JP2001021324A - Thickness measuring apparatus of thin film - Google Patents

Thickness measuring apparatus of thin film

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JP2001021324A
JP2001021324A JP11195925A JP19592599A JP2001021324A JP 2001021324 A JP2001021324 A JP 2001021324A JP 11195925 A JP11195925 A JP 11195925A JP 19592599 A JP19592599 A JP 19592599A JP 2001021324 A JP2001021324 A JP 2001021324A
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康伸 田草
Junichi Tanaka
潤一 田中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the thickness of a thin film stably without being affected by partial inclination and vibration of a substrate. SOLUTION: This thickness measuring apparatus of a thin film includes a light source 1, a branching type optical fiber 2 which introduces a light from the light source 1 to a plurality of portions (two portions in this case) and receives reflected lights from a substrate 3 at the respective portions, a light limiting shutter 4 which cuts off selectively incident lights to be introduced to the plurality of portions of the substrate 3 and a plurality of reflected lights of the substrate 3, a spectroscope 5 which resolves the reflected light introduced by the optical fiber 2 in light intensity of each wavelength, and a computer 6 which analyzes the light intensity of each wavelength and calculates the thickness of a thin film. A halogen lamp having a wavelength region (400-850 nm) near to, e.g. a visible light wavelength region (400-800 nm) is used as the light source 1. Another lamp may be installed in the same light source chamber as the halogen lamp or in another light source chamber.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜の膜厚測定装
置に関する。特に、液晶表示装置や半導体装置を製造す
る際に、ガラス基板または半導体ウエハ基板などの基板
上に形成された各種薄膜の膜厚を測定する薄膜の膜厚測
定装置に関する。
The present invention relates to an apparatus for measuring the thickness of a thin film. In particular, the present invention relates to a thin film thickness measuring device for measuring the thickness of various thin films formed on a substrate such as a glass substrate or a semiconductor wafer substrate when manufacturing a liquid crystal display device or a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置や液晶表示装置などの
電子部品の製造において、プラズマプロセス法やスパッ
タ法などの薄膜形成技術が広く用いられている。この薄
膜形成技術によって形成された薄膜の各種特性を検出す
ることにより、薄膜を形成するための各種パラメータの
導出を行なったり、薄膜形成時の各種不具合を速やかに
検出することが行なわれている。
2. Description of the Related Art In recent years, thin film forming techniques such as a plasma process method and a sputtering method have been widely used in the manufacture of electronic components such as semiconductor devices and liquid crystal display devices. By detecting various characteristics of the thin film formed by the thin film forming technique, various parameters for forming the thin film are derived, and various problems at the time of forming the thin film are promptly detected.

【0003】特に、薄膜の膜厚は、薄膜の導電性または
絶縁性などの特性のみならず、薄膜の上層に形成される
配線膜などの断線や短絡不良などに影響をおよぼすた
め、製品の歩留まりや信頼性を左右する上で重要な管理
項目である。
In particular, the thickness of a thin film affects not only characteristics such as conductivity or insulating property of the thin film, but also disconnection or short-circuit failure of a wiring film formed on the thin film. And is an important management item in determining reliability.

【0004】従来、薄膜形成装置によって形成された薄
膜の膜厚を測定する場合、膜厚の測定に多大な時間が必
要であり、その測定装置も大掛かりなものとなるため、
オフラインでの測定が主であった。薄膜の膜厚を測定す
る手法として、直接薄膜の段差を測定する触針法やエリ
プソメータによる測定法など、様々な手法が用いられて
いる。
Conventionally, when measuring the film thickness of a thin film formed by a thin film forming apparatus, a great amount of time is required for measuring the film thickness, and the measuring apparatus becomes large-scale.
Off-line measurement was the main. As a method for measuring the thickness of a thin film, various methods such as a stylus method for directly measuring a step of a thin film and a measurement method using an ellipsometer are used.

【0005】図18は、エリプソメータを用いた膜厚測
定装置の概略構成を示している。薄膜測定装置は、偏光
子101および検光子102を含む。光源からの光は、
偏光子101によって偏光されてワークとなる薄膜形成
基板103上に照射される。基板103で反射された光
は、検光子102によって受光され、反射光の偏光状態
が検出器により検出される。検出器が入射光の偏光状態
と反射光の偏光状態とを比較することによって膜厚の光
学定数(屈折率、消衰係数)を求める。
FIG. 18 shows a schematic configuration of a film thickness measuring apparatus using an ellipsometer. The thin film measuring device includes a polarizer 101 and an analyzer 102. The light from the light source is
The light is irradiated onto the thin film forming substrate 103 which becomes a work after being polarized by the polarizer 101. The light reflected by the substrate 103 is received by the analyzer 102, and the polarization state of the reflected light is detected by the detector. An optical constant (refractive index, extinction coefficient) of the film thickness is obtained by a detector comparing the polarization state of incident light and the polarization state of reflected light.

【0006】しかし、図19に示すように、薄膜層10
4が金属などの配線パターン105を覆って、基板10
6上に形成されている場合には、その部分に微妙な凹凸
があるため上述した測定手法では膜厚の測定ができな
い。
However, as shown in FIG.
4 covers the wiring pattern 105 such as metal,
6, the film thickness cannot be measured by the above-described measuring method because there are fine irregularities in that portion.

【0007】そのため、配線パターン105などのない
特定の領域を選び、その領域上に成膜を行なったり、配
線パターンのないダミー基板上に成膜を行い、その薄膜
の任意の点の膜厚を測定する。そして、ダミー基板上の
薄膜の不具合がなくなるように成膜条件を決定し、その
成膜条件を実際の生産品に適用して同様の成膜がなされ
ていると仮定して生産を行っていた。
For this reason, a specific area without the wiring pattern 105 or the like is selected, and a film is formed on that area, or a film is formed on a dummy substrate without a wiring pattern, and the film thickness at an arbitrary point of the thin film is reduced. Measure. Then, the film forming conditions were determined so that the defect of the thin film on the dummy substrate was eliminated, and the film forming conditions were applied to an actual product, and the production was performed on the assumption that the same film was formed. .

【0008】また、基板上の凹凸の影響が少ない測定手
法として、光の干渉を利用した手法がある。この光干渉
法は、基板によって反射された光または基板を透過した
光の分光スペクトルを解析することにより薄膜の膜厚を
測定するものである。
[0008] As a measuring method in which the influence of irregularities on the substrate is small, there is a method utilizing light interference. This optical interferometry measures the thickness of a thin film by analyzing the spectrum of light reflected by a substrate or light transmitted through the substrate.

【0009】図20を参照して、光干渉法の一例を説明
する。光源から照射された光は、基板103によって反
射される。基板103の表面側に反射されるこの反射光
は、薄膜104の表面で反射する光と、薄膜104を
除いた基板103の本体部106の表面で反射する光
とが合成されたものである。
An example of the optical interference method will be described with reference to FIG. Light emitted from the light source is reflected by the substrate 103. The reflected light reflected on the surface side of the substrate 103 is a combination of light reflected on the surface of the thin film 104 and light reflected on the surface of the main body 106 of the substrate 103 excluding the thin film 104.

【0010】図21は、分光器によって検出された図2
0に示す反射光の波長と光強度との関係を示すグラフで
ある。このグラフは、横軸を反射光の波長とし、縦軸を
その光強度としている。光と光とが互いに干渉し
て、見かけ上反射光の波長に対して光強度に強弱が発生
する。この光の干渉は光と光との光路差によって発
生するため、薄膜104の膜厚および光の照射角などに
依存することとなり、グラフの波長−光強度の曲線形状
も薄膜104の膜厚によって変化する。したがって、グ
ラフの波長−光強度の曲線形状を解析することによって
薄膜104の膜厚を求めることができる。
FIG. 21 shows a graph of FIG. 2 detected by a spectroscope.
6 is a graph showing the relationship between the wavelength of reflected light and the light intensity shown in FIG. In this graph, the horizontal axis represents the wavelength of the reflected light, and the vertical axis represents the light intensity. The light and the light interfere with each other, and the intensity of the light apparently varies with respect to the wavelength of the reflected light. Since this light interference is caused by an optical path difference between light and light, it depends on the film thickness of the thin film 104, the irradiation angle of light, and the like. The wavelength-light intensity curve in the graph also depends on the film thickness of the thin film 104. Change. Therefore, the thickness of the thin film 104 can be obtained by analyzing the wavelength-light intensity curve shape of the graph.

【0011】図21に示すような波長−光強度の関係曲
線の解析手法として、ピーク・バレイ法と呼ばれる手法
がある。この手法は、波長−光強度の関係曲線において
光強度がピーク(図21のa点およびb点)となる波長
を求め、その関係式から薄膜の膜厚を求めるものであ
る。
As a method for analyzing a wavelength-light intensity relationship curve as shown in FIG. 21, there is a method called a peak valley method. In this method, a wavelength at which the light intensity has a peak (points a and b in FIG. 21) in a wavelength-light intensity relationship curve is obtained, and the film thickness of the thin film is obtained from the relational expression.

【0012】また、波長−光強度の関係曲線を用いた膜
厚測定法として、特開平5−10726号公報には、透
過光を利用した膜厚測定法の発明が開示されている。こ
の測定法では、光源とセンサとを用い、透過性の基板を
透過した光の波長−光強度の関係曲線を求める。また、
ピーク・バレイ法のように単に光強度がピークとなる波
長を求めるのではなく、その関係曲線が後述する理論式
から求めた波長−光強度の理論関係曲線に最も近づくよ
うに薄膜の膜厚および屈折率を変化させて、膜厚を測定
するものである。Tを薄膜の透過率、n′を薄膜の屈折
率、n′0を空気の屈折率、n′1を透明基板の屈折率、
0を光が空気中から薄膜に入射するときの振幅反射
率、r1を光が薄膜から透明基板に入射するときの振幅
反射率、δを光が薄膜中を進行する時の位相のずれ、δ
0を光が空気中から薄膜に入射するときの位相のずれ、
δ1を光が薄膜から透明基板に入射するときの位相のず
れとすると、次式の関係が成立つ。
As a film thickness measuring method using a wavelength-light intensity relationship curve, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-10726 discloses an invention of a film thickness measuring method using transmitted light. In this measuring method, a wavelength-light intensity relationship curve of light transmitted through a transparent substrate is obtained using a light source and a sensor. Also,
Rather than simply determining the wavelength at which the light intensity peaks as in the peak-valley method, the film thickness and thickness of the thin film so that the relationship curve is closest to the theoretical relationship curve of wavelength-light intensity determined from the theoretical formula described below. The film thickness is measured by changing the refractive index. Transmittance of the thin film to T, 'the refractive index of the thin film, n' n 0 the refractive index of air, n '1 the refractive index of the transparent substrate,
r 0 is the amplitude reflectance when light enters the thin film from the air, r 1 is the amplitude reflectance when light enters the transparent substrate from the thin film, and δ is the phase shift when light travels through the thin film , Δ
0 is the phase shift when light enters the thin film from the air,
When light of [delta] 1 is a phase shift when entering the transparent substrate from the thin film, the following relation holds.

