JPS6336105A - Film thickness measuring instrument - Google Patents
Film thickness measuring instrumentInfo
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- JPS6336105A JPS6336105A JP17914586A JP17914586A JPS6336105A JP S6336105 A JPS6336105 A JP S6336105A JP 17914586 A JP17914586 A JP 17914586A JP 17914586 A JP17914586 A JP 17914586A JP S6336105 A JPS6336105 A JP S6336105A
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Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] related.
この種装置にはエリプリメトリ手法を応用して数１００
０Ｘ以下の薄膜の膜厚を測定するものがある。この手法
は、薄膜試料面で光が反射する際の偏光状態の変化すな
わち電気ベクトルの入射面に平行な成分（ｐ成分）の反
射率りと、直角な成分（Ｓ成分）の反射率ｒ８との比ρ
を次式つまり、ρ” ｒｐ ／ ｒ＠ ＝−ψｅｊΔ
・・・（１）により測定し、既に確立された偏光
反射率比ρと膜厚ｄとの一定の関数にしたがって膜厚ｄ
を求めるものである。ところで、偏光反射率比ρは一般
に複素数である次め、２つのエリゾソノ！ラメータ、つ
まり振幅比−ψ、および位相Δを求める必要がある。そ
こで従来、これらエリグソノ母うメータψ。This type of device uses the elliplymetry method to produce hundreds of
There is a method that measures the thickness of a thin film of 0X or less. This method is based on changes in the polarization state when light is reflected on the surface of a thin film sample, that is, the reflectance r8 of the component parallel to the plane of incidence of the electric vector (p component) and the reflectance r8 of the component perpendicular to the plane of incidence (S component). ratio of ρ
In other words, ρ” rp / r@ = −ψejΔ
...The film thickness d is measured according to (1), and the film thickness d is determined according to a fixed function between the polarized light reflectance ratio ρ and the film thickness d, which have already been established.
This is what we seek. By the way, the polarization reflectance ratio ρ is generally a complex number. It is necessary to find the amplitude ratio -ψ and the phase Δ. Therefore, conventionally, these erigsono mother meters ψ.
Δけ第６図に示すように単色光源１から放射される単色
光２を偏光子３および１／４波長板４を通して薄膜が施
された試料５に照射し、この試料面５からの反射光６を
検光子７を通して光電検出器８で受光する。そして、こ
の光電検出器８から受光量に応じた電気信号がフィード
バック制御回路９に送られることにより、偏光子３およ
び検光子７の各サー？モータ１θ、１ノがサー？制御さ
れて、このときの偏光子３の偏光子角からエリプソパラ
メータΔが求められるとともに検光子７の検光子角から
同パラメータψが求められる。As shown in FIG. 6, monochromatic light 2 emitted from a monochromatic light source 1 is irradiated onto a sample 5 coated with a thin film through a polarizer 3 and a quarter-wave plate 4, and the reflected light from the sample surface 5 is 6 passes through an analyzer 7 and is received by a photoelectric detector 8. An electric signal corresponding to the amount of received light is sent from the photoelectric detector 8 to the feedback control circuit 9, thereby controlling each of the polarizer 3 and analyzer 7. Is the motor 1θ and 1NO the sir? Under the control, the ellipsomatic parameter Δ is obtained from the polarizer angle of the polarizer 3 at this time, and the same parameter ψ is obtained from the analyzer angle of the analyzer 7.
ところが、以上のような測定方法は、試料５における薄
膜を施された下地の屈折率が既知又は一定とみなされな
ければ膜厚を求めることができないものである。However, the above measurement method cannot determine the film thickness unless the refractive index of the base on which the thin film of the sample 5 is applied is known or considered constant.
また、オンラインで膜厚測定を行なうものが特開昭５５
−２６４１０号公報に開示されており、この測定方法は
膜厚が数１００Ｘ以下の場合にエリプソ・ぜラメータの
位相角Δが膜厚に比例することを利用したものである。In addition, there is a method that measures film thickness online.
This measurement method, disclosed in Japanese Patent No. 26410, utilizes the fact that the phase angle Δ of an ellipso-diameter is proportional to the film thickness when the film thickness is several hundred times or less.
つまり、膜厚は、下地での位相角ΔＳ（あるいは■Δ８
）と下地および薄膜による位相角Δ（あるいｌｄｍΔ）
との差に比例することを利用したもので、従って下地の
屈折率つまり下地の表面粗さが変化したり、又物性が変
化した場合には精度高いｌ！１１１１定ができないこと
が判る。In other words, the film thickness is determined by the phase angle ΔS (or ■Δ8
) and the phase angle Δ (or ldmΔ) due to the base and thin film
Therefore, if the refractive index of the base, that is, the surface roughness of the base changes, or the physical properties of the base change, the l! It can be seen that 1111 cannot be determined.
そこで、下地の位相角の補正を行なわない場合の位相角
測定値預Δと膜厚つまり塗油ｌとの関係を示すと第７図
の如くとなる。同図は試料として錫めっき鋼板に鉱物油
を３０〜６０．にで塗布したものを使用した例を示し、
下地である錫めっき鋼板の粗さや屈折率の変動の影響を
大きく受けて塗油量が±１ダ／ｍｌの範囲Ａ−Ａ’を越
えている。FIG. 7 shows the relationship between the measured phase angle value Δ and the film thickness, that is, the applied oil l, in the case where the phase angle of the base layer is not corrected. The figure shows a sample of mineral oil applied to a tin-plated steel plate at 30-60%. An example of using a product coated with
The amount of oil applied exceeds the range AA' of ±1 da/ml due to the large influence of the roughness of the tin-plated steel plate as the base and fluctuations in the refractive index.
