JP2004279296A - 膜厚取得方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜厚取得方法に関し、簡単な構成により平板上に設けた薄膜の膜厚の面内分布を高速に取得する。
【解決手段】単色或いはフィルタにより単色化した光源３のいずれかの光源３からの照射光４を測定対象物である基板１上に設けた被膜２に入射させ、被膜２からの干渉を起こした反射光５を、被膜２の主面に対する照射光４の入射角をステップ的に変化させながら受光装置６により測定し、測定した反射光５の受光強度の変動における極大値と極小値を取る照射光４の入射角から前記被膜２の膜厚を取得する。
【選択図】 図１
【解決手段】単色或いはフィルタにより単色化した光源３のいずれかの光源３からの照射光４を測定対象物である基板１上に設けた被膜２に入射させ、被膜２からの干渉を起こした反射光５を、被膜２の主面に対する照射光４の入射角をステップ的に変化させながら受光装置６により測定し、測定した反射光５の受光強度の変動における極大値と極小値を取る照射光４の入射角から前記被膜２の膜厚を取得する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膜厚取得方法に関するものであり、液晶表示装置等の製造工程において、平板上に薄膜を成膜する際に、成膜した薄膜の膜厚の分布を簡単な装置構成で高速に得るための手法に特徴のある膜厚取得方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等の製造工程においては、フォトレジストの塗布工程或いは反射防止膜の堆積工程等の多数の薄膜の成膜工程を必要としているが、このような薄膜の成膜工程においては、薄膜の膜厚を均一にする必要があり、特に、液晶パネルが大型化するに伴って、製造歩留りを高めるためにはより一層の面内均一化が必要になっている。
【０００３】
従来、この様な薄膜の膜厚を非接触で測定する方法としては、干渉による偏光の変化を用いるタイプと、干渉による分光反射率の変化を用いるものなどが知られている。
【０００４】
このうち、干渉による偏光の変化を用いるタイプとしては、エリプソメータがあり、このエリプソメータは、入射光と反射光の偏光の変化を測定して解析し、膜厚、光学定数、物質特性などを測定する装置である。
この測定で得られるデータは多岐に渡ること、複雑な構成の膜などの測定も可能であることなどの特徴があるが、装置は一般に高価である。
【０００５】
一方、分光反射率を利用した膜厚計は、白色光を薄膜で反射させると、干渉のために波長によって反射光強度が変動する分光反射率が得られる。
これを分光器で測定して得られた波形とのフィッティングや極大・極小解析により膜厚や光学定数を測定することができる。
【０００６】
また、反射光の強度の極大値及び極小値と視野角との関係を利用して、膜厚等を求める方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この提案においては、試料自体を回転させて入射角を変化させるとともに、２波長の偏光光を用いるもので、異方性薄膜の屈折率ｎ及び膜厚ｄを算出するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−５６９９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の膜厚検査技術は、基本的に同時には局所的な１点の膜厚を測定することしかできないという問題があり、基板面内の膜厚分布を測定するためには多大の時間を要するという問題がある。
【０００９】
また、エリプソメータにせよ、分光器を用いた膜厚計にせよ、測定器部分が高価で大掛かりなため、測定器をアレイ状に配置して同時に広い面積を測定するというアプローチをとることも現実的には困難である。
【００１０】
そのため、広い面積の膜厚分布を取得するためには、測定器を測定対象物に沿って走査することが必要となるが、液晶パネルなどを高い解像度で膜厚分布測定を行おうとすれば、多大な時間を要することになる。
特に、液晶パネルの大画面化に伴って測定に要する時間が大幅に増大することになる。
【００１１】
また、上述の特許文献１における提案は、装置構成及び具体的測定原理が特殊であり、これをそのまま大画面の液晶パネル等における薄膜の膜厚分布の測定に適用できないという問題があり、適用したとしても測定・分析に多大の時間を要するという問題がある。
【００１２】
したがって、本発明は、簡単な構成により平板上に設けた薄膜の膜厚の面内分布を高速に取得することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理的構成の説明図であり、ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、膜厚取得方法において、単色或いはフィルタにより単色化した光源３のいずれかの光源３からの照射光４を測定対象物である基板１上に設けた被膜２に入射させ、被膜２からの干渉を起こした反射光５を、被膜２の主面に対する照射光４の入射角をステップ的に変化させながら受光装置６により測定し、測定した反射光５の受光強度の変動における極大値と極小値を取る照射光４の入射角から前記被膜２の膜厚を取得することを特徴とする。
【００１４】
この様に、本発明では膜厚の変化を波長依存性や偏光状態の変化として捉えるのではなく、角度依存性の現象として捉えるものであり、これによって、受光装置６は単純に輝度の変化を取得するだけで良いものとなるので、装置構成を簡素化することができるとともに、測定に要する時間を大幅に短縮することができる。
なお、単色化のためのフィルタは、光源３側に設けても良いし、受光装置６側に設けても良いが、受光装置６側に設けた方がフィルタの小型化が可能になる。
【００１５】
特に、測定対象物である基板１上に設けた被膜２の屈折率が既知であることを前提としているので、係数の推定などの必要がなく、受光強度の変化における極大値、極小値のペアを用いてより直接的に膜厚を求めることができるので、測定が簡素化される。
【００１６】
（２）また、本発明は、上記（１）において、測定した反射光５の受光強度の変動と予め取得した既知の薄膜の膜厚における反射光５の受光強度の変動とのフィッティングを行うことによって薄膜の膜厚を取得することを特徴とする。
【００１７】
この様に、既知の薄膜の膜厚における反射光５の受光強度を予め取得してデータベース化し、このデータベースを測定した反射光５の受光強度の変動と比較することによって、簡単に薄膜の膜厚を取得することができる。
【００１８】
（３）また、本発明は、上記（１）または（２）において、受光装置６として、エリアセンサタイプのイメージセンサを用いて、視野角―反射光強度の関係を高速に取得して薄膜の膜厚の２次元分布を得ることを特徴とする。
【００１９】
