KR960010675B1 - 일립서미터(ellipso meter) 및 이것을 이용한 도포두께 제어방법 - Google Patents

일립서미터(ellipso meter) 및 이것을 이용한 도포두께 제어방법 Download PDF

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다께시 야마자끼
다까미쓰 다까야마
슈이찌로 노무라
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니홍 고오강 가부시끼가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

일립서미터(ellipso meter) 및 이것을 이용한 도포두께 제어방법
제1도는 본 발명의 1실시예에 관한 일립서미터의 개략구성을 도시하는 모식도
제2도는 동 실시예 장치의 측정헤드를 도시하는 사시도.
제3도는 동 측정헤드를 수동으로 조작하는 경우의 모식도.
제4도는 동 실시예 장치의 신호처리부에 있어서 신호처리를 동시하는 타임챠트이다.
제5는 동 실시예 장비에 있어서 일립서파라미터의 산출처리를 도시하는 흐름도.
제6도는 동 실시예 장치로 측정된 일립서파라미터 (△)의 특성도.
제7도는 동 실시예 장치로 측정된 일립서파라미터 (ø)의 특성도.
제8도는 종래 계산식을 이용한 경우의 신호처리를 도시하는 타임차트.
제9도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 일립서미터에 있어서 측정혜드의 개략구성도.
제10도는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 일립서미터에 있어서 측정헤드의 개략구성도
제11도는 실시예 장치를 이용한 도포두께 측정장치의 개략구성도.
제12도는 동 도포두께 측정장치에 있어서 측정헤드의 개략구성도.
제13도는 동 도포두께 측정장치에 있어서 다른 측정헤드의 개략구성도.
제14도는 동 도포두께 측정장치의 전기적 구성을 도시하는 볼록도.
제15도는 본 발명의 1실시예에 관한 도포두께 제어방법을 채용한 도포두께 제어장치의 개략구성도.
제16도는 실시예 장치를 이용한 막두께 분포 측정장치의 개략구성도.
제17도는 동 막두께 분포 측정장치의 전기적 구성을 도시하는 블록도.
제18도는 종래 일립서미터의 개략구성을 도시하는 모식도.
제19도는 일반적인 반사광의 타원편광을 도시하는 도면.
제20도는 본 발명의 1실시예에 관한 복합편광 빔스프리터가 내장된 광로분기결합기의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 반도체 레이저광원 12 : 편광자
13 : 광원부 16 : 시료면
18 : 무편광 빔스프리터 19 : 검광자
20 : 편광 빔스프리터 21a,21b,21c : 수광기
22 : 측정헤드 22a : 기판
24 : 퍼스널 컴퓨터 28 : 복합편광 빔스프리터
29 : 무편광유리 35d : 구멍
36 : 도포장치 100 : 가스공급관
111∼114 : 광파이버 케이블 118 : 케이스
11,12,13 : 광강도
본 발명은 얇은 막두께를 정확하게 측정하는 일립서기터에 관한 것으로, 특히 광 검출부의 광학부품수를 감소하되, 이들을 고정화하므로서 소형이고 높은 측정정밀도를 얻을 수 있는 일립서미터 및 이것을 사용한 도포두께 제어방법에 관한 것이다.
예를들면 수 100nm 이하의 박막의 막두께를 측정하는 수법으로서 일립서메트리수법이 사용된다. 이 수법에 있어서는 박막 등의 시료면에서 빛이 반사할 때의 편광상태의 변화, 즉, 전장벡터의 입사면에 평행한 성분(P성분)의 반사율(Rp)과, 직각인 성분(S성분)의 반사율(Rs)과의 (1)식에서 표시되는 비 (ρ)가 측정된다. 그리고 이미 확립되어 있는 편광반사율비(ρ)와 막두께(d)와의 일정한 관계에 따라서 상기 박막의 막두께가 산출된다.
여기에서 편광반사율비(ρ)는 (1)식에 표시한 바와같이 2개의 일립서파라미터, 즉 진폭비 (ψ) 및 위상차(△)에 의하여 표시된다 이들 2개의 일립버파라미터는 측정에 의하여 구해지는 물리량이다.
종래, 이 일립서파라미터(ψ,△)를 고속으로 구하기 위하여 제18도에 도시한 바와같이 가동부분을 제거한 3채널의 일립서미터가 개발되었다(특개평 1-28509호 공보)
레이저 광원으로 된 광원(1)에서 출력된 단일파장을 가진 빛은 편광자(2)로서 직선 편광으로 변환되어서 측정대상으로의 시료면(3)에 소정각도(ø)로 입사한다 더욱이, 시료면(3)에 있어서 입사면은 지면과 평행하다. 그리고, 도시한 바와 같이 지면과 평행한 방향을 P방향, 지면과 직교하는 방향을 S방향으로 한다. 시료면(3)에서의 반사광은 3개의 무편광의 빔스프리터(4a,4b,4c)에 의하여 3개의 빛으로 분기된다.
2개의 빔스프리터(4a,4b)를 투과한 제 1의 빛은 제1의 검광자(5a) 및 집광렌즈(6a)를 개재하여 제1의 수광기(7a)에 입사된다. 제1의 수광기(7a)는 입사한 제1의 빛의 광강도(I1)를 전기신호로 변환한다. 동일하게 빔스프리터(4a)를 투과하여 다음의 빔스프리터(4b)에서 반사된 제 2의 빛은 제2의 검광자(5b) 및 집광렌즈(6b)를 개재하여 제 2의 수광기 (7b)에 입사된다. 제2의 수광기 (7b)는 입사된 제2의 빛의 광강도(12)를 전기신호로 변환한다. 다시 빔스프리터(4a)에서 반사되어 다음의 빔스프리터(4c)를 투과한 제3의 빛은 제3의 검광자(5c) 및 집광렌즈(6c)를 개재하여 제3의 수광기(7c)에 입사된다. 제3의 수광기(7c)는 입사된 제3의 빛의 광강도(13)을 전기신호로 변환한다.
또, 각 검광자(5a∼5c)는 설정된 방향으로 진동하는 광성분만을 통과시킨다. 그리고 제1의 검광자(5a)의 편광방향이 기준방향(방위 0°)으로 설정되고, 제2의 검광자(5b)의 편광방향이 기준방향에 대하여 +45°경사진 방향으로 설정되어, 제3의 검광자(5c)의 편광방향이 기준방향에 대하여 -45° 경사진 방향으로 설정되어 있다. 더욱이 상기 기준방향은 수광기 (7a)측에서 보아 도면중 화살표 (a)방향에서 표시된 바와같이 시료면 3으로의 빛의 입사면에 평생한 방향(P방향)을 방위 0°로 하는 방향이다.
따라서 시료면(3)에서 반사된 빛이 제19도에 도시한 바와같이 타원편광되어 있는 경우에 있어서는, 제 1의 수광기(7a)에서 얻어지는 제1의 광강도(Il)은 제19도에 도시한 타원편광에 있어서의 횡축(0°방향)으로의 정투영의 진폭을 표시한다. 또, 제2의 수광기(7b)에서 얻어지는 제2의 광강도(I2)는 타원편광에 있어서의 +45° 경사된 선으로의 정투영의 진폭을 표시한다. 더욱이 제3의 수광기 (7c)에서 얻어지는 제3의 광강도(I3)은 타원편광에 있어서의 -45°경사진 선으로의 정투영의 진폭을 표시한다.
그리고, 전술한 일립서파라미터(Ψ,△)는 제19도에 도시한 바와같이 타원편광된 시료면(3)에서의 반사광 P성분과 S성분과의 사이에 있어서의 진폭비(Ψ)와 위상차(△)이다. 따라서 이 일립서파라미터 (Ψ,△)는 간단한 기하학적 고찰에 의하여 (2)(3)식으로 얻어진다.
단, 위상차(ø1) 및 진폭비 (p)는 입사광의 일립서파라미터이고 예를들면, +45°의 직선편광이면, ø1=0°, tnaP=1이다. -45°의 직선편광이면 ø1=0°, tnaP=-1이다. 또 각 빔스프리터 (4a∼4c)의 각 방향으로의 반사율로 정해지는 σ은 고유의 값이다. 그리고 이미 알고 있는 타원편광을 가진 시험관을 각 빔스프리터 (4a~4c)에 입사시켜서 상기 σ을 미리 구하여 둔다.
각 일립서파라미터(Ψ,△)가 얻어지면 별도 계산식을 사용하여 막두께(d)가 산출된다.
이와같이 가동부를 사용하지 않는 일립서파라미터에 있어서는 1초간에 1000점 이상이 고속측정이 가능하다.
그러나 광학계의 부품점수는 제18도에 도시한 바와같이 매우 많다. 즉 시료면(3)에서의 반사광을 제1, 제2, 제3의 3개의 빛으로 분시시키기 위한 3개의 빔스프리터(4a∼4c)가 필요하다 또, 이 각 빔스프리터 (4a∼4c)의 후방에 각각 검광자(5a∼5c)를 배설할 필요가 있다. 이들의 광학부재에 있어서는 입체각을 포함하여 상호의 각도를 정밀하게 세트할 필요가 있다. 그 때문에 가 빔스프리터(4a∼4c)는 적어도 1개의 두께가 1cm, 높이 및 길이가 각각 5cm 정도의 크기가 필요하다. 따라서 빔스프리터(4a∼4c) 부분에서도 15cm2정도의 점유면적이 필요하였다.
또, 실제로 이 일립서미터를 사용하여 산화막 등의 막두께(d)를 측정하기에 앞서서, 각 검광자(5a,5b,5c)의 회전각도 위치를 엄밀하게 설정할 필요가 있다. 따라서 각 검광자(5a,5b,5c)의 회전구동기구가 복잡화 된다. 구체적으로는 초기설정시에 검광자를 45°회전시키는 기구가 필요하였다. 그 때문에 1개의 검광자의 크기가 역시 5cm2정도 필요하다. 더우기 각 검광자를 서로 접촉하지 않도록 세트할 필요가 있으므로 횡방향으로 15cm 정도의 설치장소가 필요하였다.
더욱이, 시료면 3에서 각 수광기(7a-7c)까지의 거리가 길기 때문에 시료면(3)으로부터의 반사광이 가수광기(7a∼7c)에 도달되기까지에 퍼저버린다. 그 때문에 원리상은 불필요한 집광렌즈(6a∼6c)를 사용하여 각 수광기 (7a∼7c)상에 빛을 집광시킬 필요가 있다. 그 결파 일립서미터 전체의 광학부품수가 더욱 증가된다.
