JPH02140604A - 薄い絶縁性フイルムの厚さ測定方法及びその装置 - Google Patents
薄い絶縁性フイルムの厚さ測定方法及びその装置Info
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- JPH02140604A JPH02140604A JP1058043A JP5804389A JPH02140604A JP H02140604 A JPH02140604 A JP H02140604A JP 1058043 A JP1058043 A JP 1058043A JP 5804389 A JP5804389 A JP 5804389A JP H02140604 A JPH02140604 A JP H02140604A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/06—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
- G01B11/0616—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating
- G01B11/0641—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of polarization
- G01B11/065—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating with measurement of polarization using one or more discrete wavelengths
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
童呈上例笠旦分互
本発明は支持体物質上に付着された非常に薄い絶縁性フ
ィルムの測定、特に支持体物質のブルースター角に関連
した薄い付着フィルムの厚さで影響を受ける偏光ビーム
の変動を測定する測定装置に関連する。
ィルムの測定、特に支持体物質のブルースター角に関連
した薄い付着フィルムの厚さで影響を受ける偏光ビーム
の変動を測定する測定装置に関連する。
鴛】欽ｌ支権
約２００人（オングストローム）又はこれ以上の厚さの
フィルムの深さを測定する装置が現在使用されている。
フィルムの深さを測定する装置が現在使用されている。
アメリカ合衆国カリフォルニア州すニーベール所在のナ
ノメトリックス社はナノスペックオートマティクフィル
ム厚さ測定装置（Ｎ ａｎｏ Ｓ ｐｅＣＡ ｕｔｏｍ
ａｔｉｃ Ｆ ｉｌａ Ｔ ｈｉｃｋｎｅｓｓ（ＡＦＴ
）装置〕と称する測定器械を開発し、また、種々の製造
業者は公知の楕円偏光測定器を製造している。これらの
２種の装置は厚いフィルムの厚さ測定に適している。楕
円偏光測定器は約１０程度度の非常に薄いフィルムの厚
さを測定する性能があるが、高価でであり操作に時間を
要するうえ５非常に複雑な計算が要求される。
ノメトリックス社はナノスペックオートマティクフィル
ム厚さ測定装置（Ｎ ａｎｏ Ｓ ｐｅＣＡ ｕｔｏｍ
ａｔｉｃ Ｆ ｉｌａ Ｔ ｈｉｃｋｎｅｓｓ（ＡＦＴ
）装置〕と称する測定器械を開発し、また、種々の製造
業者は公知の楕円偏光測定器を製造している。これらの
２種の装置は厚いフィルムの厚さ測定に適している。楕
円偏光測定器は約１０程度度の非常に薄いフィルムの厚
さを測定する性能があるが、高価でであり操作に時間を
要するうえ５非常に複雑な計算が要求される。
が しようとする課
現在の電子工業界の切迫した仕様によれば２０人程度の
フィルム厚を迅速かつ正確に測定できかつ妥当な価格の
器械が要求されている。この要求は本願発明が達成され
るまでは満足されなかった。
フィルム厚を迅速かつ正確に測定できかつ妥当な価格の
器械が要求されている。この要求は本願発明が達成され
るまでは満足されなかった。
そこで１本発明はフィルム厚を迅速かつ正確に測定でき
る薄い絶縁性フィルムの厚さ測定方法及び安価に製造で
きる装置を提供することを目的とする。
る薄い絶縁性フィルムの厚さ測定方法及び安価に製造で
きる装置を提供することを目的とする。
を するための手
本発明による薄い絶縁性フィルムの測定装置は、既知の
波長の入射光に対して所定のブルースター角を有する材
料で形成されたベースの表面から測定装置のオフセット
値を表す第１検出強度振幅で反射されかつ既知波長を有
する平面偏光単色光のビームを、ベースのブルースター
角で送出する第１装置と、ベース材料の表面上に設けら
れかつ同一の所定ブルースター角を有する薄いフィルム
で形成され、ビームを第２検出強度振幅で反射するサン
ドインチと、第１検出強度振幅と第２検出強度振幅との
差に応答してベース上の薄い絶縁性フィルムの厚さを決
定する第２装置とを含む。
波長の入射光に対して所定のブルースター角を有する材
料で形成されたベースの表面から測定装置のオフセット
値を表す第１検出強度振幅で反射されかつ既知波長を有
する平面偏光単色光のビームを、ベースのブルースター