この様に、受光装置６としてエリアセンサタイプのイメージセンサを用いることによって、大面積のデータを一括して取得することができ、そのまま薄膜の膜厚の２次元分布を短時間で得ることができる。
なお、この場合に用いるイメージセンサとしてはＣＣＤタイプのエリアセンサでもＣＭＯＳタイプのエリアセンサでも良く、制限は受けないものである。
【００２０】
（４）また、本発明は、上記（３）において、被膜を設けた基板を、イメージセンサの１ピクセルに対応する距離だけステップ的に移動しながら反射光強度を測定することを特徴とする。
【００２１】
この様に、イメージセンサの１ピクセルに対応する距離だけステップ的に移動しながら反射光強度を測定することによって、イメージセンサの有する最大の解像度の受光強度の変動データを得ることができる。
【００２２】
（５）また、本発明は、上記（５）において、ステップ的に連続して取得した反射光５の受光強度の内、所定の入射角における受光強度分布を、各入射角毎に求め、基板１上におけるイメージセンサの１ピクセルに対応する大きさの同じ位置における視野角―反射光強度の関係から薄膜の膜厚の２次元分布を得ることを特徴とする。
【００２３】
この様に、ステップ的に連続して取得した反射光５の受光強度の内、所定の入射角における受光強度分布を各入射角毎に求めることによって、イメージセンサの１ピクセルに対応する大きさの同じ位置における視野角―反射光強度の関係を簡単に取得することができ、それによって、薄膜の膜厚の２次元分布を短時間で取得することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図６を参照して、本発明の実施の形態の膜厚取得方法を説明する。
図２参照
図２は、本発明の実施の形態に用いる膜厚取得装置の概念的構成図であり、面光源１１、エリアセンサ型のＣＣＤカメラ１２、測定対象の薄膜が成膜された測定パネル１３、測定パネル１３を搭載して一方向に移動する移動ステージ１４、移動ステージ１４を移動させるためのレール１５、ステージ制御用のモータ１６、ステージ位置からＣＣＤカメラ１２を制御するためのトリガ信号を伝達するためのトリガ信号線１７、測定パネル１３からの反射光の内の特定の波長成分を取り出すためのバンドパスフィルタ１８から構成される。
【００２５】
この場合の面光源１１としては、例えば、通常の蛍光管を用い、面光源表面で十分に拡散されて見込み角によって輝度、色度の変動がないように構成する。
【００２６】
また、バンドパスフィルタ１８は面光源１１からの光を単色光化するためのもので、できるだけ半値幅の狭いバンドパスフィルタが望ましいが、分光透過特性に入射角依存性があってはならない。
【００２７】
また、必ずしもバンドパスフィルタ１８自体の半値幅は狭くなくても、面光源１１のスペクトル特性をうまく利用して単色光に近いものを実現することもできる。
なお、この面光源１１に単色光源を利用した場合には、バンドパスフィルタ１８は不要になる。
【００２８】
また、トリガ信号線１７は、移動ステージ１４が特定のステップだけ移動する毎にＣＣＤカメラ１２がフレーム取り込みを行うためのものである。
なお、トリガ信号線１７の代わりに移動ステージ１４、もしくはレール１５に取り付けたセンサによって同様の機能を持たせることも可能である。
【００２９】
また、この構成において、ＣＣＤカメラ１２の光軸を鉛直線に対して約３０°傾けて設置して、受光強度において干渉による極大値及び極小値が明瞭に現れ易い入射角における反射光を受光できるようにする。
【００３０】
また、ＣＣＤカメラ１２のレンズ１９の図の紙面に平行な方向の画角は４０°とし、ＣＣＤカメラ１２を３０°傾けたことと合わせて、この設定で測定パネル１３に対する入射角が５０°の光線まで受光することが可能となる。
【００３１】
なお、ＣＣＤカメラ１２で撮像した画像は、カメラの傾きの影響とレンズ１９の収差で歪みが発生するため、撮像した画像には、その後の処理に先立って歪みの補正を行い、移動ステージ１４がどの位置にあっても、測定パネル１３の画像の形が正しく、大きさも等しい画像が得られるようにする。
【００３２】
なお、ＣＣＤカメラ１２を垂直下向きに向け、かつ収差の十分小さいレンズ１９を用いた場合には、この歪み補正は不要である。
また、レンズ１９や面光源１１の周辺減光などの、全ての画像に対して同様の操作を行えば良く、補正もこの時点で行う。
【００３３】
また、画像撮像のタイミングは、移動ステージ１４を移動させながら、移動ステージ１４が一定のステップ分だけ移動するごとにトリガ信号をＣＣＤカメラ１２に送ることで制御するものであり、これによって、一定間隔で測定パネル１３を動かした複数の画像が得られる。
なお、この一定のステップの長さは、歪み補正後の撮像画像でＣＣＤカメラ１２における１ピクセルに相当する測定パネル面での長さに等しい。
【００３４】
図３参照
図３は、ＣＣＤカラメ１２と測定パネル１３の位置関係のみを抜き出した図であり、この図において、測定パネル１３を位置Ａから位置Ｂまで移動させながら、一定間隔で画像を撮像する。
この時に得られた一連の画像は、図より明らかなように、測定パネル１３上の全ての地点においてθ１ 〜θ２ の間のすべての角度から見た時の輝度に関するデータを含むことになる。
【００３５】
次に、図４乃至図６を参照して、上記の手法によって取得した画像より各点の輝度と角度の関係を得る方法を説明する。
図４参照
図４は、画像処理過程の説明図であり、ＣＣＤカメラ１２は高さＨに設定されており、ｎ−２，ｎ−１、ｎ・・・は移動ステージ１４上の位置を表している。
このそれぞれの位置間の距離は、得られた画像に歪み補正を施した画像において、１ ピクセルに相当する実際の測定パネル１３上での長さΔである。
なお、ＣＣＤカメラ１２から、測定パネル１３を置いた平面上に垂線を下ろした点Ｏから、位置ｎまでの距離はＬである。
【００３６】
移動ステージ１４とともに、検査対象の測定パネル１３を、図中右方向に移動させながら、Δだけ移動する毎に画像を１枚取得し、得られた一連の画像を、パネルｍ、ｍ＋１、ｍ＋２・・・として順次表している。
【００３７】
なお、図においては、各パネルは、列の集合として描かれているが、これは歪み補正後の画像における１つのピクセル列に相当しており、測定パネル１３の実際の構造とは関係はない。
【００３８】
この場合、ｍ、ｍ＋１、ｍ＋２・・・と番号が上がるにつれて、パネルはΔずつ同一平面上を右に移動しているが、理解を容易にするため、ｍ＋１以降は上にずらして図示している。
また、位置ｎにあるピクセル列を横縞のハッチングで、位置ｎ＋１にあるピクセル列を右下がりの斜線のハッチングで、位置ｎ−１にあるピクセル列を右上がりの斜線のハッチングで表している。
【００３９】
図５（ａ）乃至（ｃ）参照
次いで、ｍ、ｍ＋１、ｍ＋２・・・と得られた画像のうち、ＣＣＤカメラ１２に対して同じ反射角の位置に位置するピクセル列のみを抜き出して、右から順に並べて新たな各視野角画像を得る。