一方、オンラインでの測定では、被測定対象が特別に研
摩、その他の予備処理されていないため、下地表面の粗
さの変動、あるいは下地物性自身の微小な変動を避ける
ことはできない。例えば、移動鋼板上に塗布された１０
０Ｘオーダの油膜を測定する場合、膜厚による位相差変
化は、δΔ＝１０゜程度であるのに対し、下地の変動に
よる位相変動δΔは、１コイル内で少くとも±２°〜３
°にも達してその誤差は±２０〜３０チにもなる。従っ
て、下地の影響を除くことは必須条件である。しかも、
このような下地の変動は連続的に変化するため、下地の
補正は離れた点における下地の屈折率等を用いても意味
がなく、膜厚測定点と同じ位置の下地の屈折率等で補正
を行う必要がある。ところが、従来の方法は、ｂずれも
前もって下地の屈折率等を測定しておくか、離れた塗膜
前の下地の屈折率等を測定するものであり、高速で移動
し、かつ下地の屈折率が連続的に変動するようなオンラ
イン膜厚測定に適用することは困難である。On the other hand, in online measurements, since the object to be measured is not specially polished or otherwise pretreated, variations in the roughness of the base surface or minute variations in the physical properties of the base itself cannot be avoided. For example, 10
When measuring an oil film on the order of 0X, the phase difference change due to film thickness is about δΔ = 10°, whereas the phase variation δΔ due to changes in the base is at least ±2° to 3° within one coil.
degree, and the error is ±20 to 30 inches. Therefore, it is essential to eliminate the influence of the substrate. Moreover,
Since such variations in the base change continuously, there is no point in correcting the base using the refractive index of the base at a distant point. Instead, correction should be made using the refractive index of the base at the same location as the film thickness measurement point. need to be done. However, in the conventional method, the refractive index, etc. of the base is measured in advance for b deviation, or the refractive index, etc. of the base in front of the paint film is measured at a high speed, and the refractive index of the base is measured. It is difficult to apply this method to online film thickness measurement where the ratio varies continuously.
〔発明が解決しようとする問題点３
以上のように従来装置は下地の屈折率等が一定とみなさ
れる場合にのみ測定可能であって、下地の屈折率等が連
続的に変動する場合には測定困難であった。[Problem to be solved by the invention 3 As mentioned above, the conventional device can only measure when the refractive index etc. of the base is considered to be constant, and cannot measure when the refractive index etc. of the base changes continuously. It was difficult to measure.
そこで本発明は上記問題点を解決する念めに、下地の屈
折率や物性等が連続的に変動しても正確に膜厚を測定で
きる高精度な膜厚測定装置を提供することを目的とする
。Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention aims to provide a highly accurate film thickness measuring device that can accurately measure the film thickness even if the refractive index and physical properties of the base material change continuously. do.
２つの異なる波長光を同一入射角でかつ同一直線偏光に
して薄膜の施され之被測定対象に照射する照射手段と、
薄膜および下地からの反射光を受光して各波長光別に薄
膜と下地とからの各反射光の位相角余弦の関係から薄膜
の膜厚を算出する膜厚算出手段とを備えて上記目的を達
成しようとする膜厚測定装置である。irradiation means for irradiating the object to be measured on which the thin film is applied with two different wavelengths of light at the same incident angle and with the same linear polarization;
The above object is achieved by providing a film thickness calculating means for receiving the reflected light from the thin film and the base and calculating the film thickness of the thin film from the relationship of the phase angle cosine of each reflected light from the thin film and the base for each wavelength light. This is a film thickness measuring device.
このような手段を備えたこと九より、照射手段から少な
くとも２つの異なる波長光が同一入射角でかつ同一直線
偏光で被測定対象に照射され、その反射光のうち各波長
別に被測定対象における薄膜と下地とからの各反射光の
位相角余弦の例えば差が膜厚算出手段により求められて
膜厚を算出する。Since such a means is provided, at least two different wavelengths of light are irradiated from the irradiation means at the same angle of incidence and with the same linear polarization onto the object to be measured, and among the reflected light, the thin film on the object to be measured is separated by each wavelength. For example, the difference in the phase angle cosine of each reflected light from the base and the base is determined by the film thickness calculating means to calculate the film thickness.
以下、本発明の一実施例について図面′ｔ−参照して説
明する。第１図および第２図は本発明の膜厚測定装置を
高速エリプメータに適用した場合の構成図である。とこ
ろで、上記装置は次に示す実験事項に基づいて構成され
たもので、この実験事項について先に説明し、この後に
装置構成について説明する。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 and FIG. 2 are configuration diagrams when the film thickness measuring device of the present invention is applied to a high-speed ellipmeter. By the way, the above-mentioned apparatus was constructed based on the following experimental items, and the experimental items will be explained first, and then the apparatus configuration will be explained.
さて実験事項は次の通りである。Now, the experimental items are as follows.
■ ２つの異なる波長λ１．λ意の光を同一のＭ線側光
でかつ同一入射角で下地に入射した場合、各６楕円偏光
に変化した反射光の位相角の余弦閏Δλ１＋Ｓ＋ｃｒｓ
Δλ３，８は、下地の粗さや屈折率のわずかな変化て対
して線形に変化する。■ Two different wavelengths λ1. When the light of λ is the same M-line side light and is incident on the substrate at the same incident angle, the cosine step of the phase angle of the reflected light changed to 6 elliptically polarized lights Δλ1+S+crs
Δλ3 and 8 change linearly with the roughness of the base and slight changes in the refractive index.
つまり、次式が成立する。In other words, the following equation holds true.
