JP2002148012A - 膜厚測定装置及び膜厚測定方法 - Google Patents
膜厚測定装置及び膜厚測定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】基板上に形成された導電性の薄膜の膜厚を効率
良く、安価で測定しうる技術を提供する。 【解決手段】本発明の膜厚測定装置は、導電膜５１の近
傍の所定位置に配置可能に構成され導電膜５１に対して
所定の渦電流を発生させ且つ当該渦電流による磁界を検
出する渦電流コイルセンサ２０と、渦電流コイルセンサ
２０と導電膜５１との間の変位を測定するためのレーザ
変位センサ３０とを備え、渦電流コイルセンサ２０にお
けるインダクタンスの変化量と、レーザ変位センサ３０
にて測定された変位量に基づいて導電膜５１の厚さを測
定するように構成されている。
良く、安価で測定しうる技術を提供する。 【解決手段】本発明の膜厚測定装置は、導電膜５１の近
傍の所定位置に配置可能に構成され導電膜５１に対して
所定の渦電流を発生させ且つ当該渦電流による磁界を検
出する渦電流コイルセンサ２０と、渦電流コイルセンサ
２０と導電膜５１との間の変位を測定するためのレーザ
変位センサ３０とを備え、渦電流コイルセンサ２０にお
けるインダクタンスの変化量と、レーザ変位センサ３０
にて測定された変位量に基づいて導電膜５１の厚さを測
定するように構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体基板
やガラス基板上に形成された導電性の薄膜の成膜状態を
非接触かつ非破壊で検査するための方法及びその装置に
関する。
やガラス基板上に形成された導電性の薄膜の成膜状態を
非接触かつ非破壊で検査するための方法及びその装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体の技術分野では、シリコン
ウェハ上に、例えばスパッタリング、ＣＶＤ、めっき等
のプロセスによって導電性薄膜を形成し、これを電子デ
バイスや光デバイスに用いている。
ウェハ上に、例えばスパッタリング、ＣＶＤ、めっき等
のプロセスによって導電性薄膜を形成し、これを電子デ
バイスや光デバイスに用いている。
【０００３】このようなデバイスにおいては、同一の品
質のものをいかに多く製造することが重要であり、この
ため、基板上の薄膜の膜厚や電気特性を十分に管理する
ことが要求される。
質のものをいかに多く製造することが重要であり、この
ため、基板上の薄膜の膜厚や電気特性を十分に管理する
ことが要求される。
【０００４】従来、同一のロットについて多数枚の導電
性被覆基板を同時に作成し、そのうちのある基板につい
て四探針測定や触針式プロファイラ等の方式で膜を破壊
して膜厚や電気特性を検査、分析し、その分析結果を代
表値として基板の品質を類推する方法が知られている。
性被覆基板を同時に作成し、そのうちのある基板につい
て四探針測定や触針式プロファイラ等の方式で膜を破壊
して膜厚や電気特性を検査、分析し、その分析結果を代
表値として基板の品質を類推する方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、所定の基準に達しない基板が存在する場合に、
基板の品質の不良を検出することができないという問題
がある。
法では、所定の基準に達しない基板が存在する場合に、
基板の品質の不良を検出することができないという問題
がある。
【０００６】一方、基板上の膜に対して非接触で膜厚を
測定する方法も知られている。例えば、Ｘ線干渉法やレ
ーザ励起振動法がそれである。
測定する方法も知られている。例えば、Ｘ線干渉法やレ
ーザ励起振動法がそれである。
【０００７】しかし、これらの方法にあっては、測定速
度が非常に遅く、また、コストが高すぎるため、大量生
産には利用することができないという問題がある。
度が非常に遅く、また、コストが高すぎるため、大量生
産には利用することができないという問題がある。
【０００８】本発明は、このような従来の技術の課題を
解決するためになされたもので、基板上に形成された導
電性の薄膜の膜厚を効率良く、しかも安価で測定しうる
技術を提供することを目的とする。
解決するためになされたもので、基板上に形成された導
電性の薄膜の膜厚を効率良く、しかも安価で測定しうる
技術を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項１記載の発明は、測定対象膜の近傍の
所定位置に配置可能に構成され、前記測定対象膜に対し
て所定の渦電流を発生させ且つ当該渦電流による磁界を
検出する渦電流コイルセンサと、前記渦電流コイルセン
サと前記測定対象膜との間の変位を測定するための変位
センサとを備え、前記渦電流コイルセンサにおけるイン
ダクタンスの変化量と、前記変位センサにて測定された
変位量に基づいて前記測定対象膜の厚さを測定するよう
に構成されていることを特徴とする膜厚測定装置であ
る。
になされた請求項１記載の発明は、測定対象膜の近傍の
所定位置に配置可能に構成され、前記測定対象膜に対し
て所定の渦電流を発生させ且つ当該渦電流による磁界を
検出する渦電流コイルセンサと、前記渦電流コイルセン
サと前記測定対象膜との間の変位を測定するための変位
センサとを備え、前記渦電流コイルセンサにおけるイン
ダクタンスの変化量と、前記変位センサにて測定された
変位量に基づいて前記測定対象膜の厚さを測定するよう
に構成されていることを特徴とする膜厚測定装置であ
る。
【００１０】このような構成を有する請求項１記載の発
明は、渦電流コイルセンサにおけるインダクタンスの変
化量と、変位センサにて測定された変位量に基づいて測
定対象膜の厚さを測定するものであるため、従来の非接
触の膜厚測定装置に比べて迅速に膜厚の測定を行うこと
ができる。また、本発明によれば、簡素な構成で安価に
膜厚の測定を行うことが可能になる。
