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JP7784717B2 - Film Thickness Measurement Device - Google Patents
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JP7784717B2 - Film Thickness Measurement Device - Google Patents

Film Thickness Measurement Device

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JP7784717B2
JP7784717B2 JP2022040386A JP2022040386A JP7784717B2 JP 7784717 B2 JP7784717 B2 JP 7784717B2 JP 2022040386 A JP2022040386 A JP 2022040386A JP 2022040386 A JP2022040386 A JP 2022040386A JP 7784717 B2 JP7784717 B2 JP 7784717B2
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Description

本発明は、シリコンウエハ等の表面に発生する表面酸化膜、プリント印刷基板の銅箔の表面の有機薄膜、表面酸化膜、半田処理により形成される表面酸化膜等の定量分析を行うための膜厚測定装置および膜厚測定方法に関するものである。また、表面有機薄膜、表面酸化膜を容易に除去する被膜除去装置および被膜除去方法に関するものである。また、電気化学還元に用いる電極等のヘッドに関するものである。 The present invention relates to a film thickness measurement device and method for quantitatively analyzing surface oxide films that form on the surface of silicon wafers and the like, organic thin films on the copper foil surface of printed circuit boards, surface oxide films, and surface oxide films formed by soldering. It also relates to a film removal device and film removal method that easily removes surface organic thin films and surface oxide films. It also relates to a head for electrodes and the like used in electrochemical reduction.

半導体ウエハはICの製造工程において、目的に応じて特殊な熱処理を施して製造される。プリント印刷基板の銅箔の大気中の酸素により表面酸化膜が発生し、また、銅箔表面は、酸化、汚染により、無機膜、有機膜等が付着する。銅箔の表面には半田処理により表面酸化膜等が発生する。表面酸化膜等は、耐食性、半田密着性、素子信頼性等を支配し、課題となることから、その組成、膜厚を評価することが製造上重要となる。 During the IC manufacturing process, semiconductor wafers are manufactured using special heat treatments tailored to the purpose. Oxygen in the atmosphere can cause surface oxide films to form on the copper foil of printed circuit boards, and oxidation and contamination can cause inorganic and organic films to adhere to the copper foil surface. Surface oxide films, etc., form on the copper foil surface during soldering. Surface oxide films, etc., affect corrosion resistance, solder adhesion, and device reliability, and pose challenges. Therefore, evaluating their composition and film thickness is important in manufacturing.

BGAパッケージの基板実装やフリップチップ接続において未融合などの不具合が生じないためには、リフロー時にバンプ表面の酸化膜を定量的に測定し、酸化膜に対する対処が必要である。そのため、半田バンプ表面の酸化膜の状態を解析し、酸化膜の膜厚、材料組成を評価することが重要である。 To prevent defects such as non-fusion during board mounting and flip-chip connection of BGA packages, it is necessary to quantitatively measure the oxide film on the bump surface during reflow and take appropriate measures. Therefore, it is important to analyze the condition of the oxide film on the solder bump surface and evaluate its thickness and material composition.

表面酸化膜等の組成は、熱処理の温度、雰囲気および金属材料の化学成分に影響されるため複雑ある。表面酸化膜等の厚みは、非常に薄いもので数nm、厚いものでは数十μmである。 The composition of surface oxide films is complex, as it is affected by the heat treatment temperature, atmosphere, and chemical components of the metal material. The thickness of surface oxide films ranges from a few nanometers at very thin locations to several tens of micrometers at thicker locations.

特許文献1には、膜厚測定方法として、グロー放電を行って目的元素とマトリックス元素の発光強度比を測定し、検量線により目的元素の濃度を決定する金属表面酸化膜の定量分析方法が記載されている。 Patent Document 1 describes a method for quantitatively analyzing metal surface oxide films, in which a glow discharge is performed to measure the ratio of the emission intensities of the target element and the matrix element, and the concentration of the target element is determined using a calibration curve.

薄膜の膜厚は、2次イオン質量分析法(SIMS)、オージェ電子分光法(AES)、X線光電子分光法(XPS)等の、いわゆる表面分析法を適用し、酸化膜の組成を、表面からの深さ方向の組成変化と共に評価していた。しかし、迅速性や、金属表面の平均的情報を得るために必要な分析範囲の広さの面で劣るため、ほとんど利用されていなかった。 The thickness of thin films has been evaluated using so-called surface analysis methods such as secondary ion mass spectrometry (SIMS), Auger electron spectroscopy (AES), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), which evaluate the composition of the oxide film along with the compositional changes in the depth direction from the surface. However, these methods have been rarely used due to their shortcomings in terms of speed and the broad analytical range required to obtain average information about the metal surface.

特開平9-273992JP 9-273992

2次イオン質量分析法(SIMS)、オージェ電子分光法(AES)、X線光電子分光法(XPS)は必要な分析範囲の広さの面で劣るため、ほとんど利用されていなかった。 Secondary ion mass spectrometry (SIMS), Auger electron spectroscopy (AES), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) have been rarely used because they lack the breadth of analytical range required.

グロー放電発光分光分析法(以下GDSとも記す)は、分光器系および真空排気系統の変動により発光強度が不安定になり、定量精度が低下するという問題があった。 Glow discharge optical emission spectroscopy (hereinafter referred to as GDS) has the problem that fluctuations in the spectrometer system and vacuum exhaust system can cause the emission intensity to become unstable, reducing quantitative accuracy.

本発明の膜厚測定装置は、固体電解質171に対電極112、参照電極111が形成されている。固体電解質171と測定対象の薄膜123の周囲には密着部が配置される。密着部の内部には、電荷液124が充填される。固体電解質171の先端部は電荷液124が浸透あるいは充填されている。 In the film thickness measurement device of the present invention, a counter electrode 112 and a reference electrode 111 are formed on a solid electrolyte 171. A contact area is arranged around the solid electrolyte 171 and the thin film 123 to be measured. The inside of the contact area is filled with a charged liquid 124. The tip of the solid electrolyte 171 is permeated with or filled with the charged liquid 124.

ポテンショスタット119により電極110、参照電極111、対電極112に電圧印加され、薄膜123が電気化学還元される。光発生器108からの入射光114a2は薄膜123に照射され、反射光114bを受光器117で受光して分光反射率を測定する。電気化学還元によるプラトー電位、プラトー電位の変化時間、分光反射率による膜厚シミュレーション結果から、薄膜123の組成、膜厚を求める。 A voltage is applied to the electrode 110, reference electrode 111, and counter electrode 112 by the potentiostat 119, causing electrochemical reduction of the thin film 123. Incident light 114a2 from the light generator 108 is irradiated onto the thin film 123, and reflected light 114b is received by the light receiver 117 to measure the spectral reflectance. The composition and film thickness of the thin film 123 are determined from the plateau potential due to electrochemical reduction, the time over which the plateau potential changes, and the film thickness simulation results based on the spectral reflectance.

分光膜厚測定法と電気化学還元法を実施することにより、測定対象の薄膜材料の組成、構造、膜厚を精度よく測定することができる。 By using spectroscopic film thickness measurement and electrochemical reduction, the composition, structure, and film thickness of the thin film material being measured can be measured with high accuracy.

洗浄液により、薄膜上の保護膜等を容易に除去することができるため、測定対象の薄膜を露出させることができ、測定対象の酸化薄膜材料等の膜厚を容易に測定することができる。 The cleaning solution can easily remove protective films and other materials from the thin film, exposing the thin film to be measured, making it easy to measure the film thickness of the oxide thin film material being measured.

電気化学還元を実施するヘッド部は、固体電解質171で構成されている。そのため、ヘッド部を小さく、省スペースで構成できる。また、ヘッドの先端部にスポンジ状の材質に電解液124を浸透させている。そのため、電解液124が流出することがなく、かつ、電解液124と薄膜123とを密着させることができる。 The head section, which performs electrochemical reduction, is made of solid electrolyte 171. This allows the head section to be small and space-saving. Furthermore, the electrolyte solution 124 is permeated into a sponge-like material at the tip of the head. This prevents the electrolyte solution 124 from leaking out and allows the electrolyte solution 124 to adhere tightly to the thin film 123.

本発明の膜厚測定装置のブロック図および説明図である。1 is a block diagram and an explanatory diagram of a film thickness measuring device according to the present invention; 本発明の膜厚測定装置の構成図および膜厚測定方法の説明図である。1A and 1B are diagrams illustrating a configuration of a film thickness measurement device and a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定装置の構成図および膜厚測定方法の説明図である。1A and 1B are diagrams illustrating a configuration of a film thickness measurement device and a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定装置の構成図および膜厚測定方法の説明図である。1A and 1B are diagrams illustrating a configuration of a film thickness measurement device and a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定装置の構成図および膜厚測定方法の説明図である。1A and 1B are diagrams illustrating a configuration of a film thickness measurement device and a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定装置の構成図および膜厚測定方法の説明図である。1A and 1B are diagrams illustrating a configuration of a film thickness measurement device and a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定装置の構成図および膜厚測定方法の説明図である。1A and 1B are diagrams illustrating a configuration of a film thickness measurement device and a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定装置の構成図および膜厚測定方法の説明図である。1A and 1B are diagrams illustrating a configuration of a film thickness measurement device and a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定方法の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定方法の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定方法の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定方法の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定装置および膜厚測定方法の説明図である。1 is an explanatory diagram of a film thickness measurement device and a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定方法のフローチャート図である。FIG. 1 is a flowchart of a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定装置の構成図および膜厚測定方法の説明図である。1A and 1B are diagrams illustrating a configuration of a film thickness measurement device and a film thickness measurement method according to the present invention. 本発明の膜厚測定装置のヘッド部の構成図および説明図である。1A and 1B are a configuration diagram and an explanatory diagram of a head portion of a film thickness measuring device according to the present invention; 本発明の膜厚測定装置のヘッド部の構成図および説明図である。1A and 1B are a configuration diagram and an explanatory diagram of a head portion of a film thickness measuring device according to the present invention; 本発明の膜厚測定装置のヘッド部の構成図および説明図である。1A and 1B are a configuration diagram and an explanatory diagram of a head portion of a film thickness measuring device according to the present invention; 本発明の膜厚測定装置のヘッド部の構成図および説明図である。1A and 1B are a configuration diagram and an explanatory diagram of a head portion of a film thickness measuring device according to the present invention;

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る膜厚測定装置の構成図および膜厚測定方法を説明する。本発明は、膜厚測定装置および膜厚測定方法に限定されるものではなく、鋼材、半田、めっき板、IC等のバンプ、銅箔、プリント印刷基板、シリコンウエハ等の半導体関連製品、鉄鋼材料、電子機器、電気機器、機械機器、精密機器、構造物、塗装材料等の表面加工あるいは処理方法に関するものである。 The following describes the configuration of a film thickness measurement device and a film thickness measurement method according to an embodiment of the present invention, with reference to the attached drawings. The present invention is not limited to film thickness measurement devices and film thickness measurement methods, but also relates to surface processing or treatment methods for steel materials, solder, plated sheets, bumps such as ICs, copper foil, printed circuit boards, semiconductor-related products such as silicon wafers, steel materials, electronic devices, electrical devices, mechanical devices, precision devices, structures, coating materials, and the like.

発明を実施するための形態を説明するための各図面において、同一の機能あるいは類似性を有する要素は同一の符号を付する。説明に不要な事項は図面から省略する。
説明を容易にするため図面等を簡略化あるいは模式化する場合がある。明細書においても説明を省略する場合がある。
In the drawings for explaining the embodiments of the invention, elements having the same function or similarity are given the same reference numerals, and matters not necessary for the explanation are omitted from the drawings.
For ease of explanation, drawings may be simplified or schematic. Explanations may also be omitted in the specification.

本発明の実施例は、本明細書、図面に記載しているそれぞれの実施例と一部、または全部を組み合わせることができる。また、一部を変更あるいは改変して組み合わせ、あるいは実施することができる。 The embodiments of the present invention can be combined in part or in whole with the respective embodiments described in this specification and drawings. They can also be combined or implemented with partial changes or modifications.

図1は本発明の膜厚測定装置のブロック図および膜厚測定方法の説明図である。本発明の膜厚測定装置は、対象膜の膜厚の測定だけでなく、表面の酸化膜、有機膜、有機保護膜(OSP:Organic Solderability Preservative)等を除去する機能を有する。 Figure 1 is a block diagram of the film thickness measurement device and an explanatory diagram of the film thickness measurement method of the present invention. The film thickness measurement device of the present invention not only measures the film thickness of the target film, but also has the function of removing surface oxide films, organic films, organic solderability preservatives (OSPs), etc.

有機膜、有機保護膜(OSP)を除去するための洗浄液LAは液体タンク104aに充填される。洗浄液LAは液体タンク104aの充填量を、常時、測定あるいは把握して、一定量を充填する。あるいは浸透させる。洗浄液LAは一例として溶剤である。また、洗浄液LAは、適時、リンス液に置き換えられる。 The cleaning liquid LA used to remove organic films and organic protective films (OSP) is filled into the liquid tank 104a. The amount of cleaning liquid LA filled into the liquid tank 104a is constantly measured or monitored, and a constant amount is filled or allowed to penetrate. One example of the cleaning liquid LA is a solvent. The cleaning liquid LA is also replaced with a rinse liquid as appropriate.

OSPが水溶性の場合、洗浄液LA等は、同じ水溶性の溶剤をベースにする。たとえば、HO-(CH-OH(エチレングリコール)は、水と自由に混和する。HO-(CH-O(CHCH(エチレングリコール、モノブチルエーテル)は、水に可溶である。HO-(CH-O(CHCH(エチレングリコール、モノヘキシルエーテル)は、水に微溶である。 If the OSP is water-soluble, the cleaning solution LA, etc., is based on the same water-soluble solvent. For example, HO-(CH 2 ) 2 -OH (ethylene glycol) is freely miscible with water. HO-(CH 2 ) 2 -O(CH 2 ) 3 CH 3 (ethylene glycol, monobutyl ether) is soluble in water. HO-(CH 2 ) 2 -O(CH 2 ) 5 CH 3 (ethylene glycol, monohexyl ether) is slightly soluble in water.

洗浄液LAとリンス液の関係としては、洗浄液LAがメチルアルコールの場合、リンス液として、アセトン、エタノールベース、イソプロピルアルコール(IPA)が例示される。洗浄液LAがエタノールの場合、リンス液として、アセトン、エタノールベース、イソプロピルアルコール(IPA)が例示される。洗浄液LAがプロピレンアルコールの場合、リンス液として、アセトンが例示される。 Regarding the relationship between the cleaning liquid LA and the rinse liquid, if the cleaning liquid LA is methyl alcohol, examples of the rinse liquid include acetone, ethanol-based, and isopropyl alcohol (IPA). If the cleaning liquid LA is ethanol, examples of the rinse liquid include acetone, ethanol-based, and isopropyl alcohol (IPA). If the cleaning liquid LA is propylene alcohol, an example of the rinse liquid is acetone.

洗浄液LAが1-ブタノールの場合、リンス液として、アセトン、エタノールベース、イソプロピルアルコール(IPA)が例示される。洗浄液LAがエチレングリコールの場合、リンス液として、イソプロピルアルコール(IPA)が例示される。
電解液LB124は液体タンク104bに充填される。電解液LB124は液体タンク104bの充填量を、常時測定あるいは把握して、一定量を充填される。
When the cleaning liquid LA is 1-butanol, examples of the rinse liquid include acetone, an ethanol base, and isopropyl alcohol (IPA).When the cleaning liquid LA is ethylene glycol, examples of the rinse liquid include isopropyl alcohol (IPA).
The liquid tank 104b is filled with the electrolyte LB 124. The amount of the electrolyte LB 124 filled in the liquid tank 104b is constantly measured or grasped, and a constant amount is filled.

電解液124として、塩化カリウム(KCl)、塩化ナトリウム(NaCl)、塩酸水溶液、水酸化ナトリウム、ホウ酸溶液、四ホウ酸ナトリウム溶液等が例示される。 Examples of the electrolyte 124 include potassium chloride (KCl), sodium chloride (NaCl), hydrochloric acid solution, sodium hydroxide, boric acid solution, sodium tetraborate solution, etc.

電解液124は、固体電解質材料、ゲル状電解液でも良い。電解液124をスポンジ等に含ませて使用しても良い。電解液124を容器105と浸透膜172間に充填させて使用しても良い。
電解質材料が、固体電解質材料、ゲル状電解液の場合は、脱泡器103b、溶液貯蔵器162bは不要であり、容器105内を循環させる必要はない。
The electrolytic solution 124 may be a solid electrolyte material or a gel electrolytic solution. The electrolytic solution 124 may be impregnated in a sponge or the like. The electrolytic solution 124 may be filled between the container 105 and the permeable membrane 172.
When the electrolyte material is a solid electrolyte material or a gel electrolyte solution, the defoamer 103b and the solution reservoir 162b are not necessary, and there is no need to circulate the liquid inside the container 105.

固体電解質として安定化ジルコニアが例示される。安定化ジルコニアは、ジルコニア(二酸化ジルコニウム ZrO)に酸化マグネシウムMgO、酸化カルシウムCaOあるいは希土類酸化物を数%添加したものが例示される。また、イットリア安定化ジルコニウム(ZrO-Y)が例示される。固体電解質材料は、固体電解質171、あるいは固体電解質171部として説明をする。 An example of the solid electrolyte is stabilized zirconia. Examples of stabilized zirconia include zirconia (zirconium dioxide ZrO 2 ) to which a few percent of magnesium oxide MgO, calcium oxide CaO, or rare earth oxide has been added. Another example is yttria-stabilized zirconium (ZrO 2 —Y 2 O 3 ). The solid electrolyte material will be described as solid electrolyte 171 or solid electrolyte 171 part.

