JP2003114107A

JP2003114107A - 膜厚測定装置

Info

Publication number: JP2003114107A
Application number: JP2001309172A
Authority: JP
Inventors: Koichi Egawa; 弘一江川; Masahiro Kurokawa; 雅裕黒川
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2003-04-18
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: JP3944693B2

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示パネルのカラーフィルタを構成する
ＲＧＢ各レジスト膜の膜厚を正確に測定可能な光干渉式
の膜厚測定装置を提供すること。【解決手段】赤外光を発する光源部と、光源部から発
せられた赤外光を測定物体である膜体に向けて出射する
と共にその反射光を入射して分光部へと導く送受光学系
と、分光部から得られる一連の成分光を適宜に区分して
個別に光電変換する光電変換部と、光電変換部から得ら
れる干渉波形相当の電気信号に基づいて膜厚を求める演
算部と、を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、液晶表
示パネル用カラーフィルタとして機能するＲＧＢ各レジ
スト膜の膜厚測定等の用途に好適な光干渉式の膜厚測定
装置に係り、特に、測定媒体として赤外光を使用するこ
とにより、フィルタとしての波長選択特性の影響を受け
ることなく、ＲＧＢ各レジスト膜の膜厚を正確に測定可
能とした膜厚測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶への低コスト化の要求は高まってき
ている。液晶の低コスト化を阻む要因として現在最も大
きな割合を占めているのがカラーフィルタの不良であ
り、液晶の価格を下げるためには、カラーフィルタの不
良によるロスコストを低減させることが重要である。

【０００３】カラーフィルタの不良は、液晶の製造工程
においては点灯検査で発見されるが、点灯検査はカラー
フィルタ製造後、ＴＦＴ基板を張り合わせて液晶を注入
した後にはじめて可能となることから（液晶製造工程の
最終段階）、不良発見時のロスコストが非常に大きい。
なぜなら、不良が発見された液晶自体のロスはもちろん
であるが、不良発見までに相当の時間が経過しているこ
とから、不良の原因がプロセス条件のずれなどの場合、
その間に製造されたカラーフィルタ、それと張り合わさ
れたＴＦＴ基板などすべてが不良品となってしまうから
である。

【０００４】また、カラーフィルタの不良の判断基準
は、液晶完成時の画質の均一性（色むら、輝度むら）で
あるが、この画質の均一性への要求も高まってきてい
る。そのためにはカラーフィルタの膜厚をより均一に管
理する必要があり、カラーフィルタ膜厚の製造許容範囲
は狭くなってきている。

【０００５】この種のカラーフィルタの製造プロセス
は、例えば、赤色（Ｒ）プロセス、緑色（Ｇ）プロセ
ス、青色（Ｂ）プロセスの順に三段階に分けて行われ
る。各色のプロセスには、コート処理工程（１）、ベー
ク処理工程（２）、露光処理工程（３）、現像処理工程
（４）、ストリップ処理工程（５）が含まれる。

【０００６】先ず、コート処理工程（１）では、ガラス
基板の表面に該当色の選択透過特性を有するレジストを
全面一様に均一な厚さでコートする。続くベーク処理工
程（２）では、先の工程でコートされたレジスト膜を焼
成して安定化させる。続く露光処理工程（３）では、各
画素に対応する微細領域が均一に分散するようにして、
レジスト膜を選択露光させる。続く現像処理工程（４）
では、選択露光により生じた微細フィルタ領域を出現さ
せる。続くストリップ処理工程（５）では余分なレジス
トを除去して、微細フィルタ領域以外の部分のガラス板
表面を露出させる。

【０００７】なお、各色のプロセス終了時点において
は、一枚分のフィルタパネル領域の周縁部は額縁状にガ
ラス板表面が露出された状態となる。そのため、コート
処理によりレジストをコートした際には、このフィルタ
パネル領域周縁部にコートされるレジストの膜厚を測定
することで、各画素に対応する微細フィルタ領域におけ
る各色レジスト膜の膜厚を正確に知ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】液晶のカラーフィルタ
の膜厚管理は現在、触針方式の膜厚検査装置により行わ
れている。すなわち、赤色（Ｒ）プロセス、緑色（Ｇ）
プロセス、青色（Ｂ）プロセスのそれぞれにおいて、レ
ジスト膜がコートされる毎に、フィルタパネル周縁部の
レジスト膜に探針を当てて膜厚測定を行うのである。