明は、渦電流コイルセンサにおけるインダクタンスの変
化量と、変位センサにて測定された変位量に基づいて測
定対象膜の厚さを測定するものであるため、従来の非接
触の膜厚測定装置に比べて迅速に膜厚の測定を行うこと
ができる。また、本発明によれば、簡素な構成で安価に
膜厚の測定を行うことが可能になる。
【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記渦電流コイルセンサと前記測定対象膜
との間の相対的な変位量を調整するための移動機構を有
することを特徴とする。
明において、前記渦電流コイルセンサと前記測定対象膜
との間の相対的な変位量を調整するための移動機構を有
することを特徴とする。
【００１２】請求項２記載の発明によれば、例えば渦電
流コイルセンサと前記測定対象膜との間の相対的な距離
を常に一定の値に保つことができるので、常に同一の条
件で渦電流コイルセンサにおけるインダクタンスの変化
量を測定することができ、その結果、より正確な膜厚の
測定を行うことが可能になる。
流コイルセンサと前記測定対象膜との間の相対的な距離
を常に一定の値に保つことができるので、常に同一の条
件で渦電流コイルセンサにおけるインダクタンスの変化
量を測定することができ、その結果、より正確な膜厚の
測定を行うことが可能になる。
【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１又は２の
いずれか１項記載の発明において、前記渦電流コイルセ
ンサによって渦電流を発生させる当該測定対象膜の部位
と、前記変位センサによって変位を測定する当該測定対
象膜の部位とが一致するように構成されていることをこ
とを特徴とする。
いずれか１項記載の発明において、前記渦電流コイルセ
ンサによって渦電流を発生させる当該測定対象膜の部位
と、前記変位センサによって変位を測定する当該測定対
象膜の部位とが一致するように構成されていることをこ
とを特徴とする。
【００１４】請求項３記載の発明によれば、測定対象膜
の所定の部位の膜厚を測定する場合に、測定対象膜に対
して当該膜厚測定装置を相対的に移動させることなく膜
厚の測定を行うことができるので、より迅速な膜厚測定
を行うことが可能になる。
の所定の部位の膜厚を測定する場合に、測定対象膜に対
して当該膜厚測定装置を相対的に移動させることなく膜
厚の測定を行うことができるので、より迅速な膜厚測定
を行うことが可能になる。
【００１５】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれか１項記載の発明において、前記変位センサが、
当該測定対象膜に対するレーザビームの照射によって変
位を測定するレーザ変位センサであることを特徴とす
る。
いずれか１項記載の発明において、前記変位センサが、
当該測定対象膜に対するレーザビームの照射によって変
位を測定するレーザ変位センサであることを特徴とす
る。
【００１６】請求項４記載の発明によれば、レーザ変位
センサを用いているので、高い空間分解能で高精度の距
離測定を行うことができる。
センサを用いているので、高い空間分解能で高精度の距
離測定を行うことができる。
【００１７】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、前記レーザ変位センサのレーザビームが前
記渦電流コイルセンサを貫くように構成されていること
を特徴とする。
明において、前記レーザ変位センサのレーザビームが前
記渦電流コイルセンサを貫くように構成されていること
を特徴とする。
【００１８】請求項５記載の発明によれば、渦電流コイ
ルセンサによって渦電流を発生させる当該測定対象膜の
部位と、レーザ変位センサによって変位を測定する当該
測定対象膜の部位とを容易に一致させることができる。
ルセンサによって渦電流を発生させる当該測定対象膜の
部位と、レーザ変位センサによって変位を測定する当該
測定対象膜の部位とを容易に一致させることができる。
【００１９】請求項６記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれか１項記載の発明において、前記変位センサが、
当該測定対象膜との間の静電容量を検出することによっ
て変位を測定する静電容量変位センサであることを特徴
とする。
いずれか１項記載の発明において、前記変位センサが、
当該測定対象膜との間の静電容量を検出することによっ
て変位を測定する静電容量変位センサであることを特徴
とする。
【００２０】請求項６記載の発明によれば、静電容量変
位センサを用いているので、渦電流コイルセンサと静電
容量変位センサとを同軸配置が可能で、かつ、取付が容
易な小型の膜厚測定装置を提供することができる。
位センサを用いているので、渦電流コイルセンサと静電
容量変位センサとを同軸配置が可能で、かつ、取付が容
易な小型の膜厚測定装置を提供することができる。
【００２１】請求項７記載の発明は、請求項６記載の発
明において、前記渦電流コイルセンサと、前記静電容量
変位センサとが同心状に配置されていることを特徴とす
る。
明において、前記渦電流コイルセンサと、前記静電容量
変位センサとが同心状に配置されていることを特徴とす
る。
【００２２】請求項７記載の発明によれば、渦電流コイ
ルセンサによって渦電流を発生させる当該測定対象膜の
部位と、静電容量変位センサによって変位を測定する当
該測定対象膜の部位とを容易に一致させることができ
る。
ルセンサによって渦電流を発生させる当該測定対象膜の
部位と、静電容量変位センサによって変位を測定する当
該測定対象膜の部位とを容易に一致させることができ
る。
【００２３】請求項８記載の発明は、請求項１乃至７記
載の膜厚測定装置を用い、前記測定対象膜と前記渦電流
コイルセンサとの間の相対的な距離を一定に保持した状
態で膜厚の測定を行うことを特徴とする膜厚測定方法で
ある。