ジルコニアに酸化イットリウム(Y)、酸化カルシウム(CaO)、酸化セリウム(CeO)、酸化マグネシウム(MgO)などの酸化物を添加すると、立方晶が室温でも安定に存在できるようになる。室温で立方晶が安定となったジルコニアを安定化ジルコニア、もしくは部分安定化ジルコニアと呼び、本発明で固体電解質171として使用する。 When oxides such as yttrium oxide (Y 2 O 3 ), calcium oxide (CaO), cerium oxide (CeO 2 ), and magnesium oxide (MgO) are added to zirconia, the cubic crystals can be stable even at room temperature. Zirconia whose cubic crystals are stable at room temperature is called stabilized zirconia or partially stabilized zirconia, and is used as the solid electrolyte 171 in the present invention.

本発明に用いるヘッドのジルコニアの製造方法は主に湿式精製法と乾式精製法の2種類がある。どちらもジルコン、ハデライトなどのジルコニウム鉱石を原料とする。湿式精製法では、選別した鉱石を苛性ソーダで溶融した後、塩酸で分解、濃縮する。さらに、水洗、濾過などの工程を経て、得られた水酸化ジルコニウムを焼成、粉砕することでジルコニア粉末を製造する。 There are two main methods for producing the zirconia used in the head of this invention: wet refining and dry refining. Both use zirconium ores such as zircon and hadelite as raw materials. In the wet refining method, selected ores are melted with caustic soda, then decomposed and concentrated with hydrochloric acid. After further processes such as washing and filtration, the resulting zirconium hydroxide is fired and pulverized to produce zirconia powder.

乾式精製法では、鉱石を粉砕して不純物を除去した後、選鉱を繰り返し行うことで、純粋なジルコニアを製造する。本発明では、湿式精製法または乾式精製法で製造したジルコニアにめっき技術で、対電極112、参照電極110を形成する。あるいは、対電極112、参照電極110を焼結して形成する。 In the dry refining method, pure zirconia is produced by crushing the ore to remove impurities and then repeatedly filtering it. In the present invention, the counter electrode 112 and reference electrode 110 are formed on zirconia produced by the wet refining method or the dry refining method using plating technology. Alternatively, the counter electrode 112 and reference electrode 110 are formed by sintering.

本明細書、図面等において、電解液124を容器105に充填して電気化学還元作用を実施するとして説明するが、電解液124は固体電解材料、ゲル状電解液であっても良い。電解液124または電解材料124は、液状のものだけでない。固体電解材料、ゲル状電解材料も含む。 In this specification, drawings, etc., it is described that the electrochemical reduction reaction is carried out by filling the container 105 with the electrolyte 124, but the electrolyte 124 may be a solid electrolyte material or a gel electrolyte. The electrolyte 124 or electrolytic material 124 is not limited to liquids. It also includes solid electrolyte materials and gel electrolyte materials.

本発明では、容器105は、基板109等を蓋等として、蓋(プリント印刷基板等)と容器105間に電解液124を充填させるとしたがこれに限定されるものではない。たとえば、電解液124をガラスウール、繊維、寒天等の有機物などに浸透、あるいは混合させた状態で使用しても良い。 In the present invention, the container 105 is configured such that the substrate 109 or the like serves as a lid, and the space between the lid (printed circuit board or the like) and the container 105 is filled with the electrolyte 124, but this is not limited to this. For example, the electrolyte 124 may be used in a state where it is impregnated into or mixed with glass wool, fiber, organic matter such as agar, etc.

電解液124等が薄膜123等と接触あるいは接する部位に寒天などの電解液124を含有あるいは浸透させる材料、浸透させた構成(浸透膜172)を、配置または設置しても良い。電解液等を含有する寒天等の部位が薄膜123等と接触あるいは接することにより、電気化学還元作用が実現される。 A material containing or permeating the electrolyte 124, such as agar, or a permeable structure (permeable membrane 172) may be placed or installed at the location where the electrolyte 124, etc., comes into contact with or comes into contact with the thin film 123, etc. An electrochemical reduction action is achieved by bringing the agar or other material containing the electrolyte, etc., into contact with or comes into contact with the thin film 123, etc.

電解液124が漏水しないように、図2、図15等に図示するように、浸透膜172を形成または配置することが好ましい。浸透膜172としてセロハン、フェロシアン化銅の沈殿膜、コロジオン膜、あるいは膀胱膜等が例示される。また、再生セルロース(セロファン)、アセチルセルロース、ポリアクリロニトリル、テフロン(登録商標)、ポリエステル系ポリマーアロイあるいはポリスルホンの多孔質膜が例示される。 To prevent leakage of the electrolyte 124, it is preferable to form or arrange a permeable membrane 172, as shown in Figures 2, 15, etc. Examples of the permeable membrane 172 include cellophane, a precipitated membrane of copper ferrocyanide, a collodion membrane, or a bladder membrane. Other examples include porous membranes made of regenerated cellulose (cellophane), acetyl cellulose, polyacrylonitrile, Teflon (registered trademark), polyester polymer alloy, or polysulfone.

電解液124に、ポリアクリル酸塩を含有あるいは混合させても良い。ガラスウール、レーヨン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、寒天等に電解液124をしみこませることにより、電解液124の漏水、あるいは溶出することを抑制することができる。 The electrolyte 124 may contain or be mixed with polyacrylate. By impregnating glass wool, rayon, polyester, polypropylene, polyethylene, agar, etc. with the electrolyte 124, leakage or elution of the electrolyte 124 can be prevented.

浸透膜172の作用により、薄膜123と接触させても、電解液124が漏れ出ることはない。また、浸透膜172を介して、薄膜123等に電解液124が接触、浸漬、あるいは充填され、薄膜123等を電気化学還元することができる。 Due to the action of the permeable membrane 172, the electrolyte 124 does not leak out even when it comes into contact with the thin film 123. Furthermore, the electrolyte 124 can come into contact with, be immersed in, or be filled into the thin film 123, etc., via the permeable membrane 172, thereby electrochemically reducing the thin film 123, etc.

脱泡器103は、溶液の気体を脱泡する脱泡装置である。真空(減圧)、心力を利用するものが例示される。その他、超音波、ガス透過膜を利用した脱泡装置でも良い。
液体から気泡を取り除くことで製品の強度や性状、表面性状を均一化することができ、歩留まりや品質の向上が実現できる。
The defoamer 103 is a defoaming device that removes gas from the solution. Examples of defoamers include those that use vacuum (reduced pressure) or centrifugal force. Other defoaming devices that use ultrasonic waves or a gas-permeable membrane may also be used.
By removing air bubbles from the liquid, the strength, properties, and surface characteristics of the product can be made uniform, improving yield and quality.

真空脱泡装置は、真空ポンプを用いて溶液を減圧することにより、液体内に含まれる気泡を膨張させる。膨張した気泡は浮力により液体表面まで浮き上がり、時間経過とともに表面の液体膜が破壊されることで減圧空気内に排出される。
遠心脱泡装置は、溶液が入った容器が自転および公転する際の遠心力により、密度差のある液体と気体が分離する原理を利用する。
A vacuum degassing device uses a vacuum pump to reduce the pressure in the solution, causing bubbles contained in the liquid to expand. The expanded bubbles rise to the liquid surface due to buoyancy, and over time, the liquid film on the surface breaks down, causing the bubbles to be expelled into the decompressed air.
A centrifugal degassing device uses the principle that liquid and gas, which have different densities, are separated by centrifugal force when a container containing a solution rotates and revolves around its axis.

脱泡器103aで、脱泡された洗浄液(リンス液)LAは、溶液貯蔵器162aに保持される。溶液貯蔵器162aの液量はレベル検出器161aで検出され、所定の液量を越えないように、液量制御部120で制御される。 The cleaning liquid (rinse liquid) LA degassed by the degasser 103a is stored in the solution reservoir 162a. The liquid volume in the solution reservoir 162a is detected by the level detector 161a and controlled by the liquid volume control unit 120 so that it does not exceed a predetermined liquid volume.

脱泡器103bで、脱泡された電解液LBは、溶液貯蔵器162bに保持される。溶液貯蔵器162bの液量はレベル検出器161bで検出され、所定の液量を越えないように、あるいは所定の液量以下とならないように、液量制御部120で制御される。
洗浄液(リンス液)LA、電解液LBが液体タンクに注入される液量が制御されて、一定値以上の液量とならないように、液量制御部120で制御される。
The electrolyte solution LB defoamed by the defoamer 103b is stored in the solution reservoir 162b. The amount of liquid in the solution reservoir 162b is detected by a level detector 161b and controlled by a liquid amount control unit 120 so that the amount does not exceed a predetermined amount or does not fall below a predetermined amount.
The amounts of the cleaning liquid (rinse liquid) LA and the electrolyte LB poured into the liquid tanks are controlled by a liquid volume control unit 120 so that the liquid volumes do not exceed a certain value.

電磁弁101aは、洗浄液(リンス液)LAをポンプ102aに送出するか遮断するかを制御する。電磁弁101bは、電解液LBをポンプ102aに送出するか遮断するかを制御する。 Solenoid valve 101a controls whether cleaning liquid (rinse liquid) LA is supplied to pump 102a or cut off. Solenoid valve 101b controls whether electrolyte LB is supplied to pump 102a or cut off.

ポンプ102には、流量計(図示せず)が取りけられている。ポンプ102aはトルクおよび回転数により、容器105内に注入する洗浄液(リンス液)LAまたは電解液LBの液量を制御する。 A flow meter (not shown) is attached to pump 102. Pump 102a controls the amount of cleaning liquid (rinse liquid) LA or electrolyte solution LB injected into container 105 by means of its torque and rotation speed.

洗浄液(リンス液)LAまたは電解液LB124は、容器105に接続されている注液管106を介して、容器105内に注入される。洗浄液(リンス液)LAまたは電解液LB124は、排液管107を介して、容器105から排出される。 The cleaning liquid (rinse liquid) LA or the electrolyte solution LB124 is injected into the container 105 via a liquid injection pipe 106 connected to the container 105. The cleaning liquid (rinse liquid) LA or the electrolyte solution LB124 is discharged from the container 105 via a liquid drain pipe 107.

容器105内には、注入された洗浄液(リンス液)LAまたは電解液LBを攪拌する循環ファン122が配置されている。循環ファン122は、必要に応じて、回転し、容器105内の液を攪拌あるいは循環させる。また、溶液を排出するときは、排液管107に溶液を送出する方向に回転する。 A circulation fan 122 is placed inside the container 105 to agitate the injected cleaning solution (rinse solution) LA or electrolyte solution LB. The circulation fan 122 rotates as needed to agitate or circulate the solution inside the container 105. When discharging the solution, the fan rotates in the direction that sends the solution to the drain pipe 107.

注液管106により、洗浄液LAまたは電解液LBが薄膜123等と接触する部位に注液される。排液管107により、洗浄液LAまたは電解液LBが薄膜123等と接触する部位から排液される。 The cleaning solution LA or the electrolyte solution LB is injected into the area in contact with the thin film 123, etc. through the liquid injection tube 106. The cleaning solution LA or the electrolyte solution LB is drained from the area in contact with the thin film 123, etc. through the liquid drainage tube 107.

本発明の実施例において、理解を容易にするため、あるいは説明を容易にするため、プリント印刷基板109に電極110が形成され、電極110上に酸化膜123、有機膜126等が形成されているとして説明をする。 In the embodiments of the present invention, for ease of understanding and explanation, the explanation will be given assuming that an electrode 110 is formed on a printed circuit board 109, and that an oxide film 123, an organic film 126, etc. are formed on the electrode 110.

本発明の膜厚測定装置は、基板109を蓋とする容器105内に溶液124が充填されるように構成される。溶液124は、電解液LBまたは洗浄液LAである。なお、容器105の先端部に寒天等からなる電解液LBまたは洗浄液LAが浸透する材料で封止しても良い。寒天等をあるいは浸透膜172が薄膜123に接するようにして洗浄、電気化学還元を実施する。 The film thickness measurement device of the present invention is configured so that solution 124 is filled into container 105, which uses substrate 109 as a lid. Solution 124 is electrolyte solution LB or cleaning solution LA. The tip of container 105 may be sealed with a material such as agar that allows electrolyte solution LB or cleaning solution LA to penetrate. Cleaning and electrochemical reduction are performed by bringing agar or the like or a permeation membrane 172 into contact with thin film 123.

容器内105には、電極110が配置されていることになる。電極110は基板109に形成された配線パターンの一部であり、配線パターンに所定の電位を印加することにより、作用電極(WE)として機能する。また、固体電解質171部には、対電極(CE)、参照電極(RE)が配置される。 An electrode 110 is disposed inside the container 105. The electrode 110 is part of a wiring pattern formed on the substrate 109, and functions as a working electrode (WE) when a predetermined potential is applied to the wiring pattern. In addition, a counter electrode (CE) and a reference electrode (RE) are disposed in the solid electrolyte 171.

作用電極(WE)として機能する。また、固体電解質171部の対電極(CE)と作用電極(WE)間に定電流を印加し、参照電極(RE)で電位制御を行うことにより、作用電極(WE)の薄膜123等の形成材料が電気化学的に還元される。 It functions as a working electrode (WE). Furthermore, by applying a constant current between the counter electrode (CE) and the working electrode (WE) of the solid electrolyte 171 and controlling the potential with the reference electrode (RE), the materials forming the thin film 123 of the working electrode (WE) are electrochemically reduced.

電極には分極性電極と非分極性電極がある。分極性電極とは電流を流さずに電位を変えることのできる電極である。作用電極110または対電極112として使用するのがこの電極である。非分極性電極は電位を変えようとすると電流が流れてしまう電極111であり、通常、参照電極(RE)111として使用している。
対電極(CE)112として使われる分極性電極は白金、金、カーボン、水銀が例示される。白金は物理的、化学的安定性が大きく好ましい。
Electrodes are classified into polarizable electrodes and non-polarizable electrodes. A polarizable electrode is an electrode whose potential can be changed without passing a current. This electrode is used as the working electrode 110 or counter electrode 112. A non-polarizable electrode is an electrode 111 through which a current flows when an attempt is made to change the potential, and is usually used as a reference electrode (RE) 111.
Examples of polarizable electrodes used as the counter electrode (CE) 112 include platinum, gold, carbon, and mercury. Platinum is preferred because of its high physical and chemical stability.

水溶液系で使うときは還元方向で水素分子の発生があるので注意が必要である。酸化領域では電極表面の酸化とこれに対応する還元電流が流れる。大抵の固体金属電極で同様の表面の酸化還元対が見られる。 When using in aqueous systems, care must be taken as hydrogen molecules are generated in the reduction direction. In the oxidation region, oxidation of the electrode surface occurs and a corresponding reduction current flows. Similar surface redox couples are found on most solid metal electrodes.

塩化物イオンが高濃度で含まれる系では、酸化電位を高くする場合は塩化白金酸イオンとして溶出する可能性がある。金は白金とは、よく使用される。水素分子の発生に対する過電圧は白金より大きいため、還元領域での電位窓は広い。塩化物イオンが多量に含まれ酸化電位を深くする。 In systems containing high concentrations of chloride ions, if the oxidation potential is increased, they may dissolve as chloroplatinate ions. Gold is often referred to as platinum. Because its overpotential for the generation of hydrogen molecules is greater than that of platinum, the potential window in the reduction region is wide. A large amount of chloride ions is contained, deepening the oxidation potential.

カーボン電極は種類が多い。最もよく使われるのはグラッシーカーボンである。ミクロにはグラファイトであるが、マクロには名称から想像されるように不定形構造をしている。グラファイトはベンゼンの亀の子が縮合した2次元平面が積層したものである。面の方位による異方性(ベーサル面とエッジ面)がある。 There are many types of carbon electrodes. The most commonly used is glassy carbon. Microscopically, it is graphite, but macroscopically, as the name suggests, it has an amorphous structure. Graphite is a layered structure of two-dimensional planes formed by the condensation of benzene rings. There is anisotropy due to the orientation of the planes (basal planes and edge planes).

参照電極(RE)111は非分極性である。電位を変えようとすると電極自身の表面反応が起こって急激に電流が増大する。参照電極(RE)111は一定電位を保つために電流を流さないように使うのが好ましい。標準は水素電極である。白金表面上で標準状態の水素分子と水素イオンが平衡状態にあるとき、白金極が示す電位をゼロと規定する。 The reference electrode (RE) 111 is non-polarizable. If an attempt is made to change the potential, a surface reaction occurs on the electrode itself, causing a sudden increase in current. It is preferable to use the reference electrode (RE) 111 without passing current in order to maintain a constant potential. The standard is a hydrogen electrode. When standard state hydrogen molecules and hydrogen ions are in equilibrium on the platinum surface, the potential shown by the platinum electrode is defined as zero.

甘汞電極はAgを水銀(Hg)に置き換えたものである。飽和甘汞電極(SCE)は内部液が飽和KCl水溶液で水素電極に対して+0.242Vである。非水溶液系では硝酸銀や過塩素酸銀(これらは銀イオンを与える)を非水溶媒に、支持電解質と一緒に溶かした中に銀線を入れたものが用いられる(銀イオン電極)。 A calomel electrode replaces Ag with mercury (Hg). A saturated calomel electrode (SCE) has an internal solution of saturated KCl aqueous solution, which is at +0.242 V relative to the hydrogen electrode. For non-aqueous solutions, a silver wire is placed in a solution of silver nitrate or silver perchlorate (which provide silver ions) dissolved in a non-aqueous solvent together with a supporting electrolyte (silver ion electrode).

図1、図2、図15等に図示するように、参照電極(RE)111、対電極(CE)112は、固体電解質171に形成または接触するように配置されている。または、固体電解質171の内部に、参照電極(RE)111、対電極(CE)112が形成または配置されている。
図4は本発明の実施態様としての電極(作用電極(WE)110、対電極(CE)112、参照電極(RE)111の配置、構成図である。
図4(a)は注液管106を中心とした電極の配置図であり、図4(b)は、図4(a)のAA’線での断面図である。
1, 2, 15, etc., the reference electrode (RE) 111 and the counter electrode (CE) 112 are formed on or arranged in contact with the solid electrolyte 171. Alternatively, the reference electrode (RE) 111 and the counter electrode (CE) 112 are formed or arranged inside the solid electrolyte 171.
FIG. 4 is a diagram showing the arrangement and configuration of electrodes (working electrode (WE) 110, counter electrode (CE) 112, and reference electrode (RE) 111) according to an embodiment of the present invention.
4A is a diagram showing the arrangement of electrodes with the liquid injection tube 106 at the center, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA' in FIG. 4A.

