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JPH0613964B2 - Film thickness measurement method - Google Patents
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JPH0613964B2 - Film thickness measurement method - Google Patents

Film thickness measurement method

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JPH0613964B2
JPH0613964B2 JP62271375A JP27137587A JPH0613964B2 JP H0613964 B2 JPH0613964 B2 JP H0613964B2 JP 62271375 A JP62271375 A JP 62271375A JP 27137587 A JP27137587 A JP 27137587A JP H0613964 B2 JPH0613964 B2 JP H0613964B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、基盤上に形成された薄膜、例えばメッキ、
コーティング、塗装等により形成された薄膜の膜厚を超
音波により測定する方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial field of application> The present invention relates to a thin film formed on a substrate, for example, plating,
The present invention relates to a method for measuring the thickness of a thin film formed by coating, painting, etc. by ultrasonic waves.

〈従来の技術〉 従来より、超音波を使用して基盤上に形成された膜の厚
さを測定する方法が知られており、通常、超音波は超音
波伝搬用の液体を介して膜および基盤上に照射され、そ
の反射超音波あるいは透過超音波が適当な手段によって
検知される。
<Prior Art> Conventionally, a method of measuring the thickness of a film formed on a substrate by using ultrasonic waves is known, and ultrasonic waves are usually generated through a liquid for ultrasonic wave propagation through the film and the film. The reflected ultrasonic wave or transmitted ultrasonic wave is irradiated onto the substrate and detected by an appropriate means.

超音波を使用する測定方法として、パルス状の超音波を
膜に照射し、その反射超音波パルスの時間的遅れから膜
厚を測定する方法、測定される膜の膜厚が照射される超
音波の1/4波長の整数倍である時、超音波が共振すると
いう現象を利用して測定する方法、あるいは、表面弾性
波の音速が膜厚によって変化するという現象を利用して
測定する方法等が知られている。弾性表面波の音速変化
を利用して測定する方法には、膜表面からの反射波と弾
性表面波との干渉関係を示すいわゆるV(Z)曲線を用
いる方法がある。
As a measurement method using ultrasonic waves, a method of irradiating a film with pulsed ultrasonic waves and measuring the film thickness from the time delay of the reflected ultrasonic pulse, an ultrasonic wave with which the film thickness of the film to be measured is irradiated. Method that uses the phenomenon that ultrasonic waves resonate when it is an integer multiple of 1/4 wavelength, or the method that the sound velocity of surface acoustic waves changes depending on the film thickness It has been known. There is a method of using a so-called V (Z) curve showing an interference relationship between a reflected wave from a film surface and a surface acoustic wave, as a method of measuring using a change in sound velocity of a surface acoustic wave.

また、超音波顕微鏡を用いて膜厚を測定する1つの方法
として、特開昭61−20803号公報に開示された方
法が知られている。この方法は、基盤上の膜に対して、
基盤、膜、超音波伝達媒体から成る組合せ体特有の入射
角θにて超音波を照射した場合、超音波の周波数と膜厚
との積が上記組合せ体特有の値Hとなった時に超音波の
反射率が極めて小さくなるという現象を利用している。
したがって、この方法によれば、被検体と同一の物質か
ら成る膜および基盤を有する組合せ体に関して予め上記
入射角θおよび値Hを求め、被検体の膜に対して上記入
射角θにて超音波を照射し、反射強度が極小となる入射
超音波の周波数を測定することにより、この周波数およ
び上記値Hから膜厚を算出することができる。
Further, as one method for measuring the film thickness using an ultrasonic microscope, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-20803 is known. This method is
When ultrasonic waves are radiated at an incident angle θ peculiar to the combination consisting of the substrate, the film, and the ultrasonic transmission medium, the ultrasonic wave is generated when the product of the frequency of the ultrasonic wave and the film thickness reaches the value H peculiar to the combination. The phenomenon in which the reflectance of is extremely small is used.
Therefore, according to this method, the incident angle θ and the value H are obtained in advance for the combination body having the film and the substrate made of the same substance as the subject, and the ultrasonic wave is applied to the film of the subject at the incident angle θ. The film thickness can be calculated from this frequency and the value H by measuring the frequency of the incident ultrasonic wave at which the reflection intensity is minimized.