載の膜厚測定装置を用い、前記測定対象膜と前記渦電流
コイルセンサとの間の相対的な距離を一定に保持した状
態で膜厚の測定を行うことを特徴とする膜厚測定方法で
ある。
【００２４】請求項８記載の発明によれば、常に同一の
条件で膜厚の測定を行うことができ、これにより正確な
膜厚測定を迅速に行うことができる。
条件で膜厚の測定を行うことができ、これにより正確な
膜厚測定を迅速に行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る薄膜測定装置
の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１
は、本発明の第１の実施の形態の概略全体構成図であ
る。図１に示すように、本実施の形態の膜厚測定装置１
は、例えば、駆動系（移動機構）３によって駆動される
基板ステージ３ａ上に支持されたシリコンウェハ等の基
板５０の上方に配置される測定部２を有している。
の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１
は、本発明の第１の実施の形態の概略全体構成図であ
る。図１に示すように、本実施の形態の膜厚測定装置１
は、例えば、駆動系（移動機構）３によって駆動される
基板ステージ３ａ上に支持されたシリコンウェハ等の基
板５０の上方に配置される測定部２を有している。
【００２６】この駆動系３はコンピュータ４からの命令
によって動作するように構成され、基板ステージ３ａを
上下及び水平方向に移動させることにより、測定部２と
基板５０との相対的な位置を変えるようになっている。
によって動作するように構成され、基板ステージ３ａを
上下及び水平方向に移動させることにより、測定部２と
基板５０との相対的な位置を変えるようになっている。
【００２７】本実施の形態の測定部２には、例えば、プ
ラスチック等の絶縁材料からなる支持部２ａが設けら
れ、この支持部２ａに、渦電流コイルセンサ（以下「渦
電流センサ」という）２０と、レーザ変位センサ（以下
「レーザセンサ」という）３０が取り付けられている。
ラスチック等の絶縁材料からなる支持部２ａが設けら
れ、この支持部２ａに、渦電流コイルセンサ（以下「渦
電流センサ」という）２０と、レーザ変位センサ（以下
「レーザセンサ」という）３０が取り付けられている。
【００２８】ここで、渦電流センサ２０は、基板５０の
近傍に配置され、基板５０上に形成された導電膜（測定
対象膜）５１に近接するようになっている。
近傍に配置され、基板５０上に形成された導電膜（測定
対象膜）５１に近接するようになっている。
【００２９】この渦電流センサ２０は、例えばポリアセ
タール樹脂等の絶縁材料からなる本体部２０ａ内に、後
述する測定コイル１１と基準コイル１２を有するコイル
部２０ｂが埋め込まれて構成され、さらに、このコイル
部２０ｂは、インダクタンスメータ５に接続されてい
る。
タール樹脂等の絶縁材料からなる本体部２０ａ内に、後
述する測定コイル１１と基準コイル１２を有するコイル
部２０ｂが埋め込まれて構成され、さらに、このコイル
部２０ｂは、インダクタンスメータ５に接続されてい
る。
【００３０】また、レーザセンサ３０は、渦電流センサ
２０の上方の所定の位置に取り付けられている。
２０の上方の所定の位置に取り付けられている。
【００３１】このレーザセンサ３０はレーザセンサコン
トローラ６によって制御されるもので、基板５０上の導
電膜５１上の所定の位置（本実施の形態では渦電流セン
サ２０の近傍）を照射することによってレーザセンサ３
０と導電膜５１表面間の距離を高精度(例えば、誤差±
１μｍ程度)で測定できる機能を有している。
トローラ６によって制御されるもので、基板５０上の導
電膜５１上の所定の位置（本実施の形態では渦電流セン
サ２０の近傍）を照射することによってレーザセンサ３
０と導電膜５１表面間の距離を高精度(例えば、誤差±
１μｍ程度)で測定できる機能を有している。
【００３２】さらに、これらインダクタンスメータ５と
レーザセンサコントローラ６はコンピュータ４に接続さ
れ、このコンピュータ４においてデータの解析を行うよ
うになっている。
レーザセンサコントローラ６はコンピュータ４に接続さ
れ、このコンピュータ４においてデータの解析を行うよ
うになっている。
【００３３】図２は、本実施の形態の渦電流センサの構
成を示す回路図、図３は、渦電流センサの測定コイルと
基準コイルの相対的な位置関係を説明するための図であ
る。
成を示す回路図、図３は、渦電流センサの測定コイルと
基準コイルの相対的な位置関係を説明するための図であ
る。
【００３４】以下、図２及び図３を用いて本発明の測定
原理を説明する。図２の符号１０は、Ｍａｘｗｅｌｌブ
リッジと呼ばれるインダクタンスブリッジを示してい
る。
原理を説明する。図２の符号１０は、Ｍａｘｗｅｌｌブ
リッジと呼ばれるインダクタンスブリッジを示してい
る。
【００３５】このインダクタンスブリッジ１０は、測定
コイル１１と、基準コイル１２と、第１、第２の基準抵
抗１４、１５を有している。
コイル１１と、基準コイル１２と、第１、第２の基準抵
抗１４、１５を有している。
【００３６】測定コイル１１と基準コイル１２とは、接
続中点２３において互いに直列接続されており、また、
第１、第２の基準抵抗１４、１５は、同様に、接続中点
２４において互いに直列接続されている。
続中点２３において互いに直列接続されており、また、
第１、第２の基準抵抗１４、１５は、同様に、接続中点
２４において互いに直列接続されている。
【００３７】測定コイル１１と基準コイル１２の直列接
続回路と、第１、第２の基準抵抗１４、１５の直列接続
回路は、その両端の並列接続点２１、２２において互い
に並列接続されている。
続回路と、第１、第２の基準抵抗１４、１５の直列接続
回路は、その両端の並列接続点２１、２２において互い
に並列接続されている。
【００３８】測定コイル１１のインダクタンス成分の大
