２を介して揺動支持棒１０３が設けられ、この揺動支持棒１０３の一端には探針１０４が垂直下向きに取り付けられている。探針１０４はその先端はダイヤモンドで構成され、また先端の半径は一般的には２．５μｍであるが、それより大きくても小さくてもよい。
【００３３】
また、揺動支持棒１０３の他端には探針１０４を垂直下方の力で押圧する針押圧手段１０５が設けられている。この針押圧手段１０５は、揺動支持棒１０３の他端から上方へ伸びる磁性体コアからなる作動子１０５ａと作動子１０５ａを受ける穴をもつコイル１０５ｂとで構成されている。揺動支持棒１０３の一端における探針１０４より支点１０２側には、探針１０４の垂直方向の変位を検出する変位センサ１０６が設けられている。この変位センサ１０６は揺動支持棒１０３に一端が固定された磁性体コアからなる測定子１０６ａと測定子１０６ａの他端すなわち自由端を受けるコイル１０６ｂとを備え、いわゆる差動トランスとして構成されている。
【００３４】
また、試料ホルダー１０７は、その上に走査ステージ１０８が探針１０４に対して予定の走査速度で移動できるように設けられ、この走査ステージ１０８上には被測定試料１０９が載置される。針押圧手段１０５及び探針１０４の垂直方向の変位を検出する変位センサ１０６は制御手段１１０に接続され、この制御手段１１０には段差を検出する検出手段である変位センサ１０６からの出力信号が入力される。なお、本実施形態の装置において被測定試料１０９を固定して探針側を走査するように構成することも可能である。
【００３５】
図３（２）を用いて制御手段について詳細に説明する。制御手段１１０は、低域通過フィルタである検出回路１２１を備える。検出回路１２１には、変位センサ１０６で測定した出力電圧が入力され、所定の測定データに変換される。制御手段１１０は、また、処理手段１２２を備える。処理手段１２２は、低域通過フィルタの機能をもつソフトウエアがインストールされている。この処理手段１２２は、変位センサ１０６で測定した出力電圧に基づいて、検出回路１２１により計測した測定データにおける試料表面形状の段差部及び平坦部に相当する領域データ部分の切り分け処理を行う。このような処理手段としては、例えばこのような処理を行うようにプログラムが入力されているコンピュータ装置が挙げられる。
【００３６】
具体的には、検出回路１２１は、探針１０４を試料に対して予定のｘ方向に一定の速度で掃引する際に変位センサ１０６で得られた測定電圧が入力される。検出回路１２１では、低域通過フィルタのカットオフ周波数を高く設定して（例えば７０Ｈｚ）あるので、入力された測定電圧データは、横軸ｘ方向の距離と縦軸ｚ方向の変位量とから成る応答性の良いデータとなる。そして、得られた応答性の良いデータを処理手段１２２に送出する。
【００３７】
処理手段１２２は、得られた横軸ｘ方向の距離と縦軸ｚ方向の変位量とから成るデータを、横軸方向の距離ｘ又は時間ｔで微分してｄｚ／ｄｘ又はｄｚ／ｄｔの値を得る。そして、ｄｚ／ｄｘ又はｄｚ／ｄｔが一定の部分と変位する部分とから、横軸ｘ方向の距離と縦軸ｚ方向の変位量とから成るデータを立上り領域データ部分と、平坦部領域データ部分と、立下り領域データ部分とに分ける。
【００３８】
次いで、処理手段１２２は、平坦部領域データ部分をさらに検出回路の低域通過フィルタのカットオフ周波数より低い１〜１３Ｈｚ程度のソフトの低域通過フィルタで処理し、雑音を除去する。こうして処理した平坦部領域データ部分を立上り領域データ部分及び立下り領域データ部分とに結合すると、段差形状データを得る。このようにして、段差部での応答が速く、平坦部での雑音が小さい段差形状測定結果が得られる。そして、段差形状データの時間軸をｘ方向への距離に換算すれば、段差形状、即ち膜厚を得ることができる。
【００３９】
このようにして、本実施形態の測定部２によれば、切削部１により切削された膜の膜厚を正確に測定することが可能である。
【００４０】
このように、本実施形態の膜厚測定装置においては、切削部１を用いることで、測定対象である膜Ｓ１をエッチングなどを行うことなく、短時間で除去し、この除去された部分を測定部２を用いて膜厚を測定することで、簡易に、かつ正確に膜厚を測定することが可能である。
【００４１】