固体電解質171の先端部には、密着部125が配置されている。密着部125は固体電解質171部からの容易な脱着が可能である。したがって、ヘッド部を取り替えることができる。ヘッド部は、還元等を行る電極のサイズに対応して選択できる種々のサイズが準備されている。 A contact portion 125 is located at the tip of the solid electrolyte 171. The contact portion 125 can be easily detached from the solid electrolyte 171, allowing the head portion to be replaced. Various head sizes are available, allowing selection to correspond to the size of the electrode used for reduction, etc.

固体電解質171は円筒形または立法体形である。固体電解質171の側面あるいは所定の箇所に、参照電極111、対電極112が形成または配置されている。固体電解質171と電解液124とは接触あるいは面するように配置されている。 The solid electrolyte 171 is cylindrical or cubic. The reference electrode 111 and counter electrode 112 are formed or arranged on the side or at predetermined locations of the solid electrolyte 171. The solid electrolyte 171 and the electrolyte solution 124 are arranged so that they are in contact with or face each other.

固体電解質171と接する密着部125電解液124等が充填される。電解液124等は必要に応じて、ガラスウール、レーヨン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、寒天等に浸透させる。また、好ましくは電気化学還元を行う薄膜123等と接する面(箇所)に浸透膜172が配置または形成される。浸透膜172を配置することにより、電解液124が流出することがない。 The contact portion 125 that contacts the solid electrolyte 171 is filled with the electrolyte 124 or the like. The electrolyte 124 or the like is permeated into glass wool, rayon, polyester, polypropylene, polyethylene, agar, or the like as needed. Preferably, a permeation membrane 172 is disposed or formed on the surface (location) that contacts the thin film 123 or the like that undergoes electrochemical reduction. By disposing the permeation membrane 172, the electrolyte 124 does not leak out.

図4では、固体電解質171を軸として対電極(CE)112、参照電極(RE)111が形成または配置されている。対電極(CE)112、参照電極(RE)111は、ニッケル、銅、亜鉛等をめっきすることにより形成される。 In Figure 4, the counter electrode (CE) 112 and reference electrode (RE) 111 are formed or arranged around the solid electrolyte 171. The counter electrode (CE) 112 and reference electrode (RE) 111 are formed by plating nickel, copper, zinc, etc.

作用電極(WE)110は、一例としてプリント印刷基板109の1つの電極である。作用電極(WE)110は、配線パターンと接続されている。配線パターンにポテンショスタット119のWE端子を接続することにより、還元電極として機能する。
図15は、本発明の膜厚測定装置および膜厚測定方法の説明図である。特に、固体電解質171部の電極配置等を図示している。
The working electrode (WE) 110 is, for example, one electrode of the printed circuit board 109. The working electrode (WE) 110 is connected to a wiring pattern. By connecting the WE terminal of the potentiostat 119 to the wiring pattern, the working electrode (WE) 110 functions as a reduction electrode.
15 is an explanatory diagram of the film thickness measurement device and film thickness measurement method of the present invention, particularly showing the electrode arrangement of the solid electrolyte 171.

固体電解質171部の製造方法は以下の実施態様が例示される。固体電解質171部には、参照電極111、対電極112が形成されている。参照電極111は、固体電解質171部の内部に形成されている。 The following embodiment is an example of a method for manufacturing the solid electrolyte 171. The solid electrolyte 171 has a reference electrode 111 and a counter electrode 112 formed therein. The reference electrode 111 is formed inside the solid electrolyte 171.

ジルコニア粉末は、各種溶剤等と調合・粉砕され、泥状のペーストにされる。これをシート状に形成する。ジルコニアのシートに参照電極111または対電極112となる電極となる金属ペーストを塗布する。電極はNiを使用することが好ましい。その場合は、Niペーストをシートに塗布する。 Zirconia powder is mixed with various solvents and crushed to form a muddy paste. This is then formed into a sheet. A metal paste that will become the reference electrode 111 or counter electrode 112 is applied to the zirconia sheet. It is preferable to use Ni for the electrode. In this case, Ni paste is applied to the sheet.

金属ペーストを塗布したジルコニアのシートに、金属ペーストを塗布していないジルコニアのシートを重ねる。重ねたものに圧力をかけて、圧着し一体成型する。この工程は異物の混入を防ぐため、クリーンルームで実施する。
一体成型したジルコニアのブロックに目的とするサイズにカットする。カット後に焼結する。焼結によりジルコニアと内部電極を一体化させる事ができる。
A zirconia sheet that has not been coated with metal paste is placed on top of a zirconia sheet that has been coated with metal paste. The stacked pieces are then pressed together to form a single piece. This process is carried out in a clean room to prevent the inclusion of foreign matter.
The integrally molded zirconia block is cut to the desired size. After cutting, it is sintered. Sintering allows the zirconia and internal electrodes to be integrated.

焼成の終わったジルコニアのブロックに、ポテンショスタット119と電気的接続をとるために、電極となる金属ペーストを塗布する。Ni内部電極の場合、Cuペーストが塗布され、その後800度前後の温度で焼き付ける。 After firing, the zirconia block is coated with a metal paste that will serve as an electrode to electrically connect it to the potentiostat 119. In the case of Ni internal electrodes, Cu paste is applied, and then baked at a temperature of around 800°C.

電極を焼き付けた後、その表面にNi及びSnの2層めっきを施す。通常、電解めっきが用いられ、Niめっきは信頼性向上、Snめっきは半田実装をしやすくするために行われる After the electrodes are baked, a two-layer plating of Ni and Sn is applied to the surface. Electrolytic plating is typically used, with Ni plating improving reliability and Sn plating making soldering easier.

対電極112は、固体電解質171部の側面に形成される。対電極112の表面はSnめっきが形成されているため、リード端子を半田付けし、ポテンショスタット119のCE端子と接続される。 The counter electrode 112 is formed on the side of the solid electrolyte 171. The surface of the counter electrode 112 is Sn-plated, so a lead terminal is soldered to it and connected to the CE terminal of the potentiostat 119.

参照電極111は、固体電解質171部の上面に形成される。参照電極111の表面はSnめっきが形成されているため、リード端子を半田付けし、ポテンショスタット119のRE端子と接続される。
なお、対電極112と、参照電極111とは位置関係を入れ替えても良い。
The reference electrode 111 is formed on the upper surface of the solid electrolyte 171. The surface of the reference electrode 111 is Sn-plated, and a lead terminal is soldered to the surface, and the reference electrode 111 is connected to the RE terminal of the potentiostat 119.
The positions of the counter electrode 112 and the reference electrode 111 may be interchanged.

固体電解質171部は、電解液124と接触している。電解液124が電気化学還元を行う薄膜123等と接触する部位には、必要に応じて浸透膜172を形成または配置する。また、電解液124は、寒天、ガラスウール等に浸透させて使用する。浸透膜172に接する箇所は、電解液124と接することになり、電気化学還元が実施される。 The solid electrolyte 171 is in contact with the electrolytic solution 124. If necessary, a permeation membrane 172 is formed or placed at the location where the electrolytic solution 124 comes into contact with the thin film 123 or the like where electrochemical reduction occurs. The electrolytic solution 124 is also used by permeating agar, glass wool, or the like. The area in contact with the permeation membrane 172 comes into contact with the electrolytic solution 124, where electrochemical reduction occurs.

図16、図17、図18、図19は、本発明の固体電解質171部の構成あるいは構造の説明図である。ただし、理解を容易にするため模式的に図示している。図16、図17、図18、図19は、図4のC方向から見た状態(固体電解質171部を上方向から見た状態)を模式的に図示している。 Figures 16, 17, 18, and 19 are explanatory diagrams of the configuration or structure of the solid electrolyte 171 of the present invention. However, they are illustrated schematically to facilitate understanding. Figures 16, 17, 18, and 19 are schematic diagrams of the state viewed from direction C in Figure 4 (the state of the solid electrolyte 171 viewed from above).

図16、図17、図18、図19でおいて、各固体電解質171部に、対電極112、参照電極111を個別に形成したように図示しているが、これに限定するものではない。たとえば、複数の固体電解質171に対して、1つの対電極112を形成または配置しても良い。参照電極111に対しても同様である。 In Figures 16, 17, 18, and 19, the counter electrode 112 and reference electrode 111 are shown individually formed for each solid electrolyte 171, but this is not limited to this. For example, one counter electrode 112 may be formed or placed for multiple solid electrolytes 171. The same applies to the reference electrode 111.

図18等では、参照電極111の周辺部には、空間(空隙)を保持できる。空間に電解液124、洗浄液LAを充填あるいは通過させることができる。たとえば、注液管106、排液管107の機能として使用することができる。また、図7、図8等に図示するように、入射光114a2、反射光114bの光路として使用することができる。 In Figure 18 and other figures, a space (gap) can be maintained around the periphery of the reference electrode 111. The electrolyte solution 124 and cleaning solution LA can be filled into or passed through the space. For example, it can be used to function as the liquid injection tube 106 and the liquid drainage tube 107. Furthermore, as shown in Figures 7 and 8, it can be used as the optical path for incident light 114a2 and reflected light 114b.

図16、図17、図18、図19では、固体電解質171は3個または4個として図示しているがこれに限定されるものではない。たとえば、固体電解質171部を細いファイバー状に形成し、これらと束ねてヘッドとして使用、形成、構成しても良い。 In Figures 16, 17, 18, and 19, three or four solid electrolytes 171 are shown, but this is not limited to this. For example, the solid electrolyte 171 may be formed into thin fibers and bundled together to be used, formed, or configured as a head.

図16、図17、図18、図19は固体電解質171部のみを図示しているが、電解液124部、密着部125等、図1、図2、図4等で説明した各構成要素を具備している。 Figures 16, 17, 18, and 19 only show the solid electrolyte 171, but the device also includes the components described in Figures 1, 2, 4, etc., such as the electrolyte solution 124 and the contact portion 125.

図16は、複数(例として4個)の固体電解質171を使用し、電気化学還元を行うヘッドを形成または構成している。各固体電解質171の周囲には、参照電極111を形成または配置している。
ヘッドの先端部にスポンジ状の材質に電解液124を浸透させている。そのため、電解液124と薄膜123とを密着させることができる。
16 shows a head for electrochemical reduction formed or configured using a plurality of (for example, four) solid electrolytes 171. A reference electrode 111 is formed or disposed around each solid electrolyte 171.
The tip of the head is made of a sponge-like material that is permeated with the electrolyte 124. This allows the electrolyte 124 and the thin film 123 to come into close contact with each other.

参照電極111の形成(作製)は、参照電極111の形成部に、Cuペーストが塗布され、その後800度前後の温度で焼き付ける。参照電極111を焼き付けた後、その表面にNi及びSnの2層めっきを施す。通常、電解めっきが用いられるが、無電解めっきでも良い。また、必要に応じて、表面に金めっき膜が形成される。
参照電極111は、半田付けされてポテンショスタット119のRE端子と電気的接続される。
The reference electrode 111 is formed (prepared) by applying Cu paste to the area where the reference electrode 111 is to be formed, followed by baking at a temperature of around 800°C. After baking the reference electrode 111, a two-layer plating of Ni and Sn is applied to the surface. Electrolytic plating is usually used, but electroless plating may also be used. Furthermore, if necessary, a gold plating film is formed on the surface.
The reference electrode 111 is soldered and electrically connected to the RE terminal of the potentiostat 119 .

各固体電解質171の上面には、対電極112を形成または配置している。対電極112の形成(作製)は、対電極112の形成部に、Cuペーストが塗布され、その後800度前後の温度で焼き付ける。対電極112を焼き付けた後、その表面にNi及びSnの2層めっきを施す。通常電、解めっきが用いられる。無電解めっきでも良い。必要に応じて、表面に金めっき膜が形成される。対電極112には、半田付けされてポテンショスタット119のCE端子と電気的接続される。 A counter electrode 112 is formed or placed on the upper surface of each solid electrolyte 171. To form (produce) the counter electrode 112, Cu paste is applied to the area where the counter electrode 112 is to be formed, and then the paste is baked at a temperature of around 800°C. After the counter electrode 112 is baked, a two-layer plating of Ni and Sn is applied to the surface. Electrolytic plating is usually used. Electroless plating is also acceptable. If necessary, a gold plating film is formed on the surface. The counter electrode 112 is soldered and electrically connected to the CE terminal of the potentiostat 119.

各固体電解質171(固体電解質171a、固体電解質171b、固体電解質171c、固体電解質171d)の参照電極111(参照電極111a、参照電極111b、参照電極111c、参照電極111d)は導電物で形成されている。したがって、各固体電解質171を密着して配置することにより、参照電極111(参照電極111a、参照電極111b、参照電極111c、参照電極111d)は電気的に接続される。 The reference electrodes 111 (reference electrodes 111a, 111b, 111c, 111d) of each solid electrolyte 171 (solid electrolyte 171a, solid electrolyte 171b, solid electrolyte 171c, solid electrolyte 171d) are formed of a conductive material. Therefore, by arranging each solid electrolyte 171 in close contact, the reference electrodes 111 (reference electrodes 111a, 111b, 111c, 111d) are electrically connected.

各固体電解質171(固体電解質171a、固体電解質171b、固体電解質171c、固体電解質171d)にそれぞれに対電極112(対電極112a、対電極112b、対電極112c、対電極112d)を形成し、各対電極112を電気的に接続している。 A counter electrode 112 (counter electrode 112a, counter electrode 112b, counter electrode 112c, counter electrode 112d) is formed on each solid electrolyte 171 (solid electrolyte 171a, solid electrolyte 171b, solid electrolyte 171c, solid electrolyte 171d), and each counter electrode 112 is electrically connected.

すべての対電極112と電気的に接続しても良いが、任意の1つ以上の対電極112をポテンショスタット119のCE端子と接続しても良い。CE端子と接続する対電極112の位置、個数を変更することにより、電気化学還元の能力の設定あるいは変更、還元位置を設定あるいは変更することができる。 All of the counter electrodes 112 may be electrically connected, or any one or more of the counter electrodes 112 may be connected to the CE terminal of the potentiostat 119. By changing the position and number of counter electrodes 112 connected to the CE terminal, it is possible to set or change the electrochemical reduction capacity and the reduction position.

図16の実施例は、各固体電解質171(固体電解質171a、固体電解質171b、固体電解質171c、固体電解質171d)に、参照電極111(参照電極111a、参照電極111b、参照電極111c、参照電極111d)を形成した実施例であった。 The example in Figure 16 is an example in which a reference electrode 111 (reference electrode 111a, reference electrode 111b, reference electrode 111c, reference electrode 111d) is formed on each solid electrolyte 171 (solid electrolyte 171a, solid electrolyte 171b, solid electrolyte 171c, solid electrolyte 171d).

図17は、別個の参照電極111を使用した例である。参照電極111は金属の切削あるいは金属板を板金加工して作製する。各固体電解質171(固体電解質171a、固体電解質171b、固体電解質171c、固体電解質171d)に密接して、参照電極111を配置または取り付ける。また、必要に応じて、固体電解質171と参照電極111間に電解液124(図示せず)を充填する。他の事項は、図16と同様あるいは類似であるので説明を省略する。 Figure 17 shows an example in which a separate reference electrode 111 is used. The reference electrode 111 is made by cutting metal or by processing a metal plate. The reference electrode 111 is placed or attached in close contact with each solid electrolyte 171 (solid electrolyte 171a, solid electrolyte 171b, solid electrolyte 171c, solid electrolyte 171d). If necessary, an electrolyte solution 124 (not shown) is filled between the solid electrolyte 171 and the reference electrode 111. Other details are the same as or similar to those in Figure 16, so a description will be omitted.

図18は、円筒形の固体電解質171(固体電解質171a、固体電解質171b、固体電解質171c、固体電解質171d)で電気化学還元を行うヘッドを構成した実施例である。 Figure 18 shows an example of a head configured to perform electrochemical reduction using a cylindrical solid electrolyte 171 (solid electrolyte 171a, solid electrolyte 171b, solid electrolyte 171c, solid electrolyte 171d).

固体電解質171は、3個または4個として図示しているがこれに限定されるものではない。たとえば、固体電解質171部を細いファイバー状に形成し、10本以上のこれらと束ねて使用、形成、構成しても良い。細い角状であっても良い。
各固体電解質171の周囲には、参照電極111(参照電極111a、参照電極111b、参照電極111c、参照電極111d)を形成または配置している。
Although the solid electrolyte 171 is illustrated as three or four pieces, the number is not limited to this. For example, the solid electrolyte 171 may be formed into a thin fiber shape and bundled together to form or configure ten or more of these. It may also be thin and angular.
A reference electrode 111 (reference electrode 111a, reference electrode 111b, reference electrode 111c, reference electrode 111d) is formed or arranged around each solid electrolyte 171.

参照電極111(参照電極111a、参照電極111b、参照電極111c、参照電極111d)の形成(作製)は、参照電極111の形成部に、Cuペーストが塗布され、その後800度前後の温度で焼き付ける。また、無電化めっき技術で形成しても良い。 The reference electrodes 111 (reference electrode 111a, reference electrode 111b, reference electrode 111c, reference electrode 111d) are formed (produced) by applying Cu paste to the area where the reference electrodes 111 will be formed, and then baking it at a temperature of around 800°C. They may also be formed using electroless plating technology.