또, 각 빔스프리터(4a∼4c)에 있어서도 빛의 감쇠는 생기게 되므로 복수개의 빔스프리터(4a∼4c)를 통과한 빛이 감쇠하여, 수광기 (7a∼7c)에서 얻어지는 광강도(Ⅰ1∼Ⅰ2)의 값이 작아져서 S/N가 저하된다. 이와같은 결함을 해소하기 위하여 광원(1)으로의 예를들면 대출력의 레이저 장치를 사용할 필요가 있다.
이와같인 제18도에 도시한 종래의 일립서미터에 있어서는 광학계의 정밀성을 확보하기 위하여 장치 전체를 견고하고 대형화할 필요가 있다. 가장 소형의 각 광학부재를 조합한다. 해도 광원(1)과 편광자(2)로된 광원부와 각 빔스프리터 (4a∼4c) 이후 각 수광기(7a∼7c)로된 검출부를 함친 장치에 있어서는 50cm2의 면적과 50cm 정도의 높이가 필요하다. 또, 중량으로 30∼50kg이 된다.
따라서 이와같이 대형이며 대중량의 일립서미터이면, 예를들어 연구실 등의 실내에 설치하여 측정할 시료를 이 일립서미터의 설치장소로 운반하여 측정하여야만 하였다.
한편, 근년, 예를들면 공장내의 각종 제조라인에 있어서, 제조라인에 따라 반송되는 각종 띠형태 제품의 표면에 도포된 각종 도료나 기름을 온라인 상태에서 측정하여 그 도포 두께를 감시할 필요가 생기고 있다.
그러나, 상술한 바와같은 구동기구를 구비한 다수의 광학부재가 내장된 일립서미터를 이 제조라인에 설치한다는 것은 현실적으로 불가능하였다.
본 발명의 제1의 목적은 빔스프리터 및 검광자 등의 광학부품의 수를 대폭으로 감소할 수 있고, 더욱이 측정시에 각도 조절이 불필요하게 되어 장치 전체를 휴대 가능하게 소형이고 경량으로 구성할 수 있는 일립서미터를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 제2의 목적은 상술한 목적에 더하여 적은 광학부품을 사용한 조건하에서도, 높은 측정 정밀도를 유지한 상태에서 측정속도를 대폭 상승할 수 있고, 측정범위를 대폭으로 확대할 수 있는 일립서미터를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 제3의 목적은 상술한 일립서미터를 사용하여 온라인 상태로 도포장치에 의하여 도포된 도포두께를 일정치로 정밀도 좋게 제어할 수 있는 도포두께 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일립서미터에 있어서는 측정대상에서 반사된 반사광을 제1 및 제2의 광로로 분기하는 무편광 빔스프리터와, 제1의 광로로 분기된 반사광에 있어서의 기준방향의 편광성분을 통과시키는 검광자와, 제2의 광로로 분기된 반사광을 기준방향에 대하여 서로 상이한 방향의 편광성분으로 분리하는 편광 빔스프리터가 설치되어 있다. 그리고, 검광자 및 편광 빔스프리터를 통과한 각 빛이 제1,제2,제3의 각 수광기에서 수광된다.
더욱이, 본 명세서에 있어서의 「기준방향」이라 함은 각도결정을 위하여 기준이 되는 방향을 의미하는 것으로 하고, 특정의 고정된 방향(예를들면 P방향)에 한정하는 것은 아니다. 기준방향에 기준하여 좌회전을 +방향이라 정의하고, 우회전을 -방향이라고 정의한다. 따라서, 본원 발명에 있어서의 기준방향도 각도 결정상 기준이 될 방향을 의미하는 것으로 하고, 임의로 설정할 수 있는 것이다.
이러한 구성에 의하면, 광원부에서 출력된 편광된 빛은 측정대상에 대하여 소정각도로서 입사된다. 이 측정대상에서 반사된 반사광은 측정대상의 두께나 물리특성에 대응하여 직선 편광에서 상술한 제19도에서 도시한 타원편광으로 변화한다. 이 타원편광을 가진 반사광은 무편광 빔스프리터에서 2개의 광로로 분기된다. 그리고, 한쪽의 광로의 빛은 통과광의 편광방향이 제19도의 종축에 대응한 기준방향(방위 0°)에 설정된 검광자를 개재하여 제 1의 수광기에 입력되어 제 1의 광강도(Ⅰ1)가 된다.
또 무편광 빔스프리터의 다른쪽에 분기된 빛은 편광 빔스프리터에 입사된다. 이 편광 빔스프리터는 입사된 빛을 상기 기준방향에 대하여 상호 상이한 방향의 편광성분으로 분리한다. 그리고, 이 편광 빔스프리터를 통과한 한쪽의 빛은 제2의 수광기에 입사되어 제2의 광강도(Ⅰ2)가 된다. 다시 편광 빔스프리터를 통과한 다른쪽의 빛은 제3의 수광기에 입사되어 제3의 광강도(Ⅰ3)가 된다.
따라서 검광자 및 편광 빔스프리터를 통과한 각 빛은 각각 제19도의 타원편광을 상이한 방향에서 본 각광도를 갖는다. 따라서 제1,제2,제3의 광강도(Ⅰ1,Ⅰ2,Ⅰ3)에서 제19도의 타원편광의 일립서파라미터 (Ψ,△)가 산출된다.
본 발명의 일립서미터에 의하면, 최저한 필요로 하는 광학부재는 광원부, 무편광 빔스프리터, 편광 빔스프리터, 검광자 및 3개의 수광기의 합계 7개이다. 따라서 본 발명에 있어서의 광학부재의 개수는 제18도에 도시한 종래의 일립서미터의 필요로 하는 광학부재의 개수에 비교하여 대폭으로 감소한다.
또, 제 2의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일립서미터에 있어서는 상술한 발명에 있어서외 기준방향의 측정대상에서 반사된 반사광중의 측정대상으로의 입사광의 입사면에 평행한 방향으로 설정되고, 편광 빔스프리터의 각 편광방향이 상기 기준방위에 대하여 +45° 및 -45° 방향으로 설정된 조건에 있어서 각 일립서파라미터 (△,Ψ)가 (4)(5)식에서 산출된다.
단, 위상차(øj) 및 진폭비 (p)는 입사광의 일립서파라미터이고, σ는 측정계에서 정해지는 정수이다. 다음에 제18도에서 도시한 무편광의 3개의 빔스프리터(4a∼4c)와 3개의 검광자(5a∼5c)가 내장된 종래 일립서미터의 구성이 1개의 무편광 빔스프리터와 1개의 빔스프리터와 1개의 검광자가 조입된 본 발명 일립서미터의 구성으로 변경됨에 따라 일립서파라미터의 산출식이 (2)(3)식에서 (4)(5)식으로 개정되는 이유를 설명한다.
즉, 종래 일립서미터에 있어서의 위상치(△)의 일립서파라미터를 산출하는 (2)식으로 일반적으로 표현하면 (6)식에 표시한 바와같이 계수(C)가 승산된 형식이 된다. 또, 본 발명으로의 적용을 고려할 경우에는 (a) 종래 일립서미터에 있어서의 시료면에서의 반사광이 각 수광기에 입사하는 경로에 있어서의 반사 이력 및 투과이력서 본 발명 일립서미터에 있어서의 그것들과 상이하므로 그 대로 종래 방식을 본 발명에 적용하는 것은 곤란하다는 것 (b) 더욱이, 시료의 특성(예를들면 막의 재질이나 막두께)의 변화가 있는 경우에도 유연하게 적용되도록 하여야 하기 때문에 △의 값의 영역에 상용한 계수(C)의 값을 곱하여 본 발명에도 적용되도록 하여 장치 자체의 범용성, 실용성을 높일수도 있는 것이다.
그러나, (6)식의 계산을 실행하기 이전에, 이 계수(C)의 값을 특정할 필요가 있다. 그리고, 이 계수(C)를 얻기 위하여 미리 이미 알고 있는 편광을 가진 시험광을 빔스프리터(4a)에 입사하여 상기 계수(C)를 실험적으로 구할 필요가 있다. 실제로는 일정 이상의 정밀도로 측정을 하기 위하여서는 3∼20종류의 각각 편광방향이 상호 상이한 복수의 시험광을 입사하고, 각 편광방향에 있어서의 각 계수(C)를 구할 필요가 있다. 더욱이 실제의 측정시에 시료면(3)에서의 반사광의 타원편광의 방향마다에 상기 구해진 상이한 계수(C)를 사용할 필요가 있다. 따라서 일립서파라미터 및 막두께를 정밀도 좋게 측정하려면 다대한 인력과 시간이 필요하다.
또, 진폭비(Ψ)의 일립서파라미터를 산출하는 (3)식에 있어서도, 동일한 수법에 의하여 미리 정수(σ)의 값을 구해둘 필요가 있다. 특히 미지시료를 정확하게 측정하고자 할 경우에는 정수(σ)의 사전 결정은 필수이다. 그러나 종래 장치에 있어서의 반사 이력 및 투과 이력의 상위하기 때문에 본 발명에도 적합한 정확한 정수(σ)의 값을 정밀도 좋게 구할수가 없다.
또, 종래 일립서미터에 있어서 (2)(3)을 사용하여 일립서파라미터를 연산하는 경우라 하여도 연산치의 정밀도는 낮고, 실제의 값에서 크게 어긋나 있는 경우가 있다. 특히, 진폭비 (Ψ)의 어긋남은 현저하다. 이것은 실제의 시료의 막질이나 막두께가 일정하지 않고 측정될 일립서파라미터의 넓은 범위에 따라 또, 시료의 다양성(막질이나 막두께의 변화에 대하여 동일연산식을 항상 사용할 수 없는 것에 기인한다.
더욱이, 시료의 막두께를 정확하게 결정하는데 있어서, 컴퓨터에 의하여 △와 Ψ를 교대로 계산하여 양방의 값을 수속시키는 연산을 할 경우에는 기본적으로 컴퓨터의 프로그램이 복잡하게 되어 연산시간도 장시간화 된다. 이러한 경우에 연산식이 부정확하거나 복잡하면 연산시간의 장시간화가 조장되어 측정정밀도도 저하한다.