(発明が解決しようとする問題点) 上記特開昭61−20823号公報に開示された測定方
法によれば、上述したように、被検体の膜に対して所定
の入射角にて超音波を照射し、膜からの反射波の周波数
を解析して反射強度が最小となる超音波の周波数を検出
し、この検出された周波数から膜厚が算出される。しか
し、上記測定方法においては反射強度が最小となる周波
数と膜厚の積が一定であるような波が被検体でおこらな
ければ、膜厚の測定ができない。
(Problems to be Solved by the Invention) According to the measuring method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-20823, as described above, ultrasonic waves are applied to the film of the subject at a predetermined incident angle. After irradiation, the frequency of the reflected wave from the film is analyzed to detect the frequency of the ultrasonic wave that minimizes the reflection intensity, and the film thickness is calculated from the detected frequency. However, in the above-described measuring method, the film thickness cannot be measured unless a wave having a constant product of the frequency and the film thickness that minimizes the reflection intensity occurs in the subject.

すなわち被検体で反射強度が最小となる周波数と膜厚が
逆比例関係にない、他の関数関係にある波が起こった場
合に上記の方法では膜厚が算出できない。
That is, the film thickness cannot be calculated by the above method when a wave having another functional relationship in which the frequency at which the reflection intensity is minimum and the film thickness are not inversely proportional to each other in the subject is generated.

本発明の目的は、被検体で反射強度が最小となる周波数
と膜厚が逆比例関係でなくてもある関数関係にあれば膜
厚を測定できる膜厚測定方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a film thickness measuring method capable of measuring film thickness if there is a certain functional relationship between the frequency and the film thickness at which the reflection intensity of the object is minimum and the film thickness is not inversely proportional.

(問題点を解決するための手段および作用) あらかじめ被検体からの反射超音波の反射強度周波数分
布に複雑あるいは単数の極小部が現れるときの超音波の
入射角θ及び極小部の周波数fを変数とする、膜厚dと
の間に関数関係 d=g() をもとめておき、測定するときには反射強度極小周波数
からdをもとめる。
(Means and Actions for Solving Problems) Variables are the incident angle θ of ultrasonic waves and the frequency f of the minimum portion when a complicated or single minimum portion appears in the reflection intensity frequency distribution of the reflected ultrasonic waves from the subject in advance. The functional relationship d = g () with the film thickness d is obtained, and when measurement is performed, d is obtained from the minimum frequency of the reflection intensity.

(発明の実施例) 以下、図面を参照しながらこの発明の実施例ついて詳細
に説明する。
Embodiments of the Invention Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

まず、本発明の基盤となる反射強度極小現象が膜厚に応
じてどのように変化するか説明する。
First, it will be explained how the minimum reflection intensity phenomenon, which is the basis of the present invention, changes according to the film thickness.

第1図に示すように、基盤12、膜14、膜表面に接触
した超音波伝搬媒体16,および基盤面に接触した物体
17を組合せ、基盤側から組合せ体に入射される超音波
の入射角θを広範囲に渡って変化させて組合せ体からの
超音波反射強度を測定した結果、基盤、膜、伝搬媒体か
らなる組合せ体に対してその組合せ対特有の入射角θo
で超音波を基盤に照射すると、第2図に示すように、複
数または1つの極小部を有する反射強度の周波数分布が
得られた。そして、入射角θを一定にし組合せ体の膜の
厚さのみを変化させて反射強度の周波数分布を調べたと
ころ、第3A図ないし第3B図に示すように、各極小部
の周波数は膜厚の変化に応じて変化することが判明し
た。
As shown in FIG. 1, the substrate 12, the film 14, the ultrasonic wave propagation medium 16 in contact with the film surface, and the object 17 in contact with the substrate surface are combined, and the incident angle of the ultrasonic waves incident on the combination from the substrate side. As a result of measuring the ultrasonic wave reflection intensity from the combination by varying θ over a wide range, the incident angle θ o peculiar to the combination of the combination of the substrate, the film, and the propagation medium is θ o.
When an ultrasonic wave was applied to the substrate at, a frequency distribution of the reflection intensity having a plurality of or one minimal portion was obtained as shown in FIG. Then, when the incident angle θ was kept constant and only the thickness of the film of the combination was changed to examine the frequency distribution of the reflection intensity, as shown in FIGS. 3A to 3B, the frequency at each local minimum portion was the film thickness. It turned out to change according to the change of.