参照電極111(参照電極111a、参照電極111b、参照電極111c、参照電極111d)を焼き付けた後、参照電極111の表面にNi及びSnの2層めっきを施す。Znめっきを形成しても良い。必要に応じて、表面に金めっき膜が形成される。 After the reference electrodes 111 (reference electrodes 111a, 111b, 111c, and 111d) are baked, a two-layer plating of Ni and Sn is applied to the surface of the reference electrodes 111. Zn plating may also be applied. If necessary, a gold plating film is applied to the surface.

参照電極111a、参照電極111b、参照電極111c、参照電極111dは密着して配置され、各参照電極111は、電気的に接続されている。参照電極111のうち、少なくとも1つには、半田付け、あるいは圧接されて端子が取りけられる。端子はポテンショスタット119のRE端子と電気的接続される。 Reference electrodes 111a, 111b, 111c, and 111d are arranged in close contact with each other, and each reference electrode 111 is electrically connected. A terminal is attached to at least one of the reference electrodes 111 by soldering or crimping. The terminal is electrically connected to the RE terminal of the potentiostat 119.

各固体電解質171の上面には、対電極112を形成または配置している。対電極112の形成(作製)は、対電極112の形成部に、Cuペーストが塗布され、その後、800度前後の温度で焼き付ける。 A counter electrode 112 is formed or placed on the upper surface of each solid electrolyte 171. The counter electrode 112 is formed (produced) by applying Cu paste to the area where the counter electrode 112 is to be formed, and then baking it at a temperature of around 800°C.

対電極112を焼き付けた後、その表面にNi及びSnの2層めっきを施す。通常電解めっきが用いられる。また、必要に応じて、表面に金めっき膜が形成される。対電極112は、導電ペーストを塗布することにより形成しても良い。 After the counter electrode 112 is baked, its surface is plated with a double layer of Ni and Sn. Electrolytic plating is usually used. If necessary, a gold plating film may also be formed on the surface. The counter electrode 112 may also be formed by applying a conductive paste.

参照電極111に対しても同様である。他の実施例に対しても同様である。対電極112には、半田付け、あるいは圧接されて端子が接続され、端子はポテンショスタット119のCE端子と電気的接続される。 The same applies to the reference electrode 111. The same applies to the other embodiments. A terminal is connected to the counter electrode 112 by soldering or crimping, and the terminal is electrically connected to the CE terminal of the potentiostat 119.

各固体電解質171(固体電解質171a、固体電解質171b、固体電解質171c、固体電解質171d)の参照電極111(参照電極111a、参照電極111b、参照電極111c、参照電極111d)は導電物で形成されている。したがって、各固体電解質171を密着して配置することにより、参照電極111(参照電極111a、参照電極111b、参照電極111c、参照電極111d)は電気的に接続される。 The reference electrodes 111 (reference electrodes 111a, 111b, 111c, 111d) of each solid electrolyte 171 (solid electrolyte 171a, solid electrolyte 171b, solid electrolyte 171c, solid electrolyte 171d) are formed of a conductive material. Therefore, by arranging each solid electrolyte 171 in close contact, the reference electrodes 111 (reference electrodes 111a, 111b, 111c, 111d) are electrically connected.

複数の固体電解質171は、容器105に格納する。容器の先端部には、図2、図3、図4に図示するように、電解液124部、浸透膜172が取り付けられている。以上の事項は本発明の他の実施例にも適用できる。 Multiple solid electrolytes 171 are stored in a container 105. As shown in Figures 2, 3, and 4, an electrolyte solution 124 and a permeation membrane 172 are attached to the tip of the container. The above points can also be applied to other embodiments of the present invention.

各固体電解質171(固体電解質171a、固体電解質171b、固体電解質171c、固体電解質171d)にそれぞれに対電極112(対電極112a、対電極112b、対電極112c、対電極112d)を形成し、各対電極112を電気的に接続している。しかし、すべての対電極112と電気的に接続しても良いが、任意の1つ以上の対電極112をポテンショスタット119のCE端子と接続しても良い。 A counter electrode 112 (counter electrode 112a, counter electrode 112b, counter electrode 112c, counter electrode 112d) is formed on each solid electrolyte 171 (solid electrolyte 171a, solid electrolyte 171b, solid electrolyte 171c, solid electrolyte 171d), and each counter electrode 112 is electrically connected. However, all counter electrodes 112 may be electrically connected, or any one or more counter electrodes 112 may be connected to the CE terminal of the potentiostat 119.

CE端子と接続する対電極112の位置、個数を変更することにより、電気化学還元の能力の設定あるいは変更、還元位置を設定あるいは変更することができる。たとえば、対電極112a、対電極112cをCE端子と接続すれば、斜め方向位置で電気化学還元が実現される。たとえば、対電極112a、対電極112bをCE端子と接続すれば、上方向位置で、電気化学還元が実現される。 By changing the position and number of counter electrodes 112 connected to the CE terminal, it is possible to set or change the electrochemical reduction capacity and the reduction position. For example, if counter electrodes 112a and 112c are connected to the CE terminal, electrochemical reduction is achieved in an oblique position. For example, if counter electrodes 112a and 112b are connected to the CE terminal, electrochemical reduction is achieved in an upward position.

容器105と固体電解質171間には、空隙(空間)ができる。空間に電解液124、洗浄液LAを充填あるいは通過させることができる。たとえば、注液管106、排液管107の機能として使用することができる。また、図7、図8等に図示するように、入射光114a2、反射光114bの光路として使用することができる。 A gap (space) is created between the container 105 and the solid electrolyte 171. The electrolyte solution 124 and cleaning solution LA can be filled into or passed through this space. For example, this can be used to function as the liquid inlet tube 106 and the liquid outlet tube 107. It can also be used as the optical path for incident light 114a2 and reflected light 114b, as shown in Figures 7 and 8.

図18の実施例は、円筒形の固体電解質171を用いたヘッド部の構成であった。本発明はこれに限定するものではない。たとえば、図19に図示するように、板状あるいは平面状の固体電解質171を用いでヘッド部を構成しても良い。他の構成等は図18と同様あるいは類似であるので説明を省略する。 The embodiment in Figure 18 was configured with a head portion using a cylindrical solid electrolyte 171. The present invention is not limited to this. For example, as shown in Figure 19, the head portion may be configured with a plate-shaped or planar solid electrolyte 171. Other configurations are the same or similar to those in Figure 18, so explanations will be omitted.

図5は、本発明の膜厚測定装置において、作用電極(WE)110、参照電極(RE)111、対電極(CE)112を駆動するポテンショスタットの説明図である。
図5において、ポテンショスタットは3個のオペアンプ135と付属する抵抗器136で構成されている。ポテンショスタットの基本的な機能は3つある。
(1)作用電極(WE)110の電位を参照電極に対して規制する。
(2)作用電極(WE)110に流れる電流を測る。
(3)参照電極(RE)111には電流は流さない。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a potentiostat that drives the working electrode (WE) 110, the reference electrode (RE) 111, and the counter electrode (CE) 112 in the film thickness measuring device of the present invention.
5, the potentiostat is comprised of three operational amplifiers 135 and associated resistors 136. The potentiostat has three basic functions.
(1) The potential of the working electrode (WE) 110 is regulated relative to the reference electrode.
(2) The current flowing through the working electrode (WE) 110 is measured.
(3) No current is passed through the reference electrode (RE) 111.

作用電極(WE)110と対電極(CE)112の間に電流が流れ、溶液抵抗による電位降下分のうち対電極(CE)112と参照電極(RE)の間の抵抗による部分はポテンショスタットで制御はできる。しかし、参照電極(RE)111と作用電極(WE)110の間の抵抗分は制御できない。 Current flows between the working electrode (WE) 110 and the counter electrode (CE) 112, and the portion of the potential drop due to solution resistance that is caused by the resistance between the counter electrode (CE) 112 and the reference electrode (RE) can be controlled with a potentiostat. However, the resistance between the reference electrode (RE) 111 and the working electrode (WE) 110 cannot be controlled.

ポテンショスタットは参照電極(RE)111と作用電極(WE)110の間の溶液抵抗による電位降下分込みで電位を制御しているので、この低下分だけ常に意図する値より低めになる。
抵抗による電圧降下分を補うために、余分の電位をかけないとピーク電流がえられる電位に至らないことを示している。
The potentiostat controls the potential by taking into account the potential drop due to the solution resistance between the reference electrode (RE) 111 and the working electrode (WE) 110, so the potential is always lower than the intended value by this drop.
This shows that unless an extra potential is applied to compensate for the voltage drop due to the resistance, the potential at which the peak current is obtained cannot be reached.

ポテンショスタットでは、作用電極(WE)110と参照電極(RE)111の間の溶液抵抗成分に起因する電位降下分だけ差し引いた形で電位コントロールをしていることになる。そのため、ポジティブフィードバックと呼んでいる便宜的な遣り方で、その分を追加、補償する。 In a potentiostat, potential control is performed by subtracting the potential drop caused by the solution resistance between the working electrode (WE) 110 and the reference electrode (RE) 111. Therefore, this amount is added and compensated for using a convenient method called positive feedback.

参照電極(RE)111と作用電極(WE)110の間の溶液抵抗を何らかの方法で測定して、設定電位に加える方式がとられている。溶液抵抗の測定方法の最善はインピーダンス測定による直接的な方法だが、やや煩雑になるので、簡便な方法がとられている。 The solution resistance between the reference electrode (RE) 111 and working electrode (WE) 110 is measured in some way and applied to a set potential. The best way to measure the solution resistance is directly by impedance measurement, but this is somewhat complicated, so a simpler method is used.

測定時の電流値との積をとり、そのうちの何%かを設定電圧に加えてやるようにフィードバックしてやれば良い。これがiR補償のポジティブフィードバックの内容である。
図5に図示する可変抵抗器Rpf(137)を使って、作用電極(WE)110に流れる電流に比例する電圧を設定電圧Esetに加算する。
The positive feedback of iR compensation is achieved by multiplying the measured current value by a certain percentage and adding it to the set voltage.
A variable resistor Rpf (137) shown in FIG. 5 is used to add a voltage proportional to the current flowing through the working electrode (WE) 110 to the set voltage Eset.

図5で説明したポテンショスタット回路は、図3に図示するポテンショスタット119が対応する。容器105内には、洗浄液(リンス液)LA124または電解液LB124が充填され、循環ファン122が必要に応じて回転させ、溶液124等を循環させる。 The potentiostat circuit described in Figure 5 corresponds to the potentiostat 119 shown in Figure 3. Container 105 is filled with cleaning solution (rinse solution) LA124 or electrolyte solution LB124, and circulation fan 122 rotates as needed to circulate solution 124, etc.

一例として、半田、端子電極、BGAパッドが作用電極(WE)110となる。作用電極(WE)110、薄膜123、保護膜126等は電解液124で表面が浸透されている。固体電解質171部には、参照電極111、対電極112が形成されている。保護膜126は電気化学還元前に洗浄液LAにより除去しておく。 As an example, the working electrode (WE) 110 is made up of solder, a terminal electrode, or a BGA pad. The surfaces of the working electrode (WE) 110, thin film 123, protective film 126, etc. are permeated with electrolyte 124. The reference electrode 111 and counter electrode 112 are formed on the solid electrolyte 171. The protective film 126 is removed using cleaning solution LA before electrochemical reduction.

固体電解質171と電解液124とは接触している。したがって、作用電極110と対電極112間に電圧が印加されると、作用電極110の薄膜123等が電気化学還元される。また、参照電極111の電圧により、電気化学還元量は制御される。電解液124は循環ファン122により攪拌される。 The solid electrolyte 171 and the electrolyte solution 124 are in contact. Therefore, when a voltage is applied between the working electrode 110 and the counter electrode 112, the thin film 123 of the working electrode 110 and other components undergo electrochemical reduction. The amount of electrochemical reduction is controlled by the voltage of the reference electrode 111. The electrolyte solution 124 is agitated by a circulation fan 122.

容器105には、注液管106、排液管107が配置されている。注液管106から、洗浄液LAまたは電解液LBが注液される。排液管107から、洗浄液LAまたは電解液LBが排出される。注液管106、排液管107には液が逆流しないように弁(図示せず)が形成または配置されている。 Container 105 is provided with an inlet pipe 106 and a drain pipe 107. Cleaning solution LA or electrolyte solution LB is injected through inlet pipe 106. Cleaning solution LA or electrolyte solution LB is discharged through drain pipe 107. Valves (not shown) are formed or placed in inlet pipe 106 and drain pipe 107 to prevent backflow of the liquid.

作用電極(WE)110、薄膜123等の表面が、電解液124に充填され、電極に電流を流すと還元反応が起きる。対象物質は、固有の還元電位を持つため、還元に要した時間を測定することで膜厚を算出することができる。 The surfaces of the working electrode (WE) 110, thin film 123, etc. are filled with electrolyte 124, and a reduction reaction occurs when a current is passed through the electrode. Since the target substance has a specific reduction potential, the film thickness can be calculated by measuring the time required for reduction.

図3において、参照電極(RE)111、対電極(CE)112を入れ替えても良い。以上の事項は、図4、図15、図16、図17、図18、図19においても同様である。また、図4等において、固体電解質171部の表面に対電極112、参照電極111等を形成したように図示しているが、これに限定するものではない。たとえば、図15等に図示するように、固体電解質171部の内部に対電極112、参照電極111等を形成しても良いことは言うまでもない。 In Figure 3, the reference electrode (RE) 111 and counter electrode (CE) 112 may be interchanged. The same applies to Figures 4, 15, 16, 17, 18, and 19. Also, in Figure 4 and other figures, the counter electrode 112, reference electrode 111, etc. are shown formed on the surface of the solid electrolyte 171, but this is not limited to this. For example, it goes without saying that the counter electrode 112, reference electrode 111, etc. may be formed inside the solid electrolyte 171, as shown in Figure 15 and other figures.

図4、図15、図16、図17、図18、図19等において、参照電極111は、固体電解質171部の周囲を取り囲むように形成または配置しているように図示しているが、本発明はこれに限定するものではない。たとえば、対電極112、参照電極111を複数の電極として形成して、固体電解質171部の周囲に離散的あるいは個別に配置しても良い。以上の事項は、図15のように、対電極112、参照電極111を固体電解質171の内部に形成する場合にも適用できることは言うまでもない。 In Figures 4, 15, 16, 17, 18, 19, etc., the reference electrode 111 is shown as being formed or arranged so as to surround the periphery of the solid electrolyte 171, but the present invention is not limited to this. For example, the counter electrode 112 and reference electrode 111 may be formed as multiple electrodes and arranged discretely or individually around the solid electrolyte 171. Needless to say, the above points also apply when the counter electrode 112 and reference electrode 111 are formed inside the solid electrolyte 171, as in Figure 15.

固体電解質171の一部を切削あるいは研摩し、凹部等を形成し、凹部等に対電極112、参照電極111等を形成しても良いことは言うまでもない。また、対電極112、参照電極111をペースト状の材料で、固体電解質171部に形成し、乾燥ありは、焼結することにより形成または構成しても良い。
以上の事項、内容、構成は本発明の他の実施例においても適用できる。また、一部または全部を組み合わせることができる。
It goes without saying that a portion of the solid electrolyte 171 may be cut or polished to form a recess or the like, and the counter electrode 112, the reference electrode 111, etc. may be formed in the recess or the like. Alternatively, the counter electrode 112 and the reference electrode 111 may be formed or configured by forming a paste-like material on the solid electrolyte 171 portion and drying or sintering the material.
The above items, contents, and configurations can be applied to other embodiments of the present invention, and some or all of them can be combined.

図2、図4は、図1の一部の説明図であり、本発明の膜厚測定装置の模式図である。図2のように、容器105の先端部には、リング状の密着部125が取り付けられている。密着部125はシリコンゴム、ブチルゴム、ポリプロピレン、ニトロゴム等で形成される。密着部125は柔軟性を有し、容器105の先端部と基板109を密着させる。密着部125内には電解液124等が充填される。また、必要に応じて、浸透膜172が配置される。 Figures 2 and 4 are explanatory diagrams of a portion of Figure 1 and are schematic diagrams of the film thickness measurement device of the present invention. As shown in Figure 2, a ring-shaped contact part 125 is attached to the tip of the container 105. The contact part 125 is made of silicone rubber, butyl rubber, polypropylene, nitro rubber, or the like. The contact part 125 is flexible and brings the tip of the container 105 into close contact with the substrate 109. The contact part 125 is filled with an electrolyte solution 124, or the like. If necessary, a permeation membrane 172 is also arranged.

本発明の膜厚測定装置は、膜厚測定を実施するサンプルを含む領域に押し付けることにより、密着部125が変形する。着部125が変形することにより、電解液124等が漏れ出ることが防止される。また、浸透膜172がサンプル(薄膜123等)と密着され、サンプルの表面に電解液124が良好に接するようにできる。したがって、電気化学還元が良好に実現できる。 When the film thickness measurement device of the present invention is pressed against an area containing a sample for which film thickness measurement is to be performed, the contact portion 125 deforms. The deformation of the contact portion 125 prevents leakage of the electrolyte 124 and other liquids. Furthermore, the permeation membrane 172 is in close contact with the sample (thin film 123, etc.), ensuring good contact of the electrolyte 124 with the sample surface. Therefore, electrochemical reduction can be effectively achieved.

密着部125は、図2に図示するように、A方向(上方向)、B方向(下方向)に移動できるように構成されている。密着部125のサイズ(直径等)は測定対象のサンプルに対応して取り換えできるように脱着可能に構成されている。また、固体電解質171部も本発明の膜厚測定装置の本体(図示せず)から脱着し、取り替えることができるように構成されている。 As shown in Figure 2, the contact part 125 is configured to be movable in direction A (upward) and direction B (downward). The size (diameter, etc.) of the contact part 125 is configured to be detachable so that it can be changed according to the sample to be measured. The solid electrolyte 171 is also configured to be detachable from the main body (not shown) of the film thickness measurement device of the present invention and can be replaced.

入射光114aは、対象物(電極110)上に焦点を合わせる必要がある。A方向(上方向)、B方向(下方向)に移動することにより、入射光114aを対象物(電極110)上に焦点を合わせることができる。 The incident light 114a needs to be focused on the object (electrode 110). By moving in direction A (upward) and direction B (downward), the incident light 114a can be focused on the object (electrode 110).

