JPH0738404B2 - 化学的／機械的平坦化終了点検出用その場観察技術及び装置 - Google Patents

化学的／機械的平坦化終了点検出用その場観察技術及び装置

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JPH0738404B2
JPH0738404B2 JP3099357A JP9935791A JPH0738404B2 JP H0738404 B2 JPH0738404 B2 JP H0738404B2 JP 3099357 A JP3099357 A JP 3099357A JP 9935791 A JP9935791 A JP 9935791A JP H0738404 B2 JPH0738404 B2 JP H0738404B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【本発明の分野】本発明は半導体又は光デバイスの製作
に用いる方法及び装置に係り、基板ウエハの化学的／機
械的ラッピングプロセス中の平坦化終了点の決定を含
む。
【０００２】
【本発明の背景】半導体集積回路又は集積光回路の製作
は、しばしば滑らかで平坦な表面を必要とする。平坦化
を必要とする表面は、半導体材料の表面上又はその中、
或いは先に間にはさんだ層の表面上に、誘電体材料の領
域又は層を含む。絶縁層は荒れた表面が製作上の問題を
発生するため、滑らかな表面形態をもたなければならな
い。荒れた表面上に形成された層に像を結ばせ、パター
ン形成することは困難で、パターン形成層が加わる毎に
荒れが加わるため、この困難さは層の数が増すにつれ増
す。そのような誘電体領域又は層のトポグラフィは著し
く平坦でなく、導電体層の形成やその表面をパターン形
成するといった次のプロセス工程のため、滑らかで平坦
な表面を出す目的で、表面の研磨を必要とする。平坦で
ない表面トポグラフィは表面の他の部分より高い誘電体
材料の領域、或いは下の材料の平坦でないトポグラフィ
又は製作中半導体デバイスの他の要素による可能性があ
る。
【０００３】例えば、ＶＬＳＩ製作技術において、接続
金属線はデバイス回路を含む半導体基板上に形成され、
個々のデバイスを電気的に相互接続する働きをする。こ
れらの接続金属線は典型的な場合絶縁材料の薄い層によ
り、次の相互接続レベルから絶縁される。異なる相互接
続レベルの金属線を相互接続するため、それらの間の電
気的接続のため絶縁層中に開口が形成される。
【０００４】この技術の最近の進歩は、次の金属レベル
のために、平滑な絶縁体トポグラフィを形成する目的
で、研磨機械及び他の平坦化プロセスが使われる。これ
らのプロセスにおいて、下の材料を除去することなく、
平滑で平坦な表面を形成するため、例えば十分な量の材
料を除く目的で研磨するプロセスの終了点を決めること
がしばしば重要である。従って、精密な終了点検出技術
が必要である。
【０００５】現在、半導体ウエハの厚さを減らすための
各種の型のラッピング機械がある。一般にこれらのラッ
ピング機械は最上部及び底部プレート（例えば研磨テー
ブルとウエハキャリヤ又はホルダー）を含み、それらの
間にウエハが配置される。プレートは相対的に相互に動
き、研磨しかつウエハ粒子を押し流すために、半導体ウ
エハと１つのプレート間に研磨スラリーが供給される。
そのようなラッピング機械については、米国特許第３，
０６３，２０６号に述べられている。
【０００６】伝統的に、エッチ停止点を決めるために、
レーザ及び他の光学的検出デバイスが用いられてきた。
しかし、そのような光学システムをラッピング機械中で
用いることは困難である。なぜならば、そのような機械
において、ウエハは移動する（たとえば回転する）研磨
テーブルに対して、下を向いて研磨されるからである。
より具体的には、ウエハは最上部プレート下に隠され、
それによって光学的な終了点検出は困難である。
【０００７】ラッピング機械中の終了点を決めるために
用いられる典型的な方法は、最初のウエハを平坦化する
のに必要な時間を測定し、次に残りのウエハを同様の時
間行うものである。この方法を実施するには、操作する
人が各ウエハの研磨後検査しなければならないため、極
めて長時間を要する。除去速度は各ウエハの研磨中変る
ことがあり、或いは除去速度は多数のウエハを順次研磨
するプロセス中、消滅することがあるため、異なるウエ
ハについて誘電体薄膜の除去速度を精密に制御すること
は難しいことが、この理由である。
【０００８】従って、ラッピング平坦化プロセスの終了
点を正確かつ効率的に検出する方法及び装置の絶えざる
必要性が、半導体デバイス製作技術には存在する。
【０００９】
【本発明の要旨】本発明は半導体又は光デバイスを製作
するプロセスにおいて、ポリシング／ラッピング平坦化
プロセスの終了点を、非破壊的に、正確にかつ効率よく
検出するための方法及び装置に係る。本方法はプロセス
中の基板を、電極構造の表面が基板の主表面上の誘電体
材料を向き、基板及び電極構造の間に約１００，０００
Ω−cmより小さい抵抗をもつ導電性液体の薄膜をはさ
み、基板及び電極構造間の容量を測定することを含む。
装置は研磨されつつある試料の主表面を向いた少くとも
１つの平坦面とその上の誘電体層を有する少くとも１個
の電極構造を含み、電極構造は測定用電極、測定用電極
の周囲の絶縁体、絶縁体の周囲の保護電極、保護電極周
囲のもう１つの絶縁体、試料の側面と電極構造の平坦な
面の間に液体の媒体がはさまれるように、導電性の液体
の媒体を供給する手段及び導電性部分と電極構造の間の
容量を測定する手段を含む。本発明は製作のある段階に
おいて、誘電体表面を平坦化する必要のある半導体及び
光デバイスの製作に有用である。本発明はまた、平坦化
が含まれていても含まれていなくても、製作の任意の段
階における誘導体薄膜の厚さを測定するのに用いること
もできる。
【００１０】
【詳細な記述】図１及び図２、図３及び図４、図５は半
導体又は光デバイスを製作するプロセス中の導電性ウエ
ハを一般的に示す概略図である。ウエハの材料は少くと
もシリコン、ゲルマニウム、III−V族及びII−VI族化合
物半導体から選択すればよい。典型的な場合、導電性ウ
エハの材料は約１ＭΩ−cmより小さい抵抗率をもつ。
【００１１】図１には半導体デバイス１が示されてお
り、それは半導体ウエハ２、金属導電体３と導電体及び
半導体ウエハの残りの表面５上の二酸化シリコンのよう
な厚い誘電体層４を含む。誘電体層は適当な方式、例え
ば酸化物の化学気相堆積（ＣＶＤ）又はテトラエチル・
オルトシリケート（ＴＥＯＳ）のようなプリカーサから