角で送出する第１装置と、ベース材料の表面上に設けら
れかつ同一の所定ブルースター角を有する薄いフィルム
で形成され、ビームを第２検出強度振幅で反射するサン
ドインチと、第１検出強度振幅と第２検出強度振幅との
差に応答してベース上の薄い絶縁性フィルムの厚さを決
定する第２装置とを含む。
平面偏光単色光はレーザによって発生される。
第２装置は検出器と、検出器からの出力信号に応答する
コンピュータ装置とを含む。コンピュータ装置は既知厚
の薄いフィルムの第２検出強度振幅測定値を未知厚の薄
いフィルムの第２検出強度振幅測定値と比較して未知厚
を決定する。
コンピュータ装置とを含む。コンピュータ装置は既知厚
の薄いフィルムの第２検出強度振幅測定値を未知厚の薄
いフィルムの第２検出強度振幅測定値と比較して未知厚
を決定する。
第２装置内の検出器の感度の少なくとも１つの変動を安
定化する第３装置が設けられる。第３装置は検出器に対
する反射ビームの光路内に配置されたレンズを有し、レ
ンズは変位した反射ビームを受光しかつ検出器に集束さ
せる。
定化する第３装置が設けられる。第３装置は検出器に対
する反射ビームの光路内に配置されたレンズを有し、レ
ンズは変位した反射ビームを受光しかつ検出器に集束さ
せる。
更に平面偏光単色光の出力の変動を補償する第４装置が
設けられる。第４装置は、出力の大部分を通しこれを反
射し検出すべき表面に向けて送出し、出力の小部分を第
２方向に向けるビームスプリッタと、小部分の出力を受
取り、小部分出力の表示である第１信号を発生する基準
検品器と、第１信号を受取り、大部分の出力の表示であ
る第２信号を第２装置から受取るように配置された信号
検出器とを有する。信号検出器は第１及び第２信号を比
較し、これに応答してコンピュータ装置に供給される全
出力の表示である安定化出力信号を発生し、ビームスプ
リッタ、基準検出器及び信号検出器は協力してサーボル
ープを形成する。
設けられる。第４装置は、出力の大部分を通しこれを反
射し検出すべき表面に向けて送出し、出力の小部分を第
２方向に向けるビームスプリッタと、小部分の出力を受
取り、小部分出力の表示である第１信号を発生する基準
検品器と、第１信号を受取り、大部分の出力の表示であ
る第２信号を第２装置から受取るように配置された信号
検出器とを有する。信号検出器は第１及び第２信号を比
較し、これに応答してコンピュータ装置に供給される全
出力の表示である安定化出力信号を発生し、ビームスプ
リッタ、基準検出器及び信号検出器は協力してサーボル
ープを形成する。
本発明のよる支持体表面上の薄い絶縁性フィルムの厚さ
測定方法は、未被覆の支持体物質の表面に支持体物質の
ブルースター角の入射角で平面偏光レーザ光のビームを
送出し、表面から反射する光ビームの強度を測定し、測
定装置のオフセット値を表示する「ゼロ」厚のフィルム
の第１検定値を得る過程と、同じブルースター角でビー
ムを、既知厚の薄いフィルムで被覆された同一の支持体
物質の表面に送出し、この反射光ビーム強度を測定し、
既知厚のフィルムを表示する第２検定値を得て測定装置
の検定値を規格化する過程と、未知厚の薄いフィルムで
被覆された同一の支持体物質の表面に、同じブルースタ
ー角で光ビームを送出し、この反射光ビーム強度を測定
し、既知厚を表示する値を得る過程とを含む。入射光の
既知波長、支持体と薄いフィルム物質の屈折率、ブルー
スター角、及び第１及び第２検定値で補正された反射光
強度測定値から未知厚を決定する。
測定方法は、未被覆の支持体物質の表面に支持体物質の
ブルースター角の入射角で平面偏光レーザ光のビームを
送出し、表面から反射する光ビームの強度を測定し、測
定装置のオフセット値を表示する「ゼロ」厚のフィルム
の第１検定値を得る過程と、同じブルースター角でビー
ムを、既知厚の薄いフィルムで被覆された同一の支持体
物質の表面に送出し、この反射光ビーム強度を測定し、
既知厚のフィルムを表示する第２検定値を得て測定装置
の検定値を規格化する過程と、未知厚の薄いフィルムで
被覆された同一の支持体物質の表面に、同じブルースタ
ー角で光ビームを送出し、この反射光ビーム強度を測定
し、既知厚を表示する値を得る過程とを含む。入射光の
既知波長、支持体と薄いフィルム物質の屈折率、ブルー
スター角、及び第１及び第２検定値で補正された反射光
強度測定値から未知厚を決定する。
更に、検出された反射光ビーム強度を安定化する過程が
含まれる。この安定化過程は、レーザのビームをビーム
スプリッタを通すことによってレーザ光ビームの一部を
サンプリングする過程と、サンプリングされた部分を検
出し、その強度に比例する第１信号を発生する過程と、
試料の表面から反射した光ビームを検出し、その強度に
比例する第２信号を発生する過程と、第１信号に含まれ
る変動に比例する制御信号によって第２信号を分割し、
第２信号を安定化する過程とを含む。
含まれる。この安定化過程は、レーザのビームをビーム
スプリッタを通すことによってレーザ光ビームの一部を
サンプリングする過程と、サンプリングされた部分を検
出し、その強度に比例する第１信号を発生する過程と、
試料の表面から反射した光ビームを検出し、その強度に