本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、回転軸のモーターとは逆側の端部に板状部材を設け、この板状部材に一対のスクライブ刃を設ける。そして、モーターの駆動時により回転軸が回転すると、板状部材も回転軸を軸中心として回転してスクライブ刃により膜を切削することができるように構成してもよい。
【００４２】
上述した実施形態では、押圧部３４を移動させることでバネ３３の付勢力を変更したが、スクライブ刃２１の押圧手段としてはこれに限定されない。例えば、筐体２２内のバネ３３をエアシリンダーにより押圧するように構成してもよい。
【００４３】
また、押圧部３４及びバネ３３を設けずに、筐体２２内に圧縮空気を導入してこの圧縮空気により取付部材３０自体を押圧することでスクライブ刃２１を膜面に押圧するように構成してもよい。即ち、圧縮空気を導入する圧縮空気導入部と、該圧縮空気導入部から導入された圧縮空気が筐体２２内に流入する導入口とを設け、取付部材３０を圧縮空気により押圧することができるように構成してもよい。
【００４４】
このように取付部材３０を圧縮空気により押圧すると、スクライブ刃２１は膜面に押しつけられ、これにより膜面を切削することができる。この場合に、スクライブ刃２１の膜面からの押し戻しにより、段差部３１と取付部材３０の平板部３２との間に間隙が生じる。この間隙を介して圧縮された空気がスクライブ刃２１側へ送気されるので、これによりスクライブ刃２１への圧力を調整しながらスクライブ時に生じたパーティクルを吹き飛ばすことができる。また、逆に圧縮空気を吸引することにより、取付部材３０を移動させて段差部３１と平板部３２との間に間隙を生じさせる。この間隙を介して圧縮された空気を吸引するので、これによりスクライブ刃２１への圧力を調整しながらスクライブ時に生じたパーティクルを吸引することができる。
【００４５】
上述した実施形態では、測定部２については走査ステージ１０８が移動するものを示したが、これに限定されない。特に、基板が大型になる場合には、探針１０４が移動するものを用いた方が好ましい。このようなものとしては、例えば固定支持台１０１を、移動自在な支持台とし、この支持台自体を揺動支持棒１０３を保持しながら移動させて、探針１０４を所望の位置に設置した後に膜厚測定を行っても良い。
【００４６】
上述した実施形態では、スクライブ部２０は回転軸１３を中心として回動させたがこれに限定されない。例えば、スクライブ部２０を一定方向に移動させて膜Ｓ１に直線状の溝を形成してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１ 切削部
２ 測定部
１１ 支持台
１２ モーター
１３ 回転軸
１４ 貫通孔
１５ 回転軸支持部
１６ 接続板
２０ スクライブ部
２１ スクライブ刃
２２ 筐体
２３ 開口
２４ フランジ部
２５ 蓋部
２６ 筐体開口
２７ 支持部
２８ 支持フランジ部
２９ 支持部貫通孔
３０ 取付部材
３１ 段差部
３２ 平板部
３３ バネ
３４ 押圧部
３５ 嵌合溝
１０１ 固定支持台
１０２ 支点
１０３ 揺動支持棒
１０４ 探針
１０５ 針押圧手段
１０５ａ 作動子
１０５ｂ コイル
１０６ 変位センサ
１０６ａ 測定子
１０６ｂ コイル
１０７ 試料ホルダー
１０８ 走査ステージ
１０９ 被測定試料
１１０ 制御手段
１２１ 検出回路
１２２ 処理手段
Ｓ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された膜の膜面の一部を切削して基板面を露出させる切削部と、
露出された基板面と膜面との段差を測定して前記膜の膜厚を測定する測定部とを備えた膜厚測定装置であって、
前記切削部は、膜面を切削する刃が設置された刃部と、前記刃部を移動させる移動手段と、前記刃を基板側に押圧する押圧手段とを備え、該押圧手段により刃が基板側に押圧された状態で前記刃部を移動させて膜面の一部を切削することを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項２】
前記移動手段が、モーターと、該モーターに接続された回転軸とを備え、前記刃部が該回転軸の回動に伴って回動して移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記刃は、前記刃部から着脱自在であることを特徴とする請求項１又は２に記載の膜厚測定装置。
【請求項４】
前記刃が円柱状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項５】