の酸化物のプラズマ補助ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）により形
成してよい。半導体ウエハ２は予め加工されていてもよ
く、挿入された回路の層を余分にすでに含んでいてもよ
い。簡単にするため、それらの他の構造は、これらの図
中には示されていない。
【００１２】図２には所望の予め選択された厚さまで平
坦化された誘電体層４を有する半導体ウエハ２が示され
ている。
【００１３】図３にはデバイス１の概略が示されている
が、このデバイスでは導電体３がより近接し、より高密
度で配置されている。誘電体層４形成の性質により、こ
の構造は（例えば図１中のくぼみ６のような）誘電体層
を波状にしたり、導電体間に空孔が形成されることすら
ある。空孔の形成を防止するため、導電体間の容積はス
ピン−オン−ガラス（ＳＯＧ）のような適合性のよい材
料の層７で最初に満たされる。層７は導電体間の空孔を
満たし、導電体を被覆し、（ＰＥＴＥＯＳ）のようなＣ
ＶＤ又はＰＥＣＶＤ堆積誘電体の同様の厚さより、平滑
な表面を与える。次に誘電体層（ＰＥＴＥＯＳ）を層７
に堆積させ、厚さを加え、図２と同様に予め選択された
厚さまで、ラッピング機械中で平坦化される。この構成
において、半導体ウエハ２は典型的な場合、挿入された
回路の予め加工された層を含む。
【００１４】図４にはもう１つの変形が示されており、
この場合薄い誘電体９の領域により分離された熱的に成
長させたフィールド酸化物８が、ウエハ２の表面内及び
上にある。アイランドは平坦でないトポグラフィを示
し、これはパターン形成された導電性及び絶縁性層を続
いて順次形成するためには適さない。この場合、薄い誘
電体領域上に誘電体層を追加して堆積させるより、アイ
ランドの平坦でない部分が除去されるまで、フィールド
酸化物それ自身を平坦化してもよい。終了点としては、
ウエハ表面と平坦になった平坦化された酸化物表面を選
んでもよく、薄い酸化物表面の数ナノメータ上を選んで
もよい。
【００１５】図５には平坦化された酸化物表面を有する
ウエハ２が示されている。
【００１６】平坦化又は研磨プロセスの始めにおいて、
図１中の導電性ウエハ２の少くとも１つの主表面は、厚
い誘電体層４で被覆される。平坦化プロセスが進むにつ
れ、誘電体層の厚さは減少する。研磨プロセス中その場
で誘電体層の残った厚さをモニターできること及び精密
に所望の厚さ（終了点）に達した時、研磨を停止させら
れることは、非常に望ましい。これは本発明に従い誘電
体厚測定を行うための容量法により実現されてきた。半
導体ウエハ上に残っている誘電体層の厚さは、以下で述
べる方式により誘電体層の電気容量を測定することによ
り、平坦化／ラッピングプロセス中モニターされる。
【００１７】図６には二酸化シリコン又はＰＥＴＥＯＳ
のような絶縁性材料の誘電体層４で被覆された、例えば
典型的な場合、半導体の導電性のウエハ２を化学的／機
械的に研磨するための一般的に１０と印された装置が示
されている。ここで、ウエハは両側に誘電体層を有する
ように示されており、一方の側には厚い層が、他方の上
には薄い層がある。ウエハは研磨すべき側にのみ厚い誘
電体層を有することが好ましい。
【００１８】装置は研磨テーブル又は圧盤１１とウエハ
キャリヤ又はホルダ１２を含む。研磨テーブル及びウエ
ハキャリヤの両方が導電性材料、例えばセルメット或い
は金属製でよい。金属は例えばステンレススチール、ア
ルミニウム又は絶縁性材料上に適当なパターンに堆積さ
せたアルミニウム、クロム又はチタンのような複数の金
属である。研磨テーブル及びウエハキャリヤは石英、セ
ラミック、プラスチック又はエナメル、プラスチックで
被覆した金属などのある種の非導電性材料で作られても
よい。テーブル及びウエハキャリヤの材料に要求される
重要な条件は、研磨されている試料（ウエハ）に対し、
材料が汚染の原因とならないということである。本発明
に従って加工される半導体ウエハ２は、研磨テーブル１
１とウエハキャリヤ１２の間に配置されているように示
されている。研磨テーブル１１はテーブルに固着された
研磨パッド１３を含む。ウエハキャリヤ１２はインサー
トパッド１５と絶縁性の端部リング１６を含み、これは
研磨プロセス中、ウエハキャリヤ下からウエハが滑って
とび出すのを防止する。インサートパッド１５は試料キ
ャリヤ１２の重さによるウエハへの損傷及びウエハを研
磨パッド１３の表面との密接な接触を保つため、ウエハ
キャリヤに加えられる力（矢印１７で示されている）に
よる損傷を避けるため、軟い材料で作られることが望ま
しい。インサートパッド１５及び研磨パッド１３は所望
の直径をもつ市販のパッドである。約５０ミルの厚さの
パッドは典型的な場合スポンジ状で、それらを固定すべ
き表面に固着させ、すり切れたパッドを除去し置き換え
ることができるように、典型的な場合可塑性の固着剤が
裏面に供給される。そのようなパッドはローデル社、４
５１ベレビューロード，ダイヤモンドステート・インダ
ストリアル・パーク，ネワーク，デラウェア，１９７１
３，米国，から市販されている。或いは、連続した裏面
の可塑性固着剤のないスポンジ状パッドは、適当な導電
性固着剤によりテーブルに固定してもよい。
【００１９】好ましい実施例において、研磨テーブル１
１はその中心軸１８のまわりに回転できる。ウエハキャ
リヤ１２もそれ自身の中心軸のまわりに回転できるが、
研磨テーブルに対する限られた振動的な動き（頭が二重
の矢印を参照）を除いて、研磨テーブルの軸１８に対し
ては固定されている。動作中、研磨テーブル１１は研磨
表面を平坦化しつつある誘電体層に対して連続的に進め
るように、その中心軸１８のまわりに最初予め決められ
たＲＰＭで回転する。ウエハキャリヤ１２はその軸１９
まわりに第２の予め決められたＲＰＭで回転する間、ウ
エハは研磨テーブルの環状研磨領域に沿って研磨され
る。
【００２０】研磨プロセスは誘電体層４が研磨パッド１
３に接触するように、インサートパッド１５及び端部リ
ング１６により、ウエハキャリヤ１２中に形成された空
胴内に、その上に誘電体層４を有する半導体２を置くこ
とによって行われる。研磨中、研磨パッド１３には供給
ノズル２１を通して水溶性スラリー２０が連続的に供給
され、一方テーブル１１はその中心軸のまわりに回転す
る。研磨テーブル及びウエハキャリヤの材料のために、
スラリーは汚染源とならず、研磨中の導電性ウエハに対
して、非破壊的である種類でなければならない。好まし
い実施例で用いられるスラリーは、ナルコ・ケミカル
社，６２１６ウエスト６６番地，シカゴ，イリノイ，６
０６３８，米国からナルコ２３６０として市販されてい
るわずかにアルカリ性（ｐＨ８．３−８．７）コロイド
状シリカスラリーで、約５０−７０ｎｍの粒径をもち、