比例する第２信号を発生する過程と、第１信号に含まれ
る変動に比例する制御信号によって第２信号を分割し、
第２信号を安定化する過程とを含む。
また、ベース物質の表面上の薄い絶縁性フィルムの厚さ
を測定する本発明による測定装置は、既知の屈折率及び
既知の波長の入射光に対する既知のブルースター角を有
する。この測定装置は、既知波長の表面偏光単色光の入
射ビームをフィルムの表面に既知のブルースター角で送
出する装置、表面からの反射後のビームの強度を測定す
る検出装置、及び検出装置に接続され、強度測定値から
薄いフィルムの厚さを計算するコンピュータ装置を含む
、コンピュータ装置は入射光の既知波長を表示する値、
既知屈折率、既知ブルースター角及び所定のオフセット
値、並びに同一のベース物質上の既知フィルム厚と、同
一入射光を使用する前の測定値から得られる規格化補正
値を記憶している。
を測定する本発明による測定装置は、既知の屈折率及び
既知の波長の入射光に対する既知のブルースター角を有
する。この測定装置は、既知波長の表面偏光単色光の入
射ビームをフィルムの表面に既知のブルースター角で送
出する装置、表面からの反射後のビームの強度を測定す
る検出装置、及び検出装置に接続され、強度測定値から
薄いフィルムの厚さを計算するコンピュータ装置を含む
、コンピュータ装置は入射光の既知波長を表示する値、
既知屈折率、既知ブルースター角及び所定のオフセット
値、並びに同一のベース物質上の既知フィルム厚と、同
一入射光を使用する前の測定値から得られる規格化補正
値を記憶している。
本発明による利点は約１０人から１５００人又はこれ以
上のフィルム厚を測定できることである。
上のフィルム厚を測定できることである。
約言すれば本発明により支持体、即ちベース上の薄いフ
ィルムの厚さを測定することができる。
ィルムの厚さを測定することができる。
水平偏光レーザビームは、支持体物質の所定のブルース
ター角で支持体表面から反射される。出力測定は反射ビ
ームで行われ、無フィルム、即ち「ゼロ」フィルム厚を
表す値を与える。この値はオフセット値と呼ばれ測定装
置を検定するための２つの測定値の１つで他の１つの検
定測定値は、同じブルースター角を有する同様な支持体
に固着された既知厚の薄いフィルムの表面から反射され
るビームで得られる。−度検定すると未知の厚さのフィ
ルムが約２人の精度で連続的に測定するのに装置が使用
される。
ター角で支持体表面から反射される。出力測定は反射ビ
ームで行われ、無フィルム、即ち「ゼロ」フィルム厚を
表す値を与える。この値はオフセット値と呼ばれ測定装
置を検定するための２つの測定値の１つで他の１つの検
定測定値は、同じブルースター角を有する同様な支持体
に固着された既知厚の薄いフィルムの表面から反射され
るビームで得られる。−度検定すると未知の厚さのフィ
ルムが約２人の精度で連続的に測定するのに装置が使用
される。
試料表面から反射されるビームを測定するのに２つの方
法が使用できる。その一つの方法では表面から反射され
る見掛けのブルースター角が測定される。これはベース
物質の実際のブルースター角でベース上の薄いフィルム
の厚さと屈折率によって変わる。第２番目の方法は反射
ビームの強度を測定する方法で、この２番目の方法は、
装置が蒲単で最小精度を要求し、又高価な可動部品を含
まないため好適である。
法が使用できる。その一つの方法では表面から反射され
る見掛けのブルースター角が測定される。これはベース
物質の実際のブルースター角でベース上の薄いフィルム
の厚さと屈折率によって変わる。第２番目の方法は反射
ビームの強度を測定する方法で、この２番目の方法は、
装置が蒲単で最小精度を要求し、又高価な可動部品を含
まないため好適である。
本発明の別の特徴は、ビーム検出器に投射される迷光を
減少する装置、この検出器の感度の変動を発生する反射
ビーム変位を補償する装置、及びレーザビームの出力変
動を補償する装置を有することである。
減少する装置、この検出器の感度の変動を発生する反射
ビーム変位を補償する装置、及びレーザビームの出力変
動を補償する装置を有することである。
作 用
ブルースターの法則によれば、表面の屈折率に等しい圧
切（ｔａｎｇｅｎｔ）を有する角度（ブルースター角即
ち偏光角）で光線が入射した際に反射表面から最大偏光
を発生する。この最大偏光を利用して第１検出強度振幅
と第２検出強度振幅との差に応答してベース上の薄い絶
縁性フィルムの厚さを迅速かつ正確に測定することがで
きる。
切（ｔａｎｇｅｎｔ）を有する角度（ブルースター角即
ち偏光角）で光線が入射した際に反射表面から最大偏光
を発生する。この最大偏光を利用して第１検出強度振幅
と第２検出強度振幅との差に応答してベース上の薄い絶
縁性フィルムの厚さを迅速かつ正確に測定することがで
きる。
失−１−■
第１図、第２Ａ図及び第２Ｂ図は本発明の実施例の略示
図である。本発明の実施に使用する特殊ハードウェアの
構造と動作を下記に説明する。
図である。本発明の実施に使用する特殊ハードウェアの
構造と動作を下記に説明する。
本発明によれば支持体即ちベース２６上の薄い絶縁性フ
ィルム２４の未知の厚さ２２（厚さをＴで表す）を測定
