KR100416900B1 - 와전류 손실 측정 센서, 막 두께 측정 장치, 막 두께 측정방법 및 기록 매체 - Google Patents

와전류 손실 측정 센서, 막 두께 측정 장치, 막 두께 측정방법 및 기록 매체 Download PDF

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Abstract

국소적인 막 두께 측정을 가능하게 하는 와전류(eddy current) 손실 측정 센서, 고속이고 또한 고정밀도로 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 도전성 막(9)에 와전류를 여기시키는 코일(24)과, 이 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 고주파 전류를 출력하는 코일(22)을 갖는 와전류 손실 측정 센서(20)와, 코일(22)이 출력하는 고주파 전류로부터 와전류 손실 측정 센서(20)의 임피던스의 변화, 고주파 전류의 전류값의 변화 또는 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하여 와전류 손실량을 측정하는 임피던스 분석기(48)와, 도전성 막(9)과 와전류 손실 측정 센서와의 거리를 측정하는 광학식 변위 센서(32)와, 임피던스 분석기(48)와 광학식 변위 센서(32)의 각 측정 결과에 기초하여 도전성 막(9)의 막 두께를 산출하는 막 두께 연산부(54)를 포함하는 제어 컴퓨터(42)를 구비하는 막 두께 측정 장치(1)에 있어서, 코일(12)을 둘러 싸는 페라이트의 바닥부에 코일(12)이 노출하는 개구(16)를 설치한다.

Description

와전류 손실 측정 센서, 막 두께 측정 장치, 막 두께 측정 방법 및 기록 매체{EDDY CURRENT LOSS MEASUREMENT SENSOR, FILM THICKNESS MEASUREMENT DEVICE AND METHOD THEREOF, AND STORAGE MEDIUM}
본 발명은, 막 두께의 측정 장치에 관한 것으로, 특히, 반도체 집적 회로 장치의 제조 공정에 있어서, 고주파 자계를 여자(勵磁)하여 웨이퍼 표면의 도전성 막에 여기(勵起)되는 와전류(渦電流, eddy current)에 의한 와전류 손실을 측정하는 와전류 측정 센서 및 측정된 와전류 손실에 기초하여 상기 도전성 막의 막 두께를 비접촉으로 측정하는 측정 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
와전류를 이용하여 도전성 막의 막 두께를 측정하는 방법은 비접촉 또는 비파괴의 막 두께 측정 기술로서 효율적으로 쓰인다.
와전류를 이용한 막 두께 측정 방법에 있어서, 자장을 발생시키는 코일(센서)과 도전성 막과의 거리는 도전성 막 내에서의 와전류 손실량에 크게 영향을 준다. 이 때문에, 센서와 도전성 막과의 사이의 거리를 높은 정밀도로 제어하는 것이 중요하게 된다.
도 23는 와전류 손실량을 센서의 인덕턴스 및 저항의 변화로서 측정한 하나의 실험예의 데이터이다. 도 23으로부터, 센서와 도전성 막과의 사이의 거리에 따라서, 센서의 인덕턴스 및 저항이 변화하는 것을 알 수 있다.
이러한 거리 의존성에 의한 측정 오차를 감소시켜, 측정 정밀도의 향상을 도모하기 위해서 다음과 같은 기술이 제안되어 있다.
예를 들면, 제 1 방법으로서, 도 23에 도시한 바와 같이, 센서 및 도전성 막 사이의 거리와 측정값과의 상관 관계를 사전에 구해 두고, 센서와 도전성 막과의 거리를 변경하여 복수점의 측정을 실시한 후에, 각 측정점마다 상기 상관 관계를 이용하여 보정하는 방법이 있다.
또한, 제 2 방법으로서, 도 24에 도시한 바와 같이, 측정 대상으로 하는 도전성 막(101)의 앞뒤에 와전류를 여기시키는 코일(103a, 103b)을 대향 설치하고, 이들 코일(103a, 103b)을 직렬로 접속하여 얻어지는 인덕턴스의 Q를 임피던스 분석기(104)로 측정하는 방법이 있다.
그러나, 전술한 제 2 측정 방법에 따르면, 장치의 구성이 복잡하고 사이즈가 크다는 결점이 있다.
또한, 거리를 변경하여 복수점 측정하는 제 1 방법에서는, 센서 또는 스테이지를 측정 회수마다 동작시켜야 하고, 또한 측정점마다 데이터 처리를 수행하여만 하므로, 상당한 측정 시간이 필요하게 된다. 따라서, 대량 생산 라인에서 요구되는 고속 측정 또는 막 두께 막 형성 공정에서의 실시간 측정에는 부적합하기 때문에 실용성이 부족한 문제가 있었다.
한편, 국소적인 막 두께 측정을 가능하게 하여 측정 정밀도를 향상시키기 위해서, 코일로 발생시킨 자장을 1점에 집중시키는 시도는 코일 직경을 작게 하여 분해능을 향상시키는 방법 외에, 도 25에 도시한 바와 같이, 코일(108) 내에 페라이트 또는 자성 재료인 코어(110)를 삽입하는 방법만이 사용되고 있었다.
금속 도선의 변위를 측정하는 센서로서, 도선 상에 자장을 집중시키는 센서가 제안되어 있다. 그의 일례를 도 26을 참조하면서 설명한다.
도 26에 도시하는 변위 센서는, 도 26의 (a)에 도시한 바와 같이, 페라이트 코어(111)에 권선된 수신 코일(112)과, 수신 코일(112)의 외측에 권선된 고주파 여자 코일(113)과, 페라이트 코어(111)과 코일(112, 113)을 덮도록 설치되고 구리 재질로 이루어지는 위측이 개방된 외측 차폐판(114)을 구비한다.
고주파 여자 코일(113)은 고주파 전류를 수신하여 자장을 발생시켜, 측정 대상인 금속 도선 C에 와전류를 여기한다. 수신 코일(112)은 금속 도선 C에서 발생한 와전류에 의해 자속 밀도가 저감된 자장을 수신한다.
외측 차폐판(114)은 대향 배치되는 반원통부(114a, 114b)에 의해 구성되며, 도 26의 (b)에 대표적으로 도시한 바와 같이 각 반원통부는 반원형의 바닥판 절반부(114c, 114d)를 갖는다. 좌우의 반원통부(114a 및 114b)를 미소한 간격을 경유하여 대향 배치하고, 도 26의 (c)의 저면도에 도시한 바와 같이, 각 바닥판 절반부(114c, 114d) 사이에 직경선 방향으로 절연 슬릿(115)을 형성한다. 이와 같이, 외측 차폐판(114)은 절연 슬릿(115)에 의해 좌우로 분할되고 서로 절연된 각 절반부로 구성된다. 본 예로서는 선 형상의 절연 슬릿을 도시하였지만, 십자 형상의 절연 슬릿을 형성하여도 무방하다.
고주파 여자 코일(113)에 고주파 여자 전류를 도통시키면 고주파 자계가 발생하여, 외측 차폐판(114)의 좌우의 각 바닥판 절반부(114c, 114d)에 와전류가 유도된다. 이 와전류는 자계를 방해하는 방향으로 생기기 때문에, 여자 코일(113)에 의한 자계와 각 바닥판 절반부(114c, 114d)의 와전류에 의한 자계와의 합성 자계는 각 바닥판 절반부(114c, 114d)에서 그 자속 밀도가 작고, 절연 슬릿(115)에서 그 자속 밀도가 커진다. 이 때문에, 센서 헤드에는 도 26의 (d)에 도시한 바와 같이, 절연 슬릿부 S0에서 그 자속 밀도가 최대값 Bmax 가 되는 불균일한 고주파 자계가 구성된다. 따라서, 도 26의 (a)에 도시한 바와 같이, 구리선 등의 금속 도선 C의 상측에 센서 헤드를 배치하면, 외측 차폐판(114)의 절연 슬릿(115)의 바로 아래에 도선 C가 있으면, 도선 C가 차지하는 공간의 자속 밀도가 가장 크고, 또한 외측 차폐판(114)의 차폐 효과가 도선 C의 와전류에 의해 유도된 교류 자계에 대하여 가장 약해진다. 이 때 센서 헤드의 수신 코일(112)의 임피던스에 대한 도선 C의 영향이 가장 커지게 된다.
이와 같이, 선 형상 또는 십자 형상의 슬릿에 의해, 세로 길이의 영역으로 자속을 출력하는 구조는, 금속 도선과 같은 가늘고 긴 물체의 변위를 조사하기 위해서 유효하지만, 국소적인 막 두께 측정에 이용하는 경우에는, 스탑(stop)으로 기능하는 자장을 형성할 필요가 있기 때문에 적절치 않은 점이 있었다.
본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 국소적인 막 두께 측정을 가능하게 하는 와전류 손실 측정 센서, 고속이고 또한 고정밀도로 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 와전류 손실 측정 센서의 제 1 실시 형태의 구성을 개략적으로 도시한 단면도 및 저면도.
도 2는 와전류 센서로부터 발생한 자속 밀도의 분포를 시뮬레이션으로 구한 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 와전류 손실 측정 센서의 제 2 실시 형태의 구성을 개략적으로 도시한 단면도 및 저면도.
도 4는 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 1 실시 형태의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 5는 와전류 센서 및 도전성 막 사이의 거리와, 와전류 센서의 인덕턴스 및 저항의 변화와의 관계를 측정한 실험 데이터를 도시하는 그래프.
도 6은 도전성 막의 막 두께의 변화와, 와전류 센서의 인덕턴스 및 저항의 변화와의 관계를 측정한 실험 데이터를 도시하는 그래프.
도 7은 막 두께의 측정 오차를 보정하는 방법을 설명하는 그래프.
도 8은 막 두께와 측정 장치의 분해능과의 관계를 고주파 전류의 주파수를파라미터로서 측정한 실험 데이터를 도시하는 그래프.
도 9는 도전성 막의 막 두께가가 변화했을 때의 와전류 손실 측정 센서의 인덕턴스와 저항값의 변화를 측정한 실험 데이터를 도시하는 그래프.
도 10은 도 4에 도시한 막 두께 측정 장치에 의해, 도전성 재료를 포함하는 회로 패턴 또는 기초 도전성 막의 위에 형성된 도전성 막을 측정하는 방법을 개략적으로 도시한 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 2 실시 형태의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 12는 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 3 실시 형태가 구비하는 와전류 손실 측정 센서의 구성을 개략적으로 도시한 단면도.
도 13은 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 4 실시 형태의 주요부를 도시한 개략도.
도 14는 본 발명에 관한 막 두께 측정 장치의 제 5 실시 형태의 주요부를 도시하는 개략도.
도 15는 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 6 실시 형태의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 16은 도 15에 도시한 막 두께 측정 장치가 구비하는 와전류 손실 측정 센서 유닛의 구체적인 구성을 도시한 단면도 및 저면도.
도 17은 도 15에 도시한 막 두께 측정 장치를 이용한 막 두께 측정 방법을 설명하는 그래프.
도 18은 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 7 실시 형태의 주요부를 도시한 개략도.
도 19는 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 8 실시 형태의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 20은 도 19에 도시한 와전류 손실 측정 센서 유닛의 구체적 구성을 도시한 단면도 및 저면도.
도 21은 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 9 실시 형태가 구비하는 와전류 손실 측정 센서 유닛의 구체적인 구성을 도시한 단면도 및 저면도.
도 22는 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 10 실시 형태의 주요부를 도시한 개략도.
도 23은 종래의 기술에 의한 막 두께 측정 방법의 일례를 설명하는 그래프.
도 24는 종래의 기술에 의한 막 두께 측정 방법의 다른 예를 설명하는 블록도.
도 25는 종래의 기술에 의한 와전류 센서의 일례를 도시하는 단면도 및 저면도.
도 26은 종래의 기술에 의한 변위 센서의 일례를 도시하는 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1∼4, 4', 4'', 5, 5', 6, 6', 6'': 막 두께 측정 장치
8 : 반도체 웨이퍼(기판)
9 : 도전성 막
10, 20, 30, 120 : 와전류 손실 측정 센서
12 : 여기수신 일체형 코일
14 : 페라이트(투자성 부재)
15 : 자성 재료 도금
16 : 개구부
19 : 기초 회로 패턴 또는 기초 도전성 막
22 : 수신 코일
24 : 와전류 여기 코일
32 : 광학식 변위 센서
34, 35 : Z 스테이지
36 : X-Y-Z 스테이지
38 : 스테이지 구동부
42 : 제어 컴퓨터
44 : 고주파 전원
46 : 광학식 변위 센서 컨트롤러
48, 49 : 임피던스 분석기
52 : 메모리
54 : 막 두께 연산부
58 : 레이저 변위 센서 컨트롤러
60, 70, 70' : 와전류 손실 측정 센서 유닛
63 : 레이저 변위 센서
68 : 여기수신 일체형 코일(공심 코일)
72, 74 : 정전 용량식 변위 센서 전극
88 : 정전 용량식 변위 센서
본 발명은 이하의 수단에 의해 상기 과제를 해결한다.
즉, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따르면, 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시킴과 동시에, 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하는 여기수신(勵起受信) 일체형 코일과, 제 1 투자성(透磁性) 재료로 형성되고 상기 여기수신 일체형 코일 내에 삽입되어 코어를 이루는 제 1 투자성 부재와, 제 2 투자성 재료로 형성되고 상기 제 1 투자성 부재 및 상기 여기수신 일체형 코일을 둘러 싸도록 설치되고, 상기 도전성 막과의 대향면에서 상기 여기수신 일체형 코일의 적어도 일부의 영역이 노출하도록 개구가 형성된 제 2 투자성 부재를 구비하는 와전류 손실 측정 센서가 제공된다.
상기 여기수신 일체형 코일에 의해 생성되는 자속은 상기 제 1 투자성 부재를 통해 상기 개구부에서만 외부로 누설되며, 그 후 곡선을 그려 상기 제 2 투자성 부재를 경유하여 상기 제 1 투자성 부재로 복귀하는 자기 경로를 형성한다. 또한, 상기 제 2 투자성 부재에 의해 자속이 센서 외부의 주변으로 누설되는 것이 방지된다. 이에 따라, 상기 곡선을 급경사인 것으로 할 수 있다. 따라서, 상기 곡선의 정점이 상기 도전성 막 내에 위치하도록 상기 와전류 손실 측정 센서를 상기 도전성 막에 근접하여 대향 배치함으로써, 매우 미소한 영역에서만 와전류를 여기시킬 수 있다. 이에 따라, 국소적인 영역에서 와전류 손실량을 측정할 수 있기 때문에, 측정 대상을 파괴하지 않고, 또한 도전성 막의 막 형성 공정, 에칭 공정 또는 연마 공정을 방해할 우려도 없는, 고정밀도의 와전류 손실 측정 센서가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 2 실시 형태에 따르면, 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키는 와전류 여기 코일과, 상기 와전류 여기 코일 내에서 상기 와전류 여기 코일에 의해 권선되도록 설치되고, 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하는 수신 코일과, 제 1 투자성 재료로 형성되고, 상기 수신 코일 내에 삽입되어 코어를 이루는 제 1 투자성 부재와, 제 2 투자성 재료로 형성되고 상기 제 1 투자성 부재와 상기 수신 코일과 상기 와전류 여기 코일을 둘러 싸도록 설치되고, 상기 도전성 막과의 대향면에서 상기 수신 코일의 적어도 일부의 영역이 노출하도록 개구가 형성된 제 2 투자성 부재를 구비하는 와전류 손실 측정 센서가 제공된다.
이와 같이, 와전류 여기용 코일과 수신용 코일을 구비함으로써 보다 우수한 분해능을 갖는 와전류 손실 측정 센서가 제공된다.
상기 개구는 상기 도전성 막의 국소적 영역에만 자속이 방출되도록 상기 제 1 투자성 부재와의 거리가 조정되어 설치된다.
전술한 와전류 손실 측정 센서에 있어서, 상기 개구의 표면부 또는 상기 개구 및 상기 개구 근방 영역의 표면부는, 상기 제 2 투자성 재료보다도 투자율이 높은 제 3 투자성 재료를 이용하여 형성되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 개구로부터 방출되는 자속을 더욱 국소적인 영역에 집중시키는 것이 가능하게 된다.
상기 제 1 내지 제 3 투자성 재료는 전기적 절연 재료를 포함하며, 또한 전기적 절연 재료는 페라이트를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제 3 실시 형태에 따르면, 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시킴과 동시에, 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 와전류 손실 측정 센서와, 와전류 손실 측정 센서로부터 출력된 상기 고주파 전류를 검지하여, 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하여 상기 와전류 손실의 크기를 나타내는 데이터로서 출력하는 와전류 손실 측정 수단과, 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서와의 거리를 측정하는 거리 측정 수단과, 상기 와전류 손실 측정 수단의 측정 결과와 상기 거리 측정 수단의 측정 결과에 기초하여 상기 도전성 막의 막 두께를 산출하는 막 두께 연산 수단을 구비하는 막 두께 측정 장치가 제공된다.
상기 거리 측정 수단이 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서와의 거리를 측정하고, 측정된 거리와 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화에 기초하여 상기 막 두께 연산 수단이 상기 도전성 막의 막 두께를 산출한다. 이에 따라, 높은 정밀도로 막 두께를 측정하는 비접촉 비파괴식 막 두께 측정 장치가 제공된다.
상기 고주파 전류의 주파수는 약 1MHz∼약 10 MHz가 바람직하다.
전술한 막 두께 측정 장치에 있어서, 상기 와전류 손실 측정 센서는 상기 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시킴과 동시에, 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하여 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 여기수신 일체형 코일과, 제 1 투자성 재료로 형성되고 상기 여기수신 일체형 코일 내에 삽입되어 코어를 이루는 제 1 투자성 부재와, 제 2 투자성 재료로 형성되고, 상기 제 1 투자성 부재 및 상기 여기수신 일체형 코일을 둘러 싸도록 설치된 제 2 투자성 부재를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 와전류 손실 측정 센서는, 상기 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키는 와전류 여기 코일과, 상기 와전류 여기 코일 내에서 상기 와전류 여기 코일에 의해 권선되도록 설치되고, 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하여 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 수신 코일과, 제 1 투자성 재료로 형성되고, 상기 수신 코일 내에 삽입되어 코어를 이루는 제 1 투자성 부재와, 제 2 투자성 재료로 형성되고, 상기 제 1 투자성 부재, 상기 수신 코일 및 상기 와전류 여기 코일을 둘러 싸도록 설치된 제 2 투자성 부재를 갖는 것이 될 수 있다.