【0013】[0013]

【数3】 (Equation 3)

【0014】光が薄膜中を透過する時の位相のずれδ
は、薄膜の膜厚dと光の波長λとに依存するので、式
(1)から波長λと薄膜の透過率Tとの関係を求めるこ
とができる。したがって、薄膜の膜厚dと薄膜の屈折率
n′とを変化させて、式(1)から求められる波長−光
強度の理論関係曲線を、波長−光強度の測定関係曲線に
最も近づけ、そのときの薄膜の膜厚dと薄膜の屈折率
n′とを測定値とする。
The phase shift δ when light passes through the thin film
Depends on the thickness d of the thin film and the wavelength λ of the light, so that the relationship between the wavelength λ and the transmittance T of the thin film can be obtained from equation (1). Therefore, by changing the thickness d of the thin film and the refractive index n ′ of the thin film, the wavelength-light intensity theoretical relation curve obtained from the equation (1) is made closest to the wavelength-light intensity measurement relation curve. The thickness d of the thin film and the refractive index n ′ of the thin film at this time are measured values.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】図18に示すエリプソ
メータを用いた膜厚測定装置においては、基板103と
偏光子101および検光子102との位置関係が固定さ
れていなければならない。このため、基板103の上下
方向のずれ、傾斜または振動等がある場合、薄膜の膜厚
の測定が不可能になる。特にサイズが数百mm角以上と
大型で、かつ0.5〜1.1mm程度の薄型のガラス基
板を用いた液晶表示装置の製造ラインでは、基板の大き
なそり(部分傾斜)や振動などが生じる。このため、イ
ンラインで膜厚測定装置を用いるためには、部分傾斜や
振動の影響を受けないように、安定した大型のステージ
の設置が必要になる。また、偏光子101、検光子10
2および基板103の位置関係を精度良く設置して、光
軸を合わせ込む必要がある。そのため、基板103上の
複数箇所を同時に測定するのが困難であったり、インラ
インで限られたスペースに組込むことが不可能である。
In the film thickness measuring apparatus using the ellipsometer shown in FIG. 18, the positional relationship between the substrate 103, the polarizer 101 and the analyzer 102 must be fixed. For this reason, when there is vertical displacement, inclination, vibration, or the like of the substrate 103, it becomes impossible to measure the thickness of the thin film. In particular, in a production line of a liquid crystal display device using a thin glass substrate having a size of several hundred mm square or more and a thin glass substrate of about 0.5 to 1.1 mm, large warpage (partial inclination) and vibration of the substrate occur. . For this reason, in order to use the film thickness measuring apparatus in-line, it is necessary to install a stable large stage so as not to be affected by partial tilt or vibration. Further, the polarizer 101 and the analyzer 10
It is necessary to accurately set the positional relationship between the substrate 2 and the substrate 103 and align the optical axes. Therefore, it is difficult to measure a plurality of locations on the substrate 103 at the same time, or it is not possible to incorporate them in a limited space in-line.

【0016】また、上述したダミー基板上に成膜を行
い、その薄膜の任意の点の膜厚を測定する方法では、ダ
ミー基板に対する成膜を行なう工程が余分に必要とな
り、余分な膜厚測定処理が必要となる。このため、1つ
の製品に対する膜厚測定箇所を減少せざるを得なくな
る。よって、膜厚異常の見落としや、異常発見が遅れた
りすることにより、膨大な損害が生じる場合があった。
In the above-described method of forming a film on a dummy substrate and measuring the film thickness at an arbitrary point of the thin film, an extra step of forming a film on the dummy substrate is required. Processing is required. For this reason, the number of film thickness measurement locations for one product must be reduced. Therefore, an oversight of the thickness abnormality or a delay in finding the abnormality may cause enormous damage.

【0017】また、各種電子部品では、基板と薄膜との
間に配線やその他の金属膜などの微細なパターンが形成
されている。その影響をある程度小さくして膜厚を測定
する方法として、上述した光干渉法であるピーク・バレ
イ法が挙げられる。しかし、ピーク・バレイ法において
は、測定した波長域内に光強度のピークまたはバレイが
2つ以上存在しなければ、理論的に薄膜の膜厚測定が不
可能である。また、光強度のピークまたはバレイが2つ
以上存在する場合でも、ピークまたはバレイ付近の波長
域において、薄膜による光吸収が起こると、光強度のピ
ーク位置がずれる現象が起こる。このため、正確に膜厚
測定ができない。
Further, in various electronic components, fine patterns such as wiring and other metal films are formed between the substrate and the thin film. As a method of measuring the film thickness while reducing the influence to some extent, the peak valley method, which is the above-described optical interference method, can be mentioned. However, in the peak valley method, it is theoretically impossible to measure the thickness of a thin film unless two or more peaks or valleys of light intensity exist within the measured wavelength range. Even when two or more light intensity peaks or valleys exist, if light absorption by a thin film occurs in a wavelength region near the peak or valley, a phenomenon occurs in which the light intensity peak position shifts. Therefore, the film thickness cannot be measured accurately.

【0018】また、特開平5−10726号公報に開示
された膜厚測定法では、波長−光強度曲線の波形自体を
解析しているため、光強度のピークまたはバレイが2つ
以上なくても薄膜の膜厚測定が可能である。しかし、こ
の測定法では、薄膜の吸収係数を考慮していない。その
ため、測定波長域に薄膜の吸収がある場合には、薄膜の
吸収がない波長域に測定波長域をシフトさせる必要があ
る。したがって、複数の薄膜を測定する際に、波長域の
異なる多数の光源が必要となり、測定する薄膜の種類に
より光源を切換える機構が必要である。よって、膜厚測
定装置が大型化し、コストが高くなる。
In the film thickness measurement method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-10726, since the waveform itself of the wavelength-light intensity curve is analyzed, even if there are no more than two light intensity peaks or valleys. The thickness of a thin film can be measured. However, this measurement does not consider the absorption coefficient of the thin film. Therefore, when there is absorption of the thin film in the measurement wavelength region, it is necessary to shift the measurement wavelength region to a wavelength region where the thin film does not absorb. Therefore, when measuring a plurality of thin films, a large number of light sources having different wavelength ranges are required, and a mechanism for switching the light sources depending on the type of the thin film to be measured is required. Therefore, the thickness of the film thickness measuring device increases, and the cost increases.

【0019】また、広範な波長域の光照射とそれに対す
る解析とが必要なため、膜厚測定に時間がかかる。さら
に、透過性の基板のみを対象としているため、不透明基
板であったり、配線などの遮光膜が薄膜と基板との間に
形成されている場合には、薄膜の膜厚測定が困難であっ
たり測定精度が落ちたりする。
Further, since it is necessary to irradiate light in a wide wavelength range and to analyze the light, it takes time to measure the film thickness. Furthermore, since only a transparent substrate is targeted, it is difficult to measure the thickness of a thin film when the substrate is an opaque substrate or when a light-shielding film such as wiring is formed between the thin film and the substrate. Measurement accuracy may decrease.

【0020】さらにまた、基板、光源およびセンサの位
置関係が固定されていなければならない。基板に上下方
向のずれ、傾斜または振動などがある場合には、光路が
振れたりする。このため、正確に膜厚を測定することが
困難である。特にサイズが数百mm角以上と大型で、か
つ0.5〜1.1mm程度の薄型のガラス基板を用いた
液晶表示装置の製造ライン中では、基板の大きなそり
(部分傾斜)や振動などが生じる。このため、インライ
ンで膜厚測定を行なうためには、部分傾斜や振動の影響
を受けないように安定した大型のステージの設置が必要
になる。このため、膜厚測定装置が大型化する。しか
も、基板およびセンサの位置関係を精度良くして光軸を
合わせ込む必要がある。このため、基板内の複数箇所を
同時に測定するのが困難であったり、センサをインライ
ンで限られたスペースに組込むことが不可能である。
Further, the positional relationship between the substrate, the light source and the sensor must be fixed. If the substrate has vertical displacement, inclination, vibration, or the like, the optical path may fluctuate. Therefore, it is difficult to accurately measure the film thickness. Particularly, in a production line of a liquid crystal display device using a thin glass substrate having a size of several hundred mm square or more and having a thickness of about 0.5 to 1.1 mm, large warpage (partial inclination) or vibration of the substrate may occur. Occurs. Therefore, in order to measure the film thickness in-line, it is necessary to install a large stage that is stable so as not to be affected by partial tilt or vibration. For this reason, the film thickness measuring device becomes large. In addition, it is necessary to align the optical axis with the positional relationship between the substrate and the sensor accurately. For this reason, it is difficult to simultaneously measure a plurality of locations in the substrate, and it is impossible to incorporate the sensor in a limited space in-line.

【0021】センサを移動させながら複数箇所の膜厚を
測定することも考えられるが、光軸を高精度に維持しつ
つ、高速移動させるのは困難である。このため、測定時
間がかかる。
Although it is conceivable to measure the film thickness at a plurality of locations while moving the sensor, it is difficult to move the sensor at a high speed while maintaining the optical axis with high precision. Therefore, measurement time is required.

【0022】また、特開平5−10726号公報に開示
された発明は、透過光を利用した測定法であるため、基
板を挟んだ両側に光源とセンサとが設置される。このた
め、インラインで使用する際に、基板と光源またはセン
サとの間の距離が近すぎる場合には、基板の振動や位置
ずれにより、基板と光源またはセンサとが接触し、基板
が割れたり、傷ついたりする。
Further, the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 5-10726 is a measurement method using transmitted light, so that a light source and a sensor are provided on both sides of a substrate. Therefore, when the distance between the substrate and the light source or the sensor is too short when using in-line, the substrate may come into contact with the light source or the sensor due to the vibration or displacement of the substrate, and the substrate may be broken, It gets hurt.

【0023】また、透過光を利用して薄膜を測定するた
め、基板上に一定の面積率で反射膜が形成されている部
分では、光が透過しにくいため、測定が困難であるとい
う問題がある。
In addition, since a thin film is measured by using transmitted light, light is difficult to transmit in a portion where a reflective film is formed at a constant area ratio on a substrate, so that measurement is difficult. is there.

【0024】さらに、基板上に多層の薄膜が形成されて
いる場合には、それぞれの薄膜の吸収係数を考慮しなけ
れば各薄膜を正確に算出することができない。下層のガ
ラス基板上に一定の面積率でパターン形成された凹凸の
反射膜があり、かつ多層膜のそれぞれの境界面でも光の
反射および屈折が行なわれる場合には、反射光と屈折光
とが、複雑に分布する。このため、透過光の分布が複雑
となり、薄膜の膜厚の測定が困難であるという問題があ
る。
Further, when a multilayer thin film is formed on a substrate, each thin film cannot be accurately calculated unless the absorption coefficient of each thin film is taken into consideration. When there is an uneven reflective film patterned at a constant area ratio on the lower glass substrate, and when light is reflected and refracted at each boundary surface of the multilayer film, the reflected light and the refracted light are not reflected. , Complexly distributed. For this reason, there is a problem in that the distribution of transmitted light becomes complicated and it is difficult to measure the thickness of the thin film.

【0025】本発明は、上述の課題を解決するためにな
されたもので、本発明の目的は、基板の部分的な傾斜や
振動の影響を受けることなく安定に薄膜の膜厚測定がで
きる薄膜の膜厚測定装置を提供することである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a thin film capable of stably measuring the thickness of a thin film without being affected by partial inclination or vibration of a substrate. To provide a film thickness measuring device.

【0026】本発明の他の目的は、インラインで限られ
たスペースに組込むことができる薄膜の膜厚測定装置を
提供することである。
Another object of the present invention is to provide a thin film thickness measuring apparatus which can be incorporated in a limited space in-line.

【0027】本発明のさらに他の目的は、薄膜の種類や
構造に関係になく、薄膜の膜厚測定を行なうことができ
る薄膜の膜厚測定装置を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a thin film thickness measuring apparatus capable of measuring a thin film thickness regardless of the type and structure of the thin film.

【0028】本発明のさらに他の目的は、高精度かつ短
時間で膜厚測定ができる薄膜の膜厚測定装置を提供する
ことである。
Still another object of the present invention is to provide a thin film thickness measuring apparatus capable of measuring a film thickness with high accuracy and in a short time.

【0029】本発明のさらに他の目的は、基板上に一定
の面積率で反射膜が形成されている部分であっても、高
精度で薄膜の膜厚測定ができる薄膜の膜厚測定装置を提
供することである。
Still another object of the present invention is to provide a thin film thickness measuring apparatus capable of measuring a thin film thickness with high accuracy even in a portion where a reflective film is formed at a constant area ratio on a substrate. To provide.

【0030】本発明のさらに他の目的は、基板上に多層
の薄膜が形成されている場合であっても、各層の薄膜の
膜厚を高精度に測定可能な薄膜の膜厚測定装置を提供す
ることである。
Still another object of the present invention is to provide a thin film thickness measuring apparatus capable of measuring the thickness of a thin film of each layer with high accuracy even when a multilayer thin film is formed on a substrate. It is to be.