する方法と厚さ測定装置２０が得られる。絶縁性フィル
ムは吸収性物質又は金属以外の任意の物質で構成される
ものとする。
ィルム２４の未知の厚さ２２（厚さをＴで表す）を測定
する方法と厚さ測定装置２０が得られる。絶縁性フィル
ムは吸収性物質又は金属以外の任意の物質で構成される
ものとする。
第１図に示す厚さ測定装置２０は、レーザ３０と鏡３２
等の光源及び反射器を含む第１装置２８を有し、第１装
置２８は支持体、即ちベース２６の表面上に付着された
薄いフィルム２４を含むサンドインチ３８の表面に、一
定の・光強度を有する平面偏光レーザビーム３４を所定
角度ＡＩで投射する。レーザビーム３４の反射ビーム３
６は例えばＰＩＮダイオードで構成された検出器４２を
含む第２装置４０に向けられる。検出器４２は反射ビー
ム３６の強度に対応する出力信号を発生してコンピュー
タ装置４６に送出する。
等の光源及び反射器を含む第１装置２８を有し、第１装
置２８は支持体、即ちベース２６の表面上に付着された
薄いフィルム２４を含むサンドインチ３８の表面に、一
定の・光強度を有する平面偏光レーザビーム３４を所定
角度ＡＩで投射する。レーザビーム３４の反射ビーム３
６は例えばＰＩＮダイオードで構成された検出器４２を
含む第２装置４０に向けられる。検出器４２は反射ビー
ム３６の強度に対応する出力信号を発生してコンピュー
タ装置４６に送出する。
ブルースター角の平面偏光がベース２６の表面のみから
反射されると、この反射ビーム強度は検出器４２で測定
され、この強度は上面に透明フィルムを有する同じベー
スから反射されるビーム強度と異なる。フィルム厚決定
のため測定されるのはこの差異である。
反射されると、この反射ビーム強度は検出器４２で測定
され、この強度は上面に透明フィルムを有する同じベー
スから反射されるビーム強度と異なる。フィルム厚決定
のため測定されるのはこの差異である。
最初この装置を検定するため第２Ａ図のレーザビーム３
４は、ベース物質の所定ブルースター角でベース２６ａ
に投射される。ベース２６ａはビーム３４との光学的相
互作用で反射ビーム３６８を発生する０反射ビーム３６
ａの強度が測定され。
４は、ベース物質の所定ブルースター角でベース２６ａ
に投射される。ベース２６ａはビーム３４との光学的相
互作用で反射ビーム３６８を発生する０反射ビーム３６
ａの強度が測定され。
強度測定値は、薄いフィルムのない場合、即ちゼロ厚の
フィルムを表示する「オフセット値」と称する。これは
後述の検定曲線上のＲ＝Ｏ１Ｔ＝０の点を表すものと考
えられる。このオフセット値は記憶され、フィルム厚の
正確な測定のための全測定値から差引くのに使用される
。
フィルムを表示する「オフセット値」と称する。これは
後述の検定曲線上のＲ＝Ｏ１Ｔ＝０の点を表すものと考
えられる。このオフセット値は記憶され、フィルム厚の
正確な測定のための全測定値から差引くのに使用される
。
検定を継続するため第２Ｂ図のレーザビーム３４は、同
一のベース２６ａ上の所定の既知厚フィルム２４を付着
したサンドイッチ３８に投射される。サンドイッチ３８
はレーザビーム３４との光学的相互作用で、ベースのみ
からの反射ビームの強度測定値とは異なる強度特性を有
するビーム３６ｂとして反射される。既知厚のフィルム
について測定されたビーム強度は前述の検定曲線上に第
２点を与え、この基準フィルムから得られた測定値を使
用して未知のフィルム厚の全測定値を数学的に規格化す
る。
一のベース２６ａ上の所定の既知厚フィルム２４を付着
したサンドイッチ３８に投射される。サンドイッチ３８
はレーザビーム３４との光学的相互作用で、ベースのみ
からの反射ビームの強度測定値とは異なる強度特性を有
するビーム３６ｂとして反射される。既知厚のフィルム
について測定されたビーム強度は前述の検定曲線上に第
２点を与え、この基準フィルムから得られた測定値を使
用して未知のフィルム厚の全測定値を数学的に規格化す
る。
第１図に示すように、厚さ測定装置２０の第２装［４０
は例えばＰＩＮダイオード検出器である検出器４２に接
続されかつ検出ビーム３６の信号４４を受信するコンピ
ュータ装置４６を有する。
は例えばＰＩＮダイオード検出器である検出器４２に接
続されかつ検出ビーム３６の信号４４を受信するコンピ
ュータ装置４６を有する。
コンピュータ装Ｗ１４６はベースのみについて前に記憶
された測定値、既知厚のフィルムからの測定値、及び後
述する薄いフィルムの方程式から得られる値から未知の
フィルム厚を決定する。
された測定値、既知厚のフィルムからの測定値、及び後
述する薄いフィルムの方程式から得られる値から未知の
フィルム厚を決定する。
下記の説明は本発明装置の別の構造と動作に関するもの
でこの装置を実装する特殊の方法を示す。
でこの装置を実装する特殊の方法を示す。
第１図、第２Ａ図及び２Ｂ図は、（ａ）ビーム強度及び
（ｂ）偏光角、即ちブルースター角によってフィルム２
４の未知の厚さ２２を決定する技術を示す。
（ｂ）偏光角、即ちブルースター角によってフィルム２
４の未知の厚さ２２を決定する技術を示す。
第２Ａ図は支持体即ち、ベース２６ａの表面の入射角と