面Δλ２，８＝ｔ■Δλ１＋１ｌ−ｆｆｌ ・
・・・・・ （２）ここで、ｌ、ｍは被測定対象および
波長λ重、λ鵞によって決まる定数である。そこで第３
図に被測定対象として錫めっき鋼板に対して、波長λ１
＝６３３ｎｍ、λ意＝ ５１４ ｎｍの２つの波長光を
用い、下地の位相角余弦（２）Δλ１，８および邸Δλ
鵞、Ｓを測定した例を示す。同図から被測定対象の変動
に対しても２つの（２）Δλ１．ＩＩ ＋Ｃｔ８Δλｚ
、１１は線形関係にあることが明らかである。Surface Δλ2,8=t■Δλ1+1l-ffl ・
... (2) Here, l and m are constants determined by the object to be measured and the wavelength λ weight and λ weight. Therefore, the third
In the figure, the wavelength λ1 is measured for a tin-plated steel plate as the object to be measured.
Using two wavelengths of light = 633 nm and λ = 514 nm, the phase angle cosine of the base (2) Δλ1, 8 and the phase angle Δλ
An example of measuring a goose, S, is shown. From the same figure, two (2) Δλ1. II +Ct8Δλz
, 11 are clearly in a linear relationship.
■ 数１００Ｘ以下の透明な薄膜に対する位相角の余弦
と下地の位相角の余弦の差は膜厚に比例する。つまり、
ｄ＝Ｊ（ｃａｓΔλＩ ｄｌｌΔλ８，８）
・・・・・・（３）ｄ＝に鵞（（２）Δλ、−■Δ
λ２１．） ・・・・・・ （４）ここで、
ｄは膜厚、ｋｌ＋に！は波長λｌ、λ３に対する比例係
数であって、これら比例係数ｋｌｓＪは被測定対象への
入射角φ０および被測定対象によって決まる定数である
。なお、下地の複素屈折率ｉの変動に対しては平均値−
を中心として、絶対値で±１０チの範囲内つまり
１’；ｌ２−ｎ２ ｊ≦０．１ ｌ ”；＊ Ｉ
・・・・・・（５）であれば一定と見なすことが
できる。なお、上記第（３）式および第（４）式は上記
第（１）式を計算することにより確認される。そこで、
第４図は上記第（３）式および第（４）式を用いて位相
角変化かΔλ一部Δλ、ｓに対する膜厚ｄの関係を示し
たもので、波長λ１が６３３ｎｍ、λ鵞が５１４ ｎｍ
の場合を示している。同図から判るように薄膜に対する
位相角余弦と下地の位相角余弦との差は膜厚ｄに比例し
ている。(2) The difference between the cosine of the phase angle for a transparent thin film of several hundred times or less and the cosine of the phase angle of the underlying layer is proportional to the film thickness. In other words, d=J(casΔλI dllΔλ8,8)
......(3) d = ni ((2) Δλ, -■Δ
λ21. ) ...... (4) Here,
d is the film thickness, kl+! are proportional coefficients for the wavelengths λl and λ3, and these proportional coefficients klsJ are constants determined by the incident angle φ0 on the object to be measured and the object to be measured. Note that for variations in the complex refractive index i of the base, the average value -
Within the range of ±10 cm in absolute value, that is, 1';l2-n2 j≦0.1 l'';*I
......(5), it can be considered constant. Note that the above equations (3) and (4) are confirmed by calculating the above equation (1). Therefore,
Figure 4 shows the relationship between the film thickness d and the phase angle change Δλ part Δλ, s using the above equations (3) and (4). nm
The case is shown below. As can be seen from the figure, the difference between the phase angle cosine for the thin film and the phase angle cosine for the underlying layer is proportional to the film thickness d.
従りて以上から膜厚ｄは上記第（２）式ないし第（４）
式から第（６）式を導びいて求められ下地の影響を除く
ことが可能となる。つまり、
＝ＡｃｒＢΔλ、＋Ｂ邸Δλ１＋ｃ −・
−・−（６）なお、係数Ａ、Ｂ、Ｃは、入射角φ０を決
めれば、測定対象によって決まる定数であり、別途実験
的に決定することができる。Therefore, from the above, the film thickness d is determined by the above equations (2) to (4).
Equation (6) is derived from the equation, and it is possible to remove the influence of the base. In other words, = AcrBΔλ, + B residence Δλ1+c −・
-.-(6) Note that the coefficients A, B, and C are constants that are determined depending on the measurement object once the incident angle φ0 is determined, and can be determined separately experimentally.
また、下地での位相角Δλ１９８．Δλ１．ｓの変動幅
が小さく、膜厚が数１００Ｘ以下と小さい場合にはΔλ
１とΔλ７１．およびΔλ２とΔλ３，３の差は小さい
ため第（２）式ないし第（４）式に対応して次式も成立
する。Also, the phase angle Δλ198. Δλ1. When the fluctuation range of s is small and the film thickness is small, such as several hundred times or less, Δλ
1 and Δλ71. Since the difference between Δλ2 and Δλ3,3 is small, the following equation also holds true corresponding to equations (2) to (4).
Δλ２ ＋ ８ ＝”Δλ１ 、 ＠ ｍ’
・・・・・・ （７）ｄ＝ｋｌ′（Δλ、−Δλ
１．ｓ） ・−・・・−（ｓ）ｄ ＝ ｋ、
’（Δλ、−Δλ３．８） ・・・・・・
（９）ここで、ｌ’ 、 ｍ’ 、およびｋｌ’ ＊
ｋ、／は定数である。Δλ2 + 8 = “Δλ1, @ m'
...... (7) d=kl'(Δλ, -Δλ
1. s) ・−・・・−(s)d=k,
'(Δλ, -Δλ3.8) ・・・・・・
(9) Here, l', m', and kl'*
k and / are constants.