この場合、ｍ、ｍ＋１、ｍ＋２・・・のそれぞれは、ゆがみの補正が行われているため、滑らかにつながり一つの画像となる。
【００４０】
図５（ａ）乃至（ｃ）参照
図５（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれ上述の操作で得た位置ｎ＋１、位置ｎ、及び、位置ｎ−１における画像であり、それぞれ互いにΔだけ異なった同一の反射角、したがって、同一の入射角における実際の測定パネル１３における反射光強度分布を表していることになる。
したがって、それぞれの視野角の画像において、同じ位置のピクセルは実際の測定パネル１３上でも同じ位置を表すことになる。
【００４１】
図６（ａ）参照
次いで、各視野角画像を順次重ねて、同じ位置のピクセルの値を並べることで、ある点における角度と反射光強度の関係を得る。
【００４２】
図６（ｂ）参照
図６（ｂ）は、この様にして得られた反射光強度の入射角依存性を模式的に表したもので、極大値と極小値とを繰り返す変動波形が得られる。
このようにして得た反射光強度の変動波形における極大値を取る角度と、極小値を取る角度のうち、任意の隣り合った組を一つ検出する。
【００４３】
この角度をα及びβとすると、薄膜の干渉に関する公式より、下記の式が成立する。
ｍλ＝２ｄ（ｎ２ −ｓｉｎ２ α）１／２ ・・・（１）
（ｍ−１／２）λ＝２ｄ（ｎ２ −ｓｉｎ２ β）１／２ ・・・（２）
但し、ｍは任意の自然数、λは面光源１１の波長、ｄは測定対象物の薄膜の膜厚、ｎは薄膜の屈折率である。
なお、空気の屈折率ｎ０ はｎ０ ＝１として無視している。
【００４４】
上記の式（１）及び式（２）より、
となる。
【００４５】
ここで、屈折率ｎ及び波長λは既知であるので、得られた角度α及びβを代入することによって、膜厚ｄが求まる。
この操作を全ての点に適用することで、膜厚の２次元分布を得ることができる。
【００４６】
以上を前提として、図７乃至図１０を参照して、具体的測定方法を説明する。
この場合、測定対象となる測定パネル１３は、サイズが１８００ｍｍ×１５００ｍｍの液晶パネルであり、ガラス基板上に塗布したレジスト膜の膜厚を測定する。
なお、この場合のバンドパスフィルタ１８における中心透過波長λを、λ＝５８９ｎｍとし、このλ＝５８９ｎｍにおけるレジスト膜の屈折率ｎはｎ＝１．５５７２とする。
【００４７】
図７参照
この場合の膜厚取得装置の装置構成としては、１８００ｍｍ×１５００ｍｍの液晶パネルを画像を一度の移動ステージ１４の移動によって取得するために複数台のＣＣＤカメラ１２を使用して１５００ｍｍ幅をカバーするように構成する。
【００４８】
また、ＣＣＤカメラ１２は、レンズ１９の主点から移動ステージ１４距離が４４０ｍｍのの高さＨに３０°の傾きを持って設置し、スキャン方向には、θ１ ＝１５°からθ２ ＝６０°までの視野角の画像を取得できるように構成する。
ものとする。図７ に、その配置を示す。
【００４９】
ここで、塗布するレジスト膜の膜厚は２０００ｎｍ（＝２μｍ）とし、これを、３ ％の膜厚変化を検出可能にすることを目標とするが、目標の３％に対して、安全率を掛けて０．３％の膜厚分解能を持つように構成する。
【００５０】
２０００ｎｍの膜厚の０．３％の膜厚は６ｎｍであるので、膜厚の有効桁数は３桁よりも少し高くする必要がある。
また、式（４）より、角度αとβが十分に離れている（ 一般にこの条件は満たされている） とすれば、角度の分解能も同程度必要であるため、必要な角度の分解能を０．０５°（＝３′）とする。
【００５１】
また、上述の反射光強度の測定から得られた変動波形から、ピーク検出のアルゴリズムを使用してピークと谷を検出する際に、分割した区間毎に２ 次式で近似を行うため、サンプリング間隔よりも高い分解能でピークの検出を行うことができる。
【００５２】
事前に実際にピーク検出のテストを行ったところ、位置検出間隔を０．２°とし、その信号に変動波形の振幅の±１％のノイズが乗るものとした時に、ほぼ０．０５°以下のピーク検出精度を出せることが確認された。
なお、この１％のノイズに、各ピクセルの感度のばらつきや、光学系の汚れ、面光源１１の輝度ムラや、レンズ１９の歪曲収差の補正などの位置検出精度の誤差が含まれるものとする。
【００５３】
したがって、この実施の形態では、ダーク補正、フラット補正によるＣＣＤセンサ１２や面光源１１のノイズや、歪み補正などの位置検出精度のノイズが１％程度に抑えられるものとして、角度の検出間隔を０．２°とする。
【００５４】
図７において、測定パネル１３上の各点におけるΔｘとΔθの関係は、
ｘ＝Ｈ・ｔａｎθであるので、
ｄｘ／ｄθ＝Ｈ／ｃｏｓ２ θ
となり、したがって、
Δｘ＝（Ｈ／ｃｏｓ２ θ）Δθ ・・・（５）
で近似できる。
【００５５】
ここで、測定視野角θにおいて、Δｘ当りのΔθの変化量が一番大きくなる視野角θ１ ＝１５°付近について、Δｘを計算してみると、１ピクセル分の視野角の変化量をΔθとすると、
となる。
したがって、位置検出誤差を、少なくとも１．６ｍｍ以下には抑えなくてはならないことがわかる。
【００５６】
また、上述のように３０°傾けたＣＣＤカメラ１２を使用して、視野角θ１ ＝１５°からθ２ ＝６０°までカバーするためには、レンズ１９の長辺方向の画角は６０°以上必要であるが、ＣＣＤカメラ１２として所謂１／３型ＣＣＤカメラを使用した場合、レンズ１９の焦点距離は４ｍｍが適当となる。
【００５７】
この時、短辺方向の画角は約４８°であるので、視野角θ１ ＝１５°付近で、４０５ｍｍの幅をカバーすることができ、したがって、１５００ｍｍの長さをカバーするためには、１５００／４０５≒３．７であるので、４台のＣＣＤカメラ１２を用いれば良い。
【００５８】
また、４０５ｍｍの幅をカバーすることができるＣＣＤカメラ１２で、短辺方向において１．６ｍｍ以上の高解像度でカバーするためには、水平方向の画素数が、２５４（≒４０５／１．６）以上必要である。
したがって、６４０×４８０×のＶＧＡ規格の解像度のＣＣＤカメラ１２を用いれば良いことになる。
【００５９】
次に、ある点における膜厚取得の例を説明する。
図７に示すように、移動ステージ１４の移動、即ち、スキャンによって、ＣＣＤカメラ１２から移動ステージ１４に鉛直に下ろした点Ｏ上を通過する画面の中心軸上の点Ｐ１ において、膜厚２０００ｎｍ＝２μｍの場合の反射光強度、即ち、輝度と位置の関係のデータを作成した。
【００６０】
この場合、実際の状況を想定して、データに±１％のランダムノイズを付加し、さらに８ｂｉｔに丸めたところ、図７の原点Ｏからの距離Ｌと、反射光強度分布が図８乃至図１０に表として示すデータが得られた。
【００６１】
図８乃至図１０参照
この得られたデータ列に対して、ピーク検出を掛けたところ、第１の極大値がＬ＝２５３．４９ｍｍの位置、第１の極小値がＬ＝４０８．４３ｎｍの位置であることが検出された。
【００６２】
ここで、原点Ｏから距離Ｌにある点Ｐ１ の視野角θは、ＣＣＤカメラ１２の高さをＨとすると、
θ＝ｔａｎ−１（Ｌ／Ｈ）