図4でも説明しているが、固体電解質171部にて参照電極111が配置されている。また、作用電極110と対面する位置で、固体電解質171部の上面には、対電極112が取り付けられている。 As shown in Figure 4, a reference electrode 111 is disposed in the solid electrolyte 171. A counter electrode 112 is attached to the upper surface of the solid electrolyte 171, facing the working electrode 110.

入射光114a、反射光114bは、電解液124が充填された箇所を通過する。入射光114aは、薄膜123、有機膜126に照射される。入射光114aは、電極110面で反射して反射光114bとなる。 Incident light 114a and reflected light 114b pass through the area filled with electrolyte solution 124. Incident light 114a is irradiated onto thin film 123 and organic film 126. Incident light 114a is reflected by the surface of electrode 110 and becomes reflected light 114b.

なお、図1の点線で示す光窓127を容器105に形成または配置する。光窓127を介して、容器105の外部に配置した光発生器108からの入射光114aを容器内105に入射させる。反射光114bは、容器105に形成または配置した光窓127を透過し、容器105の外部に配置した受光器117に入射する。 Note that an optical window 127, indicated by a dotted line in Figure 1, is formed or placed in the container 105. Incident light 114a from a light generator 108 placed outside the container 105 is allowed to enter the container 105 through the optical window 127. Reflected light 114b passes through the optical window 127 formed or placed in the container 105 and enters a light receiver 117 placed outside the container 105.

光窓127は、石英ガラスで形成することは好ましいが、ライトライムガラス、無アルカリガラス、ナトリウムガラスで形成または構成しても良い。特に、入射光114等が紫外線波長領域の分光透過率(分光反射率)の必要度が小さい場合は、光窓127は、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂材料で形成または構成しても良い。 The optical window 127 is preferably made of quartz glass, but may also be made of light lime glass, alkali-free glass, or sodium glass. In particular, if the incident light 114, etc., does not require much spectral transmittance (spectral reflectance) in the ultraviolet wavelength range, the optical window 127 may be made of or composed of a resin material such as polyester, acrylic resin, or polycarbonate resin.

作用電極(WE)110は、一例としてプリント印刷基板109の1つの電極である。たとえば、BGAのバンプ、ICとの接続ランド、スルーホールが例示される。ただし、電極に限定されるものではない。たとえば、シリコンウエハ、鋼板、めっき板、カーボン基板等、導電性があるものであれば、いずれの物であっても良い。たとえば、酸化物であっても良い。
固体電解質171部と電解液124とは接することにより、イオンの流入、イオンの流出が行われる。
The working electrode (WE) 110 is, for example, one electrode of the printed circuit board 109. Examples include a bump of a BGA, a connection land with an IC, and a through-hole. However, it is not limited to an electrode. For example, it may be any conductive material, such as a silicon wafer, a steel plate, a plated plate, or a carbon substrate. For example, it may be an oxide.
When the solid electrolyte 171 and the electrolytic solution 124 come into contact with each other, ions flow in and out.

作用電極(WE)110は、配線パターンと接続されている。配線パターンにポテンショスタット119のWE端子を接続することにより、還元電極として機能する。作用電極(WE)110と対電極112間に電流が印加され、作用電極(WE)110あるいは薄膜123、あるいは表面の薄膜等が連続電気化学還元される。 The working electrode (WE) 110 is connected to a wiring pattern. By connecting the WE terminal of the potentiostat 119 to the wiring pattern, it functions as a reduction electrode. A current is applied between the working electrode (WE) 110 and the counter electrode 112, and the working electrode (WE) 110, thin film 123, or thin film on the surface undergoes continuous electrochemical reduction.

容器105は、洗浄液(リンス液)LAと電解液LBとを入れ替える。最初は、洗浄液(リンス液)LAを容器内105内に注入し、電極110上の有機膜、有機保護膜(OSP:Organic Solderability Preservative)等を除去する。洗浄液(リンス液)LAの排出は、電磁弁101cのオンオフによって実施し、液の排出は、ポンプ102で液LCとして排出する。
その後、洗浄液(リンス液)LAを容器内105内から、排液管107から排出し、電解液LB124を、注液管106から容器105内に注入する。
In the container 105, a cleaning liquid (rinse liquid) LA is replaced with an electrolyte solution LB. First, the cleaning liquid (rinse liquid) LA is poured into the container 105 to remove an organic film, an organic solderability preservative (OSP), and the like on the electrode 110. The cleaning liquid (rinse liquid) LA is discharged by turning on and off the electromagnetic valve 101c, and the liquid is discharged as a liquid LC by the pump 102.
Thereafter, the cleaning liquid (rinse liquid) LA is discharged from the container 105 through the drain pipe 107, and the electrolyte LB 124 is injected into the container 105 through the injection pipe 106.

洗浄液(リンス液)LAと電解液LBの注入、排出処理は、液量制御部120により制御する。電極(作用電極(WE)、参照電極(RE)、対電極(CE))の制御は、ポテンショスタット119により制御する。 The injection and discharge of the cleaning solution (rinse solution) LA and electrolyte solution LB is controlled by the liquid volume control unit 120. The electrodes (working electrode (WE), reference electrode (RE), and counter electrode (CE)) are controlled by the potentiostat 119.

本発明の膜厚測定装置は、薄膜123に光114aを照射し、反射光114bを受光することにより、薄膜123の膜厚あるいは状態を測定する光制御器118を有している。 The film thickness measurement device of the present invention has an optical controller 118 that measures the film thickness or state of the thin film 123 by irradiating the thin film 123 with light 114a and receiving reflected light 114b.

反射光114bにより、分光反射率を測定することにより実現する。分光反射率とは、反射した放射束または光束の分光密度と、入射した放射の分光密度との比で示される。単色放射に関する反射率であり、波長の関数である。 This is achieved by measuring the spectral reflectance using reflected light 114b. Spectral reflectance is the ratio of the spectral density of the reflected radiant flux or luminous flux to the spectral density of the incident radiation. It is the reflectance for monochromatic radiation and is a function of wavelength.

基板109上の薄膜123に照射した光の偏光状態の変化から、薄膜の膜厚や屈折率などの光学構造を逆算する(シミュレーションを実施する)。光制御器118は、光の偏光状態等の測定結果から、薄膜の誘電関数をモデル化し、その誘電関数を用いて光の偏光状態の変化について理論的(シミュレーション等)な光学計算を行う。 The optical structure of the thin film, such as its film thickness and refractive index, is calculated (simulated) from the changes in the polarization state of light irradiated onto the thin film 123 on the substrate 109. The optical controller 118 models the dielectric function of the thin film from the measurement results of the polarization state of light, and uses this dielectric function to perform theoretical optical calculations (such as simulations) on the changes in the polarization state of light.

偏光状態に関する計算結果と実験結果との差ができる限り小さくなるように誘電関数モデル内のフィッティングパラメータを数値的に最適化することで、薄膜の誘電関数が決定される。 The dielectric function of the thin film is determined by numerically optimizing the fitting parameters in the dielectric function model so that the difference between the calculated and experimental results for the polarization state is as small as possible.

得られた誘電関数から、膜厚の光学定数(屈折率と消衰係数)が算出され、光学異方性のあるモデルを用いることで、光学定数の異方性や配向パラメータを評価することができる。 The optical constants (refractive index and extinction coefficient) of the film thickness can be calculated from the obtained dielectric function, and by using a model with optical anisotropy, the anisotropy of the optical constants and orientation parameters can be evaluated.

薄膜123の構成材料は既知あるいは既知構成を類似しているため、誘電関数モデル化は容易である。また、ポテンショスタット119等により、電気化学還元法で薄膜123の変化を連続してモニターできる。 Since the constituent materials of the thin film 123 are known or have a similar known composition, it is easy to model the dielectric function. Furthermore, changes in the thin film 123 can be continuously monitored using the electrochemical reduction method using a potentiostat 119 or similar.

基板109上に銅(Cu)からなる電極110が形成され、電極110上に、薄膜123(酸化膜)が形成されているとする。光発生器108は、重水素ランプ、ハロゲンランプを有する。 An electrode 110 made of copper (Cu) is formed on a substrate 109, and a thin film 123 (oxide film) is formed on the electrode 110. The light generator 108 includes a deuterium lamp and a halogen lamp.

重水素ランプは、紫外線領域での連続スペクトルが必要な場合に分光法で使用される。水素を使用するプラズマ「アーク」または放電ランプは、紫外線での出力が高く、可視光線と赤外線での出力が比較的少ない。重水素を使用したランプは、同じ温度で、寿命が長く、UV範囲の遠端での放射率(強度)が通常の水素アークランプの3から5倍である。 Deuterium lamps are used in spectroscopy when a continuous spectrum in the ultraviolet is required. Hydrogen-based plasma "arc" or discharge lamps have high output in the ultraviolet and relatively low output in the visible and infrared. At the same temperature, deuterium-based lamps have a longer life and three to five times the emissivity (intensity) at the far end of the UV range of a typical hydrogen arc lamp.

ハロゲンランプは、シリカ電球やクリア電球、電球型蛍光灯と比較して、非常に小さい。ランプが小さいことから、光発生器108を小さく構成できる。輝度が非常に高く、点光源といえるような光の性質を持っている。
紫外線領域の波長は、重水素ランプからの発光光を使用し、可視光および赤外領域の光はハロゲンランプからの発光光を使用する。
Halogen lamps are very small compared to silica bulbs, clear bulbs, and compact fluorescent lamps. Because the lamps are small, the light generator 108 can be made small. They have very high brightness and light properties that make them suitable for use as a point light source.
For wavelengths in the ultraviolet region, light emitted from a deuterium lamp is used, and for light in the visible and infrared regions, light emitted from a halogen lamp is used.

図6等に図示しているように、光発生器108が発生した入射光114a1は回折格子116に入射する。回折格子116(Gratings:グレーティング)は、種々の波長が混ざった光(白色光)を波長ごとにわける(分散)光学素子である。回折格子116は、多数の平行スリットが等間隔で配列した構造である。
なお、回折格子116は平行スリット状のものに限定されるものではなく、プリズムを使用した回折格子(分光器)でも良い。
6 and other figures, the incident light 114a1 generated by the light generator 108 is incident on the diffraction grating 116. The diffraction grating 116 is an optical element that separates (disperses) light (white light) that is a mixture of various wavelengths into individual wavelengths. The diffraction grating 116 has a structure in which many parallel slits are arranged at equal intervals.
The diffraction grating 116 is not limited to a parallel slit type, but may be a diffraction grating (spectroscope) using a prism.

回折格子116を移動させ、所定波長間隔の波長の入射光114a2を取り出す。入射光114a2はレンズ115aで集光する、あるいは光の方向が電極110面に照射されるように調整される。 The diffraction grating 116 is moved to extract incident light 114a2 with wavelengths spaced apart by a predetermined wavelength. The incident light 114a2 is focused by the lens 115a, or the direction of the light is adjusted so that it strikes the electrode 110 surface.

入射光114a2を薄膜123に照射される。薄膜123あるいは電極110の構成材料は入射光114a2を反射あるいは吸収し、反射した反射光114bは、レンズ115bで集光され、受光器117で光-電気変換される。
各波長の光に対する反射光114bは、各波長の入射光114a2に対する強度となる。この波長に対する強度から、分光反射率が測定あるいは取得できる。
Incident light 114a2 is irradiated onto thin film 123. The constituent material of thin film 123 or electrode 110 reflects or absorbs incident light 114a2, and the reflected light 114b is collected by lens 115b and is converted optically to electricity by photodetector 117.
The reflected light 114b for each wavelength has an intensity relative to the incident light 114a2 for each wavelength. From this intensity for each wavelength, the spectral reflectance can be measured or obtained.

分光反射率から、基板109上の薄膜123の膜厚や屈折率などの光学構造を逆算する。光制御器118は、光の偏光状態等の測定結果から、薄膜の誘電関数をモデル化し、その誘電関数を用いて光の偏光状態の変化について理論的な光学計算を行い、薄膜123等の膜厚を求める。 The optical structure, such as the film thickness and refractive index of the thin film 123 on the substrate 109, is calculated inversely from the spectral reflectance. The optical controller 118 models the dielectric function of the thin film from the measurement results of the polarization state of light, etc., and uses this dielectric function to perform theoretical optical calculations on changes in the polarization state of light to determine the film thickness of the thin film 123, etc.

分光膜厚測定法では、測定対象物の裏面での反射光の影響をなくす必要があるが、本発明の膜厚測定装置では、測定対象物は銅電極110等で構成され、入射光114aはすべて銅電極110等で反射または吸収されるため、反射光の影響を受けか、影響が少ない。 In spectroscopic film thickness measurement, it is necessary to eliminate the effects of reflected light from the back surface of the object being measured. However, in the film thickness measurement device of the present invention, the object being measured is composed of a copper electrode 110, etc., and all of the incident light 114a is reflected or absorbed by the copper electrode 110, etc., so there is little effect from reflected light.

図12は、分光膜厚測定法で、電極110の分光反射率を測定した実施例である。電極110は銅(Cu)で形成されている。分光膜厚測定法で、電極110のCuの分光反射率を測定した例である。点線で示すようにCuは長波長領域で反射率が高く、700nmの近赤外では良好な反射率を示す。 Figure 12 shows an example in which the spectral reflectance of electrode 110 was measured using the spectral film thickness measurement method. Electrode 110 is made of copper (Cu). This is an example in which the spectral reflectance of Cu in electrode 110 was measured using the spectral film thickness measurement method. As shown by the dotted line, Cu has high reflectance in the long wavelength region and good reflectance in the near infrared region of 700 nm.

電極110に薄膜123として酸化銅(CuO)が形成されている場合の分光反射率を実線で示す。酸化銅(CuO)は、可視光の範囲で、反射率が低く、長波長領域で透過率が高くなる。 The solid line shows the spectral reflectance when copper oxide (CuO) is formed as the thin film 123 on the electrode 110. Copper oxide (CuO) has low reflectance in the visible light range and high transmittance in the long wavelength range.

酸化銅(CuO)の膜厚は、酸化銅(CuO)の光学モデルと分光反射率から、シミュレーションにより求めることができる。したがって、分光膜厚測定法で、分光反射率(分光透過率)を測定することにより、測定対象の材料の有無、膜厚を推定または求めることができる。 The thickness of copper oxide (CuO) films can be determined by simulation using an optical model of copper oxide (CuO) and spectral reflectance. Therefore, by measuring spectral reflectance (spectral transmittance) using the spectral film thickness measurement method, it is possible to estimate or determine the presence or absence of the material being measured and its film thickness.

薄膜123は、酸化膜あるいは有機膜であり、光透過性を有する。電極110は銅等の金属膜であるから、入射光114a2を反射する。薄膜123は、構成する材料の屈折率、減衰係数にしたがって、分光透過率(分光反射率)を示す。 The thin film 123 is an oxide film or organic film that is optically transparent. The electrode 110 is a metal film such as copper, and therefore reflects incident light 114a2. The thin film 123 exhibits spectral transmittance (spectral reflectance) according to the refractive index and attenuation coefficient of the material that makes it up.

洗浄液(または、リンス液)LAまたは電解液LBは、水の屈折率である1.33に近似である。薄膜123の酸化物が銅の二酸化銅(CuO)とすると、屈折率は2.17である。二酸化銅は光学モデルが既知であり、膜厚計算におけるシミュレーションフィティングが容易である。 The cleaning liquid (or rinse liquid) LA or the electrolyte LB has a refractive index close to 1.33, which is the refractive index of water. If the oxide of the thin film 123 is copper dioxide (CuO 2 ), the refractive index is 2.17. The optical model of copper dioxide is known, and simulation fitting for film thickness calculation is easy.

薄膜123の酸化物が銅の酸化銅(CuO)とすると、屈折率は2.63である。酸化銅は光学モデルが既知であり、膜厚計算におけるシミュレーションフィティングが容易である。 If the oxide of thin film 123 is copper oxide (CuO), the refractive index is 2.63. The optical model for copper oxide is known, making it easy to fit simulations when calculating film thickness.

薄膜123の構成物が二酸化銅、酸化銅として光学モデルを規定し、膜厚計算におけるシミュレーションを実施すれば、薄膜123の膜厚を計算することができる。 By defining an optical model assuming that the components of thin film 123 are copper dioxide and copper oxide, and performing a simulation to calculate the film thickness, the film thickness of thin film 123 can be calculated.

二酸化銅(CuO)、酸化銅(CuO)は、洗浄液(リンス液)LAまたは電解液LB124との屈折率差が大きく、電極110の銅の反射率も比較的高いため、反射光114の強度も大きく、安定した測定を実現できる。この光学的な膜厚測定方法を分光膜厚法と呼ぶ。 Copper dioxide (CuO 2 ) and copper oxide (CuO) have a large difference in refractive index from the cleaning solution (rinse solution) LA or the electrolyte solution LB 124, and the reflectance of the copper of the electrode 110 is also relatively high, so the intensity of the reflected light 114 is also large, enabling stable measurement. This optical film thickness measurement method is called a spectroscopic film thickness method.

薄膜123に、洗浄液(リンス液)LAまたは電解液LBが充填されていない状態(空気、窒素)の場合は、屈折率1.0と、二酸化銅(CuO)の屈折率は2.17、酸化銅(CuO)の屈折率は2.63との差になるため、屈折率差が大きく、安定した測定を実現できる。 When the thin film 123 is not filled with the cleaning liquid (rinse liquid) LA or the electrolyte LB (air, nitrogen), the difference between the refractive index of 1.0 and the refractive index of copper dioxide (CuO 2 ), which is 2.17, or the refractive index of copper oxide (CuO), which is 2.63, is large, allowing for stable measurement.