従って、膜厚ｄは第（６）式に対応して次式の関係を用
いることも可能である。Therefore, for the film thickness d, it is also possible to use the relationship of the following equation corresponding to equation (6).
ｄ＝Ａ’Δλ ＋Ｂ′Δλ、＋Ｃ′ ・・・・
・・αＱ意
Ａ／ 、 Ｂ／ 、 Ｃ／は定数である。d=A'Δλ +B'Δλ, +C'...
...αQ A/ , B/ , C/ are constants.
さて、第１図および第２図に示す装置の構成について説
明する。第１図は光学系を示しており、コリメートされ
た各波長λｌ、λ鵞の異なる単色光源２０．２１が設け
られている。そして、単色光源２０から放射された光は
半鏡体２２、偏光子２３を透過して被測定対象である薄
膜の塗布された試料２４の表面に角度φ０で照射される
とともＫ、単色光源２ノから放射された光は反射鏡２５
、半鏡体２２、偏光子２３を透過して試料２４の表面に
角度φ０で照射されるようになっている。そして、各波
長光λｌ、λ２の光路上にはそれぞれシャッタ２６．２
１が配置されてシャッタドライブ回路２８により開閉す
るものとなっている。ＳＴけシャツタ開閉信号である。Now, the configuration of the apparatus shown in FIGS. 1 and 2 will be explained. FIG. 1 shows an optical system in which collimated monochromatic light sources 20, 21 with different wavelengths λl and λl are provided. The light emitted from the monochromatic light source 20 passes through the semi-mirror 22 and the polarizer 23 and is irradiated onto the surface of the sample 24 coated with a thin film, which is the object to be measured, at an angle φ0. The light emitted from No. 2 is reflected by the reflecting mirror 25.
, the semi-mirror body 22, and the polarizer 23, and is irradiated onto the surface of the sample 24 at an angle φ0. A shutter 26.2 is provided on the optical path of each wavelength light λl and λ2.
1 is arranged and is opened and closed by a shutter drive circuit 28. This is the ST button opening/closing signal.
なお、試料２４において、入射面は紙面と平行とし、光
進行方向を２方向とする。そして、入射面内に光進行方
向２と９０°をなす座標軸をＰ軸、上記Ｐ方向および２
方向と直交する座標軸をＳ軸とし、上記Ｐ、Ｓおよび２
方向が右手直交座標系を作るものとする。また、偏光子
角および検光子角は全てＰ軸をθ°とし、Ｓ軸を９０°
とする。Note that in the sample 24, the incident surface is parallel to the paper surface, and the light travels in two directions. Then, the coordinate axis that forms a 90° angle with the light traveling direction 2 in the incident plane is the P axis, and the above P direction and 2
The coordinate axis perpendicular to the direction is the S axis, and the above P, S and 2
Assume that the directions form a right-handed orthogonal coordinate system. In addition, the polarizer angle and analyzer angle are all such that the P axis is θ° and the S axis is 90°.
shall be.
一方１反射光の受光側には材質、形状の等しいオプティ
カルフラット（ビームスプリッタ邸）２９ｍ、２９ｂ、
２９ｅが設けられ、反射光はビーム径制限用のアパーチ
ャ３０を通過して各オプティカルフラット２９＋１，２
９ｂ、２９ｃにより３本のビーム光に分岐されるように
なっている。On the other hand, on the receiving side of 1 reflected light, there are optical flats (beam splitter housing) 29m, 29b, of the same material and shape.
29e is provided, and the reflected light passes through an aperture 30 for beam diameter restriction to each optical flat 29+1, 2.
The light beam is branched into three beams by 9b and 29c.
これらオプティカルフラット２９１〜２９ｃは、光学的
に等方で透明なものを使用し、かつ互いて平行に固定し
、その厚さおよび間隔は多重反射光が検出されないよう
に設定する。These optical flats 291 to 29c are optically isotropic and transparent, and are fixed parallel to each other, and their thickness and spacing are set so that multiple reflected light is not detected.
ここで、上記３本のビーム光につめて、２つのオプティ
カルフラット２９＊、２９ｂを透過したビーム光をｃｈ
ｌ＆ｃ設定し、オプティカルフラット２９ａを透過しオ
プティカルフラット２９ｂにて反射したビーム光をｃｈ
２に設定し、オプティカルフラット２９１にて反射しオ
プティカルフラット２９ａを透過し念ビーム光をｃｈ３
に設定する。なお、ｃｈ２のビーム光とｃｈ３のビーム
光とは互いに平行になるものとする。上記チャンネルｃ
ｈｉ〜ｃｈ３の各ビーム光は、それぞれ固定の透過方位
角αｌ〜α３を有する各検光子３１ａ〜３１ｅを通過し
、同一の焦点距離を有する各集光レンズ３２ａ〜３２
ｅｔｃより集光され、焦点位置に配置された各ピンホー
ル３．７ ａ〜３３ｃを通り、さらに各干渉フィルタ３
４！Ｌ〜３４ｅＫて外乱光の除去を行なった後、各光電
変換器３５＆〜３５ｅに入力し、これら光電検出器３５
＆〜３５ｅにより元旦強度（Ｉ＋）λ λ〜（工りλ１
．λ、に対応する電気信号に＋１ 鵞
変換されるようになってＡる。そして、上記電気信号は
第２図に示す信号処理回路により一定の演算処理が施さ
れてエリプソパラメータψ、Δが算出されるように構成
されている。Here, the beam light transmitted through the two optical flats 29* and 29b is combined into the three beams mentioned above and channeled.
The beam light transmitted through the optical flat 29a and reflected at the optical flat 29b is set to
2, the optical beam is reflected by the optical flat 291, transmitted through the optical flat 29a, and sent to channel 3.
