KR20140080415A - 전자파 측정 장치, 측정 방법, 및 기록 매체 - Google Patents

전자파 측정 장치, 측정 방법, 및 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 전자파 측정 장치는 전자파 출력기와, 전자파 검출기와, 주파수 성분 취득부와, 두께·진폭 특성 기록부와, 지시량 도출부를 구비한다. 이렇게 구성된 전자파 측정 장치에 의하면, 전자파 출력기는 기판 상에 배치되고 2개이상의 층을 갖는 피측정물을 향해서 0.01[THz]이상 100[THz]이하의 주파수의 전자파를 출력하고, 전자파 검출기는 상기 피측정물에 입사되고, 상기 기판에 의해 반사되고, 상기 피측정물을 투과한 상기 전자파인 기판면 반사 전자파를 검출한다. 주파수 성분 취득부는 상기 전자파 검출기에 의해 검출된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭을 취득하고, 두께·진폭 특성 기록부는 상기 피측정물 중 어느 1개이상의 층의 두께를 나타내는 두께 지시량과 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭의 관계를 기록한다. 그리고, 두께 지시량 도출부는 상기 주파수 성분 취득부에 의해 취득된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭과 상기 두께·진폭 특성 기록부의 기록 내용에 의거해서 상기 두께 지시량을 도출한다.

Description

전자파 측정 장치, 측정 방법, 및 기록 매체{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING ELECTROMAGNETIC WAVES, AND RECORDING MEDIUM}
본 발명은 층구조를 갖는 시료에 대해서 전자파(주파수가 0.01[THz]이상 100[THz]이하)(예를 들면, 테라헤르츠파(예를 들면, 주파수가 0.03[THz]이상 10[THz]이하))를 사용해서 층을 비파괴로 측정하는 것에 관한 것이다.
층구조를 갖는 시료를 비파괴 시험에 의해 시험하기 위해서 시료에 테라헤르츠파를 조사해서 층의 각각에 의해 반사된 테라헤르츠파를 검출하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1(일본 특허 공개 2012-237657호 공보)의 요약을 참조).
그러나, 층끼리의 경계면에 의한 반사파를 측정할 수 없는 경우가 있다. 예를 들면, 인접한 층의 각각의 굴절률이 거의 같은 경우에는 층끼리의 경계면에 의한 반사파를 측정할 수 없는 경우가 있다. 또한, 시료의 최하층이 금속면에 올려져 있는 경우는 금속면의 반사파가 강하다. 이 때문에, 시료의 최하층에 가까운 층끼리의 경계면에 의한 반사파를 금속면의 반사파와 구별하기 어려운 경우가 있다. 따라서, 이러한 경계면에 의한 반사파를 측정할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우에는 상기 종래 기술에서는 시료의 시험이 불가능하다.
그래서, 본 발명은 층구조를 갖는 피측정물에 전자파를 조사하면서도 층끼리의 경계면에 의한 반사파를 측정하지 않고 피측정물의 측정을 행하는 것을 과제로 한다.
본 발명에 의한 전자파 측정 장치는 기판 상에 배치되고 2개이상의 층을 갖는 피측정물을 향해서 0.01[THz]이상 100[THz]이하의 주파수의 전자파를 출력하는 전자파 출력기와, 상기 피측정물에 입사되고, 상기 기판에 의해 반사되고, 상기 피측정물을 투과한 상기 전자파인 기판면 반사 전자파를 검출하는 전자파 검출기와, 상기 전자파 검출기에 의해 검출된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭을 취득하는 주파수 성분 취득부와, 상기 피측정물 중 어느 1개이상의 층의 두께를 나타내는 두께 지시량과 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭의 관계를 기록하는 두께·진폭 특성 기록부와, 상기 주파수 성분 취득부에 의해 취득된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭과 상기 두께·진폭 특성 기록부의 기록 내용에 의거해서 상기 두께 지시량을 도출하는 두께 지시량 도출부를 구비하도록 구성된다.
상기한 바와 같이 구성된 전자파 측정 장치에 의하면, 전자파 출력기는 기판 상에 배치되고 2개이상의 층을 갖는 피측정물을 향해서 0.01[THz]이상 100[THz]이하의 주파수의 전자파를 출력한다. 전자파 검출기는 상기 피측정물에 입사되고, 상기 기판에 의해 반사되고, 상기 피측정물을 투과한 상기 전자파인 기판면 반사 전자파를 검출한다. 주파수 성분 취득부는 상기 전자파 검출기에 의해 검출된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭을 취득한다. 두께·진폭 특성 기록부는 상기 피측정물 중 어느 1개이상의 층의 두께를 나타내는 두께 지시량과 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭의 관계를 기록한다. 두께 지시량 도출부는 상기 주파수 성분 취득부에 의해 취득된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭과 상기 두께·진폭 특성 기록부의 기록 내용에 의거해서 상기 두께 지시량을 도출한다.
또한, 본 발명에 의한 전자파 측정 장치는 상기 두께·진폭 특성 기록부의 기록 내용이 상기 전자파의 각 층에 있어서의 반사 및 흡수에 의거해서 도출된 것이도록 해도 좋다.
또한, 본 발명에 의한 전자파 측정 장치는 상기 두께·진폭 특성 기록부의 기록 내용이 기지의 상기 두께 지시량에 대응된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭의 측정값으로부터 추정된 것이도록 해도 좋다.
또한, 본 발명에 의한 전자파 측정 장치는 상기 두께 지시량이 어느 1개의 층의 두께를 상기 피측정물의 두께로 나눈 값이도록 해도 좋다.
또한, 본 발명에 의한 전자파 측정 장치는 상기 두께 지시량이 어느 1개의 층의 두께를 다른 1개의 층의 두께로 나눈 값이도록 해도 좋다.
또한, 본 발명에 의한 전자파 측정 장치는 상기 기판이 금속판이도록 해도 좋다.
또한, 본 발명에 의한 전자파 측정 장치는 기지의 상기 두께 지시량에 대응된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭의 측정값으로부터 상기 두께·진폭 특성 기록부의 기록 내용에 의거해서 얻어진 상기 두께 지시량과 상기 기지의 두께 지시량 사이의 오차의 편차를 상기 주파수 성분마다 도출하는 오차 편차 도출부와, 상기 오차 편차 도출부의 도출결과에 의거해서 상기 주파수 성분 취득부에 있어서 취득하는 상기 주파수 성분의 진폭의 주파수의 범위를 결정하는 주파수 범위 결정부를 구비하도록 해도 좋다.
또한, 본 발명에 의한 전자파 측정 장치는 상기 전자파 검출기가 상기 피측정물에 입사되고 상기 피측정물의 표면에 의해 반사된 상기 전자파인 표면 반사 전자파를 더 검출하고, 상기 전자파 측정 장치는 상기 전자파 검출기에 의해 검출된 상기 기판면 반사 전자파 및 상기 표면 반사 전자파의 전장이 극값을 취하는 타이밍을 취득하는 극값 타이밍 취득부와, 상기 극값 타이밍 취득부가 취득한 타이밍의 시간차로부터 상기 피측정물의 두께를 도출하는 합계 두께 도출부와, 상기 두께 지시량 도출부가 도출한 상기 두께 지시량과 상기 합계 두께 도출부가 도출한 상기 피측정물의 두께에 의거해서 상기 피측정물 중 어느 1개이상의 층의 두께를 도출하는 층두께 도출부를 구비하도록 해도 좋다.
