KR20080035541A - 막두께 측정장치 - Google Patents

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KR20080035541A
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카이 첸
시즈오 나까무라
아끼히또 미나미쯔
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가부시키가이샤 알박
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Abstract

기판상에 형성된 도전성 박막의 막두께를 효율적이고, 저렴하게 측정할 수 있는 기술을 제공한다. 본 발명의 막두께 측정장치는 도전막 (51) 근방의 소정 위치에 배치 가능하게 구성되고, 도전막 (51) 에 대하여 소정의 와전류를 발생시키고, 또한 상기 와전류에 의한 자계를 검출하는 와전류 코일 센서 (20) 와, 와전류 코일 센서 (20) 와 도전막 (51) 사이의 변위를 측정하기 위한 레이저 변위 센서 (30) 를 구비하고, 와전류 코일 센서 (20) 에서의 인덕턴스의 변화량과 레이저 변위 센서 (30) 로 측정된 변위량에 근거하여 도전막 (51) 의 두께를 측정하도록 구성되어 있다.
와전류 코일 센서, 측정부, 측정 코일, 도전막

Description

막두께 측정장치 {APPARATUS FOR MEASURING THE THICKNESS OF A THIN FILM}
본 발명은 예컨대, 반도체 기판이나 유리 기판상에 형성된 도전성 박막의 성막 상태를 비접촉적이면서 비파괴적으로 검출하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 기술분야에서는 실리콘 웨이퍼상에, 예컨대 스퍼터링, CVD, 도금 등의 프로세스에 의해 도전성 박막을 형성하고, 이것을 전자 디바이스나 광 디바이스에 이용하고 있다.
이와 같은 디바이스에서는 동일한 품질의 것을 어떻게 많이 제조하는지가 중요하고, 이 때문에 기판상의 박막의 막두께나 전기 특성을 충분히 관리하는 것이 요구된다.
종래 동일한 로트 (lot) 에 대하여 다수 장의 도전성 피복 기판을 동시에 작성하고, 그 중 어느 기판에 대하여 사탐침(四探針) 측정이나 촉침식 프로파일러 등의 방식으로 막을 파괴하여 막두께나 전기 특성을 검사, 분석하고, 그 분석 결과를 대표값으로 하여, 기판의 품질을 유추하는 방법이 알려져 있다.
그러나, 이 방법은 소정의 기준에 미치지 않는 기판이 존재하는 경우에, 기판의 품질 불량을 검출할 수 없다는 문제가 있다.
한편, 기판상의 막에 대하여 비접촉적으로 막두께를 측정하는 방법도 알려져 있다. 예컨대, X 선 간섭법이나 레이저 여기 진동법이 그것이다.
그러나, 이들 방법으로는 측정 속도가 매우 늦고, 또 비용이 지나치게 비싸기 때문에 대량 생산에는 이용할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 기판상에 형성된 도전성 박막의 막두께를 효율적이고, 게다가 저렴하게 측정할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 제 1 항에 기재된 발명은 측정 대상막 근방의 소정 위치에 배치 가능하게 구성되고, 상기 측정 대상막에 대하여 소정의 와전류를 발생시키고, 또한 상기 와전류에 의한 자계를 검출하는 와전류 코일 센서와, 상기 와전류 코일 센서와 상기 측정 대상막 사이의 변위를 측정하기 위한 변위 센서를 구비하고, 상기 와전류 코일 센서에서의 인덕턴스의 변화량과 상기 변위 센서로 측정된 변위량에 근거하여 상기 측정 대상막의 두께를 측정하도록 구성되어 있는 막두께 측정장치이다.
제 2 항의 발명은 제 1 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 와전류 코일 센서 에 의해 와전류를 발생시키는 상기 측정 대상막의 부위와, 상기 변위 센서에 의해 변위를 측정하는 상기 측정 대상막의 부위가 일치하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 3 항의 발명은 제 1 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 측정 대상막과 상기 와전류 코일 센서 사이의 상대적인 거리를 일정하게 유지시킨 상태에서 막두께의 측정을 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 4 항의 발명은 제 1 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 변위 센서는 상기 측정 대상막에 대한 레이저 빔의 조사에 의해 변위를 측정하는 레이저 변위 센서인 것을 특징으로 한다.