薄膜123が、半導体素子等に使用するシリコン(Si)の酸化物の場合は、二酸化ケイ素(SiO)の屈折率は1.46、一酸化ケイ素(SiO)の屈折率は、1.90である。洗浄液(リンス液)LAまたは電解液LBとの屈折率差が小さいが、二酸化ケイ素(SiO)、一酸化ケイ素(SiO)の光学モデルは確立しているため、精度よく膜厚計算を行うことができる。 When thin film 123 is an oxide of silicon (Si) used in semiconductor elements, etc., the refractive index of silicon dioxide (SiO 2 ) is 1.46, and the refractive index of silicon monoxide (SiO) is 1.90. Although the difference in refractive index with the cleaning liquid (rinse liquid) LA or the electrolyte liquid LB is small, optical models for silicon dioxide (SiO 2 ) and silicon monoxide (SiO) have been established, and therefore film thickness calculations can be performed with high accuracy.

反射光114bの測定による分光膜厚測定法と、ポテンショスタットでの電気化学還元法は同時に実施することができる。反射光114bから薄膜123の膜厚が測定あるいは取得でき、電気化学還元法においても、膜厚が測定あるいは取得することができる。2つの方法を組み合わせることができることにより、精度よく、薄膜123の膜厚、材質を測定あるいは把握することができる。 The spectroscopic film thickness measurement method using reflected light 114b and the electrochemical reduction method using a potentiostat can be performed simultaneously. The film thickness of thin film 123 can be measured or obtained from reflected light 114b, and the film thickness can also be measured or obtained using electrochemical reduction. By combining the two methods, the film thickness and material of thin film 123 can be measured or determined with high accuracy.

分光膜厚測定法は、薄膜123の光学モデルが精度よく構築できている場合は、求められる膜厚精度が高い。しかし、薄膜123は、たとえば、二酸化銅(CuO)、酸化銅(CuO)の2層で構成されている場合、二酸化銅(CuO)と酸化銅(CuO)との混合物で構成あるいは形成されている場合は、精度の良い光学モデルでモデル化はできない。したがって、計算あるいはシミュレーションで求められる膜厚精度は低下する。 The spectroscopic film thickness measurement method can achieve high film thickness accuracy if an optical model of the thin film 123 can be constructed with high accuracy. However, if the thin film 123 is composed of two layers of copper dioxide (Cu 2 O) and copper oxide (CuO), for example, or is composed or formed of a mixture of copper dioxide (Cu 2 O) and copper oxide (CuO), it cannot be modeled with a high-accuracy optical model. Therefore, the film thickness accuracy obtained by calculation or simulation decreases.

電気化学還元法は、ポテンショスタットで制御し、定電流で電極(WE)に還元反応を起こし、電位E(V)の時間変化を記録あるいは測定する。記録あるいは測定されるプラトー(Plateau)により、薄膜123の形成材料量を定量的に測定あるいは把握することができる。しかし、定量的な厚みとしての膜厚を測定あるいは把握することは難しい。 The electrochemical reduction method is controlled by a potentiostat, a constant current is applied to cause a reduction reaction at the electrode (WE), and the change in potential E (V) over time is recorded or measured. The amount of material forming the thin film 123 can be quantitatively measured or determined from the recorded or measured plateau. However, it is difficult to quantitatively measure or determine the film thickness.

本発明は、分光膜厚測定法により、薄膜123等の膜厚を定量的に測定することができる。また、電気化学還元法により、薄膜123等の形成材料および形成材料量を定量的に測定することができる。 The present invention can quantitatively measure the film thickness of thin film 123 and the like using a spectroscopic film thickness measurement method. Furthermore, the forming materials and amounts of forming materials of thin film 123 and the like can be quantitatively measured using an electrochemical reduction method.

したがって、分光膜厚測定法により、薄膜123等の膜厚を定量的に測定することができる。分光膜厚測定法と電気化学還元法の相乗効果により、薄膜材料123等の膜厚、形成材料量、形成材料を定量的かる精度よく測定することができる。 Therefore, the spectroscopic film thickness measurement method can quantitatively measure the film thickness of the thin film 123, etc. The synergistic effect of the spectroscopic film thickness measurement method and the electrochemical reduction method allows the film thickness, amount of forming material, and forming material of the thin film material 123, etc. to be measured quantitatively and with high accuracy.

分光膜厚測定法と電気化学還元法とは同時に実施することができるため、薄膜123等の電位(V)と測定しなから、薄膜123等の膜厚を測定することができるため、還元されている材料とその材料の変化点を正確に把握することができる。把握した変化点を用いて分光膜厚測定法の光学モデルに、常時あるいは適時にフィードバックすることにより、精度の良い膜厚計算(膜厚シミュレーション)を実現できる。 Because the spectroscopic film thickness measurement method and electrochemical reduction method can be performed simultaneously, the film thickness of the thin film 123, etc. can be measured while measuring the potential (V) of the thin film 123, etc., making it possible to accurately determine the material being reduced and the change points in that material. By constantly or at appropriate times feeding back the determined change points to the optical model of the spectroscopic film thickness measurement method, highly accurate film thickness calculations (film thickness simulations) can be achieved.

分光膜厚測定法前に洗浄液LAを容器105に充填し、有機膜126を除去する方式を実施する。そのため、良好に電気化学還元法を実施することができる。また、分光膜厚測定法で有機膜126の膜厚測定ができるため、洗浄液LAを容器105に充填する時間を正確に見積もることができる。 Before performing the spectroscopic film thickness measurement method, the container 105 is filled with cleaning liquid LA and the organic film 126 is removed. This allows the electrochemical reduction method to be carried out smoothly. Furthermore, because the film thickness of the organic film 126 can be measured using the spectroscopic film thickness measurement method, the time required to fill the container 105 with cleaning liquid LA can be accurately estimated.

図6は対象物(薄膜123等)の膜厚を測定するための分光膜厚測定法の構成図および説明図である。図6では、レンズ115(レンズ115a、レンズ115b)として凹面鏡として図示しているがこれに限定されるものではなく、凸レンズ等で構成しても良い。集光光学系は凹レンズと凸レンズ等と組わせても構成しても良い。また、凹面鏡を使用することができる。 Figure 6 is a diagram and explanatory view of the configuration of a spectroscopic film thickness measurement method for measuring the film thickness of an object (such as thin film 123). In Figure 6, lenses 115 (lenses 115a and 115b) are shown as concave mirrors, but this is not limited to this and they may also be configured with convex lenses, etc. The focusing optical system may also be configured with a combination of concave and convex lenses, etc. Concave mirrors can also be used.

一例として、図13に図示するように、基板109上に銅(Cu)からなる電極110が形成され、電極110上に、薄膜123(酸化膜等、薄膜123a、薄膜123b)、有機膜126が形成されているとする。 As an example, as shown in Figure 13, an electrode 110 made of copper (Cu) is formed on a substrate 109, and a thin film 123 (such as an oxide film, thin film 123a, thin film 123b) and an organic film 126 are formed on the electrode 110.

光発生器108は、重水素ランプおよびハロゲンランプを有する。重水素ランプは主として紫外線波長領域の光の発生を受け持ち、ハロゲンランプは主として可視光、赤外線光の発生を受け持つ。 The light generator 108 includes a deuterium lamp and a halogen lamp. The deuterium lamp is primarily responsible for generating light in the ultraviolet wavelength range, while the halogen lamp is primarily responsible for generating visible and infrared light.

光発生器108が発生した入射光114a1は回折格子(プリズム等も含む)116に入射する。回折格子(プリズム等も含む)116(Gratings:グレーティング)は、種々の波長が混ざった光(白色光)を波長ごとに分離する光学素子である。回折格子116は、多数の平行スリットが等間隔で配列した構造である。 Incoming light 114a1 generated by light generator 108 is incident on diffraction grating (including prisms, etc.) 116. Diffraction grating (including prisms, etc.) 116 (Gratings) is an optical element that separates light (white light) that is a mixture of various wavelengths into individual wavelengths. Diffraction grating 116 has a structure in which many parallel slits are arranged at equal intervals.

回折格子116への入射光114a1は、回折格子116で波長ごとに分光される。分光された光114a2は、レンズあるいは反射鏡115aで光の方向を変化させ、薄膜123等を照明する。
回折格子116を移動させること、あるいは回折格子116への光入射位置を移動させることにより、所定波長間隔の波長の入射光114a2を取り出す。
Light 114a1 incident on diffraction grating 116 is split into wavelengths by diffraction grating 116. The split light 114a2 has its direction changed by lens or reflecting mirror 115a and illuminates thin film 123 or the like.
By moving the diffraction grating 116 or by moving the position at which light is incident on the diffraction grating 116, incident light 114a2 having wavelengths spaced apart by a predetermined wavelength is extracted.

入射光114a2は、所定の波長範囲で連続的に変化させた光でなくともよい。たとえば、630nmの一定波長に固定し、この波長を照射し、反射光114bの大きさを連続してモニターしてもよい。反射光114bの大きさにより、膜厚の変化を知ることができる。したがって、本発明の膜厚測定装置の分光反射率の測定あるいは取得は一定の波長で測定しても良い。
レンズ115位置、または、基板109位置を変化させて、入射光114a2が対象物(電極110)に焦点を結ぶように位置調整される。
The incident light 114a2 does not have to be light that is continuously changed within a predetermined wavelength range. For example, it may be fixed at a constant wavelength of 630 nm, and this wavelength may be irradiated, and the magnitude of the reflected light 114b may be continuously monitored. The change in film thickness can be determined from the magnitude of the reflected light 114b. Therefore, the measurement or acquisition of the spectral reflectance of the film thickness measuring device of the present invention may be performed at a constant wavelength.
The position of the lens 115 or the position of the substrate 109 is changed to adjust the position so that the incident light 114a2 is focused on the target (electrode 110).

入射光114a2を薄膜123に照射される。薄膜123あるいは電極110の構成材料は入射光114a2を反射あるいは吸収し、反射した反射光114bは、レンズ115bで集光され、受光器117で、光-電気変換される。 Incident light 114a2 is irradiated onto the thin film 123. The thin film 123 or the material of the electrode 110 reflects or absorbs the incident light 114a2, and the reflected light 114b is collected by the lens 115b and subjected to optical-to-electrical conversion by the photodetector 117.

分光膜厚測定法では、基準となるベースとなる反射率を事前に測定する必要がある。反射率はベースとなる反射率を基準(100%)としてその比率(%)として測定される。 Spectroscopic film thickness measurement requires that a reference base reflectance be measured in advance. Reflectance is measured as a percentage of the base reflectance (100%).

ベースとなる反射率を測定するため、反射率が高い銀、アルミニウム等の反射膜を有する反射板を、電極110位置に配置し(入射光114aの焦点位置に配置し)、基準分光反射率を測定する。反射光114bは測定された基準分光反射率に対する反射率を測定する。測定された分光反射率特性と、測定対象の薄膜123等の光学モデルとを用いて薄膜123等の膜厚を計算する。
図6では、入射光114aは、薄膜123等に対して、斜め方向から入射させるとしたが本発明の膜厚測定装置はこれに限定されるものではない。
図7、図8は、薄膜123等の平面に対して、垂直方向から入射光114aと入射させ、垂直方向に反射光114bを取り出す光学系である。
To measure the base reflectance, a reflector having a highly reflective film made of silver, aluminum, or the like is placed at the position of the electrode 110 (placed at the focal position of the incident light 114a), and the reference spectral reflectance is measured. The reflectance of the reflected light 114b is measured relative to the measured reference spectral reflectance. The film thickness of the thin film 123 or the like is calculated using the measured spectral reflectance characteristics and an optical model of the thin film 123 or the like to be measured.
In FIG. 6, the incident light 114a is incident on the thin film 123 etc. from an oblique direction, but the film thickness measuring device of the present invention is not limited to this.
7 and 8 show an optical system in which incident light 114a is incident on a plane of a thin film 123 or the like in a direction perpendicular to the plane, and reflected light 114b is extracted in a direction perpendicular to the plane.

図7では、光発生器108からの入射光114a1は、ミラー128で方向を変化させ、ハーフミラー151を通過して、薄膜123に垂直方向から入射する。入射光114a2は、注液管106の中央部を通過する。 In Figure 7, incident light 114a1 from the light generator 108 is changed in direction by mirror 128, passes through half mirror 151, and strikes the thin film 123 perpendicularly. Incident light 114a2 passes through the center of the injection tube 106.

入射光114a2は、薄膜123で反射し、反射した光は、再び注液管106(または排液管107等)の中央部を通過する。反射光114bは、ハーフミラー151の反射面で反射して受光器117に入射する。
図8は、図7のハーフミラー151の位置に、偏光ビームスプリッタ152を使用した実施例である。
The incident light 114a2 is reflected by the thin film 123, and the reflected light passes through the center of the liquid injection tube 106 (or the liquid drainage tube 107, etc.) again. The reflected light 114b is reflected by the reflecting surface of the half mirror 151 and enters the light receiver 117.
FIG. 8 shows an embodiment in which a polarizing beam splitter 152 is used in place of the half mirror 151 in FIG.

光発生器108からの入射光114a1は、ミラー128で方向を変化させ、偏光ビームスプリッタ152の光分離面(偏光面)153を通過して、入射光114a2は、偏光となり、薄膜123に垂直方向から入射する。入射光114a2は、注液管106の中央部を通過する。 Incoming light 114a1 from the light generator 108 is changed in direction by the mirror 128 and passes through the light separation surface (polarization surface) 153 of the polarizing beam splitter 152, whereupon the incident light 114a2 becomes polarized and enters the thin film 123 perpendicularly. The incident light 114a2 passes through the center of the injection tube 106.

入射光114a2は、薄膜123で反射し、偏光を乱された反射した光114bは、再び注液管106の中央部を通過する。反射光114bは、偏光ビームスプリッタ152の光分離面(偏光面)153で反射して、受光器117に入射する。偏光ビームスプリッタ152を用いることにより、装置の光照射部をコンパクトに構成することができる。 Incoming light 114a2 is reflected by thin film 123, and the reflected light 114b, with its polarization disturbed, passes through the center of infusion tube 106 again. Reflected light 114b is reflected by the light separation surface (polarization surface) 153 of polarizing beam splitter 152 and enters photodetector 117. Use of polarizing beam splitter 152 allows the light irradiation section of the device to be configured compactly.

図7、図8の実施例において、入射光114a2、反射光114bは注液管106内を通過するとしたがこれに限定するものではない。入射光114a2は、薄膜123の上方から入射し、反射光114bは、排液管107、注液管106以外の場所を通過させるように構成しても良い。 In the examples shown in Figures 7 and 8, the incident light 114a2 and reflected light 114b pass through the liquid injection tube 106, but this is not limited to this. The incident light 114a2 may be incident from above the thin film 123, and the reflected light 114b may be configured to pass through a location other than the drain tube 107 and the liquid injection tube 106.

図9は、電気化学還元法による膜厚測定方法の説明図である。一実施態様として、電極等に錫を含有する半田が形成され、半田表面に酸化錫(酸化錫SnO、二酸化錫SnO)からなる薄膜123が形成(発生)している場合を例示している。半田が電極110に対応する。半田110は作用電極110とし、対電極112間に電流が供給される。 9 is an explanatory diagram of a film thickness measurement method using electrochemical reduction. As an example, a case is shown in which tin-containing solder is formed on an electrode or the like, and a thin film 123 made of tin oxide (tin oxide SnO, tin dioxide SnO 2 ) is formed (generated) on the solder surface. The solder corresponds to the electrode 110. The solder 110 serves as a working electrode 110, and a current is supplied between the working electrode 110 and a counter electrode 112.

図9において、横軸は時間である。説明を容易にするため、また、理解を容易にするため、時間(分:min)で表現している。縦軸は電位(V)である。還元時間は、流す定電流の大きさにより変化する。 In Figure 9, the horizontal axis represents time. For ease of explanation and understanding, the time is expressed in minutes (min). The vertical axis represents potential (V). The reduction time varies depending on the magnitude of the constant current applied.

半田110の表面に電解液124を充填し、半田を電極110として微小電流を流すと還元反応が起きる。各物質は、固有の還元電位(V)を持つ、あるいは変化することから、還元に要した時間を測定することで膜厚を算出(推定)できる。 When the surface of the solder 110 is filled with electrolyte 124 and a small current is passed through the solder as the electrode 110, a reduction reaction occurs. Since each substance has or changes its own reduction potential (V), the film thickness can be calculated (estimated) by measuring the time required for reduction.

電気化学還元法は、ポテンショスタット119で制御し、定電流で電極(WE)に還元反応を起こし、電位E(V)の時間変化を記録する。記録されるプラトー(Plateau)の電位により、薄膜123の形成材料量を定量的に測定することができる。 The electrochemical reduction method is controlled by a potentiostat 119, which applies a constant current to the electrode (WE) to cause a reduction reaction, and records the change in potential E (V) over time. The amount of material forming the thin film 123 can be quantitatively measured from the recorded plateau potential.

図9は、半田のSn表面の測定例である。縦軸は電位(E(V))であり、横軸は時間(min)である。縦軸の電位はカロメル電極に対する場合と、銀(Ag)電極の場合で異なる。また、電解液(たとえば、AgCl)でも異なる。電位E(V)は、電解液、電極の種類により、補正すれば良い。
Aの第1のプラトーは、電位が-0.85~-1.06Vであり、SnOと推定される。還元時間が30sec(0.5min)の場合、膜厚は11Åである。
Figure 9 shows an example of measuring the Sn surface of solder. The vertical axis is potential (E (V)) and the horizontal axis is time (min). The potential on the vertical axis differs between a calomel electrode and a silver (Ag) electrode. It also differs depending on the electrolyte (e.g., AgCl). The potential E (V) can be corrected depending on the type of electrolyte and electrode.
The first plateau of A is estimated to be SnO at a potential of −0.85 to −1.06 V. When the reduction time is 30 sec (0.5 min), the film thickness is 11 Å.