본 발명은 기판 상에 배치되고 2개이상의 층을 갖는 피측정물을 향해서 0.01[THz]이상 100[THz]이하의 주파수의 전자파를 출력하는 전자파 출력 공정과, 상기 피측정물에 입사되고, 상기 기판에 의해 반사되고, 상기 피측정물을 투과한 상기 전자파인 기판면 반사 전자파를 검출하는 전자파 검출 공정과, 상기 전자파 검출 공정에 의해 검출된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭을 취득하는 주파수 성분 취득 공정과, 상기 피측정물 중 어느 1개이상의 층의 두께를 나타내는 두께 지시량과 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭의 관계를 기록하는 두께·진폭 특성 기록 공정과, 상기 주파수 성분 취득 공정에 의해 취득된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭과 상기 두께·진폭 특성 기록 공정의 기록 내용에 의거해서 상기 두께 지시량을 도출하는 두께 지시량 도출 공정을 구비한 전자파 측정 방법이다.
본 발명은 기판 상에 배치되고 2개이상의 층을 갖는 피측정물을 향해서 0.01[THz]이상 100[THz]이하의 주파수의 전자파를 출력하는 전자파 출력기와, 상기 피측정물에 입사되고, 상기 기판에 의해 반사되고, 상기 피측정물을 투과한 상기 전자파인 기판면 반사 전자파를 검출하는 전자파 검출기를 구비한 전자파 측정 장치에 있어서의 전자파 측정 처리를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체로서, 상기 전자파 측정 처리는 상기 전자파 검출기에 의해 검출된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭을 취득하는 주파수 성분 취득 공정과, 상기 피측정물 중 어느 1개이상의 층의 두께를 나타내는 두께 지시량과 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭의 관계를 기록하는 두께·진폭 특성 기록 공정과, 상기 주파수 성분 취득 공정에 의해 취득된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭과 상기 두께·진폭 특성 기록 공정의 기록 내용에 의거해서 상기 두께 지시량을 도출하는 두께 지시량 도출 공정을 구비한 기록 매체이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 전자파 측정 장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 2층구조의 피측정물(1) 및 기판(20)에 의해 반사된 전자파를 나타내는 도면(도 2(a) 참조) 및 반사된 전자파의 시간파형을 나타내는 도면(도 2(b) 참조)이다.
도 3은 제 1 실시형태에 의한 층 해석장치(10)의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
도 4는 전자파 출력기(2)가 피측정물(1)에 입사할 예정의 테라헤르츠파의 주파수 성분의 진폭을 취득하기 위한 도면이며, 전체 반사된 테라헤르츠파의 광로(도 4(a) 참조), 전체 반사된 테라헤르츠파의 시간파형(도 4(b) 참조)이다.
도 5는 전자파 출력기(2)가 피측정물(1)에 입사할 예정의 테라헤르츠파를 실제로 층(1a) 또는 층(1b)에 입사했을 때의 광로를 나타내는 도면(도 5(a) 참조), 반사된 테라헤르츠파의 시간파형을 나타내는 도면(도 5(b) 참조)이다.
도 6은 소정 주파수(예를 들면, fn[THz])에 관한 정량 모델 기록부(12d)의 기록 내용을 나타내는 도면이다.
도 7은 막두께비 도출부(두께 지시량 도출부)(12f)에 의한 막두께비(r)의 도출을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 제 1 실시형태의 변형예에 의한 정량 모델의 도출법을 설명하는 도면이다.
도 9는 제 2 실시형태에 의한 층 해석장치(10)의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
도 10은 주파수(fn[THz])의 성분에 대해서 오차 편차 도출부(12g)가 오차의 편차를 도출하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 11은 제 3 실시형태에 의한 2층구조의 피측정물(1) 및 기판(20)에 의해 반사된 전자파를 나타내는 도면(도 11(a) 참조) 및 반사된 전자파의 시간파형이 극값을 취하는 타이밍을 나타내는 도면(도 11(b) 참조)이다.
도 12는 제 3 실시형태에 의한 층 해석장치(10)의 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
제 1 실시형태
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 전자파 측정 장치(100)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2는 2층구조의 피측정물(1) 및 기판(20)에 의해 반사된 전자파를 나타내는 도면(도 2(a) 참조) 및 반사된 전자파의 시간파형을 나타내는 도면(도 2(b) 참조)이다.
본 발명의 실시형태에 의한 전자파 측정 장치(100)는 전자파 출력기(2), 전자파 검출기(4), 층 해석장치(10)를 구비한다. 전자파 측정 장치(100)는 피측정물(1)을 측정하기 위한 것이다.
피측정물(1)은 도 2(a)를 참조해서 층(1a), 층(1b)을 갖는다. 층(1a)의 쪽이 층(1b)보다 위에 있다. 또한, 피측정물(1)은 기판(20) 상에 배치되어 있고, 층(1b)이 기판(20)에 접하고 있다. 예를 들면, 기판(20)은 금속판(재질은 예를 들면 알루미늄이다)이며, 층(1b)에는 금속판의 평면이 접하고 있다. 이 금속판의 평면이 평면 미러의 역할을 하고 있다. 단, 기판(20)은 복소 굴절률을 알 수 있는 기판이면 좋고, 기판(20)과 층(1b)의 계면의 반사율이 높은 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시형태에서는 피측정물(1)은 2개의 층을 갖고 있지만, 3개이상의 층을 갖고 있어도 좋다.
전자파 출력기(2)는 피측정물(1)을 향해서 0.01[THz]이상 100[THz]이하의 주파수의 전자파를 출력한다. 또한, 피측정물(1)을 향해서 출력되는 전자파의 주파수는 테라헤르츠파대(예를 들면, 0.03[THz]이상 10[THz]이하)를 포함하는 것이다. 그래서, 본 발명의 모든 실시형태에 있어서는 전자파의 일례로서 테라헤르츠파를 상정하고 있다.
도 2(a)를 참조해서 피측정물(1)을 향해서 출력된 테라헤르츠파는 공기중(굴절률=1)을 진행하고, 피측정물(1)에 입사된다. 입사된 테라헤르츠파의 일부는 층(1a)을 투과해서 층(1b)에 진입하고, 기판(20)에 의해 반사되고, 층(1b)을 투과하고 또한 층(1a)을 투과해서(피측정물(1)을 투과한다) 피측정물(1)의 외부로 출사된다. 즉, 테라헤르츠파는 피측정물(1)에 입사되고, 기판(20)에 의해 반사되고, 피측정물(1)을 투과한다. 이렇게 해서 피측정물(1)을 투과한 전자파(예를 들면, 테라헤르츠파)를 기판면 반사 전자파라고 한다.
전자파 검출기(4)는 기판면 반사 전자파를 검출한다. 단, 전자파 검출기(4)에는 기판면 반사 전자파 뿐만 아니라, 기판(20) 이외의 면에 의해 반사된 전자파(예를 들면, 층(1a)의 표면에 의해 반사된 테라헤르츠파(표면 반사 전자파라고 한다))도 입사되어 버린다.
단, 도 2(b)를 참조해서 표면 반사 전자파의 쪽이 기판면 반사 전자파보다 빨리 전자파 검출기(4)에 도달한다. 이것에 의해, 표면 반사 전자파와 기판면 반사 전자파를 구별할 수 있다. 즉, 반사된 전자파 중 늦게 도달한 쪽이 기판면 반사 전자파이다.
또한, 층(1a)과 층(1b)의 경계면에 있어서 반사되는 전자파에 대해서는 측정할 필요가 없으므로, 특별히 검출의 대상으로 하지 않는다(애초, 검출 불능인 경우도 있다).
전자파 검출기(4)는 기판면 반사 전자파와 시간의 대응 관계(즉, 시간파형)를 출력한다. 전자파 검출기(4)는 기판면 반사 전자파를, 예를 들면 전압(또는 파워 등)으로서 검출한다. 본 발명의 실시형태에 있어서는 전자파 검출기(4)가 기판면 반사 전자파를 전압으로서 검출하는 것으로 해서 설명한다.