【0031】[0031]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
係る薄膜の膜厚測定装置は、少なくとも約220nmか
ら850nmの波長域を有する光源と、光源からの光を
導き、基板上に形成された薄膜に対して照射する照射手
段と、薄膜または基板からの反射光を受光する受光手段
と、受光手段で受光された反射光を波長ごとに分光する
分光手段と、分光手段で分光された約220nmから8
50nmの波長域内の反射光の強度に基づいて、薄膜の
膜厚を算出する算出手段とを含む。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring the thickness of a thin film, comprising: a light source having a wavelength range of at least about 220 nm to 850 nm; Irradiating means for irradiating the irradiated thin film, light receiving means for receiving light reflected from the thin film or the substrate, spectral means for spectrally dividing the reflected light received by the light receiving means for each wavelength, and spectral light by the spectral means. About 220nm to 8
Calculating means for calculating the thickness of the thin film based on the intensity of the reflected light in the wavelength range of 50 nm.

【0032】薄膜の境界部分における反射光を利用して
薄膜の膜厚測定を行なう。このため、ガラスなどの透明
な基板であっても、シリコンなどの不透明な基板であっ
ても、薄膜の膜厚測定ができ、広範な製品に対する薄膜
の膜厚測定ができる。また、少なくとも約220nmか
ら850nmの波長域に対する反射光強度に対して膜厚
が測定される。このため、最大2つのランプ(ハロゲン
ランプおよび重水素ランプ)での膜厚測定が可能とな
る。また、少なくとも約220nmから850nmの波
長域の反射光強度の解析により、液晶表示装置、半導体
装置およびイメージセンサなどの多くの電子部品に一般
的に使用されているITO(indium tin oxide)膜、窒
化シリコン膜、アモルファスシリコン膜およびn+型ア
モルファスシリコン膜などの大半の単層膜やこれらの膜
により構成される多層膜の膜厚測定が可能となる。この
ため、薄膜の種類や構造に関係になく、薄膜の膜厚測定
を行なうことができるようになる。
The thickness of the thin film is measured using the reflected light at the boundary of the thin film. Therefore, the thickness of the thin film can be measured on a transparent substrate such as glass or an opaque substrate such as silicon, and the thickness of the thin film can be measured for a wide range of products. In addition, the film thickness is measured at least for the reflected light intensity in the wavelength range of about 220 nm to 850 nm. For this reason, it is possible to measure the film thickness with up to two lamps (a halogen lamp and a deuterium lamp). In addition, by analyzing the reflected light intensity in at least the wavelength range of about 220 nm to 850 nm, an ITO (indium tin oxide) film generally used for many electronic parts such as a liquid crystal display device, a semiconductor device and an image sensor, It is possible to measure the thickness of most single-layer films such as a silicon film, an amorphous silicon film, and an n + -type amorphous silicon film, and a multilayer film composed of these films. Therefore, regardless of the type and structure of the thin film, the thickness of the thin film can be measured.

【0033】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明の構成に加えて、照射手段は、光源からの光を導
き、基板上に形成された薄膜に対して照射する光ファイ
バを含み、受光手段は、基板からの反射光を受光し、受
光した反射光を分光手段に導く光ファイバを含む。
According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the irradiating means guides the light from the light source and irradiates the thin film formed on the substrate with the optical fiber. And the light receiving means includes an optical fiber that receives the reflected light from the substrate and guides the received reflected light to the spectroscopic means.

【0034】光ファイバのみで照射手段および受光手段
を構成できる。このため、薄膜の膜厚測定装置を小型化
することができ、既存または新規であってもラインの空
きスペース等を利用して容易に組込むことができる。
The irradiating means and the light receiving means can be constituted only by the optical fiber. For this reason, the thin film thickness measuring device can be downsized, and even if it is an existing or new one, it can be easily incorporated by utilizing an empty space in the line.

【0035】請求項3に記載の発明は、請求項1または
2に記載の発明の構成に加えて、光源は、同一の筐体内
に設けられた、波長域の異なる複数のランプを含む。
According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, the light source includes a plurality of lamps provided in the same housing and having different wavelength ranges.

【0036】複数のランプを同一の筐体内に設けること
により、それぞれ個別の筐体内に設ける場合に比べ、基
板へ照射する光の切換が簡単になり、光源から光を導く
照射手段の構造を簡単にすることができる。このため、
薄膜の膜厚測定装置を小型化することができる。
By arranging a plurality of lamps in the same housing, switching of the light to be applied to the substrate is simplified as compared with the case where the lamps are provided in individual housings, and the structure of the irradiating means for guiding light from the light source is simplified. Can be For this reason,
A thin film thickness measuring device can be miniaturized.

【0037】請求項4に記載の発明は、請求項1または
2に記載の発明の構成に加えて、光源は、それぞれ異な
る筐体内に設けられた、波長域の異なる複数のランプを
含む。
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, the light source includes a plurality of lamps provided in different housings and having different wavelength ranges.

【0038】請求項5に記載の発明は、請求項3または
4に記載発明の構成に加えて、複数のランプは、重水素
ランプおよびハロゲンランプを含む。
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the constitution of the third or fourth aspect, the plurality of lamps include a deuterium lamp and a halogen lamp.

【0039】請求項6に記載の発明は、請求項3〜5の
いずれかに記載の発明の構成に加えて、複数のランプ
は、それぞれ独立に点灯可能である。
According to a sixth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the third aspect, the plurality of lamps can be turned on independently.

【0040】複数のランプをそれぞれ独立に点灯させる
ことにより、ランプの点灯の組合わせを変化させ、様々
な波長域を有する光を薄膜に対して照射することができ
る。よって、薄膜の材質に応じて適切な波長域の光を選
択することにより、薄膜の膜厚測定を適切に行なうこと
ができる。
By independently lighting a plurality of lamps, the combination of lighting of the lamps can be changed, and light having various wavelength ranges can be irradiated to the thin film. Therefore, by selecting light in an appropriate wavelength range according to the material of the thin film, it is possible to appropriately measure the thickness of the thin film.

【0041】請求項7に記載の発明は、請求項1または
2に記載の発明の構成に加えて、光源は、少なくとも約
400nmから850nmの波長域を有するハロゲンラ
ンプであり、算出手段は、分光手段で分光された約40
0nmから850nmの波長域内の反射光の強度に基づ
いて、基板の薄膜の膜厚を算出する。
According to a seventh aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, the light source is a halogen lamp having a wavelength range of at least about 400 nm to 850 nm, and the calculating means includes a spectrometer. About 40 spectroscopy by means
The thickness of the thin film on the substrate is calculated based on the intensity of the reflected light in the wavelength range from 0 nm to 850 nm.

【0042】1つのハロゲンランプのみを用いて薄膜の
膜厚測定が可能となる。このため、薄膜の膜厚測定装置
を小型化することができる。また、400nmから85
0nmの波長域の反射光強度の解析により、液晶表示装
置、半導体装置およびイメージセンサなどの多くの電子
部品に一般的に使用されている窒化シリコン膜、アモル
ファスシリコン膜およびn+型アモルファスシリコン膜
などの多数の単層膜の膜厚を測定することができる。ま
た、これらの膜の多層膜であっても膜厚測定が可能とな
る。このため、薄膜の種類や構造に関係になく、薄膜の
膜厚測定を行なうことができるようになる。
It is possible to measure the thickness of a thin film using only one halogen lamp. Therefore, it is possible to reduce the size of the thin film thickness measuring device. In addition, from 400 nm to 85
By analyzing the reflected light intensity in the wavelength range of 0 nm, silicon nitride film, amorphous silicon film, n + type amorphous silicon film, etc., which are generally used for many electronic components such as liquid crystal display devices, semiconductor devices and image sensors Can be measured. In addition, the film thickness can be measured even with a multilayer film of these films. Therefore, regardless of the type and structure of the thin film, the thickness of the thin film can be measured.

【0043】請求項8に記載の発明は、請求項1〜7の
いずれかに記載の発明の構成に加えて、照射手段は、基
板に対してほぼ垂直に光を照射する位置に配設され、受
光手段は、基板に対してほぼ垂直に反射された光を受光
する位置に配設される。
According to an eighth aspect of the present invention, in addition to the configuration of any one of the first to seventh aspects, the irradiating means is provided at a position for irradiating the substrate with light substantially perpendicularly. The light receiving means is provided at a position for receiving light reflected substantially perpendicularly to the substrate.

【0044】照射手段および受光手段を基板に対してそ
れぞれほぼ垂直に設けることにより、照射手段および受
光手段を一体化して既存ラインの空きスペースなどに組
込むことが可能となる。また、光の入射角がほぼ直角で
あることより、反射光の光路ずれが少なくなる。このた
め、基板の振動や傾斜、基板と照射手段および受光手段
との間の距離などに影響されることなく薄膜の膜厚測定
が可能となる。
By providing the irradiating means and the light receiving means substantially perpendicularly to the substrate, the irradiating means and the light receiving means can be integrated and incorporated into an empty space of an existing line. Further, since the incident angle of the light is substantially a right angle, the optical path deviation of the reflected light is reduced. Therefore, the thickness of the thin film can be measured without being affected by the vibration and inclination of the substrate, the distance between the substrate and the irradiation means and the light receiving means, and the like.

【0045】請求項9に記載の発明は、請求項8に記載
の発明の構成に加えて、照射手段は、光源からの光を導
き、基板上に形成された薄膜に対してほぼ垂直に光を照
射する1つの光ファイバを含み、受光手段は、光ファイ
バの周囲にそれぞれ配置され、基板からの反射光をそれ
ぞれ受光する複数の光ファイバを含む。
According to a ninth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the eighth aspect of the present invention, the irradiating means guides light from a light source and makes the light substantially perpendicular to the thin film formed on the substrate. And the light receiving means includes a plurality of optical fibers respectively disposed around the optical fibers and receiving the reflected light from the substrate.

【0046】基板が傾いていたとしても、軸対象に光照
射が行なわれ、反射光が複数の光ファイバのいずれかで
受光される。このため、基板の傾きに影響されることな
く薄膜の膜厚測定を行なうことができる。
Even if the substrate is tilted, the axis is illuminated with light and the reflected light is received by any of the plurality of optical fibers. Therefore, the thickness of the thin film can be measured without being affected by the inclination of the substrate.

【0047】請求項10に記載の発明は、請求項8に記
載の発明の構成に加えて、受光手段は、基板に対してほ
ぼ垂直に反射された光を受光する位置に配置された1つ
の光ファイバを含み、照射手段は、光ファイバの周囲に
それぞれ配置され、光源からの光を導き、基板上に形成
された薄膜に対してほぼ垂直に光をそれぞれ照射する複
数の光ファイバを含む。
According to a tenth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the eighth aspect, the light receiving means is provided at a position for receiving the light reflected substantially perpendicular to the substrate. The irradiating means includes an optical fiber, and the irradiating means includes a plurality of optical fibers respectively arranged around the optical fiber, for guiding light from the light source, and irradiating the light substantially perpendicularly to the thin film formed on the substrate.

【0048】基板が傾いていたとしても、軸対象に複数
の光ファイバより照射された光のうちのいずれかの反射
光が、複数の光ファイバの中心に位置する1つの光ファ
イバで受光される。このため、基板の傾きに影響される
ことなく薄膜の膜厚測定を行なうことができる。
Even if the substrate is tilted, any one of the lights radiated from the plurality of optical fibers to the axial object is received by one optical fiber located at the center of the plurality of optical fibers. . Therefore, the thickness of the thin film can be measured without being affected by the inclination of the substrate.

【0049】請求項11に記載の発明は、請求項9また
は10に記載の発明の構成に加えて、1つの光ファイバ
および複数の光ファイバは同一径を有する円柱構造の光
ファイバであり、複数の光ファイバは、6つの光ファイ
バを含む。
According to an eleventh aspect of the present invention, in addition to the configuration of the ninth or tenth aspect, one optical fiber and the plurality of optical fibers are columnar optical fibers having the same diameter. Include six optical fibers.