また、L.M.ブレコフスキーによる″ウエーブス イ
ン レイヤード メディア″、アカデミック プレス、
ニューヨーク、1980に開示された計算方法を、上記
組合せ体に対して入射角θで超音波を膜側から照射して
反射強度を求める場合に適用することにより一般層状物
質の反射強度の周波数分布を調べたところ、上記測定結
果と同様に、入射角θが上記組合せ体特有の値となった
際、反射強度の周波数分布に複数または1つの極小部が
現れ、かつ各極小部の周波数は膜厚の値に応じて変化す
ることが分かった。
In addition, L. M. "Waves in Layered Media" by Brekovsky, Academic Press,
By applying the calculation method disclosed in New York, 1980 to the above combination to irradiate ultrasonic waves from the film side at an incident angle θ to obtain the reflection intensity, the frequency distribution of the reflection intensity of a general layered material is obtained. As a result of examination, when the incident angle θ has a value peculiar to the above combination, a plurality of or one local minimum appears in the frequency distribution of the reflection intensity, and the frequency of each local minimum is the film thickness. It was found to change depending on the value of.

次に、反射強度を計算する上記方法について詳しく説明
する。
Next, the above method for calculating the reflection intensity will be described in detail.

第4図に示すように、半無限第の媒体に挟まれた層状物
質に入射角θn+1にて超音波を照射したときの反射率を
計算する。第4図において、第i層の厚さをdi、第i
層における縦波の進行方向とz軸とのなす角をθi、第
i層における横波の進行方向とz軸とのなす角をγi
示し、第n+1層を液体としている。
As shown in FIG. 4, the reflectance when the layered material sandwiched by the semi-infinite medium is irradiated with ultrasonic waves at the incident angle θn + 1 is calculated. In FIG. 4, the thickness of the i-th layer is d i ,
The angle between the traveling direction of the longitudinal wave and the z axis in the layer is represented by θ i , the angle between the traveling direction of the transverse wave in the i-th layer and the z axis is represented by γ i , and the n + 1-th layer is a liquid.

始めに、座標原点を第1層と第2層との境界面にとり、
この境界面に垂直でかつ第n層方向にz軸の正方向をと
る。ここで、第1層及び第n+1層は半無限大の媒体で
あるが、他の第i層は有限の厚さdiを有する媒体であ
るとする。つまり、第m層と第m+1層との境界は、 となる。
First, the coordinate origin is set on the boundary surface between the first layer and the second layer,
The positive direction of the z axis is perpendicular to this boundary surface and in the direction of the nth layer. Here, it is assumed that the first layer and the (n + 1) th layer are semi-infinite media, while the other i-th layers are media having a finite thickness d i . That is, the boundary between the mth layer and the m + 1th layer is Becomes

また、反射率極小現象はy座標に依存しないものとして
2次元問題を扱う。
Further, the two-dimensional problem is treated as the minimum reflectance phenomenon does not depend on the y coordinate.

密度をρ、ラメ定数をλ及びμ、横波の音速をb、縦波
の音速をcとし第i層に関する量には上添字および下添
字としてiを付けて表している。
Let ρ be the density, λ and μ be the Lame constant, b be the sound velocity of the transverse wave, and c be the sound velocity of the longitudinal wave, and the quantities relating to the i-th layer are represented by the upper and lower suffixes i.

縦波の速度ポテンシャルをφ、横波の速度ポテンシャル
をψとすると、変位ベクトルのx成分u、z成分及び応
力σzz、σxyは次式のように表される。簡略化のためσ
zz≡s、σxy≡σとおくと、 なお、ラメ定数λ、μは、縦波の音速c、横波の音速b
および密度ρに対して以下の関係にある。
When the longitudinal wave velocity potential is φ and the transverse wave velocity potential is ψ, x components u and z components of the displacement vector and stresses σ zz and σ xy are represented by the following equations. Σ for simplicity
If zz ≡ s and σ xy ≡ σ, The lame constants λ and μ are the sound velocity c of the longitudinal wave and the sound velocity b of the transverse wave.
And the density ρ have the following relationship.

また、ポテンシャルφ,ψは以下の波動方程式を満たし
ている。
Further, the potentials φ and ψ satisfy the following wave equation.

ここでkおよびκは、周波数ωおよび音速b、cに、対
して以下の関係にある。
Here, k and κ have the following relationship with the frequency ω and the sound velocities b and c.

上記変位量および応力は、弾性体間の境界における連続
条件を満たさなければならない。そのため、第j層と第
j+1層との境界を考えると、 の関係が常に成立されなければならない。
The displacement amount and the stress must satisfy the continuity condition at the boundary between elastic bodies. Therefore, considering the boundary between the j-th layer and the j + 1-th layer, The relationship must always be established.