제 5 항의 발명은 제 1 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 변위 센서는 상기 측정 대상막 사이의 정전 용량을 검출함으로써 변위를 측정하는 정전 용량 변위 센서인 것을 특징으로 한다.
제 6 항의 발명은 제 4 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 레이저 변위 센서의 레이저 빔이 상기 와전류 코일 센서를 관통하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 7 항의 발명은 제 5 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 와전류 코일 센서와 상기 정전 용량 변위 센서가 동축 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 8 항의 발명은 측정 대상막 근방의 소정 위치에 배치 가능하게 구성되고, 상기 측정 대상막에 대하여 소정의 와전류를 발생시키고, 또한 상기 와전류에 의한 자계를 검출하는 와전류 코일 센서와, 상기 와전류 코일 센서와 상기 측정 대상막 사이의 변위를 측정하기 위한 변위 센서와, 상기 와전류 코일 센서와 상기 측정 대상막 사이의 상대적인 변위량을 조정하기 위한 이동 기구를 구비하고, 상기 와전류 코일 센서에서의 인덕턴스의 변화량과 상기 변위 센서로 측정된 변위량에 근거하여 상기 측정 대상막의 두께를 측정하도록 구성되어 있는 막두께 측정장치이다.
제 9 항의 발명은 제 8 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 와전류 코일 센서에 의해 와전류를 발생시키는 상기 측정 대상막의 부위와, 상기 변위 센서에 의해 변위를 측정하는 상기 측정 대상막의 부위가 일치하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 10 항의 발명은 제 8 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 측정 대상막과 상기 와전류 코일 센서 사이의 상대적인 거리를 일정하게 유지시킨 상태에서 막두께의 측정을 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 11 항의 발명은 제 8 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 변위 센서는 상기 측정 대상막에 대한 레이저 빔의 조사에 의해 변위를 측정하는 레이저 변위 센서인것을 특징으로 한다.
제 12 항의 발명은 제 8 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 변위 센서는 상기 측정 대상막 사이의 정전 용량을 검출함으로써 변위를 측정하는 정전 용량 변위 센서인 것을 특징으로 한다.
제 13 항의 발명은 제 11 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 레이저 변위 센서의 레이저 빔이 상기 와전류 코일 센서를 관통하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 14 항의 발명은 제 12 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 와전류 코일 센서와 상기 정전 용량 변위 센서가 동축 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명은 와전류 코일 센서에서의 인덕턴스의 변화량과, 변위 센서로 측정된 변위량에 근거하여 측정 대상막의 두께를 측정하는 것이기 때문에, 종래 비접촉의 막두께 측정장치에 비해 신속하게 막두께의 측정을 실행할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면 간소한 구성으로 저렴하게 막두께의 측정을 실행할 수 있게 된다.
본 발명에 의하면, 예컨대, 와전류 코일 센서와 상기 측정 대상막 사이의 상대적인 거리를 항상 일정한 값으로 유지할 수 있어, 항상 동일한 조건에서 와전류 코일 센서에서의 인덕턴스의 변화량을 측정할 수 있고, 그 결과, 보다 정확한 막두께의 측정을 실행하는 것이 가능하게 된다.
본 발명과 같이, 측정 대상막과 와전류 코일 센서 사이의 상대적인 거리를 일정하게 유지시킨 상태에서 막두께의 측정을 실행하고자 하면, 항상 동일한 조건에서 막두께의 측정을 실행할 수 있고, 이로써 보다 정확한 막두께 측정을 신속하게 실행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 측정 대상막의 소정 부위의 막두께를 측정하는 경우에, 변위를 측정한 후, 측정 대상막에 대하여 상기 막두께 측정장치를 상대적으로 이동시키지 않고, 막두께의 측정을 실행할 수 있어, 보다 신속한 막두께 측정을 실행하 는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 의하면, 레이저 변위 센서를 이용하고 있으므로, 높은 공간 분해능으로 고정밀도의 거리 측정을 실행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 와전류 코일 센서에 의해 와전류를 발생시키는 상기 측정 대상막의 부위와, 레이저 변위 센서에 의해 변위를 측정하는 상기 측정 대상막의 부위를 용이하게 일치시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 정전 용량 변위 센서를 이용하고 있으므로, 와전류 코일 센서와 정전 용량 변위 센서를 동축 배치할 수 있고, 또한 장착이 용이한 소형의 막두께 측정장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 와전류 코일 센서에 의해 와전류를 발생시키는 상기 측정 대상막의 부위와, 정전 용량 변위 센서에 의해 변위를 측정하는 상기 측정 대상막의 부위를 용이하게 일치시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 관한 박막 측정장치의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 개략 전체 구성도이다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 막두께 측정장치 (1) 는 예컨대, 구동계 (이동 기구) (3) 에 의해 구동되는 기판 스테이지 (3a) 상에 지지된 실리콘 웨이퍼 등의 기판 (50) 의 상측에 배치되는 측정부 (2) 를 가지고 있다.