で求められるから、Ｈ＝４４０ｍｍであるので、第１の極大値における視野角αは、
となる。
【００６３】
一方、第１の極小値における視野角βは、
となる。
【００６４】
次いで、得られたα＝２９．９５°とβ＝４２．８７°を、既知のλ＝５８９ｎｍ及びｎ＝１．５５７２とともに、上記の（４）式に代入すると、
ｄ≒１９８６ｎｍ
となり、想定膜厚である２０００ｎｍとの誤差は０．７％〔＝（２０００−１９８６）／２０００＝１４／２０００〕であった。
【００６５】
次に、図１１乃至図１４を参照して、中心軸以外の一般の点の膜厚の求め方を説明する。
図１１参照
図１１に示すように、レンズ１９の主点から移動ステージ１４に垂直に下ろした点をＯ、移動ステージ１４のスキャンによって点Ｏを通過する線を中心線とすると、測定対象の点Ｐ２ から中心線に垂線を下ろした点Ｐ２ ′と、Ｏとの距離をＬ、Ｐ２ から中心線までの距離をＷとする。
なお、左に向かう方向をＬの、奥に向かう方向をＷのプラス方向に取る。
【００６６】
この場合もＣＣＤカメラ１２の高さＨは同様にＨ＝４４０ｍｍとし、ｄ＝１５０ｍｍの位置の点Ｐ２ においてレジスト膜の膜厚が２１００ｎｍであると想定して反射光強度と位置の関係のデータを作成した。
なお、この場合も同様に実際の状況を想定して、データに±１％のランダムノイズを付加し、さらに８ｂｉｔに丸めたところ、図１２乃至図１４に表として示すデータが得られた。
なお、図１２乃至図１４における距離Ｌは、原点Ｏから中心線における点Ｄまでの距離を示している。
【００６７】
図１２乃至図１４参照
この得られたデータ列に対して、ピーク検出を掛けたところ、第１の極大値がＬ＝３７０．２１ｍｍの位置、第１の極小値がＬ＝２０３．６７ｎｍの位置であることが検出された。
【００６８】
ここで、点Ｐ２ の視野角θは、
θ＝ｔａｎ−１（Ｌ′／Ｈ）
で求められ、ここで、Ｌ′＝（Ｌ２ ＋Ｗ２ ）１／２ であり、また、Ｈ＝４４０ｍｍであるので、第１の極大値における視野角αは、
となる。
【００６９】
一方、第１の極小値における視野角βは、
となる。
【００７０】
次いで、得られたα＝４２．２３°とβ＝２９．８９°を、既知のλ＝５８９ｎｍ及びｎ＝１．５５７２とともに、上記の（４）式に代入すると、
ｄ≒２０８８ｎｍ
となり、想定膜厚である２１００ｎｍとの誤差は０．６％〔＝（２１００−２０８８）／２０００＝１２／２０００〕であった。
【００７１】
以上のような変換を全ての点Ｐに適用することで、パネル全面に渡るレジスト膜の膜厚の２次元分布を最低でも３％の精度で得ることができる。
【００７２】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態においては受光装置としてＣＣＤ型のエリアセンサを用いているが、ＣＭＯＳ型或いはＭＯＳ型のエリアセンサを用いても良いものである。
【００７３】
また、上記の実施の形態において設定したカメラの傾斜角、設置高さＨ、画像を取り込む視野角は単なる一例であり、使用するカメラの解像度や、使用するレンズの開口数に応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００７４】
また、上記実施の形態においては、取得した反射光強度の変動波形から一対の隣接する極大値と極小値とを用いて膜厚を求めているが、このような方法に限られるものではなく、例えば、極大値及び極小値の組を複数取得して、それぞれの組から算出される膜厚の平均を取っても良いものであり、この方法を採用することによって、角度検出のバラつきを抑制することができる。
【００７５】
或いは、実測によって得られた変動波形と理論的に求めた角度−輝度相関曲線とをフィッティングして、膜厚だけではなく屈折率や吸収係数などの光学定数を求めることもできるものであり、演算時間と測定目的に応じて、最適な方法を選択するようにする。
【００７６】
また、上記の実施の形態においては、液晶パネルにおけるレジスト膜の膜厚の取得方法として説明しているが、レジスト膜に限られるものではなく、各種の薄膜の膜厚の測定に適用されるものであり、光源となる波長に対して透明或いは半透明であれば良く、例えば、サイドライト方式のバックライト或いはサイドライト方式のフロントライトにおける導光板の光出射面に設ける反射防止膜の成膜に工程にも適用されるものである。
【００７７】
また、本発明は、液晶パネルに限られるものではなく、プラズマ表示装置等の他の表示装置における成膜工程、或いは、半導体装置等の各種のデバイスの製造工程における各種の成膜工程にも適用されるものである。
【００７８】
さらには、本発明は特定の装置の成膜工程に限られるものではなく、表面が平坦な基板にミクロン〜サブミクロンオーダの薄膜を成膜する全ての成膜工程に適用されるものである。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、一般的なＣＣＤカメラ等のエリアセンサ型のイメージセンサを用いて大面積の画像を一括して取得しているので、測定を簡単に且つ高速で行うことができ、また、分光器などの特殊な測定器を必要としないので装置構成を簡素化することができ、ひいては、大型画像表示装置等の低コスト化・高表示品質化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に用いる膜厚取得装置の概念的構成図である。
【図３】ＣＣＤカメラと測定パネルの位置関係の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態における画像処理過程の説明図である。
【図５】位置ｎ＋１、位置ｎ、及び、位置ｎ−１における画像の説明図である。
【図６】角度−反射光強度相関の取得方法の説明図である。
【図７】具体的測定方法における中心線にある点Ｐ１ を測定する場合の位置関係の説明図である。
【図８】Ｌ＝１１６．８〜２７３．６ｎｍにおける反射光強度の説明図である。
【図９】Ｌ＝２７５．２〜４３２．０ｎｍにおける反射光強度の説明図である。
【図１０】Ｌ＝４３３．６〜５２３．２ｎｍにおける反射光強度の説明図である。
【図１１】具体的測定方法における点Ｐ２ を測定する場合の位置関係の説明図である。
【図１２】Ｌ＝１１６．８〜２７３．６ｎｍにおける反射光強度の説明図である。
【図１３】Ｌ＝２７５．２〜４３２．０ｎｍにおける反射光強度の説明図である。
【図１４】Ｌ＝４３３．６〜５２３．２ｎｍにおける反射光強度の説明図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 被膜
３ 光源
４ 照射光
５ 反射光
６ 受光装置
１１ 面光源
１２ ＣＣＤカメラ
１３ 測定パネル
１４ 移動ステージ
１５ レール
１６ モータ
１７ トリガ信号線
１８ バンドパスフィルタ
１９ レンズ
【発明の属する技術分野】