一方、第j層の各ポテンシャルは、xおよびtについて
の依存性が正弦状のため、 Φj≡ei(ξx−ωt) Ψj≡ei(ξx−ωt) と表わせる。したがって、変位量Uj,Wjは(1)、(2)式
から、 となる。また、応力Sj、σjとすると、(3)、(4)、(5)および(6)式から、 となる。
On the other hand, each potential of the j-th layer can be expressed as Φ j ≡e i (ξx−ωt) Ψ j ≡e i (ξx−ωt) because the dependences on x and t are sinusoidal. Therefore, the displacement amounts U j and W j can be calculated from the equations (1) and (2) as follows. Becomes Also, the stresses S j and σ j are Then, from equations (3), (4), (5) and (6), Becomes

そこで、上記ポテンシャルを用いて連続条件(7)式を書
くと、それぞれ以下のようになる。
Therefore, if we write the continuous condition (7) using the above potential, it becomes as follows.

Uについて Wについて Sについて σについて ここで、ξ、θj、γj、kj、κjは、ξが波数ベクトル
のx成分であり不変量であることから以下の関係が成立
する。
About U About W About S About σ Here, ξ, θ j , γ j , k j , and κ j satisfy the following relationship because ξ is an x component of the wave vector and is an invariant.

ξ=kn+1・sinθn+1=kjsinθj =κjsinγj(j=1、2……n) θn+1は入射角であり、この入射角が決まると全ての
層のθi、およびγiが決まることとなる。但し、 となる場合、θjは複素数となり、 とおくと として となる。
ξ = k n + 1 · sin θ n + 1 = k j sin θ j = κ j sin γ j (j = 1, 2 ... n) θ n + 1 is an incident angle, and when this incident angle is determined, θ i of all layers and γ i will be decided. However, Then θ j becomes a complex number, To put As Becomes

次に、第m層を考える。第m層と第m−1層との境界に
座標原点をおいて入射および反射のポテンシャルを表す
と、 Φm=(φm′eiαmz+φm″e−iαmz) ・ei(ξx−ωt) Ψm=(ψm′eβmz+ψm″e−iβmz) ・ei(ξx−ωt) となる。但し、αm、βmであり、φm′、ψm′はz軸正方向の進行波に関するポ
テンシャル、φm″、ψm″はz軸負方向の進行波のポテ
ンシャルを示している。これらのポテンシャルを用いて
m、wm、sm、σmを表すと、添字mを省略して、 となる。第m−1層と第m層との境界における各量は、
(8)式においてz=0と置くことにより得られる。同様
に、第m層と第m+1層との境界におにおける各量は、
z=dと置くことにより得られる。まず、第(8)式でz
=dと置いた場合、 となる。P=αd、θ=βdである。
Next, consider the m-th layer. Denoting the potential of incident and reflected at the coordinate origin at the boundary between the m-th layer and the m-1 layer, Φ m = (φ m ' e iαmz + φ m "e -iαmz) · e i (ξx-ωt ) [psi m = a (ψ m 'e βmz + ψ m "e -iβmz) · e i (ξx-ωt). However, α m and β m are Where φ m ′ and ψ m ′ are the potentials of the traveling wave in the positive z-axis direction, and φ m ″ and ψ m ″ are the potentials of the traveling wave in the negative z-axis direction. U m using these potentials, w m, s m, to represent the sigma m, omit the subscripts m, Becomes Each quantity at the boundary between the m-1th layer and the mth layer is
It is obtained by setting z = 0 in the equation (8). Similarly, each quantity at the boundary between the mth layer and the m + 1th layer is
It is obtained by setting z = d. First, in equation (8), z
== d Becomes P = αd and θ = βd.

次に境界条件(7)式を考えると、z=0において、 となる。この(10)式において、 φ′+φ″、φ′−φ″、ψ′−ψ″、ψ′+ψ″をu
m−1、wm−1、sm−1、σm−1について解くと となる。
Next, considering the boundary condition (7), at z = 0, Becomes In this equation (10), φ ′ + φ ″, φ′−φ ″, ψ′−ψ ″, ψ ′ + ψ ″ are u
Solving for m−1 , w m−1 , s m−1 , σ m−1 Becomes

したがって、(9)式および(11)式より(um、wm、sm
σm)は、(um−1、wm−1、sm−1
σm−1)で以下のように表すことができる。
Thus, (9) from the equation and the equation (11) (u m, w m, s m,
σ m ) is (u m−1 , w m−1 , sm −1 ,
σ m−1 ) can be expressed as follows.