【0050】すべての光ファイバが円柱構造である。こ
のため、外部から圧力をかけるだけで簡単に光ファイバ
の被膜をはがすことができる。また、1つの光ファイバ
の周囲に6つの光ファイバを並べるだけで照射手段およ
び受光手段を組立てることができる。このため、最適な
光ファイバの位置決めを容易に行なうことができる。
All the optical fibers have a cylindrical structure. Therefore, the coating of the optical fiber can be easily removed only by applying pressure from the outside. Further, the irradiation means and the light receiving means can be assembled simply by arranging six optical fibers around one optical fiber. Therefore, optimal positioning of the optical fiber can be easily performed.

【0051】請求項12に記載の発明は、請求項1〜1
1のいずれかに記載の発明の構成に加えて、算出手段
は、基板の屈折率をn0、薄膜の屈折率をn1、空気の屈
折率をn2、光の波長をλ、薄膜の吸収係数をk、およ
び光の波長λにおける光の反射強度をRとすると、分光
手段で分光された反射光の強度に基づいて、式(2)〜
式(7)によって薄膜の膜厚dを算出する。
The twelfth aspect of the present invention relates to the first to first aspects.
In addition to the configuration of the invention according to any one of the first to third aspects, the calculating means may further include: a refractive index of the substrate n 0 , a refractive index of the thin film n 1 , a refractive index of air n 2 , a wavelength of light λ, and a thin film Assuming that the absorption coefficient is k and the reflection intensity of light at the wavelength λ of light is R, the expressions (2) to
The thickness d of the thin film is calculated by the equation (7).

【0052】[0052]

【数4】 (Equation 4)

【0053】式(2)は薄膜の吸収係数kを考慮した式
となっている。このため、光が吸収される波長域であっ
ても薄膜の膜厚測定ができるなど、光源の波長域を制限
することなく、高精度かつ短時間で膜厚測定ができる。
よって、ラインのタクトを落とすことなく、薄膜の膜厚
測定が可能となり、インラインでの使用が可能となる。
Equation (2) is an equation taking into account the absorption coefficient k of the thin film. Therefore, the film thickness of a thin film can be measured even in the wavelength range where light is absorbed, and the film thickness can be measured with high accuracy and in a short time without limiting the wavelength range of the light source.
Therefore, the film thickness of the thin film can be measured without reducing the tact of the line, and the in-line use is possible.

【0054】請求項13に記載の発明は、請求項1〜1
1のいずれかに記載の発明の構成に加えて、算出手段
は、基板の屈折率をn0、基板からp層目の薄膜の屈折
率をn(p)、空気の屈折率をn(p+1)、光の波長
をλ、p層目の薄膜の吸収係数をk(p)とすると、分
光手段で分光された反射光の強度に基づいて、式(8)
〜式(12)によってp層目の薄膜の膜厚d(p)を算
出する。
The thirteenth aspect of the present invention relates to the first to first aspects.
In addition to the configuration of the invention described in any one of the above, in addition to the configuration of the invention described above, the calculating means sets the refractive index of the substrate to n 0 , the refractive index of the p-th layer from the substrate to n (p), and the refractive index of air to n (p + 1) ), Where λ is the wavelength of light and k (p) is the absorption coefficient of the thin film of the p-th layer, the expression (8)
The thickness d (p) of the thin film of the p-th layer is calculated by Expression (12).

【0055】[0055]

【数5】 (Equation 5)

【0056】式(8)は、各層の薄膜の吸収係数k
(p)を考慮した式となっている。このため、光が吸収
される波長域であっても多層膜からなる薄膜の膜厚測定
ができるなど、光源の波長域を制限することなく、高精
度かつ短時間で膜厚測定ができる。このため、ラインの
タクトを落とすことなく、薄膜の膜厚測定が可能とな
り、インラインでの使用が可能となる。
Equation (8) gives the absorption coefficient k of the thin film of each layer.
The equation takes into account (p). Therefore, the film thickness can be measured with high accuracy and in a short time without limiting the wavelength range of the light source, such as measuring the thickness of a thin film composed of a multilayer film even in the wavelength range where light is absorbed. For this reason, the film thickness of the thin film can be measured without reducing the tact of the line, and the in-line use is possible.

【0057】請求項14に記載の発明は、請求項1〜1
3のいずれかに記載の発明の構成に加えて、薄膜は、透
明導電膜を含み、基板は、反射膜がコーティングされた
基板である。
The invention according to claim 14 is the invention according to claims 1 to 1.
In addition to the configuration of the invention described in any one of 3 above, the thin film includes a transparent conductive film, and the substrate is a substrate coated with a reflective film.

【0058】膜厚測定対象となっている薄膜の下層に屈
折率の近似した薄膜が存在していても、測定対象の薄膜
の下層に反射膜を設けることにより、屈折率の近似した
薄膜の影響を受けることなく、薄膜の測定を正確に行な
うことができる。
Even if a thin film having an approximate refractive index exists under the thin film whose thickness is to be measured, the influence of the thin film having an approximate refractive index can be obtained by providing a reflective film below the thin film to be measured. The measurement of the thin film can be accurately performed without receiving the influence.

【0059】請求項15に記載の発明は、請求項14に
記載の発明の構成に加えて、反射膜は、膜厚測定対象領
域の面積の0%より大きく50%以下の面積を有し、算
出手段は、反射膜での反射を無視して薄膜の膜厚を算出
する。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fourteenth aspect, the reflective film has an area of more than 0% and 50% or less of the area of the film thickness measurement region, The calculating means calculates the thickness of the thin film ignoring the reflection on the reflective film.

【0060】本願発明の発明者は、着目する層の下層は
すべてガラス基板などからなる透過性基板であると仮定
して薄膜の膜厚測定を行なうと、薄膜の膜厚測定を正確
に行なうことができることを実験的に確認した。
The inventor of the present invention has assumed that the thickness measurement of a thin film can be performed accurately by assuming that the lower layer of the layer of interest is all a transparent substrate such as a glass substrate. Was confirmed experimentally.

【0061】請求項16に記載の発明は、請求項14に
記載の発明の構成に加えて、反射膜は、膜厚測定対象領
域の面積の50〜100%の面積を有し、算出手段は、
下層の薄膜への光透過の影響を無視して薄膜の膜厚を測
定する。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the fourteenth aspect, the reflection film has an area of 50 to 100% of the area of the film thickness measurement target area, ,
The thickness of the thin film is measured ignoring the effect of light transmission to the lower thin film.

【0062】本願発明の発明者は、着目する層がITO
層などの透明導電膜であり、ITO層の下層にTaの反
射膜が形成されている場合には、ITO層の下層に一様
な反射膜があると仮定して薄膜の膜厚測定を行なうと、
薄膜の膜厚測定を正確に行なうことができることを実験
的に確認した。
The inventor of the present invention claimed that the layer of interest was ITO
If the film is a transparent conductive film such as a layer and a reflective film of Ta is formed under the ITO layer, the thickness of the thin film is measured on the assumption that there is a uniform reflective film under the ITO layer. When,
It was experimentally confirmed that the thickness of the thin film could be accurately measured.

【0063】請求項17に記載の発明は、請求項14〜
16のいずれかに記載の発明の構成に加えて、反射膜
は、タンタル、チタニウム、アルミニウム、クロムまた
はモリブデンを主成分とする金属膜または合金膜であ
る。
According to the seventeenth aspect of the present invention,
In addition to the configuration of the invention according to any one of the sixteenth aspects, the reflection film is a metal film or an alloy film containing tantalum, titanium, aluminum, chromium, or molybdenum as a main component.

【0064】これらの材料は、半導体装置や液晶表示装
置などに一般的に使用される材料である。このため、着
目する薄膜の下層の反射膜として使用することにより、
反射膜を新たに形成するための材料や工程が不要とな
る。
These materials are materials generally used for semiconductor devices and liquid crystal display devices. Therefore, by using it as the lower reflective film of the thin film of interest,
Materials and steps for newly forming a reflective film are not required.

【0065】[0065]

【発明の実施の形態】[実施の形態1]図1は、本発明
の実施の形態1における薄膜の膜厚測定装置の概略構成
を説明するための図である。この薄膜の膜厚測定装置
は、光源1と、光源1からの光を基板3上の複数箇所
(ここでは2箇所)に導き、それぞれの箇所における基
板3からの反射光を受光する分岐型光ファイバ2と、基
板3の複数箇所に導く入射光と、基板3の複数の反射光
とを選択的に遮断する光制限シャッタ4と、分岐型光フ
ァイバ2によって導かれた反射光を波長ごとの光強度に
分解する分光器5と、波長ごとの光強度を解析して薄膜
の膜厚を算出する計算機6とを含む。
[First Embodiment] FIG. 1 is a view for explaining a schematic configuration of a thin film thickness measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. This thin film thickness measuring device guides the light source 1 and the light from the light source 1 to a plurality of locations (here, two locations) on the substrate 3 and receives the reflected light from the substrate 3 at each location. The optical fiber 2, a light limiting shutter 4 for selectively blocking incident light guided to a plurality of portions of the substrate 3 and a plurality of reflected lights of the substrate 3, and a reflected light guided by the branched optical fiber 2 for each wavelength. It includes a spectroscope 5 for decomposing into light intensity and a calculator 6 for analyzing the light intensity for each wavelength to calculate the thickness of the thin film.

【0066】光源1には、たとえば可視光線波長域(4
00〜800nm)に近い波長域(400〜850n
m)を有するハロゲンランプのみを用いる。ただし、他
のランプをハロゲンランプと同一の光源室内または別の
光源室内に設け、同時に点灯させて使用したり、切換え
て点灯させて使用してもよい。また、分光器5等の光学
部品には、その波長域をカバーできる部品が使用され
る。
The light source 1 has, for example, a visible light wavelength range (4
Wavelength range (400 to 850n)
Only halogen lamps with m) are used. However, another lamp may be provided in the same light source room as the halogen lamp or in another light source room, and may be turned on and used at the same time, or may be switched on and used. In addition, for optical components such as the spectroscope 5, components capable of covering the wavelength range are used.

【0067】図2は、分岐型光ファイバ2の概略構成を
説明するための図である。この分岐型光ファイバ2は、
光源1からの光を基板3上に導く光ファイバ2aと、光
源1からの光を基板3上の測定点に導き、基板3上の
測定点からの反射光を分光器5へ導く光ファイバ2b
と、光源1からの光を基板3上の測定点に導き、基板
3上の測定点からの反射光を分光器5へ導く光ファイ
バ2cと、基板3上の測定点からの反射光および測定
点からの反射光を分光器5へ導く光ファイバ2dとを
含む。
FIG. 2 is a diagram for explaining a schematic configuration of the branch type optical fiber 2. This branch optical fiber 2
An optical fiber 2a for guiding light from the light source 1 onto the substrate 3; and an optical fiber 2b for guiding light from the light source 1 to a measurement point on the substrate 3 and guiding reflected light from the measurement point on the substrate 3 to the spectroscope 5.
And an optical fiber 2c that guides light from the light source 1 to a measurement point on the substrate 3 and guides reflected light from the measurement point on the substrate 3 to the spectroscope 5; An optical fiber 2d for guiding light reflected from a point to the spectroscope 5.

【0068】図3は、分岐型光ファイバ2をさらに詳細
に説明するための図である。光ファイバ2aは、2群の
光ファイバ2aaおよび2abを含む。光ファイバ2a
aは、光源1からの光を基板3上の測定点へ導く。光
ファイバ2abは、光源1からの光を基板3上の測定点
へ導く。
FIG. 3 is a diagram for explaining the branch type optical fiber 2 in more detail. The optical fiber 2a includes two groups of optical fibers 2aa and 2ab. Optical fiber 2a
a guides light from the light source 1 to a measurement point on the substrate 3. The optical fiber 2ab guides light from the light source 1 to a measurement point on the substrate 3.