脱イオン水で１：１に稀釈される。他の研磨スラリーも
市販されており、他の稀釈剤も有用である可能性があ
る。
【００２１】研磨が進むにつれ、残っている誘電体層の
厚さをその場でモニターし、研磨プロセスの望ましい終
了点を決めることが望ましい。本発明に従うと、このこ
とは研磨中のウエハ２上の誘電体層４の厚さを容量的に
測定することにより達成される。容量的測定のプロセス
には、誘電体層及び研磨スラリー溶液が含まれる。この
プロセスにおいて、半導体ウエハ（又は片）上の数ミク
ロンの厚さの層まで、平行平板容量中の絶縁層を含み、
一方研磨溶液それ自身は誘電体の外側表面上の導電性層
として用いられる。しかし、上で述べた装置でそのよう
なモニターを効果的に行うためには、以下の４つの条件
又は問題を解決する必要がある。
【００２２】１）研磨中、ウエハは導電性研磨スラリー
により、実効的に完全に囲まれる。（それにより短絡回
路容量ができる傾向になる。） ２）スラリーそれ自身は明らかな寄生容量の効果を及ぼ
してはならない。３）測定は研磨されている側の誘電体
の厚さにのみ、感度をもつべきである。 ４）測定出力は厚さに対して直線的でなければならな
い。 これらの条件に付随した問題は、以下で述べるように解
決される。
【００２３】第１に、研磨プロセス中ウエハ全体が導電
体（例えば水溶性スラリー）により囲まれているという
条件は、いずれの容量測定も測定プロセス中短絡される
傾向にあるということを意味する。この困難さは、本発
明に従い、図６及び図７に示されるように、研磨路に沿
い研磨テーブル１１中に横方向に作りつけられた電極構
造を用いることにより解決される。電極構造は測定電極
２６、保護電極２７及び一対の絶縁体２８及び２９を含
む。ウエハに面する電極構造２５の表面は、テーブルの
残りの部分と同じ平面内にある。測定電極２６及び保護
電極２７は一定の周波数で振動する電圧源に接続され、
一方研磨テーブルの残りの部分は接地３０に接続され
る。測定電極２６は絶縁体２８、保護電極２７及び絶縁
体２９により順次完全に囲まれ、それによって研磨テー
ブルの囲んでいる接地面から、それは電気的に絶縁され
る。もし、誘電体薄膜で被覆された導電体、例えば誘電
体で被覆したシリコンウエハが、（スラリー研磨のよう
に）この構造の最上部に置かれると、図６に示されるよ
うな状態になる。ここで、半導体（例えばシリコン）ウ
エハは典型的な場合１インチ当り数ポンドの圧力で、ス
ポンジ状の研磨パッド１３に下向きに押され、研磨パッ
ドにはスラリー供給ノズル２１から水溶性研磨スラリー
２０が連続して供給される。典型的な動作において、研
磨パッド１３及びウエハそれ自身は相互に独立に回転
し、均一な研磨動作が行われるよう、ウエハは少くとも
水平に振動する。この実施例において、電極構造２５は
研磨テーブル１１中にマウントされ、例えば電気的スリ
ップリング（図示されていない）のような適当な導電性
手段により、夫々３１及び３２（図９）において、測定
電極２６及び保護電極２７に電気的に接続されている。
（又、非常に複雑になるが、回転変圧器を用いることも
可能である。）勿論このことは電極構造をウエハ下で走
査するにつれ、測定は周期的にのみ行われることを意味
する。研磨テーブルが１回走査される毎の測定数を増す
ため、研磨テーブルの１回転中何度かの測定が行えるよ
うテーブル１１の研磨路中に、複数の電極構造２５を埋
込んでもよい。後に述べるように、他の装置も可能であ
る。
【００２４】生じる第２の問題は、水の高誘電定数で、
水は研磨液２０の（電気的に）主要な成分である。この
関係では、重要な量が次式で規定される誘電体緩和時間
τDである。
【数１】 ここで、Ｋは水の誘電定数（〜８０）、ρは研磨スラリ
ー溶液の抵抗率である。１／τDに比べ大きな動作周波
数の場合、電極間の研磨スラリーは、（損失のある）容
量として振る舞う。この理由により、他の測定について
考える場合と同様、低動作交流周波数を用いるのが有利
である。以下で述べるシステムは、〜５００Ｈｚで動作
するが、約５０００Ｈｚの周波数で動作でき、研磨スラ
リーはそのような周波数では本質的に抵抗性のようにな
る。
【００２５】図６の方式と低動作周波数が与えられる
と、スラリーの浸透した研磨パッドは、抵抗と同様に動
作する。このパッドは典型的な場合、数ミルの厚さの可
塑性裏面固着剤（図示されていない）の連続層により、
研磨テーブルに固定される。従って、スラリーが電極構
造と直接電気的に接触するためには、可塑性裏面固着剤
は少くとも電極構造領域では、穴をあけなければならな
い。このように、研磨スラリーが測定及び保護電極に対
して真に抵抗性の接触となるためには、裏面固着剤中に
穴が必要である。この実施例において、穴１４はパッド
及び可塑性裏面固着剤を貫くように形成され、〜０．１
８cm（〜７０ミル）の直径で、〜０．６３cm（〜０．２
５インチ）に中心を置き、裏面固着剤を貫いてパッドに
穴をあけることにより形成された。これらの具体的な寸
法には厳密さを必要とするものはなく、他の寸法も同様
に選んでよい。又、パッドは完全に貫いてあける必要は
ない。重要な条件は、水溶性スラリーと金属テーブルの
間に通路ができることである。従って、穴を裏面固着剤
のみを貫いて形成してもよい。更に、穴はパッドの全領
域を貫いて作る必要もない。電極構造の領域中のみ、少
くとも電極構造を直接囲む研磨テーブルの領域中に穴を
作れば十分であろう。又、研磨パッド１２は適当な汚染
源とならない導電性固着剤で、研磨テーブルに固定して
もよく、その場合穴１４の必要性は除かれる。
【００２６】パッド１３に穴をあけ、低周波印加電圧で
動作する図６及び図７のシステムを用いると、対象とす
る電気的な状況は、図８に示されるようになる。ここ
で、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は研磨テーブルに面するウエハの
側面上の厚い誘電体層を貫く容量で、一方Ｃ４は（典型
的な場合はるかに大きく）ウエハの相対する（裏）面上
の誘電体層の容量である。抵抗Ｒ１及びＲ２はスラリー
がしみ込んだ研磨パッドの横方向の（環状）抵抗薄膜の
値である。目的は容量Ｃ１の値を測定することで、それ
は誘電体層４の厚さの測定となる。Ｃ４＞＞Ｃ１と仮定
できる場合は、測定の解釈は簡単になる。この制約は後
にとり除かれる。
【００２７】加えて注意すべき重要な実際的事項は、Ｃ
１の値は測定電極の面積と同様の重みをもち、一方好ま
しくない平行漏れ抵抗Ｒ１，Ｒ２は測定電極の周囲と同
様の重みをもつ。従って、特に低測定周波数において、
実際上できるだけ大きな測定電極２６の面積を用いるこ
とが有利である。Ｒ１の効果は測定電極即ち電極２６か