反射角を示す、第２Ｂ図は第１図の拡大図で、ビーム３
４がベース２６ａとフィルム２４で構成されるサンドイ
ッチ及びベース２６ｂに入射する際の入射角、屈折角及
び反射角などの種々の角度を示す。光学的の通常表示と
同様にこれらの角度は光線ビームの入射表面に直角の垂
直線から測った角度である。
反射角を示す、第２Ｂ図は第１図の拡大図で、ビーム３
４がベース２６ａとフィルム２４で構成されるサンドイ
ッチ及びベース２６ｂに入射する際の入射角、屈折角及
び反射角などの種々の角度を示す。光学的の通常表示と
同様にこれらの角度は光線ビームの入射表面に直角の垂
直線から測った角度である。
第２Ａ図はビーム３４と相互作用を起こした時の検定ベ
ース２６ａを示す。ビーム３４は屈折率Ｎ（０）＝１の
空気を通り、検定ベース２６ａの表面に入射角ＡＩで投
射され、この上面Ｓ２は反射率ＲＯを有する。このベー
スの屈折率はＮ（２）で、ビームは進路を屈折角Ａ２の
方向に変える。上面Ｓ２からビーム３４は少なくとも一
部が反射角Ａ３で反射され検出器４２で受光される。
ース２６ａを示す。ビーム３４は屈折率Ｎ（０）＝１の
空気を通り、検定ベース２６ａの表面に入射角ＡＩで投
射され、この上面Ｓ２は反射率ＲＯを有する。このベー
スの屈折率はＮ（２）で、ビームは進路を屈折角Ａ２の
方向に変える。上面Ｓ２からビーム３４は少なくとも一
部が反射角Ａ３で反射され検出器４２で受光される。
第２Ｂ図はベース２６ｂの上面に付着されたフィルム２
４で構成されるサンドインチ３８を示す。
４で構成されるサンドインチ３８を示す。
ビーム３４はＮ（０）＝１の空気を通り、前節のベース
２６ａと同じ角度Ａ１で反射率Ｒ１の上面Ｓｌに投射さ
れる。角度Ａｔはベース２６ａの物質のブルースター角
で一定に保持され、たとえばシリコンベースの場合は７
５．５５＠である。このフィルムは屈折率がＮ（１）で
、ビームは進路を屈折角Ａ４に方向を変える。ベース２
６ｂの上面Ｓ２からビームは少なくとも一部が反射角Ａ
７で反射され検出器４２で受光される。
２６ａと同じ角度Ａ１で反射率Ｒ１の上面Ｓｌに投射さ
れる。角度Ａｔはベース２６ａの物質のブルースター角
で一定に保持され、たとえばシリコンベースの場合は７
５．５５＠である。このフィルムは屈折率がＮ（１）で
、ビームは進路を屈折角Ａ４に方向を変える。ベース２
６ｂの上面Ｓ２からビームは少なくとも一部が反射角Ａ
７で反射され検出器４２で受光される。
検出器４２は反射ビーム３６ｂを感知して対応出力信号
を発生し、この信号をコンピュータ装置に送って次の分
析が下式によって行われる：ここで Ｒ＝反射率、即ち反射エネルギー Ｔ＝λ単位のフィルム厚 （数字６３２８は好適実施例のレーザの人単位の波長で
ある） ブルースターの法則によれば１表面の屈折率に等しい圧
切（ｔａｎｇｅｎｔ）を有する角度（ブルースター角即
ち偏光角）で光線が入射した際に反射表面から最大偏光
を発生する。数学的に表現すれば、ブルースター角Ａ
（Ｂ）は下記の式を満足する：ここで Ｙ＝屈折率Ｎ（Ｙ）を有する物質を通る光線の入射角２
＝屈折率Ｎ（Ｚ）を有する物質を通る光線の入射角電子
工業界では、薄いフィルムは一般にシリコンのウェーハ
又はベース２６上に蒸着される。ブルースターの法則を
シリコンに適用するとＴａｎ Ａ （Ｂ） ＝ ４ であるからＡ（Ｂ）＝７５°（概略値）である。
を発生し、この信号をコンピュータ装置に送って次の分
析が下式によって行われる：ここで Ｒ＝反射率、即ち反射エネルギー Ｔ＝λ単位のフィルム厚 （数字６３２８は好適実施例のレーザの人単位の波長で
ある） ブルースターの法則によれば１表面の屈折率に等しい圧
切（ｔａｎｇｅｎｔ）を有する角度（ブルースター角即
ち偏光角）で光線が入射した際に反射表面から最大偏光
を発生する。数学的に表現すれば、ブルースター角Ａ
（Ｂ）は下記の式を満足する：ここで Ｙ＝屈折率Ｎ（Ｙ）を有する物質を通る光線の入射角２
＝屈折率Ｎ（Ｚ）を有する物質を通る光線の入射角電子
工業界では、薄いフィルムは一般にシリコンのウェーハ
又はベース２６上に蒸着される。ブルースターの法則を
シリコンに適用するとＴａｎ Ａ （Ｂ） ＝ ４ であるからＡ（Ｂ）＝７５°（概略値）である。
方程式（１）において、フィルムがベース上にある時、
ベースの表面Ｓ２に対してブルースター角で光線が入射
した際、（ＡＩ＋Ａ２）＝９０＠の関係を満足するＡ１
とＡ２が関連する特殊の状態が存在する。Ｒ２は常に同
一、Ｒ１であるが、フィルムが存在せずベースのみで測
定した場合はＲ＝Ｏ１（Ｔ＝０及びＣｏｓ Ｘ ＝ １
）である。
ベースの表面Ｓ２に対してブルースター角で光線が入射
した際、（ＡＩ＋Ａ２）＝９０＠の関係を満足するＡ１
とＡ２が関連する特殊の状態が存在する。Ｒ２は常に同
一、Ｒ１であるが、フィルムが存在せずベースのみで測
定した場合はＲ＝Ｏ１（Ｔ＝０及びＣｏｓ Ｘ ＝ １
）である。
コンピュータ装置４６はベースのみからのビーム強度の
値を記憶し、このオフセット値はあとで測定した全測定
値から減算し、既知厚Ｔのフィルムの反射率を上式から
計算し、あとのフィルムの全測定値の未知厚を決定する