本発明は膜厚取得方法に関するものであり、液晶表示装置等の製造工程において、平板上に薄膜を成膜する際に、成膜した薄膜の膜厚の分布を簡単な装置構成で高速に得るための手法に特徴のある膜厚取得方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等の製造工程においては、フォトレジストの塗布工程或いは反射防止膜の堆積工程等の多数の薄膜の成膜工程を必要としているが、このような薄膜の成膜工程においては、薄膜の膜厚を均一にする必要があり、特に、液晶パネルが大型化するに伴って、製造歩留りを高めるためにはより一層の面内均一化が必要になっている。
【０００３】
従来、この様な薄膜の膜厚を非接触で測定する方法としては、干渉による偏光の変化を用いるタイプと、干渉による分光反射率の変化を用いるものなどが知られている。
【０００４】
このうち、干渉による偏光の変化を用いるタイプとしては、エリプソメータがあり、このエリプソメータは、入射光と反射光の偏光の変化を測定して解析し、膜厚、光学定数、物質特性などを測定する装置である。
この測定で得られるデータは多岐に渡ること、複雑な構成の膜などの測定も可能であることなどの特徴があるが、装置は一般に高価である。
【０００５】
一方、分光反射率を利用した膜厚計は、白色光を薄膜で反射させると、干渉のために波長によって反射光強度が変動する分光反射率が得られる。
これを分光器で測定して得られた波形とのフィッティングや極大・極小解析により膜厚や光学定数を測定することができる。
【０００６】
また、反射光の強度の極大値及び極小値と視野角との関係を利用して、膜厚等を求める方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この提案においては、試料自体を回転させて入射角を変化させるとともに、２波長の偏光光を用いるもので、異方性薄膜の屈折率ｎ及び膜厚ｄを算出するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−５６９９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の膜厚検査技術は、基本的に同時には局所的な１点の膜厚を測定することしかできないという問題があり、基板面内の膜厚分布を測定するためには多大の時間を要するという問題がある。
【０００９】
また、エリプソメータにせよ、分光器を用いた膜厚計にせよ、測定器部分が高価で大掛かりなため、測定器をアレイ状に配置して同時に広い面積を測定するというアプローチをとることも現実的には困難である。
【００１０】
そのため、広い面積の膜厚分布を取得するためには、測定器を測定対象物に沿って走査することが必要となるが、液晶パネルなどを高い解像度で膜厚分布測定を行おうとすれば、多大な時間を要することになる。
特に、液晶パネルの大画面化に伴って測定に要する時間が大幅に増大することになる。
【００１１】
また、上述の特許文献１における提案は、装置構成及び具体的測定原理が特殊であり、これをそのまま大画面の液晶パネル等における薄膜の膜厚分布の測定に適用できないという問題があり、適用したとしても測定・分析に多大の時間を要するという問題がある。
【００１２】
したがって、本発明は、簡単な構成により平板上に設けた薄膜の膜厚の面内分布を高速に取得することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理的構成の説明図であり、ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、膜厚取得方法において、単色或いはフィルタにより単色化した光源３のいずれかの光源３からの照射光４を測定対象物である基板１上に設けた被膜２に入射させ、被膜２からの干渉を起こした反射光５を、被膜２の主面に対する照射光４の入射角をステップ的に変化させながら受光装置６により測定し、測定した反射光５の受光強度の変動における極大値と極小値を取る照射光４の入射角から前記被膜２の膜厚を取得することを特徴とする。
【００１４】
この様に、本発明では膜厚の変化を波長依存性や偏光状態の変化として捉えるのではなく、角度依存性の現象として捉えるものであり、これによって、受光装置６は単純に輝度の変化を取得するだけで良いものとなるので、装置構成を簡素化することができるとともに、測定に要する時間を大幅に短縮することができる。
なお、単色化のためのフィルタは、光源３側に設けても良いし、受光装置６側に設けても良いが、受光装置６側に設けた方がフィルタの小型化が可能になる。
【００１５】
特に、測定対象物である基板１上に設けた被膜２の屈折率が既知であることを前提としているので、係数の推定などの必要がなく、受光強度の変化における極大値、極小値のペアを用いてより直接的に膜厚を求めることができるので、測定が簡素化される。
【００１６】
（２）また、本発明は、上記（１）において、測定した反射光５の受光強度の変動と予め取得した既知の薄膜の膜厚における反射光５の受光強度の変動とのフィッティングを行うことによって薄膜の膜厚を取得することを特徴とする。
【００１７】
この様に、既知の薄膜の膜厚における反射光５の受光強度を予め取得してデータベース化し、このデータベースを測定した反射光５の受光強度の変動と比較することによって、簡単に薄膜の膜厚を取得することができる。
【００１８】
（３）また、本発明は、上記（１）または（２）において、受光装置６として、エリアセンサタイプのイメージセンサを用いて、視野角―反射光強度の関係を高速に取得して薄膜の膜厚の２次元分布を得ることを特徴とする。
【００１９】
この様に、受光装置６としてエリアセンサタイプのイメージセンサを用いることによって、大面積のデータを一括して取得することができ、そのまま薄膜の膜厚の２次元分布を短時間で得ることができる。
なお、この場合に用いるイメージセンサとしてはＣＣＤタイプのエリアセンサでもＣＭＯＳタイプのエリアセンサでも良く、制限は受けないものである。
【００２０】
（４）また、本発明は、上記（３）において、被膜を設けた基板を、イメージセンサの１ピクセルに対応する距離だけステップ的に移動しながら反射光強度を測定することを特徴とする。
【００２１】
この様に、イメージセンサの１ピクセルに対応する距離だけステップ的に移動しながら反射光強度を測定することによって、イメージセンサの有する最大の解像度の受光強度の変動データを得ることができる。
【００２２】
（５）また、本発明は、上記（５）において、ステップ的に連続して取得した反射光５の受光強度の内、所定の入射角における受光強度分布を、各入射角毎に求め、基板１上におけるイメージセンサの１ピクセルに対応する大きさの同じ位置における視野角―反射光強度の関係から薄膜の膜厚の２次元分布を得ることを特徴とする。
【００２３】
