JPH0357407B2 - - Google Patents

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JPH0357407B2
JPH0357407B2 JP3018185A JP3018185A JPH0357407B2 JP H0357407 B2 JPH0357407 B2 JP H0357407B2 JP 3018185 A JP3018185 A JP 3018185A JP 3018185 A JP3018185 A JP 3018185A JP H0357407 B2 JPH0357407 B2 JP H0357407B2
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JP
Japan
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wavelength
curve
film thickness
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measured
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JP3018185A
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JPS61191906A (ja
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Hidema Uchishiba
Juji Sasaki
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61191906A publication Critical patent/JPS61191906A/ja
Publication of JPH0357407B2 publication Critical patent/JPH0357407B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material
    • G01B11/0616Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material of coating

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 膜厚測定装置であつて、基板上に作成された透
明薄膜を光の干渉を利用して干渉波形を測定し、
任意の2つのピークの波長とその間のピーク数を
求め、その測定値から膜厚を求める計算をマイク
ロコンピユータを用いて行うことにより膜厚測定
の全自動化を可能とする。
〔産業上の利用分野〕
本発明は膜厚測定装置に関するものであり、特
に基板上に形成された透明膜厚を全自動で測定す
る自動膜厚測定装置に関するものである。
最近の半導体装置、例えば磁気バブルメモリ装
置においては、情報量の増加に伴つて記憶密度が
高度化されて来ている。このため磁気バブルメモ
リ素子において基板上に形成される磁性ガーネツ
ト膜の厚さも次第に薄く(1μm以下)なり、その
厚さも精密にコントロールする必要が生じ、その
膜厚測定を正確に行う装置が要求される。
〔従来の技術〕
第6図の如く基板1の上に形成された透明な薄
膜2の膜厚測定は、光源3よりの光を入射角θで
入射し、薄膜2の表面及び裏面から反射した光
L1,L2の干渉を利用して干渉波形を測定し、任
意の2つのピークの波長λiとその間のピークの数
を求め、以下の計算式によつて膜厚hを求めるこ
とができる。
Fi=√n2 i−sin2θ/λi θ=45゜ h=N/2|F1−F2|N=(ピークの数)−1 ここで薄膜の屈折率niは ni=a+b/λ2 i+c/λ4 i(コーシーの式) で求められる。
第7図は従来の膜厚測定装置であり、4は光
源、5はピンホール、6は対物レンズ、7は試
料、8はコンデンサレンズ、9は分光器、10は
ホトマル(光電子増倍管)、11はX−Yレコー
ダをそれぞれ示している。この装置を用いた膜厚
測定は、分光器9内の回折格子を回転させること
により波長掃引を行い波形12を得、この波形1
2からバツクグラウンドを補正した後、(この操
作を自動的に行うものである。)波形曲線のピー
ク形状を判定してデータとして採用するかどうか
を決定し、この曲線の最初と最後のピークの波長
を読み取つてこれらの波長の間にあるピークの個
数から膜厚を計算していた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来、上記の作業は全て測定者が行うために、
波形がノイズ等により変形した場合、ピークの位
置決定が不正確になり、波長の読み取りの際に誤
りが発生し、解析の時間が長くなるという欠点が
あつた。
本発明はこのような点にかんがみ全自動で高信
頼且つ短時間で処理できる自動膜厚測定装置を提
供することを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
上記問題点を解決するため、本発明において
は、被測定試料をセツトした分光器の光の掃引波
長を一定の間隔毎に検出する手段と、波長の信号
を受信した際にその波長での光の電気信号を読み