Set to . Note that the beam light of ch2 and the light beam of ch3 are assumed to be parallel to each other. Channel c above
Each beam light of hi to ch3 passes through each analyzer 31a to 31e having a fixed transmission azimuth angle αl to α3, respectively, and passes through each condenser lens 32a to 32 having the same focal length.
etc., passes through each pinhole 3.7a to 33c placed at the focal position, and then passes through each interference filter 3.
4! After removing disturbance light from L~34eK, the input is input to each photoelectric converter 35 &~35e, and these photoelectric detectors 35
&~35e, New Year's Day intensity (I+) λ λ~ (working λ1
．． A is converted by +1 to an electrical signal corresponding to λ. The electric signal is then subjected to certain arithmetic processing by the signal processing circuit shown in FIG. 2 to calculate ellipsoscopic parameters ψ and Δ.
第２図において、光′Ｆ４＜変換器３５＆〜３５ｃから
それぞれ出力されるｃｈｌ、 ｅｈ２． ｃｈ３の電気
信号は、各増幅器３６ｈ〜３６ａ、ノイズ成分除去用の
ローパスフィルタ３７＆〜３７ａを通って各サンプルア
ンドホールド回路（以下Ｓ／Ｈ回路と略称する）３８ａ
〜３１Ｊｃに送られている。これらＳ／）Ｉ回路３８１
〜３８ｃば、マイクロコンピュータ（以下マイコンと略
称する）３９から出力される各ｆ−）信号０１〜Ｇ３に
より各チャンネルｃｈｉ、 ｃｈ２． ｃｈ３の出力信
号を同時にサンプリングしたのちホールドするものであ
って、同時にサンプリングされた各チャンネルｃｈｉ〜
ｃｈ３の出力はマイコン３９に与えられるようになって
いる。このマイコン３９はシャッタドライバ回路２８か
らのシャツタ開閉信号ＳＴを受けて各波長λｌ、λ２別
に各ＳＩ（回路３８ａ〜３８ａからの信号を取り込み、
これら信号から各波長λ！ 、λ茸別に位相角余弦房Δ
を演算し求め、さらにこの位相角余弦（２）Δから膜厚
を求める機能をもったものである。In FIG. 2, light 'F4< chl, eh2. The electrical signal of ch3 passes through each amplifier 36h to 36a and a low-pass filter 37 & to 37a for noise component removal to each sample-and-hold circuit (hereinafter abbreviated as S/H circuit) 38a.
- Sent to 31Jc. These S/)I circuits 381
~ 38c, each channel chi, ch2 . The output signal of ch3 is simultaneously sampled and then held, and each channel sampled at the same time
The output of ch3 is given to the microcomputer 39. This microcomputer 39 receives the shutter opening/closing signal ST from the shutter driver circuit 28, takes in signals from each SI (circuits 38a to 38a) for each wavelength λl and λ2,
Each wavelength λ from these signals! , λ phase angle cosine bunch Δ for each mushroom
It has the function of calculating and determining the phase angle cosine (2)Δ, and further determining the film thickness from this phase angle cosine (2)Δ.
なお、６Ｔ１１定結果はディジタル出力りされるととも
にＤ／Ａ変換器４０を通してアナログ出力されるものと
なっている。なお、４ノは後述する各チャンネルゲイン
、固有値ψｏ１σ１σ！１および最低光量レベルＩ、
ｍｉｎ ｆｔ７’リセツトするプリセット回路である。Note that the 6T11 constant result is output as a digital signal and is also output as an analog signal through the D/A converter 40. Note that 4 is each channel gain, which will be described later, and the eigenvalue ψo1σ1σ! 1 and the lowest light level I,
This is a preset circuit that resets min ft7'.
次に上記の如く構成された装置の動作について説明する
。各シャッタ２６．２７はシャッタドライバ回路２８に
よりいずれか一方のシャッタ例えば２６が開放され、他
方のシャッタ２７が閉じている。従って、単色光源２ｏ
から放射される光が偏光子２３等を透過して試料２４に
照射され、その反射光が各オプティカルフラク） ２９
ａ、２９ｂ。Next, the operation of the apparatus configured as described above will be explained. One of the shutters 26 and 27, for example 26, is opened and the other shutter 27 is closed by the shutter driver circuit 28. Therefore, the monochromatic light source 2o
The light emitted from the optical flux passes through the polarizer 23 and the like and is irradiated onto the sample 24, and the reflected light is reflected from each optical flux) 29
a, 29b.
２９ａＶＣよ、り各チャンネル’ｃｈｉ〜ｃｈ３のビー
ム光に分岐されて各光電変換器３５１〜３５ａに送られ
る。ここで、これら光電変換器３５ａ〜３５ｃに入射す
る光１ｔ（Ｌ＋）λ１〜（＋３）λ１ ＊ （Ｉｆ）λ
、〜（Ｉ２）λ。29aVC, the light beams are branched into beams of channels 'chi to ch3 and sent to the respective photoelectric converters 351 to 35a. Here, the light 1t(L+)λ1 to (+3)λ1*(If)λ that enters these photoelectric converters 35a to 35c
, ~(I2)λ.