但し、amは4行4列の行列であり、各成分は以下の通
りである。
However, a m is a matrix of 4 rows and 4 columns, and each component is as follows.

ξ/κ=ζ、ξ/k=ηとおくと、 a11=2ζcos p+(1-2ζ2)COS θ 22=(1-2ζ2)cosP+2ζ2cosQ 33=(1-2ζ2)cosP+2ζ2cosθ=a22 44=2ζ2cosP+(1-2ζ2)cosQ=a11となる。When ξ / κ = ζ and ξ / k = η are set, a 11 = 2ζ cos p + (1-2ζ 2 ) COS θ a 22 = (1-2ζ 2 ) cosP + 2ζ 2 cosQ a 33 = (1-2ζ 2 ) cosP + 2ζ 2 cos θ = a 22 a 44 = 2ζ 2 cosP + (1-2ζ 2 ) cosQ = a 11 .

が複素数となる場合、正の純虚数を選び、 とする。 If is a complex number, choose a positive pure imaginary number, And

ここで、(12)式を繰り返して用いると、 と表せる。但し、A=amm−1……a2である。Here, if Equation (12) is repeatedly used, Can be expressed as However, a A = a m a m-1 ...... a 2.

とした場合、第n+1層が液体であることからΨn+1
=0となる。そのため、第n+1層から弾性体へ入射角
θn+1で入射する進行波および反射波は以下の式で表
される。
, Ψ n + 1 because the n + 1th layer is a liquid
= 0. Therefore, the traveling wave and the reflected wave that enter the elastic body from the (n + 1) th layer at the incident angle θ n + 1 are represented by the following equations.

Φn+1=Reiαn+1(z−H)+e
−iαn+1(z−H) ここで、 とする。
Φ n + 1 = Re iαn + 1 (z−H) + e
-Iαn + 1 (z-H) where: And

また、透過波は以下の式で表される。The transmitted wave is represented by the following formula.

Φ1=φ1−iα1z,Ψ1=ψ1−iβ1z ここで、 とする。Φ 1 = φ 1 e −iα1z , Ψ 1 = ψ 1 e −iβ1z where: And

z=Hの面における連続条件は、第n+1層が液体であ
ることを考えると、 wn+1=wnn+1=sn σn+1=σn=0 ……(14) となり、(13)式を用いて右辺のwn、sn、σnを表現す
ると、 但し、Aijは行列Aのi行j列成分を示している。(1
4)、(15)式からu1を除去すると、 wn+1=M22w1+M23s1+M24σn+1=M32u1+M33w1+M34σ となる。但し、 である。
Considering that the n + 1 - th layer is a liquid, the continuous condition in the plane of z = H is: w n + 1 = w n s n + 1 = s n σ n + 1 = σ n = 0 (14) When w n , s n , and σ n on the right side are expressed using However, A ij indicates the i-th row and j-th column component of the matrix A. (1
When u 1 is removed from the equations (4) and (15), w n + 1 = M 22 w 1 + M 23 s 1 + M 24 σ 1 s n + 1 = M 32 u 1 + M 33 w 1 + M 34 σ 1 . However, Is.

ここで、(1)、(2)、(3)、(4)式から、 wn+1=iαn+1(R−1) sn+1=−ρn+1ω2(R+1) u1=i(ξφ+β1ψ) w1=i(−α1φ1+ξψ1となる。上記式から反射率Rは以下の式で表される。Here, from equations (1), (2), (3), and (4), w n + 1 = iα n + 1 (R-1) s n + 1 = -ρ n + 1 ω 2 (R + 1) u 1 = i (ξφ + β 1 ψ ) w 1 = i (-α 1 φ 1 + ξψ 1) Becomes From the above equation, the reflectance R is represented by the following equation.

ここで、 である。 here, Is.

また、このz′は、 として表される。ここで、 であり、ψ1/φ1は、 である。Also, this z'is Expressed as here, And ψ 1 / φ 1 is Is.

また、第1層の半無限大媒体が液体または気体の場合に
は、ψ1/φ1=0となり、 E=α132−iρ1ω233 F=α122−iρ1ω223 となる。このことから、z′は となる。但し である。
When the semi-infinite medium of the first layer is liquid or gas, ψ 1 / φ 1 = 0 and E = α 1 M 32 −iρ 1 ω 2 M 33 F = α 1 M 22 −iρ 1 It becomes ω 2 M 23 . From this, z'is Becomes However Is.

