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膜厚モニター FE-300

高精度な光干渉法による膜厚測定を簡単操作で実現した小型で低価格な膜厚計です。
必要な機器を本体部に収納したオールインワンタイプの筺体を採用し、安定したデータの取得を実現しました。
低価格でありながらも絶対反射率の取得により、光学定数の解析も可能です。

 


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製品情報

特 長
  • 薄膜から厚膜の幅広い膜厚に対応
  • 反射スペクトルを用いた膜厚解析
  • コンパクト・低価格でありながらも非接触・非破壊で高精度測定を実現
  • 条件設定や測定操作が簡単!どなたでも手軽に膜厚測定が可能
  • 非線形最小二乗法、最適化法、PV法、FFT解析法などによって幅広い種類の膜厚測定が可能
  • 非線形最小二乗法の膜厚解析アルゴリズムにより、光学定数解析(n:屈折率、k:消衰計数)が可能

 

測定項目
  • 絶対反射率測定
  • 膜厚解析解析(10層)
  • 光学定数解析(n:屈折率、k:消衰計数)

 

用 途
  • 機能性フィルム、プラスチック
    透明導電膜(ITO、銀ナノワイヤー)、位相差フィルム、偏光フィルム、ARフィルム、PET、PEN、TAC、PP、PC、PE、PVA、接着剤、粘着剤、プロテクトフィルム、ハードコート、耐指紋剤など
  • 半導体
    化合物半導体、Si、酸化膜、窒化膜、Resist、SiC、GaAs、GaN、InP、InGaAs、 SOI、Sapphire、など
  • 表面処理
    DLCコート、防錆剤、防曇剤、など
  • 光学材料
    フィルタ、ARコート、など
  • FPD
    LCD(CF、ITO、LC、PI)、OLED(有機膜、封止剤)、など
  • その他
    HDD、磁気テープ、建材、など

 

原理

測定原理

大塚電子では、光干渉法と自社製高精度分光光度計により、非接触・非破壊かつ高速高精度な膜厚測定を可能にしています。光干渉法は、図2のような分光光度計を利用した光学系によって得られた反射率を用いて光学的膜厚を求める方法です。図1のように金属基板上にコーティングされた膜を例にとると、対象サンプル上方から入射した光は膜の表面で反射します(R1)。さらに膜を透過した光が基板(金属)や膜界面で反射します(R2)。このときの光路差による位相のずれによって起こる光干渉現象を測定し、得られた反射スペクトルと屈折率から膜厚を演算する方法を光干渉法と呼びます。解析手法は、ピークバレイ法、周波数解析法、非線形最小二乗法、最適化法の4種類があります。

膜厚測定原理図
 

仕様

仕 様
型式 FE-300V FE-300UV FE-300NIR*1
全体 標準測定タイプ 薄膜測定タイプ 厚膜測定タイプ 厚膜測定タイプ
 (高分解能)
サンプルサイズ 最大8インチウェハ(厚さ5mm)
測定膜厚範囲
 (nd)
100nm~40μm 10nm~20μm 3μm~300μm 15μm~1.5mm
測定波長範囲 450nm~780nm 300nm~800nm 900nm~1600nm 1470nm~1600nm
膜厚精度 ±0.2nm以内*2 ±0.2nm以内*2 - -
繰り返し精度 0.1nm以内*3 0.1nm以内*3 - -
測定時間 0.1s~10s以内
スポット径 約φ3mm
光源 ハロゲン 重水素とハロゲンの混合 ハロゲン ハロゲン
インターフェイス USB
寸法、重量 <280(W)×570(D)×350(H)mm、約24kg
ソフトウェア        
標準 ピークバレイ解析、FFT解析、最適化法解析、最小二乗法解析
オプション 材料評価ソフトウェア、ポスト解析ソフトウェア、膜モデル解析、リファレンスプレート

*1 詳細はお問合せください
*2 VLSI社製膜厚スタンダード(100nm SiO2/Si)の膜厚保証書記載の測定保証値範囲に対して
*3 VLSI社製膜厚スタンダード(100nm SiO2/Si)の同一ポイント繰り返し測定時における拡張不確かさ(包括係数 2.1)

装置構成

光学系図

FE-300膜厚測定光学系図

 

ソフトウェア画面

測定例

SiO2 SiNの膜厚測定 [FE-0002]

半導体トランジスタは電流の通電状態を制御することで信号を伝達していますが、電流が漏れたり別のトランジスタの電流が勝手な通路を通り回り込むことを防止するために、トランジスタ間を絶縁するための絶縁膜が埋め込まれています。絶縁膜にはSiO2(二酸化シリコン)やSiN(窒化シリコン)が用いられます。SiO2は絶縁膜として、SiNはSiO2より誘電率の高い絶縁膜として、または不必要なSiO2をCMPで除去する際のストッパーとして使用され、その後にSiNも除去されます。このように絶縁膜としての性能、正確なプロセス管理のため、これらの膜厚を測定する必要があります。

SiO2 SiNの膜厚測定 [FE-0002]

SiO2 SiNの膜厚測定 [FE-0002]

SiO2 SiNの膜厚測定 [FE-0002]

カラーレジスト(RGB)の膜厚測定 [FE-0003]

液晶ディスプレイは一般に 右図のような構造です。CFは一画素にRGBがあり、非常に高精細の微小パターンである。CFの製膜方法は顔料をベースとしたカラーレジストをガラス全面に塗布しフォトリソグラフィによって露光、現像しパターンニング部分のみを残す工程をRGBごとに行うのが主流です。この際にカラーレジストの厚みが一定でないとパターンの変形、カラーフィルターとしての色味の変化の原因になるため、膜厚値を管理することは重要です。