は、偏光子方位角θを４５°、検光子方位角α１゜α２
．α３をそれぞれα１＝０°、α２＝４５°、α３＝−
４５°と設定した場合、
−１・・・・・・（７）
（Ｉ ｔ）λ１．λ＊ ２ Ｉ ａ−ψ（Ｉり、２１
．λ＝１工。（−２ψ＋２−ψ１σ１・σ２１！ ４
×缶（Δ−ψｏ）＋１σ１・σ２１）・・・・・・（８
）（Ｉｓ）λλ＝ ” ＩＣ（−２ψ−２ｔａｎψｌσ
１・ａ２１１＊ １ ４
×（２）（Δ−ψｏ）＋１σ１・σ２１２） ・・・
・・・（９）となる。ここで、σ１はオプティカルフラ
ット２９ａ〜２９ｃのＰ偏光電気ペルトルとＳ１帰光蛋
気ペルトルとの振幅透過率比であり、σ２ンよオプティ
カルフラツ）２９ｔｈ〜２９ｃのＰ偏光４気ベクトルと
Ｓ偏光電気ベクトルとの振幅反射率比である。The polarizer azimuth θ is 45°, the analyzer azimuth α1゜α2
．． α1=0°, α2=45°, α3=-
When set to 45°, -1... (7) (I t) λ1. λ* 2 I a−ψ(Iri, 21
．． λ = 1 engineering. (-2ψ+2-ψ1σ1・σ21! 4 × can (Δ−ψo)+1σ1・σ21)・・・・・・(8
)(Is)λλ= ” IC(−2ψ−2tanψlσ
1・a211* 1 4 × (2) (Δ−ψo)+1σ1・σ212) ・・・
...(9). Here, σ1 is the amplitude transmittance ratio between the P-polarized electric power of the optical flats 29a to 29c and the S1 return optical power, and σ2 is the amplitude transmittance ratio between the P-polarized light vector and the S-polarized electric power of the optical flats 29th to 29c. It is the amplitude reflectance ratio with the vector.
そうして、これら光量（工１）λ１．λ２〜（工、）λ
１．λ２に応じ九電気信号がそれぞれ増幅器３６１〜３
６Ｃ、ローｉ！スフィルタ３７ａ〜３７ｃを通っテＳ／
Ｈ回路３８ｈ〜３８ａに送られ、そしてマイコン３９Ｖ
Ｃ取込まれる。かくしてマイコン３９は各波長λ重、λ
意別て次式を演算処理して位相測定値□□□Δを求める
。つまり、
・・・・・・αＯ
・・・・・・（＋１）
を演算することになる。また、
・・・・・・α２
なる関係が成り立つことからｌσ１・σ２１を補正する
ことによりエリグツパラメータψ、Δが同時に求められ
る。なお、第０１式および第０９式における固定位相差
ψ０λ１．ψ。λ、は補正されて。Δλ８．。Δ２゜と
して求めることができるｉ
ここで、試料２４として錫めっき鋼板を用いた場合の測
定について説明する。塗油ｉＭは、Ｍ＝ρ×ｄ（ρ＝油
密度） ・・・・・・（１，１なる関係がある
ので、塗油ｆｆ１Ｍと膜厚ｄとは比例関係にあり互いに
等価な量となっている。そして、波長λ１を６３３ ｎ
ｍ、波長λ鵞を５１４ ｎｍとし、かつ試料２４への入
射角φ０を７０°として前記第（６）式における係数Ａ
（８２，８）、Ｂ（−５７，７）、Ｃ（１，６１）を別
途校正実験により求めると、塗油針Ｍけ、
Ｍ ＝ ８２．８（ｃｍＪλ、−０，６９７ａｍΔ、？
１＋０．０１９４） ・−・−・−（１４Ｊとして得ら
れる。従って、マイコン３９において上記第０４式に（
２）Δλ８．。Δλ、を代入して演算処理することによ
り塗油＠Ｍが算出される。第５図は、本発明による測定
結果と、オンライン塗油量測定法として確立されたハイ
ドロフィルバランス法による測定結果を対応させ念もの
で、本発明結果とハイドロフィルバランス測定値は±１
〜／ｄ以内の精度で一致することを示している。従って
従来方式に比較して精度向上の効果が明らかである。Then, these light amounts (Step 1) λ1. λ2 ~ (engineering,)λ
1. Nine electric signals are sent to amplifiers 361 to 3 according to λ2, respectively.
6C, low i! through the filters 37a to 37c.
Sent to H circuits 38h to 38a, and microcomputer 39V
C is taken in. In this way, the microcomputer 39 selects each wavelength λ weight, λ
The phase measurement value □□□Δ is determined by calculating the following equation. In other words, . . . αO . . . (+1) is calculated. Moreover, since the relationship . Note that the fixed phase difference ψ0λ1. in equations 01 and 09. ψ. λ is corrected. Δλ8. . i which can be determined as Δ2° Here, the measurement when a tin-plated steel plate is used as the sample 24 will be explained. The oil application iM is M = ρ × d (ρ = oil density) (Since there is a relationship of 1, 1, the oil application ff1M and the film thickness d are in a proportional relationship and are equivalent amounts to each other. Then, the wavelength λ1 is 633 n
m, the wavelength λ is 514 nm, and the incident angle φ0 to the sample 24 is 70°, and the coefficient A in the above equation (6) is
(82,8), B(-57,7), and C(1,61) were obtained through a separate calibration experiment.
1+0.0194) ・−・−・−(obtained as 14J. Therefore, in the microcomputer 39, the above formula 04 is converted into (
2) Δλ8. . Anointing @M is calculated by substituting Δλ and performing arithmetic processing. Figure 5 shows the correspondence between the measurement results of the present invention and the measurement results of the hydrofill balance method, which has been established as an online oil application measurement method, and the results of the present invention and the hydrofill balance measurement values are ±1.
It is shown that they match with an accuracy within ~/d. Therefore, the effect of improved accuracy compared to the conventional method is obvious.