이 구동계 (3) 는 컴퓨터 (4) 로부터의 명령에 의해 동작하도록 구성되고, 기판 스테이지 (3a) 를 상하 및 수평 방향으로 이동시킴으로써, 측정부 (2) 와 기판 (50) 의 상대적인 위치를 바꾸도록 되어 있다.
본 실시형태의 측정부 (2) 에는 예컨대, 플라스틱 등의 절연재료로 이루어지는 지지부 (2a) 가 설치되고, 이 지지부 (2a) 에 와전류 코일 센서 (이하,「와전류 센서」라함) (20) 와, 레이저 변위 센서 (이하,「레이저 센서」라함) (30) 가 장착되어 있다.
여기에서, 와전류 센서 (20) 는 기판 (50) 의 근방에 배치되고, 기판 (50) 상에 형성된 도전막 (측정 대상막) (51) 에 근접하도록 되어 있다.
이 와전류 센서 (20) 는 예컨대, 폴리아세탈수지 등의 절연재료로 이루어지는 본체부 (20a) 내에 후술하는 측정 코일 (11) 과 기준 코일 (12) 을 가지는 코일부 (20b) 가 매입되어 구성되고, 또한 이 코일부 (20b) 는 인덕턴스 메타 (5) 에 접속되어 있다.
또, 레이저 센서 (30) 는 와전류 센서 (20) 상측의 소정의 위치에 장착되어 있다.
이 레이저 센서 (30) 는 레이저 센서 컨트롤러 (6) 에 의해 제어되는 것으로, 기판 (50) 상의 도전막 (51) 상의 소정 위치 (본 실시형태에서는 와전류 센서 (20) 의 근방) 를 조사함으로써, 레이저 센서 (30) 와 도전막 (51) 표면간의 거리를 고정밀도 (예컨대, 오차 ±1 ㎛ 정도) 로 측정할 수 있는 기능을 가지고 있다.
또한, 이들 인덕턴스 메타 (5) 와 레이저 센서 컨트롤러 (6) 는 컴퓨터 (4) 에 접속되고, 이 컴퓨터 (4) 에서 데이터의 해석을 실행하도록 되어 있다.
도 2 는 본 실시형태의 와전류 센서의 구성을 나타내는 회로도, 도 3 은 와전류 센서의 측정 코일과 기준 코일의 상대적인 위치관계를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도 2 및 도 3 을 이용하여 본 발명의 측정 원리를 설명한다.
도 2 의 부호 (10) 는 맥스웰 브리지로 불리는 인덕턴스 브리지를 나타내고 있다.
이 인덕턴스 브리지 (10) 는 측정 코일 (11), 기준 코일 (12), 제 1, 제 2 기준 저항 (14,15) 을 가지고 있다.
측정 코일 (11) 과 기준 코일 (12) 은 접속 중점 (23) 에서 서로 직렬 접속되어 있고, 또 제 1, 제 2 기준 저항 (14,15) 은 마찬가지로 접속 중점 (24) 에서 서로 직렬 접속되어 있다.
측정 코일 (11) 과 기준 코일 (12) 의 직렬 접속 회로와, 제 1, 제 2 기준 저항 (14, 15) 의 직렬 접속 회로는 그 양단의 병렬 접속점 (21,22) 에서 서로 병렬 접속되어 있다.
측정 코일 (11) 의 인덕턴스 성분의 크기와 기준 코일 (12) 의 인덕턴스 성분의 크기를 동일하게 하고, 또 제 1, 제 2 기준 저항 (14,15) 의 저항 성분을 동일하게 하면, 인덕턴스 브리지 (10) 의 균형이 잡혀, 병렬 접속점 (21,22) 에 교류 전압 (VD) 을 인가해도 접속 중점 (23,24) 사이에 전압은 나타나지 않는다.