ら、ブートストラップ方式にすることにより、更に最小
にされる。ブートストラップ方式ということは、測定電
極２６上に存在して、測定されるのと同じ電圧が、保護
電極２７上に印加されることを意味する。従って、Ｒ１
を通して（一次のオーダーでは）電流が流れない。即
ち、その効果はＣ１の測定において取り除かれている。
（勿論、Ｒ２を通し接地まで電流が流れるが、この電流
は測定プロセス中には入らず、もし電極構造２５を囲む
テーブル１１の領域が非導電性であるなら、いずれの場
合も除去できる。）
【００２８】第３の問題は、ウエハの両側に独立に接触
させることが便利ではないという事実である。第４の問
題は、容量の従来からの測定にある。典型的な場合、そ
れは反比例の関係を与える。（即ち、誘電体薄膜が薄く
なるにつれ、測定される交流電流は、より大きくな
る。）これらの問題の両方は、図９に示されるシステム
によって解決される。
【００２９】図９に示されるシステムにおいて、測定電
極２６は発振器３５からの交流電圧により駆動される。
生じた変位電流は測定電極に流れ、必然的に３５それ自
身を通して接地に流れ、その振幅は３６で測定され、３
８において基準値と比べられる。生じた差は、変位電流
それ自身を一定に保つように、発振器３５の振幅を制御
するために、３９において使われる。その結果、測定電
極への駆動電圧の振幅は、シリコン片上の誘電体の厚さ
に常に正確に比例する。保護電極２７は利得１ホロワ増
幅器（Ａ１）４０により、測定電極２６とブートストラ
ップ方式にされる。
【００３０】この方式は図１０により詳細に示されてい
る。測定電極２６はエミッタホロワ・トランジスタによ
る交流電圧によって駆動され、一方保護電極２７は測定
電極電圧に正確に追随するように、増幅器（Ａ１）４０
による交流電圧によって駆動される。定電流発生トラン
ジスタ（Ｑ２）のコレクタ４２はトランジスタ（Ｑ１）
のエミッタ４１に対し、非常に高いインピーダンスを与
えるから、測定電極に流れるすべての変位電流は、トラ
ンジスタ（Ｑ１）の回路のコレクタ４３に流れなければ
ならない。その結果、トランジスタ（Ｑ１）のコレクタ
電流のＡＣ成分は、所望の信号電流のみから成る。この
信号は増幅器（Ａ２）３８により増幅され、マルチプラ
イヤ（Ｍ１）４４及び低域通過フィルタ４５により、同
期して整流される。得られる信号電流は４６において一
定値の基準電流（Ｉo）と比較され、生じた差は容量４
８及び演算増幅器（Ａ３）４９により形成されるエラー
積分器４７を駆動する。この積分器からの出力はマルチ
プライヤ（Ｍ２）５１への１つの入力を構成し、もう一
方の入力は発振器５２から（π／２位相がずれて）導か
れる。その結果、測定電極２６の駆動は、その変位電流
が一定になるような値に、常に自動的に行われる。従っ
て、増幅器（Ａ３）４９からの積分器出力は、誘電体の
厚さに正確に比例するようになる。
【００３１】この構成は、もし測定を１つの（上部）面
が裸のウエハについて行うなら効果的である。ウエハの
裏面も誘電体で被覆されているような場合は、図８のＣ
４の効果は複雑な状況となる。この効果は以下のよう
に、回避される。
【００３２】図８中のＣ４の効果は、基板２の電位が、
それがＣ１を通して駆動されるとき、変動するという事
実による。もしウエハの電位が変らなければ、変位電流
は明らかにＣ４を通して流れず、従ってＣ４の値は独立
になるであろう。これを達成する１つの便利な方法は、
その電位が変化しないように、基板を対象に駆動するこ
とである。これは図１１に示された２つの同一の電極構
造１１０を用いることにより達成される。これらの２つ
の“ディー”型（ダブル−Ｄ）電極は、図１２に示され
るように、反対の位相で駆動される。前と同様、各電極
構造は測定電極１１１を含み、それはそれ自身の保護電
極１１２と絶縁体１１３及び１１４に囲まれている。従
って、各Ｄ電極構造の測定電極を流れる観測される電流
は、直列になった各Ｃ１の夫々に流れるものだけであ
る。これらの２つの電流は加えられ（夫々が１８０°だ
けずれている。）、図９又は図１０と本質的に同一の電
子システム中で使われる。このシステムによりシリコン
片の裏面上の絶縁（誘電体）層の有無についての心配が
除かれる。厚さの出力電圧は、誘電体層の厚さにやはり
直線的に比例する。
【００３３】加えて、予め決められた時間に渡って、誘
電体層の厚さの測定を行うのが有利である。この目的の
ために、各ダブル−Ｄ電極構造の直径は、半導体ウエハ
の直径より小さく作られる。研磨テーブルの中心軸のま
わりの経路に沿ってダブル−Ｄ電極構造が動き、半導体
ウエハを通過するとともに、ある時間内に測定が行わ
れ、その間ダブル−Ｄ電極は本質的に半導体材料の下に
ある。図１３中に示されるように、測定は研磨テーブル
の完全な回転のあらかじめ選択された割合１３１の間、
測定が行われる。この時間中、ウエハ下の経路の異なる
位置において、ダブル−Ｄ電極構造１１０を用いて測定
ができる。同時に、ウエハはそれ自身の軸のまわりに回
転するから、ウエハ表面の異なる部分が、ダブル−Ｄ電
極構造に提供される。これらの測定は単に平均化して行
え、あるいは研磨プロセスの空間的な一様性を明らかに
するために、個々に調べることができる。
【００３４】図１４に示されたもう１つの実施例におい
て、ウエハの一面にのみある誘電体層の厚さ（１つの面
のみ研磨パッドに面する）は、図６と同様の装置で測定
してもよいが、研磨テーブル１１中に埋込まれたもので
はなく、ウエハキャリヤ１２中の電極構造で測定しても
よい。
【００３５】この実施例における電極構造２５の要素は
先に述べたものと同じである。即ち、測定電極２６、保
護電極２７、絶縁体２８及び２９及び測定電極２６と保
護電極２８からの電気的接続３１及び３２であり、これ
らは図９及び図１０の電子系と同一の電子系を作るため
のものである。この場合、前と同様、インサートパッド
１５の可塑性裏面固着剤は、ウエハから電極構造への導
電路を確保するため、穴をあけなければならない。この
実施例において、測定は電極構造が図１３のウエハ下を
通過する時間だけでなく、平坦化プロセス全体の間、連
続して行ってよいことは明らかである。しかし、この方
式の欠点は図９及び図１０を参照して先に述べた点に比
べ、ウエハの前面上の誘電体の必要な厚さのみを単独に
測定することができないことである。
【００３６】図９又は図１０に描かれたシステムで行っ
た測定について、以下で例を示す。２μm ＰＥＴＥＯＳ
薄膜を５”（１２．８５cm）径のシリコン片の１つの広
い（前）面上に堆積させた。片の裏面は裸であった。図
７の電極構造２５は０．６３cm（１／４”）の幅の絶縁
体２８により囲まれた測定電極２６として直径５．８４