カラーレジスト(RGB)の膜厚測定 [FE-0003]

カラーレジスト(RGB)の膜厚測定 [FE-0003]

 

ハードコートの膜厚測定 [FE-0004]

近年、様々な機能を持つ高機能フィルムを用いた製品が一般に普及しており、用途によってはフィルム表面に耐摩擦、耐衝撃、耐熱、耐薬品などの性能を持つ保護フィルムが必要になることもあります。保護フィルム層としてハードコート(HC)膜を製膜することが一般的ですが、HC膜の厚みによって保護フィルムとして機能しなかったり、フィルムにそりが生まれたり、見た目のムラや歪みの原因になるため、HC層の膜厚値を管理する必要があります。

ハードコートの膜厚測定 [FE-0004]ハードコートの膜厚測定 [FE-0004]

 

傾斜モデルを用いたITOの構造解析 [FE-0005]

液晶ディスプレイなどに用いられる透明電極材料であるITO(Indium-tin-oxide)は、製膜後のアニール処理(熱処理)によって導電性や色味が向上します。その際、酸素状態や結晶性も変化しますが、この変化は膜の厚みに対して段階的に傾斜変化することがあり、光学的に組成が均一な単層膜として見なすことができません。 このようなITOに対し、傾斜モデルを用いて、上部界面と下部界面のnkから、傾斜の度合いを測定した事例を紹介します。

傾斜モデルを用いたITOの構造解析 [FE-0005]傾斜モデルを用いたITOの構造解析 [FE-0005]

 

表面粗さを考慮した膜厚値測定 [FE-0007]

サンプルの表面に粗さ(Roughness)がある場合、表面粗さを雰囲気(Air)と膜厚材料が比率 1 対 1 で混合した“粗さ層”としてモデル化し、粗さと膜厚を解析することが可能です。 ここでは表面粗さが数nmあるSiN(窒化シリコン)を測定した事例を記載します。

表面粗さを考慮した膜厚値測定 [FE-0007]表面粗さを考慮した膜厚値測定 [FE-0007]

 

超格子モデルを用いた干渉フィルターの測定 [FE-0009]

サンプルの表面に粗さ(Roughness)がある場合、表面粗さを雰囲気(Air)と膜厚材料が比率 1 対 1 で混合した“粗さ層”としてモデル化し、粗さと膜厚を解析することが可能です。 ここでは表面粗さが数nmあるSiN(窒化シリコン)を測定した事例を記載します。

超格子モデルを用いた干渉フィルターの測定 [FE-0009]超格子モデルを用いた干渉フィルターの測定 [FE-0009]

 

非干渉層モデルを用いた封止済み有機EL材料の測定 [FE-0010]

有機EL材料は酸素や水分に弱く、通常大気下では変質・ダメージを受けてしまう場合があります。そこで、製膜後はすぐにガラスで封止をされます。 封止された状態のまま、ガラス越しに膜厚を測定した事例を記載します。 ガラスと中間の空気層は、非干渉層モデルを用います。

非干渉層モデルを用いた封止済み有機EL材料の測定 [FE-0010]非干渉層モデルを用いた封止済み有機EL材料の測定 [FE-0010]

 

SiO2 SiNの膜厚測定 [FE-0012]

半導体トランジスタは電流の通電状態を制御することで信号を伝達していますが、電流が漏れたり別のトランジスタの電流が勝手な通路を通り回り込むことを防止するために、トランジスタ間を絶縁するための絶縁膜が埋め込まれています。絶縁膜にはSiO2(二酸化シリコン)やSiN(窒化シリコン)が用いられます。SiO2は絶縁膜として、SiNはSiO2より誘電率の高い絶縁膜として、または不必要なSiO2をCMPで除去する際のストッパーとして使用され、その後にSiNも除去されます。このように絶縁膜としての性能、正確なプロセス管理のため、これらの膜厚を測定する必要があります。

SiO2 SiNの膜厚測定 [FE-0012]SiO2 SiNの膜厚測定 [FE-0012]

 

複数点同一解析を用いた nk 未知の極薄膜の測定 [FE-0013]

最小二乗法でフィッティングをして膜厚値(d)を解析するには材料のnkが必要です。nkが未知の場合、d とnkの両方を可変パラメータとして解析します。 しかしながら、d が100nm以下の極薄膜の場合、d とnkとを分離することができず、そのため精度が低下して正確な d が求められないことがあります。  このような場合、d の異なるサンプルを複数測定し、nkが同一であると仮定して同時解析(複数点同一解析)をします。これにより精度よくnkを求め、正確な d を求めることが可能です。

複数点同一解析を用いた nk 未知の極薄膜の測定 [FE-0013]複数点同一解析を用いた nk 未知の極薄膜の測定 [FE-0013]

 

界面係数を用いたあれた基板上の膜厚測定 [FE-0015]

基板表面が鏡面でないラフネスの大きなサンプルの場合、散乱により測定光が低下し、測定された反射率が実際より低くなります。界面係数を用いて基板表面での反射率の低下を考慮することで、あれた基板上の薄膜の膜厚値を測定することが可能です。例として、ヘアライン仕上げされたアルミ基板上の樹脂膜の膜厚測定の事例を記載します。

界面係数を用いたあれた基板上の膜厚測定 [FE-0015]界面係数を用いたあれた基板上の膜厚測定 [FE-0015]

 

 

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