상기 제 2 고투자성 부재는 상기 도전성 막과의 대향면에서, 상기 여기수신 일체형 코일 또는 상기 수신 코일의 적어도 일부의 영역이 노출하도록 개구가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 2 투자성 부재에 상기 개구가 형성되는 경우는, 도전성 막의 막 두께를 국소적으로 측정할 수가 있다. 이에 따라, 패턴이 형성된 기판상에 형성된 도전성 막 등, 막 두께의 변동이 큰 도전성 막이어도, 높은 정밀도로 측정할 수가 있다. 이 것은 막 형성 공정과 병행하여 막 두께를 모니터링하는 경우에 특히 이점이 있다.
또한, 상기 개구는 상기 도전성 막의 국소적 영역에만 자속이 방출되도록, 상기 제 1 투자성 부재와의 거리가 조정되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 개구의 표면부 또는 상기 개구의 표면부 및 상기 개구 근방 영역의 표면부는, 상기 제 2 투자성 재료보다도 투자율이 높은 제 3 투자성 재료를 이용하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 개구로부터 방출되는 자속을 더욱 국소적인 영역에 집중시키는 것이 가능하게 된다.
상기 막 두께 측정 장치가 구비하는 상기 와전류 손실 측정 센서에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 투자성 재료는 전기적 절연 재료를 포함하며, 또한, 전기적 절연 재료는 페라이트를 포함하는 것이 바람직하다.
전술한 막 두께 측정 장치는, 상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막과의 상기 거리, 상기 고주파 전류의 주파수, 상기 도전성 막의 막 두께 및 상기 도전성 막의 비저항과, 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화와의 상호 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께 및 상기 비저항과, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화와의 상호 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께 및 상기 비저항과, 상기 고주파 전류의 위상의 변화와의 상호 관계를 나타내는 측정용 데이터를 저장하는 기억 수단을 더 구비하고, 상기 막 두께 연산 수단은 측정된 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 상기 측정용 데이터와 대조함으로써 상기 도전성 막의 막 두께를 산출하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 막 두께 측정 장치는 상기 도전성 막이 표면에 형성되는 기판을 지지하는 스테이지와, 상기 거리 측정 수단의 측정 결과에 기초하여 상기 스테이지와 와전류 손실 측정 센서와의 상대적 위치 관계를 제어하는 제어 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제어 수단에 의해, 상기 거리 측정 장치의 측정 결과에 기초하여 상기 스테이지와 와전류 손실 측정 센서와의 거리를 거의 일정하게 유지하는 것이 가능하게 된다.
상기 제어 수단은 상기 도전성 막으로의 와전류의 여기에 앞서서, 상기 와전류의 영향을 벗어나는 영역에 상기 와전류 손실 측정 센서를 이동시키고, 상기 와전류 손실 측정 수단은 상기 와전류의 영향을 벗어나는 영역에서 측정한 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스, 상기 고주파 전류의 전류값 또는 상기 고주파 전류의 위상을 측정 기준값으로서 측정하고, 상기 막 두께 연산 수단은 산출한 막 두께를 상기 측정 기준값에 기초하여 보정하는 것이 바람직하다.
상기 보정 처리에 의해, 외부 요인 또는 내부 요인에 의한 측정 오차를 적절하게 보정할 수가 있다.
상기 막 두께 측정 장치에 있어서, 상기 와전류의 영향을 벗어나는 영역에는 측정 기준이 되는 기준 도전성 막이 소정의 막 두께로 사전에 준비되고, 상기 제어 수단은 상기 측정 대상인 도전성 막으로의 와전류의 여기에 앞서서 상기 기준 도전성 막이 준비된 영역에 상기 와전류 손실 측정 센서를 이동시키고, 상기 와전류 손실 측정 수단은 상기 기준 도전성 막이 형성된 영역에서 측정한 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스, 상기 고주파 전류의 전류값, 또는 상기 고주파 전류의 위상을 측정 기준값으로서 측정할 수 있다.
또한, 상기 기준 도전성 막은 서로 다른 도전율을 갖는 도전 재료로부터 서로 다른 막 두께로 형성된 복수의 기준 도전성 막이고, 상기 와전류 손실 측정 수단은 복수의 측정 기준값을 측정하고, 상기 막 두께 연산 수단은 산출한 막 두께를 상기 복수의 측정 기준값에 기초하여 보정하는 것이 더욱 바람직하다.
전술한 막 두께 측정 장치는, 상기 스테이지를 이동시키는 스테이지 이동 수단과, 상기 와전류 손실 측정 센서를 이동시키는 센서 이동 수단을 더 구비하며, 상기 제어 수단은 상기 도전성 막의 막 형성 공정, 에칭 공정 또는 연마 공정에 병행하여 상기 와전류 손실 측정 센서가 상기 도전성 막과의 사이에서 거의 일정한 상호간 거리를 유지하면서 상기 도전성 막 위를 스캔하도록, 상기 스테이지 이동 수단 혹은 상기 센서 이동 수단 또는 상기 스테이지 이동 수단 및 상기 센서 이동 수단을 제어하는 것이 바람직하다.
상기 제어 수단에 의해, 상기 와전류 손실 측정 센서를 스캔시킴으로써 고속으로 막 두께를 측정할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치는, 상기 스테이지를 이동시키는 스테이지 이동 수단을 더 구비하며, 상기 제어 수단은 상기 도전성 막의 막 형성 공정, 에칭 공정 또는 연마 공정에 병행하여 상기 와전류 손실 측정 센서가 상기 도전성 막 위를 스캔하도록, 상기 스테이지 이동 수단을 제어하고, 상기 막 두께 연산 수단은 상기 거리 측정 수단의 측정 결과를 수신하여, 산출한 상기 막 두께값을 보정하는 것일 수 있다.
상기 거리 측정 수단의 측정 결과를 수신하여 산출한 상기 막 두께값을 보정함으로써, 측정 동작 중에 상기 거리를 일정하게 유지할 필요가 없어진다. 이에 따라, 막 형성 공정과 병렬로 더욱 고속으로 상기 와전류 손실 측정 센서를 도전성 막 위에서 스캔시킬 수 있다.
상기 와전류 손실 측정 센서는, 상기 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시킴과 동시에, 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하여 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 여기수신 일체형의 공심(air-cored, 空芯) 코일을 포함하며, 상기 거리 측정 수단은 상기 공심 코일의 상측에 설치되고, 레이저광을 발생하여 상기 공심 코일의 공심을 경유하여 상기 도전성 막의 표면에 입사되고, 상기 공심을 경유하고 상기 도전성 막의 표면으로부터의 반사광을 수광하는 레이저 변위 센서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 와전류 손실 측정 센서는, 상기 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키는 와전류 여기 코일과, 상기 와전류 여기 코일 내에서 상기 와전류 여기 코일에 의해 권선되도록 설치되고, 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하여 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 공심의 수신 코일을 포함하며, 상기 거리 측정 수단은 상기 수신 코일의 위측에 설치되고, 레이저광을 발생하여 상기 수신 코일의 공심을 경유하여 상기 도전성 막의 표면에 입사시켜, 상기 공심을 경유하여 상기 도전성 막의 표면으로부터의 반사광을 수광하는 레이저 변위 센서를 포함하는 것일 수 있다.
상기 레이저 변위 센서는, 상기 공심 코일 또는 상기 수신 코일의 공심을 경유하여 상기 도전성 막의 표면에 레이저광을 조사하고, 또한, 상기 공심을 경유하여 그 반사광을 수광하기 때문에, 상기 레이저광은 상기 공심의 중심선과 상기 도전성 막의 표면과의 교점 또는 그 근방 영역에 조사한다. 따라서, 상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막과의 상기 거리를 직접 측정할 수가 있다. 이에 따라, 상기 거리의 측정과 와전류 손실의 측정을 동시 병행으로 실행하는 것이 가능하게 된다.
전술한 막 두께 측정 장치에 있어서는, 상기 도전성 막의 막 두께 측정에 앞서서 상기 레이저 변위 센서를 구동하여 상기 거리를 측정하고, 그 측정 결과에 대하여 측정 오차를 보정하는 거리 측정 오차 보정 수단을 더 구비하며, 상기 제어 수단은 상기 와전류 손실 측정 센서가 대략 일정한 상호간 거리를 유지하면서 상기 도전성 막 위를 스캔하도록, 상기 거리 측정 오차 보정 수단에 의해 보정된 측정 거리에 기초하여 상기 스테이지 이동 수단 및 상기 센서 이동 수단을 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 와전류 손실 측정 센서가 대략 일정한 상호간 거리를 유지하면서 상기 도전성 막 위를 스캔하는 것과는 대체적으로, 상기 막 두께 연산 수단이, 산출한 상기 막 두께값을 상기 거리 측정 오차 보정 수단에 의해 보정된 측정 거리에 기초하여 보정할 수 있다.
상기 거리 측정 오차 보정 수단이 막 두께 측정에 앞서서 상기 거리의 측정 오차를 보정하기 때문에, LSI 패턴 상에 형성되어 반사율의 변화가 큰 도전성 막이나 표면의 거칠기가 심한 도전성 막에 관해서도, 적은 측정 포인트로 상기 거리의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치에 있어서, 상기 거리 측정 수단은 상기 와전류 손실 측정 센서에 근접하여 설치된 전극을 가지며, 이 전극과 상기 도전성 막과의 사이의 정전 용량에 기초하여 상기 거리를 측정하는 정전 용량식 변위 센서를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 정전 용량식 변위 센서는 상기 도전성 막의 표면에서의 빛의 반사율이나 표면의 거칠기의 영향을 받지 않기 때문에, 상기 거리 측정 수단은 상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막과의 상기 거리를 높은 정밀도로 측정할 수가 있다. 이 경우, 상기 도전성 막은 접지 전위에 유지된다. 이것은, 상기 도전성 막이 형성되는 기판의 측면을 접지에 접속함으로써, 또는, 상기 도전성 막의 영역 중에 막 두께 측정에 영향을 주지 않은 영역의 표면 혹은 뒷면을 접지에 접속함으로써 실현된다.
상기 측정 전극은, 그 저면이 상기 와전류 손실 측정 센서의 저면과 실질적으로 동일한 평면 내에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 거리를 직접 측정할 수가 있다.
또한, 상기 측정 전극은 고저항 재료로 형성된 박막 전극일 수 있다. 이에 따라, 상기 측정 전극 자체에 와전류가 발생할 우려를 줄일 수 있다.
또한, 상기 측정 전극은 상기 와전류 손실 측정 센서를 권선하는 링 형상을 가지며, 상기 측정 전극의 외부 직경은 상기 와전류 손실 측정 센서에 의해 상기 도전성 막에 여기된 와전류에 의해 와전류 손실이 발생하는 영역의 직경과 실질적으로 동일하고, 또한, 상기 측정 전극의 내경은 상기 와전류 손실 측정 센서에 의해 상기 측정 전극 내에 여기되는 와전류가 측정상 무시할 수 있을 정도에 작고, 또한 상기 측정 전극과 상기 도전성 막과의 사이의 상기 정전 용량이 측정할 수 있을 정도의 표면적을 상기 측정 전극에 제공하도록 선택되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 와전류의 발생을 더욱 회피할 수 있다.
전술한 막 두께 측정 장치에 있어서, 상기 스테이지는 절연 재료 또는 상기 고주파 자계를 수신하여 측정상 무시할 수 있을 정도의 와전류 만이 발생하도록 하는 도전율을 갖는 재료로 형성될 수 있다. 이에 따라, 스테이지에서 발생하는 와전류 손실이 크게 억제되기 때문에, 측정의 정밀도를 더욱 높일 수 있다.
상기 막 두께 측정 장치는, 상기 고주파 전류의 주파수를 제어하는 주파수 제어 수단을 더 구비하는 것이 바람직하다.
와전류의 상기 도전성 막으로의 침투 심도는, 와전류를 여기시키는 자장의 주파수에 따라서 변화한다. 따라서, 도전성 막의 막 두께의 예상값에 따라서 상기 고주파 전류의 주파수를 유연하게 조정함으로써, 장치의 분해능을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치를 상기 도전성 막의 막 형성 공정과 병행하여 이용하는 경우에는, 막 두께의 변화에 따라서 상기 고주파 전류의 주파수를 적절하게 조정할 수가 있다. 이에 따라, 더욱 고속이고 상기 기판면 내를 스캔할 수 있음과 동시에, 실시간으로 고정밀도의 막 두께 모니터링이 가능하게 된다.
또한, 상기 도전성 막은 도전성 재료를 포함하는 회로 패턴 또는 기초 도전성 막의 상측에 형성되며, 상기 막 두께 측정 장치의 상기 막 두께 연산 수단은 상기 회로 패턴 또는 상기 기초 도전성 막의 막 두께값을 하층 막 두께값으로서 사전에 산출하여, 상기 도전성 막의 형성 중에 또는 형성 후에 상기 하층 막 두께값과 상기 도전성 막의 막 두께값과의 합계 막 두께값을 산출하여, 이 합계 막 두께값으로부터 상기 하층 막 두께값을 감산하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 사전에 산출한 하층 막 두께값을 합계 막 두께값으로부터 감산하기 때문에, 측정 대상의 도전성 막이 회로 패턴 또는 기초 도전성 막의 상측에 형성된 경우이어도 막 두께값만을 정확하게 측정할 수가 있다.
전술한 막 두께 측정 장치는 복수의 상기 와전류 손실 측정 센서를 구비하는 것이 바람직하다.
복수의 와전류 손실 측정 센서를 동시에 제어하여, 상기 기판상의 상기 도전성 막의 면 내에서 스캔함으로써, 막 두께의 분포를 고속으로 측정할 수가 있다.
상기 와전류 손실 측정 센서는, 상기 측정 대상이 되는 상기 도전성 막이 형성되는 면, 에칭되는 면, 또는 연마되는 면에 대향하여 설치되는 경우와, 상기 측정 대상이 되는 상기 도전성 막이 형성되는 면과는 반대측의 기판면에 대향하여 설치되는 경우와, 상기 측정 대상이 되는 상기 도전성 막이 형성되는 면과 상기 측정 대상인 도전성 막이 형성되는 면과는 반대측의 기판면 중의 어느 면에라도 대향하여 설치되는 경우를 포함한다.
와전류 손실 측정 센서를 측정 대상이 되는 상기 도전성 막이 형성되는 면, 에칭되는 면 또는 연마되는 면과는 반대측의 기판면에 대향하여 설치하는 경우에는, 막 형성 공정, 에칭 공정 또는 연마 공정에서, 측정 대상인 도전 형성의 형성, 에칭 또는 연마를 방해하는 우려를 해소하여, 기판면에 와전류 손실 측정 센서를 접촉시키서 측정하는 것도 가능하다. 또한, CMP 연마 공정에 있어서는, 연마용 툴과의 접촉을 회피하면서 스캔할 필요도 없어진다. 이에 따라, 측정상의 제약이 크게 감소하여, 설계의 자유도 및 측정의 처리량 중의 어느 것에 대해서도 우수한 막 두께 측정 장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 4 실시 형태에 따르면, 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시킴과 동시에 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실을 검지하는 와전류 손실 측정 센서와 거리 측정 수단을 구비하는 막 두께 측정 장치를 이용한 막 두께 측정 방법에 있어서, 상기 거리 측정 수단에 의해 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 공정과, 상기 와전류 손실 측정 센서에 고주파 전류를 공급하고, 상기 고주파 자계를 여자하여 상기 도전성 막에 와전류를 여기하여, 상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력되는 상기 고주파 전류로부터 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하는 와전류 손실 측정 공정과, 상기 임피던스의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 또는, 상기 고주파 전류의 상기 전류값의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 또는, 상기 고주파 전류의 위상의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리에 기초하여, 상기 도전성 막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 공정을 구비하는 막 두께 측정 방법이 제공된다.
상기 막 두께 측정 방법에 따르면, 상기 임피던스의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 또는 상기 고주파 전류의 상기 전류값의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리에 기초하여, 상기 도전성 막의 막 두께를 산출하기 때문에, 비접촉 및 비파괴 형태로 고정밀도의 막 두께 측정을 실현할 수 있다.
상기 거리 측정 수단은 광학식 변위 센서를 포함하며, 상기 막 두께 측정 방법은 상기 도전성 막의 막 두께 측정에 앞서서 상기 광학식 변위 센서를 구동하여 상기 거리를 측정하고, 그 측정 결과에 대하여 측정 오차를 보정하는 거리 측정 오차 보정 공정을 더 구비하며, 상기 막 두께 산출 공정은 산출한 상기 막 두께값을 상기 거리 측정 오차 보정 공정에 의해 보정된 측정 거리에 기초하여 보정하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 거리 측정 오차 보정 공정을 더 구비하기 때문에, LSI 패턴 상에 형성되어 반사율의 변화가 큰 도전성 막이나 표면의 거칠기가 심한 도전성 막에 관해서도, 적은 측정 포인트로 상기 거리의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상기 와전류 측정 센서는 공심 코일을 포함하며, 상기 거리 측정 수단은 상기 공심 코일의 상측에 설치되고, 레이저광을 발생하여 상기 공심 코일의 공심을 경유하여 상기 도전성 막의 표면에 입사되고, 상기 공심을 경유하여 상기 도전성 막의 표면으로부터의 반사광을 수광하는 레이저 변위 센서를 포함하고, 상기 거리 측정 공정과 상기 와전류 손실 측정 공정은 병행하여 동시에 실행되는 것이 바람직하다.