きさと基準コイル１２のインダクタンス成分の大きさを
等しくし、また、第１、第２の基準抵抗１４、１５の抵
抗成分を等しくすると、インダクタンスブリッジ１０の
バランスがとれ、並列接続点２１、２２に交流電圧ＶD
を印加しても、接続中点２３、２４の間に電圧は現われ
ない。
きさと基準コイル１２のインダクタンス成分の大きさを
等しくし、また、第１、第２の基準抵抗１４、１５の抵
抗成分を等しくすると、インダクタンスブリッジ１０の
バランスがとれ、並列接続点２１、２２に交流電圧ＶD
を印加しても、接続中点２３、２４の間に電圧は現われ
ない。
【００３９】しかし、インダクタンスブリッジ１０のバ
ランスが取れていても、測定コイル１１に基板５０を近
づけた場合、基板５０の内部や、基板５０の表面に形成
されている導電膜５１中に渦電流が生じるため、その渦
電流の影響によって測定コイル１１のインダクタンス成
分の大きさが変化し、インダクタンスブリッジ１０のバ
ランスがくずれる。その結果、接続中点２３、２４の間
に交流電圧ＶSが現れる。
ランスが取れていても、測定コイル１１に基板５０を近
づけた場合、基板５０の内部や、基板５０の表面に形成
されている導電膜５１中に渦電流が生じるため、その渦
電流の影響によって測定コイル１１のインダクタンス成
分の大きさが変化し、インダクタンスブリッジ１０のバ
ランスがくずれる。その結果、接続中点２３、２４の間
に交流電圧ＶSが現れる。
【００４０】ここで、インダクタンスブリッジ１０に印
加する交流電圧ＶDを、 ＶD ＝ ＶD0・ｅｘｐ(ｉωｔ) で表した場合、接続中点２３、２４の間に現れる交流電
圧ＶSは、 ＶS ＝ ＶS0・ｅｘｐ(ｉωｔ＋φ) ＝ＶS0・ｅｘｐ(ｉ
ωｔ)・ｃｏｓ(φ) ＋ｉ・ＶS0・ｅｘｐ(ｉωｔ)・ｓｉ
ｎ(φ) で表される。
加する交流電圧ＶDを、 ＶD ＝ ＶD0・ｅｘｐ(ｉωｔ) で表した場合、接続中点２３、２４の間に現れる交流電
圧ＶSは、 ＶS ＝ ＶS0・ｅｘｐ(ｉωｔ＋φ) ＝ＶS0・ｅｘｐ(ｉ
ωｔ)・ｃｏｓ(φ) ＋ｉ・ＶS0・ｅｘｐ(ｉωｔ)・ｓｉ
ｎ(φ) で表される。
【００４１】この接続中点２３、２４に現れる交流電圧
ＶSのうち、印加した交流電圧ＶDに同期した位相の電圧
と、９０°ずれた位相の電圧とを求めると、その比か
ら、渦電流の影響によって測定コイル１１のインダクタ
ンス成分が変化した大きさ、即ち、測定コイル１１のイ
ンダクタンス成分の変化量ΔＬが求められる。
ＶSのうち、印加した交流電圧ＶDに同期した位相の電圧
と、９０°ずれた位相の電圧とを求めると、その比か
ら、渦電流の影響によって測定コイル１１のインダクタ
ンス成分が変化した大きさ、即ち、測定コイル１１のイ
ンダクタンス成分の変化量ΔＬが求められる。
【００４２】インダクタンス成分の変化量ΔＬは、基板
５０中の渦電流損失に対応した値であり、交流電圧ＶD
の周波数は既知であるから、基板５０や基板５０表面の
導電膜(例えば銅薄膜)５１の比抵抗が既知であれば、膜
厚が求められる。
５０中の渦電流損失に対応した値であり、交流電圧ＶD
の周波数は既知であるから、基板５０や基板５０表面の
導電膜(例えば銅薄膜)５１の比抵抗が既知であれば、膜
厚が求められる。
【００４３】一般に、基板５０の本体が絶縁性基板であ
れば、導電膜５１中にだけ渦電流が生じ、他方、基板５
０の本体が半導体基板であっても、導電膜５１に比較し
て導電率が低く、半導体基板中に生じた渦電流は無視で
きるため、インダクタンス成分の変化量ΔＬは、導電膜
５１中に生じた渦電流による影響と見てよい。
れば、導電膜５１中にだけ渦電流が生じ、他方、基板５
０の本体が半導体基板であっても、導電膜５１に比較し
て導電率が低く、半導体基板中に生じた渦電流は無視で
きるため、インダクタンス成分の変化量ΔＬは、導電膜
５１中に生じた渦電流による影響と見てよい。
【００４４】ただし、測定コイル１１のインダクタンス
成分の変化量ΔＬは、導電膜５１の材質の他、測定コイ
ル１１と基板５０表面の導電膜５１との距離Ｗに強く依
存する。
成分の変化量ΔＬは、導電膜５１の材質の他、測定コイ
ル１１と基板５０表面の導電膜５１との距離Ｗに強く依
存する。
【００４５】そこで、既知の膜厚Ｄを有する導電膜５１
に対し、距離Ｗと、インダクタンス成分の変化量ΔＬと
を測定し、それらを対応付けて記憶データとし、データ
ベースを構成しておく。
に対し、距離Ｗと、インダクタンス成分の変化量ΔＬと
を測定し、それらを対応付けて記憶データとし、データ
ベースを構成しておく。
【００４６】そして、未知の膜厚Ｄを有する基板５０を
測定コイル１１に近づけ、高精度の変位センサを用いて
測定コイル１１と基板５０表面の導電膜５１との距離Ｗ
を測定するとともに、上記方法によってインダクタンス
成分の変化量ΔＬを測定し、上述したデータベースに照
合することで、未知の膜厚Ｄを求めることが可能にな
る。
測定コイル１１に近づけ、高精度の変位センサを用いて
測定コイル１１と基板５０表面の導電膜５１との距離Ｗ
を測定するとともに、上記方法によってインダクタンス
成分の変化量ΔＬを測定し、上述したデータベースに照
合することで、未知の膜厚Ｄを求めることが可能にな
る。
【００４７】もっとも、データベースを作製したときの
導電膜５１と未知の膜厚Ｄの導電膜５１の材質が同じで
ある等、導電率が一定であることが条件になる。
導電膜５１と未知の膜厚Ｄの導電膜５１の材質が同じで
ある等、導電率が一定であることが条件になる。
【００４８】なお、実際には、予め、膜厚が異なる導電
膜５１を有する複数の基板５０を用意し、触針式の膜厚
測定装置等で各基板５０の導電膜５１の膜厚Ｄを測定し
ておき、距離Ｗを変えて、各基板５０に対するインダク
タンス成分の変化量ΔＬを測定し、膜厚Ｄ、距離Ｗ、変
化量ΔＬの測定値と共に記憶データとして記憶装置中に
記憶しておくことによりデータベースが得られる。
膜５１を有する複数の基板５０を用意し、触針式の膜厚