【０００９】しかし、この触針方式の膜厚測定装置にあ
っては、検査に非常に時間がかかるため、検査は抜き取
りでしか行うことができず、必然的にオフライン検査と
ならざるを得ない。全数検査すると製造にかかる時間が
長くなりコストが高くなるからである。そのため、この
方式にあっては、不良製品の検出には限界があり、十分
にロスコストを低減させるには至らない。

【００１０】一方、非接触で短時間に薄膜の膜圧を測定
できる装置としては、ハロゲンランプを用いた光学式の
膜厚検査装置が知られている。この装置は、光干渉式の
膜厚測定装置とも呼ばれ、ハロゲンランプからの白色光
を測定対象となる膜体に照射し、膜体表面反射光と膜体
裏面反射光とが相互干渉して生ずる干渉波形に基づいて
膜厚を求めるものである。この膜厚測定装置において、
測定レンジを十分に満足させるためには、かなり広い波
長領域においてほぼ均一な出力パワー特性を有する測定
光を用意すると共に、これを測定対象となる膜体に全波
長に亘って均一に透過させることを要求される。また、
抜き取り検査では、不良を発見しても、その時点までに
既に多くの不良品を生産してしまっているため、コスト
を十分低減するには至らない。

【００１１】しかし、測定対象となるカラーフィルタの
各ＲＧＢレジスト膜には、図２７に示されるように、Ｒ
ＧＢのそれぞれに対応して固有の光吸収特性が存在する
ため、ハロゲンランプからの均一な波長成分を有する測
定光をそれらのレジスト膜に照射したとしても、透過光
の波長は大きく偏った不均一なものとなり、非透過波長
光に対しては光干渉効果が得られないことから、膜厚測
定に支障を来す。

【００１２】加えて、光源に使用されるハロゲンランプ
は、比較的に大型で嵩張ること、寿命が約１０００時間
と短いことから頻繁な交換が必要となること、発熱量が
大きく精密な温度管理が必要なプロセスにおいては設置
場所が限定されること、等の点で、液晶表示パネルのカ
ラーフィルタ生産ラインにおけるインライン測定には不
向きである。

【００１３】他方、小型で寿命が長くかつ発熱しない光
源装置を使用したインライン測定も可能な光干渉式の膜
厚測定装置としては、先に、本出願人より国際公開公報
ＷＯ０１／０１０７０Ａ１において提案された膜厚セン
サが知られている。

【００１４】しかし、この膜厚センサにあっても、カラ
ーフィルタの各ＲＧＢレジスト膜に適用した場合には、
光源装置から発せられる約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波
長領域にかけての広い波長領域の白色光は、カラーフィ
ルタのＲＧＢレジスト膜を各波長均一に透過することが
できないから、依然として、膜厚測定に必要な適正な干
渉波形を生成させることができない。

【００１５】ここにおいて、本発明者等は、上記の問題
点を解決すべく鋭意研究の結果、カラーフィルタのＲＧ
Ｂレジスト膜に関する選択的光透過性乃至選択的光吸収
性の問題は、測定光として赤外光を使用することで解決
できるとの知見を得た。

【００１６】すなわち、図１に示されるように、液晶表
示パネルのカラーフィルタを構成するＲＧＢ各レジスト
膜の分光透過率特性は、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍに
至る可視光領域においては、ＲＧＢレジスタ膜としての
選択透過性により大きくかつ不均一に減衰されるのに対
して、約８００ｎｍを越える近赤外領域乃至赤外領域に
おいては、ＲＧＢいずれのレジスト膜においても殆ど減
衰されず（ほぼ透明状態）、全波長域において均一な透
過特性が得られる。したがって、測定光として近赤外光
乃至赤外光を使用すれば、ＲＧＢいずれのレジスト膜に
あっても、表面反射光と裏面反射光との干渉により明瞭
な光干渉波形が得られ、これに基づいて、公知の演算手
法により、ＲＧＢ各レジスト膜の膜厚を正確に測定でき
る筈である。