상기 레이저 변위 센서는, 상기 공심 코일의 공심을 경유하여 상기 도전성 막의 표면에 레이저광을 조사하고, 또한, 상기 공심을 경유하여 그 반사광을 수취하기 때문에, 상기 레이저광은 상기 공심의 중심선과 상기 도전성 막의 표면과의 교점 또는 그 근방 영역에 조사한다. 따라서, 상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막과의 상기 거리를 직접 측정할 수가 있다. 이에 따라, 상기 거리의 측정 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 상기 거리 측정 공정과 상기 와전류 손실 측정 공정을 병행하여 동시에 실행하기 때문에, 막 두께 측정의 처리량이 대폭 향상된다.
본 발명에 따른 막 두께 측정 방법에 있어서, 상기 거리 측정 수단은 상기 와전류 손실 측정 센서에 근접하여 설치된 측정 전극을 가지며, 이 측정 전극과 상기 도전성 막과의 사이의 정전 용량에 기초하여 상기 거리를 측정하는 정전 용량식 변위 센서를 포함하여,
상기 거리 측정 공정과 상기 와전류 손실 측정 공정은 병행하여 동시에 실행되는 것이 바람직하다.
상기 측정 방법에 따르면, 상기 도전성 막의 표면에 있어서의 빛의 반사율이나 표면의 거칠기의 영향을 받지 않은 상기 정전 용략식 변위 센서를 이용하므로, 상기 거리를 높은 정밀도로 측정할 수가 있다.
상기 와전류 손실 측정 공정에 앞서서, 상기 와전류 손실의 영향을 벗어나는 영역에서 상기 와전류 손실 측정 센서에 상기 고주파 전류를 공급하고, 상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력된 상기 고주파 전류로부터 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스, 상기 고주파 전류의 전류값, 또는 상기 고주파 전류의 위상을 측정 기준값으로서 측정하는 기준값 측정 공정을 더 구비하며, 상기 막 두께 산출 공정은 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화에 기초하여 상기 도전성 막의 막 두께를 산출하는 제 1 산출 공정과, 산출된 막 두께의 값을 상기 측정 기준값에 기초하여 보정하는 제 1 보정 공정을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 와전류 손실의 영향을 벗어나는 영역에서 측정 기준값을 취득하는 기준값 측정 공정을 더 구비하며, 상기 막 두께 측정 공정이 산출된 막 두께의 값을 상기 측정 기준에 기초하여 보정하는 제 1 보정 공정을 포함하기 때문에, 장치의 요동 등에 기인하는 측정값의 변동을 방지할 수가 있다.
상기 와전류의 영향을 벗어나는 영역에는, 측정 기준이 되는 기준 도전성 막이 소정의 막 두께로 사전에 준비되고, 상기 기준값 측정 공정은 상기 기준 도전성 막이 형성된 영역에서 측정한 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스, 상기 고주파 전류의 전류값 또는 상기 고주파 전류의 위상을 상기 측정 기준값으로서 측정하는 공정일 수 있다.
또한, 상기 기준 도전성 막은 서로 다른 도전율을 갖는 도전 재료로부터 서로 다른 막 두께로 형성된 복수의 기준 도전성 막이고, 상기 기준값 측정 공정은 복수의 상기 측정 기준값을 측정하는 공정일 수 있다.
상기 막 두께 측정 장치는 상기 도전성 막이 표면에 형성된 기판을 지지하는 스테이지를 더 구비하며, 상기 와전류 손실 측정 공정은 상기 거리 측정 공정의 측정 결과에 기초하여, 상기 거리가 거의 일정하도록 상기 스테이지와 상기 와전류 손실 측정 센서와의 상대적 위치 관계를 제어하는 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 거리가 거의 일정하도록 상기 상대적 위치 관계를 제어하는 공정 대신에, 상기 막 두께 산출 공정이 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화에 기초하여 상기 도전성 막의 막 두께를 산출하는 제 1 산출 공정과, 상기 거리와 상기 임피던스와의 관계, 또는 상기 거리와 상기 고주파 전류의 전류값과의 관계, 또는 상기 거리와 상기 고주파 전류의 위상과의 관계에 기초하여 상기 제 1 산출 공정에서 얻어진 막 두께값을 보정하는 제 2 보정 공정을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 막 두께 측정 장치가 상기 도전성 막의 막 형성 공정, 에칭 공정 또는 연마 공정에 이용되며, 상기 막 두께 측정 방법은 상기 막 형성 공정, 에칭 공정 또는 연마 공정과 병행하여 실행되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 막 두께 측정 방법은 상기 도전성 막의 원하는 막 두께에 따른 주파수가 되도록, 상기 고주파 전류의 주파수를 제어하는 공정을 더욱 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 도전성 막은 도전성 재료를 포함하는 회로 패턴 또는 기초 도전성 막의 상측에 형성되며, 상기 막 두께 측정 방법은 상기 회로 패턴 또는 상기 기초 도전성 막의 막 두께값을 하층 막 두께값으로서 사전에 산출하는 공정과, 상기 도전성 막의 형성 중에 또는 형성 후에 상기 하층 막 두께값과 상기 도전성 막의 막 두께값의 합계 막 두께값을 산출하는 공정과, 산출한 상기 합계 막 두께값으로부터 상기 하층 막 두께값를 감산하는 공정을 포함하면 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명의 제 5 실시 형태에 따르면, 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시킴과 동시에 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실을 검지하는 와전류 손실 측정 센서와, 거리 측정 수단 및 컴퓨터를 구비하는 막 두께 측정 장치에 이용되며, 상기 거리 측정 수단에 의해 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 순서와, 상기 와전류 손실 측정 센서에 고주파 전류를 공급하여, 상기 고주파 자계를 여자하여 상기 도전성 막에 와전류를 여기시키는 와전류 여기 순서와, 상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력되는 상기 고주파 전류로부터 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하는 와전류 손실 측정 순서와, 상기 임피던스의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 또는, 상기 고주파 전류의 상기 전류값의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 또는, 상기 고주파 전류의 위상의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리에 기초하여, 상기 도전성 막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 순서를 포함하는 막 두께 측정 방법을 상기 컴퓨터 상에서 실행시키는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
상기 막 두께 측정 방법은, 상기 도전성 막의 막 두께 측정에 앞서서 상기 거리를 측정하고, 그 측정 결과에 대하여 측정 오차를 보정하는 거리 측정 오차 보정 순서를 더 구비하며, 상기 막 두께 산출 순서는 산출한 상기 막 두께값을 상기 거리 측정 오차 보정 순서에 의해 보정된 측정 거리에 기초하여 보정하는 순서를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 막 두께 측정 방법에 있어서, 상기 거리 측정 순서와 상기 와전류 손실 측정 순서는 병행하여 동시에 실행되는 것이 바람직하다.
상기 막 두께 산출 순서는, 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화에 기초하여 상기 도전성 막의 막 두께를 산출하는 제 1 산출 순서와, 상기 거리와 상기 임피던스와의 관계, 또는 상기 거리와 상기 고주파 전류의 전류값과의 관계, 또는 상기 거리와 상기 고주파 전류의 위상과의 관계에 기초하여 상기 제 1 산출 순서로 얻어진 막 두께값을 보정하는 제 2 보정 순서를 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 몇 개의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 각 도면에 있어서 동일한 부분에는 동일한 참조 번호를 붙여그 설명을 적절하게 생략한다.
(1) 와전류 손실 측정 센서의 실시형태
우선, 본 발명에 따른 와전류 손실 측정 센서의 몇 개의 실시 형태에 대하여 설명한다.
(a) 와전류 손실 측정 센서의 제 1 실시 형태
도 1의 (a)는 본 발명에 따른 와전류 손실 측정 센서의 제 1 실시 형태를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 1의 (b)는 그의 저면도이다.
도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 와전류 손실 측정 센서(10)는 원통 형상의 코일(12)과, 코일(12)의 내부에 삽입되는 페라이트 코어(14a)(제 1 투자성 부재)와, 코일(12) 및 페라이트 코어(14a)를 둘러 싸도록 설치된 페라이트(14b∼14d)(제 2 투자성 부재)를 구비하고 있다..
코일(12)은 고주파 전원(도시하지 않음)으로부터 고주파 전류를 수신하여 자장을 형성함과 동시에, 측정 대상물인 도전성 막(9)에 여기되는 와전류로 생성되는 자장을 수신하는 여기수신 일체형 코일로 되어 있다.
중심축을 이루는 페라이트 코어(14a)와 주변의 페라이트(14b∼14d)는 어느것이나 비교적 높은 비투자율, 예를 들면 400을 갖는다.
본 실시 형태의 와전류 손실 측정 센서의 특징은, 페라이트(14) 중, 도전성 막(9)과의 대향면인 저면에 위치하는 페라이트(14b) 중에 개구(16)가 형성되어 있는 점에 있다. 개구(16)는 도 1의 (b)에도 도시한 바와 같이, 페라이트(14b)에서 페라이트 코어(14a)의 주변 영역에서 원형 고리 형상의 오목부를 이루도록 형성되며, 그 저면에 있어서 코일(12)의 저면이 노출되는 형상으로 되어 있다. 또한, 개구(16)의 표면과 페라이트(14a, 14b)의 표면 영역중 개구(16)의 근방 영역에는, 페라이트(14a, 14b)의 재료보다도 더욱 투자율이 높은 고투자율 재료에 의해 도금(15)이 실시되고 있다. 이에 따라, 국소적인 영역에만 자속 NF1을 집중하여 방출시킬 수 있다.
도 1에 도시하는 와전류 손실 측정 센서(10)의 동작은 다음과 같다.
코일(12)에 고주파 전류를 공급하면, 코일(12)에 의해 발생한 자속선 MF1은, 페라이트 코어(14a)의 중심축을 통과하여 개구(16)에 도달하며, 개구(16) 내에서만 외부에 누설되어, 코일(12)의 하측에서 1 정점을 이루는 급격한 포물선을 그려 페라이트(14b) 내로 리턴하고, 측면부의 페라이트(14c), 정점부 페라이트(14d)를 경유하여 페라이트 코어(14a)의 중심축으로 다시 리턴하는 식의 자기 경로를 형성한다. 따라서, 와전류 손실 측정 센서(20)의 측면 방향으로의 자장 분포가 매우 작게 억제되는 것 외에 바닥부의 페라이트(14b)의 중앙 영역에 원형 고리 형상의 개구(16)가 형성되며, 또한 개구(16)의 외측 주위면과 개구(16)를 권선하는 페라이트(14b)의 표면 영역에 자성 재료 도금(15)이 실시되고 있기 때문에, 자속은 개구(16)로부터만 외부로 누설된다.
따라서, 개구(16)로부터 누설되는 자속선이 그리는 포물선이 도전성 막(9) 내에 도달하도록, 와전류 손실 측정 센서(10)를 도전성 막(9)에 근접하여 배치하면, 코일(12)의 하측 영역에서만 와전류가 국소적으로 여기된다. 이 와전류에 의해 발생한 자계와 코일(12)로부터 발생한 자계와의 합성 자계를 받은 코일(12)의 임피던스, 고주파 전류의 전류값 또는 고주파 전류의 위상의 변화를 측정함으로써, 국소적으로 와전류 손실량을 측정할 수가 있다.
도 2는, 와전류 손실 측정 센서(10)에 고주파 전류를 공급한 경우에, 도전성 막(9)의 표면에 분포하는 자속 밀도를 시뮬레이션으로 구한 그래프이다. 도 2에서, 실선으로 도시한 그래프가 와전류 손실 측정 센서(10)를 이용한 경우의 시뮬레이션 결과이고, 또한 점선으로 도시한 그래프가 종래의 기술에 의한 와전류 손실 측정 센서의 일례를 이용한 경우의 시뮬레이션 결과이다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 센서의 중심으로부터 반경(R) 약 0.3mm의 영역 내에서 자속 밀도가 집중하여 분포하고 있고, 종래의 기술과 비교하여 매우 미소한 영역에만 분포하고 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태의 와전류 손실 측정 센서(10)에 따르면, 개구(16)로부터만 자속이 외부로 누설되기 때문에, 개구(16)가 도전성 막(9)에 대향하도록, 또한 충분한 자속선이 도전성 막(9) 내를 통과하는 거리, 예를 들면 0.3mm만큼 이격시켜 배치함으로써, 도전성 막(9) 내의 매우 미소한 영역에서만 와전류를 발생시킬 수 있다. 이러한 와전류의 영향에 의해 합성 자계가 변화하기 때문에, 와전류 손실 측정 센서(10)의 임피던스, 고주파 전류의 전류값 또는 고주파 전류의 위상의 변화를 측정함으로써, 와전류 손실량을 고정밀도로 측정할 수가 있다.
(b) 와전류 손실 측정 센서의 제 2 실시 형태
다음에, 본 발명에 따른 와전류 손실 측정 센서의 제 2 실시 형태에 관해서도 3을 참조하면서 설명한다.
도 3의 (a)는, 본 실시 형태의 와전류 손실 측정 센서(20)를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3의 (b)는 그 저면도이다. 도 1과 대비하여 알 수 있는 바와 같이, 본 실시 형태의 특징은 센서 내의 코일로서 와전류 여기 코일(24)과 수신 코일(22)을 갖는 점에 있다. 그 밖의 구성은, 전술한 와전류 손실 측정 센서(10)와 거의 동일하다. 또한, 본 실시 형태의 와전류 손실 측정 센서(20)의 동작도 전술한 제 1 실시 형태와 실질적으로 동일하다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 와전류 여기용과 와전류 손실 수신용에 각각 기능이 나누어진 2개의 코일을 이용하기 때문에, 보다 우수한 분해능을 갖는 와전류 손실 측정 센서가 제공된다.
전술한 2개의 실시 형태에 있어서, 페라이트(14b∼14d)는 개구(16)를 제외하고 페라이트 코어(14a) 및 코일(12) 또는 코일(22, 24)을 덮는 형상으로 구성하였지만, 본 발명에 따른 와전류 손실 측정 센서는 개구(16)로부터 국소적으로 자속이 외부로 누설되는 형상뒷면, 이들 형상에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 페라이트 코어(14a)와 페라이트(14b)의 코일 하측의 영역의 표면에만 자성 재질의 막을 붙인 형태일 수 있고, 또한, 페라이트(14c)의 외주면에만 자성 재질의 막을 붙인 것일 수도 있다. 또한, 제 1 및 제 2 투자성 재료로서 페라이트 재질을 이용하였지만, 이에 한정되는 것이 아니며, 투자율이 높은 것이면 다른 투자성 재료를 이용하여도 된다. 또한, 제 1 및 제 2 투자성 부재에 있어서도, 전부에 대해서 균일한 투자율 ρ을 갖을 필요는 없고, 자계가 센서 주변에 누설되는 것을 방지하여, 도전성 막(9)이 국소적인 영역에만 누설 자속을 집중시킬 수 있는 것이면, 그의 일부 또는 전부를 투자율이 더욱 높은 투자성 재료로 치환할 수 있음은 물론이다.
(2) 막 두께 측정 장치의 실시 형태
다음에, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 몇 개의 실시 형태에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다.
(a) 막 두께 측정 장치의 제 1 실시 형태
도 4는, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 1 실시 형태의 개략적인 구성을 도시한 블록도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(1)는 X-Y-Z 스테이지(36), 전술한 와전류 손실 측정 센서(20), Z 스테이지(34), 스테이지 구동부(38), 광학식 변위 센서(32), 광학식 변위 센서 컨트롤러(46), 고주파 전원(44), 임피던스 분석기(48) 및 장치 전체를 제어하는 제어 컴퓨터(42)를 구비한다.
X-Y-Z 스테이지(36)는, 표면에 측정 대상인 도전성 막(9)(도 1 참조)이 형성된 반도체 웨이퍼(8)를 상면에 장착하고, 스테이지 구동부(38)로부터 제어 신호의 공급을 수신하여 X-Y-Z의 임의의 방향으로 반도체 웨이퍼(8)를 이동한다. X-Y-Z 스테이지(36)는 절연 재료 또는 도전율이 낮은 재료로 형성되고, 와전류 손실 측정 센서(20)에 의해 발생하는 고주파 자계를 수신하여도 와전류가 전혀 발생하지 않든가, 또는 측정상 무시할 수 있을 정도의 미소량 와전류밖에 발생되지 않도록 되어있다.
광학식 변위 센서(32)는 광학식 변위 센서 컨트롤러(46)로부터 공급되는 제어 신호에 응답하여, 와전류 손실 측정 센서(20)와 도전성 막(9) 사이의 거리를 측정하여, 측정값을 광학식 변위 센서 컨트롤러(46)를 통해 제어 컴퓨터(42)에 공급한다. 광학식 변위 센서(32)와 광학식 변위 센서 컨트롤러(46)는 본 실시 형태에 있어서의 거리 측정 수단을 구성한다.
Z 스테이지(34)는 와전류 손실 측정 센서를 매달아 지지함과 동시에, 스테이지 구동부(38)로부터 제어 신호의 공급을 수신하여 와전류 손실 측정 센서를 Z 방향으로 이동한다.
스테이지 구동부(38)는 제어 컴퓨터(42)로부터 명령 신호를 수신하여 X-Y-Z 스테이지(36) 및 Z 스테이지(34)로 제어 신호를 공급한다.
고주파 전원(44)은 제어 컴퓨터(42)의 명령 신호에 기초하여 와전류 손실 측정 센서의 와전류 여기 코일(24)(도 3 참조)에 원하는 주파수의 고주파 전류를 공급한다. 전류의 주파수는 본 실시 형태에 있어서 약 1 MHz∼약 10 MHz이다.
고주파 전류를 수신한 와전류 여기 코일(24)은 고주파 자계를 형성하고, 그에 따라 도전성 막(9)에 국소적으로 와전류가 발생한다. 수신 코일(22)은 도전성 막(9)의 와전류에 의해 발생한 자계와 코일(24)에 의해 발생한 자계와의 합성 자계를 수신한다.임피던스 분석기(48)는 와전류 손실 측정 센서(20)의 수신 코일(22)(도 3 참조)에 접속되며, 계측용의 고주파 전류를 수신 코일(22)에 공급하여, 와전류 손실 측정 센서(20)의 임피던스에서의 와전류 손실 영향에 의한 변화, 계측용고주파 전류의 전류값에서의 와전류 손실 영향에 의한 변화 또는 계측용 고주파 전류의 위상에서의 와전류 손실 영향에 의한 변화를 측정하여 측정 결과를 제어 컴퓨터(42)에 공급한다.