したがって、反射率Rは(14)式より、 となる。ここで である。Therefore, the reflectance R is calculated from equation (14) as Becomes here Is.

更に、第1層と第n+1層とが同一の液体の場合には、
ρ1=ρn+1、c1=cn+1、α1=αn+1から、
1=zn+1となる。したがって、反射率Rは となる。但し、 である。
Furthermore, when the first layer and the (n + 1) th layer are the same liquid,
From ρ 1 = ρ n + 1 , c 1 = c n + 1 , α 1 = α n + 1 ,
z 1 = z n + 1 . Therefore, the reflectance R is Becomes However, Is.

上記計算方法を用いて実際に反射強度を計算する手順に
ついて説明する。
A procedure for actually calculating the reflection intensity using the above calculation method will be described.

まず、第5図に示すように、第n+1層を超音波伝搬媒
体16、第n層を膜14、第n−1層から第2層を基盤
12、第1層を接触物体17、例えば空気と考え、膜お
よび基盤の厚さをそれぞれd、Dとする。
First, as shown in FIG. 5, the n + 1th layer is the ultrasonic wave propagation medium 16, the nth layer is the film 14, the n-1st layer to the second layer 12 are the base 12, and the first layer is the contact object 17, such as air. Therefore, the thicknesses of the film and the substrate are d and D, respectively.

続いて、入射角θ、超音波伝達媒体16、膜12、基盤
14、物体17の各密度、ラメ定数、音速等を上記式に
代入してa1,a2・・・・・anを求める。更に、A=
nan-1・・・・a2、Mik、ψ1/φ1、E、F、z′を順
に求める。そして、これらの値を用いて(17)式から反射
率Rを求める。
Subsequently, the incident angle theta, ultrasonic transmission medium 16, film 12, base 14, the density of the object 17, Lame constant, the speed of sound or the like are substituted into the above equation a 1, a 2 ····· a n Ask. Furthermore, A =
a n a n-1 ... A 2 , M ik , ψ 1 / φ 1 , E, F, and z ′ are sequentially obtained. Then, using these values, the reflectance R is obtained from the equation (17).

次に上記反射強度極小現象を利用して膜厚を測定する本
発明の測定方法について説明する。
Next, the measuring method of the present invention for measuring the film thickness by utilizing the above-mentioned minimum phenomenon of reflection intensity will be described.

第1図は、測定方法を実施するための測定装置を示して
いる。まず、この装置により測定される被検体10は、
基盤12と基盤上に形成された薄膜14とを有し、基盤
上には超音波伝搬媒体としての水16が置かれている。
そして、測定装置は、水16に接触した状態で基盤12
の上方に載置された第1および第2の圧電トランスデュ
ーサ18、20を備えている。第1のトランスデューサ
18は水16を介して超音波を被検体10の基盤12に
照射し、また、第2のトランスデューサ20は被検体か
ら反射された超音波を受ける。トランスデューサ18は
パルス発生器22に接続されている。また、トランスデ
ューサ20は増幅器24、A/Dコンバータ26を介し
て高速フーリエ変換器28に接続されている。
FIG. 1 shows a measuring device for carrying out the measuring method. First, the subject 10 measured by this device is
It has a base 12 and a thin film 14 formed on the base, and water 16 as an ultrasonic wave propagation medium is placed on the base.
Then, the measuring device is in contact with the water 16 and the base 12
Of the first and second piezoelectric transducers 18 and 20 mounted above. The first transducer 18 irradiates the base 12 of the subject 10 with ultrasonic waves through the water 16, and the second transducer 20 receives the ultrasonic waves reflected from the subject. The transducer 18 is connected to the pulse generator 22. Further, the transducer 20 is connected to a fast Fourier transformer 28 via an amplifier 24 and an A / D converter 26.

次に以上のように構成された測定装置を用いた膜厚の測
定方法について説明する。
Next, a method of measuring the film thickness using the measuring device configured as described above will be described.

〈実施例1〉 この実施例では、銅から成る基盤12上にクロムメッキ
14を施した被検体10のクロムメッキ層の膜厚を、水
を超音波伝搬媒体16および接触物体17として測定す
る。
<Example 1> In this example, the film thickness of the chromium plating layer of the subject 10 in which the chromium plating 14 is applied on the base 12 made of copper is measured by using water as the ultrasonic wave propagation medium 16 and the contact object 17.