결국, 제18도에 도시한 광학계를 가진 일립서미터에 있어서는 상술한 (2)(3)식을 사용하여 일립서파라미터를 산출하고 있는 한 측정대상이 진폭비(Ψ)의 변화가 적은 재질을 갖고, 막두께가 크게 변화하지 않는 특정의 막두께 범위라는 조건을 만족시키는 막에만 측정이 한정되는 문제가 있었다.
다음에, 본 발명 일립서미터에 있어서의 (4)(5)식의 도출 순서를 설명한다. 더우기, 본 발명 일립서미터는 기본적으로 제1도에 도시한 구조를 가지고 있다.
우선, 최초에 제18도에 도시한 광학계의 일립서미터와 제1도에 도시한 광학계를 가진 일립서미터에 있어서의 시료면(3,16)에서의 반사광의 각 수광기(7a∼7c,213∼21a)까지에 도달하는 빛의 이력에 주목한다.
광원에서 시료면(3,16)으로의 각 입사광은 동등하다. 그리고 이 입사광의 벡터를 Ei로 하고 시료면(3,16)에 있어서의 벡터 변화를 S라 한다. 또, 제18도, 제 1도의 각 무편광 빔스프리터(4a∼4c,18)에 있어서 빛이 반사한 경우에 있어서의 벡터 변화를 Br로 하고, 빛이 투과한 경우에 있어서의 벡터변화를 Bt로 한다.
또, 제18도, 제1도의 기준방향에 대하여 0° 방향의 각 검광자(5a,19)를 빛이 통과한 경우 벡터 변화를 Ro로 하고, 제18도, 제1도의 기준 방향에 대하여 +45° 및 -45° 방향의 각 검광자(5b,5c) 및 편광 빔스프리터(20)을 빛이 통과한 경우의 각 벡터 변화를 R+45, R-45로 한다.
더우기 본 발명에 있어서의 기준방향이라 함은 각도결정상, 편의적으로 정한 임의의 방향이라는 점은 이미 기술한 바와같다. 통상은 P방향을 기준방향으로 하지만 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
그러면 제18도에 있어서의 각 검광자(5a,5b,5c)를 통과하는 각 빛의 벡터 E1,E2,E3은 (7)(8)(9)식이 된다.
그리고, (7)(8)(9)의 방정식을 풀면 전술한 (2)(3)식이 얻어진다.
더욱이, (7)식에 있어서의 Bt2의 항은 반사광이 2회 빔스프리터를 투과하는 것을 표시한 것이다. 또, (8)(9)식에 있어서의 Bt Br의 항은 반사광이 빔스프리터를 1회 투과하고, 또 1회 반사하는 것을 표시한다.
동일한 수법에 의하여 제1도에 있어서의 검광자(19) 및 편광 빔스프리터(20)에서 출력되는 기준방향에 대한 0°, +45°, -45° 방향의 각 편광성분의 벡터 E1, E2, E3는 틱 (10)(11)(12)식이 된다.
제1도의 광학계에 대응하는 (10)(11)(12)식과 제18도의 광학계에 대응하는 (7)(8)(9)식과를 비교하면 분명한 바와 같이, 비록 최종적으로 같은 0°, +45°, -45° 방향의 각 편광성분이라 하여도, 각 편광성분의 벡터치는 시료면에서의 반사광이 각 수광기에 입사되기까지의 광경로에 있어서의 반사 및 투과의 이력의 차에 따라 크게 상이하다. 따라서 이들을 사용한 각 일립서파라미터(△,Ψ)의 산출식에도 당연 차가 생긴다. 무편광 빔스프리터 (18)는 △를 보존하여도 Ψ는 보존하지 않기 때문에 특히 일립서파라미터(Ψ)으로의 영향이 크다.
시료면에서 받는 빛의 변화에 벡터(S)는 당연히 각 일립서파라미터 (△, Ψ)에 의존하므로 벡터(S)는 (13)식과 같이 표시된다.
단, Rs는 시료면에 있어서의 입사면에 직교하는 성분(S편광 성분)의 프레넬 반사계수이다.
또, 전술한 정수(σ)는 (14)식에 도시한 바와같이 빔스프리터 표면에서의 S성분과 P성분과의 각 프레넬 반사계수(rs, rp)로 표시된다.
그리고 (10)∼(14)식을 △, Ψ에 대하여 풀면 전술한 (4)(5)식이 얻어진다.
위상차(Φ1) 및 진폭비 (p)는 입사광의 일립서파라미터이다. 그리고, 일반적으로는 시료면에 입사하는 빛은 예를들면 1/4 파장판을 사용하여, 조건 A(1/4 파장판 없이) 위상차 Φ1=0°, 진폭비 tan p-1(p=45°)로 설정하는가, 또는 조건 A(1/4 파장판 없이) ; 위상차 Φ1=90°, 진폭비 tan p=1(p=45°)로 설정한다.
그리고, 조건 A의 경우, (4)(5)식은 각각 (15)(16)식이 된다.
또, 조건 B의 경우, (4)(5)식은 각각 (17)(18)식이 된다.
이상 설명한 바와같이 제1도의 광학계에 대응하는 (4)(5)식은 제18도의 광학계에 대응한 (2)(3)식에 비교하여 σ의 위치가 상이하다. 따라서 제1도의 광학계로서 정화 내지는 고정밀도의 일립서파라미터(△, Ψ)를 구하기 위하여서는 (4)(5)식을 사용할 필요가 있다.
더욱이, 정수(σ)이 1의 조건에 있어서는 (4)(5)식은 (2)(3)식에 일치하지만, 제18도의 광학계에 있어서는 정수(σ)은 2~1.5의 값이고, 제1도의 광학계에 있어서는 정수(σ)는 0.5∼0.8의 값이다. 고로 실제 문제로서는 각 반사율에서 얻어지는 정수(σ)이 1인 조건은 거의 존재하지 않는다.
따라서, 본 발명 일립서미터에 있어서는 시료면에서의 반사광이 1회의 반사 이력을 경유하여 0° 방향의 편광성분을 인출하기 위하여, 또 시료면에서의 반사광이 각각 1회의 투과 이역을 경유 +45° 및 -45° 방향의 각 편광성분을 인출하기 위하여, 무편광 빔스프리터와 감광자와, 편광 빔스프리터와, 3개의 수광기와, (4)(5)식의 계산을 하기 위한 예를들면 소프트 웨어로 구성된 연산부가 구비되어 있다.
더욱이, 제 3의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 도포 두께 제어방법에 있어서는, 띠 형태의 피도포판의 반송로에 따라 배설된 도포장치의 전방 및 후방에 제1, 제2의 일립서미터가 배설되어 있다. 또, 제1의 일립서미터로써, 도포전에 피도포판 표면에 대한 제1의 일립서파라미터가 구해지고, 제2의 일립서미터로서, 도포후의 피도포판 표면에 대한 제2의 일립서파라미터를 구해진다. 그리고, 제1 및 제2의 일립서파라미터의 차로써 도포장치에 의한 도포 두께가 제어된다.
왜냐하면 일립서파라미터의 차는 도포막 두께에 상관(특히 도포막 두께가 적은 경우에는 일립서파라미터의 차는 도포막 두께에 비례한다)하기 때문이다. 일립서파라미터의 차를 1대의 일립서미터로 계측하여 도포막 두께를 측정하고자 할 경우에는 피도포기판의 표면의 굴절율이 일정하여야 할 것이 필요조건이 된다. 그러나, 이와같이 2대를 사용하여 일립서파라미터의 차로 도포막 두께를 구한다면, 비록 도포막 기판의 굴절율이 변화하여도 항상 정확한 도포막 두께를 구할 수 있게 된다. 실제 프로세스에 있어서는 피도포기판 표면의 굴절율은 조금씩 경사적으로 변화되고 있을 것이 흔히 있어 본 발명의 방법은 유효하다.
이하 본 발명의 1실시예를 도면을 이용하여 설명한다.
제1도는 실시예의 일립서미터전체를 도시하는 블럭도이다. 내부에 다수의 광학부품이 수납된 측정헤드(22)에서 출력된 애널로그의 각 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)는 신호처리부(23)에서 디지털치로 변환된 후, 연산부로서의 퍼스널컴퓨터(24)로 입력된다.
이 퍼스널컴퓨터(24)는 입력된 각 공도(Ⅰ1,Ⅰ2,Ⅰ3)를 이용하여 전술한 (4)(5)식의 연산을 실행하여 각 일립서파라미터(φ,△)를 산출한다. 또, 산출된 각 일립서파라미터(φ,△)를 이용하여 측정대상으로서의 시료면(16)의 막두께(d)를 소정의 연산식을 이용하여 산출한다. 퍼스널컴퓨터(24)는 하나의 측정점에서 막두께(d)의 산출처리가 종료되면 측정대상이 내장된 XY 이동테이블(26)을 이동시켜서 시료면(16)상의 다음 측정점에 대한 막두께(d)의 측정을 개시한다.
측정헤드(22)에 있어서 반도체 레이저광원(11)에서 출력된 단일파장을 갖는 레이저광선은 편광자(12)로직선편광으로 변환된다. 반도체 레이저광원(11) 및 편광자(12)는 광원부(13)을 구성한다. 직선편광으로 변환된 입사광(15)은 광원부(13)에서 시료면(16)으로 각도(φ)로 입사된다. 시료면(16)에서 반사된 반사광(17)은 시료면(16)의 막의 존재에 따라 직선편광에서 타원편광 되고, 무편광 빔스프리터(18)로 입사된다.
무편광 빔스프리터(18)는 예를들면 무편광 유리판으로 형성되어 있다. 그리고 입사된 반사광(17)은 P파와 S파의 사이의 위상치(△)를 유지한 채 두개의 광(18a,18b)으로 분기된다. 반사된 반사광(18a)은 감광자(19)로 입사된다. 그리고 이 감광자(19)는 통과광의 편광방향이 전술한 기준방향에 대하여 0°방향이 되도록 위치결정되어 있다. 이 감광자(19)에서 출력된 상기 반사광(18a)(반사광(17))의 0° 방향의 편광성분은 수광기(21a)에서 그 광강도(Ⅰl)가 검출된다.