도 3은 제 1 실시형태에 의한 층 해석장치(10)의 구성을 나타내는 기능 블록도이다. 층 해석장치(10)는 단층막 특성 기록부(12a), 측정 조건 입력부(12b), 정량 모델 도출부(12c), 정량 모델 기록부(두께·진폭 특성 기록부)(12d), 주파수 성분 취득부(12e), 막두께비 도출부(두께 지시량 도출부)(12f)를 갖는다.
단층막 특성 기록부(12a)는 층(1a) 및 층(1b)에 있어서의 테라헤르츠파의 반사 및 흡수에 관한 특성을 기록한다. 예를 들면, 층(1a) 및 층(1b)에 있어서의 테라헤르츠파의 흡수 계수, 표면 반사율 및 계면 반사율을 기록한다.
단층막 특성 기록부(12a)의 기록 내용은 예를 들면, 임의의 측정 장치에 의해 이하와 같은 측정을 행함으로써 생성할 수 있다.
우선, 전자파 출력기(2)가 피측정물(1)에 입사할 예정의 테라헤르츠파의 주파수 성분의 진폭을 취득한다.
도 4는 전자파 출력기(2)가 피측정물(1)에 입사할 예정의 테라헤르츠파의 주파수 성분의 진폭을 취득하기 위한 도면이며, 전체 반사된 테라헤르츠파의 광로(도 4(a) 참조), 전체 반사된 테라헤르츠파의 시간파형(도 4(b) 참조)이다.
우선, 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 공기중(굴절률=1)을 진행하는 테라헤르츠파를 임의의 입사각(βin)으로 평면 미러에 입사하면 전체 반사된다. 이 전체 반사된 테라헤르츠파를, 예를 들면 전압으로서 검출하여 테라헤르츠파의 시간파형을 취득한다. 그러면, 도 4(b)에 나타내는 바와 같은 전체 반사된 테라헤르츠파의 시간파형이 얻어진다. 이 시간파형에 의해 나타내어지는 테라헤르츠파를 FFT(고속 푸리에 변환)함으로써 주파수 성분의 진폭을 취득한다. 즉, FFT에 의해 전체 반사된 테라헤르츠파를 주파수 성분(Ansin(2πf·nt+θn))의 총합으로서 표현하고, 주파수(f·n)의 각각에 대해서 진폭(An)을 취득한다. 단, n은 0이상 N이하의 모든 값을 취하는 정수, N은 양의 정수, f는 소정의 주파수[Hz], θn은 주파수 성분의 위상이다. 전체 반사된 테라헤르츠파의 주파수 성분의 진폭을 Iref로 표기한다.
예를 들면, f를 0.1[THz], N을 30으로 한 경우, 전체 반사된 테라헤르츠파는 주파수 0THz의 성분, 주파수 0.1THz의 성분, 주파수 0.2THz의 성분, …, 주파수 2.9THz의 성분, 주파수 3.0THz의 성분의 총합으로서 나타내어지며, 이들 주파수 성분의 각각에 대해서 진폭(Iref(0THz), Iref(0.1THz), Iref(0.2THz), …, Iref(2.9THz), Iref(3.0THz))을 취득한다.
Iref는 주파수 성분마다 취득되므로 Iref는 주파수의 함수이다. 따라서, 상기 예에서는 Iref의 인수로서 주파수를 기재하고 있다. 단, 이후, Iref의 인수로서 주파수를 기재하는 것은 생략한다.
도 5는 전자파 출력기(2)가 피측정물(1)에 입사할 예정의 테라헤르츠파를 실제로 층(1a) 또는 층(1b)에 입사했을 때의 광로를 나타내는 도면(도 5(a) 참조), 반사된 테라헤르츠파의 시간파형을 나타내는 도면(도 5(b) 참조)이다.
여기에서, 전자파 출력기(2)가 피측정물(1)에 입사할 예정의 테라헤르츠파를 공기중(굴절률=1)에 진행시켜서 실제로 층(1a)에 입사한다. 단, 층(1a)은 기판(20)에 올려 둔다. 이 때의, 층(1a)의 표면에 의해 반사된 테라헤르츠파(표면 반사 성분)의 주파수 성분의 진폭(Isura)과, 층(1a)과 기판(20)의 계면에 의해 반사된 테라헤르츠파(기판면 반사 성분)의 주파수 성분의 진폭(Imet-a)을 측정한다.
또한, 전자파 출력기(2)가 피측정물(1)에 입사할 예정의 테라헤르츠파를 공기중(굴절률=1)에 진행시켜서 실제로 층(1b)에 입사한다. 단, 층(1b)은 기판(20)에 올려 둔다. 이 때의, 층(1b)의 표면에 의해 반사된 테라헤르츠파(표면 반사 성분)의 주파수 성분의 진폭(Isur-b)과, 층(1b)과 기판(20)의 계면에 의해 반사된 테라헤르츠파(기판면 반사 성분)의 주파수 성분의 진폭(Imet-b)을 측정한다.
단, 도 4에 있어서 전체 반사된 테라헤르츠파와 같은 테라헤르츠파를 도 5에 있어서도 층(1a) 또는 층(1b)에 입사하는 것으로 한다.
도 5(a)를 참조해서 테라헤르츠파를 층(1a)(또는 층(1b))에 입사하면 층(1a)의 표면에 의해 반사되는 성분(표면 반사 성분)과, 층(1a)과 기판(20)의 계면에 의해 반사되는 성분(기판면 반사 성분)이 얻어진다. 이 표면 반사 성분 및 기판면 반사 성분을, 예를 들면 전압으로서 검출하고, 양자의 시간파형을 취득한다. 그러면, 도 5(b)에 나타내는 표면 반사 성분 및 기판면 반사 성분의 시간파형이 얻어진다.
도 5(b)를 참조해서 표면 반사 성분의 쪽이 기판면 반사 성분보다 빨리 검출된다. 이것에 의해, 표면 반사 성분과 기판면 반사 성분을 구별할 수 있다. 즉, 반사 성분 중 빨리(늦게) 도달한 쪽이 표면 반사 성분(기판면 반사 성분)이다.
층(1a)(층(1b))에 의한 표면 반사 성분의 시간파형에 의해 나타내어지는 테라헤르츠파를 FFT(고속 푸리에 변환)함으로써 층(1a)(층(1b))에 의한 표면 반사 성분의 주파수 성분의 진폭(Isur-a(Lsur-b))을 취득한다. 주파수 성분의 진폭이란 어떤 것인지는 앞서 Iref에 대해서 설명한 경우와 같다. 또한, Lref에 관한 표기와 마찬가지로 표면 반사 성분의 주파수 성분의 진폭(Isur-a(Isur-b))의 인수로서 주파수를 기재하는 것은 생략한다.
층(1a)(층(1b))에 의한 기판면 반사 성분의 시간파형에 의해 나타내어지는 테라헤르츠파를 FFT(고속 푸리에 변환)함으로써 층(1a)(층(1b))에 의한 기판면 반사 성분의 주파수 성분의 진폭(Imet-a(Imet-b))을 취득한다. 주파수 성분의 진폭이란 어떤 것인지는 앞서 Iref에 대해서 설명한 경우와 같다. 또한, Iref에 관한 표기와 마찬가지로 기판면 반사 성분의 주파수 성분의 진폭(Imet-a(Imet-b))의 인수로서 주파수를 기재하는 것은 생략한다.