測定装置等で各基板５０の導電膜５１の膜厚Ｄを測定し
ておき、距離Ｗを変えて、各基板５０に対するインダク
タンス成分の変化量ΔＬを測定し、膜厚Ｄ、距離Ｗ、変
化量ΔＬの測定値と共に記憶データとして記憶装置中に
記憶しておくことによりデータベースが得られる。
【００４９】本実施の形態において膜厚の測定をする場
合には、測定すべき導電膜５１が形成された基板５０を
基板ステージ３ａによって搬送し、測定部２の下方に位
置させる。
合には、測定すべき導電膜５１が形成された基板５０を
基板ステージ３ａによって搬送し、測定部２の下方に位
置させる。
【００５０】そして、レーザセンサ３０からレーザを照
射し、そのスポットが導電膜５１上の所定の膜厚測定部
位に位置するように基板５０を移動し、レーザセンサ３
０によって導電膜５１との間の距離を測定する。
射し、そのスポットが導電膜５１上の所定の膜厚測定部
位に位置するように基板５０を移動し、レーザセンサ３
０によって導電膜５１との間の距離を測定する。
【００５１】この測定値は、渦電流センサ２０の測定コ
イル１１と導電膜５１間の距離（変位量）に変換され
る。そして、この変位量と予めコンピュータ４に記憶さ
せておいた値とを比較し、その差分が０になるように基
板ステージ３ａを駆動して基板５０を上下動させる。
イル１１と導電膜５１間の距離（変位量）に変換され
る。そして、この変位量と予めコンピュータ４に記憶さ
せておいた値とを比較し、その差分が０になるように基
板ステージ３ａを駆動して基板５０を上下動させる。
【００５２】次いで、渦電流センサ２０が上記膜厚測定
部位に位置するように基板５０を平行移動して渦電流セ
ンサ２０を動作させ、この膜厚測定部位に渦電流を発生
させる。そして、インダクタンスメータ５によって測定
コイル１１のインダクタンスを測定する。この測定値
は、上述した原理によって測定コイル１１のインダクタ
ンス成分の変化量ΔＬに変換してコンピュータ４に記憶
させる。
部位に位置するように基板５０を平行移動して渦電流セ
ンサ２０を動作させ、この膜厚測定部位に渦電流を発生
させる。そして、インダクタンスメータ５によって測定
コイル１１のインダクタンスを測定する。この測定値
は、上述した原理によって測定コイル１１のインダクタ
ンス成分の変化量ΔＬに変換してコンピュータ４に記憶
させる。
【００５３】そして、この測定コイル１１のインダクタ
ンス成分の変化量ΔＬと、測定コイル１１と導電膜５１
間の距離とを用い、予め求めておいたこれらの相関関係
のデータベースに基づき導電膜５１上の当該部位の膜厚
を算出する。
ンス成分の変化量ΔＬと、測定コイル１１と導電膜５１
間の距離とを用い、予め求めておいたこれらの相関関係
のデータベースに基づき導電膜５１上の当該部位の膜厚
を算出する。
【００５４】その後、基板ステージ３ａを駆動して基板
５０を平行移動させ、次の測定部位まで測定部２を移動
させる。そして、上述した方法によってこの位置の導電
膜５１の膜厚を測定する。以下、同様の動作を繰り返す
ことにより、導電膜５１の複数の部位の膜厚を測定す
る。
５０を平行移動させ、次の測定部位まで測定部２を移動
させる。そして、上述した方法によってこの位置の導電
膜５１の膜厚を測定する。以下、同様の動作を繰り返す
ことにより、導電膜５１の複数の部位の膜厚を測定す
る。
【００５５】以上述べたように本実施の形態によれば、
渦電流センサ２０の測定コイル１１におけるインダクタ
ンスの変化量と、レーザセンサ３０にて測定された変位
量に基づいて導電膜５１の厚さを測定するものであるた
め、従来の非接触の膜厚測定装置に比べて迅速に膜厚の
測定を行うことができる。
渦電流センサ２０の測定コイル１１におけるインダクタ
ンスの変化量と、レーザセンサ３０にて測定された変位
量に基づいて導電膜５１の厚さを測定するものであるた
め、従来の非接触の膜厚測定装置に比べて迅速に膜厚の
測定を行うことができる。
【００５６】また、本実施の形態によれば、簡素な構成
で安価に膜厚の測定を行うことが可能になる。
で安価に膜厚の測定を行うことが可能になる。
【００５７】さらに、本実施の形態においては、渦電流
センサ２０と導電膜５１との間の相対的な距離を常に一
定の値に保つことにより、常に同一の条件で渦電流セン
サ２０におけるインダクタンスの変化量を測定すること
ができるので、より正確な膜厚の測定を行うことが可能
になる。
センサ２０と導電膜５１との間の相対的な距離を常に一
定の値に保つことにより、常に同一の条件で渦電流セン
サ２０におけるインダクタンスの変化量を測定すること
ができるので、より正確な膜厚の測定を行うことが可能
になる。
【００５８】図４は、本発明の第２の実施の形態の要部
を示す概略構成図であり、以下、上記実施の形態と対応
する部分については同一の符号を付しその詳細な説明を
省略する。
を示す概略構成図であり、以下、上記実施の形態と対応
する部分については同一の符号を付しその詳細な説明を
省略する。
【００５９】図４に示すように、本実施の形態にあって
は、例えば円筒形状に形成された本体部２０ａ内に、渦
電流センサ２０の測定コイル１１と基準コイル１２が埋
め込まれている。そして、レーザセンサ３０のレーザビ
ームＬが、渦電流センサ２０の本体部２０ａ、即ち測定
コイル１１と基準コイル１２を貫くようにレーザセンサ
３０の位置が定められている。
は、例えば円筒形状に形成された本体部２０ａ内に、渦
電流センサ２０の測定コイル１１と基準コイル１２が埋
め込まれている。そして、レーザセンサ３０のレーザビ
ームＬが、渦電流センサ２０の本体部２０ａ、即ち測定
コイル１１と基準コイル１２を貫くようにレーザセンサ
３０の位置が定められている。
【００６０】さらに、導電膜５１上において、渦電流セ
ンサ２０によって渦電流を発生させる部位と、レーザセ
ンサ３０によって変位を測定する部位とが一致するよう
に構成されている（図４中符号Ｐによって示す）。