【００１７】この発明は、上述の知見に基づいてなされ
たものであり、その目的とするところは、液晶表示パネ
ルのカラーフィルタを構成するＲＧＢ各レジスト膜の膜
厚を正確に測定可能な光干渉式の膜厚測定装置を提供す
ることにある。

【００１８】この発明の他の目的は、ポリシリコン等の
可視光吸収特性を有するシリコン系薄膜の膜厚を正確に
測定可能な光干渉式の膜厚測定装置を提供することにあ
る。

【００１９】この発明の他の目的は、液晶表示パネルの
カラーフィルタ製造ラインに組み込んで、カラーフィル
タを構成するＲＧＢ各レジスト膜の膜厚を非接触で高速
に測定可能な光干渉式の膜厚測定装置を提供することに
ある。

【００２０】この発明の他の目的は、液晶表示パネルの
カラーフィルタ製造ラインにおいて製品の全数検査を高
速に行うことにより、ロスコストを可及的に低減させ
て、液晶パネルの品質向上並びにコストダウンを可能と
する光干渉式の膜厚測定装置を提供することにある。

【００２１】この発明のさらに他の目的並びに作用効果
については、以下の明細書の記述を参照することによ
り、当業者であれば容易に理解されるであろう。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明の光干渉式の膜厚
測定装置は、測定光として赤外光を使用することを特徴
とする。使用可能な赤外光の波長領域としては、干渉波
形が明瞭に現れる限りにおいては、その上下限を制限す
る積極的な理由は存在しない。しかし、波長が短いほ
ど、薄い膜まで測定が可能であること、波長帯域が広い
ほど、干渉波形から精度良く膜厚を算出することがかの
うであること、光電変換素子として使用するＣＣＤ素子
の受光感度特性は波長が長くなるほど低下すること等を
考慮すると、測定光として使用される赤外光としては、
約８００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域において連続波
長帯域を有するものであることが好ましい。

【００２３】本発明の光干渉式の膜厚測定装置に好適な
測定対象膜体としては、先ず第１に、液晶表示パネル用
カラーフィルタとして機能するＲＧＢ各レジスト膜を挙
げることができる。すなわち、先に説明したように、Ｒ
ＧＢ各レジスト膜は可視光領域においてはそれぞれ固有
の光吸収特性を有するものの、赤外光領域においては殆
ど光吸収特性は存在せず、ほぼ透明に近い光透過特性を
有する。そのため、光干渉式の膜厚測定装置において、
測定光として赤外光が使用されれば、ＲＧＢレジスト膜
において明瞭な光干渉波形を現出させることができ、こ
れに基づいて、カーブフィッティング法や極値探査法等
の公知の演算手法により、それらの膜厚を正確に測定す
ることができる。

【００２４】他の好適な測定対象膜体としては、ポリシ
リコン等のシリコン系の薄膜が挙げられる。このような
シリコン系の膜体も可視光吸収特性を有するため、測定
光として可視光を使用する場合には、明瞭な光干渉波形
を現出させることができない。本発明の赤外光を使用す
る光干渉式の膜厚測定装置によれば、シリコン系の膜体
にあっても、十分に膜体中に赤外光を透過させて、明瞭
な光干渉波形を現出させることにより、その膜厚を正確
に測定することができる。

【００２５】別の一面から見た本発明の膜厚測定装置
は、赤外光を発する光源部と、光源部から発せられた赤
外光を測定物体である膜体に向けて出射すると共にその
反射光を入射して分光部へと導く送受光学系と、分光部
から得られる一連の成分光を適宜に区分して個別に光電
変換する光電変換部と、光電変換部から得られる干渉波
形相当の電気信号に基づいて膜厚を求める演算部と、を
具備することを特徴とするものである。このような構成
によれば、液晶表示パネル用カラーフィルタとして機能
するＲＧＢ各膜厚やポリシリコン等のシリコン系膜体の
膜厚を光干渉波形に基づいて正確に測定するとこができ
る。ここで、光電変換部としては、ラインＣＣＤ、二次
元ＣＣＤ、フォトダイオードアレイ等のように、独立し
た複数の光電要素を含む素子を使用することができる。