제어 컴퓨터(42)는 막 두께 연산부(54)와 메모리(52)를 갖는다.
메모리(52)에는 측정 순서의 프로그램 및 각 종 측정용 데이터 테이블을 포함하는 레시피(recipe) 파일이 저장된다.
측정용 데이터로서는, 와전류 손실 측정 센서와 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF, 고주파 전원(44)으로부터 공급되는 전류의 주파수 f, 도전성 막(9)의 막 두께 t, 도전성 막(9)의 비저항 Q에 대한, 와전류 손실의 영향을 받은 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 임피던스 분석기(48)의 계측용 고주파 전류의 전류값의 변화 또는 계측용 고주파 전류의 전류 위상의 변화와의 관계를 나타내는 데이터가 포함된다. 이들 데이터는 막 두께 t의 산출을 위하여 또는 와전류 손실 측정 센서와 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF의 보정를 위하여 이용된다.
제어 컴퓨터(42)는 메모리(52)로부터 레시피 파일을 판독하고, 레시피 파일에 포함되는 측정 프로그램에 기초하여 측정 장치(1)의 전술한 각 구성 요소를 제어한다.
도 5 및 도 6은, 레시피 파일 내에 포함되는 측정용 데이터 테이블의 구체예를 도시한다. 도 5는 와전류 손실 측정 센서(20)와 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF에 대한 와전류 손실 측정 센서(20)의 인덕턴스 L(H)의 변화와 저항값 R(Ω)의 변화를 막 두께 t(0, 0.15, 1.0, 2.0)㎛를 파라미터로서 나타낸 일 예이다. 또한, 도 6은 와전류 손실 측정 센서(20)와 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF에 대응하여 변화하는 와전류 손실 측정 센서(20)의 인덕턴스(H)와 저항값(Ω)의 값을 비저항 ρ(ρ1, ρ2) 를 파라미터로서 나타낸 일 예이다. 도 5 및 도 6에 있어서, 실선으로 도시한 그래프는 인덕턴스 L의 변화를 나타내고, 점선으로 도시한 그래프는 저항값 R의 변화를 나타낸다.
제어 컴퓨터(42)의 막 두께 연산부(54)는 임피던스 분석기(48)로부터 공급된 측정 결과를 레시피 파일 내의 데이터 테이블과 대조함으로써 도전성 막(9)의 막 두께 t를 산출한다.
이하, 도 4에 도시하는 막 두께 측정 장치(1)를 이용한 막 두께 측정 방법에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(1)는 전술한 막 두께 측정을 반도체 제조 공정에서의 도전성 막의 막 형성 공정, 에칭 공정 또는 연마 공정과 병행하여 파이프라인 형태로 실행할 수가 있다.
막 두께의 측정 방법으로서는, 도전성 막(9)과 와전류 손실 측정 센서(20) 사이의 거리를 일정하게 유지하면서 측정하는 제 1 측정 방법과, 도전성 막(9)과 와전류 손실 측정 센서(20) 사이의 거리의 측정 결과를 이용하여 임피던스 분석기(48)의 측정 결과로부터 산출된 막 두께 t의 측정값을 보정하는 제 2 측정 방법과, 막 두께의 측정에 앞서서 도전성 막(9)과 와전류 손실 측정 센서(20) 사이의 거리의 변화를 데이터 테이블로서 사전에 취득하고, 이 데이터 테이블에 기초하여 웨이퍼의 휘어짐 등에 기인하는 측정 오차를 제거하면서 도전성 막(9)의 막 두께를 측정하는 제 3 측정 방법이 있다.
제 1 측정 방법에서는, 광학식 변위 센서(32)의 측정 결과에 기초하여 스테이지 구동부(38)에 의해 X-Y-Z 스테이지(36)와 Z 스테이지(34)를 모두 동작시키는 처리를 포함한다. 또한, 제 2 방법에서는, Z 스테이지(34)를 동작시키지 않고, 광학식 변위 센서(32)의 측정 결과에 기초하여 막 두께 t의 측정값을 보정하는 처리를 포함한다. 또한, 제 3 측정 방법에서는 이전 스캐닝에 의해 얻어진 거리 측정 결과에 대하여 측정 범위에서의 막 두께 측정점의 변위를 근사적으로 산출하는 처리를 포함한다.
도 4에 도시하는 막 두께 측정 장치(1)에 있어서는, 제 1 측정 방법 또는 제 2 측정 방법 중의 어느 것에도 적용할 수 있지만, 이하에서는 제 1 측정 방법에 적용한 경우에 관해서 설명한다.
측정 중에는, 측정 기준이 되는 값(이하, 기준값으로 칭한다)을 순차적으로 측정하고, 측정 오차를 보정한다(제 1 보정 처리). 이것은, 막 형성 공정 중, 에칭 공정 중 또는 연마 공정 중에 막 두께 측정 장치(1) 주위의 온도가 변화하거나, 임피던스 분석기(48) 자체에 요동이 발생하는 등의 원인으로, 측정값의 드리프트가 발생하는 것이 있기 때문이다. 구체적으로는, 도전성 막(9)의 막 두께 측정과 병행하여 X-Y-Z 스테이지(36)의 주변 영역에서 와전류 손실의 영향을 항상 받는 일이 없는 영역에서 와전류 손실 측정 센서의 임피던스, 고주파 전류의 전류값 또는 고주파 전류의 위상을 순차적으로 측정한다. 예를 들면 도 7에 도시한 바와 같이, 형성 시간 t의 경과와 함께, 도전성 막(9)이 형성되어 있지 않은 영역의 인덕턴스가 측정 개시 시간 t0에서 L0tO이고, t1에서 L0t1까지 증가한 경우에는, (L0t1-L0tO)은 측정 오차이다고 판단할 수 있다. 그래서, 도전성 막(9)이 형성된 영역의 측정 결과 L1t1에 대하여 L0tO만큼 감산하는 보정 처리를 행한다.
처음에, 고주파 전원(44)이 공급하는 고주파 전류의 주파수 f를 설정한다. 이것은, 측정 대상인 도전성 막(9)을 형성할 때 목적으로 하는 막 두께 t, 즉, 설계상의 막 두께값을 참조하여, 레시피 파일 내의 막 두께와 분해능의 관계를 나타내는 데이터 테이블에 기초하여 최적으로 생각되는 주파수 f를 설정한다.
도 8은, 도전성 막(9)의 막 두께 t(㎛)와 측정 장치의 분해능(㎛)의 관계를 주파수 f를 파라미터로서 측정한 예를 도시한다. 도 8의 그래프로부터 알 수 있듯이, 도전성 막(9)의 목표로 하는 막 두께 t가 얇을수록, 사용하는 고주파 전류의 주파수 f를 높게 함으로써, 장치의 분해능을 높일 수 있다. 이것은, 와전류를 여기시키는 자장의 주파수에 의해, 와전류의 도전성 막으로의 침투 심도가 변화하는 특징을 이용한 것이다.
이와 같이 하여 주파수 f가 설정된 고주파 전류를 와전류 손실 측정 센서(20)에 공급하고, 와전류 여기 코일(24)로부터 고주파의 자장이 발생하여, 개구부(16)로부터 누설되기 시작한 자속이 도전성 막(9) 내를 통과하면, 도전성 막(9)에 와전류가 여기되어, 하기 식(1)로 표시되는 와전류 손실 P가 발생한다.
여기서, 도전성 막(9)의 비저항 ρ은 형성하려고 하는 도전성 막(9)의 재질로부터 사전에 주어진다.
도전성 막(9)으로 이러한 와전류 손실 P가 발생하면, 도전성 막(9)의 막 두께 t에 따라서 수신 코일(22)의 임피던스, 수신 코일(22)에 흐르는 계측용 고주파 전류의 전류값 또는 고주파 전류의 위상이 변화한다.
도 9는, 막 형성의 진행에 따라 도전성 막(9)의 막 두께 t가 변화했을 때의 와전류 손실 측정 센서의 인덕턴스와 저항값의 변화를 측정한 일례를 나타낸다. 도 9에 있어서, 실선으로 도시한 그래프는 인덕턴스 L의 변화를 나타내고, 점선으로 도시한 그래프는 저항값 R의 변화를 나타낸다.
임피던스 분석기(48)는, 도 9에 도시한 바와 같은 변화를 모니터링하여 제어 컴퓨터(42)에 공급한다. 제어 컴퓨터(42)의 막 두께 연산부(54)는 사전에 작성되어 레시피 파일에 기입된 막 두께 t와 막의 저항값의 관계를 나타내는 데이터 테이블을 참조하면서 막 두께 t를 연산하여 출력한다.
막 두께 측정 장치(1)는 전술한 막 두께 측정을 웨이퍼(8)의 전면에 걸쳐서 처리한다. 즉, X-Y-Z 스테이지(36)가 레시피 파일에 사전에 설정된 순서에 따라서 연속적으로 이동하고, 그에 따라 웨이퍼(8)의 표면이 와전류 손실 측정 센서(20)에 의해서 스캔된다. 제어 컴퓨터(42)는 막 두께 연산부(54)가 산출한 막 두께 t의 값을 웨이퍼(8)의 (X, Y)좌표와 대응시켜 출력한다.
웨이퍼(8)의 표면에 패턴이 형성되어 있는 경우, 또는 막 형성 공정, 에칭 공정, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 연마 공정의 진행에 의해, 스테이지(36)의 이동에 따라서 도전성 막(9)의 막 두께 t가 변화한다. 이 때문에, 웨이퍼(8) 위를 와전류 손실 측정 센서(20)로 스캔할 때, 웨이퍼(8)의 휘어짐이나 X-Y-Z 스테이지(36)의 기울기 또는 Z 스테이지(34)의 기울기에 의해, 와전류 손실 측정 센서(20)와 도전성 막(9)의 표면의 거리 DSF가 변화하지만, 본 실시 형태에서는, 광학식 변위 센서(32)의 측정값에 기초하여 거리 DSF가 일정하게 되도록, 제어 컴퓨터(42)가 스테이지 구동부(38)로 제어 신호를 공급한다. 이 제어 신호에 기초하여, 스테이지 구동부(38)가 X-Y-Z 스테이지(36) 혹은 Z 스테이지(34) 또는 이들 모두를 z 방향으로 구동하고, 그에 따라 와전류 손실 측정 센서(20)와 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF가 일정하게 유지된다.
전술한 실시 형태에서는, 도전성 막이 형성되어 있지 않은 영역에서 기준값을 측정 중에 순차적으로 측정하고, 이에 기초하여 측정 오차의 보정을 행하였다. 그러나, 기준값 및 그 측정 방법은 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 소정의 막 두께의 도전성 막을 와전류의 영향을 벗어나는 영역에 사전에 형성하여 두고, 막 두께 측정에 앞서서 도전성 막의 위치로 X-Y-Z 스테이지(36)를 이동시켜 와전류 손실 측정 센서(20)의 임피던스, 측정용 고주파 전류의 전류값 또는 측정용 고주파 전류의 위상을 측정하고, 이것을 기준값으로 하여 측정 오차를 보정하여도 된다. 또한, 기준값은 1개로 한정되지 않고, 막 형성 공정의 수량이나 종류에 따라서 복수의 막 두께나 복수 종류의 도전율을 갖는 복수의 측정용 도전막을 와전류의 영향을 벗어나는 영역에 사전에 형성하여 두고, 복수의 기준값을 이용하여 측정 오차를 보정하는 것이어도 된다.
여기서, 측정 대상의 도전성 막(9)은, 예를 들면 도 10의 단면도에 개략적으로 도시한 바와 같이, 반도체 기판(8) 상에 형성되고 도전성 재료를 포함하는 회로 패턴 또는 기초 도전성 막(19) 상에 형성되는 경우도 있다. 이러한 경우, 도전성 막(9)의 위에서 와전류 손실을 측정하려고 하면, 기초 회로 패턴 또는 기초 도전성 막(19) 중의 도전성 재료에도 와전류가 발생한다. 이 때문에, 임피던스 분석기(48)는 측정 대상의 도전성 막(9) 뿐만아니라, 기초 회로 패턴 또는 기초 도전성 막 중의 와전류 손실도 함께 측정한다.
본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(1)에서는, 전술한 일련의 순서를 반복함으로써 이러한 기초 회로 패턴 또는 기초 도전성 막에 의한 측정 오차를 해소한다. 즉, 도전성 막(9)을 형성하기에 앞서, 회로 패턴 또는 기초 도전성 막(19)의 도전성 재료로부터 얻어지는 막 두께(이하, 하층 막 두께값으로 칭한다)를 측정하여 놓는다. 다음에, 회로 패턴 또는 기초 도전성 막(19)의 위에 도전성 막(9)이 형성된 후에, 상기 하층 막 두께값과 도전성 막(9)의 막 두께값의 합계 막 두께값을 측정한다. 마지막으로, 측정후의 합계 막 두께값으로부터 사전에 측정한 하층 막 두께값을 감산한다. 이에 따라, 도전성 막(9)만의 막 두께를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 도전성 막(9)의 막 형성 공정과 병행한 막 두께 측정을 행하는 경우에는, 합계 막 두께값의 측정값으로부터 전술한 사전에 얻어진 하층 막 두께값을 감산한 결과를 도전성 막(9)의 막 두께값으로서 출력한다.
(b) 막 두께 측정 장치의 제 2 실시 형태
도 11은 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 2 실시 형태의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 11에 도시하는 막 두께 측정 장치(2)는, 전술한 도 1에 도시한 여기수신 일체형의 와전류 손실 측정 센서(10)를 구비한다. 본 실시 형태에 있어서 임피던스 분석기(49)는 고주파 전원을 더 겸용하여, 고주파 전류를 여기수신 일체형 코일(12)(도 1 참조)에 공급한다. 그 밖의 구성은 도 4에 도시하는 막 두께 측정 장치(1)와 거의 동일하다.
본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(2)의 제어 방법 및 이를 이용한 막 두께 측정 방법은, 임피던스 분석기(49)가 고주파 전원을 겸용하는 점을 제외하면, (a)에 있어서 전술한 방법과 실질적으로 동일하다. 따라서, 이하에서는 본 실시 형태의 측정 장치(2)를 이용한 측정 방법에 관해서 전술한 제 2 측정 방법을 적용한 경우에 대해서 대표적으로 설명한다.
측정시에는, 전술한 제 1 측정 방법과 마찬가지로, 측정 기준값을 측정 중에 순차적으로 측정하고, 측정 오차를 보정한다(제 1 보정 처리). 또, 전술한 바와 같이, 측정 중에 순차적으로 기준값을 측정하는 것 대신에, 사전에 형성된 측정용 도전막으로부터 하나 또는 복수의 기준값을 측정에 앞서 취득하고, 이에 기초하여 측정 오차를 보정하여도 된다.
측정 개시에 있어서는, 우선 설계상의 막 두께값과 레시피 파일 내의 데이터테이블에 기초하여 고주파 전류의 주파수 f를 설정한다.
다음에, 이와 같이 주파수 f가 설정된 고주파 전류를 임피던스 분석기(49)로부터 와전류 손실 측정 센서(10)에 공급하고, 코일(12)에 고주파 자계가 여자시켜 도전성 막(9)에 와전류를 국소적으로 여기시킨다.
이 와전류에 의한 와전류 손실의 영향을 받아, 코일(12)의 임피던스, 코일(12)에 공급하는 고주파 전류의 전류값 또는 코일(12)에 공급하는 고주파 전류의 위상이 변화하기 때문에, 임피던스 분석기(49)는 이들 값의 변화를 측정하고, 측정 결과를 제어 컴퓨터(42)에 공급한다. 제어 컴퓨터(42)의 막 두께 연산부(54)는 사전에 작성되어 레시피 파일에 기입된 막 두께 t와 막의 저항값의 관계를 나타내는 데이터 테이블을 참조하면서 막 두께 t를 산출하여 출력한다.
스테이지 구동부(38)는 레시피 파일에 사전에 설정된 순서에 따라서 X-Y-Z 스테이지(36)를 연속적으로 이동한다. 이에 따라, 웨이퍼(8)의 표면상에서 와전류 손실 측정 센서를 스캔시킨다.
본 실시 형태에서는, 막 두께 연산부(54)는 광학식 변위 센서(32)로부터 공급되는 측정값 DSF에 기초하여, 산출한 막 두께값을 보정한다(제 2 보정 처리). 막 두께값의 보정은 레시피 파일 내의 측정 데이터 테이블(도 5 참조)에 기초하여 처리된다.
또한, 제어 컴퓨터(42)는 산출 처리 및 보정 처리에 의해 얻어진 막 두께값을 웨이퍼(8)의 (X, Y)좌표와 대응시켜 출력한다. 이와 같이 하여, 전술한 막 두께 측정이 웨이퍼(8)의 전면에 걸쳐 처리된다.
이와 같이, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(2)에 따르면, 산출한 막 두께값을 측정값 DSF에 기초하여 보정하기 때문에, 전술한 막 두께 측정 장치(1)와 달리, 스테이지 구동부(38)에 의해 X-Y-Z 스테이지(36)와 Z 스테이지(34)와의 상대적 위치 관계를 제어하고 도전성 막(9)과 와전류 손실 측정 센서(10)와의 거리를 일정하게 유지할 필요가 없다. 그 결과, 더욱 고속으로 와전류 손실 측정 센서를 웨이퍼(8)-L에 스캔시킬 수 있어, 실시간으로 고정밀도의 막 두께 모니터링이 가능하게 된다.
(c) 막 두께 측정 장치의 제 3 실시 형태
다음에, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 3 실시 형태에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다.
본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(3)는, 와전류 손실 측정 센서로서 종래의 여기수신 일체형의 와전류 손실 측정 센서(120)를 구비한다. 그 밖의 구성은 도 11에 도시하는 막 두께 측정 장치(2)와 거의 동일하기 때문에 그의 전체적인 개략도는 생략한다. 또한, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(3)의 제어 방법 및 이를 이용한 막 두께 측정 방법도, (a) 또는 (b)에 있어서 전술한 방법과 실질적으로 동일하다. 따라서, 이하에서는 와전류 손실 측정 센서(120)에 관해서 도 12를 참조하면서 설명한다.