cm（２．３”）の鉄製盤を用い、０．６３（１／４”）
幅の鉄製保護電極２７、０．６３cm（１／４”）の絶縁
体２９及び接地面を用いる。電極構造２５全体は底面が
０．００２５cm（１ミル）の許容度以上の平坦さで、
０．０５cm（〜２０ミル）の厚さのスポンジパッド１３
で被覆され、０．６３cm（１／４”）の中心間で０．１
８cm（１／４”）の穴があけられた。
【００３７】測定は図１０に示された回路で行われた。
この例において、測定は（水溶性スラリーと類似に）下
に水をひき、平坦で接地された金属プレートを用い、シ
リコン片を電極構造に押しつけて行った。
【００３８】測定は以下のように行った。シリコンウエ
ハを最初に測定し、２μｍという最初の誘電体厚に対応
する出力電圧を生じた。片は次に、市販の水溶性スラリ
ー研磨機械に４分間移した。片を動かしたのに続き、水
の中で洗浄し、新しい誘電体の厚さを決めるため、（水
の下で）再び測定した。この研磨及び再測定プロセス
を、４回くり返した。結果は図１５に示されている。
【００３９】これらの結果は測定は直線的（このことは
独立の誘電体厚の測定によっても確認された）で、研磨
は時間に比例し、分解能は高く、測定は正確であること
を示す。この基本的な点は、１６分間のちょうど１回の
研磨の後薄膜が効果的に除去されたこと、あるいは恐ら
く数百ｎｍの厚さのほんの一部が残っているという事実
によって明らかにされた。
【００４０】ここで述べたシステムは、様々な方法で用
いることができることは、明らかである。研磨機の低部
要素中にマウントされた時、それは薄膜の厚さをその場
でモニターできる。そのような機械中で研磨パッドの右
側に位置するように配置するなら、測定は短時間で断続
的に行える。各測定は１秒のわずかな割合のみを必要と
する。もし必要なら、空間的な平均化をより正確にする
ため、より複雑に分割した電極構造が容易に構成でき
る。或いは、いくつかの位置で同時に測定するため、複
数の部分から成る電極を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】製作中で半導体ウエハ上に厚い誘電体層を有す
る半導体デバイスの概略図である。
【図２】平坦化された誘電体層を有する図１の半導体デ
バイスの概略図である。
【図３】製作中で半導体ウエハ上に合成された厚い誘電
体層を有する半導体デバイスの概略図である。
【図４】製作中で半導体ウエハの表面上に平坦でない酸
化物領域を有する半導体デバイスの概略図である。
【図５】平坦化された酸化物及びウエハ表面を有する図
４の半導体デバイスを概略的に表す図である。
【図６】図１、図３及び図４に描かれた型のウエハ上の
誘電体層のポリシング／ラッピング及び本発明に従う電
極構造の実現に有用な装置を概略的に表す図である。
【図７】研磨テーブルの一部分内にマウントされた図６
に示された電極構造の概略上面図である。
【図８】図６の装置中に存在する容量及び抵抗の分布を
概略的に示す図である。
【図９】測定と保護電極を駆動するための電気的システ
ムを含む図６の装置の概略図である。
【図１０】図９に示された電子システムをより詳細に示
す図である。
【図１１】図６及び図７に示された電気構造の別の特徴
であり、半導体ウエハの相対する主表面上の誘電体層の
厚さとは独立に、研磨されつつある誘電体層の厚さをモ
ニターできる二重“Ｄ”電極構造を有する研磨テーブル
の一部を概略的に表す図である。
【図１２】容量Ｃ１を有する研磨されつつある誘電体層
の厚さが、容量Ｃ４を有するウエハの相対する面上の誘
電体層の厚さには独立に測定できることを示す図１１の
装置中の容量の分布を概略的に表す図である。
【図１３】研磨テーブルの各回転中の誘電体層の厚さの
測定に依存して、時間及び位置をとる方式を含む、研磨
テーブル中の二重“Ｄ”電極構造を有する研磨装置の概
略上面図である。
【図１４】半導体ウエハの誘電体層平坦化の終了点を検
出する別の実施例を表す実施例である。
【図１５】除去される材料と時間の直線性を示し、測定
法の動作特性を表すボルト単位の電圧と分単位の時間の
関係をグラフで示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体デバイス、デバイス ２ 半導体ウエハ、導電性ウエハ、ウエハ、半導
体 ３ 金属導電体、導電体 ４ 誘電体層 ５ 表面 ６ くぼみ ７ 層 ８ フィールド酸化物 ９ 誘電体 １０ 装置 １１ 圧盤、研磨テーブル １２ キャリヤ（又は）ホルダ、試料キャリヤ １３ 研磨パッド １４ ウエハキャリヤ、穴 １５ インサートパッド １６ 端部リング １７ 矢印 １８ 軸、中心軸 １９ 軸 ２０ スラリー、研磨液 ２１ 供給ノズル ２５ 電極構造 ２６ 測定電極、電極 ２７ 保護電極 ２８ 絶縁体 ２９ 絶縁体 ３０ 接地 ３１ (図中の位置をさす） ３２ (図中の位置をさす） ３５ 発振器 ３６ (図中の位置をさす） ３７ 変位電流測定 ３８ 増幅器 ３９ 振幅制御 ４０ 増幅器 ４１ エミッタ ４２ コレクタ ４３ コレクタ ４４ マルチプライヤ ４５ 低域通過フィルタ ４６ (図中の位置をさす） ４７ エラー積分器 ４８ 容量 ４９ 演算増幅器 ５１ マルチプライヤ ５２ 発振器 １１０ 電極構造 １１１ 測定電極 １１２ 保護電極 １１３ 絶縁体 １１４ 絶縁体 １３１ 割合

Claims (46)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 測定電極と、前記測定電極を取り囲む絶
    縁体と、前記絶縁体を取り囲む保護電極と、前記保護電
    極を取り囲む他の絶縁体とからなる電極構造の表面が誘
    電体材料に面するように基板を配置し、前記基板と前記
    電極構造の間に、約１００，０００Ω−cmより小さい抵
    抗率を有し、前記誘電体材料と前記電極構造の表面に接
    する導電性液体の薄膜をはさみ、５０００Hzまでの動作
    周波数を有する測定（駆動）電圧を前記測定電極へ印加
    し、同時に保護電圧を前記保護電極へブートストラップ
    することによって得られる測定結果上の漏れ抵抗路の効
    果を取り除き、前記電圧印加により生じる変位電流を一
    定に保つことによって、前記基板及び前記電極構造間の
    容量を測定し、前記駆動電圧の大きさは前記誘電体層の
    厚さに比例することを特徴とする１ＭΩ−cmより小さな
    抵抗率を有する導電性基板の主表面上の誘電体材料の厚
    さを、その場観察するためのプロセス。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のプロセスにおいて、前