ンサ２０によって渦電流を発生させる部位と、レーザセ
ンサ３０によって変位を測定する部位とが一致するよう
に構成されている（図４中符号Ｐによって示す）。
【００６１】このような構成を有する本実施の形態によ
れば、導電膜５１の所定の部位の膜厚を測定する場合
に、基板５０を水平移動させることなく膜厚の測定を行
うことができるので、より迅速な膜厚測定を行うことが
可能になる。その他の構成及び作用効果については上述
の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略す
る。
れば、導電膜５１の所定の部位の膜厚を測定する場合
に、基板５０を水平移動させることなく膜厚の測定を行
うことができるので、より迅速な膜厚測定を行うことが
可能になる。その他の構成及び作用効果については上述
の実施の形態と同一であるのでその詳細な説明を省略す
る。
【００６２】図５〜図７は、本発明の第３の実施の形態
を示すものであり、以下、上記実施の形態と対応する部
分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略す
る。
を示すものであり、以下、上記実施の形態と対応する部
分については同一の符号を付しその詳細な説明を省略す
る。
【００６３】ここで、図５は、本実施の形態の概略全体
構成図、図６は、本実施の形態の要部を示す構成図、図
７（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の静電容量変位セン
サの構成部材を示すもので、図７（ａ）は平面図、図７
（ｂ）は断面図、図７（ｃ）は平面図、図７（ｄ）は断
面図である。
構成図、図６は、本実施の形態の要部を示す構成図、図
７（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態の静電容量変位セン
サの構成部材を示すもので、図７（ａ）は平面図、図７
（ｂ）は断面図、図７（ｃ）は平面図、図７（ｄ）は断
面図である。
【００６４】本実施の形態の膜厚測定装置１Ｂは、上記
実施の形態のレーザセンサ３０の代わりに、静電容量セ
ンサコントローラ６Ｂによって制御される静電容量変位
センサ（以下「静電容量センサ」という。）４０を用い
て構成したものである。
実施の形態のレーザセンサ３０の代わりに、静電容量セ
ンサコントローラ６Ｂによって制御される静電容量変位
センサ（以下「静電容量センサ」という。）４０を用い
て構成したものである。
【００６５】図５及び図６に示すように、本実施の形態
の場合は、上述した渦電流センサ２０の検出部と静電容
量センサ４０とが一体的に構成され、このセンサ組立体
６０が上述の支持部２ａに取り付けられている。
の場合は、上述した渦電流センサ２０の検出部と静電容
量センサ４０とが一体的に構成され、このセンサ組立体
６０が上述の支持部２ａに取り付けられている。
【００６６】図６及び図７（ａ）〜（ｄ）に示すよう
に、本実施の形態の静電容量センサ４０は、第１及び第
２の構成部材４１、４２を有し、これら第１及び第２の
構成部材４１、４２が例えばねじ４３によって一体的に
固定されるようになっている。
に、本実施の形態の静電容量センサ４０は、第１及び第
２の構成部材４１、４２を有し、これら第１及び第２の
構成部材４１、４２が例えばねじ４３によって一体的に
固定されるようになっている。
【００６７】図７（ａ）（ｂ）に示すように、第１の構
成部材４１は、静電容量センサ４０のプローブ保持部で
あり、例えば、ポリアセタール樹脂等の絶縁材料を用い
て中空円筒形状に形成され、その一方の底部に例えばガ
ラス−エポキシ樹脂からなるリング状の基板４４が取り
付けられている。この基板４４上には同じくリング状の
ガード電極４５と中心電極４５ａが設けられている。
成部材４１は、静電容量センサ４０のプローブ保持部で
あり、例えば、ポリアセタール樹脂等の絶縁材料を用い
て中空円筒形状に形成され、その一方の底部に例えばガ
ラス−エポキシ樹脂からなるリング状の基板４４が取り
付けられている。この基板４４上には同じくリング状の
ガード電極４５と中心電極４５ａが設けられている。
【００６８】図７（ｃ）（ｄ）に示すように、第２の構
成部材４２は、渦電流センサ２０用のコイル保持具であ
り、例えば、ポリアセタール樹脂等の絶縁材料からなる
もので、第１の構成部材４１の孔部４１ａとはまり合う
凸部４６を有している。この凸部４６には円板状のフラ
ンジ部４６ａが一体的に形成されている。
成部材４２は、渦電流センサ２０用のコイル保持具であ
り、例えば、ポリアセタール樹脂等の絶縁材料からなる
もので、第１の構成部材４１の孔部４１ａとはまり合う
凸部４６を有している。この凸部４６には円板状のフラ
ンジ部４６ａが一体的に形成されている。
【００６９】そして、第２の構成部材４２の凸部４６の
先端部分には例えば円筒状の穴部４６ｂが形成され、こ
の穴部４６ｂ内に上述した渦電流センサ２０の測定コイ
ル１１と基準コイル１２が収容されるようになってい
る。
先端部分には例えば円筒状の穴部４６ｂが形成され、こ
の穴部４６ｂ内に上述した渦電流センサ２０の測定コイ
ル１１と基準コイル１２が収容されるようになってい
る。
【００７０】この場合、測定コイル１１は、凸部４６の
穴部４６ｂ内において測定コイル１１の端部が凸部４６
の端部と面一（つらいち）になり、かつ、測定コイル１
１と凸部４６の中心軸が一致するように配置されてい
る。また、測定コイル１１と基準コイル１２は、非導電
性接着剤によって穴部４６ｂ内に固定されている。
穴部４６ｂ内において測定コイル１１の端部が凸部４６
の端部と面一（つらいち）になり、かつ、測定コイル１
１と凸部４６の中心軸が一致するように配置されてい
る。また、測定コイル１１と基準コイル１２は、非導電
性接着剤によって穴部４６ｂ内に固定されている。
【００７１】そして、このような構成により、導電膜５
１上において、測定コイル１１によって渦電流を発生さ