본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(3)가 구비하는 와전류 손실 측정 센서(120)는 원통 형상을 이루는 여기수신 일체형 코일(12)과, 코일(12)을 덮도록 설치된 절연 부재(126)를 갖는다. 절연 부재(126)는 수지 또는 세라믹스 등의 절연 재료로 형성된다. 코일(12)은 임피던스 분석기(49)(도 11 참조)에 접속된다.
와전류 손실 측정 센서(120)는 임피던스 분석기(49)로부터 고주파 전류의 입력을 수신하여 고주파 자계를 여자함과 동시에, 이에 따라 측정 대상인 도전성 막(9)에 여기되는 와전류에 의해 변화된 합성 자계를 수신하여 와전류 손실이 반영된 전류를 임피던스 분석기(49)에 공급한다. 코일(12)에 의해 발생한 자속선 MF10는 코일(12)의 중심축을 통과하여 코일(12)의 아래로부터 누설된 후, 역포물선을 그리도록 센서(120) 측으로 복귀하고, 절연 부재(126)를 경유하여 코일(12)의 중심축으로 다시 복귀한다고 하는 자기 경로를 형성한다. 따라서, 도전성 막(9)의 상측에 소정의 거리에서 와전류 손실 측정 센서(120)를 배치하면, 코일(12)의 중심축으로부터 외부에 누설된 자속선 MF10이 도전성 막(9) 내를 통과하도록 제어할 수 있기 때문에, 자장 주변에서만 와전류가 여기된다. 이러한 와전류에 의해 변화된 합성 자계를 받아 코일(12)로부터 출력되는 고주파 전류로부터, 와전류 측정 센서(120)의 임피던스의 변화, 고주파 전류의 전류값의 변화 또는 고주파 전류의 위상의 변화를 임피던스 분석기(49)를 이용하여 측정함으로써 와전류 손실량을 측정할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 종래의 와전류 손실 측정 센서를 이용하여도, 와전류 손실량을 측정할 수 있기 때문에, 전술한 측정 순서에 의해 도전성 막의 막 두께 t를 측정할 수 있다. 측정 방법은 전술한 제 1 측정 방법 또는 제 2 측정 방법 중의 어느 것이어도 된다.
(d) 막 두께 측정 장치의 제 4 실시 형태
다음에, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 4 실시 형태에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도 13은, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치의 주요부를 도시한 개략도이다. 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(3)는, 도전성 막(9)의 상측에 배치된 와전류 손실 측정 센서(20) 외에 반도체 웨이퍼(8)의 뒷면측, 즉, 도전성 막(9)이 형성된 면과 반대면 측에 배치된 와전류 손실 측정 센서(20)와, 이 센서를 상면에서 지지하는 Z-스테이지(35)를 구비한다. 또한, 막 두께 측정 장치(3)는 X-Y-Z 스테이지(36) 대신에 반도체 웨이퍼(8)를 그 주변부에서 지지하는 X-Y-Z 스테이지(37)를 구비한다. 막 두께 측정 장치(3)의 그 밖의 구성은 도 4에 도시하는 막 두께 측정 장치(1)와 실질적으로 동일하다.
이러한 구성에 의해, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(3)는 도전성 막(9)의 상측에 배치된 와전류 손실 측정 센서(20)뿐만 아니라, 웨이퍼(8)의 뒷면측에 배치된 와전류 손실 측정 센서(20)에 의해서도 고주파 자계를 여자하여, 웨이퍼(8)를 통해 도전성 막(9)에 와전류를 발생시키고, 발생한 와전류에 의해 변화된 합성 자계를 전술한 순서에 의해 검출하여 도전성 막(9)의 막 두께를 측정한다.
이와 같이, 웨이퍼(8)의 뒷면측에도 와전류 손실 측정 센서(20)를 배치하기 때문에, 이 뒷면측에서는 막 형성 공정이나 에칭 공정에 있어서 웨이퍼(8) 상에 성막되는 도전성 막(9)의 형성을 방해하는 우려가 해소된다. 따라서, 예를 들면 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(8)의 뒷면에 와전류 손실 측정 센서(20)의 상면을 접촉시켜 측정하는 것도 가능하다. 또한, CMP 연마 공정에서는, 연마용 툴과의 접촉을 회피하면서 스캔할 필요도 없어 진다. 이에 따라, 측정상의 제약이 크게 감소된다. 이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 설계의 자유도 및 측정의 처리량 모두에 관하여도 우수한 막 두께 측정 장치가 제공된다. 또, 구체적인 측정 방법은, 제 1 실시 형태 또는 제 2 실시 형태에 기재한 순서와 실질적으로 동일하다.
(e) 막 두께 측정 장치의 제 5 실시 형태
다음에, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 5 실시 형태에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(4)의 특징은, 복수의 와전류 손실 측정 센서(10)를 구비하고, 이에 따라 센서의 스캔 순서를 크게 간략화시키면서 도전성 막(9)의 막 두께 분포를 일괄하여 고속으로 측정하는 점에 있다. 막 두께 측정 장치(4)의 다른 구성은 도 11에 도시하는 막 두께 측정 장치(2)와 실질적으로 동일하다.
도 14는, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 5 실시 형태의 주요부를 도시한 개략도이다. 도 14의 (a)∼도 14의 (c)는 각각 웨이퍼(8)의 상측에서 본 평면도이고, 복수의 센서의 전형적인 배치 형태를 도시한다.
도 14의 (a)는 와전류 손실 측정 센서(10)를 소정 간격으로 하나의 열을 이루도록 배치한 예이다. 본 예의 경우에는, 도 14의 (a)의 화살표 A1에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(8)를 센서의 열과 직교하는 방향으로 이동시키는 것 만으로, 그 표면에 형성되는 도전성 막(9)의 전면을 스캔할 수가 있어 도전성 막(9)의 막 두께 분포를 고속으로 측정할 수 있다.
도 14의 (b)는 십자 형상을 이루도록 상호 직교하는 2개의 방향으로 와전류 손실 측정 센서(10)를 소정 간격으로 배치한 예이다. 본 예의 경우에서는, 십자 형상의 중심에 위치하는 와전류 손실 측정 센서(10)가 웨이퍼(8) 중심의 상측에 위치하도록, X-Y-Z 스테이지(36)를 이동시킨 후, 도 14의 (b)의 화살표 A2에 도시한 바와 같이, 시계 방향 또는 반시계방향으로 회전 이동시키는 것 만으로, 그 표면에 형성되는 도전성 막(9)의 전면을 스캔할 수가 있어 도전성 막(9)의 막 두께 분포를 고속으로 측정할 수 있다.
도 14의 (c)는 와전류 손실 측정 센서(10)를 방사형으로 배치한 예를 도시한다. 이와 같이 배치함으로써, 도전성 막(9)의 막 두께 측정상 필요한 영역의 모두에 와전류 손실 측정 센서(10)가 대응하게 되어, 1회의 측정으로 도전성 막(9)의 막 두께를 거의 전면에 걸쳐 측정할 수 있다. 따라서, 본 예의 경우에서는, 막 형성 공정 중에 스테이지(36)를 이동시킬 필요가 없다. 이에 따라, 도전성 막(9)의 막 두께를 일괄해서 측정할 수 있기 때문에, 막 두께 분포를 매우 고속으로 측정할 수 있다. 그 결과, 매우 얇은 도전 형성을 형성하는 경우에 측정 시간이 한정되어 있는 경우라도 높은 정밀도로 일괄 측정이 가능한 막 두께 측정 장치가 제공된다. 또한, 본 실시 형태와 전술한 제 4 실시 형태와 조합하여 도전성 막(9)의 상측 및 뒷면측 모두에 배치하면, 보다 다수의 와전류 손실 측정 센서(10)를 한번에 배치할 수 있게 되어 측정 속도 및 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.
(f) 막 두께 측정 장치의 제 6 실시 형태
다음에, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 6 실시 형태에 관해서 도 15∼도 17을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태의 특징은, 와전류 손실 측정 센서를 이루는 여기수신 일체형 코일의 중심축과 동축 상에 레이저 변위 센서를 배치하고, 와전류 손실의 측정과, 와전류 손실 측정 센서와 도전성 막의 표면의 거리의 측정을 동시에 실현하는 점에 있다.
도 15는 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 11에 도시하는 막 두께 측정 장치(2)와 대비하여 분명한 바와 같이, 도 15에 도시하는 막 두께 측정 장치(5)는 광학식 변위 센서로서 레이저 변위 센서(63)를 구비하며, 또한 광학식 변위 센서 컨트롤러로서 레이저 변위 센서 컨트롤러(58)를 구비한다. 또한, 막 두께 측정 장치(2)는 와전류 손실 측정 센서로서 공심형의 여기수신 일체형 코일(68)을 구비한다. 여기수신 일체형 코일(68)과 레이저 변위 센서(63)는 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)을 구성한다. 막 두께 측정 장치(2)의 그 밖의 구성은 도 11에 도시하는 막 두께 측정 장치(2)와 실질적으로 동일하다. 본 실시 형태에 있어서, 제어 컴퓨터(42)와 레이저 변위 센서 컨트롤러(58)와 스테이지 구동부(38)는 거리 측정 오차 보정 수단을 구성한다.
도 16은, 도 15에 도시하는 막 두께 측정 장치(5)가 구비하는 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)의 구체적 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 레이저 변위 센서(63)는 레이저 발진부와 레이저 수광부의 중간점이 여기수신 일체형 코일(68)의 중심축과 실질적으로 일치하도록, 여기수신 일체형 코일(68)의 상측에 배치된다. 따라서, 레이저 발진부로부터 발생된 레이저광 LB1은, 코일(68)의 공심을 경유하여 도전성 막(9)의 표면에 조사되고, 그 반사광 LB2도 마찬가지로 코일(68)의 공심을 경유하여 레이저 수광부에 입사한다. 이에 따라, 레이저 변위 센서(63)와 도전성 막과의 거리 D1를 나타내는 신호가 레이저 변위 센서 컨트롤러(58)를 통해 제어 컴퓨터(42)에 공급된다. 메모리(52) 내에는, 레이저 변위 센서(63)의 하측면과 코일(68)의 하측면의 거리 D2가 사전에 저장되어 있고, 제어 컴퓨터(42)는 거리 D1로부터 거리 D2를 나눔으로써, 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)과 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF를 산출한다. 전술한 실시 형태에 있어서는, 광학식 변위 센서와 와전류 손실 측정 센서가 도전성 막(9)과 수평 방향으로 인접하고 있었으므로, 광학식 변위 센서에 의한 측정 결과와, 와전류 손실 측정 센서와 도전성 막(9) 사이의 실제의 거리 사이에 오차가 생기는 경우가 있다. 이에 대하여, 도 15에 도시하는 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)은 코일(68)의 중심축과 도전성 막(9)의 교점에 거의 일치하는 위치에 레이저광 LB1을 조사하기 때문에, 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)과 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF를 정확하게 측정할 수 있다.
다음에, 도 15에 도시하는 막 두께 측정 장치(5)를 이용한 막 두께 측정 방법에 관해서 설명한다. 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(5)는 전술한 제 1 측정 방법 내지 제 3 측정 방법 중의 어느 방법에도 거의 마찬가지로 적용할 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이, 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)에 따르면, 레이저광 LB1의 도전성 막(9)으로의 조사 위치가 코일의 중심선을 도전성 막(9)의 표면에 내린 교점의 위치와 실질적으로 일치하기 때문에, 제 1 또는 제 2 방법을 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(5)에 적용한 경우의 특징은, 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)과 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF의 측정과, 와전류 손실의 측정을 동시에 실행할 수 있는 점에 있다. 전술한 실시 형태에서는, 광학식 변위 센서가 와전류 손실 측정 센서로부터 격리하여 배치되기 때문에, 측정 오차를 회피하기 위해서 그 거리만큼 와전류 손실 측정 센서를 이동시키지 않으면 안된다. 그러나 그 이동 중에서의 스테이지의 진동이나 와전류 손실 측정 센서 자신의 진동에 기인하여 측정 오차가 발생하는 것이 있다. 한편, 본 실시 형태에 따르면, 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)과 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF를 직접 측정할 수 있기 때문에, 이러한 측정 오차를 회피할 수 있을 뿐만 아니라, 스테이지의 동작 횟수를 저감할 수 있기 때문에, 스테이지의 성능에 대한 부담을 경감시킬 수 있다. 이에 따라, 더욱 고정밀도로 또한 고속의 막 두께 측정이 가능함과 동시에, 막 두께 측정 장치의 구성도 더욱 소형화, 간소화할 수 있게 된다.
여기서, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(5)를 이용하여 제 3 측정 방법에 의한 막 두께 측정에 관해서 도 17을 참조하면서 설명한다.
우선, 막 두께 측정에 앞서서, 도전성 막(9)에서의 원하는 막 두께 측정 범위에서 사전에 결정한 점수만큼, 레이저 변위 센서(63)에 의해 센서 유닛 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF를 측정하여 놓는다. 이 측정 결과에는, 웨이퍼의 휘어짐에 기인하는 측정 오차가 나타난다. 도 17은 웨이퍼 상의 위치와 센서 유닛 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF의 관계의 일례를 도시한 그래프이다. 도 17 중의 그래프 lm에 도시한 바와 같이, 측정의 결과, 거리 DSF는 크게 변화하고 있다.
다음에, 제어 컴퓨터(42)는 측정 결과에 대하여, 평활화나 다항식 근사 등의 처리를 실행하여 측정 오차를 제거하여, 그 결과를 메모리(52)에 저장한다. 도 17에 도시하는 그래프 1c는 그래프 lm에 나타난 측정 결과에 대하여 실행한 오차 처리의 예를 도시한다.
다음에, 임피던스 분석기(49)가 공급하는 고주파 전류의 주파수 f를 설정한다. 즉, 도전성 막(9)을 형성할 때 목표로 한 막 두께 t를 참조하여, 레시피 파일 내의 막 두께와 분해능의 관계를 나타내는 데이터 테이블(도 8 참조)에 기초하여 최적으로 생각되는 주파수 f를 설정하고, 이 주파수 f를 갖는 고주파 전류를 여기수신 일체형 코일(68)에 공급하여 자장을 발생시킨다. 이 자장에 의해, 도전성 막(9)에 와전류가 여기되어, 전술한 식(1)로 표시되는 와전류 손실 P가 도전성 막(9) 내에 발생한다.
도전성 막(9)에서 와전류 손실 P가 발생하면, 도전성 막(9)의 막 두께 t에 따라서 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)의 임피던스, 여기수신 일체형 코일(68)에 흐르는 계측용 고주파 전류의 전류값 또는 고주파 전류의 위상이 변화한다(도 9 참조).
이러한 변화를 임피던스 분석기(49)가 모니터링하여 제어 컴퓨터(42)에 공급한다. 제어 컴퓨터(42)의 막 두께 연산부(54)는 사전에 작성되고 레시피 파일에 기입된 막 두께 t와 막의 저항값의 관계를 나타내는 데이터 테이블과, 측정 오차제거 처리 후의 센서 유닛 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF의 변화의 데이터 테이블을 참조하면서 막 두께 t를 연산하여 출력한다.
막 두께 측정 장치(5)는, 상기의 막 두께 측정을 웨이퍼(8)의 원하는 측정 범위에서의 소정의 점수만큼 실행한다. 여기서, 오차를 줄이기 위한 예비 스캔(preliminary scanning)에 의해 근사 함수가 이미 구해져 있으므로, 와전류 측정에서의 측정점은 예비 스캔의 측정점과 일치할 필요가 없다. 막 두께 연산부(54)는 사전에 얻어진 근사 함수를 참조하면서 도전성 막(9)의 막 두께 t를 산출한다.
전술한 제 3 막 두께 측정 방법에 따르면, 레이저 변위 센서(63)를 이용하여 센서 유닛 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF의 변화의 데이터 테이블을 사전에 취득하고, 이 데이터 테이블에서 측정 오차가 제거된 근사 함수를 이용하여 막 두께를 산출하기 때문에, 와전류 손실의 측정 점수를 필요 최소한으로 멈추면서, 광학식 변위 센서의 정밀도가 비교적 낮다고 하는 문제를 해소할 수 있다. 이에 따라, LSI 패턴상의 반사율이 큰 도전성 막이나 표면이 거칠어진 도전성 막에 대한 변위 측정 정밀도의 열화를 억제할 수 있기 때문에, 전술한 제 3 막 두께 측정 방법은 웨이퍼마다의 변위 측정이 필요하지 않은 경우, 예를 들면 동일 로트 내의 웨이퍼, 동일 회로 패턴이 형성된 웨이퍼 또는 동일 프로세스를 거친 웨이퍼 등, 웨이퍼의 휘어짐이 서로 크게 다른 것이 없는 경우에 특히 유효이다. 또, 본 실시 형태에서는, X-Y-Z 스테이지(36)를 구비하는 경우에 관해서 설명하였지만, 웨이퍼(8)의 반송중과 같이, X-Y-Z 스테이지(36)를 이용할 수 없는 경우에 있어서도, 예를 들면 로봇 암이 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)의 하측에서 웨이퍼를 실어 이동함으로써, 도전성 막(9)의 막 두께 측정이 가능하게 된다.
(g) 막 두께 측정 장치의 제 7 실시 형태
다음에, 본 발명에 관한 막 두께 측정 장치의 제 7 실시 형태에 관해서 도 18을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태는, 도 15에 도시하는 막 두께 측정 장치(5)에 있어서, 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)을 도전성 막(9)의 뒷면측에 배치한 형태이다.