【００２６】本発明の好ましい実施の一形態において
は、光源部から発せられる赤外光をモニタするためのモ
ニタ用分光部とモニタ用光電変換部とをさらに具備する
ことができる。このような構成によれば、光源から発せ
られた原赤外光の波長特性と測定物体で干渉された変調
赤外光の波長特性とを同時に取得することができ、原赤
外光の波長特性取得のための測定前処理工程が不要とな
る。

【００２７】本発明の好ましい実施の形態においては、
分光部へ至る入射経路にはさらに鏡面筒を介在すること
ができる。このような構成によれば、測定物体の傾きに
よる干渉波形のずれが抑制されるため、測定対象パネル
に反りや歪みがあったとしても、測定精度を維持するこ
とができる。

【００２８】本発明の好ましい実施の形態においては、
光源部が、出力波形特性の異なる複数の半導体赤外発光
素子と、各半導体赤外発光素子からそれぞれ一部波長域
の光を取り出す光学素子と、各半導体赤外発光素子の出
力パワーを個別に設定する手段とを有し、各半導体赤外
発光素子から取り出された光を重ね合わせて出射するよ
うに構成されていてもよい。このような構成によれば、
比較的に広い一定波長領域において、連続波長帯域を有
する測定用赤外光を生成することができると共に、光源
の小型化、長寿命化（メンテナンスフリー）、冷光源化
等により、膜厚測定装置の製造ラインへの組み込みを容
易とすることができる。

【００２９】本発明の好ましい実施の形態においては、
送受光学系として、ビームスプリッタを含む送受同軸光
学系を採用してもよい。このような構成によれば、送受
光学系の小型化により製造ラインへの組み込み容易化を
図ると共に、投光及び受光経路における光パワー損失を
最小として、検出感度の向上を図ることができる。

【００３０】本発明の好ましい実施の形態においては、
分光部として、透明基板の表面に、入射位置により透過
波長域が連続的に変化する光学多層膜を形成した分光素
子を採用してもよい。このような構成によれば、分光部
の小型化、長寿命化等により、膜厚計測装置の製造ライ
ンへの組み込み容易化を図ることができる。

【００３１】本発明の好ましい実施の形態においては、
光源が少なくとも赤外光を含む光を発するものであり、
分光部が赤外光のみを透過し分光するようにしてもよ
い。このような構成によれば、光源からの光に可視光が
含まれていても、測定動作を正常に行うことができる。

【００３２】本発明の好ましい実施の形態においては、
演算部として、カーブフィッティング法又は極値法によ
り赤外波長領域のみを演算して膜厚を求めるものを採用
することができる。このような構成によれば、光電変換
部から得られる分光波長データに基づいて、コンピュー
タ演算により、膜厚を迅速かつ正確に求めることができ
る。

【００３３】別の一面から見た本発明の膜厚測定装置
は、測定物体の間近に取付可能なセンサヘッドと、測定
物体から離隔して取付可能な信号処理ユニットとに分離
構成され、両者は電線により結ばれている。センサヘッ
ドには、光源部と、送受光学系と、分光部と、光電変換
部とが含まれており、信号処理ユニットには、演算部が
含まれている。このような構成によれば、センサヘッド
の小型化により、製造ラインへの組み込みが一層容易と
なる。

【００３４】好ましい実施の一形態においては、信号処
理ユニットは、パソコンの内部スロットに装着可能なＰ
ＣＩボードの形態を有するものとしてもよい。このよう
な構成によれば、ＰＣＩボードをパソコンに組み込むこ
とにより、測定用のアプリケーションとの連繋を容易と
することができる。