또, 무편광 빔스프리터(18)의 투과광(18b)은 편광 빔스프리터(20)로 입사된다. 이 편광 빔스프리터(beam splitter)(20)는 입사한 타원광원을 갖는 투과광(18b)을 서로 직교하는 2방향의 편광성분으로 분리하여 출력한다. 그리고, 한쪽이 편광성분의 편광방향이 전술한 기준방향에 대하여 수광기(21b)측에서 보아 반시계방향으로 +45°가 되도록 위치결정되어 있다. 따라서, 수광기 (21b)의 입사광은 상기 투과광(18b) (반사광(17))의 +45° 방향의 편광성분의 광강도(Ⅰ2)가 된다. 편광 빔스프리터(20)에서 출력된 다른쪽의 빛은 당연 상기 기준방향에 대하여 -45° 방향의 편광성분이 된다. 따라서, 수광기(21c)에서 반사광(17)의 -45°방향의 편광성분의 광도기(13)가 얻어진다.
그리고, 전술한 광원부(13), 각 빔스프리터(18,20), 감광지(19) 및 각 수광기(21a∼21c) 등의 각 광학부품은 1매의 경금속재료로 형성된 기판(22a)에 설치되어 있다. 그리고, 제2도에 도시하는 바와같이 각 광학부품은 공통으로 하나의 직방체형상을 가진 케이스(22b)로 덮여있다.
따라서, 측정헤드(22)는 제3도에 도시하는 바와같이 조작자가 한손으로 시료면(16)에 눌러서 측정할 수 있을 정도의 크기와 중량을 가지고 있다. 예를들면 실시예의 측정헤드(22)에 있어서는 기판(22a)과 케이스(22b)를 포함하는 크기가 제2도에 도시하는 바와같이 길이 L : 100mm, 높이 H : 500mm, 폭 W : 25mm이며, 중량이 300g이다.
결국, 종래의 일번적인 일립서미터에 비교하면 실시예의 측정헤드(22)는 체적 1/700∼1/1000, 중량 1/80∼1/120 정도까지 소형경량화를 꾀할 수 있었다.
제1도에 있어서 신호처리부(23)는 광원부(13)로 제4도에 도시하는 일정주기를 갖는 직사각형파신호(g)를 송출하여 입사광(15)의 광강도를 직사각항파형으로 변화시킨다. 그 결과, 각 수광기(21a∼21c)에서 입력된 광강도신호의 신호레벨도 제4도에 도시하는 바와같이 직사각형파신호(g)의 주기로 변화한다. 그리고, 신호처리부(23)는 각 광강도신호의 고레벨과 저레벨과의 차이레벨을 새로운 광강도로서 검출하여 검출된 각 광강도를 A/D 변환하여 디지털 광강도(Ⅰ1,Ⅰ2,Ⅰ3)로서 다음의 퍼스널컴퓨터(24)로 송출한다.
퍼스널컴퓨터(24)는 신호처리부(23)에 있어서 직사각형 신호(g)의 발진이나 각 광도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)의 추출을 제어한다. 그리고 이 퍼스널컴퓨터(24)는 제5도의 흐름도에 따라 시료면(16)의 막두께(d)를 산출한다.
흐름도가 게시되면 퍼스널컴퓨터(24)는 신호처리부(23)에서 입력된 각 광강(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)를 판독하고, 전술한 조건 A(1/4파장판 없음)의 (15)(16)식을 이용하여 각 일립서파라미터(ψ,△)를 산출한다. 이 경우, 정수(σ)는 절술한 바와같이 미리 시험광을 이용하여 측정되어있다. 그리고, 살출된 위상차(△)가 0° 근방치거나 또는 180° 근방치인 경우에는 막두께(d)는 0이거나 또는 입사광(15)의 파장등에 의해 결정되는 측정치이다.
산출된 위상차(△)가 0° 근방치 또는 180° 근방치가 아니라면 퍼스널컴퓨터(24)는 얻어진 일립서파라미터(ψ,△)에 대하여 소정의 계산을 하여 시료연(16)에 있어서 막두께(d)를 산출한다. 산출결과는 예를들면 CRT 표시장치에 표시되고, 또 프린터로 인자출력된다.
다음에 이처럼 구성된 일립서미터의 효과를 제6도에 도시하는 측정결과를 이용하여 설명한다. 제6도는 편광방향이 +45°이고 위상차(△)가 0°인 직선편광으로 한 경우에 각종 막두께를 가진 재료에 대하여 에립소파라미터(△)를 측정한 결과를 도시하는 도면이다. 제6도의 횡축은 제18도의 광학계를 갖는 일립서미터를 이용하여 측정한 바른 위상차(△)값을 나타낸다. 종축은 제1도의 실시예 일립서미터를 이용하여 측정된 위상차(△)값을 나타낸다. 그리고 도면중 A특성은 (4)식을 이용하여 산출된 위상차(△)를 나타낸다.
일립서미터에 있어서는 측정된 위상차(△)의 재현성은 1°이내이며, 또, 측정오차는 0°∼180°의 전범위에서 0.5% 미만인 것이 요구되고 있다.
따라서, 실시예의 (4)식을 이용하면 측정된 위상차(△)는 횡축의 바른 위상차에 거의 1대 1로 대응한다. 즉, 0° 근방 및 180° 근방을 제외하고, 전 영역에서 오차 0.5 % 미만으로 측정된다. 일반적으로 위상차 0°및 위상차 180°는 막이 존재하지 않는 상태에 대응하는 특이한 위상차(△)인 것을 고려하면 실시예 일립서미터에 있어서는 90°의 1점만으로 교정을 실시하여 정수(σ)를 결정하면 좋다.
이에 대하여 도면중 B 특성은 실시예 일립서미터에 있어서 종래의 (2)식을 이용하여 산출된 위상차(△)를 도시하는 특성이다. 이 B 특성에 있어서는 σ를 구하는 교정점인 90° 근방에서는 바른 값을 나타내고 있지만 위상차가 90°에서 멀어짐에 따라 바른 값과 크게 멀어지는 것이 이해된다. 예를들면 종래의 (2)식을 이용하여 전 위상차 영역에서 바른 값과의 와차량을 1% 미만으로 억제하고자 하면 위상차(△)가 0°∼180°까지의 사이에서 10점이상의 교정점을 설정하여 각 위상차(△)에 있어서 정수(C(σ))를 미리 측정해둘 필요가 있다.
제7도는 제6도와 동일한 입사광을 이용하여 각종 재료에 대하여 일립서파라미터(ψ)를 측정한 결과를 도시하는 도면이다. 제7도의 횡축은 제18도의 광학계를 갖는 일립서미터를 이용하여 측정한 바른 ψ값을 나타낸다. 종축은 제1실시예에 일립서미터를 이용하여 측정된 ψ값을 나타낸다. 그리고, 도면중 C 특성은(5)식을 이용하여 산출한 ψ를 나타낸다. 또, 도면중 D, E, F의 각 특성은 실시예 일립서미터에서 종래의(3)식을 이용하여 각 ψ값을 구한 특성이다. 그리고, D, E, F의 각 특성은 ψ값의 산출과정에서 σ를 각각 1.2, 0.67, 0.55로 설정한 경우의 특성이다.
이처럼 (3)식을 이용한 종래수법을 채용한 경우, σ를 어느 일정치로 설정하면 측정대상에 따라 바른 값과의 사이의 오차량이 달라지고, 주로 상하로 평행이동한다. 이 현상의 원인으로서는 ψ값이 측정대상의 재료의 빛의 흡수율에 주로 기인하고 있기 때문이라고 추정된다. 회전감광자법 등의 수법으로 재료마다에 미리 이 오차량을 조사해두면 한정적인 사용은 가능하지만 새로운 미지의 재료를 측정할 수는 없다. 또, 실제 문제로서 동일재료에서도 굴절율, 흡수율등의 광학적 정수는 불순물의 존재나 표면의 거친정도, 비등방성재료인 경우에는 측정방위, 즉, 시료의 설치방위에 따라 변화한다. 따라서. 종래의 (3)식을 시용하여 산출된 일립서파라미터(ψ)의 값은 신뢰성이 부족하다고 할 수 있다.
이에 대하여 (5)식을 이용하여 산출한 C특성에 있어서는 하나의 σ를 설정하면 측정대상의 재질에 의존하지 않고. 전영역에 걸쳐서 거의 정확한 일립서파라미터(ψ)가 구해지는 것이 이해된다.
다음에 퍼스널컴퓨터(24)에 있어서는 실제로 각 일립서파라미터(ψ,△)를 산출하는 경우의 프로그램에 대하여 생각할 수 있다.
제5도가 설명한 실시예 일립서미터에 있어서 (4)(5)식을 이용하여 각 일립서파라미어(ψ,△) 및 막두께(d)를 산출하는 프로그램을 도시하는 흐름도이다. 또, 제8도는 실시예 일립서미터를 이용하여 종래의 (2)(3)식을 이용하여 ψ,△ 및 d를 산출하는 프로그램을 도시하는 흐름도이다.
제8도의 흐름도에 있어서 종래식을 이용하여 0°∼180°의 전위상차범위에서 예를들면 0.5%의 정밀도로 위상차(△)가 산출되기위해서는 미리 0°∼180°의 전위상차범위를 18등분하여 각 위상차영역에서 해당 위상차 영역에 대응하는 정수(C(=σ))가 구해질 필요가 있다. 그리고 예비측정된 위상치(△)가 어느 위상차영역에 소속하는지 판단된다. 그리고, 판단된 위상차영역에 지정되어 있는 정수(C(=σ))를 이용하여 다시 일립서파라미터(ψ,△)의 산출처리를 실행한다. 그리고 이 재연산에 의해 구해진 일립서파라미터(ψ,△)을 이용하여 시료면에 있어서 막두께(d)가 산출된다.
따라서, 프로그램이 복잡화할뿐아니라 위상차(△)가 180°에 가까운 경우는 십수회의 판단처리를 실행할 필요가 있으므로 하나의 측정점에 대한 막두께(d) 측정은 많은 시간이 필요하다.
이에 대하여 제5도에 도시하는 실시예 프로그램에 있어서는 판단을 요하는 처리는 2회 뿐이다. 또, 정수(=σ)는 미리 구해진 고정치이므로 일립서파라미터(ψ,△)에 대한 예비계산을 실시할 필요가 없고, 1회의 계산만으로 좋다. 따라서, 제8도에 도시하는 종래 프로그램에 비교하여 프로그램이 간단화됨과 동시에 계산처리속도가 향상된다. 예를들면 제8도의 18회 판단을 실시할 경우에 비교하여 약 20배의 처리속도가 구해진다.