取る手段と、各波長−光強度の値を組にして記憶
する手段と、あらかじめ記憶してある基板等で測
定した波長−光強度の値の組で前記各波長−光強
度の値を補正し、補正値の平均位置に基準線を引
く手段と前記補正値を記憶する手段と、補正値に
よる光の干渉波形曲線の基準線の正側又は負側の
曲線の一つ一つについてその形状を調べ、データ
として採用するかどうかを判定する手段と、該手
段で採用された曲線のデータから最小2乗法によ
り2次曲線(放物線)に回帰する手段と、前記放
物線の根を求め、その1/2を曲線のピーク波長と
する手段と、正側曲線の最初と最後のピークの波
長およびピークの数より1を減じた値から膜厚を
求め、さらに負側の曲線からも同様にして膜厚を
求め、双方を平均してこれを薄膜の膜厚とする手
段から成ることを特徴としている。
〔作 用〕
まず補正のためのホトマル(光電子増倍管)の
感度曲線を得るために薄膜の形成されていない基
板を装置にセツトし、波長−出力信号のデータの
組A()を測定して各波長−光強度の値を組に
して記憶する手段に記憶させ、次に被測定薄膜を
セツトし、同様にして波長−出力信号のデータB
()を取り、このB()をA()で補正し各
波長−光強度の値を組にして記憶する手段に記憶
させ、これらの値からマイクロコンピユータによ
り膜厚計算を行うことができる。
本発明では波長−出力信号の補正と膜厚計算を
マイクロコンピユータに行わせることにより全自
動で高信頼及び高速な薄膜測定が可能となる。
〔実施例〕
第1図は本発明の実施例を示す構成図である。
本実施例は図に示す如く、光の掃引波長を一定
間隔毎に検出する手段としての波長マーカー20
1を有する分光器20と、分光器からの波長の信
号を受信した際、その波長での光の電気信号を読
み取る手段としてのホトマル(光電子増倍管)2
02と、該ホトマル202及び波長マーカー20
1の信号をA/D変換するA/Dコンバータ2
1,22と、該A/Dコンバータ21,22にイ
ンターフエイス23を介して接続したマイクロコ
ンピユータ24と、該マイクロコンピユータに接
続したデイスプレイ25及びプリンタ26とを具
備して構成されている。そしてマイクロコンピユ
ータ24はCPU241とRAM242とROM2
43とを有し、RAM242は試料を測定した各
波長−光強度の値を組にして記憶する手段を有
し、CPU241は、あらかじめ記憶してある基
板等で測定した波長−光強度の値の組で前記の試
料の各波長−光強度の値を補正し、補正値の平均
位置に基準線を引く手段と、該補正値による光の
干渉波形曲線の一つ一つについてその形状を調
べ、データとして採用するかどうかを判定する手
段と、基準線の正側、負側の曲線のデータから最
小2乗法により2次曲線(放物線)に回帰する手
段と、該放物線の根を求めその1/2を曲線のピー
ク波長とする手段と、正側曲線の最初と最後のピ
ークの波長およびピークの数より1を減じた値か
ら膜厚を求め、さらに負側の曲線からも同様にし
て膜厚を求め、双方を平均してこれを薄膜の膜厚
とする手段とを有している。
このように構成された本実施例の膜厚測定手順
を次に説明する。
まず補正のためのホトマル感度曲線を得るため
に薄膜の形成されていない基板を装置にセツトし
分光器20を作動させる。分光器20の作動によ
り波長マーカー201から掃引波長の一定間隔毎
に信号が出力される。この信号はA/Dコンバー
タ22に入力されデイジタル値に変換され、イン
ターフエイス23よりマイクロコンピユータ24
のCPU241に出力される。これを受信した
CPU241はその時のホトマル202の出力信
号をA/Dコンバータ21、インターフエイス2
3を介して読み取る。波長の掃引に伴いこの動作
を繰返し、波長−出力信号のデータの組A()
をRAM242に記憶してゆく。この場合第2図
の如き補正曲線A()が得られる。
次に被測定薄膜試料をセツトし、同様にして波
長−出力信号のデータB()を取る。この場合
は例えば第3図の如き曲線B()が得られる。
ここで〔B()/{A()×(1+C×)}〕×
d(但しc,dは定数)としてB()をA()
で補正し、これをRAM242に記憶する。なお
定数Cは、B()の波形をA()で補正したと
き、基準線に対して右上がり又は右下がりの曲線
となる場合があり、これを補正するために用い
る。例えば右上がりの場合はCを正のある値にと
ればが大きくなるほど補正が強く働き、B()
の値を小さくする。従つてが大になるに伴つて
増大するB()を引き下げる。またB()が右
下がりの場合はCを負のある値にとればが大に
なるほど補正強度が弱くなり、共に基準線に対す
る傾きが補正される。そしてCの値の大きさは測
定値から実験的に求める。またdは倍率で上記の
ように補正した値を計算処理しやすい値に拡大す
るもので、その値の大きさは経験的に定める。
次に、B()の総和を測定点数(N点)で割
つた波形の平均値をB()から差引いて 〔B′()=B()−{NI=1 B()}/N〕 補正値の平均位置に基準線を引く。この場合第4
図の如き曲線B′()が得られる。これをRAM
242に記憶する。このデータからCPU241
において膜厚hが計算される。その計算手順を第
5図のフローチヤートに示す。
第5図において補正されたデータB′()は波
形のほぼ中央にくるように基準線が引かれる(a
図)。次にR=0とし、負の部分を切りすてる