단층막 특성 기록부(12a)가 기록하는 층(1a)에 있어서의 테라헤르츠파의 흡수 계수(αa) 및 표면 반사율(Rsur-a)은 이하와 같다. 단, 도 5(a)를 참조해서 굴절각(βt)은 입사각(βin) 및 층(1a)(층(1b))의 굴절률(na(nb))로부터 스넬의 법칙에 의해 도출할 수 있다. 또한, 입사각(βin) 및 층(1a)(층(1b))의 굴절률(na(nb))은 기지의 것으로 하고, 굴절률(na 및 nb)은 단층막 특성 기록부(12a)에 기록해 둔다. 또한, 층(1a)의 두께를 da로 한다.
αa=-(C0Sβt/2da)×In(Imet-a/Iref)···(1)
Rsur-a=Isur-a/Iref
단층막 특성 기록부(12a)가 기록하는 층(1b)에 있어서의 테라헤르츠파의 흡수 계수(αb) 및 표면 반사율(Rsur-b)은 이하와 같다. 또한, 층(1b)의 두께를 db로 한다.
αb=-(cosβt/2db)×In(Imet-b/Iref)···(2)
Rsur-b=Isur-b/Iref
또한, 단층막 특성 기록부(12a)가 기록하는 계면 반사율(Rint)은 층(1a)과 층(1b)을 포갰을 때의 층(1a)과 층(1b)의 경계면의 반사율이며, 이하와 같이 나타내어진다. 단, 층(1a)의 복소 굴절률(n2+jk2) 및 층(1b)의 복소 굴절률(n3+jk3)은 기지의 것으로 한다. 또한, n2 및 n3은 각각 층(1a) 및 층(1b)의 상기 굴절률(na 및 nb)과 같은 것이다.
Rint={(n2-N3)2+(k2-k3)2}/{(n2+n3)2+(k2+k3)2}…(3)
단층막 특성 기록부(12a)는 예를 들면, 상기한 바와 같이, 층(1a) 및 층(1b)에 있어서의 테라헤르츠파의 흡수 계수(αa,αb), 표면 반사율(Rsur-a, Rsur-b) 및 계면 반사율(Rint)을 기록한다.
또한, 단층막 특성 기록부(12a)는 예를 들면, 층(1b)과 기판(20)의 경계면의 반사율(Rsub)(기판 반사율)을 기록해 둔다. 기판 반사율(Rsub)은 이하와 같이 나타내어진다. 단, 기판(20)의 복소 굴절률(n4+jk4)은 기지의 것으로 한다.
Rsub={(n3-n4)2+(k3-k4)2}/{(n3+n4)2+(k3+k4)2}…(4)
또한, 하기의 표에 층(1a) 및 층(1b)에 관한 변수의 정의를 기재해 둔다.
Figure pat00001
측정 조건 입력부(12b)는 피측정물(1)에 입사할 예정의 테라헤르츠파에 대해서 그 주파수 성분의 진폭(Iref-ab), 입사각(βin-ab) 및 피측정물(1)에 있어서의 층의 배치(층(1a)이 위이며, 층(1b)이 아래), 피측정물(1)의 두께(d)(층(1a) 및 층(1b)의 두께(da,db)의 합계)를 층 해석장치(10)에 입력하기 위한 것이다. 이 입력은 예를 들면, 전자파 측정 장치(100)의 유저가 행한다.
또한, 전자파 출력기(2)가 피측정물(1)에 입사할 예정의 테라헤르츠파의 주파수 성분의 진폭(Iref-ab) 및 입사각(βin-ab)은 단층막 특성 기록부(12a)의 기록 내용의 생성에 사용한 테라헤르츠파의 주파수 성분의 진폭(Iref) 및 입사각(βin)과 같은 값으로 할 수 있다. 이후, 진폭(Iref-ab) 및 입사각(βin-ab)은 진폭(Iref) 및 입사각(βin)과 같은 값으로 하고, Iref, βin으로 표기한다.
정량 모델 도출부(12c)는 피측정물(1) 중 어느 1개이상의 층(층(1a) 및 층(1b) 중 어느 1개이상)의 두께를 나타내는 두께 지시량과, 기판면 반사 전자파(도 2 참조)의 주파수 성분의 진폭의 관계(정량 모델)를 도출한다.
정량 모델 기록부(두께·진폭 특성 기록부)(12d)는 정량 모델 도출부(12c)가 도출한 상기 관계(정량 모델)를 기록한다.
두께 지시량은 예를 들면, 어느 1개의 층(예를 들면, 층(1a))의 두께를 피측정물(1)의 두께(즉, 층(1a)과 층(1a)의 두께의 합계)로 나눈 값이다. 또한, 두께 지시량은 예를 들면, 어느 1개의 층(예를 들면, 층(1a))의 두께를 다른 1개의 층(예를 들면, 층(1b))의 두께로 나눈 값이다.
이 이후, 두께 지시량으로서는 층(1a)의 두께(da)를 피측정물(1)의 두께(d)(즉, 층(1a)의 두께(da)와 층(1b)의 두께(db)의 합계)로 나눈 값(막두께비라고 한다)으로서 본 발명의 실시형태를 설명한다.
도 6은 소정 주파수(예를 들면, fn[THz])에 관한 정량 모델 기록부(12d)의 기록 내용을 나타내는 도면이다. 정량 모델 기록부(12d)는 주파수마다 막두께비(r)(=da/d)와 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)의 대응 관계를 기록한다. 이 정량 모델은 단층막 특성 기록부(12a)의 기록 내용 및 측정 조건 입력부(12b)에 의한 입력에 의해 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)을 추정한 것이다. 또한, 정량 모델은 주파수마다(예를 들면, fn=1.0, 1.1, 1.2[THz]) 도출하여 기록해 둔다. 정량 모델은 상기 대응 관계를 알 수 있는 것이면 좋고, 예를 들면, 그래프, 표, 수식 등이 고려된다.
기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Lmet)은 이하와 같이 나타내어진다. 단, 도 2(a)를 참조해서 굴절각(βt)은 층(1a)에 의한 굴절에 관한 굴절각이며, 굴절각(βt1)은 층(1b)에 의한 굴절에 관한 굴절각이다.
Figure pat00002
표면 반사율(Rsur-a)은 층(1a)에 의한 테라헤르츠파의 반사, 계면 반사율(Rint)은 층(1a) 및 층(1b)(층(1a)과 층(1b)의 계면)에 의한 테라헤르츠파의 반사, 기판반사율(Rsub)은 기판(20)에 의한 테라헤르츠파의 반사의 정도를 의미한다.
흡수 계수(αa,αb)는 각각 층(1a) 및 층(1b)에 있어서의 테라헤르츠파의 흡수의 정도를 의미한다.
이렇게, 테라헤르츠파(전자파)의 각 층에 있어서의 반사 및 흡수에 의거해서 정량 모델 기록부(두께·진폭 특성 기록부)(12d)가 기록하는 정량 모델이 도출되어 있다.
또한, 상기한 바와 같이 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)을 추정하기 위해서 필요한 파라메타 중 표면 반사율(Rsur-a), 계면 반사율(Rint), 기판 반사율(Rsub) 및 흡수 계수(αa,αb)는 단층막 특성 기록부(12a)에 기록되어 있는 것을 정량 모델 도출부(12c)가 이용한다. 또한, 진폭(Iref) 및 피측정물(1)의 두께(d)는 측정 조건 입력부(12b)에 의해 입력된 것을 정량 모델 도출부(12c)가 사용한다. 또한, 굴절각(βt,βt1)은 측정 조건 입력부(12b)에 의해 입력된 입사각(βin) 및 층의 배치(층(1a)이 위이며, 층(1b)이 아래), 단층막 특성 기록부(12a)에 기록되어 있는 층(1a) 및 층(1b)의 굴절률(na 및 nb)로부터 스넬의 법칙에 의해 정량 모델 도출부(12c)에 있어서 도출된다.