예를들면 실제로 제철공장에서 연속하여 이동하는 박강대의 화성 처리공정에 있어서 막두께의 측정에 1대의 퍼스널컴퓨터(24)로 제1도에 도시하는 측정헤드(22)를 박강대의 폭방향으로 10대 배설하여 종래의 (2)(3)식을 이용한 철속도와 실시예의 (4)(5)식을 이용한 처리속도를 측정했다. 그 결과, 종래의 (2)(3)식을 이용한 처리속도에 있어서는 1대의 퍼스널컴퓨터(24)로 1대의 측정헤드(22)밖에 관리할 수 없었지만 실시예의 (4)(5)식을 이용한 경우에는 1대의 퍼스널컴퓨터(24)로 10대의 측정헤드(22)를 여유있게 제어할 수 있었다. 따라서, 퍼스널컴퓨터(24)의 설치대수를 감소할 수 있고, 시스템 전체의 설비비를 대폭 절감할 구 있다.
제9도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 일립서미터에 있어서 측정헤드의 개략구성도이다. 제1도의 실시예와 동일부분에는 동일부호를 붙이고 있다.
이 실시예에 있어서는 시료면(16)에 대한 입사광(15) 또는 반사광(17)의 광로에 1/4 파장판(27)이 끼우고 떼기 자유롭게 설치되어 있다. 그리고, 측정된 3개의 각 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)의 각 값의 상호간의 차가 극단적으로 큰 경우는 이 1/4파장판(27)을 삽입하거나 제거하거나 하여 각 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)의 값 상호간의 차가 커지는 것을 방지하여 측정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.
제10도는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 일립서미터에 있어서 측정헤드와 개략구성도이다. 제1도의 실시예와 동일부분에는 동일부호를 붙이고 있다.
두께 10mm의 알미뉴합금등의 경금속의 기판(22a)상에 레이저광원(11)과 편광자(12)로 구성되는 광원부(13), 무편광유리(29)와 편광 빔스프리터(30)으로 일체적으로 구성되어 있는 복합 편광 빔스프리터(28), 제1의 수광기(21a), 제2수광기(21b), 제3수광기(21c)가 평면적으로 고정되어 있다.
광원부(13)에서 출력되는 직선편광된 입사광(15)은 시료면(16)에서 반사된다. 시료면(16)에서의 반사광(17)은 직선편광에서 제19도에 도시한 탄원편광으로 변환된 후, 복합편광 빔스프리터(28)의 무편광유리(29)의 입사면에 입사된다.
무편광유리(29)는 예를들면 삼각형 단면면을 가진 프리즘으로 형성되어 있다. 무편광유리(29)의 입사면과 반사측의 출사면에 편광 빔스프리터(30)의 입사면이 접합되어 있다. 시료면(16)에서의 반사광(17)이 입사면에 대하여 부르스터(Brewster) 각도(θ)로 입사하도록 편광 빔스프리터(30)의 상기 기판(22a)에 대한 설치 자세각이 설정되어 있다.
주지한 바와같이 부르스터 각도(θ)로 입사된 빛은 입사면에서 반사되는 반대광과 내부로 들어오는 투과광으로 분리된다. 그리고, 반사광은 입사면(반사면)에 평행방향으로 편광하는 편광성분만이 된다.
따라서, 이 입사면(반사면)으로 반사된 반사광은 입사면에 평행하는 편광방향(기준방향)만을 가진 제1편광성분(29a)이 된다. 한편 입사면에서 무편광유리(29)내로 입사한 투과광은 이 무편광유리(29)의 물리특성으로 결정되는 굴절율에 의해 굴절되어 반대측의 출사면에서 편광 빔스프리터(30)로 입사된다. 이 경우, 투과광의 출사면에 대한 각도가 수직이 되도록 무편광유리(29)의 단면형상에 설정되어 있다. 따라서, 투과광은 편광 빔스프리터(30)의 입사면에 대하여 수직으로 입사된다.
편광 빔스프리터(30)는 예를들면 월라스톤 프리즘(Wollaston Prism) 등으로 형성되어 있다. 그리고 무편광유리(29)에서의 입사광을 서로 편광방향이 90° 다른 제2, 제3의 편광성분(30a,30b)으로 분리한다. 그리고, 제2의 편광성분(30a)이 편광방향이 상기 제1의 편광성분(29a)의 편광방향인 기준방향에 대하여 +45°가 되고, 또 제3의 편광성분(30b)의 편광방향이 기준방향에 대하야 -45°가 되도록 이 편광 빔스프리터(30)의 무편광유리(29)에 대한 설치각도가 설정되어 있다.
무편광유리(29)와 편광 빔스프리터(30)와는 물리적으로 하나의 부재로 되도록 광학적으로 접합되어 있다. 즉, 이 양자의 평평한 접합면을 밀착시키거나 유리의 굴절율에 가까운 성질을 갖는 시판의 광학오일을 개재시켜서 밀착시킨다. 이 밀착상태는 도시하지 않는 클램프기구(예를들면 경수지의 용기나 나사기구)에 의해 유지되고, 물리적으로 하나의 부재로서 일체화되어 있다.
다른 광학적 접합상태로서는 양자의 평평한 접합면을 평행으로 유지한 채 이간하거나 또는 이간된 사이를 시판의 광학오일로 충전하는 것이 고려된다. 이 이간상태도 도시하지 않는 적당한 클램프기구에 의해 실현된다. 접합면이 밀착되어 있지 않은 경우에는 물리적으로 하나의 부재라고는 말하기 어렵지만 본 발명은 당연 이러한 상태의 것도 포함한다. 또, 접합면 사이의 충전하는 물질은 상기 광학오일로 한정되지 않는다.
광은 무편광유리(29)를 출사면에 수직으로 출사하고, 편광 빔스프리터(30)의 입사면에 수직으로 입사하므로 빛의 편광상태가 유지된다. 게다가 그 빛을 투과시키는 광학적으로 등방적인 물질이면 이것을 충전물질로서 채용가능하다. 따라서, 무편광유리(29)와 편광 빔스프리터(30)를 물리적으로 접합하는 말하자면 접착제라도 채용가능한 경우가 있다.
이처럼 편광방향이 각각 기준방향 및 +45°, -45° 방향으로 설정된 제1, 제2, 제3의 각 편광성분(29a,30a.30b)은 각각 제1, 제2, 제3의 각 수광기(21a,21b,21c)로 입사된다. 따라서 각 수광기(21a,21b,21c)에서 제19도에 도시하는 반사광(17)의 타원편광에 있어서 각 방향에서 본 각 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)가 구해진다.
제10도에 도시하는 바와같은 구조의 일립서미터에 대하여 제18도의 광학계의 경우와 같은 방법을 적용하여 일립서파라미터가 어떠한 형태로 표현되는지를 검토하여 본다. 복합 편광 빔스프리터(28)에서 출력되는 기준방향에 대한 0°, +45°, -45°방향의 각 편광성분의 벡터 E1, E2, E3은 (10a)(lla)(12a) 식이 된다.
단, S는 전술한 (13)삭으로 표현되는 벡터이다. 또, 이 광학계에서는 정수 σ는 (14a)식으로 나타낸다.
그리고, 이 광학계에서는 무편광 유리(29)에 대한 입사각도가 브루스터 각도로 조정되어 있으므로 프레넬 반사계수 r01p=0이 되는 점에 주의하면서 (10a)∼(12a), (13) 및 (14a)식을 △, ψ에 대하여 풀면 (4a)(5a)식이 구해진다.
시료에 입사하는 광을 1/4 파장판을 이용하여 조정하면 입사광의 일립서파라미터(ψ,P)에 대하여 전술한 조건 A, B를 설정할 수 있다. 그리고, 조건 A의 경우, (4a), (5a) 식은 각각 (15a)(16a)식이 된다.
또, 조건 B의 경우, (4a),(5a) 식은 각각 (17a)(18a)식이 된다.
따라서, 퍼스널컴퓨터(24)에 의해 전술한 (4a)(5a)식을 이용하여 일립서파라미터 (△,ψ)가 산출된다. 그리고, 최종적으로 시료면(16)의 막두께(d)가 산출된다.
이처럼 구성된 일립서미터라면 제10도에 도시하는 바와같이 측정헤드(22)내의 기판(22a)상에 설치되는 광학부품은 포토다이오드로 구성되는 3개의수광기(21a,21b,21c)를 별도로 하면 1개의 복합편광 빔스프리터(28) 및 광원부(13)의 레이저광원(11)과 편광자(12)뿐이다. 따라서, 제18도에 도시한 종래의 일립서미터에 비교하여 구성광학부품수가 각별히 작아진다.
또, 압사광을 기준방향 및 이 기준방향에 대하여 서로 +45° 및 -45° 만큼 다른 3개의 편광성분(29a,30a,30b)로 분리하는 복합편광 빔스프리터(28)는 1개의 광학부품으로 구성되어 있으므로 종래장치와 같이 2개의 감광자 상호간의 편광성분을 조정할 필요가 없다. 따라서, 이 복합편광 빔스프리터(28)를 기판(22a)상에 고정하면 별도 회전조정기구를 설치할 필요가 없다.
또, 무편광유리(29)와 편광 빔스프리터(30)가 미리 소정의 상대 관계를 갖고 접합된 복합편광 빔스프리터(28)는 고작 5∼30mm2정도의 크기를 갖는 일체적 부품이다. 따라서 복합편광 빔스프리터(28)와 각 수광기(21∼21c)등의 주변부품을 포함한 검출부전체의 크기는 고작 5cm2이고, 높이도 2cm2정도이다. 또 중량에 있어서도 200g이하이다.
따라서, 제1도에 도시하는 실시예에 비교하여 측정헤드(22)를 다소 소형경량으로 구성하는 것이 가능하다. 복합편광 빔스프리터(28)는 작성기술이 따라 더욱 작게 할 수 있으므로 소형경령화에 보다 크게 기여한다.