【0069】光ファイバ2bは、2群の光ファイバ2b
aおよび2bbを含む。光ファイバ2baは、光源1か
らの光を基板3上の測定点へ導く。光ファイバ2bb
は、基板3上の測定点からの反射光を分光器5へ導
く。
The optical fiber 2b is composed of two groups of optical fibers 2b.
a and 2bb. The optical fiber 2ba guides light from the light source 1 to a measurement point on the substrate 3. Optical fiber 2bb
Guides the reflected light from the measurement point on the substrate 3 to the spectroscope 5.

【0070】光ファイバ2cは、2群の光ファイバ2c
aおよび2cbを含む。光ファイバ2caは、光源1か
らの光を基板3上の測定点へ導く。光ファイバ2cb
は、基板3上の測定点からの反射光を分光器5へ導
く。
The optical fiber 2c is composed of two groups of optical fibers 2c.
a and 2cb. The optical fiber 2ca guides light from the light source 1 to a measurement point on the substrate 3. Optical fiber 2cb
Guides the reflected light from the measurement point on the substrate 3 to the spectroscope 5.

【0071】光ファイバ2dは、2群の光ファイバ2d
aおよび2dbを含む。光ファイバ2daは、基板3上
の測定点からの反射光を分光器5へ導く。光ファイバ
2dbは、基板3上の測定点からの反射光を分光器5
へ導く。
The optical fiber 2d is composed of two groups of optical fibers 2d.
a and 2db. The optical fiber 2 da guides the reflected light from the measurement point on the substrate 3 to the spectroscope 5. The optical fiber 2db transmits the reflected light from the measurement point on the substrate 3 to the spectroscope 5.
Lead to.

【0072】図4は、光制限シャッタ4の概略構成を説
明するための図である。この光制限シャッタ4は、図3
に示す光ファイバ2bおよび2cのそれぞれの途中に設
けられている。すなわち、光ファイバ2aと2cとの接
続点(光ファイバ2dと2bとの接続点)2xと測定点
およびとの間にそれぞれ設けられている。光ファイ
バ2bの途中に設けられた光制限シャッタ4bは、その
開閉によって基板3上の測定点への入射光および測定
点からの反射光の通過および遮断の切換を制御する。
光ファイバ2cの途中に設けられた光制限シャッタ4c
は、その開閉によって基板3上の測定点への入射光お
よび測定点からの反射光の通過および遮断の切換を制
御する。光制限シャッタ4bおよび4cの一方を閉じ、
他方を開くことによって、基板3上の測定点および
からの反射光の一方のみを選択して分光器5に導くこと
が可能である。また、光制限シャッタ4bおよび4cを
同時に開くことによって、基板3上の測定点および
での膜厚の平均値を測定することも可能である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a schematic configuration of the light restricting shutter 4. As shown in FIG. This light restricting shutter 4 is shown in FIG.
Are provided in the middle of each of the optical fibers 2b and 2c. That is, it is provided between the connection point 2x between the optical fibers 2a and 2c (connection point between the optical fibers 2d and 2b) and the measurement point. The light limiting shutter 4b provided in the middle of the optical fiber 2b controls the switching between passing and blocking of incident light to the measuring point on the substrate 3 and reflected light from the measuring point by opening and closing.
Light limiting shutter 4c provided in the middle of optical fiber 2c
Controls switching between passing and blocking of incident light to the measuring point on the substrate 3 and reflected light from the measuring point by opening and closing. Closing one of the light limiting shutters 4b and 4c,
By opening the other, it is possible to select only one of the measurement points on the substrate 3 and the reflected light from the measurement point and guide it to the spectroscope 5. Further, by simultaneously opening the light-limiting shutters 4b and 4c, it is possible to measure the average value of the film thickness at and at the measurement points on the substrate 3.

【0073】図5は、計算機6が実行する膜厚測定処理
の処理手順を説明するためのフローチャートである。ま
ず、分光器5によって基板3からの反射光を波長ごとの
光強度(スペクトル)に分解する(S1)。計算機6
は、分光器5から波長ごとのスペクトルデータを取得し
(S2)、後述する理論式を用いて薄膜の膜厚を算出す
る(S3)。計算機6は、求められた膜厚を計算機6の
画面上に表示し、データを蓄積保存する(S4)。計算
機6は、蓄積されたデータを集中制御機(図示せず)に
転送する(S5)。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the processing procedure of the film thickness measurement processing executed by the computer 6. First, the light reflected from the substrate 3 is decomposed into light intensity (spectrum) for each wavelength by the spectroscope 5 (S1). Calculator 6
Acquires spectral data for each wavelength from the spectroscope 5 (S2), and calculates the thickness of the thin film using a theoretical formula described later (S3). The computer 6 displays the obtained film thickness on the screen of the computer 6, and stores and stores the data (S4). The computer 6 transfers the stored data to a centralized controller (not shown) (S5).

【0074】計算機6より薄膜の膜厚に関するデータを
受信した集中制御機は、薄膜の膜厚が予め定められた基
準値を超えた場合や、基板内での測定点間の膜厚の差が
大きい場合や、ある測定点における膜厚の時間的な変化
が大きい場合などに、警報を出すなどの異常発生に対す
る処理を行なう。
The centralized controller, which has received the data on the film thickness of the thin film from the computer 6, determines whether the difference in the film thickness between the measurement points in the substrate is exceeded when the film thickness exceeds a predetermined reference value. When it is large, or when the time change of the film thickness at a certain measurement point is large, a process for generating an abnormality such as issuing an alarm is performed.

【0075】ここで、薄膜の膜厚解析法の一例を説明す
る。基板の屈折率をn0、薄膜の屈折率をn1、空気の屈
折率をn2、薄膜の吸収係数をk、薄膜の膜厚をd、光
源の波長をλとすると、基板からの反射光強度Rは式
(2)〜(7)で表すことができる。
Here, an example of a method of analyzing the thickness of a thin film will be described. When the refractive index of the substrate is n 0 , the refractive index of the thin film is n 1 , the refractive index of air is n 2 , the absorption coefficient of the thin film is k, the thickness of the thin film is d, and the wavelength of the light source is λ, the reflection from the substrate is given. The light intensity R can be represented by equations (2) to (7).

【0076】光学定数nおよびkは、光の波長λによっ
て変化する値である。予め定められた複数の代表波長ま
たは波長サンプリングを行なうことにより(たとえば、
400nmから850nmまで5nm刻みでサンプリン
グを行なうことにより)、光学定数nおよびkを変化さ
せ、各波長λごとに、式(2)〜(7)より想定される
膜厚に応じその上下限値をあらかじめ設定し、上下限値
の範囲内で薄膜の膜厚dを求める。すべての波長におけ
る薄膜の膜厚dを平均することにより、薄膜の膜厚を求
める。
The optical constants n and k are values that change depending on the wavelength λ of light. By performing a plurality of predetermined representative wavelengths or wavelength samplings (for example,
By performing sampling at intervals of 5 nm from 400 nm to 850 nm), the optical constants n and k are changed, and the upper and lower limits are set for each wavelength λ according to the film thickness assumed from the equations (2) to (7). The thickness d of the thin film is set in advance and is determined within the range of the upper and lower limits. By averaging the thickness d of the thin film at all wavelengths, the thickness of the thin film is obtained.

【0077】光学定数nおよびkが既知でない場合に
は、光学定数nおよびkならびに薄膜の膜厚dを以下の
〜のようにして求めることができる。 値を求める対象である薄膜の膜厚d、薄膜の屈折率
1、および薄膜の吸収係数kについて、初期値として
大まかな数値(たとえば、想定される膜厚、代表波長に
おける屈折率および吸収係数など)を式(2)に代入す
る。 次に、それぞれのパラメータd,n1,kの上限値
および下限値を設定する。たとえば、膜厚dであれば、
初期値として想定する膜厚の±50%の値を上限値およ
び下限値として設定する。 パラメータd,n1,kをそれぞれの上限値および
下限値の範囲内で変化させて式(2)に代入し、その結
果得られる曲線が実測の波長−光強度の曲線に最も近づ
くように各パラメータの値を算出する。より具体的に
は、両曲線の光強度の差を各波長ごとに求め、測定波長
域におけるその差の2乗の総和が最も小さくなるように
パラメータを変化させることで各パラメータを求めるこ
とができる。この手法によって、光学定数nおよびkと
薄膜の膜厚dとを同時に求めることが可能となる。
If the optical constants n and k are not known, the optical constants n and k and the thickness d of the thin film can be obtained as follows. For the thickness d of the thin film, the refractive index n 1 of the thin film, and the absorption coefficient k of the thin film for which the values are to be obtained, rough numerical values (for example, the assumed film thickness, the refractive index and the absorption coefficient at a representative wavelength) , Etc.) into equation (2). Next, upper and lower limits of the respective parameters d, n 1 and k are set. For example, if the film thickness is d,
A value of ± 50% of the film thickness assumed as an initial value is set as an upper limit and a lower limit. The parameters d, n 1 , and k are changed within the range of the upper limit value and the lower limit value, respectively, and are substituted into the equation (2). The resulting curve is closest to the actually measured wavelength-light intensity curve. Calculate the value of the parameter. More specifically, the difference between the light intensities of both curves is obtained for each wavelength, and each parameter can be obtained by changing the parameter so as to minimize the sum of the square of the difference in the measurement wavelength range. . With this method, the optical constants n and k and the film thickness d of the thin film can be obtained simultaneously.

【0078】また、基板上に多層の薄膜が成膜される場
合にも、上述した手法と同様にして各層の薄膜の膜厚を
算出することができる。ここで、基板の屈折率をn
(0)、基板からp層目の薄膜の屈折率をn(p)、空
気の屈折率をn(p+1)、基板からp層目の薄膜の吸
収係数をk(p)、基板からp層目の薄膜の膜厚をd
(p)、光源の波長をλとすると、基板からの反射光強
度R(p+1,0)とこれらのパラメータとの間には式
(8)〜(12)に示される関係が成立つ。
Further, even when a multilayer thin film is formed on the substrate, the thickness of the thin film of each layer can be calculated in the same manner as described above. Here, the refractive index of the substrate is n
(0), the refractive index of the p-th layer thin film from the substrate is n (p), the refractive index of air is n (p + 1), the absorption coefficient of the p-th layer thin film from the substrate is k (p), and the substrate is the p layer The thickness of the eye thin film is d
(P), assuming that the wavelength of the light source is λ, the relationship shown in equations (8) to (12) is established between the reflected light intensity R (p + 1,0) from the substrate and these parameters.

【0079】基板から一層目の薄膜、二層目の薄膜…と
順次理論式に値を代入することにより、すなわち、pに
1,2…を順次代入することによって、薄膜が何層であ
ってもそれぞれの薄膜の光学定数(n(p),k
(p))および膜厚d(p)を求めることができる。た
だし、光学定数の近い薄膜同士が隣接して積層されてい
る場合には、それらの薄膜を同一層として解析が行なわ
れる。薄膜の数が増加するにつれパラメータ数も増加す
るため、演算に要する時間も増加することになる。ま
た、薄膜の数が増加するにつれ実際の値との誤差が大き
くなる。しかし、本願発明者の検討によれば、液晶表示
装置においては、3層程度でもインラインで測定可能で
あることを確認した。
By sequentially substituting values in the theoretical equation from the substrate to the first thin film, the second thin film, etc., ie, sequentially substituting 1, 2,. Are the optical constants (n (p), k
(P)) and the film thickness d (p). However, when thin films having similar optical constants are stacked adjacent to each other, the analysis is performed using the thin films as the same layer. Since the number of parameters increases as the number of thin films increases, the time required for calculation also increases. Also, as the number of thin films increases, the error from the actual value increases. However, according to the study of the present inventor, it has been confirmed that in a liquid crystal display device, even about three layers can be measured in-line.

【0080】基板上の測定箇所は、液晶表示装置の異常
を予知するためには1点でもよいが、1m角以上の大き
さの液晶表示装置用の基板では、薄膜の膜厚が部分的に
異なる場合が多く、局所的な膜厚異常がまれに生じる。
このため、1枚の基板に対して3〜5点程度の測定をす
ることが望ましい。
The measurement point on the substrate may be one point in order to predict an abnormality of the liquid crystal display device. However, in the case of a substrate for a liquid crystal display device having a size of 1 m square or more, the thickness of the thin film is partially reduced. In many cases, local film thickness abnormalities occur rarely.
Therefore, it is desirable to measure about 3 to 5 points on one substrate.