【００３５】さらに、好ましい実施の形態においては、
センサヘッドが、液晶パネル用カラーフィルタの生産ラ
インに組み込まれ、それによりカラーフィルタを構成す
るＲＧＢ各レジスト膜の膜圧が連続的に測定されるよう
にしてもよい。このような構成によれば、連続測定され
た膜厚データによる欠陥製品の早期発見、並びに、連続
測定された膜厚データの工程へのフィードバック処理等
により、ロスコストの低減並びに製品の品質向上を図る
ことができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の好適な実施の
一形態を添附図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３７】第１実施形態に係る膜厚測定装置の電気的
構成を示すブロック図が図２に示されている。同図に示
されるように、この膜厚測定装置は、測定対象物（例え
ば、生産ラインを流れてくるカラーフィルタ板等）７の
間近に取り付けることが可能な小型のセンサヘッド１
と、測定対象物７から離隔して設置されたパソコン（Ｐ
Ｃ）５の内部スロットに装着可能なＰＣＩボード３とを
含んでいる。

【００３８】センサヘッド１とＰＣＩボード３との間は
ケーブル（電線）２で結ばれいる。ＰＣＩボード３とパ
ソコン（ＰＣ）５のＣＰＵ（図示せず）との間はＰＣＩ
バス４で結ばれている。なお、図中符号５ａは、パソコ
ン（ＰＣ）５に組み込まれるアプリケーションソフトで
あり、符号６は膜厚計測データや膜厚判定出力（ＬＯ
Ｗ，ＨＩＧＨ，ＰＡＳＳ等）を外部へ出力したり、外部
から各種のデジタル指令信号を入力するための外部イン
タフェースである。アプリケーションソフト５ａとして
は、膜厚測定データの加工、表示、判定処理等を司る各
種の機能処理が含まれている。

【００３９】センサヘッド１内には、投光部１１と受光
部１２とが含まれている。投光部１１内には、赤外光を
発する光源部と、光源部から発せられた赤外光を測定対
象物７に向けて出射するための送光側光学系とが含まれ
ている。受光部１２内には、測定対象物７からの反射光
を入射して分光部へと導く受光側光学系と、分光部から
得られる一連の成分光を適宜に区分して個別に光電変換
する光電変換部とが含まれている。なお、それら光源
部、送光側光学系、受光側光学系、分光部、並びに、光
電変換部の具体的構成については、後に詳細に説明す
る。

【００４０】第１実施形態に係る膜厚測定装置のセンサ
ヘッド内光学系の概略構成図が図３に示されている。同
図に示されるように、センサヘッド１内には、光源部と
して機能する赤外光ＬＥＤ１１１と、送光側光学系と受
光側光学系との双方の機能を有するレンズ１０１並びに
ハーフミラー１０２と、測定対象物からの反射光を分光
する分光部として機能する分光素子１２１と、分光部か
ら得られる一連の成分光を適宜に区分して個別に光電変
換する光電変換部として機能するＣＣＤとを含んでい
る。

【００４１】すなわち、赤外光ＬＥＤ１１１は赤外光を
測定光として放出する。測定光となる赤外光としては、
例えば８００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域において連
続波長帯域を有するものが好ましい。８００ｎｍ〜１０
００ｎｍの波長領域は必ずしも全域でなくとも良い。測
定対象膜が厚ければ、干渉波形の波の数が多くなるた
め、波長領域が短くとも、十分な測定精度を得ることが
できる。このような場合には、８００ｎｍ〜９００ｎｍ
等でもよい。

【００４２】勿論、光源部から発せられる光それ自体
は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光波長領域の成分を
含んでいてもよいが、それらの可視光成分はカラーフィ
ルタの膜厚測定には悪影響を与える。すなわち、４００
ｎｍ〜７００ｎｍの可視光波長領域を含むと、カラーフ
ィルタの膜厚測定時には、ある特定波長域（可視）だけ
が吸収を受けてしまい、理論的に求められる干渉波形と
異なったものになる。すると、演算時にフィッティング
ができなくなったり、本当にあるべき極値がなくなる等
により、正しい膜厚を導出することができなくなる。そ
のため、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光波長領域を含
む場合には、分光部で赤外光波長領域のみを選択する
か、演算部において赤外波長領域のみを対象として演算
する等の配慮が必要となる。