더구나 제10도의 실시예에 있어서도 제9도와 마찬가지로 시료면(16)에 대한 입사광(15) 또는 반사광(17)의 광로에 대하여 끼우고떼기 자유로운 1/4파장판(17)을 설치하는 것도 가능하다. 제9도의 경우에 있어서는 파장판(27)의 끼우고떼기에 다르는 조정여하로(4)(5)식은 (15)(16) 또는 (17)(18)식이 되므로 이들중 어떤것에 의거하여 퍼스널컴퓨터(24)로 일립서파라미터(△,ψ)가 산출된다. 제10도의 경우는 파장판(27)의 끼우고떼기에 따르는 조정여하로 (4a)(5a) 식은 (15a)(16a) 또는 (17a)(18a )식이 되므로 어느하나에 의거하여 △,ψ가 연산된다.
제10도에 도시하는 일립서미터는 제9도(또는 제1도)에 도시하는 일립서미터에 비해 보다 소형경량이지만 브루스더각도로 빛을 분리하는 광학요소(29)를 채용하여 고정하고 있는 관계상 측정대상과 광학계와의 사이의 거리변동의 영향을 받기 쉽다. 이 때문에 제9도(또는 제1도)의 일립서미터의 편이 고정밀도측정에 적합하다.
또, 제10도에 도시하는 바와 같이 구성된 복합편광 빔스프리터(28)는 본 발명에 관한 일립서미터의 1 구성요소라는 것은 말할 필요도 없다. 그러나, 이 복합편광 빔스프리터(28)는 입력되는 광학정보를 작은 1개소에서 분할하고, 광강도정보 및 편광정보를 수반하는 3개의 광학정보로 분해하는 기능을 갖는다. 따라서, 이 복합편광 빔스프리터(28)의 용도는 단순히 전술한 일립서미터에 한정되지 않고, 광로분기결합기, 광도파로 등의 광학성보기기로의 채용이 가능하다.
제20도는 상술한 복합편광 빔스프리터가 조입된 광로분기결합기의 개략구성을 도시하는 단면모식도이다.
제20도에 있어서 4개의 광파이버 케이블(111∼114)의 선단부는 1개소에 모여져서 고정되어 있다. 그리고, 그 중앙부에 복합편광 빔스프리터(115)가 배설되어 있다. 각 광파이버 케이블(111∼114)의 선단부분에 있어서는 노출된 각 광파이버는 케이스(118)내에 있어서 각각 페를(121∼124)에 접속되어 있다. 각 페를(121∼124)은 케이스(118)내의 요철부(129a∼129g)중의 각각 129a∼129b, 129b∼129c, 129d∼129e∼129f, 129g∼129e∼129f로 구성되는 궤도내에 스프링(125∼128)에 의해 장착되어 있다. 그리고 상기 복합편광 빔스프리터(115)는 상기 각 요철부(129a∼129e)에 의해 소정위치에 지지되어 있다. 이 복합편광 빔스프리터(115)는 설치위치가 어긋나지 않도록 지지부재(116)를 통하여 스프링(117)에 의해 고정되어 있다.
이러한 구성의 광로분기결합기에 있어서는 광파이버 케이볼(111)에서 입력된 광정보는 복합편광 빔스프리터(115)에 의해 편광정보 및 광강도정보를 갖는 3개의 광정보로 분리되고 각 광파이버 케이블(112,113,114)을 통하여 외부로 출력된다. 또, 광정보를 역방향세에 입사시키므로써 복수의 광정보를 하나의 광정보로 합성하는 것도 가능하다.
제11도는 제철공자에 있어서 강판의 연속소둔라인의 최종단계에 이 실시예의 일립서미터를 설치하여 강판상의 산화막두께를 측정하는 시스템의 모식도이다.
일정속도로 연속소둔라인(32)에서 반복되는 강판(31)은 롤러(33a,33b)를 경유한 후, 권취축(34)에 권취되어 코일이 된다. 그리고, 롤러(33a,33b)의 상호간에 강판(31)의 폭방향으로 복수의 소정 측정헤드(35(35a,35b))가 이 강판(31)의 표면 및 이면에 각각 대향하도록 배설되어 있다.
즉, 각 측정헤드(35)에서 각가의 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)가 구해지고, 이들은 도시하지 않는 신호처리부(23)에 송신되고, 다시 도시하지 않는 컴퓨터에 의해 처리된다. 이 처리의 1예는 전술한 제 5도에 도시하는 대로이다. 이렇게하여 이 컴퓨터로 강판(31)의 표면 및 이면의 산화막의 각 막두께(d)가 산출된다.
또, 0.5∼5nm의 막두께(d)의 범위에서는 타원편광을 특정하는 일립서파라미터중 위상차(△)를 특정하는 cos△과 막두께(d)가 거의 비례관계가 된다. 한편 ψ은 거의 일정하다. 따라서 미리 오프라인 계측에 의해 cos△과 막두께(d)와의 관계를 측정해 두고, 컴퓨터로 비례관계를 입력해 두면 막두께(d)의 산출속도를 더욱 고속화할 수 있다.
이러한 연속소둔라인에 있어서 산화막두께(d)는 도금이나 화학처리등의 후공정에 영향을 미치리라고 생각되고 있고, 측정할 필요성이 인식되어 있었다. 그러나 산화막의 두께는 0.5∼5nm이며, 일립서미터로 이 두께를 정확히 측정하려면 측정헤드와 측정대상으로서의 강판(31)과의 사이의 거리(L)를 엄밀히 일정치로 유지할 필요가 있다. 그러나, 강판(31)은 예를들면 고속으로 이동하고 있고, 이동에 따라 진동도 발생한다. 따라서, 진동이 적은 롤러(33a,33b) 근방에서 막두께(d)를 측정할 필요가 있다. 그러나, 종래장치에 있어서는 일립서미터의 장치 자체가 대형이며, 롤러(33a,33b) 근방에 배설할 수 없었다 특히, 강판(31)의 이면의 막두께(d)도 측정할 경우에는 도시하는 바와 같이 강판(31)의 롤러(33a,33b) 측에는 도시하는 바와같이 감김축(34)에 감겨진 코일이 존재하기 때문에 종래의 일립서미터를 배설하는 공간을 확보하는 것은 매우 곤란하였다.
그래서, 제2도에 도시하는 바와 같은 예를들런 100×50×25mm 정도의 크기를 가진 실시예의 측정헤드(35)를 이용하므로써, 이 측정헤드(35)를 롤러(33a)에 근접하게 배설하는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 강판(31)의 진동이 거의 발생하지 않는 부위에서 산화막두께(d)를 측정할 수 있다. 따라서, 충분한 측정정밀도를 화보할 수 있다.
실시예에 있어서는 100cm 폭을 가진 강판(31)의 폭방향으로 25mm 폭을 갖는 측정헤드(35)를 표면 및 이면에 각각 5개씩 배설하고 있다. 이처럼 폭이 좁은 측정헤드(35)를 이용하므로써, 강판(31)의 폭방향의 산화막두께 분포를 온라인상태로 측정할 수 있다.
결국, 종래에 있어서는 온라인계측을 할 수 없었기 때문에 작업원이 강판(31)의 일부를 잘라서 실험실에 가지고 돌아가서 산화막두께(d)를 측정했다. 따라서 실시예 장치에 있어서는 종래 장치와 비교하여 제품의 검사작업능률을 대폭 향상할 수 있었다.
제15도는 철강프로세스의 화성처리공장에 있어서 강판상에 기름을 도포하는 도포라인의 개략구성도이다. 그리고, 이 도포라인에 실시예의 도포두께 제어방법을 채용한 도파두께 제어장치가 내장되어 있다.
일정속도로 반입되는 강판(31)은 도포장치(36)로 기름이 도포된 후, 롤러(33a,33b)에 의해 반출된다. 그리고 도포장치(36)의 전방위치 및 롤러(33a,33b) 상호간 위치에 있어서 철판(31)의 폭방향에 복수의 제1, 제2의 측정헤드(35a,35b)가 이 철강(31)의 표면에 대향하도록 배설되어 있다.
또, 제ll도 및 제15도의 어떠한 경우에 있어서도 개개의 측정헤드(35)내에 가스공급관을 연통하여 예를들면 건조질소와 같은 측정에 영향을 미치지 않는 가스를 측정헤드(35a,35b)내에 공급하고, 이 가스를 입사광(15) 및 반사광(17)이 입출력하는 구멍에서 외부로 향하여 500∼5000cc/min 유출시켜서 가스압력에 의해 기름, 먼지등이 광학계로 도입되는 것을 방지한다.
구체적으로는 제12도 및 제13도에 도시하는 바와 같이 측정헤드(35)의 광학계의 외부를 덮는 케이스(35c)에는 가스공급장치에서의 가스공급관(100)이 관통하여 케이스내부에 열려 있다. 케이스(35c)에는 광원부(13)에서의 입사광(15)와 그 반사광(17)이 출입하는 구멍 (35d)이 뚫려 있다. 그리고, 이 구멍(35d)은 가스공급관(100)에서의 가스의 배기구를 겸한다. 도시하는 바와 같이 가스공급관(100)의 노즐(100a)은 구멍(35d)으로 향하여 가스를 내뿜도록 배치되는 것이 바람직하지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 결과적으로 구멍(35d)에서 가압된 가스가 외부로 내뿜어지고 내부의 광학계로의 외래물의 침입을 회피할 수 있다면 간단히 케이스(35c)내를 퍼지하는 것만으로도 좋다. 제12도, 제13도에 도시한 또 하나의 노즐(100b)은 특히 케이스(35c)내의 가스 퍼지를 의도하여 설치되어 있다.
각 측정헤드(35a,35b)에서 각각의 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)가 구해진다. 그리고 도시하지 않는 컴퓨터로 강판(31)의 각 폭방향 위치에서 도포장치(36)로 기름을 도포하기 전의 상태의 일립서파라미터(△,ψ)를 제1의 측정헤드(35a)의 각 광강도에서 구한다 마찬가지로, 컴퓨터로 기름을 도포한 후의 일립서파라미터(△2,ψ2)를 측정헤드(35b)의 각 광강도에서 구한다.
각 위상차(△1,△2) 상호간의 차(△12)가 도포된 기름의 막두께(d)에 비교하는 것이 실증되어 있다.
cos△12=cos(△2-△1) …………(19)
제1의 측정헤드(35a)에서 측정된 강판(31)상의 측정위치가 제2의 측정헤드(35b)의 위치에 도달하는 시각은 강판(31)의 이동속도(V)가 특정된다면 동일점에 있어서 타원편광의 일립서파라미터의 변화량을 측정 할 수 있다. 그리고, 이 변화량을 도포장치(36)에 귀환량으로서 송출하므로써 도포되는 기름의 막두께(d)를 일정치로 자동제어할 수 있다. 이 실시예에 있어서는 막두께(d)의 변동을 ±3nm으로 억제할 수 있었다. 또, 도포장치(36) 자체의 도포두께의 제어가능범위가 2nm인 것을 고려하면 극히 양호한 막두께(d)를 제어할 수 있다는 것이 이해된다.