    記導電性材料はシリコン、ゲルマニウム、 III−Ｖ族化
    合物半導体、及びII−VI族化合物半導体から成るグルー
    プから選択されることを特徴とするプロセス。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載のプロセスにおいて、前
    記誘電体材料はシリコン酸化物、シリコン窒化物、オキ
    シナイトライド、化学気相堆積シリコン酸化物、プラズ
    マ補助化学気相堆積酸化物及びスピン−オンガラスから
    選択された材料からなることを特徴とするプロセス。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載のプロセスにおいて、前
    記動作周波数は約５００Hzであることを特徴とするプロ
    セス。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載のプロセスにおいて、前
    記観察は導電性基板の主表面上の誘電体層を平坦化する
    プロセス中で行なわれることを特徴とするプロセス。
  6. 【請求項６】 測定電極と、前記測定電極を取り囲む絶
    縁体と、前記絶縁体を取り囲む保護電極と、前記保護電
    極を取り囲む他の絶縁体とからなる電極構造の表面が誘
    電体材料に面するように基板を配置し、前記基板と前記
    電極構造の間に、約１００，０００Ω−cmより小さい抵
    抗率を有し、前記誘電体材料と前記電極構造の表面に接
    する導電性液体の薄膜をはさみ、５０００Hzまでの動作
    周波数を有する測定（駆動）電圧を前記測定電極へ印加
    し、保護電圧を有する保護電極をブートストラップし、
    前記電圧印加により生じる変位電流を一定に保つことに
    よって、前記基板及び前記電極構造間の容量を測定し、
    ２つの等しい電極構造は並列に構成され、前記測定電圧
    が前記他の電極構造へ印加される前記測定電圧に対して
    位相を１８０°ずらして一の電極構造に印加されること
    を特徴とする１ＭΩ−cmより小さな抵抗率を有する導電
    性基板の主表面上の誘電体材料の厚さを、その場観察す
    るためのプロセス。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載のプロセスにおいて、前
    記導電性材料はシリコン、ゲルマニウム、 III−Ｖ族化
    合物半導体、及びII−VI族化合物半導体から成るグルー
    プから選択された材料から成ることを特徴とするプロセ
    ス。
  8. 【請求項８】 請求項６に記載のプロセスにおいて、前
    記誘電体材料はシリコン酸化物、シリコン窒化物、シリ
    コンオキシナイトライド、化学気相堆積したシリコン酸
    化物、プラズマ補助化学気相堆積酸化物及びスピン−オ
    ンガラスから成るグループから選択された材料から成る
    ことを特徴とするプロセス。
  9. 【請求項９】 請求項６に記載のプロセスにおいて、前
    記動作周波数は約５００Hzであることを特徴とするプロ
    セス。
  10. 【請求項１０】 請求項６に記載のプロセスにおいて、
    前記観察は導電性基板の主表面上の誘電体層を平坦化す
    るプロセス中で行なわれことを特徴とするプロセス。
  11. 【請求項１１】 約１ＭΩ−cmより小さな抵抗率の導電
    性部分と，導電性部分の主表面上の誘電体材料とを含む
    試料を、研磨スラリーで研磨機械中で研磨する間、前記
    試料表面上に残った誘電体層の厚さを観察する装置にお
    いて、研磨される試料の主表面に面する平坦な表面を有
    し、導電性測定電極、前記測定電極を囲む絶縁体、絶縁
    体を囲み測定電極から絶縁体により分離された導電性保
    護電極及び保護電極を囲む他の絶縁体からなる電極構
    造、試料の前記面と電極構造の前記面が液体媒体（水溶
    性スラリー）を通して向いあうように、導電性液体媒体
    （研磨スラリー）を供給する手段、及び試料及び電極構
    造の導電性部分間の容量を測定する手段であって、前記
    電圧印加に帰着する一定の変位電流を維持すると共に、
    ５０００Hzまでの動作周波数を有し、その大きさが前記
    誘電体層の厚さに比例する駆動電圧を前記測定電極とブ
    ートストラップ構造の前記保護電極へ印加する測定手段
    からなり、それにより、研磨中の前記誘電体層の容量を
    測定することを特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１に記載の装置において、前
    記動作周波数は約５００Hzであることを特徴とする装
    置。
  13. 【請求項１３】 請求項１１に記載の装置において、前
    記測定手段は前記測定電極とブートストラップ構成の保
    護電極に駆動電圧を供給し、駆動電圧の結果の大きさが
    自動的に誘電体層の厚さに比例するように変位電流を一
    定に保つための電子システムを含むことを特徴とする装
    置。
  14. 【請求項１４】 請求項１１に記載の装置において、ラ
    ッピング機械は研磨テーブル、前記テーブル上の研磨パ
    ッド及び試料を前記研磨パッドと接触するよう研磨テー
    ブル上に保持した可動ウエハキャリヤを含むことを特徴
    とする装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４に記載の装置において、前
    記電極構造はその表面が研磨テーブルと同じ平面内の平
    坦表面を有するように研磨テーブル中に埋め込まれるこ
    とを特徴とする装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１４に記載の装置において、研
    磨パッドは可塑性固着被膜により研磨テーブルに固定さ
    れ、前記可塑性被膜には電極構造の平坦な表面への導電
    路を作るため、液体媒体を入れられる孔が形成できるこ
    とを特徴とする装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１４に記載の装置において、研
    磨パッドは導電性固着剤により研磨テーブルに固定され
    ることを特徴とする装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１４に記載の装置において、前