【００４３】もっとも、理想的には、ＬＥＤも、分光部
も、演算波長領域も全て赤外光とすることが好ましいこ
とは言うまでもない。このとき、ＬＥＤを赤外光とする
のは、光利用効率を最大化するためであ。また、分光部
の透過光を赤外光とするのは、光利用効率最大化と分解
能最大化のためである、さらに、演算波長領域について
は、赤外光にしないと、適切な測定ができないためであ
る。

【００４４】赤外光の波長領域の下限を８００ｎｍとし
たのは、それよりも短い波長領域では測定対象物である
カラーフィルタ用のレジスト膜に吸収され、光干渉波形
の現出に寄与しないからである。また、赤外光の波長領
域の上限を１０００ｎｍとしたのは、それよりも長い波
長領域では光電変換部を構成するＣＣＤの受光感度が低
いこと、波長がそれよりも光干渉式膜厚測定ではカラー
フィルタの膜厚測定に適用した場合、測定精度が低下す
ること、等の理由からである。

【００４５】レンズ１０１とハーフミラー１０２とは、
同軸送受光学系を構成する。すなわち、赤外光ＬＥＤ１
１１から発せられた赤外光は、ハーフミラー１０２にて
図中下向きに反射されたのち、レンズ１０１を通って測
定物体７に対して垂直に照射される。この照射された赤
外光は、測定物体７が例えばカラーフィルタのＲＧＢレ
ジスト膜であれば、その表面並びに裏面にて反射され、
それらの表面反射光と裏面反射光とは合成されたのち、
再び、レンズ１０１を通って垂直上向きに戻され、その
後、ハーフミラー１０２を透過して、分光素子１２１へ
と導かれる。この分光素子１２１に入射される赤外光に
は、測定物体７の膜厚に対応する光干渉波形情報が含ま
れる。

【００４６】分光素子１２１は、入射される赤外光をそ
れに含まれる各波長成分毎に分けて透過させる。分光素
子１２１の動作特性を説明するための概念図が図４に示
されている。同図に示されるように、分光素子１２１
は、透明基板であるガラス基板１２１ｂの表面に、入射
位置により透過波長域が連続的に変化する光学多層膜１
２１ａを形成したものである。より具体的には、光学多
層膜を構成する各層の光学的膜厚を一次元方向に連続的
に変化させることにより、光学多層膜の透過波長特性を
連続的に変化させている。この分光素子１２１の各位置
を透過した光をラインＣＣＤ、二次元ＣＣＤ、フォトダ
イオードアレイ等の独立した複数の受光要素を有する素
子にて受光することにより、各波長における光強度を検
出し、分光データを得ることができる。このような多層
膜構造によれば、従来の回折格子を使用したものに比べ
て、分光素子の大幅な小型化が可能となり、ひいてはセ
ンサヘッドの小型化による製造ラインへの組み込みが容
易となる。

【００４７】ＣＣＤ１２２は、分光素子１２１の各位置
を透過した光を受光することにより、各画素に対応する
シリアル受光信号を出力する。このシリアル受光信号に
は、膜厚測定に必要な干渉波形情報が含まれている。

【００４８】図２に戻って、ＰＣＩボード３内には、投
受光制御部３１と、Ａ／Ｄ変換部３２と、ファームウェ
ア３３ａでマイコンを機能構成してなる信号処理部３３
とが含まれている。Ａ／Ｄ変換部３２は、センサヘッド
１に含まれるＣＣＤ１２２の出力信号をＡ／Ｄ変換した
のち、信号処理部３３へと受け渡す。この信号処理部３
３へと受け渡されるデジタル信号には測定される膜厚に
対応した干渉波形情報が含まれている。投受光制御部３
１は、投光部１１に含まれる赤外光ＬＥＤ１１１の点灯
パワーや点灯タイミング等を制御する。赤外光ＬＥＤ１
１１の点灯パワーの制御のためには、例えばＬＥＤ１１
１の駆動電流を可変抵抗器にて調整する処理が実施され
る。点灯パワーの制御のためには、また、投受光制御部
３１は、受光部１２に含まれるＣＣＤ１２２の撮影乃至
映像信号読出動作を制御する。