주파수 성분 취득부(12e)는 전자파 출력기(2)가 피측정물(1)에 테라헤르츠파를 입사하고(주파수 성분의 진폭(Iref), 전자파 검출기(4)에 의해 검출된 기판면 반사 전자파(도 2 참조)의 주파수 성분의 진폭을 취득한다. 우선, 주파수 성분 취득부(12e)는 전자파 검출기(4)로부터 기판면 반사 전자파(예를 들면, 전압으로서 검출된다)의 시간파형을 취득하면 FFT(고속 푸리에 변환)함으로써 주파수 성분의 진폭(Imet)을 취득한다. 주파수 성분의 진폭이란 어떤 것인지는 앞서 Iref에 대해서 설명한 경우와 같다. 또한, Iref에 관한 표기와 마찬가지로 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)의 인수로서 주파수를 기재하는 것은 생략한다. 이 진폭(Imet)은 실측값이다.
막두께비 도출부(두께 지시량 도출부)(12f)는 주파수 성분 취득부(12e)에 의해 취득된 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)과, 정량 모델 기록부(두께·진폭 특성 기록부)(12d)의 기록 내용인 정량 모델(도 6 참조)에 의거해서 두께 지시량(막두께비 r(=da/d))을 도출한다.
도 7은 막두께비 도출부(두께 지시량 도출부)(12f)에 의한 막두께비(r)의 도출을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 7에 있어서는 정량 모델이 그래프인 경우를 상정하고 있다.
도 7을 참조해서 주파수 성분 취득부(12e)에 의해 취득된 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)(실측값)(도 7(1) 참조)을 세로축의 좌표로서 갖는 정량 모델의 그래프상의 점의 가로축의 좌표가 막두께비(rx)(도 7(2) 참조)이다.
이렇게, 주파수마다(예를 들면, fn=1.0, 1.1, 1.2[THz])에 정량 모델로부터 막두께비(rx)를 구해 간다.
예를 들면, 주파수 1.0THz에 관한 정량 모델 및 진폭(Imet)(실측값)으로부터 구한 막두께비(rx)와, 주파수 1.1THz에 관한 정량 모델 및 진폭(Imet)(실측값)으로부터 구한 막두께비(rx)와, 주파수 1.2THz에 관한 정량 모델 및 진폭(Imet)(실측값)으로부터 구한 막두께비(rx)의 평균을 피측정물(1)의 막두께비(rx)로서 막두께비 도출부(12f)가 출력하도록 하는 것이 고려된다.
이어서, 제 1 실시형태의 동작을 설명한다.
(1) 정량 모델의 도출 및 기록
제 1 실시형태에 의한 전자파 측정 장치(100)는 피측정물(1)을 측정하기 전에 두께 지시량(막두께비(r)(=da/d))과 기판면 반사 전자파(도 2 참조)의 주파수 성분의 진폭(Imet)의 관계(정량 모델)를 주파수(fn[THz])마다 정량 모델 도출부(12c)에 의해 도출하고, 정량 모델 기록부(12d)에 기록해 둔다(도 6 참조).
우선, 입사하는 테라헤르츠파를 측정하고(도 4 참조), 진폭(Iref)을 도출한다. 이어서, 층(1a) 및 층(1b)을 측정하고(도 5 참조), 층(1a) 및 층(1b)에 의한 표면 반사 성분의 주파수 성분의 진폭(Isur-a(Isur-b)), 기판면 반사 성분의 주파수 성분의 진폭(Imet-a(Imet-b))을 도출한다. 이들의 도출결과에 의거해서 층(1a)(층(1b))에 있어서의 테라헤르츠파의 흡수 계수(αa(αb)) 및 표면 반사율(Rsur-a(Rsur-b))을 도출하고(식(1) 및 식(2)을 참조), 단층막 특성 기록부(12a)에 기록한다. 이밖에, 상기 한 바와 같이(식(3) 및 식(4)을 참조), 계면 반사율(Rint) 및 기판 반사율(Rsub)을 구해서 기록해 둔다.
이어서, 측정 조건 입력부(12b)에 의해 피측정물(1)에 입사할 예정의 테라헤르츠파에 대해서 그 주파수 성분의 진폭(Iref), 입사각(βin) 및 피측정물(1)에 있어서의 층의 배치(층(1a)이 위이며, 층(1b)이 아래), 피측정물(1)의 두께(d)(층(1a) 및 층(1b)의 두께(da,db)의 합계)를 입력한다.
정량 모델 도출부(12c)는 상기한 바와 같이(식(5)을 참조), 단층막 특성 기록부(12a)의 기록 내용 및 측정 조건 입력부(12b)로부터의 입력에 의거해서 두께 지시량(막두께비(r)(=da/d))과 기판면 반사 전자파(도 2 참조)의 주파수 성분의 진폭(Imet)의 관계(정량 모델)를 주파수(fn[THz])마다 도출한다. 도출된 정량 모델은 정량 모델 기록부(12d)에 기록해 둔다(도 6 참조).
(2) 피측정물(1)의 막두께비(r)의 측정
이어서, 제 1 실시형태에 의한 전자파 측정 장치(100)는 피측정물(1)을 측정하고, 정량 모델 기록부(12d)에 기록된 정량 모델을 참조하면서 피측정물(1)의 막두께비(rx)를 도출한다.
우선, 도 2(a)를 참조해서 전자파 출력기(2)가 피측정물(1)을 향해서 테라헤르츠파를 출력한다. 입사된 테라헤르츠파의 일부는 기판(20)에 의해 반사되고, 피측정물(1)을 투과한다(기판면 반사 전자파). 이 기판면 반사 전자파는 층(1a)의 표면에 의해 반사된 테라헤르츠파(표면 반사 전자파)보다 늦게(도 2(b) 참조) 전자파 검출기(4)에 도달한다. 이러한 점에서 전자파 검출기(4)는 기판면 반사 전자파 및 표면 반사 전자파를 구별한다. 또한, 전자파 검출기(4)는 기판면 반사 전자파를 전압으로서 검출하고, 시간과의 대응 관계를 층 해석장치(10)의 주파수 성분 취득부(12e)에 부여한다.
주파수 성분 취득부(12e)는 기판면 반사 전자파(도 2 참조)의 주파수 성분의 진폭(Imet)을 취득한다(실측값).
도 7을 참조해서 막두께비 도출부(12f)는 주파수 성분 취득부(12e)로부터 진폭(Imet)(실측값)을 받고(도 7(1) 참조), 진폭(Imet)(실측값)을 세로축의 좌표로서 갖는 정량 모델의 그래프의 점의 가로축의 좌표를 정량 모델 기록부(12d)의 기록 내용으로부터 판독하고, 막두께비(rx)로 한다(도 7(2) 참조). 이러한 막두께비(rx)의 도출은 주파수마다(예를 들면, fn=1.0, 1.1, 1.2[THz]) 행해진다. 그래서, 예를 들면, 주파수마다 도출한 막두께비(rx)를 평균함으로써 피측정물(1)의 막두께비(rx)를 도출한다.
제 1 실시형태에 의하면, 층구조(층(1a), 층(1b))를 갖는 피측정물(1)에 테라헤르츠파를 조사하면서도 층(1a)과 층(1b)의 경계면에 의한 반사파를 측정하지 않고, 기판면 반사 전자파(도 2 참조)를 측정함으로써 피측정물(1)의 막두께비(rx)의 측정을 행할 수 있다. 이것은 층(1a)과 층(1b)의 경계면에 의한 반사파가 측정 곤란 또는 측정 불능인 경우에 특히 유익하다.