せる部位と、静電容量センサ４０によって変位を測定す
る部位とが一致するようになっている。
１上において、測定コイル１１によって渦電流を発生さ
せる部位と、静電容量センサ４０によって変位を測定す
る部位とが一致するようになっている。
【００７２】図６に示すように、本実施の形態の静電容
量センサ４０においては、導電膜５１と中心電極４５ａ
とに交流電源４８から一定の交流電流が供給されるよう
に接続される。また、ガード電極４５には、中心電極４
５ａと同電位となるように、出力インピーダンスの低い
バッファ４７を介して上記交流電源４８から一定の交流
電流が供給される。
量センサ４０においては、導電膜５１と中心電極４５ａ
とに交流電源４８から一定の交流電流が供給されるよう
に接続される。また、ガード電極４５には、中心電極４
５ａと同電位となるように、出力インピーダンスの低い
バッファ４７を介して上記交流電源４８から一定の交流
電流が供給される。
【００７３】そして、導電膜５１とガード電極４５との
間の電圧を電圧計４９によって測定するように構成され
ている。
間の電圧を電圧計４９によって測定するように構成され
ている。
【００７４】なお、本実施の形態の場合は、切換スイッ
チ６１介して接続することにより導電膜５１を所定のタ
イミングで接地させるように構成されている。
チ６１介して接続することにより導電膜５１を所定のタ
イミングで接地させるように構成されている。
【００７５】このような構成を有する本実施の形態にお
いて膜厚の測定をする場合には、測定すべき導電膜５１
が形成された基板５０を基板ステージ３ａによって移動
し、検出部２のセンサ組立体６０の下方に位置させる。
そして、切換スイッチ６１を動作させて導電膜５１を接
地させる。
いて膜厚の測定をする場合には、測定すべき導電膜５１
が形成された基板５０を基板ステージ３ａによって移動
し、検出部２のセンサ組立体６０の下方に位置させる。
そして、切換スイッチ６１を動作させて導電膜５１を接
地させる。
【００７６】次に、交流電源４８から導電膜５１及び中
心電極４５ａに一定の交流電流を供給するとともに、ガ
ード電極４５に、バッファ４７を介して交流電源４８か
ら一定の交流電流を供給する。
心電極４５ａに一定の交流電流を供給するとともに、ガ
ード電極４５に、バッファ４７を介して交流電源４８か
ら一定の交流電流を供給する。
【００７７】ここで、本実施の形態の静電容量センサ４
０にあっては、ガード電極４５と中心電極４５ａとが同
電位となっているため、中心電極４５ａと導電膜５１の
間ではドーナツ状の平行平板コンデンサが形成される。
０にあっては、ガード電極４５と中心電極４５ａとが同
電位となっているため、中心電極４５ａと導電膜５１の
間ではドーナツ状の平行平板コンデンサが形成される。
【００７８】その結果、電圧計４９において測定される
電圧Ｖは、以下の式で示すように、中心電極４５ａと導
電膜５１との距離ｇに比例する。
電圧Ｖは、以下の式で示すように、中心電極４５ａと導
電膜５１との距離ｇに比例する。
【００７９】 Ｖ＝(Ｉ/ωε0Ａ)ｇ Ｉ：電流値 ω：交流
電源の角周波数 ε0：真空誘電率 Ａ：中心電極の面積
電源の角周波数 ε0：真空誘電率 Ａ：中心電極の面積
【００８０】そして、このようにして測定された電圧Ｖ
に基づき、中心電極４５ａの端部と面一の位置にある測
定コイル１１と、導電膜５１との間の距離を算出する。
そして、この距離と予めコンピュータ４に記憶させてお
いた値とを比較し、その差分が０になるように基板ステ
ージ３ａを駆動して基板５０を上下動させる。ここで、
切換スイッチ６１の動作により導電膜５１の接地状態を
解除する。
に基づき、中心電極４５ａの端部と面一の位置にある測
定コイル１１と、導電膜５１との間の距離を算出する。
そして、この距離と予めコンピュータ４に記憶させてお
いた値とを比較し、その差分が０になるように基板ステ
ージ３ａを駆動して基板５０を上下動させる。ここで、
切換スイッチ６１の動作により導電膜５１の接地状態を
解除する。
【００８１】次いで、この位置において渦電流センサ２
０を動作させて導電膜５１の膜厚測定部位に渦電流を発
生させ、インダクタンスメータ５によって測定コイル１
１のインダクタンスの変化量を測定する。
０を動作させて導電膜５１の膜厚測定部位に渦電流を発
生させ、インダクタンスメータ５によって測定コイル１
１のインダクタンスの変化量を測定する。
【００８２】そして、以下、上記実施の形態と同様の手
順を行うことにより、導電膜５１上の当該部位の膜厚を
算出する。
順を行うことにより、導電膜５１上の当該部位の膜厚を
算出する。
【００８３】以上述べたように本実施の形態によれば、
上記実施の形態と同様、従来の非接触の膜厚測定装置に
比べて迅速に膜厚の測定を行うことができるとともに、
簡素な構成で安価に膜厚の測定を行うことができる。
上記実施の形態と同様、従来の非接触の膜厚測定装置に
比べて迅速に膜厚の測定を行うことができるとともに、
簡素な構成で安価に膜厚の測定を行うことができる。
【００８４】特に、本実施の形態によれば、導電膜５１
の所定の部位の膜厚を測定する場合に、基板５０を水平
方向に移動させることなく膜厚の測定を行うことができ
るので、より迅速な膜厚測定を行うことが可能になる。
の所定の部位の膜厚を測定する場合に、基板５０を水平
方向に移動させることなく膜厚の測定を行うことができ
るので、より迅速な膜厚測定を行うことが可能になる。
【００８５】さらに、本実施の形態によれば、静電容量
センサ４０を用いているので、渦電流センサ２０と静電
容量センサ４０とを同軸配置が可能で、かつ、取付が容
易な小型の膜厚測定装置を提供することができる。その
他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同
一であるのでその詳細な説明を省略する。
センサ４０を用いているので、渦電流センサ２０と静電