【００４９】信号処理部３３は、Ａ／Ｄ変換部３２から
得られる干渉波形情報に基づいて、カーブフィッティン
グ法や極値探査法等の公知の手法を用いて、目的とする
膜体の膜厚を演算により求め、これをＰＣＩバス４を介
してパソコン（ＰＣ）５のＣＰＵへと受け渡す。なお、
膜厚測定のための演算処理については後に図面を参照し
つつ詳述する。

【００５０】こうして受け渡された膜厚測定値は、パソ
コン（ＰＣ）５にてアプリケーションソフト５ａを実行
させることにより、パソコンの画面上に表示させたり、
規定のしきい値と比較して二値化されたのち、判定出力
（ＰＡＳＳ，ＬＯＷ，ＨＩＧＨ等）として、外部インタ
フェース６から外部へと送出される。一方、パソコン
（ＰＣ）５において所定のアプリケーションソフト５ａ
が実行されると、キーボード、マウス等の操作で生成さ
れたコマンドは、ＰＣＩバス４を介して信号処理部３３
へと送り込まれ、これにより信号処理部に対する各種の
指示乃至指令が実現される。

【００５１】測定光として赤外光を使用した膜厚測定装
置により得られるカラーフィルタの干渉波形例が図５〜
図７に示されている。図５に示されるように、液晶表示
パネル用のカラーフィルタを構成するＲ（赤色）レジス
ト膜については、約６００ｎｍ以上の波長領域において
明瞭な干渉波形が得られた。図６に示されるように、液
晶表示パネル用のカラーフィルタを構成するＧ（緑色）
レジスト膜については、約８００ｎｍ以上の波長領域に
おいて明瞭な干渉波形が得られた。図７に示されるよう
に、液晶表示パネル用のカラーフィルタを構成するＢ
（青色）レジスト膜については、約８００ｎｍ以上の波
長領域において明瞭な干渉波形が得られた。その結果、
測定光として赤外光（約８００ｎｍ以上の波長領域の
光）を使用すれば、ＲＧＢの別を問わず、フィルタ膜厚
に対応する干渉波形を明瞭に現出させ、これに基づいて
膜厚を正確に測定することができることが確認された。

【００５２】以上説明した第１実施形態に係る膜厚測定
装置によれば、測定光として赤外光の採用により、可視
光領域において光吸収特性を有するカラーフィルタのレ
ジスト膜であっても、光選択透過性の影響を受けること
なく正確な膜厚測定ができることに加えて、装置全体を
センサヘッド１とＰＣＩボード３とに分離構成して、両
者をケーブル２で結ぶ構成を採用すると共に、センサヘ
ッド１に組み込まれる光源部（赤外光ＬＥＤ１１１）、
光学系（レンズ１０１、ハーフミラー１０２）、分光部
（分光素子１２１）、光電変換部（ＣＣＤ１２２）とし
て、いずれも小型化が可能な要素部品を採用したため、
センサヘッド１をカラーフィルタの生産ラインに組み込
んで、所謂インライン計測を実現することが可能とな
る。

【００５３】次に、第２実施形態に係る膜厚測定装置の
電気的構成を示すブロック図が図８に示されている。同
図において、第１実施形態と同一構成部分については、
同符号を付すことにより、説明は省略する。

【００５４】この実施形態の特徴は、ＰＣＩボード３Ａ
として、受光部３５と投光部３４とが内蔵されているも
のを採用したこと、測定物体の間近に取付可能な検出端
としてファイバヘッド８を採用したこと、並びに、ファ
イバヘッド８とＰＣＩボード３Ａとの間を光透過率が高
くかつ屈曲性の良好なバンドルファイバからなる光ファ
イバ９で結んだ点にある。