도 18은, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치의 주요부를 도시한 개략도이다. 도 18의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(5')는 반도체 웨이퍼(8)의 뒷면측, 즉, 도전성 막(9)이 형성된 면과 반대면 측에 배치된 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)과, 이 센서를 상면에서 지지하는 Z-스테이지(35)를 구비한다. 또한, 막 두께 측정 장치(5')는 도 13에 도시하는 제 4 실시 형태와 같이 X-Y-Z 스테이지(36) 대신에 반도체 웨이퍼(8)를 그 주변부에서 지지하는 X-Y-Z 스테이지(37)를 구비한다. 막 두께 측정 장치(5')의 그 밖의 구성은 도 15에 도시하는 막 두께 측정 장치(5)와 실질적으로 동일하다.
이러한 구성에 의해, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(5')는 웨이퍼(8)의 뒷측에 배치된 여기수신 일체형 코일(68)에 의해서 고주파 자계를 여자하여, 웨이퍼(8)를 통해 도전성 막(9)에 와전류를 발생시키고, 발생한 와전류에 의해 변화된 합성 자계를 검출하여 도전성 막(9)의 막 두께를 측정한다. 또한, 센서 유닛 도전성 막 사이의 거리 DSF는 웨이퍼(8)의 뒷면과 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)과의 거리 D3와 웨이퍼(8)의 두께 Ts를 사전에 취득하여 놓으면, 거리(D3+Ts)에 의해 산출할 수 있다.
또한, 예를 들면, 도 18의 (b)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(8)의 뒷면에 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)의 상면을 접촉시켜 측정하는 것도 가능하다. 이 경우, 변위를 측정할 필요는 없다.
이와 같이, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(5')에 따르면, 웨이퍼(8)의 뒷면측에 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)을 배치하기 때문에, 막 형성 공정이나 에칭 공정에 있어서 웨이퍼(8) 상에 형성되는 도전성 막(9)의 형성 등을 방해하는 문제가 해소한다. 또한, CMP 연마 공정에서는, 연마용 툴과의 접촉을 회피하면서 측정할 필요도 없어 진다. 이에 따라, 측정상의 제약이 크게 감소하기 때문에, 막 형성 공정, 연마 공정 또는 에칭 공정 등의 제조 공정에서 실시간으로 막 두께를 측정하는 In-situ 형의 막 두께 측정 장치로서 동작시킬 수 있다. 이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 설계의 자유도, 측정의 정밀도 및 처리량 모두에 대해서도 우수한 막 두께 측정 장치가 제공된다. 막 두께 측정 장치(5')의 구체적인 측정 방법은 전술한 제 1 내지 제 3 측정 방법과 실질적으로 동일하다.
또, 본 실시 형태에서는, 웨이퍼의 뒷면측에만 와전류 손실 측정 센서 유닛을 배치한 형태에 관해서 설명하였지만, 도 13에 도시한 제 4 실시 형태와 마찬가지로, 도전성 막(9)의 뒷면측 외에 상측에도 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)을 배치하여 양측에서 막 두께를 측정하는 것이어도 된다.
(h) 막 두께 측정 장치의 제 8 실시 형태
다음에, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 8 실시 형태에 관해서 도 19 및 도 20을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태의 특징은, 전술한 광학식 변위 센서 또는 레이저 변위 센서 대신에 정전 용량식 변위 센서를 구비함으로써, 센서 유닛 도전성 막 사이의 거리를 측정하는 점에 있다.
도 19는, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 19에 도시하는 막 두께 측정 장치(6)는 전술한 제 2 내지 제 7 실시 형태와 마찬가지로, X-Y-Z 스테이지(36), 스테이지 구동부(38) 및 임피던스 분석기(49)와, 제어 컴퓨터(42)를 구비할 뿐만 아니라, 본 실시 형태에 있어서 특징적인 와전류 손실 측정 센서 유닛(70)과 정전 용량식 변위 센서 컨트롤러(88)를 더 구비한다.
와전류 손실 측정 센서 유닛(70)은 와전류 손실 측정 센서로서 여기수신 일체형 코일(12)과, 여기수신 일체형 코일(12)을 덮도록 형성된 절연 부재(126)와, 정전 용량식 변위 센서 전극(72)을 포함한다. 코일(12)은 임피던스 분석기(49)로부터 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 형성하고, 도전성 막(9)에 국소적으로 와전류를 발생시킴과 동시에, 이 와전류에 의해 발생된 자계와 코일(12)에 의해 발생한 자계와의 합성 자계를 수신한다.
정전 용량식 변위 센서 컨트롤러(88)는 와전류 손실 측정 센서 유닛(70) 내의 정전 용량식 변위 센서 전극(72)에 접속됨과 동시에, 배선 G1에 의해 접지에 접속된다. 또한, 웨이퍼(8)는 그 측면측에서 배선 G3에 의해 접지에 접속된다. 이에 따라, 도전성 막(9)도 접지 전위로 유지된다. 그 결과, 정전 용량식 변위 센서 전극(72)과 도전성 막(9)은 컨덴서의 양측의 전극을 이루고, 정전 용량식 변위 센서 컨트롤러(88)는 정전 용량식 변위 센서 전극(72)과 도전성 막(9) 사이의 정전 용량을 측정하여, 그 측정 결과를 제어 컴퓨터(42)에 공급한다. 제어 컴퓨터(42)는 정전 용량식 변위 센서 컨트롤러(88)의 측정 결과로부터 정전 용량식 변위 센서 전극(72)과 도전성 막(9) 사이의 거리를 산출한다. 또한, 도 19에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(8)의 측면을 접지에 접속하는 대신에, 도전성 막(9)의 표면 영역 중 막 두께 측정에 영향을 미치지 않은 부위, 예를 들면 단부를 배선 G4을 통해 접지 접속하여도 되고, 또는 X-Y-Z 스테이지(36)를 관통하는 배선 G2에 의해 그 단부의 뒷면측에서 접지에 접속하여도 된다. 도 19에 있어서는, 도전성 막(9)을 접지 전위에 유지하기 위한 배선으로서 G2∼G4를 도시하였지만, 이들은 대체적이고, 측정 환경에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 도전성 막(9)을 직접 접지에 접속하는 형태를 선택하면, 웨이퍼(8)의 반송중과 같이, X-Y-Z 스테이지(36)를 이용할 수 없는 경우에 있어서도 측정이 가능하게 된다.
정전 용량식 변위 센서 전극(72)의 구체적 구성에 관해서 도 20을 참조하면서 설명한다.
도 20의 (a)는, 도 19에 도시한 와전류 손실 측정 센서 유닛(70)의 개략적인 단면도이고, 도 20의 (b)은 와전류 손실 측정 센서 유닛(70)의 저면도이다. 정전 용량식 변위 센서 전극(72)은 고저항 재료로 형성된 두께 Te의 링 형상의 박막 전극이고, 여기수신 일체형 코일(12)을 권선하도록 절연 부재(126)의 바닥부에 배치된다. 본 실시 형태에 있어서, 정전 용량식 변위 센서 전극(72)의 링 형상의 중심축은 코일(12)의 중심축과 일치하고 있다. 센서 전극(72)의 두께 Te는 본 실시 형태에 있어서 약 10∼50㎛이다. 또한, 절연 부재의 바닥부 주변에는 센서 전극(72)의 두께 Te에 따른 깊이를 갖는 오목부가 설치되고, 센서 전극(72)은 그 표면이 코일(12)의 저면과 동일 평면 내에 위치하도록 그 오목부에 삽입된다. 이에 따라, 정전 용량식 변위 센서에 의해 측정된 거리가 코일(12)과 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF와 일치한다.
정전 용량식 변위 센서 전극(72)의 외부 직경 ED의 크기는 코일(12)에 의해 와전류가 여기된 영역의 직경과 실질적으로 동일하도록 선택된다. 이에 따라, 와전류 손실을 측정한 영역 전반에 걸쳐, 센서 전극(72)으로부터 검출된 정전 용량값이 평균화되기 때문에, 코일(12)과 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF의 측정 정밀도가 향상되고, 그 결과, 막 두께 측정의 정밀도도 향상한다. 본 실시 형태에 있어서, 외부 직경 ED는 약 6∼16 mm 이다. 또한, 정전 용량식 변위 센서 전극(72)의 내경 ID의 크기는 코일(12)에 의해 여자된 고주파 자계가 정전 용량의 측정 정밀도에 영향을 주지 않은 정도로 전극(72)의 내주면과 코일(12)의 외주면과 충분히 격리하되고, 또한 정전 용량 측정에 있어서 전극의 표면적이 충분한 크기가 되도록 선택된다. 본 실시 형태에 있어서 코일(12)의 외주면과 전극(72)의 내주면과의 거리는, 약 1∼2 mm이다. 또한, 본 실시 형태의 와전류 손실 측정 센서 유닛(70)에 있어서는, 코일(12)의 코어 내에도 절연 재료가 충전되어 절연 부재(126)의 일부를 구성하고 있지만, 도 16에 도시하는 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)과 같이 공심의 구조로 하여도 된다.
본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(6)를 이용한 막 두께 측정 방법은, 제 1 내지 제 6 실시 형태에서 설명한 제 1 및 제 2 측정 방법과 거의 동일하지만, 본 실시 형태의 특징은 와전류 손실의 측정과 코일(12)과 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF의 측정을 동시에 실행할 수 있는 점에 있다. 따라서, X-Y-Z 스테이지(36)의 진동이나 와전류 손실 측정 센서 유닛(70)의 진동에 기인하는 코일(12)과 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF의 측정 오차를 크게 줄일 수 있다. 그 결과, 고정밀도이고 또한 고속으로 막 두께를 측정할 수 있기 때문에, 측정의 처리량도 더욱 향상된다. 또한, 스테이지의 이동 횟수가 감소하기 때문에, 스테이지 성능에 대한 부담도 줄일 수 있고, 막 두께 측정 장치의 구성도 더욱 소형화, 간소화할 수 있게 된다. 또한, 정전 용량을 이용하여 코일(12)과 도전성 막(9) 사이의 거리 DSF를 측정하기 때문에, 도전성 막(9)의 표면 반사율이나 표면 거칠기의 영향을 받지 않는다. 이에 따라, LSI 패턴 상에 형성된 도전성 막에 대하여도 코일(12)과의 거리를 고정밀도로 측정할 수가 있다.
(i) 막 두께 측정 장치의 제 9 실시 형태
다음에, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 9 실시 형태에 관해서 도 21을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(6')의 특징은 와전류 손실 측정 센서 유닛(70')이 구비하는 정전 용량식 변위 센서 전극(74)의 형상에 있다. 막 두께 측정 장치(6')의 그 밖의 구성은 도 20에 도시한 막 두께 측정 장치(6)와 동일하므로 이하에서는 상이한 점만을 설명한다.
도 21의 (a)는 본 실시 형태 막 두께 측정 장치(6')가 구비하는 와전류 손실 측정 센서 유닛(70')의 개략적인 단면도이고, 도 21의 (b)은 와전류 손실 측정 센서 유닛(70')의 저면도이다. 도 21의 (b)에 도시한 바와 같이, 와전류 손실 측정 센서 유닛(70')에 배치된 정전 용량식 변위 센서 전극(74)은 원호 형상의 4개의 전극편(74a∼74d)으로 구성되고, 이들 전극편이 코일(12)을 권선하는 링을 이루도록 배치된다.
본 실시 형태에 따르면, 복수의 전극편으로 센서 전극을 구성하기 때문에, 코일(12)에 의해 여자된 자계에 의해 센서 전극 내에 와전류가 발생하는 것을 방지할 수가 있다. 이에 따라, 막 두께 측정의 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(6')를 이용한 막 두께 측정 방법은 전술한 제 8 실시 형태와 동일하므로 그에 대한 설명은 생략한다.
(j) 막 두께 측정 장치의 제 10 실시 형태
다음에, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치의 제 10 실시 형태에 관해서 도 22를 참조하면서 설명한다.
본 실시 형태는, 도 19에 도시하는 막 두께 측정 장치(6)에 있어서, 와전류 손실 측정 센서 유닛(70)을 도전성 막(9)의 뒷면측에 배치한 형태이다.
도 22는 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치의 주요부를 도시한 개략도이다.도 22의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(6)는 반도체 웨이퍼(8)의 뒷면측, 즉, 도전성 막(9)이 형성되는 면과 반대면 측에 배치된 와전류 손실 측정 센서 유닛(70)과, 이 센서를 상면에서 지지하는 Z-스테이지(35)를 구비한다. 또한, 막 두께 측정 장치(6)는 도 13에 도시한 제 4 실시 형태와 마찬가지로, X-Y-Z 스테이지(36) 대신에 반도체 웨이퍼(8)를 그 주변부에서 지지하는 X-Y-Z 스테이지(37)를 구비한다. 막 두께 측정 장치(6)의 그 밖의 구성은 도 19에 도시한 막 두께 측정 장치(5)와 실질적으로 동일하다. 또한, 막 두께 측정 장치(6)의 구체적인 측정 방법은 제 9 실시 형태에 있어서 전술한 측정 방법과 실질적으로 동일하다.
이러한 구성에 의해, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(6)는 웨이퍼(8)의 뒷측에 배치된 여기수신 일체형 코일(12)에 의해서 고주파 자계를 여자하여, 웨이퍼(8)를 통해 도전성 막(9)에 와전류를 발생시켜, 발생한 와전류에 의해 변화된 합성 자계를 검출하여 도전성 막(9)의 막 두께를 측정한다. 또한, 센서 유닛 도전성 막 사이의 거리 DSF는, 웨이퍼(8)의 뒷면과 와전류 손실 측정 센서 유닛(60)의 거리 D3와 웨이퍼(8)의 두께 Ts를 사전에 취득하여 놓으면, 거리(D3+Ts)에 의해 용이하게 산출할 수 있다.
또한, 예를 들면 도 22의 (b)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(8)의 뒷면에 와전류 손실 측정 센서 유닛(70)의 상면을 접촉시켜 측정하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(6)에 따르면, 웨이퍼(8)의 뒷면측에 와전류 손실 측정 센서 유닛(70)을 배치하기 때문에, 막 형성 공정이나 에칭 공정에 있어서 웨이퍼(8) 상에 형성되는 도전성 막(9)의 형성 등을 방해하는 문제가 해소된다. 또한, CMP 연마 공정에서는, 연마용 툴과의 접촉을 회피하면서 측정할 필요도 없어 진다. 이에 따라, 측정상의 제약이 크게 감소하기 때문에, 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치(6)는 In-situ형의 막 두께 측정 장치로서 동작시킬 수 있다. 이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 설계의 자유도, 측정의 정밀도 및 처리량 모두에 대해서도 우수한 막 두께 측정 장치가 제공된다.
또, 본 실시 형태에서는, 웨이퍼의 뒷면측에만 와전류 손실 측정 센서 유닛(70)을 배치한 형태에 관해서 설명하였지만, 도 13에 도시한 제 4 실시 형태와 마찬가지로, 도전성 막(9)의 뒷면측 외에 상측에도 와전류 손실 측정 센서 유닛(70)을 배치하여, 양측에서 막 두께를 측정하는 것이어도 된다.
(3) 기록 매체
전술한 일련의 측정 순서는 제 1 ∼ 제 3 측정 방법을 포함하며, 컴퓨터 상에서 실행시키는 프로그램으로서 플로피 디스크나 CD-ROM 등의 기록 매체에 저장하고, 컴퓨터로 판독하여 실행시켜도 된다. 이에 따라, 변위 센서와 범용 제어 컴퓨터를 구비하는 막 두께 측정 장치를 이용하여 전술한 막 두께 측정 방법을 실현할 수 있다. 기록 매체는 자기 디스크나 광 디스크 등의 휴대 가능한 것에 한정되지 않고, 하드디스크 장치나 메모리 등의 고정형 기록 매체일 수 있다. 또한, 전술한 막 두께 측정 방법의 일련의 순서를 조립한 프로그램을 인터넷 등의 통신 회선(무선 통신을 포함한다)를 통해 반포하여도 된다. 또한, 전술한 막 두께 측정 방법의 일련의 순서를 조립한 프로그램을 암호화하거나, 변조를 걸거나 압축한 상태에서, 인터넷 등의 유선 회선이나 무선 회선을 통해, 혹은 기록 매체에 저장하여 반포하여도 된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 형태에 한정되는 것이 아니며, 그 요지를 이탈하지 않은 범위에서 다양한 변형을 가할 수 있다. 예를 들면, 전술한 막 두께 측정 장치의 실시 형태에 있어서는, 제 4 실시 형태에 있어서 와전류 손실 측정 센서(20)를 이용한 형태에 관해서 설명하였지만, 도 1에 도시한 전류 손실 측정 센서(10)를 이용하여 도 12에 도시한 전류 손실 측정 센서(120)를 이용하여도 된다. 마찬가지로, 제 5 실시 형태에 있어서 전류 손실 측정 센서(10)를 이용한 형태에 관해서 설명하였지만, 도 2에 도시한 전류 손실 측정 센서(20)를 이용하여도 되고, 또한, 도 12에 도시한 전류 손실 측정 센서(120)를 이용하여도 된다. 또한, 이들 3개의 형태의 전류 손실 측정 센서를 동일 장치 내에서 적절하게 조합하여 이용하여도 된다. 또한, 제 6 ∼ 제 10 실시 형태에 있어서는, 여기수신 일체형 코일을 갖는 와전류 손실 측정 센서 유닛에 관해서 설명하였지만, 와전류 여기 코일과 수신 코일을 갖는 와전류 손실 측정 센서 유닛에도 적용할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 제 6 ∼ 제 10 실시 형태에서는, 단일한 와전류 손실 측정 센서 유닛을 구비하는 경우에 관해서 설명하였지만, 도 14에 도시한 바와 같이, 복수의 센서 유닛을 배치하여도 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.