그러나, 인덕턴스 브리지 (10) 의 균형이 잡혀 있어도 측정 코일 (11) 에 기 판 (50) 을 근접시켰을 경우, 기판 (50) 의 내부나 기판 (50) 의 표면에 형성되어 있는 도전막 (51) 중에 와전류가 생기기 때문에, 이 와전류의 영향으로 측정 코일 (11) 의 인덕턴스 성분의 크기가 변화하고, 인덕턴스 브리지 (10) 의 균형이 깨진다. 그 결과, 접속 중점 (23,24) 사이에 교류 전압 (VS) 이 나타난다.
여기에서, 인덕턴스 브리지 (10) 에 인가하는 교류 전압 (VD) 을
VD = VD0 ·exp (iωt)
로 표시한 경우, 접속 중점 (23,24) 사이에 나타나는 교류 전압 VS 은
VS = VS0 ·exp (iωt + Φ) = VS0 ·exp (iωt ) ·cos ( Φ) + i ·VS0 ·exp (iωt ) ·sin (Φ)
로 표시된다.
이 접속 중점 (23,24) 에 나타나는 교류 전압 (VS) 중, 인가된 교류 전압 (VD) 에 동기한 위상의 전압과, 90 °어긋난 위상의 전압을 구하면, 그 비로부터 와전류의 영향으로 측정 코일 (11) 의 인덕턴스 성분이 변화한 크기, 즉 측정 코일 (11) 의 인덕턴스 성분의 변화량 (ΔL) 이 구해진다.
인덕턴스 성분의 변화량 (ΔL) 은 기판 (50) 중의 와전류 손실에 대응한 값이고, 교류 전압 (VD) 의 주파수는 이미 알려져 있기 때문에, 기판 (50) 이나 기판 (50) 표면의 도전막 (예컨대, 구리 박막) (51) 의 비저항을 이미 안다면, 막두께가 구해진다.
일반적으로 기판 (50) 의 본체가 절연성 기판이면 도전막 (51) 중에만 와전류가 생기고, 또한 기판 (50) 의 본체가 반도체 기판이어도, 도전막 (51) 과 비교해 도전율이 낮고, 반도체 기판중에 생긴 와전류는 무시할 수 있기 때문에, 인덕턴스 성분의 변화량 (ΔL) 은 도전막 (51) 중에 생긴 와전류에 의한 영향으로 봐도 된다.
단, 측정 코일 (11) 의 인덕턴스 성분의 변화량 (ΔL) 은 도전막 (51) 의 재질 이외에, 측정 코일 (11) 과 기판 (50) 표면의 도전막 (51) 의 거리 (W) 에 크게 의존한다.
그래서, 이미 공지된 막두께 (D) 를 가지는 도전막 (51) 에 대하여 거리 (W) 와 인덕턴스 성분의 변화량 (ΔL) 을 측정하고, 그것들을 대응시켜 기억 데이터로 하고, 데이터 베이스를 구성해 둔다.
그리고, 알려지지 않은 막두께 (D) 를 가지는 기판 (50) 을 측정 코일 (11) 에 근접시키고, 고정밀도의 변위 센서를 이용하여 측정 코일 (11) 과 기판 (50) 표면의 도전막 (51) 의 거리 (W) 를 측정함과 동시에, 상기 방법에 의해 인덕턴스 성분의 변화량 (ΔL) 을 측정하고, 상술한 데이터 베이스에 조합함으로써, 알려지지 않은 막두께 (D) 를 구하는 것이 가능하게 된다.
무엇보다도, 데이터 베이스를 제작했을 때의 도전막 (51) 과 알려지지 않은 막두께 (D) 의 도전막 (51) 의 재질이 동일하다는 등, 도전율이 일정할 것이 조건이 된다.
또한, 실제로는 미리 막두께가 상이한 도전막 (51) 을 가지는 복수의 기판 (50) 을 준비하고, 촉침식 막두께 측정장치 등으로 각 기판 (50) 의 도전막 (51) 의 막두께 (D) 를 측정해 두고, 거리 (W) 를 바꿔 각 기판 (50) 에 대한 인덕턴스 성분의 변화량 (ΔL) 을 측정하고, 막두께 (D), 거리 (W), 변화량 (ΔL) 의 측정값과 함께 기억 데이터로서 기억장치 중에 기억해 둠으로써, 데이터 베이스가 얻어진다.