결국, 본 실시예 방법을 이용하지 않는 경우에 있어서는 강판(31)의 종류에 따라서는 강판의 표면굴절율과 도포된 기름의 굴절율이 근사하고 있으면 기름의 막두께(d) 만을 유출하여 정확히 측정하는 것은 곤란하였다. 또, 강판(31)의 표면상태가 연속적으로 변화할 경우에 있어서도 정확히 측정하는 것이 곤란하였다. 이처럼 실시예의 도포두께 제어방법을 채용한 도포두께 제어장치는 측정헤드가 측정처리에 있어서 고속성을 가진채 소형화되므로써 비로소 실용화되었다.
또, 이 실시예에 있어서는 도포기름 막두께(d)는 2∼30nm이다. 이 도포기름 막두께(d)의 범위에 있어서는 타원편광을 특정하는 일립서파라미터중 위상차(△)의 cos△와 막두께(d)가 거의 비례관계에 있다. 그 때문에 미리 온라인 계측에 의해 cos△와 막두께(d)와의 관계를 측정해두고, 컴퓨터에 비례계수를 입력해두므로써 막두께(d)의 산출속도를 더욱 고속화할 수 있다.
실시예의 컴퓨터는 시판의 32비트 마이크로 컴퓨터이다. 이 경우, 1라인분의 분포(5점)는 1msec마다에 구해지지만, 1000회분을 평균하여 출력한다. 강판(31)의 이동속도(V)는 5m/sec이므로 계측 결과는 5m마다의 평균치이다. 계측 결과는 전술한 바와 같이 도포장치(36)로 귀환되고, 막두께(d)가 설정치로 유지되도록 제어된다.
또, 종래에 있어서는 온라인계측을 할 수 없었기 때문에 예를들면 막두께(d)의 설정치가 20nm에 대하여 강판 100m 내에서 최대 ±13nm의 변동이 생겨있었지만 실시예 장치를 채용하므로써, 그 변동을 ±18nm로 억제할 수 있었다. 따라서, 제품의 검사작업능률을 대폭 향상할 수 있다.
제11,15도와 같은 온라인 계측 시스템의 제어블록도의 1예를 제14도에 도시한다.
이 도면에 있어서 측정헤드는 제1도의 측정헤드(22)와 마찬가지로 신호처리부와 퍼스널컴퓨터에 접속되어 있다. 다수의 측정헤드(35)는 강판(31)의 양측에 분할되어 그룹화되어 있다. 각 그룹의 측정헤드(35a,35b)는 각각 신호처리부(23a,23b)를 통하여 각각 1대의 퍼스널컴퓨터(24a,24b)에 접속된다. 각 그룹내에 있어서 각 측정헤드(35a,35b)의 각각의 측정치는 시분할 다중통신에 의해 각각의 퍼스널컴퓨터(24a,24b)로 전송된다. 측정결과는 각각의 퍼스널컴퓨터(24a,24b)의 메모리에 일시 축적해도 좋고, 외부기억부에 기억해도 좋다.
더구나 각 퍼스널컴퓨터(24a,24b)는 공통 버스라인(101)에 접속되어 있다. 이 공통 버스라인(101)에는 출력표시장치(102), 기억장치(103), 예를들면 강판(31)의 이동속도나 측정대상의 제조조건 등의 제조프로세스정보를 기억하는 수단(104), 상위 컴퓨터(105), 조작자가 조작하는 맨 머신 인터페이스(106), 제조프로세스롤러(107) 등이 접속되어 있다.
예를들면 제15도에 도시한 강판(31)상으로의 도포라인에 있어서는 3개소의 측정헤드(35a,35b)에 의한 측정결과에 의해 각 퍼스널컴퓨터(24a,24b)가 일립서파라미터(△l,△2)를 연산한다. 이 결과는 퍼스널컴퓨터(24a,24b)에 일단 기억된다. 계속해서 상위 컴퓨터(105)의 지시에 의해 일립서파라미터(△1,△2)나 제조프로세스에 관한 정보등의 필요한 데이타가 판독된다. 그리고, 상위 컴퓨터(105)는 이들을 이용하여 막두께(d)를 연산한다.
상위 컴퓨터(105)는 당연 막두께 계측에 관한 시스템을 제어한다. 더구나 이 상위 컴퓨터(105)는 측정결과에 의거하여 측정대상의 제조프로세스를 적절히 또는 목표대로 되도록 자동제어하는 기능을 갖는다. 또, 맨머신 인터페이스장치(106)는 상위 컴퓨터(105)와 하위 컴퓨터(24a,24b)와의 사이의 인터페이스 기능을 갖는다. 즉, 조작자의 희망 또는 미리 구축된 프로그램에 따라 필요한 계측 데이타는 적절히 표시되고, 기록된다.
제16도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 일립서미터를 실리콘 웨이퍼의 산화막두께의 분포측정장치에, 내장된 상태를 도시하는 도면이다.
베이스(41)상에 이동테이블(42)이 설치되고, 이 이동테이블(42)상에 회전지지대(43)가 설치되어 있다. 그리고, 이 회전지지대(43)상에 측정대상으로서의 실리큰 웨이퍼(45)가 예를들면 흡착기구에 의해 설치된다. 따라서, 실리콘 웨이퍼(45)는 회전하면서 화살표 방향으로 직선이동한다. 베이스(41)상에는 실리콘 웨이퍼(45) 전체의 두께를 측정하는 기존의 측정장치(46)가 배설되고, 또, 이 두께측정장치(46)의 대상위치에 일립러미터의 측정헤드(47)가 지지부재(48)로 고정되어 있다. 또, 측정헤드(47)의 레이저광원(11)에서 출력되는 레이저광에 있어서 파장은 830nm이며, 출력은 1mW이며, 빔직경은 0.8mm이다.
그리고, 두께측정장치(46) 및 측정헤드(47)는 이동테이블(42) 및 회전지지대(43)로 억제되어 이동하고 있는 실리콘 웨이퍼(45)의 각 측정장치(R, θ)에 있어서 전체의 두께와 산화막의 두께(d)를 측정한다.
제17도는 제16도에 도시하는 산화막두께의 분포측정장치에 내장되어 있는 퍼스널컴퓨터(24)의 전기적 구성을 도시하는 블록도이다. 단, 도면중 이동기구(59), 이동테이블(42), 회전지지대(43) 및 이들의 제어를 제외하는 전기적 구성은 본 발명에 관한 일립서미터를 위한 전기적 구성으로서 채용된다. 따라서, 그 나머지의 전기적 구성은 제1도, 제9도, 제10도에 있어서 각 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)이나 제11도 및 제15도에 있어서 측정헤드(35(35a,36b))에서의 각 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)을 처리할 구 있는 것은 분명하다.
그런데, 제17도에 있어서 측청헤드(47)에 내장된 각 수광기(21a,21b,21c)에서 출력되는 애널로그의 각광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)는 각각 증폭기(50a,50b,50c)로 일정한 증폭율로 중폭된 후, 각가 샘플 홀드(S/H)회로(51a,51b,51c)로 일정기간 샘플 홀드된다. 그리고, 샘플 홀드된 각 광강도는 멀티플렉서회로(52)로 입력된다. 멀티플렉서회로(52)는 입력된 3개의 각 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)를 시분할하여 하나의 시분할 다중신호로 변환하여 A/D 변환기(53)로 송출한다. A/D 변환기(53)는 입력된 애널로그의 시분할 다중신호를 디지털의 데이타신호로 변환하여 버스라인(54)으로 송출한다.
버스라인(54)에 각종 연산 및 제어를 실시하는 CPU(중앙처리장치)(55)가 접속되어 있다. 그리고, 이CPU(55)는 상기 버스라인(54)을 통하여 각종 제어프로그램이 기억되어 있는 ROM(56), 입력된 디지털의 각 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3) 등의 각종 가변데이타를 기억하는 RAM으로 구성된 데이타 메모리(57), 연산결과를 예를들면 표시기나 프린터에 출력하는 출력장치(58) 등을 제어한다.
데이타 메모리(57)는 필요한 정보를 축적하는 자기테이프수단을 구비하고 있어도 좋다. 필요한 연산 프로그램(예를들면 (4)(5)식, (15)(16)식, (15a)(16a)식을 실행하는 프로그램)은 ROM(56)에 처음부터 축적하고 있어도 상관없고, RAM중에 자유롭게 다시 쓸수 있도록 축적되민 있어도 좋다.
버스라인(54)에는 도시하지 않는 키보드수단도 접속되고, 맨머신 인터페이스가 확보된다. 측정자는 키보드수단을 통하여 ROM(56)이나 RAM에서 필요한 정보나 프로그램을 판독할 수 있고, RAM 내의 데이타나 프로그램을 개서하는 것도 가능하다. 또, 측정자는 측정기나 주변기기의 지령을 키보드수단을 통하여 입력할 수 있다. 특히, 1/4 파장란을 입사광(15)의 광로에 대하여 끼우고 떼기하여 입사광의 설정을 실시할 경우에는 보다 적당한 연산 프로그램을 선택할 필요가 있지만 이러한 경우에도 측정자는 키보드 수단을 통하여 연산 프로그램의 선택이나 필요한 데이타, 프로그램의 수행을 실시할 수 있다.
또한, CPU(55)는 각 샘플 홀드회로(51a∼51d)에 있어서 샘플 홀드 타이밍을 제어하고, 멀티 플렉서회로(52)의 동작을 제어한다. 또, CPU(55)는 상기 이동테이블(42) 및 회전지지대(43)를 구동하는 이동기구(59)에 대하여 제어신호를 송출하여 이동테이블(42) 및 회전지지대(43)의 이동위치를 제어한다.