Bの第2のプラトーは、電位が-1.06~-1.18Vであり、SnOと推定される。還元時間が100secの場合、膜厚は15Åである。Cの部分は、電位が-1.2Vであり、Snの水素発生電位であると推測される。
Aの第1のプラトーでは、SnOがSnに変化し、Bの第1のプラトーでは、SnOがSnに変化していると推定される。
The second plateau at B has a potential of -1.06 to -1.18 V and is presumed to be SnO2 . When the reduction time is 100 sec, the film thickness is 15 Å. The potential at C is -1.2 V, which is presumed to be the hydrogen evolution potential of Sn.
It is estimated that in the first plateau of A, SnO is converted to Sn, and in the first plateau of B, SnO2 is converted to Sn.

本発明の膜厚測定装置における電気化学還元法は、測定時間が短く、コストも安い。また、価数が異なる酸化膜の切り分け、あるいは判別が可能である。測定対象は、金属酸化膜として、Cu、Ag、Sn、Si、半田の酸化物が例示される。また、金属膜厚としてSi、Ni、Cu、Ag、Sn、Au、Agが例示される。 The electrochemical reduction method used in the film thickness measurement device of the present invention has a short measurement time and is inexpensive. It is also possible to distinguish or discriminate between oxide films with different valences. Examples of metal oxide films that can be measured include oxides of Cu, Ag, Sn, Si, and solder. Examples of metal film thicknesses include Si, Ni, Cu, Ag, Sn, Au, and Ag.

図11は、本発明の薄膜123上に有機膜126等で被覆されている場合の電気化学還元の状態を示す説明図である。有機膜126として汚染による有機膜もあるが、電極上に有機保護膜(OSP:Organic Solderability Preservative)を形成する場合もある。 Figure 11 is an explanatory diagram showing the state of electrochemical reduction when the thin film 123 of the present invention is coated with an organic film 126 or the like. The organic film 126 may be an organic film caused by contamination, or an organic solderability preservative (OSP) may be formed on the electrode.

たとえば、プリント印刷基板(PWB)製造工程において使用される耐熱性の水溶性プリフラックス(OSP)である。鉛フリー半田の高温および複数回実装に対して、優れた半田濡れ性を有している。OSPは多くの種類がメーカーから販売されている。 For example, there is the heat-resistant water-soluble preflux (OSP) used in the printed wiring board (PWB) manufacturing process. It has excellent solder wettability for high temperatures and multiple mounting with lead-free solder. Many types of OSP are sold by manufacturers.

図11では、一例として、2種類のOSP(OSP1、OSP2)を図示している。図11において、OSP1がない場合(OSP1が除去された状態)のCuで形成された電極の電位変化をCu1で示している。OSP2がない場合(OSP2が除去された状態)のCuで形成された電極の電位変化をCu2で示している。 Figure 11 shows two types of OSP (OSP1, OSP2) as an example. In Figure 11, Cu1 indicates the potential change of an electrode made of Cu when OSP1 is not present (when OSP1 is removed). Cu2 indicates the potential change of an electrode made of Cu when OSP2 is not present (when OSP2 is removed).

図11のOSP1はプラトーがほとんどない。OSP2は第1のプラトーはあるが、酸化還元電位が70sec以上で一定電位となっている。Cuだけの場合は、変化の大きなプラトーはなく、緩やかな変化である。実線で示す線(Cu2)は、プラトーの段差がある。短い点線で示す線(Cu1)も、プラトーの段差がある。実線で示す線(Cu2)と短い点線で示す線(Cu1)は、プラトーの平坦部に時間が異なる。 OSP1 in Figure 11 has almost no plateau. OSP2 has a first plateau, but the redox potential remains constant for 70 seconds or more. In the case of Cu alone, there is no plateau with large changes, and the change is gradual. The solid line (Cu2) has a plateau step. The short dotted line (Cu1) also has a plateau step. The solid line (Cu2) and the short dotted line (Cu1) have different times at which the plateau flattens.

第1のプラトーはCuOと推測され、第2のプラトーは、CuOと推測される。Cu2では40sec以上では一定となり、Cu2の還元電位と推測される。Cu1では60sec以上では一定となり、Cu1の還元電位と推測される。 The first plateau is presumed to be Cu 2 O, and the second plateau is presumed to be CuO. For Cu2, the potential becomes constant for 40 seconds or more, which is presumed to be the reduction potential of Cu2. For Cu1, the potential becomes constant for 60 seconds or more, which is presumed to be the reduction potential of Cu1.

図11で示すように、OSP(OSP1、OSP2)が形成されていると、OSP下のCu酸化膜は測定できていない可能性が強い。OSP1を除去すると、薄膜123が露出し、酸化還元電位を良好に測定することができる。同様に、OSP2を除去すると、薄膜123が露出し、酸化還元電位を良好に測定することができる。したがって、酸化膜からなる薄膜123の膜厚を測定するためには、OSPを除去する必要がある。 As shown in Figure 11, if OSPs (OSP1, OSP2) are formed, it is highly likely that the Cu oxide film underneath the OSPs cannot be measured. Removing OSP1 exposes thin film 123, allowing for accurate measurement of the redox potential. Similarly, removing OSP2 exposes thin film 123, allowing for accurate measurement of the redox potential. Therefore, in order to measure the film thickness of thin film 123, which is made of an oxide film, it is necessary to remove the OSPs.

本発明の膜厚測定装置は、洗浄液LAを容器105に注液して、OSP等の有機膜126を除去することができる。また、分光膜厚測定法により、有機膜(有機保護膜OSP)126の有無、膜厚を測定することができる。 The film thickness measurement device of the present invention can inject cleaning liquid LA into container 105 to remove organic films 126 such as OSP. Furthermore, spectroscopic film thickness measurement can be used to measure the presence or absence and thickness of organic films (organic protective films OSP) 126.

本発明は、洗浄液LAを容器105に注液する前に、分光膜厚測定法で、有機膜126の有無、有機膜の推定膜厚を測定あるいは取得する。推定膜厚とするのは、有機膜126の光学モデルが不明確な場合である。光学モデルが既知の場合は、精度よく膜厚を求めることができる。 In the present invention, before pouring the cleaning liquid LA into the container 105, the presence or absence of the organic film 126 and the estimated film thickness of the organic film are measured or obtained using a spectroscopic film thickness measurement method. The estimated film thickness is used when the optical model of the organic film 126 is unclear. When the optical model is known, the film thickness can be determined with high accuracy.

分光膜厚測定法で、有機膜126が観測されない場合、洗浄液LAを容器105に注液せず、電解液LBを注液する。電解液LBを注液前には、薄膜123の有無、薄膜123の推定膜厚を測定あるいは取得する。 If the organic film 126 is not observed using the spectroscopic film thickness measurement method, the cleaning solution LA is not poured into the container 105, and instead the electrolyte solution LB is poured. Before pouring the electrolyte solution LB, the presence or absence of the thin film 123 and the estimated film thickness of the thin film 123 are measured or obtained.

有機膜126が存在する場合(有機膜126がある)、洗浄液LAを注液する。分光膜厚測定法で、有機膜126の膜厚の変化状態(分光反射率)を監視あるいは取得する。洗浄液LAを注液時には、必要に応じて、循環ファン122を動作させ、洗浄液LAを容器105内に循環させる。また、洗浄液LAの注液と排液を行う。 If an organic film 126 is present (organic film 126 is present), cleaning liquid LA is injected. The change in the film thickness of the organic film 126 (spectral reflectance) is monitored or acquired using a spectroscopic film thickness measurement method. When injecting cleaning liquid LA, the circulation fan 122 is operated as needed to circulate cleaning liquid LA within the container 105. In addition, cleaning liquid LA is injected and drained.

有機膜126の膜厚の変化状態(分光反射率)を監視あるいは取得する。分光膜厚測定法では、分光反射率の変化で有機膜126の有無、膜厚の変化を把握することができる。洗浄液LAは、無機材料からなる薄膜123は除去せず、有機材料の有機膜126を除去できる。 The change in the film thickness (spectral reflectance) of the organic film 126 is monitored or acquired. With the spectral film thickness measurement method, the presence or absence of the organic film 126 and changes in film thickness can be determined from changes in spectral reflectance. The cleaning solution LA does not remove the thin film 123 made of an inorganic material, but can remove the organic film 126 made of an organic material.

本発明の膜厚測定装置、膜厚測定方法では、必要に応じて、洗浄液LAでOSPを除いた後、電気化学還元法を実施する。また、同時にあるいは順次に分光膜厚測定法を実施する。 In the film thickness measurement device and film thickness measurement method of the present invention, if necessary, the OSP is removed using cleaning solution LA, and then electrochemical reduction is performed. Spectroscopic film thickness measurement is also performed simultaneously or sequentially.

なお、洗浄液LAでの洗浄時、電解液124での電解時に、超音波(超音波振動による洗浄、攪拌)を印加することより、洗浄能力等を高めることができる。超音波は容器105に印加しても良いが、基板109に印加する方が効果は高い。 In addition, cleaning performance can be improved by applying ultrasonic waves (cleaning and agitation using ultrasonic vibrations) during cleaning with cleaning solution LA and electrolysis with electrolyte 124. While ultrasonic waves may be applied to the container 105, applying them to the substrate 109 is more effective.

厚くOSPが塗布されている場合は、薄膜123の膜厚測定に支障をきたす場合もあるが、洗浄液LAの実施、分光膜厚測定法を実施することにより安定した測定ができる。 If the OSP is applied thickly, it may interfere with measuring the film thickness of the thin film 123, but stable measurements can be made by using cleaning solution LA and performing spectroscopic film thickness measurement.

図10は、一実施態様として、電気化学還元法による測定は、電解溶液(ホウ酸、四ホウ酸ナトリウム、塩化カリウム)を用いて定電流(30μA/cm)あるいは所定電流で電極110表面に還元反応を起こし、電位の時間変化を記録した実施例である。 FIG. 10 shows an example of an embodiment in which measurement by electrochemical reduction method was performed by using an electrolytic solution (boric acid, sodium tetraborate, potassium chloride) to induce a reduction reaction on the surface of the electrode 110 at a constant current (30 μA/cm 2 ) or a predetermined current, and recording the change in potential over time.

密着部125は、直径3.5mmのシリコンゴムパッドを用いている。密着部125は図2に図示するように、AまたはB方向に移動させ、基板109との密着状態、および分光膜厚測定法での焦点位置を調整する。 The contact part 125 uses a silicone rubber pad with a diameter of 3.5 mm. As shown in Figure 2, the contact part 125 is moved in the direction A or B to adjust the state of contact with the substrate 109 and the focal position in the spectroscopic film thickness measurement method.

図10に付記した時間は、リフローでの放置時間を示す。リフローでの放置時間が長くなるほど、電極110に形成される酸化膜(薄膜123の膜厚)が厚くなると想定される。図10のグラフで示すように、プラトーの時間は、30minで最も長く、1minでは短い。 The times indicated in Figure 10 indicate the time left in reflow. It is assumed that the longer the time left in reflow, the thicker the oxide film (thickness of thin film 123) formed on electrode 110. As shown in the graph in Figure 10, the plateau time is longest at 30 minutes and shortest at 1 minute.

本発明の膜厚測定装置は、電気化学還元法の実施と同時、あるいは順次に分光膜厚測定法を実施する。分光膜厚測定法で、薄膜123の膜厚を測定できる。薄膜123が、CuO、CuO、Cu部が混在あるいは積層されて構成あるいは形成されている場合分光膜厚測定法では、積層あるいは混在の状態は分光透過率の差として把握できる。しかし、各層(たとえば、CuO、CuO)の膜厚を把握することが難しい。 The film thickness measurement device of the present invention performs spectroscopic film thickness measurement simultaneously with or sequentially after the electrochemical reduction method. The spectroscopic film thickness measurement method can measure the film thickness of the thin film 123. When the thin film 123 is configured or formed by mixing or stacking Cu 2 O, CuO, and Cu portions, the spectroscopic film thickness measurement method can grasp the state of the stacking or mixture as a difference in spectral transmittance. However, it is difficult to grasp the film thickness of each layer (e.g., Cu 2 O, CuO).

電気化学還元法では、図9、図11のグラフで示すように、第1プラトー、第2プラトーを観測でき、各プラトーの時間を測定できるため、各層の構成材料の組成は把握できる。構成材料の組成を把握できると、分光膜厚測定法での各層の光学モデルの精度を向上あるいは確定できるため、各層を分離して膜厚形成することができる。 With the electrochemical reduction method, as shown in the graphs in Figures 9 and 11, the first and second plateaus can be observed and the time for each plateau can be measured, making it possible to determine the composition of the constituent materials of each layer. Knowing the composition of the constituent materials allows for improving or determining the accuracy of the optical model for each layer in the spectroscopic film thickness measurement method, making it possible to separate each layer and determine its film thickness.

たとえば、薄膜123がSn関連の層で構成されている場合、電気化学還元法ではたとえば、-0.85V~-1.05Vの電位区間(第1プラトー)に要した時間からSnOの厚みを、-1.05V~-1.15Vの電位区間(第2プラトー)に要した時間からSnO2の厚みとなる。酸化膜がすべて除去されると最終的に約-1.30VのSnの水素発生電位になる。 For example, if the thin film 123 is composed of a Sn-related layer, in the electrochemical reduction method, the thickness of the SnO is determined from the time required in the potential range of -0.85V to -1.05V (first plateau), and the thickness of the SnO2 is determined from the time required in the potential range of -1.05V to -1.15V (second plateau). When all the oxide film is removed, the final hydrogen evolution potential of Sn is approximately -1.30V.

また、第1プラトーはアモルファスのSnOであり、第2プラトーは結晶質のSnOあるいはSnOとSnOなどの混在層あると把握することができる。各層の膜厚は、各構成材料の光学モデルを使用し、分光膜厚測定法で求めることができる。 The first plateau can be understood to be amorphous SnO, and the second plateau to be crystalline SnO2 or a mixture of SnO and SnO2 . The thickness of each layer can be determined by spectroscopic film thickness measurement using an optical model of each constituent material.

図13、図14は、本発明の膜厚測定方法の説明図である。図13は、説明のための薄膜123等の構成図である。図14は本発明の膜厚測定方法のフローチャート図である。 Figures 13 and 14 are explanatory diagrams of the film thickness measurement method of the present invention. Figure 13 is a structural diagram of the thin film 123, etc., for illustrative purposes. Figure 14 is a flowchart of the film thickness measurement method of the present invention.

図13に図示するように、基板109上の電極110には、たとえば、酸化膜からなる薄膜123a、薄膜123bが発生し、薄膜123上に有機膜126が形成されている。 As shown in Figure 13, thin films 123a and 123b, for example, made of oxide films, are formed on the electrode 110 on the substrate 109, and an organic film 126 is formed on the thin film 123a.

分光膜厚測定法では、基準となるベースとなる反射率を事前に測定する必要がある。反射率はベースとなる反射率を基準(100%)としてその比率(%)として測定される。 Spectroscopic film thickness measurement requires that a reference base reflectance be measured in advance. Reflectance is measured as a percentage of the base reflectance (100%).

分光膜厚測定法による反射率のベースとなる反射率を測定するため、反射率が高い銀(Ag)、アルミニウム(Al)等の反射膜を有する反射板を測定する。薄膜123等の反射光114bの反射率は、反射板の反射率をベースラインとして、測定される(S01)。 To measure the reflectance that serves as the base for reflectance using the spectroscopic film thickness measurement method, a reflector having a highly reflective film made of silver (Ag), aluminum (Al), or the like is measured. The reflectance of the reflected light 114b from the thin film 123, etc., is measured using the reflectance of the reflector as a baseline (S01).

反射板の反射率の測定は、密着部125の位置調整を行い、入射光114aの焦点位置に、測定対象物(薄膜123等)に焦点となるように調整される(S02)。 To measure the reflectance of the reflector, the position of the contact portion 125 is adjusted so that the focal position of the incident light 114a is adjusted to the object to be measured (such as the thin film 123) (S02).

次に、有機膜126に入射光114aを照射し、反射光114bを測定する。この時は、容器105に洗浄液LAを注入しない。ただし、洗浄液LAを注入後、有機膜126が剥離等しない前に、分光膜厚測定法で反射光114bを測定できる場合は、この限りではない。
本発明の分光膜厚測定法で、有機膜126等に入射光114aを照射し、有機膜126等からの反射光114bを測定する(S03)。
Next, incident light 114a is irradiated onto the organic film 126, and reflected light 114b is measured. At this time, the cleaning liquid LA is not poured into the container 105. However, this does not apply if the reflected light 114b can be measured by the spectroscopic film thickness measurement method after the cleaning liquid LA is poured and before the organic film 126 is peeled off or the like.
In the spectroscopic film thickness measurement method of the present invention, incident light 114a is irradiated onto the organic film 126, etc., and reflected light 114b from the organic film 126, etc. is measured (S03).

反射光114bは測定された基準分光反射率に対する反射率を測定する。反射光114bを測定された分光反射率特性と、測定対象の有機膜126、薄膜123等の光学モデルとを用いて、有機膜126、薄膜123等の膜厚を計算する(S04)。工程S04等は、有機膜126が形成されていない場合は必要がない。また、有機膜126の有無だけば必要な場合は、有機膜126の膜厚計算は不要である。 The reflectance of reflected light 114b is measured relative to the measured reference spectral reflectance. The film thickness of organic film 126, thin film 123, etc. is calculated using the measured spectral reflectance characteristics of reflected light 114b and an optical model of the organic film 126, thin film 123, etc. being measured (S04). Step S04 and other steps are not necessary if organic film 126 is not formed. Furthermore, if only the presence or absence of organic film 126 is required, there is no need to calculate the film thickness of organic film 126.