본 실시형태에서 막두께의 측정을 하는 경우에는, 측정해야 할 도전막 (51) 이 형성된 기판 (50) 을 기판 스테이지 (3a) 에 의해 반송하여 측정부 (2) 의 하측에 위치시킨다.
그리고, 레이저 센서 (30) 로부터 레이저를 조사하여, 이 스폿이 도전막 (51) 상의 소정의 막두께 측정부위에 위치하도록 기판 (50) 을 이동시키고, 레이저 센서 (30) 에 의해 도전막 (51) 사이의 거리를 측정한다.
이 측정값은 와전류 센서 (20) 의 측정 코일 (11) 과 도전막 (51) 간의 거리 (변위량) 로 변환된다. 그리고, 이 변위량과 미리 컴퓨터 (4) 에 기억시켜 둔 값을 비교하여, 그 차분이 0 이 되도록 기판 스테이지 (3a) 를 구동하여 기판 (50) 을 상하 이동시킨다.
이어서, 와전류 센서 (20) 가 상기 막두께 측정부위에 위치하도록 기판 (50) 을 수평 이동하여 와전류 센서 (20) 를 동작시키고, 이 막두께 측정부위에 와전류를 발생시킨다. 그리고, 인덕턴스 메타 (5) 로 측정 코일 (11) 의 인덕턴스를 측정한다. 이 측정값은 상술한 원리에 의해 측정 코일 (11) 의 인덕턴스 성분 의 변화량 (ΔL) 으로 변환하여 컴퓨터 (4) 에 기억시킨다.
그리고, 이 측정 코일 (11) 의 인덕턴스 성분의 변화량 (ΔL) 과 측정 코일 (11) 과 도전막 (51) 간의 거리를 이용하여, 미리 구해 둔 이들 상관 관계의 데이터 베이스에 근거하여 도전막 (51) 상의 상기 부위의 막두께를 산출한다.
그 후, 기판 스테이지 (3a) 를 구동하여 기판 (50) 을 수평 이동시키고, 다음의 측정부위까지 측정부 (2) 를 이동시킨다. 그리고, 상술한 방법에 의해 이 위치의 도전막 (51) 의 막두께를 측정한다. 이하, 동일한 동작을 반복함으로써, 도전막 (51) 의 복수 부위의 막두께를 측정한다.
이상 서술한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 와전류 센서 (20) 의 측정 코일 (11) 에서의 인덕턴스의 변화량과 레이저 센서 (30) 로 측정된 변화량에 근거하여 도전막 (51) 의 두께를 측정하는 것이므로, 종래의 비접촉 막두께 측정장치에 비해 신속하게 막두께 측정을 실행할 수 있다.
또, 본 실시형태에 의하면, 간소한 구성으로 저렴하게 막두께 측정을 실행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시형태에서는 와전류 센서 (20) 와 도전막 (51) 사이의 상대적인 거리를 항상 일정한 값으로 유지함으로써, 항상 동일한 조건으로 와전류 센서 (20) 에서의 인덕턴스의 변화량을 측정할 수 있어, 보다 정확한 막두께의 측정을 실행하는 것이 가능하게 된다.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태의 중요부를 나타내는 개략 구성도이고, 이하, 상기 실시형태와 대응되는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여, 그 상세 한 설명을 생략한다.
도 4 에서 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는 예컨대, 원통 형상으로 형성된 본체부 (20a) 내에 와전류 센서 (20) 의 측정 코일 (11) 과 기준 코일 (12) 이 매입되어 있다. 그리고 레이저 센서 (30) 의 레이저 빔 (L) 이 와전류 센서 (20) 의 본체부 (20a), 즉 측정 코일 (11) 과 기준 코일 (12) 을 관통하도록 레이저 센서 (30) 의 위치가 정해져 있다.
또한, 도전막 (51) 상에 있어서, 와전류 센서 (20) 에 의해 와전류를 발생시키는 부위와, 레이저 센서 (30) 에 의해 변위를 측정하는 부위가 일치하도록 구성되어 있다 (도 4 중, 부호 P 로 나타낸다).