このように上記一実施例においては、互いに異なる波長
光λ１．λ鵞を同一入射角かつ同一直線偏光で試料２４
に照射し、試料２４の薄膜と下地とからの各反射光の位
相角余弦（２）Δの差から膜厚を求める構成としたので
、反射光の位相角余弦部Δλ１．ＩＩ ＩＱ）Ｓｉ２０
．ｓが下地の粗さや屈折率の変化に対して線形に変化し
、かつ薄膜と下地との各位相角余弦の差が膜厚に比例す
るものとなって、下地の粗さや物性等の変動があっても
これに影響されずに正確に膜厚を測定できる。従ってオ
ンラインの膜厚測定に好適で高速エリプリメータに適用
できる。In this way, in the above embodiment, the wavelengths of light λ1. sample 24 with the same incident angle and the same linear polarization.
Since the film thickness is determined from the difference in the phase angle cosine (2) Δ of each reflected light from the thin film of the sample 24 and the base, the phase angle cosine Δλ1 . II IQ) Si20
．． s changes linearly with changes in the roughness and refractive index of the substrate, and the difference in the cosine of each phase angle between the thin film and the substrate is proportional to the film thickness, so changes in the roughness and physical properties of the substrate are The film thickness can be measured accurately without being affected by this. Therefore, it is suitable for online film thickness measurement and can be applied to a high-speed ellipmeter.
なお、本発明は上記一実施例に限定されるものでまい。Note that the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば膜厚ｄと塗膜厚に対する位相角余弦面Δλ１．ｃ
Ｘ１１Δλ、との関係が次の通りであっても適用できる
。つまり各波長λ１．λ意に対して下地の変動範囲で一
定の関係
邸Δλ２，５＝１０（ｃｃｓΔλ１ ｔ ＩＩ ）
”・・・・ａ９がちり、また各波長λ１．λ鵞
に対して膜厚ｄと位相角との間に
（２）Δλｌ＝ ｆｌ（ｄ） ＋ＱＩＩ！ＩΔ、２ 、
、 、 ・−・−・（１６１（２）Δλ、
＝ ／”！ （ｄ）＋■Δλ２．８ ・・
・・・・ａηなる関係が成立する場合、これら第０９式
ないし第０η式から下地の位相角を消去して
■Δλ、 ｆｏ （ｄ）＝ ｆｏ （ａｍΔλｔ −／
ｓ （ｄ）） 、・、、、、α樽なる関係が成立
する場合にも適用できる。For example, the phase angle cosine surface Δλ1 for the film thickness d and the coating film thickness. c.
It is applicable even if the relationship with X11Δλ is as follows. In other words, each wavelength λ1. The relation Δλ2,5=10 (ccsΔλ1 t II ) which is constant in the variation range of the base for λ intention
``...a9 dust, and for each wavelength λ1.
, , ・−・−・(161(2)Δλ,
= /”! (d)+■Δλ2.8 ・・
... If the relationship aη holds true, the phase angle of the base is deleted from these equations 09 to 0η, and ■Δλ, fo (d) = fo (amΔλt −/
It can also be applied when the following relationship holds: s (d)) , , , , α barrel.
以上詳述したように本発明によれば、下地の屈折率や物
性等が連続的に変動しても正確に膜厚を測定できる高精
度な膜厚測定装置を提供できる。As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a highly accurate film thickness measuring device that can accurately measure film thickness even if the refractive index, physical properties, etc. of the underlying layer vary continuously.
第１図および第２図は本発明に係る膜厚測定装置を高速
エリプリメータに通用した場合の構成図、第３図は各波
長に対する下地位相角余弦の対応関係を示す図、第４図
は位相角変化に対する膜厚の関係を示す図、第５図は本
発明装置の測定結果を示す図、第６図および第７図は従
来装置を説明するための図である。
２０．２１・・・単色光源、２２・・・半鏡体、２３・
・・偏光子、２４・・・試料、２５・・・反射鏡、２６
．２７・・・シャッター、２８・・・シャッタドライバ
回路、２９１〜２９ｅ・・・オプティカルフラット、３
１ａ〜３１ｃ・・・検光子、３２１Ｌ〜３２ｃ・・・集
光レンズ、３３ｈ〜３３ａ・・・ピンホール、３４ａ〜
３４ｃ・・・干渉フィルタ、３５ａ〜３５ｅ・・・光電
変換器、３６ａ〜３６ｃ・・・増幅器、３７１〜３７ｅ
・・・ローパスフィルタ、３８１〜３８ｃ・・・サンプ
ルアンドホールド回路、３９・・・マイクロコンピュー
タ。
出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦−０４６０−
０４８０−０，５００−０，５２０−０５４０−０，５
６０ＣＯ５ａλ１．Ｓ（χ＋ −６３３ｎｍ）第３図
０ ０．０５ ０．１０ ０．１５
０２０位相角変化（ｃｏｓｊλ−■−や）
測定結果！ 、’ｔｈ ＩＩ Ｍ （ｍｇ／ＩＴＩす
第６図
→、４６０ −０．４８０ −０．５００ −０５２０
−０５４０位相測定値ｃａｓｓ （λ６３３ｎｍ）第
７図
手続補正書
昭和 年 ６１ｊ１°１１．、Ｊ２
特許庁長官 黒 １）明 雄 殿
１、事件の表示
特願昭６１−１７９１４５号
２、発明の名称
膜厚測定装置
３、補正をする者
−ｆＳ件との関係 特許出願人
（４１２） 日本鋼管株式会社
４、代理人
東京都千代田区霞か関３丁目７番２号 ＵＢＥビル７、
補正の内容
（１）明細書第１頁第２０行目の「この種装置には」と
あるを「この種の装置には」と訂正する。
（２）同書第８頁第１行〜第２行の「なお、下地の複素
屈折率π２の変動」とあるを「なお、比例係数ｋｌ、に
２は下地の複素屈折率ｎ２の変動」と訂正する。
（３）同書第８頁第１３行〜第１４行の「従って以上〜
を導びいて」を「従って以上から膜厚ｄは上記第（２）
式、第（３）式および第（４）式から第（６）式を導び
いて」と訂正する。
（４） 同書第１３頁第１１行の
「固を値ψｏ １σ１σ２ （」を
「固有値ψｏ、ｌσ１σ２１」と訂正する。
（５）同書第１４頁第７行ないし同頁下がら第７行の「
設定した場合、〜となる。」を下記の通り訂正する。
記
設定した場合、
Ｘｃｏｓ （Δ−ψｏ）＋Ｉｃｙ１・σ２１２１
− （８）（６） 同書第１５頁第６行〜同真下か
ら第２行の「つまり、〜同時に求められる。」を下記の
通り訂正する。
ｌ己
つまり、
・・・（ｌＯ）
を演算することになる。また、
（ｔａｎψ）λ１．λ２
なる関係が成り立つことから固有値 ψ。λ１゜λ２．
１σ１・σ２１λ１．λ２を補正することによりエリプ
ソパラメータψλ１．λ２、Δλ１゜λ２が同時に求め
られる。Figures 1 and 2 are block diagrams of the film thickness measuring device according to the present invention applied to a high-speed ellipmeter, Figure 3 is a diagram showing the correspondence of the lower phase angle cosine to each wavelength, and Figure 4 is a diagram showing the correspondence of the lower phase angle cosine to each wavelength. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between film thickness and phase angle change, FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of the apparatus of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are diagrams for explaining the conventional apparatus. 20.21...monochromatic light source, 22...half mirror, 23.