【0081】図6(a)は本実施の形態における薄膜の
膜厚測定装置の設置の一例を示す側面図であり、図6
(b)はその平面図である。図6(a)に示すように、
図1に示す分岐型光ファイバ2が内部に設けられたセン
サユニット10が、成膜装置内部に設けられた支柱10
aに固定される。分岐型光ファイバ2は、支柱10a内
部に引きめぐらされる。センサユニット10は、成膜装
置のゲート開口部(以下、「ゲートバルブ」という。)
13の近傍に位置する基板3に対して、ほぼ垂直に光照
射を行なうように取付けられている。基板3の移動中ま
たはメンテナンス中に、基板3がセンサユニット10に
接触しないように、両者の距離は10mm以上必要であ
るが、測定精度を維持するためには、約100mm〜数
10mm以下にすることが好ましい。
FIG. 6A is a side view showing an example of the installation of the thin film thickness measuring apparatus according to the present embodiment.
(B) is a plan view thereof. As shown in FIG.
A sensor unit 10 in which a branch type optical fiber 2 shown in FIG. 1 is provided is provided with a support 10 provided in a film forming apparatus.
fixed to a. The branch optical fiber 2 is routed inside the column 10a. The sensor unit 10 has a gate opening (hereinafter, referred to as a “gate valve”) of a film forming apparatus.
The substrate 3 is mounted so as to irradiate light substantially perpendicularly to the substrate 3 located near 13. The distance between the two must be at least 10 mm so that the substrate 3 does not come into contact with the sensor unit 10 during the movement or maintenance of the substrate 3. However, in order to maintain the measurement accuracy, the distance is set to about 100 mm to several tens mm or less. Is preferred.

【0082】この成膜装置は、たとえば、CVD(Chem
ical Vapor Deposition)装置であって、複数枚単位で
成膜を行ない、成膜した複数の基板をそれぞれトレイに
納めていく。この複数の基板は、図6(b)に示すアン
ロード室のゲートバルブ13内部に設けられたロードロ
ック14内に貯えられている。基板搬送用ロボット11
は、ロードロック14から基板を1枚ずつ取り出してロ
ボットハンド12上に載せて、センサユニット10の真
下に基板3が位置するように移動させる。1枚の基板中
に複数の測定点がある場合には、ロボット11は、ある
測定点の測定が終了するたびに次の測定点がセンサユニ
ット10の真下にくるように、順次、基板3の移動を繰
返す。基板3が移動するごとにセンサユニット10は、
各測定点に対する膜厚の測定を行なう。なお、図6
(c)に、ロボットハンド12の形状を示す。基板3
は、おおむねコの字型で支えられる場合が多く、基板3
が支持される点から遠ざかるにつれ、基板3は、自身の
重みにより垂れ下がる。このため、基板3は数mm程度
相対位置がずれたり、多少傾いたりしている。よって、
膜厚測定装置は、このようなずれや傾斜に対して測定精
度を維持する必要がある。
This film forming apparatus is, for example, a CVD (Chem
ical vapor deposition) apparatus, which forms a film in units of a plurality of substrates, and stores a plurality of formed substrates in trays. These substrates are stored in a load lock 14 provided inside the gate valve 13 in the unload chamber shown in FIG. 6B. Substrate transfer robot 11
Is to take out the substrates one by one from the load lock 14, place them on the robot hand 12, and move them so that the substrate 3 is located directly below the sensor unit 10. When there are a plurality of measurement points in one substrate, the robot 11 sequentially moves the substrate 3 so that the next measurement point is directly below the sensor unit 10 each time measurement of a certain measurement point is completed. Repeat the move. Each time the substrate 3 moves, the sensor unit 10
The film thickness is measured at each measurement point. FIG.
(C) shows the shape of the robot hand 12. Substrate 3
Is often supported in a generally U-shape,
As it moves away from the point at which it is supported, the substrate 3 sags under its own weight. Therefore, the relative position of the substrate 3 is shifted by several mm or slightly inclined. Therefore,
It is necessary for the film thickness measuring device to maintain measurement accuracy with respect to such a deviation or inclination.

【0083】次に、センサユニット10の構造の詳細を
説明する。センサユニット10の先端には、図2および
図3を参照して説明した上述の光ファイバ2bおよび光
ファイバ2cが設けられている。
Next, the structure of the sensor unit 10 will be described in detail. The optical fiber 2b and the optical fiber 2c described above with reference to FIGS. 2 and 3 are provided at the tip of the sensor unit 10.

【0084】光ファイバ2bは、上述のように光ファイ
バ2baおよび2bbを含むが、図7に示すように光フ
ァイバ2baを6つの光ファイバより構成し、光ファイ
バ2bbの周囲に配置させる。また、光ファイバ2bb
と6つの光ファイバ2baとは同一径とする。このよう
な構造にすることにより、図8を参照して、光ファイバ
2bbの周囲に6つの光ファイバ2baを配置し、それ
らを治具で固定させるだけで、光ファイバ2bbおよび
光ファイバ2baを互いに平行にすることができる。こ
のため、光ファイバ2bの組立が容易になる。また、膜
厚測定時に基板3が傾いていたとしても、6つの光ファ
イバ2baのいずれかより照射された光の反射光が光フ
ァイバ2bbで受光される。このため、基板3の傾きに
影響されることなく薄膜の膜厚を測定することができ
る。
The optical fiber 2b includes the optical fibers 2ba and 2bb as described above. As shown in FIG. 7, the optical fiber 2ba is composed of six optical fibers, and is arranged around the optical fiber 2bb. Also, the optical fiber 2bb
And the six optical fibers 2ba have the same diameter. With such a structure, as shown in FIG. 8, six optical fibers 2ba are arranged around optical fiber 2bb, and only by fixing them with a jig, optical fiber 2bb and optical fiber 2ba are connected to each other. Can be parallel. For this reason, the assembly of the optical fiber 2b becomes easy. Further, even if the substrate 3 is tilted at the time of measuring the film thickness, the reflected light of the light emitted from any of the six optical fibers 2ba is received by the optical fiber 2bb. Therefore, the thickness of the thin film can be measured without being affected by the inclination of the substrate 3.

【0085】光ファイバ2cも図7と同様に構成され
る。図9〜図11は、基板の上下方向のずれ、傾斜およ
び振動が測定値に与える影響をそれぞれ説明するための
図である。基板上には、GI層(窒化シリコン)、i層
(アモルファシスシリコン)およびn+層(n+型アモル
ファスシリコン)の3層が成膜されているものとする。
図9は、センサユニット10と基板3との間の距離を横
軸に、上述の膜厚測定装置によって測定された薄膜の膜
厚を縦軸にとったグラフを示している。図9から分かる
ように、GI層、i層およびn+層が堆積した多層構造
においても、それぞれの層が距離の移動による変動をほ
とんど生じることなく測定されている。なお、上述のよ
うに基板3の反りによって、センサユニット10と基板
3との間の距離には、数mm程度のずれが生じている
が、この影響を受けることなく薄膜の膜厚の測定が可能
である。
The optical fiber 2c is configured similarly to FIG. FIG. 9 to FIG. 11 are diagrams for explaining the effects of vertical displacement, inclination, and vibration of the substrate on measured values. It is assumed that three layers of a GI layer (silicon nitride), an i layer (amorphous silicon), and an n + layer (n + type amorphous silicon) are formed on the substrate.
FIG. 9 is a graph in which the horizontal axis represents the distance between the sensor unit 10 and the substrate 3 and the vertical axis represents the thickness of the thin film measured by the above-described film thickness measuring device. As can be seen from FIG. 9, even in the multilayer structure in which the GI layer, the i layer, and the n + layer are deposited, each layer is measured with almost no fluctuation due to the movement of the distance. Note that, as described above, the distance between the sensor unit 10 and the substrate 3 is displaced by about several mm due to the warpage of the substrate 3, but the measurement of the thickness of the thin film can be performed without being affected by this. It is possible.

【0086】図10は、センサユニット10に対する基
板3の傾斜角を横軸に、上述の膜厚測定装置により測定
された膜厚を縦軸にとったときのグラフを示している。
傾斜角が3〜4°以上になると、受光される反射光は、
傾斜角が0°の場合に比べ50%以下となるが、図10
からもわかるように、GI層、i層およびn+層が積層
された多層構造においても、8°以下の基板3の傾きで
あれば(より好ましくは2°以下の基板3の傾きであれ
ば)、比較的高精度に薄膜の膜厚を測定することができ
る。
FIG. 10 is a graph in which the horizontal axis represents the inclination angle of the substrate 3 with respect to the sensor unit 10, and the vertical axis represents the film thickness measured by the above-described film thickness measuring device.
When the inclination angle is 3-4 ° or more, the reflected light received is
10% or less as compared with the case where the inclination angle is 0 °, FIG.
As can be seen from the above, even in the multilayer structure in which the GI layer, the i layer, and the n + layer are stacked, if the inclination of the substrate 3 is 8 ° or less (more preferably, if the inclination of the substrate 3 is 2 ° or less). ), The thickness of the thin film can be measured relatively accurately.

【0087】図11は、基板3の上下振動の影響を示し
たグラフである。上下の振幅4mm、振動数5Hzの条
件で10秒ごとに反射光の強度を測定した。図11のグ
ラフは、測定時間を横軸にとり、上述の膜厚測定装置に
よって測定された反射光の反射強度を縦軸にとってい
る。図11からもわかるように、反射強度は振動を加え
ても安定していることがわかる。
FIG. 11 is a graph showing the influence of the vertical vibration of the substrate 3. The intensity of the reflected light was measured every 10 seconds under the conditions of a vertical amplitude of 4 mm and a frequency of 5 Hz. In the graph of FIG. 11, the measurement time is plotted on the horizontal axis, and the reflection intensity of the reflected light measured by the above-described film thickness measurement device is plotted on the vertical axis. As can be seen from FIG. 11, the reflection intensity is stable even when vibration is applied.

【0088】図12に示すようなタンタル(Ta)から
なる反射膜を覆うように上述のGI層、i層およびn+
層が堆積された3層構造の各層の膜厚を測定した。この
時、着目する層の下層はすべてガラス基板であると仮定
して、膜厚の測定が行なわれる。図13は、反射膜が存
在しない部分、反射膜が10%程度存在する液晶表示装
置の表示部内部および反射膜が50%程度存在する液晶
表示装置の表示部周辺におけるGI層、i層およびn+
層の膜厚を示している。GI層、i層およびn+層にお
けるバラツキは、それぞれ±2.5%,±1.3%,±
1.0%程度であり、各層の膜厚の測定結果は安定して
いる。これは、基板3に対してほぼ垂直の光を当てるこ
とにより、光の屈折の影響が低減され、反射膜のエッジ
部において光の反射方向が変化してしまう影響が低減さ
れたためである。
The above-mentioned GI layer, i-layer and n + are covered so as to cover the reflection film made of tantalum (Ta) as shown in FIG.
The thickness of each layer of the three-layer structure in which the layers were deposited was measured. At this time, the film thickness is measured on the assumption that all layers below the layer of interest are glass substrates. FIG. 13 shows a GI layer, an i-layer, and an n in a portion where a reflective film is not present, inside a display portion of a liquid crystal display device where a reflective film is present at about 10%, and around a display portion of a liquid crystal display device where a reflective film is present at about 50%. +
The thickness of the layer is shown. Variations in the GI layer, the i layer and the n + layer were ± 2.5%, ± 1.3%, ±
It is about 1.0%, and the measurement result of the film thickness of each layer is stable. This is because by applying substantially perpendicular light to the substrate 3, the influence of light refraction is reduced, and the effect of changing the light reflection direction at the edge of the reflective film is reduced.