    記研磨テーブルは試料の材料に対して汚染とならない非
    導電性材料及び導電性材料であることを特徴とする装
    置。
  19. 【請求項１９】 請求項１８に記載の装置において、前
    記導電性材料はステンレススチール、アルミニウム及び
    サーメット、又は絶縁性材料上に適当なパターンで堆積
    させたアルミニウム、クロム又はチタンのような金属か
    ら成るグループから選択され材料からなり、前記非導電
    性材料は、石英、セラミック、ガラス、プラスチック及
    び絶縁体で被覆された金属から成るグループから選択さ
    れた材料からなることを特徴とする装置。
  20. 【請求項２０】 約１ＭΩ−cmより小さな抵抗率の導電
    性部分と、導電性部分の主表面上の誘電体材料とを含む
    試料を、研磨スラリーで研磨機械中で研磨する間、前記
    試料表面上に残った誘電体層の厚さを観察する装置にお
    いて、研磨される試料の主表面に面する平坦な表面を有
    し、導電性測定電極、前記測定電極を囲む絶縁体、絶縁
    体を囲み測定電極から絶縁体により分離された導電性保
    護電極及び保護電極を囲む他の絶縁体からなる電極構
    造、試料の前記面と電極構造の前記面が液体媒体（水溶
    性スラリー）を通して向いあうように、導電性液体媒体
    （研磨スラリー）を供給する手段、及び試料及び電極構
    造の導電性部分間の容量を測定する手段であって、前記
    測定電極とブートストラップ構成の保護電極に駆動電圧
    を供給すると共に、前記電圧印加に帰着する変位電流を
    一定に保ち、前記駆動電圧の大きさは前記誘電体層の厚
    さに比例し、これにより研磨中の前記誘電体層の容量を
    測定する手段からなる装置であって、２個の等しい電極
    構造は横に並べて配置され、前記測定電圧は他方の電極
    構造に印加される測定電圧と１８０°位相がずれて一方
    の電極構造に印加されることを特徴とする装置。
  21. 【請求項２１】 請求項２０に記載の装置において、前
    記動作周波数は約５００Hzであることを特徴とする装
    置。
  22. 【請求項２２】 請求項２０に記載の装置において、前
    記測定手段は前記測定電極とブートストラップ構成の保
    護電極に駆動電圧を供給し、駆動電圧の結果の大きさが
    自動的に誘電体層の厚さに比例するように、変位電流を
    一定に保つための電子システムを含むことを特徴とする
    装置。
  23. 【請求項２３】 請求項２０に記載の装置において、ラ
    ッピング機械は研磨テーブル、前記テーブル上の研磨パ
    ッド及び試料を前記研磨パッドと接触するよう研磨テー
    ブル上に保持した可動ウエハキャリヤを含むことを特徴
    とする装置。
  24. 【請求項２４】 請求項２３に記載の装置において、前
    記電極構造はその表面が研磨テーブルと同じ平面内の平
    坦表面を有するように研磨テーブル中に埋め込まれるこ
    とを特徴とする装置。
  25. 【請求項２５】 請求項２３に記載の装置において、研
    磨パッドは可塑性固着被膜により研磨テーブルに固定さ
    れ、前記可塑性被膜には電極構造の平坦な表面への導電
    路を作るため、液体媒体を入れられる孔が形成できるこ
    とを特徴とする装置。
  26. 【請求項２６】 請求項２３に記載の装置において、研
    磨パッドは導電性固着剤により研磨テーブルに固定され
    ることを特徴とする装置。
  27. 【請求項２７】 請求項２３に記載の装置において、前
    記研磨テーブルは試料の材料に対して汚染とならない導
    電性材料から選択された材料であることを特徴とする装
    置。
  28. 【請求項２８】 請求項２７に記載の装置において、前
    記導電性材料はステンレススチール、アルミニウム及び
    サーメット、又は絶縁性材料上に適当なパターンで堆積
    させたアルミニウム、クロム又はチタンのような金属か
    ら成るグループから選択され材料からなり、前記非導電
    性材料は、石英、セラミック、ガラス、プラスチック及
    び絶縁体で被覆された金属から成るグループから選択さ
    れた材料からなることを特徴とする装置。
  29. 【請求項２９】 約１ＭΩ−cmより小さな抵抗を有する
    基板上に、非平坦な表面を生じるように、デバイス構造
    を製作する工程、非平坦な表面上に誘電体材料の層を形
    成する工程、前記誘電体層の厚さを順次減少させる工
    程、減少させる工程の所望の終了点が決まるように残っ
    た厚さを観察する工程、及び前記デバイスの製作を続け
    る工程を含むデバイス構造の作製プロセスにおいて、前
    記終了点は基板と基板に面する電極構造間の容量を測定
    することにより決められ、一方、基板の面と基板に面す
    る電極構造の表面の間には、約１００，０００Ω−cmよ
    り小さい抵抗率を有する液体の連続した導電性薄膜がは
    さまれ、前記電極構造は測定電極と、前記測定電極を取
    り囲む絶縁体と、前記絶縁体を取り囲む保護電極と、前
    記保護電極を取り囲む他の絶縁体とからなり、前記容量
    測定は５０００Hzまでの動作周波数を有する測定（駆
    動）電圧を前記測定電極へ印加し、同時に保護電圧を前
    記保護電極へブートストラップすることによって得られ
    る測定結果上の漏れ抵抗路の効果を取り除き、前記電圧
    印加により生じる変位電流を一定に保つことによって、
    前記基板及び前記電極構造間の容量を測定し、前記駆動
    電圧の大きさは前記誘電体層の厚さに比例することを特
    徴とするデバイスの製造プロセス。
  30. 【請求項３０】 請求項２9 に記載のプロセスにおい
    て、前記導電性材料はシリコン、ゲルマニウム、 III−
    Ｖ族化合物半導体、及びII−VI族化合物半導体から成る
    グループから選択されることを特徴とするプロセス。
  31. 【請求項３１】 請求項３０に記載のプロセスにおい
    て、前記導電性材料はシリコンであることを特徴とする
    プロセス。
  32. 【請求項３２】 請求項２９に記載のプロセスにおい
    て、前記誘電体材料はシリコン酸化物、シリコン窒化
    物、シリコンオキシナイトライド、化学気相堆積酸化
    物、プラズマ補助化学気相堆積酸化物及びスピン−オン
    ガラスから選択された材料からなることを特徴とするプ
    ロセス。
  33. 【請求項３３】 請求項３２に記載のプロセスにおい