この様に、ステップ的に連続して取得した反射光５の受光強度の内、所定の入射角における受光強度分布を各入射角毎に求めることによって、イメージセンサの１ピクセルに対応する大きさの同じ位置における視野角―反射光強度の関係を簡単に取得することができ、それによって、薄膜の膜厚の２次元分布を短時間で取得することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図６を参照して、本発明の実施の形態の膜厚取得方法を説明する。
図２参照
図２は、本発明の実施の形態に用いる膜厚取得装置の概念的構成図であり、面光源１１、エリアセンサ型のＣＣＤカメラ１２、測定対象の薄膜が成膜された測定パネル１３、測定パネル１３を搭載して一方向に移動する移動ステージ１４、移動ステージ１４を移動させるためのレール１５、ステージ制御用のモータ１６、ステージ位置からＣＣＤカメラ１２を制御するためのトリガ信号を伝達するためのトリガ信号線１７、測定パネル１３からの反射光の内の特定の波長成分を取り出すためのバンドパスフィルタ１８から構成される。
【００２５】
この場合の面光源１１としては、例えば、通常の蛍光管を用い、面光源表面で十分に拡散されて見込み角によって輝度、色度の変動がないように構成する。
【００２６】
また、バンドパスフィルタ１８は面光源１１からの光を単色光化するためのもので、できるだけ半値幅の狭いバンドパスフィルタが望ましいが、分光透過特性に入射角依存性があってはならない。
【００２７】
また、必ずしもバンドパスフィルタ１８自体の半値幅は狭くなくても、面光源１１のスペクトル特性をうまく利用して単色光に近いものを実現することもできる。
なお、この面光源１１に単色光源を利用した場合には、バンドパスフィルタ１８は不要になる。
【００２８】
また、トリガ信号線１７は、移動ステージ１４が特定のステップだけ移動する毎にＣＣＤカメラ１２がフレーム取り込みを行うためのものである。
なお、トリガ信号線１７の代わりに移動ステージ１４、もしくはレール１５に取り付けたセンサによって同様の機能を持たせることも可能である。
【００２９】
また、この構成において、ＣＣＤカメラ１２の光軸を鉛直線に対して約３０°傾けて設置して、受光強度において干渉による極大値及び極小値が明瞭に現れ易い入射角における反射光を受光できるようにする。
【００３０】
また、ＣＣＤカメラ１２のレンズ１９の図の紙面に平行な方向の画角は４０°とし、ＣＣＤカメラ１２を３０°傾けたことと合わせて、この設定で測定パネル１３に対する入射角が５０°の光線まで受光することが可能となる。
【００３１】
なお、ＣＣＤカメラ１２で撮像した画像は、カメラの傾きの影響とレンズ１９の収差で歪みが発生するため、撮像した画像には、その後の処理に先立って歪みの補正を行い、移動ステージ１４がどの位置にあっても、測定パネル１３の画像の形が正しく、大きさも等しい画像が得られるようにする。
【００３２】
なお、ＣＣＤカメラ１２を垂直下向きに向け、かつ収差の十分小さいレンズ１９を用いた場合には、この歪み補正は不要である。
また、レンズ１９や面光源１１の周辺減光などの、全ての画像に対して同様の操作を行えば良く、補正もこの時点で行う。
【００３３】
また、画像撮像のタイミングは、移動ステージ１４を移動させながら、移動ステージ１４が一定のステップ分だけ移動するごとにトリガ信号をＣＣＤカメラ１２に送ることで制御するものであり、これによって、一定間隔で測定パネル１３を動かした複数の画像が得られる。
なお、この一定のステップの長さは、歪み補正後の撮像画像でＣＣＤカメラ１２における１ピクセルに相当する測定パネル面での長さに等しい。
【００３４】
図３参照
図３は、ＣＣＤカラメ１２と測定パネル１３の位置関係のみを抜き出した図であり、この図において、測定パネル１３を位置Ａから位置Ｂまで移動させながら、一定間隔で画像を撮像する。
この時に得られた一連の画像は、図より明らかなように、測定パネル１３上の全ての地点においてθ１ 〜θ２ の間のすべての角度から見た時の輝度に関するデータを含むことになる。
【００３５】
次に、図４乃至図６を参照して、上記の手法によって取得した画像より各点の輝度と角度の関係を得る方法を説明する。
図４参照
図４は、画像処理過程の説明図であり、ＣＣＤカメラ１２は高さＨに設定されており、ｎ−２，ｎ−１、ｎ・・・は移動ステージ１４上の位置を表している。
このそれぞれの位置間の距離は、得られた画像に歪み補正を施した画像において、１ ピクセルに相当する実際の測定パネル１３上での長さΔである。
なお、ＣＣＤカメラ１２から、測定パネル１３を置いた平面上に垂線を下ろした点Ｏから、位置ｎまでの距離はＬである。
【００３６】
移動ステージ１４とともに、検査対象の測定パネル１３を、図中右方向に移動させながら、Δだけ移動する毎に画像を１枚取得し、得られた一連の画像を、パネルｍ、ｍ＋１、ｍ＋２・・・として順次表している。
【００３７】
なお、図においては、各パネルは、列の集合として描かれているが、これは歪み補正後の画像における１つのピクセル列に相当しており、測定パネル１３の実際の構造とは関係はない。
【００３８】
この場合、ｍ、ｍ＋１、ｍ＋２・・・と番号が上がるにつれて、パネルはΔずつ同一平面上を右に移動しているが、理解を容易にするため、ｍ＋１以降は上にずらして図示している。
また、位置ｎにあるピクセル列を横縞のハッチングで、位置ｎ＋１にあるピクセル列を右下がりの斜線のハッチングで、位置ｎ−１にあるピクセル列を右上がりの斜線のハッチングで表している。
【００３９】
図５（ａ）乃至（ｃ）参照
次いで、ｍ、ｍ＋１、ｍ＋２・・・と得られた画像のうち、ＣＣＤカメラ１２に対して同じ反射角の位置に位置するピクセル列のみを抜き出して、右から順に並べて新たな各視野角画像を得る。
この場合、ｍ、ｍ＋１、ｍ＋２・・・のそれぞれは、ゆがみの補正が行われているため、滑らかにつながり一つの画像となる。
【００４０】
図５（ａ）乃至（ｃ）参照
図５（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれ上述の操作で得た位置ｎ＋１、位置ｎ、及び、位置ｎ−１における画像であり、それぞれ互いにΔだけ異なった同一の反射角、したがって、同一の入射角における実際の測定パネル１３における反射光強度分布を表していることになる。
したがって、それぞれの視野角の画像において、同じ位置のピクセルは実際の測定パネル１３上でも同じ位置を表すことになる。
【００４１】
図６（ａ）参照
次いで、各視野角画像を順次重ねて、同じ位置のピクセルの値を並べることで、ある点における角度と反射光強度の関係を得る。
【００４２】
図６（ｂ）参照
図６（ｂ）は、この様にして得られた反射光強度の入射角依存性を模式的に表したもので、極大値と極小値とを繰り返す変動波形が得られる。
このようにして得た反射光強度の変動波形における極大値を取る角度と、極小値を取る角度のうち、任意の隣り合った組を一つ検出する。
【００４３】
この角度をα及びβとすると、薄膜の干渉に関する公式より、下記の式が成立する。
ｍλ＝２ｄ（ｎ２ −ｓｉｎ２ α）１／２ ・・・（１）
（ｍ−１／２）λ＝２ｄ（ｎ２ −ｓｉｎ２ β）１／２ ・・・（２）