有機膜126が形成されている場合、あるいは有機膜126に対応する汚染膜がある場合は、有機膜126等を除去する。有機膜126の除去のために、洗浄液LAを容器105に注入する。洗浄液LAを注入する(S05)と、分光膜厚測定法での膜厚計算には、空気(大気 屈折率1.0)を洗浄液LAの屈折率に対応させて計算、補正する。
洗浄液LAを注入する(S05)ことにより、洗浄液LAにより有機膜126が溶解する、あるいは剥離されて薄膜123上から除去される。
有機膜126の溶解あるいは剥離状態は、本発明の膜厚測定方法の分光膜厚測定法で検知できる。
If an organic film 126 is formed, or if there is a contaminant film corresponding to the organic film 126, the organic film 126 is removed. To remove the organic film 126, a cleaning liquid LA is poured into the container 105. After the cleaning liquid LA is poured (S05), the film thickness calculation by the spectroscopic film thickness measurement method is performed by corresponding the refractive index of air (atmospheric refractive index 1.0) to the refractive index of the cleaning liquid LA and correcting the calculation.
By pouring in the cleaning liquid LA (S05), the organic film 126 is dissolved by the cleaning liquid LA or peeled off and removed from the thin film 123.
The state of dissolution or peeling of the organic film 126 can be detected by the spectroscopic film thickness measurement method of the film thickness measurement method of the present invention.

なお、本発明の膜厚測定方法は、膜厚の測定だけでなく、薄膜123、有機膜126の除去方法(薄膜等を除去する方法、薄膜等除去装置)に関しても、本発明の技術的思想の範疇である。
膜厚測定方法の分光膜厚測定法で有機膜126が検知されないことから、有機膜126が薄膜123上から除去されたことを確認できる。
The film thickness measurement method of the present invention is not limited to film thickness measurement; the method of removing the thin film 123 and the organic film 126 (the method of removing the thin film, etc., and the thin film, etc., removal device) also falls within the scope of the technical concept of the present invention.
Since the organic film 126 is not detected by the spectroscopic film thickness measurement method, it can be confirmed that the organic film 126 has been removed from the thin film 123 .

次に、あるいは継続して、入射光114aを照射し、反射光114bを測定する(S06)。薄膜123がどのような構成あるいは組成であるかは光学モデルが推定であるため、分光膜厚測定法では、精度よくシミュレーションすることが難しい。また、薄膜123が何層の薄膜で構成されているかは不明であることが多い。また、複数の組成の材料が混合されて構成されている場合もある。 Next, or continuously, incident light 114a is irradiated and reflected light 114b is measured (S06). Because the structure or composition of thin film 123 is estimated using an optical model, it is difficult to accurately simulate it using the spectroscopic film thickness measurement method. Furthermore, it is often unclear how many thin film layers thin film 123 is made up of. In some cases, thin film 123 is made up of a mixture of materials with multiple compositions.

図13の実施例では、薄膜123は、薄膜123a、薄膜123bで形成または構成されているとして説明をする。計算あるいはシミュレーションで求められた薄膜123aの膜厚データ、薄膜123bの膜厚データが計算される(S07)。また、薄膜123aの膜厚データ、薄膜123bの膜厚データは記録される。 In the example of Figure 13, thin film 123 is described as being formed or composed of thin film 123a and thin film 123b. Film thickness data for thin film 123a and thin film 123b obtained by calculation or simulation are calculated (S07). In addition, the film thickness data for thin film 123a and thin film 123b are recorded.

本発明の電気化学還元法では、プラトーの電位、プラトーの回数、プラトーの時間で、薄膜123を構成している材料の種類、組成、化学記号を把握することができる。この薄膜123を構成している材料の種類、組成、化学記号から、光学モデルを決めることができる。光学モデルと、分光膜厚測定法で計算した膜厚とを考慮する。また、補正することにより、高い精度で、薄膜123a、薄膜123bの膜厚、組成等を決定することができる。 In the electrochemical reduction method of the present invention, the type, composition, and chemical symbol of the material that makes up thin film 123 can be determined from the plateau potential, the number of plateaus, and the plateau time. An optical model can be determined from the type, composition, and chemical symbol of the material that makes up thin film 123. The optical model and the film thickness calculated using the spectroscopic film thickness measurement method are taken into consideration. Furthermore, by making corrections, the film thickness, composition, etc. of thin films 123a and 123b can be determined with high precision.

次に、洗浄液LAを排液管107から排出し、電解液LBを注液管106から容器105に注入する(S08)。この際、循環ファン122は、洗浄液LAを排液管107から排出するように回転する。
S08以降の工程は、本発明の電気化学還元法と本発明の分光膜厚測定法の両方あるいは片方が交互あるいは同時に実施される。
本発明の分光膜厚測定法はSa1~Sa3である。発明の電気化学還元法はSb1~Sb3である。
Next, the cleaning liquid LA is discharged from the drain pipe 107, and the electrolyte LB is injected into the container 105 from the injection pipe 106 (S08). At this time, the circulation fan 122 rotates so as to discharge the cleaning liquid LA from the drain pipe 107.
In the steps from S08 onwards, both or either of the electrochemical reduction method of the present invention and the spectroscopic film thickness measurement method of the present invention are carried out alternately or simultaneously.
The spectroscopic film thickness measurement method of the present invention is Sa1 to Sa3. The electrochemical reduction method of the present invention is Sb1 to Sb3.

本発明の分光膜厚測定法は、入射光114aを照射し、反射光114bを測定する(Sa1)。入射光114aは薄膜123に焦点される。薄膜123を反射した光は反射光114bとして、受光器117に入射される(Sa1)。入射光114a、反射光114bは、図2、図13に図示するように、溶液124中を進行する。
また、分光膜厚測定法と同時に、あるいは、適時に本発明の電気化学還元法を実施する(Sb1)。
The spectroscopic film thickness measurement method of the present invention irradiates a thin film with incident light 114a and measures reflected light 114b (Sa1). The incident light 114a is focused on a thin film 123. The light reflected by the thin film 123 is incident on a photodetector 117 as reflected light 114b (Sa1). The incident light 114a and reflected light 114b travel through a solution 124 as shown in FIGS. 2 and 13.
In addition, the electrochemical reduction method of the present invention is carried out simultaneously with or at an appropriate time to the spectroscopic film thickness measurement method (Sb1).

分光膜厚測定法で、薄膜123a、薄膜123bの膜厚計算する(Sa2)。電気化学還元法では、第1のプラトーの電位と時間から薄膜123bが検出あるいは取得される(sb2)。次に第2のプラトーの電位と時間から薄膜123aが検出あるいは取得される(Sb3)。 The film thicknesses of thin films 123a and 123b are calculated using spectroscopic film thickness measurement (Sa2). Using electrochemical reduction, thin film 123b is detected or obtained from the potential and time of the first plateau (sb2). Next, thin film 123a is detected or obtained from the potential and time of the second plateau (Sb3).

電気化学還元法で、第1のプラトーが終了することにより、薄膜123bが除去されたことになる。したがって、本発明の分光膜厚測定法した膜厚は、薄膜123aに対応する膜厚になる。 When the first plateau is completed in the electrochemical reduction process, thin film 123b is removed. Therefore, the film thickness measured using the spectroscopic film thickness measurement method of the present invention corresponds to the film thickness of thin film 123a.

薄膜123bと薄膜123aが残存するときは、反射光114bは、薄膜123bと薄膜123aによる分光反射率が測定されている(Sa2)。薄膜123bが除去され、薄膜123aが残存するときは、反射光114bは、薄膜123bによる分光反射率が測定されている(sa3)。 When thin film 123b and thin film 123a remain, the spectral reflectance of reflected light 114b due to thin film 123b and thin film 123a is measured (Sa2). When thin film 123b is removed and thin film 123a remains, the spectral reflectance of reflected light 114b due to thin film 123b is measured (sa3).

したがって、電気化学還元法でのプラトーの電位、時間状態から、薄膜123a、薄膜123bの材料組成、薄膜123の残存状態が把握できる。薄膜123a、薄膜123bの材料組成等がわかると光学モデルを構築でき、分光膜厚測定法による膜厚計算が精度よく実施することができる(sa2、Sa3)。 Therefore, the material composition of thin films 123a and 123b and the remaining state of thin film 123 can be determined from the plateau potential and time state in the electrochemical reduction method. Knowing the material composition of thin films 123a and 123b makes it possible to construct an optical model, enabling accurate film thickness calculations using spectroscopic film thickness measurement methods (sa2, Sa3).

入射光114aを薄膜123等に照射し、反射光114bを測定するだけでは、薄膜123がどのような構成あるいは組成であるかの光学モデルは推定で実施することになる。電気化学還元法では、第1のプラトーの電位と時間、第2のプラトーの電位と時間等、プラトーの回数と電位と時間から各薄膜の組成、構造、化学モデルを決定できる。本発明の電気化学還元法と本発明の分光膜厚測定法の両方あるいは片方が交互あるいは同時にすることにより、各薄膜123等の膜厚、組成等が精度よく決定あるいは取得できる。分光膜厚測定法と分光膜厚測定法とは相乗効果を発揮する。 Simply irradiating the thin film 123 with incident light 114a and measuring the reflected light 114b will only estimate the optical model of the structure or composition of the thin film 123. With electrochemical reduction, the composition, structure, and chemical model of each thin film can be determined from the number of plateaus, potential, and time, such as the potential and time of the first plateau and the potential and time of the second plateau. By alternately or simultaneously using both the electrochemical reduction method and the spectroscopic film thickness measurement method of the present invention, or by using either one of them, the film thickness, composition, etc. of each thin film 123 can be accurately determined or obtained. The spectroscopic film thickness measurement method and the spectroscopic film thickness measurement method have a synergistic effect.

上述の実施形態および添付の図面は好ましい実施形態の例示であり、本明細書、本図面等に記載した実施例は、相互に一部または全部と組み合わせることができる。
また、本発明は請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形および変更が可能である。
The above-described embodiments and the accompanying drawings are examples of preferred embodiments, and the embodiments described in this specification, the drawings, etc. can be combined with each other in part or in whole.
Furthermore, the present invention can be substituted, modified, and changed in various forms within the scope of the technical idea of the present invention described in the claims.

本発明は、半田、プリント印刷基板の銅箔の酸化膜等を定量的に測定することができる。表面酸化膜等は、耐食性、半田密着性、素子信頼性等を支配する要因となることから、その組成、膜厚を評価できる。本発明は産業発展に寄与する。こ This invention can quantitatively measure oxide films on solder and copper foils on printed circuit boards. Surface oxide films, etc., are factors that affect corrosion resistance, solder adhesion, and device reliability, so their composition and film thickness can be evaluated. This invention contributes to industrial development.

101 電磁弁
102 ポンプ
103 脱泡器
104 液体タンク
105 容器
106 注液管
107 排液管
108 光発生器
109 基板
110 電極(作用電極(WE))
111 参照電極(RE)
112 対電極(CE)
114a 入射光
114b 反射光
115 レンズ
116 回折格子
117 受光器
118 光制御器
119 ポテンショスタット
120 液量制御部
121 コントローラ
122 循環ファン
123 薄膜(有機膜、酸化膜)
124 溶液(電解液、洗浄液)
125 密着部
126 有機膜
127 光窓
128 ミラー
135 オペアンプ
136 抵抗器
151 ハーフミラー
152 偏光ビームスプリッタ
153 光分離面
161 レベル検出器
162 溶液貯蔵器
171 固体電解質
172 浸透膜
101: Solenoid valve 102: Pump 103: Defoamer 104: Liquid tank 105: Container 106: Liquid inlet pipe 107: Liquid outlet pipe 108: Light generator 109: Substrate 110: Electrode (working electrode (WE))
111 Reference electrode (RE)
112 Counter electrode (CE)
114a Incident light 114b Reflected light 115 Lens 116 Diffraction grating 117 Light receiver 118 Light controller 119 Potentiostat 120 Liquid volume control unit 121 Controller 122 Circulation fan 123 Thin film (organic film, oxide film)
124 Solutions (electrolytes, cleaning solutions)
125 Adhesion part 126 Organic film 127 Optical window 128 Mirror 135 Operational amplifier 136 Resistor 151 Half mirror 152 Polarization beam splitter 153 Light separation surface 161 Level detector 162 Solution reservoir 171 Solid electrolyte 172 Permeation membrane

Claims (10)

導体上の薄膜の膜厚を求める膜厚測定装置であって、A film thickness measuring device for determining the film thickness of a thin film on a conductor,
固体電解質に配置または形成された対電極(CE)および参照電極(RE)と、a counter electrode (CE) and a reference electrode (RE) disposed or formed in the solid electrolyte;
前記薄膜と前記固体電解質間に配置された電解材料を具備し、an electrolytic material disposed between the thin film and the solid electrolyte;
前記導体を作用電極(WE)とし、電気化学還元を実施することにより、前記薄膜の膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定装置。A film thickness measuring device characterized in that the conductor is used as a working electrode (WE) and electrochemical reduction is carried out to determine the film thickness of the thin film.
導体上の薄膜の膜厚を求める膜厚測定装置であって、A film thickness measuring device for determining the film thickness of a thin film on a conductor,
固体電解質に配置または形成された対電極(CE)および参照電極(RE)と、a counter electrode (CE) and a reference electrode (RE) disposed or formed in the solid electrolyte;
前記薄膜と前記固体電解質間に配置された電解材料と、an electrolytic material disposed between the thin film and the solid electrolyte;
前記導体を作用電極(WE)とし、前記対電極(CE)間に定電流を印加する電流回路と、a current circuit that applies a constant current between the conductor as a working electrode (WE) and the counter electrode (CE);
電気化学還元を実施による還元電位を測定する測定回路を具備することを特徴とする膜厚測定装置。A film thickness measuring device comprising a measuring circuit for measuring a reduction potential resulting from electrochemical reduction.
導体上の薄膜の膜厚を求める膜厚測定装置であって、A film thickness measuring device for determining the film thickness of a thin film on a conductor,
固体電解質に配置または形成された対電極(CE)および参照電極(RE)と、a counter electrode (CE) and a reference electrode (RE) disposed or formed in the solid electrolyte;
前記薄膜と前記固体電解質間に、洗浄液を充填する洗浄器と、a cleaning device for filling a cleaning liquid between the thin film and the solid electrolyte;
前記薄膜と前記固体電解質間に、電解液を充填する充填器と、a filler for filling an electrolytic solution between the thin film and the solid electrolyte;
前記導体を作用電極(WE)とし、電気化学還元を実施することにより、前記薄膜の膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定装置。A film thickness measuring device characterized in that the conductor is used as a working electrode (WE) and electrochemical reduction is carried out to determine the film thickness of the thin film.
導体上の薄膜の膜厚を求める膜厚測定装置であって、A film thickness measuring device for determining the film thickness of a thin film on a conductor,
固体電解質に配置または形成された対電極(CE)および参照電極(RE)と、a counter electrode (CE) and a reference electrode (RE) disposed or formed in the solid electrolyte;
前記固体電解質に接して配置された電解液を浸透させた材料または浸透膜を具備し、The solid electrolyte is disposed in contact with a material or a permeable membrane impregnated with an electrolytic solution,
前記導体を作用電極(WE)とし、前記電解液を浸透させた材料または浸透膜を、前記薄膜に接するように配置し、電気化学還元を実施することにより、前記薄膜の膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定装置。A film thickness measuring device characterized in that the conductor is used as a working electrode (WE), a material or a permeated membrane permeated with the electrolyte is placed in contact with the thin film, and the film thickness of the thin film is determined by performing electrochemical reduction.
導体上の薄膜の膜厚を求める膜厚測定装置であって、A film thickness measuring device for determining the film thickness of a thin film on a conductor,
固体電解質に配置または形成された対電極(CE)および参照電極(RE)と、a counter electrode (CE) and a reference electrode (RE) disposed or formed in the solid electrolyte;
前記薄膜と前記固体電解質間に配置された電解材料と、an electrolytic material disposed between the thin film and the solid electrolyte;
前記薄膜に照射する入射光を発生する光発生器と、a light generator that generates incident light to irradiate the thin film;
前記薄膜で反射した反射光を受光する受光器を具備し、a light receiver that receives light reflected by the thin film;
前記導体を作用電極(WE)とし、電気化学還元を実施することにより、前記薄膜の膜厚を求めることを特徴とする膜厚測定装置。A film thickness measuring device characterized in that the conductor is used as a working electrode (WE) and electrochemical reduction is carried out to determine the film thickness of the thin film.
前記固体電解質は、安定化ジルコニアであることを特徴とする請求項1または請求項2または請求項3または請求項4または請求項5記載の膜厚測定装置。6. The film thickness measuring device according to claim 1, wherein the solid electrolyte is stabilized zirconia. 前記固体電解質内に、前記参照電極(RE)が形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2または請求項3または請求項4または請求項5記載の膜厚測定装置。6. The film thickness measuring device according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the reference electrode (RE) is formed within the solid electrolyte. 前記薄膜の周囲と前記固定電解質間に配置された密着部を更に具備し、Further comprising an adhesive portion disposed between the periphery of the thin film and the solid electrolyte,
前記密着部内に、前記電解液が配置または充填されていることを特徴とする請求項3または請求項4記載の膜厚測定装置。5. The film thickness measuring device according to claim 3, wherein the electrolyte is disposed or filled in the contact portion.
前記薄膜の周囲と前記固定電解質間に配置された密着部を更に具備し、Further comprising an adhesive portion disposed between the periphery of the thin film and the solid electrolyte,
前記密着部内に前記電解液を注入する注液管と、前記密着部内から前記電解液を排出する排液管が配置されていることを特徴とする請求項3または請求項4記載の膜厚測定装置。5. The film thickness measuring device according to claim 3, further comprising: an injection pipe for injecting the electrolytic solution into the contact portion; and a drain pipe for discharging the electrolytic solution from the contact portion.
前記固体電解質は、複数の固体電解質部から構成され、前記固体電解質部に前記対電極(CE)および前記参照電極(RE)が、配置または形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2または請求項3または請求項4または請求項5記載の膜厚測定装置。6. The film thickness measuring device according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein the solid electrolyte is composed of a plurality of solid electrolyte portions, and the counter electrode (CE) and the reference electrode (RE) are disposed or formed in the solid electrolyte portions.
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