。所望により検定曲線を作成しＲ対Ｔの値をプロットす
ることができる。この検定曲線はＲとＴとの関係が厚さ
約１０〜１．４００人の間ではほぼ直線関係にあり、こ
の値の範囲内ではこの、測定装置が極めて正確であるこ
とを示す。
値を記憶し、このオフセット値はあとで測定した全測定
値から減算し、既知厚Ｔのフィルムの反射率を上式から
計算し、あとのフィルムの全測定値の未知厚を決定する
。所望により検定曲線を作成しＲ対Ｔの値をプロットす
ることができる。この検定曲線はＲとＴとの関係が厚さ
約１０〜１．４００人の間ではほぼ直線関係にあり、こ
の値の範囲内ではこの、測定装置が極めて正確であるこ
とを示す。
第３図は検出器４２の感度変動を安定化する別の装置の
使用法を示す。
使用法を示す。
第３図に示す第３装置６０は、検出器４２に入射する迷
光を減少して検出器４２の感光面６６上の変位反射ビー
ムを集束するため、非球面の平凸レンズ６４と協力する
スリット６２を有する。この安定化は、フィルムの表面
の高さの変動により望ましくない反射ビーム６８ａがビ
ーム３４に生ずることを防止する点で有用である。真空
バイス７０等の固定装置は、サンドインチ３８で表わさ
れる半導体ウェーハの製造に広く使用されている。
光を減少して検出器４２の感光面６６上の変位反射ビー
ムを集束するため、非球面の平凸レンズ６４と協力する
スリット６２を有する。この安定化は、フィルムの表面
の高さの変動により望ましくない反射ビーム６８ａがビ
ーム３４に生ずることを防止する点で有用である。真空
バイス７０等の固定装置は、サンドインチ３８で表わさ
れる半導体ウェーハの製造に広く使用されている。
バイス７０の上面は、真空ポンプ７８にパイプ７６を経
て接続された複数の導管７４が貫通している。操作間に
サンドイッチ３８は表面７２上に配置され、ポンプ７８
を作動すると真空を生じサンドイッチ３８は均一に表面
７２に吸着される。しかしサンドインチ３８は常に平坦
に保持されるとは限らない。場合によっては不規則状態
になり。
て接続された複数の導管７４が貫通している。操作間に
サンドイッチ３８は表面７２上に配置され、ポンプ７８
を作動すると真空を生じサンドイッチ３８は均一に表面
７２に吸着される。しかしサンドインチ３８は常に平坦
に保持されるとは限らない。場合によっては不規則状態
になり。
フィルムの型式によっては表面７２の上方に一部が僅か
に上昇することもある。ベース上のフィルムの上面の高
さの変化は反射ビームに変位を生じ。
に上昇することもある。ベース上のフィルムの上面の高
さの変化は反射ビームに変位を生じ。
この変位はレンズ６４によって検出器４２の中心に集中
する。
する。
第４図に示す厚さ測定装置２０はビームスプリッタ９３
を有する第４装置９０を含む、ビームスプリッタ９３で
反射される全レーザ出力の大部分（約９０％）は第１方
向９４であるサンドインチ３８に向けられる。第２方向
９８にはビームスプリッタ９３を通過する全出力９１の
小部分（約１０％）が向けられる。
を有する第４装置９０を含む、ビームスプリッタ９３で
反射される全レーザ出力の大部分（約９０％）は第１方
向９４であるサンドインチ３８に向けられる。第２方向
９８にはビームスプリッタ９３を通過する全出力９１の
小部分（約１０％）が向けられる。
第４装置９０はビームスプリッタ９３を通過する出力の
小部分を受光してこの部分を表示する第１信号１０４を
発生する基準検出器１０２を有する。
小部分を受光してこの部分を表示する第１信号１０４を
発生する基準検出器１０２を有する。
第４装置！Ｆ９０は更に信号比較除算器１０６を含む、
信号比較除算器１０６は基準検出器１０２からの第１信
号１０４と、検出器４２からの大部分の出力を表示する
第２信号１０８を受信する。次に信号比較除算器１０６
は信号除算器として機能して第１信号１０４と第２信号
１０８を比較し。
信号比較除算器１０６は基準検出器１０２からの第１信
号１０４と、検出器４２からの大部分の出力を表示する
第２信号１０８を受信する。次に信号比較除算器１０６
は信号除算器として機能して第１信号１０４と第２信号
１０８を比較し。
これに応答して全信号の安定化出力１１０を発生してコ
ンピュータ装置４６に送出する。前記のようにビームス
プリッタ９３、基準検出器１０２、信号検出器４２及び
除算器１０６は協力してサーボループを形成する。前記
の構成の利点は元のレーザ出力が約５％〜６％変動して
も、測定値ではこの変動を僅かに約０．５％の変動に減
少できることである。
ンピュータ装置４６に送出する。前記のようにビームス
プリッタ９３、基準検出器１０２、信号検出器４２及び
除算器１０６は協力してサーボループを形成する。前記
の構成の利点は元のレーザ出力が約５％〜６％変動して
も、測定値ではこの変動を僅かに約０．５％の変動に減
少できることである。
遣」１ＱＪＵ長
本発明により極めて簡単な構成のフィルム厚測定装置が
得られ、ベース上の薄いフィルムの厚さを迅速かつ正確
に測定できる効果がある。
得られ、ベース上の薄いフィルムの厚さを迅速かつ正確
に測定できる効果がある。
第１図は本発明の絶縁性フィルムの厚さ測定装置の構成