이와 같은 구성을 가지는 본 실시형태에 의하면, 도전막 (51) 의 소정 부위의 막두께를 측정하는 경우에, 기판 (50) 을 수평 이동시키지 않고 막두께의 측정을 실행할 수 있어, 보다 신속한 막두께 측정을 실행하는 것이 가능하게 된다. 그 이외의 구성 및 작용 효과에 대해서는 상술한 실시형태와 동일하므로 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5 내지 도 7 은 본 발명의 제 3 실시형태를 나타내는 것이며, 이하, 상기 실시형태와 대응되는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여, 그 상세한 설명을 생략한다.
여기에서, 도 5 는 본 실시형태의 개략 전체 구성도, 도 6 은 본 실시형태의 요부를 나타내는 구성도, 도 7a 내지 도 7d 는 본 실시형태의 정전 용량 변위 센서의 구성 부재를 나타내는 것으로, 도 7a 는 평면도, 도 7b 는 단면도, 도 7c 는 평 면도, 도 7d 는 단면도이다.
본 실시형태의 막두께 측정장치 (1B) 는 상기 실시형태의 레이저 센서 (30) 대신에, 정전 용량 센서 컨트롤러 (6B) 에 의해 제어되는 정전 용량 변위 센서 (이하, 「정전 용량 센서」라함) (40) 를 이용하여 구성한 것이다.
도 5 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 경우는 상술한 와전류 센서 (20) 의 검출부와 정전 용량 센서 (40) 가 일체적으로 구성되고, 이 센서 조립체 (60) 가 상술한 지지부 (2a) 에 장착되어 있다.
도 6 및 도 7a 내지 도 7d 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 정전 용량 센서 (40) 는 제 1 및 제 2 구성 부재 (41,42) 를 가지고, 이들 제 1 및 제 2 구성 부재 (41,42) 가 예컨대, 나사 (43) 에 의해 일체적으로 고정되도록 되어 있다.
도 7a, 7b 에 나타내는 바와 같이, 제 1 구성 부재 (41) 는 정전 용량 센서 (40) 의 프로브 지지부이고, 예컨대 폴리아세탈수지 등의 절연재료를 이용하여 중공 원통 형상으로 형성되고, 그 일측의 저부에 예컨대 유리-에폭시수지로 이루어지는 링 형상의 기판 (44) 이 장착되어 있다. 이 기판 (44) 상에는 동일하게 링 형상의 가드 전극 (45) 과 중심 전극 (45a) 이 설치되어 있다.
도 7c, 7d 에 나타내는 바와 같이, 제 2 구성 부재 (42) 는 와전류 센서 (20) 용 코일 지지구이고, 예컨대 폴리아세탈수지 등의 절연재료로 이루어지는 것으로, 제 1 구성 부재 (41) 의 구멍부 (41a) 와 서로 맞는 볼록부 (46) 를 가지고 있다. 이 볼록부 (46) 에는 원판 형상의 플랜지부 (46a) 가 일체적으로 형성되어 있다.
그리고, 제 2 구성 부재 (42) 의 볼록부 (46) 의 선단 부분에는 예컨대, 원통 형상의 구멍부 (46b) 가 형성되고, 이 구멍부 (46b) 내에 상술한 와전류 센서 (20) 의 측정 코일 (11) 과 기준 코일 (12) 이 수용되도록 되어 있다.
이 경우, 측정 코일 (11) 은 볼록부 (46) 의 구멍부 (46b) 내에서 측정 코일 (11) 의 단부가 볼록부 (46) 의 단부와 평편하게 되고, 또한 측정 코일 (11) 과 볼록부 (46) 의 중심축이 일치하도록 배치되어 있다. 또, 측정 코일 (11) 과 기준 코일 (12) 은 비도전성 접착제에 의해 구멍부 (46b) 내에 고정되어 있다.
그리고, 이와 같은 구성에 의해, 도전막 (51) 상에서 측정 코일 (11) 에 의해 와전류를 발생시키는 부위와, 정전 용량 센서 (40) 에 의해 변위를 측정하는 부위가 일치하도록 되어 있다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 정전 용량 센서 (40) 에서는 도전막 (51) 과 중심 전극 (45a) 에 교류 전원 (48) 으로부터 일정한 교류 전류가 공급되도록 접속된다. 또 가드 전극 (45) 에는 중심 전극 (45a) 과 동일한 전위가 되도록 출력 임피던스가 낮은 버퍼 (47) 를 통하여 상기 교류 전원 (48) 으로부터 일정한 교류 전류가 공급된다.