또한, 제 1 실시형태에 있어서는 두께 지시량(막두께비(r)(=da/d))과 기판면 반사 전자파(도 2 참조)의 주파수 성분의 진폭(Imet)의 관계(정량 모델)를 표면 반사율 및 흡수 계수 등으로부터 도출하도록 하고 있다. 그러나, 정량 모델 기록부(두께·진폭 특성 기록부)(12d)가 기록하는 정량 모델의 도출은 이것에 한정되지 않고 기지의 막두께비를 갖는 피측정물(1)을 실측함으로써 행하는 것도 가능하다.
도 8은 제 1 실시형태의 변형예에 의한 정량 모델의 도출법을 설명하는 도면이다. 제 1 실시형태의 변형예에 있어서는 우선, (1)기지의 막두께비를 갖는 피측정물(1)을 전자파 측정 장치(100)에 의해 실측하고, 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)(실측값)을 주파수 성분 취득부(12e)로부터 얻는다. 그리고, (2)주파수마다(예를 들면, fn=1.0, 1.1, 1.2[THz]) 기지의 막두께비에 대응된 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)(실측값)((1)에 의해 얻어진 것)으로부터 정량 모델을 추정한다. 정량 모델의 추정은 예를 들면, 정량 모델을 나타내는 그래프를 직선으로 가정하고, 이 직선을 회귀 분석(예를 들면, 최소제곱법)에 의해 구하는 것이 고려된다. 또한, 필요에 따라 기지의 막두께비에 대응된 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)(실측값)을 주성분 분석해도 좋다.
또한, 제 1 실시형태의 변형예에 있어서는 단층막 특성 기록부(12a), 측정 조건 입력부(12b) 및 정량 모델 도출부(12c)는 사용하지 않는다.
제 2 실시형태
제 2 실시형태에 의한 전자파 측정 장치(100)는 층 해석장치(10)가 오차 편차 도출부(12g) 및 주파수 범위 결정부(12h)를 구비하고, 주파수 성분 취득부(12e)에 있어서 취득하는 주파수 성분의 진폭(Imet)의 주파수의 범위를 결정하는 점이 제 1 실시형태에 의한 전자파 측정 장치(100)와 다르다.
전자파 측정 장치(100)가 전자파 출력기(2), 전자파 검출기(4), 층 해석장치(10)를 구비하고, 피측정물(1)을 측정하기 위한 것은 제 1 실시형태와 같다(도 1 참조). 또한, 피측정물(1)의 구성(도 2(a) 참조)도 전자파 검출기(4)가 기판면 반사 전자파를 검출하는 것(도 2(b) 참조)도 제 1 실시형태와 같다.
도 9는 제 2 실시형태에 의한 층 해석장치(10)의 구성을 나타내는 기능 블록도이다. 층 해석장치(10)는 단층막 특성 기록부(12a), 측정 조건 입력부(12b), 정량 모델 도출부(12c), 정량 모델 기록부(두께·진폭 특성 기록부)(12d), 주파수 성분 취득부(12e), 막두께비 도출부(두께 지시량 도출부)(12f), 오차 편차 도출부(12g), 주파수 범위 결정부(12h)를 갖는다. 이하, 제 1 실시형태와 같은 부분은 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
단층막 특성 기록부(12a), 측정 조건 입력부(12b), 정량 모델 도출부(12c) 및 정량 모델 기록부(두께·진폭 특성 기록부)(12d)는 제 1 실시형태와 같아 설명을 생략한다.
주파수 성분 취득부(12e)는 막두께비가 미지인 피측정물(1)의 측정 전에 기지의 막두께비를 갖는 피측정물(1)의 실측 결과로부터 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)(실측값)을 얻는다.
오차 편차 도출부(12g)는 주파수 성분 취득부(12e)로부터 기지의 막두께비에 대응된 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)의 측정값(실측값)을 받는다. 또한, 오차 편차 도출부(12g)는 주파수 성분 취득부(12e)로부터 받은 진폭(Imet)의 측정값으로부터 정량 모델 기록부(두께·진폭 특성 기록부)(12d)의 기록 내용(정량 모델)에 의거해서 얻어진 막두께비와, 기지의 막두께비 사이의 오차의 편차를 주파수(fn[THz])의 성분마다 도출한다.
도 10은 주파수(fn[THz])의 성분에 대해서 오차 편차 도출부(12g)가 오차의 편차를 도출하는 방법을 설명하는 도면이다.
우선, (0)정량 모델 기록부(두께·진폭 특성 기록부)(12d)에는 미리 정량 모델이 기록되어 있다. 여기에서, (1)오차 편차 도출부(12g)는 주파수 성분 취득부(12e)로부터 기지의 막두께비에 대해서 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)(실측값)을 얻는다. 또한, 오차 편차 도출부(12g)는 (2)진폭(Imet)(실측값)으로부터 정량 모델에 의해 막두께비(추정값)를 얻어 두고(진폭(Imet)(실측값)을 세로축의 좌표로서 갖는 정량 모델의 그래프상의 점의 가로축의 좌표가 막두께비(추정값)가 된다), (막두께비(추정값))-(기지의 막두께비(진의 값))을 오차로 한다.
오차 편차 도출부(12g)는 기지의 막두께비에 대해서 얻어진 진폭(Imet)(실측값)의 각각에 대해서 오차를 구한다. 도 10의 예에서는 4점의 플롯에 대해서 진폭(Imet)(실측값)이 얻어지므로 이러한 4점에서 대해서 오차를 구한다. 이러한 오차의 편차로서 오차 편차 도출부(12g)는 오차의 2승 평균 평방근을 취득한다. 즉, 오차 편차 도출부(12g)는 오차를 2승한 것을 평균하고(도 10의 예에서는 4점에 대해서 오차를 2승한 것의 총합을 4로 나눈 값), 평방근을 취한 값을 오차의 편차로서 구한다.
이렇게, 오차 편차 도출부(12g)는 오차의 2승 평균 평방근을 주파수(fn[THz])의 성분마다 도출한다. 예를 들면, 오차 편차 도출부(12g)는 fn=0, 0.1, 0.2, …,2.9, 3.0[THz]에 대해서 오차의 2승 평균 평방근을 구한다. 또한, 오차의 2승 평균 평방근이 작을수록 정량 모델에 의한 막두께비의 추정이 바른 것을 의미하고 있다.
주파수 범위 결정부(12h)는 오차 편차 도출부(12g)의 도출결과에 의거해서 주파수 성분 취득부(12e)에 있어서 취득하는 주파수 성분의 진폭(Imet)의 주파수(fn[THz])의 범위를 결정한다.
주파수 범위 결정부(12h)는 소정 주파수(fn[THz])의 범위(예를 들면, 1.0THz이상 1.2THz이하이며, fn=1.0, 1.1, 1.2[THz]인)에 대해서 오차 편차 도출부(12g)의 도출결과의 평균을 취한다. 예를 들면, 주파수 범위 결정부(12h)는 주파수 1.0[THz]의 성분에 관한 오차 편차(2승 평균 평방근)와, 주파수 1.1[THz]의 성분에 관한 오차 편차(2승 평균 평방근)와, 주파수 1.2[THz]의 성분에 관한 오차 편차(2승 평균 평방근)의 평균을 취한다.
이렇게 해서 주파수 범위 결정부(12h)는 모든 주파수 범위에 대해서 오차 편차의 평균을 구한다. 그래서, 주파수 범위 결정부(12h)는 오차 편차의 평균이 최소(또는 소정값이하)가 되도록 주파수(fn)의 범위를 결정한다.
이렇게 해서 결정된 주파수(fn)의 범위(예를 들면, 1.0THz이상 1.6THz이하이며, fn=1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6[THz]이다)는 주파수 성분 취득부(12e)에 부여된다. 그리고, 주파수 성분 취득부(12e)는 미지의 막두께비를 갖는 피측정물(1)의 실측 결과로부터 결정된 주파수(fn)의 범위에 대해서 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)(실측값)을 얻는다. 그 이후의 동작은 제 1 실시형태와 같다.