    て、前記誘電体材料は化学気相堆積酸化物からなること
    を特徴とするプロセス。
  34. 【請求項３４】 請求項２９に記載のプロセスにおい
    て、前記動作周波数は約５００Hzであることを特徴とす
    るプロセス。
  35. 【請求項３５】 約１ＭΩ−cmより小さな抵抗を有する
    基板上に、非平坦な表面を生じるように、デバイス構造
    を製作する工程、非平坦な表面上に誘電体材料の層を形
    成する工程、前記誘電体層の厚さを順次減少させる工
    程、減少させる工程の所望の終了点が決まるように残っ
    た厚さを観察する工程、及び前記デバイスの製作を続け
    る工程を含むデバイス構造の作製プロセスにおいて、前
    記終了点は基板と基板に面する電極構造間の容量を測定
    することにより決められ、一方、基板の面と基板に面す
    る電極構造の表面の間には、約１００，０００Ω−cmよ
    り小さい抵抗率を有する液体の連続した導電性薄膜がは
    さまれ、前記電極構造は測定電極と前記測定電極を取り
    囲む絶縁体と、前記絶縁体を取り囲む保護電極と、前記
    保護電極を取り囲む他の絶縁体とからなり、前記容量測
    定は５０００Hzまでの動作周波数を有する測定（駆動）
    電圧を前記測定電極へ印加し、同時に保護電圧を前記保
    護電極へブートストラップすることによって得られる測
    定結果上の漏れ抵抗路の効果を取り除き、前記電圧印加
    により生じる変位電流を一定に保つことによって、前記
    基板及び前記電極構造間の容量を測定し、前記駆動電圧
    の大きさは前記誘電体層の厚さに比例し、そして２つの
    等しい電極構造は並列に構成され、前記測定電圧が前記
    他の電極構造へ印加される前記測定電圧に対して位相を
    １８０°ずらして一の電極構造に印加されることを特徴
    とする作製プロセス。
  36. 【請求項３６】 請求項３５に記載のプロセスにおい
    て、前記導電性材料はシリコン、ゲルマニウム、 III−
    Ｖ族化合物半導体、及びII−VI族化合物半導体から成る
    グループから選択された材料から成ることを特徴とする
    プロセス。
  37. 【請求項３７】 請求項３５に記載のプロセスにおい
    て、前記導電性材料はシリコンであることを特徴とする
    プロセス。
  38. 【請求項３８】 請求項３５に記載のプロセスにおい
    て、前記誘電体材料はシリコン酸化物、シリコン窒化
    物、シリコンオキシナイトライド、化学気相堆積した酸
    化物、プラズマ補助化学気相堆積酸化物及びスピン−オ
    ンガラスから成るグループから選択された材料から成る
    ことを特徴とするプロセス。
  39. 【請求項３９】 請求項３５に記載のプロセスにおい
    て、前記誘電体材料は化学気相堆積した酸化物からなる
    ことを特徴とするプロセス。
  40. 【請求項４０】 請求項３５に記載のプロセスにおい
    て、前記動作周波数は約５００Hzであることを特徴とす
    るプロセス。
  41. 【請求項４１】 約１ＭΩ−cmの導電率を有する導電体
    部分と前記導電体部分の側面上にある誘電体材料とを有
    する物品の側面上にある誘電体領域の厚さを測定するた
    めの装置において、平坦面を有する電極構造であって、
    前記物品上の前記誘電体層は前記平坦面に向いており、
    前記電極構造は、測定電極と、前記測定電極を取囲む絶
    縁体と、前記絶縁体を取囲む保護電極と、前記保護電極
    を取囲む他の絶縁体とからなる電極構造、前記導電性物
    品と前記電極構造とを向いあわせ、そして前記導電性物
    品と前記電極構造の平坦面の間に電気的接触を形成する
    ための導電性液体手段及び導電性物品及び測定電極構造
    の間の容量を測定する手段であって、５０００Hzまでの
    動作周波数を有する駆動電圧を前記測定電極とブートス
    トラップ構造の前記保護電極へ印加し、それにより、漏
    れ抵抗に干渉されることなしに前記誘電体層厚の容量を
    測定することを特徴とする装置。
  42. 【請求項４２】 請求項４１に記載の装置において、前
    記測定手段は前記測定電極とブートストラップ構造の保
    護電極へ駆動電圧を供給し、そして前記駆動電圧の大き
    さが前記誘電体層の厚さに比例するように変位電流を一
    定に維持する電子システムからなることを特徴とする装
    置。
  43. 【請求項４３】 請求項４１に記載の装置において、前
    記動作周波数は約５００Hzであることを特徴とする装
    置。
  44. 【請求項４４】 約１ＭΩ−cmの導電率を有する導電体
    部分と前記導電体部分の側面上にある誘電体材料とを有
    する物品の側面上にある誘電体領域の厚さを測定するた
    めの装置において、平坦面を有する電極構造であって、
    前記物品上の前記誘電体層は前記平坦面に向いており、
    前記電極構造は、測定電極と、前記測定電極を取囲む絶
    縁体と、前記絶縁体を取囲む保護電極と、前記保護電極
    を取囲む他の絶縁体とからなる電極構造、前記導電性物
    品と前記電極構造とを向いあわせ、そして前記導電性物
    品と前記電極構造の平坦面の間に電気的接触を形成する
    ための導電性液体手段導電性物品及び測定電極構造の間
    の容量を測定する手段であって、５０００Hz までの動作
    周波数を有する駆動電圧を前記測定電極とブートストラ
    ップ構造の前記保護電極へ印加し、それにより、漏れ抵
    抗に干渉されることなしに前記誘電体層厚の容量を測定
    する手段からなり、２つの等しい電極構造は並列に構成
    され、前記測定電圧が前記他の電極構造へ印加される前
    記測定電圧に対して位相を１８０°ずらして一の電極構
    造に印加されることを特徴とする装置。
  45. 【請求項４５】 請求項４４に記載の装置において、前
    記測定電極とブートストラップ構造の保護電極とに駆動
    電圧を供給し、そして前記駆動電圧の大きさが前記誘電
    体層の厚さに比例するように変位電流を一定に維持する
    電子システムからなることを特徴とする装置。
  46. 【請求項４６】 請求項４４に記載の装置において、動
    作周波数は約５００Hzであることを特徴とする装置。
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