...Polarizer, 24...Sample, 25...Reflector, 26
．． 27...Shutter, 28...Shutter driver circuit, 291-29e...Optical flat, 3
1a-31c...Analyzer, 321L-32c...Condensing lens, 33h-33a...Pinhole, 34a-
34c...Interference filter, 35a-35e...Photoelectric converter, 36a-36c...Amplifier, 371-37e
...Low pass filter, 381-38c...Sample and hold circuit, 39...Microcomputer. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue-0460-
0480-0,500-0,520-0540-0,5
60CO5aλ1. S (χ+ -633nm) Fig. 3 0 0.05 0.10 0.15
020 Phase angle change (cosjλ-■-ya) Measurement results! ,'th II M (mg/ITI Fig. 6→, 460 -0.480 -0.500 -0520
-0540 Phase measurement value cass (λ633nm) Figure 7 Procedural amendment Showa year 61j1°11. , J2 Commissioner of the Japan Patent Office Kuro 1) Mr. Akio 1, Indication of the case Japanese Patent Application No. 179145/1986 2, Name of the invention Film thickness measuring device 3, Person making the amendment - Relationship with the fS matter Patent applicant (412) Nippon Kokan Co., Ltd. 4, Agent: UBE Building 7, 3-7-2 Kasumikaseki, Chiyoda-ku, Tokyo;
Contents of the amendment (1) The phrase "for this type of device" on page 1, line 20 of the specification is corrected to "for this type of device." (2) In the same book, page 8, lines 1 and 2, the phrase “variation in the complex refractive index π2 of the base” is replaced with “the proportionality coefficient kl, 2 is the variation in the complex refractive index n2 of the base”. correct. (3) “Thus, the above is the same” in lines 13 and 14 of page 8 of the same book.
``Therefore, from the above, the film thickness d is given in (2) above.
Derive Equation (6) from Equation (3) and Equation (4).'' (4) In the same book, page 13, line 11, ``The fixed value ψo 1σ1σ2 ('' is corrected to ``eigenvalue ψo, lσ1σ21.''
If set, ~. ' is corrected as follows. When set as follows, Xcos (Δ−ψo)+Icy1・σ2121
- (8) (6) In the same book, page 15, line 6 to line 2 from the bottom of the same book, ``In other words, ... can be obtained at the same time.'' is corrected as follows. In other words, ...(lO) is calculated. Also, (tanψ)λ1. Since the relationship λ2 holds, the eigenvalue ψ. λ1゜λ2.
1σ1・σ21λ1. By correcting λ2, the ellipsoparameter ψλ1. λ2 and Δλ1°λ2 are obtained simultaneously.
Claims (1)
いて、２つの異なる波長光を同一入射角でかつ同一直線
偏光にして前記薄膜の施された被測定対象に照射する照
射手段と、前記薄膜および前記下地からの反射光を受光
して前記各波長光別に前記薄膜と前記下地とからの各反
射光の位相角余弦の関係から前記薄膜の膜厚を算出する
膜厚算出手段とを具備して前記下地変化の影響を無くし
たことを特徴とする膜厚測定装置。In a film thickness measuring device for measuring the thickness of a thin film applied to a base, an irradiation means for irradiating light of two different wavelengths at the same angle of incidence and with the same linear polarization onto an object to be measured on which the thin film is applied; a film thickness calculation means for receiving the reflected light from the thin film and the base, and calculating the film thickness of the thin film from the relationship of the phase angle cosine of each reflected light from the thin film and the base for each of the wavelengths of light; A film thickness measuring device characterized in that the film thickness measuring device is characterized in that the influence of the underlying change is eliminated.
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP17914586A JPS6336105A (en) | 1986-07-30 | 1986-07-30 | Film thickness measuring instrument |
Publications (2)
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|---|---|
| JPS6336105A true JPS6336105A (en) | 1988-02-16 |
| JPH0431522B2 JPH0431522B2 (en) | 1992-05-26 |
Family
ID=16060756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| JPH0431522B2 (en) | 1992-05-26 |
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