이어서, 제 2 실시형태의 동작을 설명한다.
우선, 「(1)정량 모델의 도출 및 기록」은 제 1 실시형태와 같아 설명을 생략한다.
이어서, 주파수 성분 취득부(12e)가 기지의 막두께비를 갖는 피측정물(1)의 실측 결과로부터 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)(실측값)을 얻는다. 이 진폭(Imet)(실측값)이 오차 편차 도출부(12g)에 부여된다. 오차 편차 도출부(12g)는 정량 모델 기록부(12d)에 기록된 정량 모델 및 진폭(Imet)(실측값)으로부터 막두께비의 오차(도 10의 (2)를 참조)를 도출하고, 이러한 오차의 편차(2승 평균 평방근)를 주파수(fn[THz])의 성분마다 도출한다.
주파수 범위 결정부(12h)는 오차 편차 도출부(12g)의 도출결과를 소정 주파수(fn[THz])의 범위내에서 평균하고, 그것이 최소(또는 소정값이하)가 되는 주파수(fn[THz])의 범위를 결정한다. 결정된 주파수(fn[THz])의 범위(예를 들면, 1.0THz이상 1.6THz이하이며, fn=1.0, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6[THz]이다)는 주파수 성분 취득부(12e)에 부여된다.
이 후, 「(2)피측정물(1)의 막두께비(r)의 측정」은 제 1 실시형태와 거의 같다. 단, 주파수 성분 취득부(12e)는 주파수 범위 결정부(12h)에 의해 결정된 주파수(fn[THz])의 범위에 대해서 주파수 성분의 진폭(Imet)을 취득한다.
제 2 실시형태에 의하면, 정량 모델을 사용한 막두께비의 추측의 오차 편차가 최소(또는 소정값이하)가 되는 주파수(fn[THz])의 범위의 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭(Imet)을 주파수 성분 취득부(12e)가 취득해서 미지의 막두께비를 갖는 피측정물(1)의 막두께비를 막두께비 도출부(12f)가 도출하도록 하므로, 전자파 측정 장치(100)에 의한 막두께비의 측정 오차를 최소(또는 소정값이하)로 할 수 있다.
제 3 실시형태
제 3 실시형태에 의한 전자파 측정 장치(100)는 피측정물(1)의 두께(d)(즉, 층(1a)의 두께(da)와 층(1b)의 두께(db)의 합계)를 측정하는 점이 제 2 실시형태에 의한 전자파 측정 장치(100)와 다르다.
전자파 측정 장치(100)가 전자파 출력기(2), 전자파 검출기(4), 층 해석장치(10)를 구비하고, 피측정물(1)을 측정하기 위한 것은 제 1 실시형태와 같다(도 1 참조). 또한, 피측정물(1)의 구성(도 2(a) 참조)도 제 1 실시형태와 같다.
단, 전자파 검출기(4)가 기판면 반사 전자파를 검출하는 것(도 2(b) 참조) 뿐만 아니라, 또한, 표면 반사 전자파도 검출하는 점이 제 1 실시형태와 다르다. 즉, 전자파 검출기(4)는 기판면 반사 전자파와 시간의 대응 관계(즉, 시간파형)를 출력할 뿐만 아니라, 또한, 표면 반사 전자파와 시간의 대응 관계(즉, 시간파형)도 출력한다. 기판면 반사 전자파와 시간의 대응 관계 및 표면 반사 전자파와 시간의 대응 관계는 피크 시점 취득부(12j)에 부여된다.
단, 표면 반사 전자파는 제 1 실시형태에 있어서도 설명했지만, 층(1a)의 표면에 의해 반사된 테라헤르츠파이다. 즉, 표면 반사 전자파는 피측정물(1)에 입사되어 피측정물(1)의 표면에 의해 반사된 전자파(테라헤르츠파)이다.
또한, 전자파 검출기(4)는 표면 반사 전자파를, 예를 들면 전압(또는 파워 등)으로서 검출한다. 본 발명의 실시형태에 있어서는 전자파 검출기(4)가 표면 반사 전자파를 (기판면 반사 전자파와 마찬가지로) 전압(전장)으로서 검출하는 것으로서 설명한다.
도 11은 제 3 실시형태에 의한 2층구조의 피측정물(1) 및 기판(20)에 의해 반사된 전자파를 나타내는 도면(도 11(a) 참조) 및 반사된 전자파의 시간파형이 극값을 취하는 타이밍을 나타내는 도면(도 11(b) 참조)이다.
도 12는 제 3 실시형태에 의한 층 해석장치(10)의 구성을 나타내는 기능 블록도이다. 층 해석장치(10)는 단층막 특성 기록부(12a), 측정 조건 입력부(12b), 정량 모델 도출부(12c), 정량 모델 기록부(두께·진폭 특성 기록부)(12d), 주파수 성분 취득부(12e), 막두께비 도출부(두께 지시량 도출부)(12f), 오차 편차 도출부(12g), 주파수 범위 결정부(12h), 피크 시점 취득부(극값 타이밍 취득부)(12j), 합계 막두께 도출부(합계 두께 도출부)(12k), 각 층두께 도출부(층두께 도출부)(12m)를 갖는다. 이하, 제 2 실시형태와 같은 부분은 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
단층막 특성 기록부(12a), 측정 조건 입력부(12b), 정량 모델 도출부(12c), 정량 모델 기록부(두께·진폭 특성 기록부)(12d), 주파수 성분 취득부(12e) 및 막두께비 도출부(두께 지시량 도출부)(12f)는 제 2 실시형태와 같아 설명을 생략한다.
피크 시점 취득부(12j)는 전자파 검출기(4)에 의해 검출된 표면 반사 전자파 및 기판면 반사 전자파의 시간파형(도 11(b) 참조)을 받는다.
피크 시점 취득부(극값 타이밍 취득부)(12j)는 또한 전자파 검출기(4)에 의해 검출된 표면 반사 전자파 및 기판면 반사 전자파의 전장이 극값을 취하는 타이밍(t0,t1)을 취득한다.
여기에서, 도 11을 참조해서 표면 반사 전자파의 시간파형은 타이밍(시간)(t0)에 있어서 극값(E0)을 취한다. 또한, 기판면 반사 전자파의 시간파형은 타이밍(시간)(t1)에 있어서 극값(E1)을 취한다. 그래서, 피크 시점 취득부(12j)는 표면 반사 전자파의 전장이 극값을 취하는 타이밍(t0) 및 기판면 반사 전자파의 전장이 극값을 취하는 타이밍(t1)을 출력한다.
합계 막두께 도출부(합계 두께 도출부)(12k)는 피크 시점 취득부(12j)가 취득한 타이밍(t0,t1)의 시간차(Δt)로부터 피측정물(1)의 두께(d)(합계 막두께, 즉, 층(1a)의 두께(da)와 층(1b)의 두께(db)의 합계)를 도출한다.
단, 피측정물(1)의 두께(d)는 c를 광속으로 하고, na와 nb가 거의 같은 것으로 하면 d=cΔt/(2na)이다.
각 층두께 도출부(층두께 도출부)(12m)는 막두께비 도출부(두께 지시량 도출부)(12f)가 도출한 두께 지시량(막두께비(r)(=da/d))과, 합계 막두께 도출부(합계 두께 도출부)(12k)가 도출한 피측정물(1)의 두께(d)에 의거해서 피측정물(1) 중 어느 1개이상의 층(1a,1b)의 두께를 도출한다.
예를 들면, 각 층두께 도출부(12m)는 피측정물(1)의 두께(d)에 막두께비(r)를 곱해서 층(1a)의 두께(da)를 구한다. 또한, 각 층두께 도출부(12m)는 피측정물(1)의 두께(d)로부터 층(1a)의 두께(da)를 빼서 층(1b)의 두께(db)를 구한다.