그리고, 상기 CPU(55)는 외부에서 측정지령이 입력되면 이동기구(59)로 제어신호를 송출하여 실리콘 웨이퍼(45)상의 측정위치(R, θ)을 초기화한다. 다음에 해당 측정위치에 있어서 각 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)를 A/D변환기(53)를 통하여 판독하고, 일단 데이타 메모리(57)로 기입한다. 그리고 판독된 각 광강도(Ⅰ1,Ⅰ2,Ⅰ3)를 (4)(5)식에 대응하여 입립서파라미터(ψ,△)를 연산한다. 일립서파라미터(ψ,△)가 구해지면 별도계산식을 이용하여 실리큰 웨이퍼(45)상의 해당 측정위치(R, θ)에 있어서 막두께(d) 및 굴절율을 산출한다. 하나의 측정위치에 있어서 막두께(d) 및 굴절율의 측정이 종료되면 이동기구(59)로 제어신호를 송출하여 측정위치(R, θ)를 이동하여 다시 측정을 실행한다. 그리고, 모든 측정위치에 있어서 측정거리가 종료하면 1매의 실리콘 웨이퍼(45)에 대한 측정이 종료한다.
또, 측정결과의 중간치나 종료치는 CPU(55)로 제어되는 출력장치(58)를 통하여 프린터나 CRT 화면과 같은 주지의 표시수단으로 표시된다.
그리고, 기존의 두께측정장치(46)가 1매의 실리콘 웨이퍼(45)의 두께를 측정하는데에 요하는 시간은 약 20초이며, 이 사이에 일립서미터는 별도로 설치된 제17도의 마이크로 컴퓨터에 의한 계산을 포함하여 실리콘 웨이퍼면을 약 1000점 측정가능하다.
따라서, 이 측정헤드(47)를 설치하므로써 이동테이블(42)이 정지하거나 반송속도가 저하하지는 않는다. 또, 이 일립서미터를 설치하므로써 막두께(d)가 허용범위를 벗어난 규격외의 실리큰 웨이퍼(45)를 배제할 수 있다. 따라서, 규격외의 실리콘 웨이퍼(54)가 다음 공정으로 반송되지는 않으므로 전체의 생산성을 향상 할 수 있다.
또, 실시예에 있어서는 20대의 웨이퍼 반송기에 각각 전술한 측정헤드(47)를 설치마여 1대의 퍼스널컴퓨터(24)로 측정을 실시했다. 1개의 측정헤드(47)에 있어서 1회의 산화막두께(d)의 측정에 요하는 시간은 퍼스널컴퓨터(24)에 있어서 계산시간을 포함하여 약 1ms이다. 한편, 측정헤드(47)의 하방위치를 실리콘 웨이퍼(45)가 통과하는 시간은 1대당 1/20초이다. 따라서, 웨이퍼 반송기가 20대 동시에 가동했다고 해도 측정 및 계산처기는 충분히 추종된다.
또, 일반적인 웨이퍼 반송기의 주변은 공간적 여유가 없고, 종래의 일립서미터를 설치하는 것은 매우 곤란하였다. 또. 실리콘 웨이퍼(45)의 산화막두께(d)만을 전문으로 측정하는 측정공정을 별도 설치하면 종래 장치에 있어서도 측정가능하다. 따라서 그렇게하면 실리콘 웨이퍼(45)의 제조공정이 증가할 뿐 아니라 증가하므로써 먼지나 티끌이 표면에 부착하는 확률이 높아지고, 제품의 제품비율을 저하시킬 우려가 새롭게 생긴다.
이처럼 실시예 일립서미터에 있어서는 측정헤드(47)가 대폭 소형 경량화되어 있으므로 상술한 각 적용례에 한정되지 않고 기존의 설비에 간단히 부가하므로써 질화막, 폴리실리콘막, 투명전극재료, 유막등의 온라인계측으로의 응용이 가능하다.

Claims (8)

  1. 편광한 빛을 측정대상(16)에 소정각도로 입사시키는 광원부(13)와, 상기 측정대상에 의해 반사된 반사광을 편광방향이 기준방향에 설정된 제1의 편광성분과 편광방향이 상기 기준방향에 대하여 각각 다른 방향에 설정된 제2 및 제3의 편광성분으로 분리하는 복합편광 빔스프리터(28)와, 이 복합편광 빔스프리터(28)에 의해 분리된 제1, 제2 및 제3의 편광성분외 각 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)를 검출하는 제1, 제2 및 제3의 수광기(21a,21b,21c)와, 이 제1, 제2 및 제3의 수광기의 각 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)로부터 상기 반사광에 있어서의타원편광의 일립서파라미터를 산출하는 연산부를 구비한 일립서미터에 있어서, 상기 복합편광 빔스프리터(28)는, 상기 측정대상으로부터의 입사광에 대한 입사각도가 브루스터각도로 설정되고, 상기 입사광을, 입사면에서 상기 제1의 수광기에 반사되는 반사광과 내부로 들어가는 투과광으로 분기하는 무편광유리(29)와, 이 무편광유리(29)에 있어서의 상기 투과광의 출사면에 접합되고, 상기 무편광유리(29)를 투파한 빛을, 편광방향이 상기 기준방향에 대하여 각각 다른 방항으로 향하는 상기 제2 및 제3의 편광성분으로 분리하는 편광 빔스프리터(30)로 구성된 것을 특징으로 하는 일립서미터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준방향은 상기 측정대상으로 반사된 반사광중의 상기 측정대상으로의 입사광의 입사면에 평행한 방향으로 설정되고, 상기 편광 빔스프리터(30)의 각 편광방향이 상기 기준방향에 대하여 +45° 및 -45° 방향으로 설정된 것을 특징으로 하는 일립서미터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광원부, 각 빔스프리터, 각 수장기등의 각 광학부재를 1매의 경금속 기판(22a)상에 설치한 것을 특징으로 하는 일립서미터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광원부, 각 빔스프리터, 각 수광기등의 각 광학부재를 수납하는 케이스(118)와, 이 케이스의 상기 측정대상에 대향하는 위치에 뚫어 설치되고, 상기 측정대상에 대한 입사광 및 반사광이 입출력하는 구멍과, 상기 케이스(118)에 접속되고, 상기 케이스(118)내에 연통하는 가스공급관(100)과, 이 가스공급관(100)을 통하여 상기 케이스(118)내에 가압가스를 공급하여 이 가압가스를 상기 구멍에서 케이스(118)의로 배기하는 가스공급수단을 다시 구비한 것을 특징으로 하는 일립서미터.
  5. 편광한 빛을 측정대상에 소정각도로 입사시키는 광원부(13)와, 상기 측정대상에서의 반사광을 반사광및 투과광으로 분기하는 무편광 빔스프리터(18)와, 상기 무편광 빔스프리터(18)의 반사광에서 상기 측정대상으로의 입사광의 입사면에 평행한 방향을 기준방향으로 한 경우에 있어서 0° 방향의 편광성분을 꺼내는 검광자(19)와, 상기 투과광을 상기 기준방향에 대하여 +45° 및 -45° 방향의 각 편광성분으로 분리하는 편광 빔스프리터(30)와, 상기 검광자(19) 및 편광 빔스프리터(30)에서 출력되는 0°, +45° 및 -45° 방향의 각 편광성분의 각 광강도(Ⅰ1,Ⅰ2,Ⅰ3)를 검출하는 복수의 수광기(21a,21b,21c)와, 이 각 수광기로 검출된 각 광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)에서 다음 식을 이용하여 상기 측정대상에서의 반사광에 있어서 타원편광의 위상차(△) 및 진폭비(ψ)로 구성되는 일립서파라미터를 산출하는 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 일립서미터.
    cos(△-φ1)=[(1+σ2)(Ⅰ2-Ⅰ3) /4Ⅰ1]
    ×[2Ⅰ1/{(1+σ2)(Ⅰ2+Ⅰ3)-2Ⅰ1)]1/2
    tanΨ=tanP[2σ2Ⅰ1/{(1+σ2)(Ⅰ2+Ⅰ3)-2Ⅰl }]1/2
    단, 위상차(ψi) 및 진폭비(p)는 입사광의 일립서파라미터이며, σ는 측정계에서 정해지는 정수이다.
  6. 편광한 빛을 측청대상에 소정각도로 입사시키는 광원부(13)와, 상기 측정대상에서의 반사광이 입사면에 대하여 브루스터각도로 입사되고, 이 입사광을 입사면에서 반사광과 내부로 들어가는 투과공으로 분리하는 무편광유리(29)와, 이 무편광유리(29)에 있어서 상기 투과광의 출사면에 광학적으로 접합되고, 상기 투과광을 상기 측정대상으로의 입사광의 입사면에 평행한 방향을 기준방향으로 한 경우에 있어서, +45° 방향 및 -45°방향의 각 편광성분으로 분리하는 편광 빔스프리터(30)와, 상기 기준방향에 대하여 0° 방향의 편광성분이 되는 상기 무편광유리(29)의 반사광 및 상기 편광 빔스프리터(30)에서의 +45° 및 -45° 방향의 각 편광성분의 각 광강도(Ⅰ1,Ⅰ2,Ⅰ3)를 검출하는 복수의 수광기(21a,21b,21c)와, 이 각 수광기로 검출된 각광강도(Ⅰl,Ⅰ2,Ⅰ3)에서 다음식을 이용하여 상기 측정대상에서의 반사광에 있어서 타원편광의 위상차(△) 및 진폭비(ψ)로 구성되는 일립서파라미터를 산출하는 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 일립서미터.
    cos(△-ψ1)=[(1+σ2)(Ⅰ2-Ⅰ3) /4Ⅰ1]
    ×[2Ⅰ1/{(1+σ2)(Ⅰ2+Ⅰ3)-2σ2Ⅰ1)]1/2
    tanΨ=tanP[{(1+σ2)(Ⅰ2+Ⅰ3)-2σ2Ⅰl/2Ⅰ1 }]1/2
    단, 위상차(ψi) 및 진폭비(p)는 입사광의 일립서파라미터이며, σ는 측정계에서 정해지는 정수이다.
  7. 빛의 입사각도가 브루스터각도로 설정되고, 입사광을 입사면에서 반사광과 내부로 들어가는 투과광으로 분리하는 무편광유리(29)부분과, 이 무편광유리(29)부분에 있어서 상기 투과광의 출사면에 광학적으로 접합되고, 상기 투과광을 다른 편광성분의 빛으로 분리하여 출사하는 편광 빔스프리터(30)부분을 구비한 것을 특징으로 하는 복합편광 빔스프리터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 무편광유리(29)부분과 상기 편광 빔스프리터(30)부분과는 물리적으로 일체 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 복합편광 빔스프리터.
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