【0089】なお、上述の薄膜の膜厚を求める際に光源
1として用いられるハロゲンランプは、時間が経つとと
もに光量および波長分布が変化する。このため、反射光
強度Rを求める際には、定期的に光源1の照射光のスペ
クトルを全反射基板を用いて求め、各種パラメータを修
正しておくことが好ましい。
In the halogen lamp used as the light source 1 when determining the thickness of the thin film, the light amount and the wavelength distribution change with time. For this reason, when calculating the reflected light intensity R, it is preferable to periodically obtain the spectrum of the irradiation light of the light source 1 using the total reflection substrate and correct various parameters.

【0090】なお、図14に示すように、光ファイバ2
bbを6つの光ファイバより構成し、同一径の光ファイ
バ2baの周囲に配置させて光ファイバ2bを構成して
もよい。このような構造とすることにより、光ファイバ
2bの組立が容易になる。また、膜厚測定時に基板3が
傾いていたとしても、光ファイバ2baより照射された
光の反射光が6つの光ファイバ2baのいずれかで受光
される。このため、基板3の傾きに影響されることなく
薄膜の膜厚を測定することができる。光ファイバ2cを
同様の構成としてもよい。
Note that, as shown in FIG.
bb may be composed of six optical fibers, and may be arranged around the optical fiber 2ba having the same diameter to constitute the optical fiber 2b. With such a structure, the assembly of the optical fiber 2b is facilitated. Further, even if the substrate 3 is tilted at the time of measuring the film thickness, the reflected light of the light emitted from the optical fiber 2ba is received by any of the six optical fibers 2ba. Therefore, the thickness of the thin film can be measured without being affected by the inclination of the substrate 3. The optical fiber 2c may have the same configuration.

【0091】以上のように本実施の形態にかかる薄膜の
膜厚測定装置は、センサユニット10部分の構造が極め
て簡単である。このため、小型化が可能となる。
As described above, in the thin film thickness measuring apparatus according to the present embodiment, the structure of the sensor unit 10 is extremely simple. For this reason, miniaturization becomes possible.

【0092】また、膜厚の測定を解析する際、波長−光
強度曲線のみで解析が行える。このため、多層膜や多点
計測においても短時間で薄膜の膜厚を測定することがで
きる。
Further, when analyzing the measurement of the film thickness, the analysis can be performed only with the wavelength-light intensity curve. Therefore, the thickness of a thin film can be measured in a short time even in a multilayer film or multi-point measurement.

【0093】また、膜厚測定装置がコンパクトなため、
製造ラインに組込みやすい。さらに、短時間で膜厚の測
定が可能なため、成膜直後に膜厚を測定することができ
るようになり、製造中の異常発生から発見までのタイム
ラグを短くすることができ、不良発生による損害を最小
限に食止めることができる。
In addition, since the film thickness measuring device is compact,
Easy to incorporate into production line. Furthermore, since the film thickness can be measured in a short time, the film thickness can be measured immediately after the film formation, and the time lag from the occurrence of an abnormality during manufacturing to the discovery can be shortened. Damage can be minimized.

【0094】また、膜厚のデータを蓄積保存し、そのデ
ータを解析することによって、成膜装置または成膜材料
などの寿命、成膜装置の適切なメンテナンス時期、およ
び成膜条件変更の時期などを予測することができる。そ
のため、突発的なメンテナンスを回避することができ、
安定した成膜装置の稼動が可能となる。
Further, by accumulating and storing the data of the film thickness and analyzing the data, the life of the film forming apparatus or the film forming material, the appropriate maintenance time of the film forming apparatus, the time of changing the film forming conditions, etc. Can be predicted. As a result, unexpected maintenance can be avoided,
The stable operation of the film forming apparatus becomes possible.

【0095】[実施の形態2]本発明の実施の形態2に
係る薄膜の膜厚測定装置は、実施の形態1に係る薄膜の
膜厚測定装置と同様である。このため説明は繰返さな
い。本実施の形態では、100nm(=1000Å)以
下の膜厚の透明導電膜であるITO膜の膜厚を測定する
場合について説明する。液晶表示装置に一般的に用いら
れるITO膜は画素電極として用いられる。図15は、
透過型の液晶表示装置の画素部の断面構造を示してい
る。このような構造では、膜厚が薄いITO膜の特性が
反射光強度の分布として現れにくい。このため、実施の
形態1で示した評価方法では、ITO膜の膜厚測定は困
難である。
[Second Embodiment] A thin film thickness measuring apparatus according to a second embodiment of the present invention is the same as the thin film thickness measuring apparatus according to the first embodiment. Therefore, description will not be repeated. In this embodiment mode, a case where the thickness of an ITO film which is a transparent conductive film having a thickness of 100 nm (= 1000 °) or less is measured. An ITO film generally used for a liquid crystal display device is used as a pixel electrode. FIG.
3 shows a cross-sectional structure of a pixel portion of a transmission type liquid crystal display device. In such a structure, the characteristics of the thin ITO film hardly appear as a distribution of the reflected light intensity. Therefore, it is difficult to measure the thickness of the ITO film by the evaluation method described in the first embodiment.

【0096】しかし、液晶表示装置などにおいては、例
えば駆動用ドライバなどを実装する端子部などでITO
膜の下層にTaなどの反射膜が形成される場合が多い。
下層にTaなどの反射膜があると、反射光強度の分布が
安定し、その部分で高精度の測定が可能となる。反射膜
の面積は、総面積に対して50%以上であるものとす
る。
However, in the case of a liquid crystal display device or the like, for example, an ITO
In many cases, a reflective film such as Ta is formed below the film.
When there is a reflective film such as Ta in the lower layer, the distribution of the reflected light intensity is stabilized, and high-precision measurement can be performed at that portion. The area of the reflective film is 50% or more of the total area.

【0097】図16に実施の形態1と同様のハロゲンラ
ンプ(波長域約400nm〜約850nm)からなる光
源1を用いて、ITO膜の膜厚を測定した結果を示す。
横軸に生産条件における設定膜厚をとり、縦軸に膜厚測
定装置での測定結果を示す。薄膜の膜厚が60nm(=
600Å)の場合には膜厚の測定値が安定している。I
TO膜の膜厚が60nm以外の場合には、測定値のバラ
ツキが大きい。このため、膜厚異常を検出することが困
難になる。
FIG. 16 shows the results of measuring the thickness of the ITO film using the same light source 1 comprising a halogen lamp (wavelength range of about 400 nm to about 850 nm) as in the first embodiment.
The horizontal axis shows the set film thickness under the production conditions, and the vertical axis shows the measurement result by the film thickness measuring device. When the thickness of the thin film is 60 nm (=
In the case of 600 °), the measured value of the film thickness is stable. I
When the thickness of the TO film is other than 60 nm, there is large variation in measured values. For this reason, it becomes difficult to detect a film thickness abnormality.

【0098】このため、光源1として、ハロゲンランプ
および重水素ランプを用い、同一の光源室に入れ、同時
点灯させた状態(波長域約220nm〜約850nm)
で、ITO膜の膜厚を測定した。その結果、図17に示
すようなグラフが得られた。このグラフからもわかるよ
うに、いずれの膜厚においても測定値のバラツキが小さ
く、生産条件における設定膜厚と測定値との相関性が高
い。ただし、設定膜厚と測定値との間には、若干の値の
ずれが生じている。これは、計算速度を増すために、吸
収係数k(p)を波長ごとに一定としたこと(ITO層
の下層に一様な反射膜があると仮定したこと)などによ
るものである。このため、予め、設定膜厚と測定値との
関係が分かっていれば、測定値を補正することによっ
て、正確な膜厚測定が可能となる。ただし、膜厚測定装
置をインラインで使用し膜厚異常を検出する場合には、
測定点における膜厚の時間的な変化のみがわかればよ
い。このような場合には、測定値の補正は必要なくな
る。
For this reason, a halogen lamp and a deuterium lamp are used as the light source 1 and are put in the same light source room and are simultaneously turned on (wavelength range from about 220 nm to about 850 nm).
Then, the thickness of the ITO film was measured. As a result, a graph as shown in FIG. 17 was obtained. As can be seen from this graph, the variation of the measured value is small at any film thickness, and the correlation between the set film thickness and the measured value under the production conditions is high. However, there is a slight difference between the set film thickness and the measured value. This is due to the fact that the absorption coefficient k (p) is kept constant for each wavelength in order to increase the calculation speed (assuming that there is a uniform reflective film under the ITO layer). Therefore, if the relationship between the set film thickness and the measured value is known in advance, accurate measurement of the film thickness becomes possible by correcting the measured value. However, when using a film thickness measurement device in-line to detect a film thickness abnormality,
Only the temporal change of the film thickness at the measurement point need be known. In such a case, it is not necessary to correct the measured value.

【0099】以上説明したように、本実施の形態におけ
る膜厚測定装置では、ハロゲンランプおよび重水素ラン
プを同時点灯させた光源1を用いることにより、波長域
が約220nm〜約850nmの波長域の光に対する膜
厚測定が行なわれる。一般に、膜厚が薄い膜を測定する
には、波長の短い光を用いて膜厚測定を行なわなければ
ならない。このため、重水素ランプを同時点灯させるこ
とにより、ハロゲンランプのみを用いた場合に比べ、正
確にITO膜の膜厚測定を行なうことができる。
As described above, in the film thickness measuring apparatus according to the present embodiment, by using the light source 1 in which the halogen lamp and the deuterium lamp are simultaneously turned on, the wavelength range is from about 220 nm to about 850 nm. A film thickness measurement for light is performed. Generally, to measure a thin film, the film thickness must be measured using light having a short wavelength. Therefore, by simultaneously turning on the deuterium lamp, the thickness of the ITO film can be measured more accurately than when only the halogen lamp is used.

【0100】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施の形態1における薄膜の膜厚測
定装置の概略構成を説明するための図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a thin film thickness measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 分岐型光ファイバ2の概略構成を説明するた
めの図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a branch type optical fiber 2.

【図3】 分岐型光ファイバ2をさらに詳細に説明する
ための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the branch type optical fiber 2 in more detail;

【図4】 光制限シャッタの概略構成を説明するための
図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a schematic configuration of a light limiting shutter.

【図5】 本発明の実施の形態1における薄膜の膜厚測
定装置の処理手順を説明するためのフローチャートであ
る。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a processing procedure of the thin film thickness measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施の形態1における薄膜の膜厚測
定装置の設置の一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of installation of a thin film thickness measuring device according to the first embodiment of the present invention.

【図7】 光ファイバ2bの構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an optical fiber 2b.

【図8】 光ファイバ2bの構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an optical fiber 2b.

【図9】 センサユニットと基板との間の距離を変化さ
せたときの薄膜の膜厚測定結果を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the results of measuring the thickness of a thin film when the distance between the sensor unit and the substrate is changed.

【図10】 センサユニットに対する基板の傾斜角を変
化させたときの薄膜の膜厚測定結果を示すグラフであ
る。
FIG. 10 is a graph showing the results of measuring the thickness of a thin film when the inclination angle of the substrate with respect to the sensor unit is changed.

【図11】 基板に上下振動を与えたときにセンサユニ
ットに入射する反射光の強度の時間変化を示すグラフで
ある。
FIG. 11 is a graph showing a temporal change in the intensity of reflected light incident on a sensor unit when a vertical vibration is applied to a substrate.

【図12】 Taからなる反射膜を覆うようにGI層、
i層およびn+層が堆積された3層構造を示す図であ
る。
FIG. 12 shows a GI layer covering a reflective film made of Ta;
FIG. 4 is a diagram showing a three-layer structure in which an i layer and an n + layer are deposited.

【図13】 反射膜の面積比を変化させたときの薄膜の
膜厚測定結果を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the results of measuring the thickness of a thin film when the area ratio of the reflective film is changed.

【図14】 光ファイバ2bの構成を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an optical fiber 2b.

【図15】 透過型の液晶表示装置の画素部の断面構造
を示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a pixel portion of a transmissive liquid crystal display device.