まず、銅,クロム,水から成る組合せ体に関して、上記
計算方法を用い、入射角および膜厚を変数として反射強
度を計算する。なお、上記組合せ体の各要素の密度およ
び音速は以下の表に示されている。
First, regarding the combination of copper, chromium, and water, the reflection intensity is calculated by using the above calculation method with the incident angle and the film thickness as variables. The density and sound velocity of each element of the above combination are shown in the following table.

上記計算により得られた結果から、反射強度極小部の周
波数とクロムメッキの膜厚dとの関係を入射角θごと
に表わしたものが第6図に示されている。この図には、
種々の膜厚における各極小部の膜厚における各極小部の
周波数をプロットし、対応する極小部のプロット点を結
んで得られた複数の特性線が示されている。なお、入射
角はθ=40°として計算をおこなった。
From the results obtained by the above calculation, FIG. 6 shows the relationship between the frequency of the minimum reflection intensity and the film thickness d of the chrome plating for each incident angle θ. In this figure,
A plurality of characteristic lines obtained by plotting the frequencies of the respective minimum portions in the film thickness of the respective minimum portions in various film thicknesses and connecting the plot points of the corresponding minimum portions are shown. Note that the incident angle was calculated with θ = 40 °.

そして、第6図で、膜厚の変化に対して周波数が最も敏
感に変化する極小部、つまり、特性線の傾きが最も大き
な極小部を見つけ出す。この実施例において、周波数
の低い方から1番目の極小部1が上記条件に対応して
いることが分る。
Then, in FIG. 6, the minimum portion where the frequency changes most sensitively to the change of the film thickness, that is, the minimum portion where the slope of the characteristic line is the largest is found. In this embodiment, it can be seen that the first minimum portion 1 having the lowest frequency corresponds to the above condition.

続いて、測定装置により被検体10の反射強度が測定さ
れる。この場合、まず、第1のトランスデューサ18か
ら複数の周波数成分を含む平面超音波が水16を介して
基盤12に入射角θ=40°にて照射される。被検体1
0で反射した超音波は第2のトランスデューサ20によ
り受信される。この受信信号から反射超音波の周波数が
測定され、第7図に示された反射強度の周波数分布が得
られる。そして、第7図から、周波数の低い方から1番
目の極小部の周波数1を読取り、1=32.2MHzが得ら
れる。従って、この1=32.2MHzを第6図の特性線l1
に対応させることにより、クロムメッキ14の膜厚d=
4μmが得られる。
Then, the reflection intensity of the subject 10 is measured by the measuring device. In this case, first, planar ultrasonic waves including a plurality of frequency components are emitted from the first transducer 18 to the base 12 through the water 16 at an incident angle θ = 40 °. Subject 1
The ultrasonic wave reflected at 0 is received by the second transducer 20. The frequency of the reflected ultrasonic wave is measured from this received signal, and the frequency distribution of the reflection intensity shown in FIG. 7 is obtained. Then, from FIG. 7, the frequency 1 of the first minimum portion from the lowest frequency is read, and 1 = 32.2 MHz is obtained. Therefore, this 1 = 32.2 MHz is set to the characteristic line l 1 in FIG.
By corresponding to, the film thickness d of the chrome plating 14 =
4 μm is obtained.

更に、測定装置は第8図に示すように構成されていても
よい。この装置によれば、超音波発生手段として超音波
顕微鏡レンズ34を用いている。この顕微鏡レンズ34
は、溶融石英、サファイア等の伝搬材から形成されくさ
び状の凹所を有する音響レンズ36と、音響レンズの上
端に付着された圧電膜38とを備えている。超音波顕微
鏡レンズ34は、所定の入射角θにて超音波を被検体1
0の膜14上に照射するとともに、被検体から反射した
反射超音波を受信する。なお、第8図において、参照符
号16は、音響レンズ42および膜14に接触した超音
波伝搬媒体としての水を示している。
Further, the measuring device may be configured as shown in FIG. According to this apparatus, the ultrasonic microscope lens 34 is used as the ultrasonic wave generating means. This microscope lens 34
Is provided with an acoustic lens 36 having a wedge-shaped recess formed of a propagating material such as fused quartz or sapphire, and a piezoelectric film 38 attached to the upper end of the acoustic lens. The ultrasonic microscope lens 34 transmits ultrasonic waves at a predetermined incident angle θ to the subject 1
The reflected ultrasonic waves reflected from the subject are received while irradiating the film 0 of 0. In FIG. 8, reference numeral 16 indicates water as an ultrasonic wave propagation medium that is in contact with the acoustic lens 42 and the film 14.