但し、ｍは任意の自然数、λは面光源１１の波長、ｄは測定対象物の薄膜の膜厚、ｎは薄膜の屈折率である。
なお、空気の屈折率ｎ０ はｎ０ ＝１として無視している。
【００４４】
上記の式（１）及び式（２）より、
【００４５】
ここで、屈折率ｎ及び波長λは既知であるので、得られた角度α及びβを代入することによって、膜厚ｄが求まる。
この操作を全ての点に適用することで、膜厚の２次元分布を得ることができる。
【００４６】
以上を前提として、図７乃至図１０を参照して、具体的測定方法を説明する。
この場合、測定対象となる測定パネル１３は、サイズが１８００ｍｍ×１５００ｍｍの液晶パネルであり、ガラス基板上に塗布したレジスト膜の膜厚を測定する。
なお、この場合のバンドパスフィルタ１８における中心透過波長λを、λ＝５８９ｎｍとし、このλ＝５８９ｎｍにおけるレジスト膜の屈折率ｎはｎ＝１．５５７２とする。
【００４７】
図７参照
この場合の膜厚取得装置の装置構成としては、１８００ｍｍ×１５００ｍｍの液晶パネルを画像を一度の移動ステージ１４の移動によって取得するために複数台のＣＣＤカメラ１２を使用して１５００ｍｍ幅をカバーするように構成する。
【００４８】
また、ＣＣＤカメラ１２は、レンズ１９の主点から移動ステージ１４距離が４４０ｍｍのの高さＨに３０°の傾きを持って設置し、スキャン方向には、θ１ ＝１５°からθ２ ＝６０°までの視野角の画像を取得できるように構成する。
ものとする。図７ に、その配置を示す。
【００４９】
ここで、塗布するレジスト膜の膜厚は２０００ｎｍ（＝２μｍ）とし、これを、３ ％の膜厚変化を検出可能にすることを目標とするが、目標の３％に対して、安全率を掛けて０．３％の膜厚分解能を持つように構成する。
【００５０】
２０００ｎｍの膜厚の０．３％の膜厚は６ｎｍであるので、膜厚の有効桁数は３桁よりも少し高くする必要がある。
また、式（４）より、角度αとβが十分に離れている（ 一般にこの条件は満たされている） とすれば、角度の分解能も同程度必要であるため、必要な角度の分解能を０．０５°（＝３′）とする。
【００５１】
また、上述の反射光強度の測定から得られた変動波形から、ピーク検出のアルゴリズムを使用してピークと谷を検出する際に、分割した区間毎に２ 次式で近似を行うため、サンプリング間隔よりも高い分解能でピークの検出を行うことができる。
【００５２】
事前に実際にピーク検出のテストを行ったところ、位置検出間隔を０．２°とし、その信号に変動波形の振幅の±１％のノイズが乗るものとした時に、ほぼ０．０５°以下のピーク検出精度を出せることが確認された。
なお、この１％のノイズに、各ピクセルの感度のばらつきや、光学系の汚れ、面光源１１の輝度ムラや、レンズ１９の歪曲収差の補正などの位置検出精度の誤差が含まれるものとする。
【００５３】
したがって、この実施の形態では、ダーク補正、フラット補正によるＣＣＤセンサ１２や面光源１１のノイズや、歪み補正などの位置検出精度のノイズが１％程度に抑えられるものとして、角度の検出間隔を０．２°とする。
【００５４】
図７において、測定パネル１３上の各点におけるΔｘとΔθの関係は、
ｘ＝Ｈ・ｔａｎθであるので、
ｄｘ／ｄθ＝Ｈ／ｃｏｓ２ θ
となり、したがって、
Δｘ＝（Ｈ／ｃｏｓ２ θ）Δθ ・・・（５）
で近似できる。
【００５５】
ここで、測定視野角θにおいて、Δｘ当りのΔθの変化量が一番大きくなる視野角θ１ ＝１５°付近について、Δｘを計算してみると、１ピクセル分の視野角の変化量をΔθとすると、
したがって、位置検出誤差を、少なくとも１．６ｍｍ以下には抑えなくてはならないことがわかる。
【００５６】
また、上述のように３０°傾けたＣＣＤカメラ１２を使用して、視野角θ１ ＝１５°からθ２ ＝６０°までカバーするためには、レンズ１９の長辺方向の画角は６０°以上必要であるが、ＣＣＤカメラ１２として所謂１／３型ＣＣＤカメラを使用した場合、レンズ１９の焦点距離は４ｍｍが適当となる。
【００５７】
この時、短辺方向の画角は約４８°であるので、視野角θ１ ＝１５°付近で、４０５ｍｍの幅をカバーすることができ、したがって、１５００ｍｍの長さをカバーするためには、１５００／４０５≒３．７であるので、４台のＣＣＤカメラ１２を用いれば良い。
【００５８】
また、４０５ｍｍの幅をカバーすることができるＣＣＤカメラ１２で、短辺方向において１．６ｍｍ以上の高解像度でカバーするためには、水平方向の画素数が、２５４（≒４０５／１．６）以上必要である。
したがって、６４０×４８０×のＶＧＡ規格の解像度のＣＣＤカメラ１２を用いれば良いことになる。
【００５９】
次に、ある点における膜厚取得の例を説明する。
図７に示すように、移動ステージ１４の移動、即ち、スキャンによって、ＣＣＤカメラ１２から移動ステージ１４に鉛直に下ろした点Ｏ上を通過する画面の中心軸上の点Ｐ１ において、膜厚２０００ｎｍ＝２μｍの場合の反射光強度、即ち、輝度と位置の関係のデータを作成した。
【００６０】
この場合、実際の状況を想定して、データに±１％のランダムノイズを付加し、さらに８ｂｉｔに丸めたところ、図７の原点Ｏからの距離Ｌと、反射光強度分布が図８乃至図１０に表として示すデータが得られた。
【００６１】
図８乃至図１０参照
この得られたデータ列に対して、ピーク検出を掛けたところ、第１の極大値がＬ＝２５３．４９ｍｍの位置、第１の極小値がＬ＝４０８．４３ｎｍの位置であることが検出された。
【００６２】
ここで、原点Ｏから距離Ｌにある点Ｐ１ の視野角θは、ＣＣＤカメラ１２の高さをＨとすると、
θ＝ｔａｎ−１（Ｌ／Ｈ）
で求められるから、Ｈ＝４４０ｍｍであるので、第１の極大値における視野角αは、
【００６３】
一方、第１の極小値における視野角βは、
【００６４】
次いで、得られたα＝２９．９５°とβ＝４２．８７°を、既知のλ＝５８９ｎｍ及びｎ＝１．５５７２とともに、上記の（４）式に代入すると、
ｄ≒１９８６ｎｍ
となり、想定膜厚である２０００ｎｍとの誤差は０．７％〔＝（２０００−１９８６）／２０００＝１４／２０００〕であった。
【００６５】
次に、図１１乃至図１４を参照して、中心軸以外の一般の点の膜厚の求め方を説明する。
図１１参照
図１１に示すように、レンズ１９の主点から移動ステージ１４に垂直に下ろした点をＯ、移動ステージ１４のスキャンによって点Ｏを通過する線を中心線とすると、測定対象の点Ｐ２ から中心線に垂線を下ろした点Ｐ２ ′と、Ｏとの距離をＬ、Ｐ２ から中心線までの距離をＷとする。
なお、左に向かう方向をＬの、奥に向かう方向をＷのプラス方向に取る。
【００６６】
この場合もＣＣＤカメラ１２の高さＨは同様にＨ＝４４０ｍｍとし、ｄ＝１５０ｍｍの位置の点Ｐ２ においてレジスト膜の膜厚が２１００ｎｍであると想定して反射光強度と位置の関係のデータを作成した。
なお、この場合も同様に実際の状況を想定して、データに±１％のランダムノイズを付加し、さらに８ｂｉｔに丸めたところ、図１２乃至図１４に表として示すデータが得られた。