(b図)。次に波形の形状を読みデータとして採用
するかどうかを判定する(c図)。判定基準は各
データの組の曲線が基準線と2点で交差しない場
合(c図の1番、5番が相当する)、このデータ
の組を不採用とする。次に正の部分を最小2乗法
により放物線に回帰する(d図)。次に2次方程
式の根の和の1/2よりピークの位置を求める(e
図)。次に最初と最後のピークの波長λ1,λ2、N
=(λ1,λ2間のピークの数)−1を求める(f図)。
次に膜厚を前述の計算式により計算し、この膜厚
をh1とおく。次に負の部分を計算するためB′()
=−B′()とおきR=1とする。これを前に戻
し正の部分と同様に計算し、この膜圧h2とする。
次いで h=h1+h2/2を計算し膜厚hを出力するのである。
このように本実施例によれば被測定薄膜試料を
セツトして装置をスタートさせれば、後の作業は
全て装置自身が行うために、従来の手作業による
データ解析の際に生ずるミスがなくなり、高信頼
性が得られる。またノイズ等による波形の変形が
あつても2次曲線に回帰する際、誤差を打ち消す
効果があり、従つてくりかえし精度を1%以下
(従来方では3%)に抑えることができ、さらに
測定解析時間が従来の約半分となる。
なおホトマル感度曲線は測定条件を一定にして
おけばデータの値はほとんど変化しないので、あ
らかじめこのデータA()をフアイルメモリ
(例えば磁気テープ)に記憶しておき、計算の際
にこれを読み出して処理することもできる。この
ようにすれば毎回基板を測定する操作が省略で
き、測定時間をさらに短縮することができる。
〔発明の効果〕
以上述べてきたように、本発明によれば、極め
て簡易な構成で薄膜の膜厚を迅速且つ精度良く自
動的に測定することができ、実用的には極めて有
用である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の構成図、第2図はホ
トマルの感度曲線を示す図、第3図は被測定薄膜
の光干渉波形を示す図、第4図は第3図の波形を
第2図の感度曲線で補正した波形を示す図、第5
図はマイクロコンピユータのソフトウエアを示す
フローチヤート図、第6図は光の干渉の説明図、
第7図は従来の膜厚測定装置を示す図である。 第1図において、20…分光器、201…波長
マーカー、202…ホトマル、21,22…A/
Dコンバータ、23…インターフエイス、24…
マイクロコンピユータ、241…CPU、242
…RAM、243…ROM、25…CRT、26…
プリンタである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 a) 被測定試料をセツトした分光器の光の
    掃引波長を一定の間隔毎に検出する手段、 b) 波長の信号を受信した際、その波長での光
    の電気信号を読み取る手段、 c) 各波長−光強度の値を組にして記憶する手
    段、 d) あらかじめ記憶してある基板等で測定した
    波長−光強度の値の組で前記c)の値を補正
    し、補正値の平均位置に基準線を引く手段、 e) 前記d)で計算した値を記憶する手段、 f) 補正値による光の干渉波形曲線の基準線の
    正側又は負側の曲線の一つ一つについてその形
    状を調べ、データとして採用するかどうかを判
    定する手段、 g) 前記f)で採用された曲線のデータから最
    小2乗法により2次曲線(放物線)に回帰する
    手段、 h) 前記g)の放物線の根を求めその1/2を曲
    線のピーク波長とする手段、 i) 正側曲線の最初と最後のピークの波長およ
    びこれらの波長の間にあるピークの数より1を
    減じた値から膜厚を求め、さらに負側の曲線か
    らも同様にして膜厚を求め、双方を平均してこ
    れを薄膜の膜厚とする手段、から成ることを特
    徴とする自動膜厚測定装置。
JP3018185A 1985-02-20 1985-02-20 自動膜厚測定装置 Granted JPS61191906A (ja)

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JP3018185A JPS61191906A (ja) 1985-02-20 1985-02-20 自動膜厚測定装置

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JPS61191906A JPS61191906A (ja) 1986-08-26
JPH0357407B2 true JPH0357407B2 (ja) 1991-09-02

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JP6085101B2 (ja) * 2012-06-05 2017-02-22 株式会社東光高岳 膜厚測定装置および膜厚測定方法
CN106706639B (zh) * 2016-12-19 2019-11-22 清华大学 一种通过扫描形貌测量全场实时氧化速率的方法

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JPS61191906A (ja) 1986-08-26

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