또한, 제 3 실시형태에 의한 층 해석장치(10)는 오차 편차 도출부(12g) 및 주파수 범위 결정부(12h)를 구비하지 않아도 동작가능하다.
이어서, 제 3 실시형태의 동작을 설명한다. 단, 제 2 실시형태와 같은 동작은 설명을 생략한다.
우선, 피크 시점 취득부(12j)는 전자파 검출기(4)에 의해 검출된 표면 반사 전자파 및 기판면 반사 전자파의 시간파형(도 11(b) 참조)을 받는다. 또한, 피크 시점 취득부(12j)가 이들 시간파형을 받는 타이밍은 주파수 성분 취득부(12e)가 기판면 반사 전자파의 시간파형을 취득하는 타이밍보다 전이어도 좋다.
피크 시점 취득부(12j)가 취득한 타이밍(t0,t1)(도 11(b) 참조)은 합계 막두께 도출부(12k)에 부여되고, 합계 막두께 도출부(12k)에 의해 피측정물(1)의 두께(합계 막두께)(d)가 도출된다. 피측정물(1)의 두께(합계 막두께)(d)는 각 층두께 도출부(12m)에 부여된다.
또한, 막두께비 도출부(12f)가 막두께비를 도출할 때의 동작은 제 2 실시형태와 같은 동작이며 설명을 생략한다.
각 층두께 도출부(12m)에는 막두께비 도출부(12f)로부터 막두께비(r)(=da/d)가 부여된다. 각 층두께 도출부(12m)는 막두께비(r)(=da/d) 및 피측정물(1)의 두께(d)로부터 층(1a)의 두께(da) 및 층(1b)의 두께(db)를 구한다.
제 3 실시형태에 의하면, 피측정물(1)의 두께(d)가 가령 기지가 아니어도, 피측정물(1)의 두께(d)를 도출해서 층(1a)의 두께(da) 및 층(1b)의 두께(db) 중 어느 1개이상을 구할 수 있다.
또한, 상기 실시형태는 이하와 같이 해서 실현할 수 있다. CPU, 하드 디스크, 미디어(플로피(등록상표) 디스크, CD-ROM 등) 판독 장치를 구비한 컴퓨터에 상기 각 부분, 예를 들면 층 해석장치(10)를 실현하는 프로그램을 기록한 미디어를 판독시켜서 하드 디스크에 인스톨한다. 이러한 방법으로도 상기 기능을 실현할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 배치되고 2개이상의 층을 갖는 피측정물을 향해서 0.01[THz]이상 100[THz]이하의 주파수의 전자파를 출력하는 전자파 출력기와,
    상기 피측정물에 입사되고, 상기 기판에 의해 반사되고, 상기 피측정물을 투과한 상기 전자파인 기판면 반사 전자파를 검출하는 전자파 검출기와,
    상기 전자파 검출기에 의해 검출된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭을 취득하는 주파수 성분 취득부와,
    상기 피측정물 중 어느 1개이상의 층의 두께를 나타내는 두께 지시량과 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭의 관계를 기록하는 두께·진폭 특성 기록부와,
    상기 주파수 성분 취득부에 의해 취득된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭과 상기 두께·진폭 특성 기록부의 기록 내용에 의거해서 상기 두께 지시량을 도출하는 두께 지시량 도출부를 구비한 것을 특징으로 하는 전자파 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 두께·진폭 특성 기록부의 기록 내용은 상기 전자파의 각 층에 있어서의 반사 및 흡수에 의거해서 도출된 것을 특징으로 하는 전자파 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 두께·진폭 특성 기록부의 기록 내용은 기지의 상기 두께 지시량에 대응된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭의 측정값으로부터 추정된 것을 특징으로 하는 전자파 측정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 두께 지시량은 어느 1개의 층의 두께를 상기 피측정물의 두께로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 전자파 측정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 두께 지시량은 어느 1개의 층의 두께를 다른 1개의 층의 두께로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 전자파 측정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 금속판인 것을 특징으로 하는 전자파 측정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    기지의 상기 두께 지시량에 대응된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭의 측정값으로부터, 상기 두께·진폭 특성 기록부의 기록 내용에 의거해서 얻어진 상기 두께 지시량과 상기 기지의 두께 지시량 사이의 오차의 편차를, 상기 주파수 성분마다 도출하는 오차 편차 도출부와,
    상기 오차 편차 도출부의 도출결과에 의거해서 상기 주파수 성분 취득부에 있어서 취득하는 상기 주파수 성분의 진폭의 주파수 범위를 결정하는 주파수 범위 결정부를 구비한 것을 특징으로 하는 전자파 측정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자파 검출기는 상기 피측정물에 입사되어 상기 피측정물의 표면에 의해 반사된 상기 전자파인 표면 반사 전자파를 더 검출하고,
    상기 전자파 측정 장치는,
    상기 전자파 검출기에 의해 검출된 상기 기판면 반사 전자파 및 상기 표면 반사 전자파의 전장이 극값을 취하는 타이밍을 취득하는 극값 타이밍 취득부와,
    상기 극값 타이밍 취득부가 취득한 타이밍의 시간차로부터 상기 피측정물의 두께를 도출하는 합계 두께 도출부와,
    상기 두께 지시량 도출부가 도출한 상기 두께 지시량과 상기 합계 두께 도출부가 도출한 상기 피측정물의 두께에 의거해서 상기 피측정물 중 어느 1개이상의 층의 두께를 도출하는 층두께 도출부를 구비한 것을 특징으로 하는 전자파 측정 장치.
  9. 기판 상에 배치되고 2개이상의 층을 갖는 피측정물을 향해서 0.01[THz]이상 100[THz]이하의 주파수의 전자파를 출력하는 전자파 출력 공정과,
    상기 피측정물에 입사되고, 상기 기판에 의해 반사되고, 상기 피측정물을 투과한 상기 전자파인 기판면 반사 전자파를 검출하는 전자파 검출 공정과,
    상기 전자파 검출 공정에 의해 검출된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭을 취득하는 주파수 성분 취득 공정과,
    상기 피측정물 중 어느 1개이상의 층의 두께를 나타내는 두께 지시량과 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭의 관계를 기록하는 두께·진폭 특성 기록 공정과,
    상기 주파수 성분 취득 공정에 의해 취득된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭과 상기 두께·진폭 특성 기록 공정의 기록 내용에 의거해서 상기 두께 지시량을 도출하는 두께 지시량 도출 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 전자파 측정 방법.
  10. 기판 상에 배치되고 2개이상의 층을 갖는 피측정물을 향해서 0.01[THz]이상 100[THz]이하의 주파수의 전자파를 출력하는 전자파 출력기와, 상기 피측정물에 입사되고, 상기 기판에 의해 반사되고, 상기 피측정물을 투과한 상기 전자파인 기판면 반사 전자파를 검출하는 전자파 검출기를 구비한 전자파 측정 장치에 있어서의 전자파 측정 처리를 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터에 의해 판독 가능한 기록 매체로서,
    상기 전자파 측정 처리는,
    상기 전자파 검출기에 의해 검출된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭을 취득하는 주파수 성분 취득 공정과,
    상기 피측정물 중 어느 1개이상의 층의 두께를 나타내는 두께 지시량과 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭의 관계를 기록하는 두께·진폭 특성 기록 공정과,
    상기 주파수 성분 취득 공정에 의해 취득된 상기 기판면 반사 전자파의 주파수 성분의 진폭과 상기 두께·진폭 특성 기록 공정의 기록 내용에 의거해서 상기 두께 지시량을 도출하는 두께 지시량 도출 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 기록 매체.
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