그리고, 도전막 (51) 과 가드 전극 (45) 사이의 전압을 전압계 (49) 에 의해 측정하도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시형태의 경우는, 전환 스위치 (61) 를 통하여 접속함으로써, 도전막 (51) 을 소정의 타이밍으로 접지시키도록 구성되어 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 실시형태에서 막두께의 측정을 하는 경우에는, 측정해야 할 도전막 (51) 이 형성된 기판 (50) 을 기판 스테이지 (3a) 에 의해 이동시키고, 검출부 (2) 의 센서 조립체 (60) 의 하측에 위치시킨다.
그리고, 전환 스위치 (61) 를 동작시켜 도전막 (51) 을 접지시킨다.
다음으로, 교류 전원 (48) 으로부터 도전막 (51) 및 중심 전극 (45a) 에 일정한 교류 전류를 공급함과 동시에, 가드 전극 (45) 에 버퍼 (47) 를 통하여 교류 전원 (48) 으로부터 일정한 교류 전류를 공급한다.
여기에서 본 실시형태의 정전 용량 센서 (40) 에서는 가드 전극 (45) 과 중심 전극 (45a) 이 동일 전위로 되어 있으므로, 중심 전극 (45a) 과 도전막 (51) 사이에서는 도너츠 형상의 평행 평판 콘덴서가 형성된다.
그 결과, 전압계 (49) 에서 측정되는 전압 (V) 은 이하 식에서 나타내는 바와 같이, 중심 전극 (45a) 과 도전막 (51) 의 거리 (g) 에 비례한다.
V = (I /ωε0 A) g I : 전류값 ω: 교류 전원의 각주파수
ε0 : 진공 유전율 A : 중심 전극의 면적
그리고, 이와 같이 하여 측정된 전압 (V) 에 근거하여, 중심 전극 (45a) 의 단부와 평편한 위치에 있는 측정 코일 (11) 과, 도전막 (51) 사이의 거리를 산출한다. 그리고, 이 거리와 미리 컴퓨터 (4) 에 기억시켜 둔 값을 비교하고, 그 차분이 0 이 되도록 기판 스테이지 (3a) 를 구동하여 기판 (50) 을 상하 이동시킨다.
여기에서, 전환 스위치 (61) 의 동작으로 도전막 (51) 의 접지 상태를 해제한다.
다음으로, 이 위치에서 와전류 센서 (20) 를 동작시켜 도전막 (51) 의 막두께 측정부위에 와전류를 발생시키고, 인덕턴스 메타 (5) 로 측정 코일 (11) 의 인덕턴스의 변화량을 측정한다.
그리고, 이하 상기 실시형태와 동일한 순서를 실행함으로써, 도전막 (51) 상의 상기 부위의 막두께를 산출한다.
이상 서술한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 상기 실시형태와 마찬가지로, 종래 비접촉 막두께 측정장치에 비하여 신속하게 막두께의 측정을 실행할 수 있음과 동시에, 간소한 구성으로 저렴하게 막두께의 측정을 실행할 수 있다.
특히 본 실시형태에 의하면, 도전막 (51) 의 소정 부위의 막두께를 측정하는 경우에, 기판 (50) 을 수평 방향으로 이동시키지 않고 막두께의 측정을 실행할 수 있어, 보다 신속한 막두께 측정을 실행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 실시형태에 의하면, 정전 용량 센서 (40) 를 이용하고 있어서, 와전류 센서 (20) 와 정전 용량 센서 (40) 를 동축 배치가 가능하고, 또한 장착이 용이한 소형의 막두께 측정장치를 제공할 수 있다. 그 이외의 구성 및 작용 효과에 대해서는 상술한 실시형태와 동일하므로, 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 다양한 변경을 실행할 수 있다.
예컨대, 상술한 실시형태에서는 기판을 상하 이동 및 수평 이동시킴으로서, 막두께 측정 위치를 변경하도록 하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 막두께 측정장치의 측정부를 이동시키도록 구성할 수도 있다.
또, 상술한 실시형태에서는 와전류 코일 센서에 의해 막두께를 측정할 때에 와전류 코일 센서와 도전막의 상대적인 거리를 일정하게 하도록 하였지만, 와전류 코일 센서와 도전막의 상대적인 거리를 바꾸지 않고, 미리 구해 둔 데이터 베이스에 근거하여 막두께를 측정하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은 예컨대, 금속막 성막 장치나 CMP 장치 등의 각종 프로세스를 실행하는 장치에 적용할 수 있고, 또 실리콘 웨이퍼나 유리 기판 등의 각종 기판에도 적용할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 개략 전체 구성도.