前記刃部が、圧縮空気が導入される導入口を備えた筐体と、該筐体の底面に設けられた貫通孔と、該貫通孔に設置された取付部と、前記筐体の内部に前記導入口を介して圧縮空気を導入し、前記刃を押圧する前記押圧手段としての圧縮空気導入部とを備え、
前記取付部には、その膜面側の一端に前記刃が設置されると共に、他端には前記貫通孔より径の大きい頭部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項６】
前記測定部が、支点で揺動可能であるように取り付けられた支持体と、該支持体の一端に設けられた探針と、前記支持体の一端に隣接して設けられ、前記探針の垂直方向での変位を検出する変位センサと、支持体の他端に設けられ、探針に垂直方向下向きの圧力を加える圧力発生装置とを備え、
前記探針が捉えた膜面の表面形状を前記支持体の支点回りの回転運動により前記変位センサで測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項７】
刃部を基板面に対して押圧し、押圧した状態で切削手段を移動させて基板上に形成された膜面の一部を切削して基板面を露出させる露出工程と、
該露出された基板面と膜面との段差を測定して膜厚を測定する測定工程とを備えたことを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項１】
基板上に形成された膜の膜面の一部を切削して基板面を露出させる切削部と、
露出された基板面と膜面との段差を測定して前記膜の膜厚を測定する測定部とを備えた膜厚測定装置であって、
前記切削部は、膜面を切削する刃が設置された刃部と、前記刃部を移動させる移動手段と、前記刃を基板側に押圧する押圧手段とを備え、該押圧手段により刃が基板側に押圧された状態で前記刃部を移動させて膜面の一部を切削することを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項２】
前記移動手段が、モーターと、該モーターに接続された回転軸とを備え、前記刃部が該回転軸の回動に伴って回動して移動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記刃は、前記刃部から着脱自在であることを特徴とする請求項１又は２に記載の膜厚測定装置。
【請求項４】
前記刃が円柱状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項５】
前記刃部が、圧縮空気が導入される導入口を備えた筐体と、該筐体の底面に設けられた貫通孔と、該貫通孔に設置された取付部と、前記筐体の内部に前記導入口を介して圧縮空気を導入し、前記刃を押圧する前記押圧手段としての圧縮空気導入部とを備え、
前記取付部には、その膜面側の一端に前記刃が設置されると共に、他端には前記貫通孔より径の大きい頭部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項６】
前記測定部が、支点で揺動可能であるように取り付けられた支持体と、該支持体の一端に設けられた探針と、前記支持体の一端に隣接して設けられ、前記探針の垂直方向での変位を検出する変位センサと、支持体の他端に設けられ、探針に垂直方向下向きの圧力を加える圧力発生装置とを備え、
前記探針が捉えた膜面の表面形状を前記支持体の支点回りの回転運動により前記変位センサで測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の膜厚測定装置。
【請求項７】
刃部を基板面に対して押圧し、押圧した状態で切削手段を移動させて基板上に形成された膜面の一部を切削して基板面を露出させる露出工程と、
該露出された基板面と膜面との段差を測定して膜厚を測定する測定工程とを備えたことを特徴とする膜厚測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１５３２３（Ｐ２０１３−１５３２３Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４６２１２（Ｐ２０１１−１４６２１２）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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