の一実施例を示すブロック図、第２Ａ図はフィルムの支
持体となるベース物質の所定のブルースター角でベース
に入射する偏光ビームの入射角と反射角を示す略示図、
第２Ｂ図はベース上の薄い絶縁性フィルムに入射するビ
ームの入射角。 屈折角及び反外角を示す略示図、第３図は検出器からの
迷光を減少するスリットと、変位反射光ビームを検出器
に入射させるレンズを示す略示図、第４図はレーザ出力
の変動を補償する回路のブロック図である。 ２４、、、フィルム、 ２６．、、ベース。 ２８、、、第一装置、３０．、、レーザ、 ３４０８
．平面偏光レーザビーム、 ３８．、。 サンドイッチ、 ４０．、、第２装置、 ４２゜０．検
出器、 ４６．、、コンピュータ装置、６０、、、第３
装置、 ６２．、、スリット、６４、、、平凸レンズ、
７０．、、バイス、７８、、、真空ポンプ ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、４
の一実施例を示すブロック図、第２Ａ図はフィルムの支
持体となるベース物質の所定のブルースター角でベース
に入射する偏光ビームの入射角と反射角を示す略示図、
第２Ｂ図はベース上の薄い絶縁性フィルムに入射するビ
ームの入射角。 屈折角及び反外角を示す略示図、第３図は検出器からの
迷光を減少するスリットと、変位反射光ビームを検出器
に入射させるレンズを示す略示図、第４図はレーザ出力
の変動を補償する回路のブロック図である。 ２４、、、フィルム、 ２６．、、ベース。 ２８、、、第一装置、３０．、、レーザ、 ３４０８
．平面偏光レーザビーム、 ３８．、。 サンドイッチ、 ４０．、、第２装置、 ４２゜０．検
出器、 ４６．、、コンピュータ装置、６０、、、第３
装置、 ６２．、、スリット、６４、、、平凸レンズ、
７０．、、バイス、７８、、、真空ポンプ ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、４
Claims (10)
- （１）既知の波長の入射光に対して所定のブルースター
角を有する材料で形成されたベースの表面から測定装置
のオフセット値を表す第１検出強度振幅で反射されかつ
既知波長を有する平面偏光単色光のビームを、前記ベー
スのブルースター角で送出する第１装置と、 ベース材料の表面上に設けられかつ同一の所定ブルース
ター角を有する薄いフィルムで形成され、前記ビームを
第２検出強度振幅で反射するサンドイッチと、 前記第１検出強度振幅と第２検出強度振幅との差に応答
して前記ベース上の薄い絶縁性フィルムの厚さを決定す
る第２装置と、 を含むことを特徴とする薄い絶縁性フィルムの測定装置
。 - （２）前記平面偏光単色光はレーザによって発生される
請求項（１）に記載の測定装置。 - （３）前記第２装置は検出器と、該検出器からの出力信
号に応答するコンピュータ装置とを含み、該コンピュー
タ装置は既知厚の薄いフィルムの第２検出強度振幅測定
値を未知厚の薄いフィルムの第２検出強度振幅測定値と
比較して前記未知厚を決定する請求項（１）に記載の測
定装置。 - （４）前記第２装置内の検出器の感度の少なくとも１つ
の変動を安定化する第３装置を有する請求項（１）に記
載の測定装置。 - （５）前記第３装置は前記検出器に対する反射ビームの
光路内に配置されたレンズを有し、該レンズは変位した
反射ビームを受光しかつ前記検出器に集束させる請求項
（４）に記載の測定装置。 - （６）更に前記平面偏光単色光の出力の変動を補償する
第４装置を有する請求項（１）に記載の測定装置。 - （７）前記第４装置は、前記出力の大部分を通しこれを
反射し検出すべき表面に向けて送出し、前記出力の小部
分を第２方向に向けるビームスプリッタと、 前記小部分の出力を受取り、該小部分出力の表示である
第１信号を発生する基準検出器と、前記第１信号を受取
り、前記大部分の出力の表示である第２信号を前記第２
装置から受取るように配置された信号検出器とを有し、 該信号検出器は前記第１及び第２信号を比較し、これに
応答して前記コンピュータ装置に供給される全出力の表
示である安定化出力信号を発生し、前記ビームスプリッ
タ、前記基準検出器及び前記信号検出器は協力してサー
ボループを形成する請求項（６）に記載の測定装置。 - （８）未被覆の支持体物質の表面に該支持体物質のブル
ースター角の入射角で平面偏光レーザ光のビームを送出
し、前記支持体物質の表面から反射する光ビームの強度
を測定し、測定装置のオフセット値を表示する「ゼロ」
厚のフィルムの第１検定値を得る過程と、 既知厚の薄いフィルムで被覆された同一の支持体物質の
表面に同じブルースター角で前記ビームを送出し、この
反射光ビーム強度を測定し、既知厚のフィルムを表示す
る第２検定値を得て前記測定装置の検定値を規格化する
過程と、 未知厚の薄いフィルムで被覆された同一の支持体物質の
表面に、同じブルースター角で前記光ビームを送出し、
この反射光ビーム強度を測定し、既知厚を表示する値を
得る過程とを含み、 入射光の既知波長、支持体と薄いフィルム物質の屈折率
、ブルースター角、及び前記第１及び第２検定値で補正
された反射光強度測定値から前記未知厚を決定すること