즉, 본 발명에 따른 와전류 손실 측정 센서에 따르면, 측정 대상인 도전성 막과의 대향면에서 고주파 자계 여자 코일의 적어도 일부의 영역이 노출되도록, 상기 도전성 막과의 대향면에 개구가 형성된 제 2 투자성 부재를 구비하기 때문에, 이 개구로부터만 자속이 집중적으로 외부에 누설되도록 자기 경로를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 도전성 막의 미소 영역에 자장을 집중시킬 수 있어, 상기 도전성 막에 있어서 와전류를 국소적으로 여기시킬 수 있다. 이에 따라, 수신 코일로부터 얻어지는 출력 전류로부터 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정함으로써 와전류 손실을 측정할 수 있기 때문에, 상기 도전성 막의 막 두께를 높은 정밀도로 측정할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치에 따르면, 와전류 손실 측정 센서와 도전성 막과의 거리를 측정하는 거리 측정 수단과, 거리 측정 수단의 측정 결과와 와전류 손실 측정 수단의 측정 결과에 기초하여 상기 도전성 막의 막 두께를 산출하는 막 두께 연산 수단을 구비하기 때문에, 상기 거리에 의존하는 측정 오차를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 높은 정밀도로 도전성 막의 막 두께를 측정할 수가 있다.
본 발명에 따른 막 두께 측정 장치에 있어서, 본 발명에 따른 와전류 손실 측정 센서를 구비하는 경우에는, 상기한 효과에 부가하여, 국소적으로 상기 도전성 막의 막 두께를 관리할 수 있기 때문에, 예를 들면 표면에 패턴이 설치된 웨이퍼상에 형성된 도전성 막 등과 같이 비교적 막 두께의 변동이 큰 피측정물이어도, 높은 정밀도로 막 두께를 측정할 수 있어, CMP나 도금 장치 등의 다양한 장치 내에서 막 두께를 관리할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치에 있어서, 여기수신 일체형의 공심 코일 또는 공심의 수신 코일의 상측에 설치된 레이저 변위 센서를 상기 거리 측정 수단이 포함하는 경우는, 상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막과의 상기 거리의 측정과 와전류 손실의 측정을 동시를 실행할 수 있기 때문에, 보다 우수한 정밀도로 높은 처리량의 막 두께 측정이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 막 두께 측정 장치에 있어서, 상기 거리 측정 수단이 상기 와전류 손실 측정 센서에 근접하여 설치된 전극을 갖는 정전 용량식 변위 센서를 포함하는 경우에는, 상기 거리의 측정과 와전류 손실의 측정을 동시를 실행할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 도전성 막의 표면에서의 빛의 반사율이나 표면의 거칠기의 영향을 받지 않고 상기 거리를 보다 정확하게 측정할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 막 두께 측정 방법에 따르면, 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 공정과, 이 거리 측정 공정에 의해 얻어진 상기 거리와, 와전류 손실 측정 공정에 의해 얻어진 임피던스의 변화 또는 고주파 전류의 전류값의 변화 또는 상기 고주파 전류의 위상 변화에 기초하여 상기 도전성 막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 공정을 구비하기 때문에, 비접촉·비파괴 식으로 고정밀도의 막 두께 측정을 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 막 두께 측정 방법에 있어서, 상기 거리 측정 수단이 상기변위 센서 또는 상기 정전 용량식 변위 센서를 구비하며, 상기 거리 측정 공정과, 상기 와전류 손실 측정 공정이 병행하여 동시에 실행되는 경우에는, 보다 높은 정밀도로 또한 보다 우수한 처리량으로 막 두께를 측정할 수가 있다.
또한, 본 발명에 관한 기록 매체에 따르면, 상기 거리 측정 수단과 범용 컴퓨터를 구비한 막 두께 측정 장치를 이용하여 도전성 막을 고정밀도로 고속으로 측정할 수가 있다.

Claims (76)

  1. 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자(勵磁)하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류(渦電流, eddy current)를 여기(勵起)시키고, 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하는 여기수신(勵起受信) 일체형 코일과,
    제 1 투자성(透磁性) 재료로 형성되며, 상기 여기수신 일체형 코일 내에 삽입되어 코어를 이루는 제 1 투자성 부재와,
    제 2 투자성 재료로 형성되며, 상기 제 1 투자성 부재 및 상기 여기수신 일체형 코일을 둘러 싸도록 설치되고, 상기 도전성 막과 대향하는 면을 가지며, 상기 대향면은 상기 제1 투자성 부재 주변에서 링 형태의 개구를 구비하여 상기 도전성 막과 대향하는 상기 여기수신 일체형 코일의 일부의 영역만이 노출되고 상기 도전성 막과 대향하는 상기 여기수신 일체형 코일의 나머지 영역은 자신에 의해 커버되도록 하는 제 2 투자성 부재
    를 포함하는 와전류 손실 측정 센서.
  2. 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키는 와전류 여기 코일과,
    상기 와전류 여기 코일에 의해 권선(倦線)되도록 설치되고, 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하는 수신 코일과,
    제 1 투자성 재료로 형성되고, 상기 수신 코일 내에 삽입되어 코어를 이루는 제 1 투자성 부재와,
    제 2 투자성 재료로 형성되고, 상기 제 1 투자성 부재, 상기 수신 코일 및 상기 와전류 여기 코일을 둘러 싸도록 설치된 제 2 투자성 부재
    를 포함하고,
    상기 제 2 투자성 부재는 상기 도전성 막과 대향하는 면을 가지며, 상기 대향면은 상기 제 1 투자성 부재 주변에서 링 형태의 개구를 구비하여 상기 도전성 막과 대향하는 상기 수신 코일의 일부의 영역만이 노출되고 상기 도전성 막과 대향하는 상기 수신 코일의 나머지 영역 및 상기 도전성 막과 대향하는 상기 와전류 여기 코일의 일부 영역은 상기 제 2 투자성 부재에 의해 커버되는
    와전류 손실 측정 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구의 내측벽은 상기 제 1 투자성 부재의 표면의 일부분에 상응하고, 상기 개구의 내측벽 및 외측벽 사이의 거리는 상기 제 1 투자성 부재로부터의 자속이 상기 여기수신 일체형 코일과 대향하는 상기 도전성 막의 국소적 영역 만을 통과하도록 조정되는 와전류 손실 측정 센서.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 개구의 표면부, 또는 상기 개구의 표면부 및 상기 개구 근방 영역의 표면부는, 상기 제 2 투자성 재료보다도 투자율이 높은 제 3 투자성 재료로 형성되는 와전류 손실 측정 센서.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키고 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하는 와전류 여기수신 일체형 코일을 포함하고, 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 와전류 손실 측정 센서 -상기 와전류 손실 측정 센서는 상기 여기수신 일체형 코일 내에 삽입되어 코어를 이루는 제 1 투자성 부재와, 상기 제 1 투자성 부재 및 상기 여기수신 일체형 코일을 둘러 싸도록 설치된 제 2 투자성 부재를 더 포함함- 와,
    상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력된 상기 고주파 전류를 검출하여, 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하여 상기 와전류 손실의 크기를 나타내는 데이터로서 상기 측정된 변화를 출력하는 와전류 손실 측정 수단과,
    상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 수단과,
    상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 상기 고주파 전류의 주파수, 상기 도전성 막의 막 두께, 상기 도전성 막의 비저항, 및 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께 및 상기 비저항, 및 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께 및 상기 비저항, 및 상기 고주파 전류의 위상의 변화 사이의 상관 관계를 나타내는 측정 데이터를 기억하는 메모리와,
    상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 측정된 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 측정된 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 측정된 변화를, 상기 메모리에 기억된 상기 측정 데이터와 비교하여 상기 도전성 막의 막 두께를 계산하는 막 두께 연산 수단
    을 포함하고,
    상기 제1 투자성 부재는 제 1 투자성 재료로 형성되고, 상기 제2 투자성 부재는 제 2 투자성 재료로 형성되고 상기 도전성 막과 대향하는 면을 가지며, 상기 도전성 막과 대향하는 상기 대향면은 상기 제 1 투자성 부재 주변에서 링 형태의 개구를 구비하여 상기 도전성 막과 대향하는 상기 여기수신 일체형 코일의 일부의 영역만이 노출되고 상기 도전성 막과 대향하는 상기 여기수신 일체형 코일의 나머지 영역은 상기 제 2 투자성 부재에 의해 커버되는
    막 두께 측정 장치.
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  20. 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키는 와전류 여기 코일과, 상기 와전류 여기 코일에 의해 권선되도록 설치되고 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하는 수신 코일을 포함하고, 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 와전류 손실 측정 센서 -상기 와전류 손실 측정 센서는 상기 수신 코일 내에 삽입되어 코어를 이루는 제 1 투자성 부재와, 상기 제 1 투자성 부재, 상기 수신 코일 및 상기 와전류 여기 코일을 둘러 싸도록 설치된 제 2 투자성 부재를 더 포함함- 와,
    상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력된 상기 고주파 전류를 검출하여, 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하여 상기 와전류 손실의 크기를 나타내는 데이터로서 상기 측정된 변화를 출력하는 와전류 손실 측정 수단과,
    상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 수단과,
    상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 상기 고주파 전류의 주파수, 상기 도전성 막의 막 두께, 상기 도전성 막의 비저항, 및 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께 및 상기 비저항과, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께, 상기 비저항, 및 상기 고주파 전류의 위상의 변화 사이의 상관 관계를 나타내는 측정 데이터를 기억하는 메모리와,
    상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 측정된 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 측정된 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 측정된 변화를, 상기 메모리에 기억된 상기 측정 데이터와 비교하여 상기 도전성 막의 막 두께를 계산하는 막 두께 연산 수단
    을 포함하고,
    상기 제1 투자성 부재는 제 1 투자성 재료로 형성되고, 상기 제2 투자성 부재는 제 2 투자성 재료로 형성되고 상기 도전성 막과 대향하는 면을 가지며, 상기 도전성 막과 대향하는 상기 대향면은 상기 제 1 투자성 부재 주변에서 링 형태의 개구를 구비하여 상기 도전성 막과 대향하는 상기 수신 코일의 일부의 영역만이 노출되고 상기 도전성 막과 대향하는 상기 수신 코일의 나머지 영역과 상기 도전성 막과 대향하는 상기 여기 코일의 일부 영역은 상기 제 2 투자성 부재에 의해 커버되는
    막 두께 측정 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 개구의 내측벽은 상기 제 1 투자성 부재의 표면의 일부분에 상응하고, 상기 개구의 내측벽 및 외측벽 사이의 거리는 상기 제 1 투자성 부재로부터의 자속이 상기 수신 코일 및 상기 와전류 여기 코일과 대향하는 상기 도전성 막의 국소적 영역만을 통과하도록 조정되는 막 두께 측정 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 개구의 표면부, 또는 상기 개구의 표면부 및 상기 개구 근방 영역의 표면부는, 상기 제 2 투자성 재료보다도 투자율이 높은 제 3 투자성 재료로 형성되는막 두께 측정 장치.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키고, 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하는 여기수신 일체형 공심(air-cored) 코일을 포함하고, 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 와전류 손실 측정 센서와,
    그 위에 상기 도전성 막이 성막된 기판을 지지하기 위한 스테이지와,
    상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력된 상기 고주파 전류를 검출하여, 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하여 상기 와전류 손실의 크기를 나타내는 데이터로서 상기 측정된 변화를 출력하는 와전류 손실 측정 수단과,
    상기 공심 코일의 상측에 설치되고, 레이저광을 발생시켜 상기 공심 코일의 공심을 경유하여 상기 도전성 막의 표면에 입사되도록 하고, 상기 도전성 막에서 반사된 광을 상기 공심을 경유해 수광하는 레이저 변위 센서를 포함하고, 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 수단과,
    상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 상기 고주파 전류의 주파수, 상기 도전성 막의 막 두께, 상기 도전성 막의 비저항, 및 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께 및 상기 비저항, 및 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께, 상기 비저항, 및 상기 고주파 전류의 위상의 변화 사이의 상관 관계를 나타내는 측정 데이터를 기억하는 메모리와,
    상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 측정된 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 측정된 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 측정된 변화를, 상기 메모리에 기억된 상기 측정 데이터와 비교하여 상기 도전성 막의 막 두께를 계산하는 막 두께 연산 수단과,
    상기 거리를 측정하기 위해 상기 레이저 변위 센서를 구동하고, 상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막 사이의 거리를 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 거리 측정 오차 보정 수단에 응답하여 상기 스테이지 및 상기 와전류 손실 측정 센서를 제어하기 위한 제어 수단을 제공하는 거리 측정 오차 보정 수단
    을 포함하는 막 두께 측정 장치.
  28. 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키고, 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하는 여기수신 일체형 공심 코일을 포함하고, 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 와전류 손실 측정 센서와,
    상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력된 상기 고주파 전류를 검출하여, 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하여 상기 와전류 손실의 크기를 나타내는 데이터로서 상기 측정된 변화를 출력하는 와전류 손실 측정 수단과,
    상기 공심 코일의 상측에 설치되고 레이저광을 발생시켜 상기 공심 코일의 공심을 경유하여 상기 도전성 막의 표면에 입사되도록 하고 상기 도전성 막에서 반사된 광을 상기 공심을 경유해 수광하는 레이저 변위 센서를 포함하고, 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 수단과,
    상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 상기 고주파 전류의 주파수, 상기 도전성 막의 막 두께, 상기 도전성 막의 비저항, 및 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께, 상기 비저항, 및 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께, 상기 비저항, 및 상기 고주파 전류의 위상의 변화 사이의 상관 관계를 나타내는 측정 데이터를 기억하는 메모리와,
    상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 측정된 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 측정된 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 측정된 변화를, 상기 메모리에 기억된 상기 측정 데이터와 비교하여 상기 도전성 막의 막 두께를 계산하는 막 두께 연산 수단과,
    상기 도전성 막의 막 두께 측정에 앞서서 상기 레이저 변위 센서를 구동하여 상기 거리를 측정하고, 상기 측정된 거리의 측정 오차를 정정하는 거리 측정 오차 보정 수단
    을 포함하고,
    상기 막 두께 연산 수단은 상기 거리 측정 오차 보정 수단에 의해 정정된 상기 측정 거리에 기초하여 상기 계산된 막 두께를 정정하는
    막 두께 측정 장치.
  29. 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키고, 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하여, 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 와전류 손실 측정 센서와,
    상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력된 상기 고주파 전류를 검출하여, 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하여 상기 와전류 손실의 크기를 나타내는 데이터로서 상기 측정된 변화를 출력하는 와전류 손실 측정 수단과,
    상기 와전류 손실 측정 센서에 근접하여 설치된 측정용 전극을 가지며, 상기 전극과 상기 도전성 막 사이의 정전 용량에 기초하여 상기 거리를 측정하는 용량식 변위 센서를 포함하고, 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 수단과,
    상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 상기 고주파 전류의 주파수, 상기 도전성 막의 막 두께, 상기 도전성 막의 비저항, 및 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께, 상기 비저항, 및 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께, 상기 비저항, 및 상기 고주파 전류의 위상의 변화 사이의 상관 관계를 나타내는 측정 데이터를 기억하는 메모리와,
    상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 측정된 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 측정된 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 측정된 변화를, 상기 메모리에 기억된 상기 측정 데이터와 비교하여 상기 도전성 막의 막 두께를 계산하는 막 두께 연산 수단
    을 포함하고,
    상기 측정용 전극은 그 저면(bottom face)이 상기 와전류 손실 측정 센서의 저면과 실질적으로 동일 평면 상에 배치된
    막 두께 측정 장치.
  30. 삭제
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 측정용 전극은 고저항 재료로 형성된 박막 전극인 막 두께 측정 장치.
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키고, 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실을 검출하는 와전류 손실 측정 센서와 거리 측정 수단을 포함하는 막 두께 측정 장치를 이용한 막 두께 측정 방법에 있어서,
    상기 거리 측정 수단에 의해 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 단계와,
    상기 와전류 손실 측정 센서에 고주파 전류를 공급하여 상기 고주파 자계를 여자하여 상기 도전성 막에 와전류를 여기시켜, 상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력되는 상기 고주파 전류에 기초하여 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하는 와전류 손실 측정 단계와,
    상기 임피던스의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 또는 상기 고주파 전류의 상기 전류값의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 또는 상기 고주파 전류의 상기 위상의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리에 기초하여, 상기 도전성 막의 막 두께를 계산하는 제1의 계산 단계와,
    상기 거리와 상기 임피던스 사이의 관계, 또는 상기 거리와 상기 고주파 전류의 상기 전류값 사이의 관계, 또는 상기 거리와 상기 고주파 전류의 상기 위상 사이의 관계에 기초하여, 상기 제1의 계산 단계에서 획득된 상기 막 두께값을 정정하는 제1의 보정 단계
    를 포함하는 막 두께 측정 방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 거리 측정 수단은 광학식 변위 센서를 포함하며,
    상기 도전성 막의 막 두께 측정에 앞서서 상기 광학식 변위 센서를 구동하여 상기 거리를 측정하고, 상기 측정 결과의 측정 오차를 정정하는 거리 측정 오차 보정 단계를 더 포함하며,
    상기 제1의 계산 단계는 상기 거리 측정 오차 보정 단계에서 정정된 상기 측정 거리에 기초하여 상기 계산된 막 두께를 정정하는 단계를 포함하는 막 두께 측정 방법.
  41. 제 39 항에 있어서,
    상기 와전류 측정 센서는 공심 코일을 포함하며,
    상기 거리 측정 수단은, 상기 공심 코일의 상측에 설치되고 레이저광을 발생시켜 상기 공심 코일의 공심을 경유하여 상기 도전성 막의 표면에 입사되도록 하고 상기 도전성 막에서 반사된 광을 상기 공심을 경유해 수광하는 레이저 변위 센서를 포함하고,
    상기 거리 측정 단계와 상기 와전류 손실 측정 단계는 병행하여 동시에 실행되는 막 두께 측정 방법.
  42. 제 39 항에 있어서,
    상기 거리 측정 수단은, 상기 와전류 손실 측정 센서에 근접하여 설치된 측정용 전극을 가지며 상기 측정용 전극과 상기 도전성 막 사이의 정전 용량에 기초하여 상기 거리를 측정하는 용량식 변위 센서를 포함하며,
    상기 거리 측정 단계와 상기 와전류 손실 측정 단계는 병행하여 동시에 실행되는 막 두께 측정 방법.