도 2 는 제 1 실시형태의 와전류 센서의 구성을 나타내는 회로도.
도 3 은 와전류 센서의 측정 코일과 기준 코일의 상대적인 위치 관계를 설명하기 위한 도면.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태의 중요부를 나타내는 개략 구성도.
도 5 는 본 발명의 제 3 실시형태의 개략 전체 구성도.
도 6 은 제 3 실시형태의 요부를 나타내는 구성도.
도 7a 내지 도 7d 는 제 3 실시형태의 정전 용량 변위 센서의 구성 부재를 나타내는 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1;막두께 측정장치 2;측정부
3;구동계 (이동 기구) 11;측정 코일
12;기준 코일 20;와전류 코일 센서
30;레이저 변위 센서 50;기판
51;도전막 (측정 대상막)

Claims (12)

  1. 절연체기판 또는 반도체기판 상에 형성된 도전막에 해당하는 측정 대상막 근방의 소정 위치에 배치 가능하게 구성되고, 상기 측정 대상막에 대하여 소정의 와전류를 발생시키고, 또한 상기 와전류에 의한 자계를 검출하는 와전류 코일 센서와,
    상기 와전류 코일 센서와 상기 측정 대상막 사이의 변위를 측정하기 위한 변위 센서를 구비하고,
    상기 변위 센서로 측정된 변위량을 이용하여, 상기 측정 대상막과 와전류 코일 센서 사이의 상대적 거리를 일정하게 유지하고,
    상기 와전류 코일 센서에서의 인덕턴스의 변화량에 근거하여 상기 측정 대상막의 두께를 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 막두께 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 와전류 코일 센서에 의해 와전류를 발생시키는 상기 측정 대상막의 부위와, 상기 변위 센서에 의해 변위를 측정하는 상기 측정 대상막의 부위가 일치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 막두께 측정장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위 센서는, 상기 측정 대상막에 대한 레이저 빔의 조사에 의해 변위 를 측정하는 레이저 변위 센서인 것을 특징으로 하는 막두께 측정장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위 센서는, 상기 측정 대상막 사이의 정전 용량을 검출함으로써 변위를 측정하는 정전 용량 변위 센서인 것을 특징으로 하는 막두께 측정장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 레이저 변위 센서의 레이저 빔이 상기 와전류 코일 센서를 관통하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 막두께 측정장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 와전류 코일 센서와 상기 정전 용량 변위 센서가 동축(同軸) 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 막두께 측정장치.
  7. 절연체기판 또는 반도체기판 상에 형성된 도전막에 해당하는 측정 대상막 근방의 소정 위치에 배치 가능하게 구성되고, 상기 측정 대상막에 대하여 소정의 와전류를 발생시키고, 또한 상기 와전류에 의한 자계를 검출하는 와전류 코일 센서,
    상기 와전류 코일 센서와 상기 측정 대상막 사이의 변위를 측정하기 위한 변위 센서, 및
    상기 변위 센서로 측정된 변위량을 이용하여, 상기 와전류 코일 센서와 상기 측정 대상막 사이의 상대적인 거리를 일정하게 조정하기 위한 이동 기구를 구비하고,
    상기 와전류 코일 센서에서의 인덕턴스의 변화량에 근거하여 상기 측정 대상막의 두께를 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 막두께 측정장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 와전류 코일 센서에 의해 와전류를 발생시키는 상기 측정 대상막의 부위와, 상기 변위 센서에 의해 변위를 측정하는 상기 측정 대상막의 부위가 일치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 막두께 측정장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 변위 센서는, 상기 측정 대상막에 대한 레이저 빔의 조사에 의해 변위를 측정하는 레이저 변위 센서인 것을 특징으로 하는 막두께 측정장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 변위 센서는, 상기 측정 대상막 사이의 정전 용량을 검출함으로써 변위를 측정하는 정전 용량 변위 센서인 것을 특징으로 하는 막두께 측정장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이저 변위 센서의 레이저 빔이 상기 와전류 코일 센서를 관통하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 막두께 측정장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 와전류 코일 센서와 상기 정전 용량 변위 센서가 동축(同軸) 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 막두께 측정장치.
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