【図16】 ハロゲンランプを光源として用いたときの
ITO膜の膜厚測定結果を示すグラフである。
FIG. 16 is a graph showing a measurement result of the thickness of an ITO film when a halogen lamp is used as a light source.

【図17】 ハロゲンランプおよび重水素ランプを光源
として用いたときのITO膜の膜厚測定結果を示すグラ
フである。
FIG. 17 is a graph showing a measurement result of a film thickness of an ITO film when a halogen lamp and a deuterium lamp are used as light sources.

【図18】 従来のエリプソメータを用いて膜厚を測定
する方法を説明するための図である。
FIG. 18 is a view for explaining a method of measuring a film thickness using a conventional ellipsometer.

【図19】 膜厚の測定ができない基板の一例を示す図
である。
FIG. 19 is a diagram showing an example of a substrate whose film thickness cannot be measured.

【図20】 従来の光干渉法の一例を説明するための図
である。
FIG. 20 is a diagram illustrating an example of a conventional optical interference method.

【図21】 反射光の波長と光強度との関係の一例を示
す図である。
FIG. 21 is a diagram illustrating an example of the relationship between the wavelength of reflected light and the light intensity.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源、2 分岐型光ファイバ、2a,2b,2c,
2d,2aa,2ab,2ba,2bb,2ca,2c
b,2da,2db 光ファイバ、3,106基板、
4,4b,4c 光制限シャッタ、5 分光器、6 計
算機、10 センサユニット、10a 支柱、11 ロ
ボット、12 ロボットハンド、13ゲートバルブ、1
4 ロードロック、101 偏光子、102 検光子、
103薄膜形成基板、104 薄膜層、105 配線パ
ターン。
1 light source, 2 branch type optical fiber, 2a, 2b, 2c,
2d, 2aa, 2ab, 2ba, 2bb, 2ca, 2c
b, 2da, 2db optical fiber, 3,106 substrates,
4, 4b, 4c Light limiting shutter, 5 spectroscope, 6 computer, 10 sensor unit, 10a support, 11 robot, 12 robot hand, 13 gate valve, 1
4 load lock, 101 polarizer, 102 analyzer,
103 thin film forming substrate, 104 thin film layer, 105 wiring pattern.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷川 徹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 2F065 AA30 CC17 CC25 CC31 DD00 DD02 DD06 DD11 DD14 FF44 GG02 GG23 GG24 HH13 LL02 LL03 LL30 LL33 LL34 LL67 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Toru Tanikawa 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka F-term (reference) 2F065 AA30 CC17 CC25 CC31 DD00 DD02 DD06 DD11 DD14 FF44 GG02 GG23 GG24 HH13 LL02 LL03 LL30 LL33 LL34 LL67

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも約220nmから850nm
の波長域を有する光源と、 前記光源からの光を導き、基板上に形成された薄膜に対
して照射する照射手段と、 前記薄膜または前記基板からの反射光を受光する受光手
段と、 前記受光手段で受光された前記反射光を波長ごとに分光
する分光手段と、 前記分光手段で分光された約220nmから850nm
の波長域内の前記反射光の強度に基づいて、前記薄膜の
膜厚を算出する算出手段とを含む、薄膜の膜厚測定装
置。
1. At least about 220 nm to 850 nm
A light source having a wavelength range of: irradiating means for guiding light from the light source to irradiate a thin film formed on a substrate; light receiving means for receiving light reflected from the thin film or the substrate; A spectroscopy unit for separating the reflected light received by the unit for each wavelength, and about 220 nm to 850 nm separated by the spectroscopic unit.
Calculating means for calculating the thickness of the thin film based on the intensity of the reflected light within the wavelength range of.
【請求項2】 前記照射手段は、前記光源からの光を導
き、前記基板上に形成された薄膜に対して照射する光フ
ァイバを含み、 前記受光手段は、前記基板からの前記反射光を受光し、
受光した前記反射光を前記分光手段に導く光ファイバを
含む、請求項1に記載の薄膜の膜厚測定装置。
2. The irradiating unit includes an optical fiber for guiding light from the light source and irradiating the thin film formed on the substrate, and the light receiving unit receives the reflected light from the substrate. And
The thin film thickness measuring device according to claim 1, further comprising an optical fiber for guiding the received reflected light to the spectral unit.
【請求項3】 前記光源は、同一の筐体内に設けられ
た、波長域の異なる複数のランプを含む、請求項1また
は2に記載の薄膜の膜厚測定装置。
3. The thin film thickness measuring device according to claim 1, wherein the light source includes a plurality of lamps provided in the same housing and having different wavelength ranges.
【請求項4】 前記光源は、それぞれ異なる筐体内に設
けられた、波長域の異なる複数のランプを含む、請求項
1または2に記載の薄膜の膜厚測定装置。
4. The thin film thickness measuring apparatus according to claim 1, wherein the light source includes a plurality of lamps provided in different housings and having different wavelength ranges.
【請求項5】 前記複数のランプは、重水素ランプおよ
びハロゲンランプを含む、請求項3または4に記載の薄
膜の膜厚測定装置。
5. The thin film thickness measuring apparatus according to claim 3, wherein the plurality of lamps include a deuterium lamp and a halogen lamp.
【請求項6】 前記複数のランプは、それぞれ独立に点
灯可能である、請求項3〜5のいずれかに記載の薄膜の
膜厚測定装置。
6. The thin film thickness measuring apparatus according to claim 3, wherein each of the plurality of lamps can be turned on independently.
【請求項7】 前記光源は、少なくとも約400nmか
ら850nmの波長域を有するハロゲンランプであり、 前記算出手段は、前記分光手段で分光された約400n
mから850nmの波長域内の前記反射光の強度に基づ
いて、前記基板の薄膜の膜厚を算出する、請求項1また
は2に記載の薄膜の膜厚測定装置。
7. The light source is a halogen lamp having a wavelength range of at least about 400 nm to 850 nm;
The thin film thickness measuring device according to claim 1, wherein a thickness of the thin film on the substrate is calculated based on an intensity of the reflected light in a wavelength range from m to 850 nm.
【請求項8】 前記照射手段は、前記基板に対してほぼ
垂直に光を照射する位置に配設され、 前記受光手段は、前記基板に対してほぼ垂直に反射され
た光を受光する位置に配設される、請求項1〜7のいず
れかに記載の薄膜の膜厚測定装置。
8. The irradiating means is provided at a position for irradiating light substantially perpendicularly to the substrate, and the light receiving means is provided at a position for receiving light reflected substantially perpendicularly to the substrate. The thin film thickness measuring device according to any one of claims 1 to 7, which is provided.
【請求項9】 前記照射手段は、前記光源からの光を導
き、前記基板上に形成された薄膜に対してほぼ垂直に光
を照射する1つの光ファイバを含み、 前記受光手段は、前記光ファイバの周囲にそれぞれ配置
され、前記基板からの反射光をそれぞれ受光する複数の
光ファイバを含む、請求項8に記載の薄膜の膜厚測定装
置。
9. The irradiating means includes one optical fiber that guides light from the light source and irradiates light substantially perpendicularly to a thin film formed on the substrate; The thin film thickness measuring device according to claim 8, further comprising a plurality of optical fibers arranged around the fibers and respectively receiving the reflected light from the substrate.
【請求項10】 前記受光手段は、前記基板に対してほ
ぼ垂直に反射された光を受光する位置に配置された1つ
の光ファイバを含み、 前記照射手段は、前記光ファイバの周囲にそれぞれ配置
され、前記光源からの光を導き、前記基板上に形成され
た薄膜に対してほぼ垂直に光をそれぞれ照射する複数の
光ファイバを含む、請求項8に記載の薄膜の膜厚測定装
置。
10. The light receiving means includes one optical fiber disposed at a position for receiving light reflected substantially perpendicularly to the substrate, and the irradiating means is disposed around each of the optical fibers. 9. The thin film thickness measuring apparatus according to claim 8, further comprising a plurality of optical fibers for guiding light from the light source and irradiating the light substantially perpendicularly to the thin film formed on the substrate.
【請求項11】 前記1つの光ファイバおよび前記複数
の光ファイバは同一径を有する円柱構造の光ファイバで
あり、 前記複数の光ファイバは、6つの光ファイバを含む、請
求項9または10に記載の薄膜の膜厚測定装置。
11. The optical fiber according to claim 9, wherein the one optical fiber and the plurality of optical fibers are cylindrical optical fibers having the same diameter, and the plurality of optical fibers include six optical fibers. For measuring the thickness of thin films.
【請求項12】 前記算出手段は、前記基板の屈折率を
0、前記薄膜の屈折率をn1、空気の屈折率をn2、光
の波長をλ、前記薄膜の吸収係数をk、および前記光の
波長λにおける光の反射強度をRとすると、前記分光手
段で分光された前記反射光の強度に基づいて、次式によ
って前記薄膜の膜厚dを算出する、請求項1〜11のい
ずれかに記載の薄膜の膜厚測定装置。 【数1】
12. The calculating means, wherein the refractive index of the substrate is n 0 , the refractive index of the thin film is n 1 , the refractive index of air is n 2 , the wavelength of light is λ, the absorption coefficient of the thin film is k, Further, assuming that the reflection intensity of the light at the wavelength λ of the light is R, the thickness d of the thin film is calculated by the following equation based on the intensity of the reflected light split by the splitting means. A film thickness measuring device for a thin film according to any one of the above. (Equation 1)
【請求項13】 前記算出手段は、前記基板の屈折率を
0、前記基板からp層目の薄膜の屈折率をn(p)、
空気の屈折率をn(p+1)、光の波長をλ、前記p層
目の薄膜の吸収係数をk(p)とすると、前記分光手段
で分光された前記反射光の強度に基づいて、次式によっ
て前記p層目の薄膜の膜厚d(p)を算出する、請求項
1〜11のいずれかに記載の薄膜の膜厚測定装置。 【数2】
13. The calculating means sets a refractive index of the substrate to n 0 , a refractive index of a p-th thin film from the substrate to n (p),
Assuming that the refractive index of air is n (p + 1), the wavelength of light is λ, and the absorption coefficient of the thin film of the p-th layer is k (p), the following equation is obtained based on the intensity of the reflected light split by the splitting means. The thin film thickness measuring device according to claim 1, wherein a thickness d (p) of the p-th thin film is calculated by an equation. (Equation 2)
【請求項14】 前記薄膜は、透明導電膜を含み、 前記基板は、反射膜がコーティングされた基板である、
請求項1〜13のいずれかに記載の薄膜の膜厚測定装
置。
14. The thin film includes a transparent conductive film, and the substrate is a substrate coated with a reflective film.
An apparatus for measuring the thickness of a thin film according to claim 1.
【請求項15】 前記反射膜は、膜厚測定対象領域の面
積の0%より大きく50%以下の面積を有し、 前記算出手段は、前記反射膜での反射を無視して前記薄
膜の膜厚を算出する、請求項14に記載の薄膜の膜厚測
定装置。
15. The reflection film has an area of more than 0% and not more than 50% of the area of the film thickness measurement target area, and the calculating means ignores the reflection at the reflection film and calculates the thickness of the thin film. The apparatus for measuring the thickness of a thin film according to claim 14, wherein the thickness is calculated.
【請求項16】 前記反射膜は、膜厚測定対象領域の面
積の50〜100%の面積を有し、 前記算出手段は、下層の薄膜への光透過の影響を無視し
て前記薄膜の膜厚を測定する、請求項14に記載の薄膜
の膜厚測定装置。
16. The reflection film has an area of 50 to 100% of the area of the film thickness measurement target area, and the calculating means ignores the influence of light transmission to the underlying thin film, and The apparatus for measuring the thickness of a thin film according to claim 14, which measures the thickness.
【請求項17】 前記反射膜は、タンタル、チタニウ
ム、アルミニウム、クロムまたはモリブデンを主成分と
する金属膜または合金膜である、請求項14〜16のい
ずれかに記載の薄膜の膜厚測定装置。
17. The thin film thickness measuring apparatus according to claim 14, wherein the reflection film is a metal film or an alloy film containing tantalum, titanium, aluminum, chromium, or molybdenum as a main component.
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