  43. 제 39 항에 있어서,
    상기 와전류 손실 측정 단계에 앞서서, 상기 와전류 손실의 영향을 벗어나는 영역에서 상기 와전류 손실 측정 센서에 상기 고주파 전류를 공급하고, 상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력된 상기 고주파 전류에 기초하여 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스, 상기 고주파 전류의 전류값, 또는 상기 고주파 전류의 위상을 측정 기준값으로서 측정하는 기준값 측정 단계를 더 포함하고,
    상기 막 두께 계산 단계는 상기 제1의 계산 단계에서 획득된 막 두께 값을 상기 측정 기준값에 기초하여 정정하는 제2의 보정 단계를 포함하는
    막 두께 측정 방법.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 와전류의 영향을 벗어나는 영역에, 측정 기준이 되며 소정의 막 두께를 갖는 기준 도전성 막이 사전에 준비되고,
    상기 기준값 측정 단계는, 상기 기준 도전성 막이 성막된 영역에서 측정한, 상기 와전류 손실 측정 센서의 상기 임피던스, 상기 고주파 전류의 상기 전류값, 또는 상기 고주파 전류의 상기 위상을 상기 측정 기준값으로서 측정하는 단계인
    막 두께 측정 방법.
  45. 삭제
  46. 제 39 항에 있어서,
    상기 막 두께 측정 장치는 그 위에 상기 도전성 막이 성막되는 기판을 지지하는 스테이지를 더 포함하며,
    상기 와전류 손실 측정 단계는 상기 거리 측정 단계의 상기 측정 결과에 기초하여 상기 거리가 실질적으로 일정하게 되도록 상기 스테이지와 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 상대적 위치 관계를 제어하는 단계를 포함하는
    막 두께 측정 방법.
  47. 삭제
  48. 제 39 항에 있어서,
    상기 막 두께 측정 방법은 상기 도전성 막의 상기 성막 공정, 에칭 공정, 또는 연마 공정과 병행하여 실행되는 막 두께 측정 방법.
  49. 제 39 항에 있어서,
    상기 막 두께 측정 방법은 상기 고주파 전류의 주파수를 제어하는 단계를 더 포함하는 막 두께 측정 방법.
  50. 제 39 항에 있어서,
    상기 도전성 막은 도전성 재료를 포함하는 회로 패턴 또는 기초 도전성 막의 위측에 성막되며,
    상기 막 두께 측정 방법은, 상기 회로 패턴 또는 상기 기초 도전성 막의 막 두께값을 하층 막 두께값으로서 사전에 계산하는 단계와, 상기 도전성 막의 성막 중 또는 성막 후에 상기 하층 막 두께값과 상기 도전성 막의 막 두께값의 합계 막 두께값을 계산하는 단계와, 상기 계산된 합계 막 두께값으로부터 상기 하층 막 두께값를 감산하는 단계를 포함하는
    막 두께 측정 방법.
  51. 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키고 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실을 검출하는 와전류 손실 측정 센서와, 거리 측정 수단과, 컴퓨터를 포함하는 막 두께 측정 장치에 이용되고, 상기 컴퓨터가 막 두께 측정 방법을 실행하도록 하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 있어서, 상기 막 두께 측정 방법은,
    상기 거리 측정 수단에 의해 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 단계와,
    상기 와전류 손실 측정 센서에 고주파 전류를 공급하여 상기 고주파 자계를 여자하여 상기 도전성 막에 와전류를 여기시키고, 상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력되는 상기 고주파 전류에 기초하여 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하는 와전류 손실 측정 단계와,
    상기 임피던스의 상기 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 또는 상기 고주파 전류의 전류값의 상기 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 또는 상기 고주파 전류의 상기 위상의 변화와 상기 와전류 손실 측정 센서 및 상기 도전성 막 사이의 상기 거리에 기초하여, 상기 도전성 막의 막 두께를 계산하는 제1의 계산 단계와,
    상기 거리와 상기 임피던스 사이의 관계, 또는 상기 거리와 상기 고주파 전류의 상기 전류값 사이의 관계, 또는 상기 거리와 상기 고주파 전류의 상기 위상 사이의 관계에 기초하여, 상기 제1의 계산 단계에서 획득된 값을 정정하기 위한 제1의 보정 단계
    를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  52. 삭제
  53. 제 51 항에 있어서,
    상기 거리 측정 단계와 상기 와전류 손실 측정 단계는 병행하여 동시에 실행되는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  54. 제 51 항에 있어서,
    상기 막 두께 측정 방법은 상기 도전성 막의 막 두께 측정에 앞서서 상기 거리를 측정하고, 상기 측정 결과의 측정 오차를 정정하는 거리 측정 오차 보정 단계를 더 포함하며,
    상기 막 두께 계산 단계는 상기 거리 측정 오차 보정 단계에서 정정된 상기 측정 거리에 기초하여 상기 계산된 막 두께 값을 정정하는 제2의 보정 단계를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  55. 제2항에 있어서, 상기 개구의 내측벽은 상기 제 1 투자성 부재의 표면의 일부분에 상응하고, 상기 개구의 내측벽 및 외측벽 사이의 거리는 상기 제 1 투자성 부재로부터의 자속이 상기 수신 코일 및 와전류 여기 코일과 대향하는 상기 도전성 막의 국소적 영역 만을 통과하도록 조정되는 와전류 손실 측정 센서.
  56. 제55항에 있어서, 상기 개구의 표면부, 또는 상기 개구의 표면부 및 상기 개구 근방 영역의 표면부는, 상기 제 2 투자성 재료보다도 투자율이 높은 제 3 투자성 재료로 형성되는 와전류 손실 측정 센서.
  57. 제7항에 있어서, 상기 개구의 내측벽은 상기 제 1 투자성 부재의 표면의 일부분에 상응하고, 상기 개구의 내측벽 및 외측벽 사이의 거리는 상기 제 1 투자성 부재로부터의 자속이 상기 여기수신 일체형 코일과 대향하는 상기 도전성 막의 국소적 영역 만을 통과하도록 조정되는 막 두께 측정 장치.
  58. 제7항에 있어서, 상기 개구의 표면부, 또는 상기 개구의 표면부 및 상기 개구 근방 영역의 표면부는, 상기 제 2 투자성 재료보다도 투자율이 높은 제 3 투자성 재료로 형성되는 막 두께 측정 장치.
  59. 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키는 와전류 여기 코일과, 상기 와전류 여기 코일에 의해 권선되도록 설치되고 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하는 공심(air-cored) 수신 코일을 포함하고, 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 와전류 손실 측정 센서와,
    상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력된 상기 고주파 전류를 검출하여, 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하여 상기 와전류 손실의 크기를 나타내는 데이터로서 상기 측정된 변화를 출력하는 와전류 손실 측정 수단과,
    상기 공심 코일의 상측에 설치되고 레이저광을 발생시켜 상기 공심 코일의 공심을 경유하여 상기 도전성 막의 표면에 입사되도록 하고 상기 도전성 막에서 반사된 광을 상기 공심을 경유해 수광하는 레이저 변위 센서를 포함하고, 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 수단과,
    상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막 사이의 상기 거리, 상기 고주파 전류의 주파수, 상기 도전성 막의 막 두께, 상기 도전성 막의 비저항, 및 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께, 상기 비저항, 및 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 거리, 상기 주파수, 상기 막 두께, 상기 비저항, 및 상기 고주파 전류의 위상의 변화 사이의 상관 관계를 나타내는 측정 데이터를 기억하는 메모리와,
    상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 측정된 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 측정된 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 측정된 변화를, 상기 메모리에 기억된 상기 측정 데이터와 비교하여 상기 도전성 막의 막 두께를 계산하는 막 두께 연산 수단
    을 포함하는 막 두께 측정 장치.
  60. 제59항에 있어서,
    상기 도전성 막의 막 두께 측정에 앞서서 상기 레이저 변위 센서를 구동하여 상기 거리를 측정하고, 상기 측정된 결과의 측정 오차를 정정하는 거리 측정 오차 보정 수단을 더 포함하고,
    제어 수단은 상기 거리 측정 오차 보정 수단에 의해 정정된 상기 측정된 거리에 기초하여 스테이지 이동 수단 및 센서 이동 수단을 제어하여 상기 와전류 손실 측정 센서가 상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막 사이의 거리를 실질적으로 일정하게 유지하면서 상기 도전성 막에 대해 스캔하도록 하는 막 두께 측정 장치.
  61. 제59항에 있어서,
    상기 도전성 막의 막 두께 측정에 앞서서 상기 레이저 변위 센서를 구동하여 상기 거리를 측정하고 상기 측정된 결과의 측정 오차를 정정하는 거리 측정 오차 보정 수단을 더 포함하고,
    상기 막 두께 연산 수단은 상기 거리 측정 오차 보정 수단에 의해 정정된 상기 측정된 결과에 기초하여 상기 계산된 막 두께 값을 정정하는 막 두께 측정 장치.
  62. 제 31항에 있어서, 상기 측정용 전극은 다수의 전극 편들을 갖는 막 두께 측정 장치.
  63. 제 62 항에 있어서,
    상기 측정용 전극은 상기 와전류 손실 측정 센서를 둘러 싸는 링 형태를 갖는 막 두께 측정 장치.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 측정용 전극의 외부 직경은, 상기 와전류 손실 측정 센서에 의해 상기 도전성 막에 여기된 와전류에 의해 와전류 손실이 발생하는 영역의 직경과 실질적으로 동일한 막 두께 측정 장치.
  65. 제 64 항에 있어서,
    상기 측정용 전극의 내경은, 상기 와전류 손실 측정 센서에 의해 상기 측정용 전극 내에 여기되는 와전류가 측정상 무시할 수 있을 정도로 작고, 또한, 상기 측정용 전극과 상기 도전성 막 사이의 상기 정전 용량을 측정할 수 있을 정도의 표면적을 상기 측정용 전극이 갖도록 선택되는 막 두께 측정 장치.
  66. 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키고, 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 와전류 손실 측정 센서와,
    그 위에 상기 도전성 막이 성막된 기판을 지지하기 위한 스테이지와,
    상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력된 상기 고주파 전류를 검출하여, 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하여 상기 와전류 손실의 크기를 나타내는 데이터로서 상기 측정된 변화를 출력하는 와전류 손실 측정 수단과,
    상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 수단과,
    상기 도전성 막의 두께와 상기 와전류 손실 측정 수단의 상기 측정 결과 사이의 관계에 따라서, 상기 도전성 막의 막 두께를 계산하는 막 두께 연산 수단과,
    상기 와전류 손실 측정 센서와 상기 도전성 막 사이의 거리를 실질적으로 일정하게 유지하기 위해 상기 거리 측정 수단에 응답하여 상기 스테이지 및 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 상대적 위치 관계를 제어하는 제어 수단
    을 포함하는 막 두께 측정 장치.
  67. 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키고 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 와전류 손실 측정 센서와,
    상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력된 상기 고주파 전류를 검출하여, 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화, 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하여 상기 와전류 손실의 크기를 나타내는 데이터로서 상기 측정된 변화를 출력하는 와전류 손실 측정 수단과,
    상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 수단과,
    상기 도전성 막의 막 두께 및 상기 와전류 손실 측정 수단의 임피던스의 변화 사이의 관계, 상기 도전성 막의 막 두께 및 상기 와전류 손실 측정 수단의 전류값의 변화 사이의 관계, 또는 상기 도전성 막의 막 두께 및 상기 와전류 손실 측정 수단의 전류값의 위상 사이의 관계에 따라서, 상기 도전성 막의 막 두께를 계산하는 막 두께 연산 수단 -상기 막 두께 연산 수단은 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화와 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리 사이의 상관 관계, 상기 와전류 손실 측정 센서의 전류값의 변화와 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리 사이의 상관 관계, 또는 상기 와전류 손실 측정 센서의 위상의 변화와 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리 사이의 상관 관계에 기초하여 상기 거리 측정 수단의 상기 측정 결과에 응답하여 상기 계산된 두께를 정정함-
    을 포함하는 막 두께 측정 장치.
  68. 제67항에 있어서, 상기 고주파 전류의 주파수를 제어하여 상기 고주파 전류의 주파수가 상기 고주파 전류의 주파수, 상기 도전성 막의 두께, 및 상기 막 두께 측정 장치의 분해능 사이의 관계에 기초하여 상기 도전성 막의 예상 두께에 응답하여 가변되도록 하는 주파수 제어 수단을 더 포함하는 막 두께 측정 장치.
  69. 제67항에 있어서, 상기 스테이지를 절연 재료 또는 작은 도전성을 갖는 재료로 형성하여 무시될 수 있는 정도의 작은 양의 와전류 만이 상기 고주파 자계를 수신할 때 발생되도록 하는 막 두께 측정 장치.
  70. 제67항에 있어서, 상기 와전류 손실 측정 센서를 상기 와전류의 영향이 실질적으로 없는 영역으로 이동시키는 제어 수단을 더 포함하고,
    상기 와전류 손실 측정 수단은 상기 와전류의 영향이 실질적으로 없는 상기 영역에서, 상기 와전류 측정 센서의 임피던스, 상기 고주파 전류의 전류값, 또는 상기 고주파 전류의 위상을 측정하여 상기 측정된 결과를 측정 기준값으로서 출력하고,
    상기 막 두께 연산 수단은 상기 측정 기준값에 기초하여 상기 계산된 막 두께를 더 정정하는 막 두께 측정 장치.
  71. 제67항에 있어서, 상기 스테이지를 이동시키기 위한 스테이지 이동 수단과 상기 와전류 손실 측정 센서를 이동시키기 위한 센서 이동 수단을 더 포함하고,
    상기 제어 수단은 상기 스테이지 이동 수단 및/또는 상기 센서 이동 수단을 제어하여 상기 도전성 막에 대한 성막 공정, 에칭 공정, 또는 연마 공정과 병행하여 상기 도전성 막이 상기 와전류 손실 측정 센서로 스캔되도록 하고,
    상기 막 두께 연산 수단은 상기 거리 측정 수단의 상기 측정된 결과를 수신하여 상기 계산된 막 두께값을 정정하는 막 두께 측정 장치.
  72. 제67항에 있어서, 다수의 상기 와전류 손실 측정 센서들을 포함하는 막 두께 측정 장치.
  73. 제67항에 있어서, 상기 와전류 손실 측정 센서는, 상기 측정 대상인 상기 도전성 막이 그 위에 성막되고, 에칭되고, 또는 연마되는 표면과 대향하도록, 또는 상기 측정 대상인 상기 도전성 막이 그 위에 성막되고, 에칭되고, 또는 연마되는 표면의 반대 편에 있는 기판 표면과 대향하도록, 또는 상기 측정 대상인 상기 도전성 막이 그 위에 성막되는 표면과 상기 측정 대상인 상기 도전성 막이 그 위에 성막되고, 에칭되고, 또는 연마되는 표면의 반대 편에 있는 기판 표면의 양쪽 모두와 대향하도록 설치되는 막 두께 측정 장치.
  74. 제67항에 있어서, 상기 막 두께 연산 수단은 상기 도전성 막의 막 두께의 계산과 상기 계산된 막 두께의 정정을 병행하여 행하는 막 두께 측정 장치.
  75. 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 측정 대상인 도전성 막에 와전류를 여기시키고 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하는 와전류 손실 측정 센서와,
    상기 와전류 손실 측정 센서를 이동시키기 위한 센서 이동 수단과,
    상기 와전류 손실 측정 센서로부터 출력된 상기 고주파 전류를 검출하여, 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화, 상기 고주파 전류의 전류값의 변화 또는 상기 고주파 전류의 위상의 변화를 측정하여 상기 와전류 손실의 크기를 나타내는 데이터로서 상기 측정된 변화를 출력하는 와전류 손실 측정 수단과,
    상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 수단과,
    상기 거리 측정 수단의 상기 측정 결과에 기초하여 상기 스테이지 및 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 상대적 위치 관계를 제어하기 위한 제어 수단과,
    상기 도전성 막의 막 두께 및 상기 와전류 손실 측정 수단의 임피던스의 변화 사이의 관계, 상기 도전성 막의 막 두께 및 상기 와전류 손실 측정 수단의 전류값의 변화 사이의 관계, 또는 상기 도전성 막의 막 두께 및 상기 와전류 손실 측정 수단의 전류값의 위상 변화 사이의 관계에 따라서, 상기 도전성 막의 막 두께를 계산하는 막 두께 연산 수단
    을 포함하고,
    상기 제어 수단은 상기 센서 이동 수단을 제어하여 상기 와전류 손실 측정 센서를 구동하여 상기 도전성 막에 대한 측정에 앞서서 상기 도전성 막이 상기 와전류 손실 측정 센서로 스캔되도록 하고,
    상기 거리 측정 수단은 상기 도전성 막에 대한 측정에 앞서서 상기 스캐닝 중에 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리를 측정하여 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리의 변화를 출력하고,
    상기 막 두께 연산 수단은 상기 와전류 손실 측정 센서의 임피던스의 변화와 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리 변화 사이의 상관 관계, 상기 와전류 손실 측정 센서의 전류값의 변화와 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리 변화 사이의 상관 관계, 또는 상기 와전류 손실 측정 센서의 위상의 변화와 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리 변화 사이의 상관 관계에 따라서 상기 도전성 막과 상기 와전류 손실 측정 센서 사이의 거리의 출력 변화를 참조하여 상기 도전성 막의 두께를 측정하는 동안 상기 계산된 두께값을 정정하는
    막 두께 측정 장치.
  76. 제75항에 있어서,
    상기 와전류 손실 측정 센서는, 고주파 전류를 수신하여 고주파 자계를 여자하여 상기 도전성 막에 와전류를 여기시키고 상기 와전류에 의해 발생하는 자계와 상기 고주파 자계와의 합성 자계를 수신하는 여기수신 일체형 공심 코일을 포함하고, 상기 와전류에 기인하는 와전류 손실의 영향을 받은 상기 고주파 전류를 출력하며,
    상기 거리 측정 수단은 상기 공심 코일의 상측에 설치되고 레이저광을 발생시켜 상기 공심 코일의 공심을 경유하여 상기 도전성 막의 표면에 입사되도록 하고 상기 도전성 막에서 반사된 광을 상기 공심을 경유해 수광하는 레이저 변위 센서를 포함하는
    막 두께 측정 장치.
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