なお、図１２乃至図１４における距離Ｌは、原点Ｏから中心線における点Ｄまでの距離を示している。
【００６７】
図１２乃至図１４参照
この得られたデータ列に対して、ピーク検出を掛けたところ、第１の極大値がＬ＝３７０．２１ｍｍの位置、第１の極小値がＬ＝２０３．６７ｎｍの位置であることが検出された。
【００６８】
ここで、点Ｐ２ の視野角θは、
θ＝ｔａｎ−１（Ｌ′／Ｈ）
で求められ、ここで、Ｌ′＝（Ｌ２ ＋Ｗ２ ）１／２ であり、また、Ｈ＝４４０ｍｍであるので、第１の極大値における視野角αは、
【００６９】
一方、第１の極小値における視野角βは、
【００７０】
次いで、得られたα＝４２．２３°とβ＝２９．８９°を、既知のλ＝５８９ｎｍ及びｎ＝１．５５７２とともに、上記の（４）式に代入すると、
ｄ≒２０８８ｎｍ
となり、想定膜厚である２１００ｎｍとの誤差は０．６％〔＝（２１００−２０８８）／２０００＝１２／２０００〕であった。
【００７１】
以上のような変換を全ての点Ｐに適用することで、パネル全面に渡るレジスト膜の膜厚の２次元分布を最低でも３％の精度で得ることができる。
【００７２】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態においては受光装置としてＣＣＤ型のエリアセンサを用いているが、ＣＭＯＳ型或いはＭＯＳ型のエリアセンサを用いても良いものである。
【００７３】
また、上記の実施の形態において設定したカメラの傾斜角、設置高さＨ、画像を取り込む視野角は単なる一例であり、使用するカメラの解像度や、使用するレンズの開口数に応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００７４】
また、上記実施の形態においては、取得した反射光強度の変動波形から一対の隣接する極大値と極小値とを用いて膜厚を求めているが、このような方法に限られるものではなく、例えば、極大値及び極小値の組を複数取得して、それぞれの組から算出される膜厚の平均を取っても良いものであり、この方法を採用することによって、角度検出のバラつきを抑制することができる。
【００７５】
或いは、実測によって得られた変動波形と理論的に求めた角度−輝度相関曲線とをフィッティングして、膜厚だけではなく屈折率や吸収係数などの光学定数を求めることもできるものであり、演算時間と測定目的に応じて、最適な方法を選択するようにする。
【００７６】
また、上記の実施の形態においては、液晶パネルにおけるレジスト膜の膜厚の取得方法として説明しているが、レジスト膜に限られるものではなく、各種の薄膜の膜厚の測定に適用されるものであり、光源となる波長に対して透明或いは半透明であれば良く、例えば、サイドライト方式のバックライト或いはサイドライト方式のフロントライトにおける導光板の光出射面に設ける反射防止膜の成膜に工程にも適用されるものである。
【００７７】
また、本発明は、液晶パネルに限られるものではなく、プラズマ表示装置等の他の表示装置における成膜工程、或いは、半導体装置等の各種のデバイスの製造工程における各種の成膜工程にも適用されるものである。
【００７８】
さらには、本発明は特定の装置の成膜工程に限られるものではなく、表面が平坦な基板にミクロン〜サブミクロンオーダの薄膜を成膜する全ての成膜工程に適用されるものである。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、一般的なＣＣＤカメラ等のエリアセンサ型のイメージセンサを用いて大面積の画像を一括して取得しているので、測定を簡単に且つ高速で行うことができ、また、分光器などの特殊な測定器を必要としないので装置構成を簡素化することができ、ひいては、大型画像表示装置等の低コスト化・高表示品質化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に用いる膜厚取得装置の概念的構成図である。
【図３】ＣＣＤカメラと測定パネルの位置関係の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態における画像処理過程の説明図である。
【図５】位置ｎ＋１、位置ｎ、及び、位置ｎ−１における画像の説明図である。
【図６】角度−反射光強度相関の取得方法の説明図である。
【図７】具体的測定方法における中心線にある点Ｐ１ を測定する場合の位置関係の説明図である。
【図８】Ｌ＝１１６．８〜２７３．６ｎｍにおける反射光強度の説明図である。
【図９】Ｌ＝２７５．２〜４３２．０ｎｍにおける反射光強度の説明図である。
【図１０】Ｌ＝４３３．６〜５２３．２ｎｍにおける反射光強度の説明図である。
【図１１】具体的測定方法における点Ｐ２ を測定する場合の位置関係の説明図である。
【図１２】Ｌ＝１１６．８〜２７３．６ｎｍにおける反射光強度の説明図である。
【図１３】Ｌ＝２７５．２〜４３２．０ｎｍにおける反射光強度の説明図である。
【図１４】Ｌ＝４３３．６〜５２３．２ｎｍにおける反射光強度の説明図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 被膜
３ 光源
４ 照射光
５ 反射光
６ 受光装置
１１ 面光源
１２ ＣＣＤカメラ
１３ 測定パネル
１４ 移動ステージ
１５ レール
１６ モータ
１７ トリガ信号線
１８ バンドパスフィルタ
１９ レンズ
Claims (5)
- 単色或いはフィルタにより単色化した光源のいずれかの光源からの照射光を測定対象物である基板上に設けた被膜に入射させ、前記被膜からの干渉を起こした反射光を、前記被膜の主面に対する前記照射光の入射角をステップ的に変化させながら受光装置により測定し、測定した反射光の受光強度の変動における極大値と極小値を取る照射光の入射角から前記被膜の膜厚を取得することを特徴とする膜厚取得方法。
- 上記測定した反射光の受光強度の変動と予め取得した既知の薄膜の膜厚における反射光の受光強度の変動とのフィッティングを行うことによって上記薄膜の膜厚を取得することを特徴とする請求項１記載の膜厚取得方法。
- 上記受光装置として、エリアセンサタイプのイメージセンサを用いて、視野角―反射光強度の関係を高速に取得して上記薄膜の膜厚の２次元分布を得ることを特徴とする請求項１または２に記載の膜厚取得方法。
- 上記被膜を設けた基板を、上記イメージセンサの１ピクセルに対応する距離だけステップ的に移動しながら反射光強度を測定することを特徴とする請求項３記載の膜厚取得方法。
- 上記ステップ的に連続して取得した反射光の受光強度の内、所定の入射角における受光強度分布を、前記各入射角毎に求め、上記基板上における上記イメージセンサの１ピクセルに対応する大きさの同じ位置における視野角―反射光強度の関係から上記薄膜の膜厚の２次元分布を得ることを特徴とする請求項４記載の膜厚取得方法。
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