容量センサ４０とを同軸配置が可能で、かつ、取付が容
易な小型の膜厚測定装置を提供することができる。その
他の構成及び作用効果については上述の実施の形態と同
一であるのでその詳細な説明を省略する。
【００８６】なお、本発明は上述の実施の形態に限られ
ることなく、種々の変更を行うことができる。例えば、
上述の実施の形態においては、基板を上下動及び水平移
動させることによって膜厚測定位置を変えるようにした
が、本発明はこれに限られず、膜厚測定装置の測定部を
移動させるように構成することも可能である。
ることなく、種々の変更を行うことができる。例えば、
上述の実施の形態においては、基板を上下動及び水平移
動させることによって膜厚測定位置を変えるようにした
が、本発明はこれに限られず、膜厚測定装置の測定部を
移動させるように構成することも可能である。
【００８７】また、上述の実施の形態においては、渦電
流コイルセンサによって膜厚を測定する際に渦電流コイ
ルセンサと導電膜との相対的な距離を一定にするように
したが、渦電流コイルセンサと導電膜との相対的な距離
を変えず、予め求めておいたデータベースに基づいて膜
厚を測定することも可能である。
流コイルセンサによって膜厚を測定する際に渦電流コイ
ルセンサと導電膜との相対的な距離を一定にするように
したが、渦電流コイルセンサと導電膜との相対的な距離
を変えず、予め求めておいたデータベースに基づいて膜
厚を測定することも可能である。
【００８８】さらに、本発明は、例えば、金属膜成膜装
置やＣＭＰ装置等の種々のプロセス行う装置に適用で
き、また、シリコンウェハやガラス基板等の種々の基板
にも適用しうるものである。
置やＣＭＰ装置等の種々のプロセス行う装置に適用で
き、また、シリコンウェハやガラス基板等の種々の基板
にも適用しうるものである。
【００８９】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、基板
上に形成された導電性の薄膜の膜厚を効率良く、しかも
安価で測定することができる。
上に形成された導電性の薄膜の膜厚を効率良く、しかも
安価で測定することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略全体構成図
【図２】同実施の形態の渦電流センサの構成を示す回路
図
図
【図３】渦電流センサの測定コイルと基準コイルの相対
的な位置関係を説明するための図
的な位置関係を説明するための図
【図４】本発明の第２の実施の形態の要部を示す概略構
成図
成図
【図５】本発明の第３の実施の形態の概略全体構成図
【図６】同実施の形態の要部を示す構成図
【図７】（ａ）〜（ｄ）：同実施の形態の静電容量変位
センサの構成部材を示す図
センサの構成部材を示す図
１…膜厚測定装置 ２…測定部 ３…駆動系（移動機
構） １１…測定コイル １２…基準コイル ２０…渦電流コイルセンサ ３０…
レーザ変位センサ ５０…基板 ５１…導電膜（測定対
象膜）
構） １１…測定コイル １２…基準コイル ２０…渦電流コイルセンサ ３０…
レーザ変位センサ ５０…基板 ５１…導電膜（測定対
象膜）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南津 顕仁 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 Ｆターム(参考） 2F063 AA16 BA26 BB02 BB05 BC06 BC09 CA11 DA01 DA05 DD08 GA08 HA01 JA04 LA18 LA23 LA27 LA29 ZA03 2F065 AA06 BB01 CC19 DD06 EE05 FF41 GG04 GG12 JJ01 PP22
Claims (8)
- 【請求項１】測定対象膜の近傍の所定位置に配置可能に
構成され、前記測定対象膜に対して所定の渦電流を発生
させ且つ当該渦電流による磁界を検出する渦電流コイル
センサと、 前記渦電流コイルセンサと前記測定対象膜との間の変位
を測定するための変位センサとを備え、 前記渦電流コイルセンサにおけるインダクタンスの変化
量と、前記変位センサにて測定された変位量に基づいて
前記測定対象膜の厚さを測定するように構成されている
ことを特徴とする膜厚測定装置。 - 【請求項２】前記渦電流コイルセンサと前記測定対象膜
との間の相対的な変位量を調整するための移動機構を有
することを特徴とする請求項１記載の膜厚測定装置。 - 【請求項３】前記渦電流コイルセンサによって渦電流を
発生させる当該測定対象膜の部位と、前記変位センサに
よって変位を測定する当該測定対象膜の部位とが一致す
るように構成されていることを特徴とする請求項１又は
２のいずれか１項記載の膜厚測定装置。 - 【請求項４】前記変位センサは、当該測定対象膜に対す
るレーザビームの照射によって変位を測定するレーザ変
位センサであることを特徴とする請求項１乃至３のいず
れか１項記載の膜厚測定装置。 - 【請求項５】前記レーザ変位センサのレーザビームが前
記渦電流コイルセンサを貫くように構成されていること
を特徴とする請求項４記載の膜厚測定装置。 - 【請求項６】前記変位センサは、当該測定対象膜との間
の静電容量を検出することによって変位を測定する静電
容量変位センサであることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれか１項記載の膜厚測定装置。 - 【請求項７】前記渦電流コイルセンサと、前記静電容量
変位センサとが同軸位置に配置されていることを特徴と
する請求項６記載の膜厚測定装置。 - 【請求項８】請求項１乃至７記載の膜厚測定装置を用
い、前記測定対象膜と前記渦電流コイルセンサとの間の
相対的な距離を一定に保持した状態で膜厚の測定を行う
ことを特徴とする膜厚測定方法。
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