を特徴とする支持体表面上の薄い絶縁性フィルムの厚さ
測定方法。 - （９）更に、検出された反射光ビーム強度を安定化する
過程を含み、該安定化過程は、 前記レーザのビームをビームスプリッタを通すことによ
ってレーザ光ビームの一部をサンプリングする過程と、 該サンプリングされた部分を検出し、その強度に比例す
る第１信号を発生する過程と、 試料の表面から反射した光ビームを検出し、その強度に
比例する第２信号を発生する過程と、前記第１信号に含
まれる変動に比例する制御信号によって前記第２信号を
分割し、該第２信号を安定化する過程と、 を含む請求項（８）に記載の絶縁性フィルムの厚さ測定
方法。 - （１０）既知の屈折率及び既知の波長の入射光に対する
既知のブルースター角を有するベース物質の表面上の薄
い絶縁性フィルムの厚さを測定する厚さ測定装置であっ
て、 既知波長の表面偏光単色光の入射ビームを前記フィルム
の表面に既知のブルースター角で送出する装置、 前記表面からの反射後の前記ビームの強度を測定する検
出装置、及び 前記検出装置に接続され、前記強度測定値から薄いフィ
ルムの厚さを計算するコンピュータ装置を含み、該コン
ピュータ装置は前記入射光の既知波長を表示する値、前
記既知屈折率、前記既知ブルースター角及び所定のオフ
セット値並びに同一のベース物質上の既知フィルム厚と
、同一入射光を使用する前の測定値から得られる規格化
補正値を記憶していることを特徴とする薄い絶縁性フィ
ルムの厚さ測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US167.692 | 1988-03-14 | ||
| US07/167,692 US4826321A (en) | 1988-03-14 | 1988-03-14 | Thin dielectric film measuring system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02140604A true JPH02140604A (ja) | 1990-05-30 |
Family
ID=22608413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1058043A Pending JPH02140604A (ja) | 1988-03-14 | 1989-03-13 | 薄い絶縁性フイルムの厚さ測定方法及びその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4826321A (ja) |
| JP (1) | JPH02140604A (ja) |
| DE (1) | DE3908155A1 (ja) |
| GB (1) | GB2216651B (ja) |
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| USRE38153E1 (en) * | 1993-11-09 | 2003-06-24 | Nova Measuring Instruments, Ltd. | Two-dimensional beam deflector |
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1988
- 1988-03-14 US US07/167,692 patent/US4826321A/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-03-01 GB GB8904641A patent/GB2216651B/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-03-13 DE DE3908155A patent/DE3908155A1/de not_active Withdrawn
- 1989-03-13 JP JP1058043A patent/JPH02140604A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5551305A (en) * | 1978-10-09 | 1980-04-15 | Ishizuka Glass Ltd | Thickness measuring device for metal or metal oxide coat applied on surface of glass or the like |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4826321A (en) | 1989-05-02 |
| GB2216651B (en) | 1991-11-27 |
| GB2216651A (en) | 1989-10-11 |
| DE3908155A1 (de) | 1989-10-19 |
| GB8904641D0 (en) | 1989-04-12 |
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