(発明の効果) 超音波を被検体の膜表面に照射し、被検体からの反射超
音波を膜の表面側で測定し、測定された超音波から反射
強度の周波数分布を調べることにより反射波の反射強度
が極小となる周波数から膜厚dをもとめることができ
る。そのため、この発明によれば反射波の反射強度が極
小となる周波数と膜厚dが逆比例関係になくても膜厚
が測定できる。
(Effect of the invention) The reflected wave is obtained by irradiating the surface of the film with the ultrasonic wave, measuring the reflected ultrasonic wave from the object on the surface side of the film, and examining the frequency distribution of the reflected intensity from the measured ultrasonic wave. The film thickness d can be obtained from the frequency at which the reflection intensity of is minimal. Therefore, according to the present invention, the film thickness can be measured even if the frequency at which the reflection intensity of the reflected wave is minimum and the film thickness d are not in inverse proportion.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の測定方法を実施するための測定装置
を示す一部破断側面図、第2図は反射強度の周波数分布
を示す図、第3A図ないし第3B図は、それぞれ異なる
膜厚における反射波の周波数分布を示す図、第4図およ
び第5図は反射強度の計算方法を説明するための異なる
層状体をそれぞれ示す断面図、第6図は、ある入射角に
おける反射波の周波数分布の変化を示す特性図、第7図
は、被検体の反射波の周波数分布を示す図、第8図は測
定装置の異なる変形例をそれぞれ示す断面図である。 10…被検体、12…基盤 14…膜 16…超音波伝搬媒体 17…接触物体
FIG. 1 is a partially cutaway side view showing a measuring device for carrying out the measuring method of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a frequency distribution of reflection intensity, and FIGS. 3A to 3B are respectively different film thicknesses. Showing the frequency distribution of the reflected wave in FIG. 4, FIG. 4 and FIG. 5 are cross-sectional views showing different layered bodies for explaining the calculation method of the reflection intensity, and FIG. 6 is the frequency of the reflected wave at a certain incident angle. FIG. 7 is a characteristic diagram showing changes in distribution, FIG. 7 is a diagram showing a frequency distribution of reflected waves of the subject, and FIG. 8 is a sectional view showing a different modification of the measuring apparatus. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Subject, 12 ... Base | substrate 14 ... Membrane 16 ... Ultrasonic propagation medium 17 ... Contact object

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基盤と基盤上に形成された膜とを有する被
検体の膜厚を測定する膜厚測定方法において、 上記被検体の基盤および膜と同一の物質からなる基盤お
よび膜と超音波伝搬媒体との組合せ体に関して、組合せ
体の膜に上記超音波伝搬媒体を介して超音波を照射した
場合における上記組合せ体からの反射超音波の反射強度
周波数分布に複数または1つの極小部における超音波の
入射角θおよび上記極小部における超音波の周波数fを
変数とする上記膜厚dの関数d=g(f)を求める行程
と; 上記被検体の基盤を上記組合せ体の超音波伝搬媒体と同
一の物質からなる超音波伝搬媒体に接触させる行程と; 上記伝搬媒体を介して被検体の基盤上に上記入射角θに
て超音波を照射する行程と; 上記被検体から反射した超音波の周波数分布を測定し、
反射強度が極小となる周波数を検出する行程と; 上記検出された周波数と上記関数とから上記被検体の膜
の膜厚を算出する行程と;を備えていることを特徴とす
る膜厚測定方法。
1. A method for measuring a film thickness of a subject having a substrate and a film formed on the substrate, comprising: a substrate and a film made of the same material as the substrate and the film of the subject; and ultrasonic waves. Regarding a combination with a propagation medium, when the film of the combination is irradiated with ultrasonic waves through the ultrasonic propagation medium, the reflection intensity frequency distribution of the reflected ultrasonic waves from the combination has a plurality of or a single minimum portion. A step of obtaining a function d = g (f) of the film thickness d with the incident angle θ of the sound wave and the frequency f of the ultrasonic wave at the minimum portion as variables; and an ultrasonic wave propagation medium of the combination based on the substrate of the subject. A step of contacting an ultrasonic wave propagation medium made of the same substance as the above; a step of irradiating ultrasonic waves at the incident angle θ on the substrate of the subject through the propagation medium; and an ultrasonic wave reflected from the subject The frequency distribution of Constant and,
A step of detecting a frequency at which the reflection intensity becomes minimum; and a step of calculating the film thickness of the film of the subject from the detected frequency and the function; .
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