【００５５】すなわち、投光部３４内には、図３に示す
ものと同様の赤外光ＬＥＤ１１１が内蔵され、このＬＥ
Ｄ１１１から発せられる赤外光はファイバ９の入射端に
導入され、ファイバ９内を通ってファイバヘッド８の先
端から測定物体７へと照射される。一方、測定物体７か
らの反射光は、ファイバヘッド８の先端からファイバ９
内へと導入され、ファイバ９を通って受光部３５へと導
入される。この導入された光は、受光部３５に内蔵され
た図３に示すものと同様の分光素子１２１へと照射され
る。以後、第１実施形態と同様にして、分光素子１２１
の透過光はＣＣＤ１２２により受光されて、干渉波形情
報を含む分光データが生成される。

【００５６】以上説明した第２実施形態に係る膜厚測定
装置によれば、検出端であるファイバヘッド８は、光学
部品や各種電子部品を内蔵するセンサヘッド１に比べて
著しく小型化が可能であるから、カラーフィルタ生産ラ
インの狭小なスペースにも容易に組み込みが可能であ
り、しかもファイバ９として光透過率乃至屈曲性が良好
なバンドルファイバを採用しているため、赤外光領域に
おけるＣＣＤの感度不足（図９参照）に拘わらず、さほ
ど検出応答性を損ねることなく、正確な膜厚測定を行う
ことができる。なお、バンドルファイバの透過率は約６
０％であるから、投光側と受光側とで総合透過率は３６
％が得られることが確認された。

【００５７】次に、第３実施形態に係る膜厚測定装置の
電気的構成を示すブロック図が図１０に示されている。
同図において、第１実施形態と同一構成部分について
は、同符号を付すことにより、説明は省略する。

【００５８】この実施形態の特徴は、センサヘッド１Ａ
内にモニタ用受光部１３を設けたこと、ＰＣＩ５ボード
３内にＡ／Ｄ変換器３６を設けたこと、及びＰＣＩボー
ド３内の投受光制御部３１によってセンサヘッド１Ａ内
のモニタ用受光部１３を駆動制御すると共に、モニタ用
受光部１３から得られる映像信号をＡ／Ｄ変換器３６を
介してデジタル信号に変換した後、信号処理部３３Ａに
受け渡すようにした点にある。

【００５９】第３実施形態に係る膜厚測定装置のセンサ
ヘッド内光学系の概略構成図が図１１に示されている。
同図において、第１実施形態と同一構成部分については
同符号を付して説明は省略する。このセンサヘッド内光
学系の新規な点は、モニタ用分光素子１３１とモニタ用
ＣＣＤ１３２とが新たに設けられた点にある。

【００６０】すなわち、同図において、赤外光ＬＥＤ１
１１から発せられた赤外光は、第１実施形態と同様にし
て、ハーフミラー１０２の下面で図中垂直下向きに反射
された後、レンズ１０１を経由して、測定物体７の表面
に照射される。一方、測定物体７の表面並びに裏面で反
射された反射光は、レンズ１０１を経由してハーフミラ
ー１０２へと至り、さらにハーフミラー１０２を透過し
て分光素子１２１へと導かれる。その結果、測定物体７
からの反射光に含まれる各波長成分は、分光素子１２１
において分光され、これにより干渉波形相当の電気信号
がＣＣＤ１２２から出力される。

【００６１】加えて、この実施形態においては、赤外光
ＬＥＤ１１１から発せられた光は、その一部がハーフミ
ラー１０２を透過してその前方に対向配置されたモニタ
用分光素子１３１へと導かれる。モニタ用分光素子１３
１の機能は、計測用分光素子１２１の機能と同様であ
る。そのため、赤外光ＬＥＤ１１１から発せられた現赤
外光に含まれる各波長成分が、モニタ用分光素子１３１
において分光され、ＣＣＤ１３２からは、光源である赤
外光ＬＥＤ１１１から発せられた現赤外光の波長特性を
含む電気信号で得られる。

【００６２】このように、図１１に示される計測用分光
素子１２１と計測用ＣＣＤとに加えて、モニタ用分光素
子１３１とモニタ用ＣＣＤ１２３とを含む新規な構成に
よれば、赤外光ＬＥＤ１１１から発せられた現赤外光の
波長特性と測定物体７で干渉された変調赤外光の波長特
性とを同時に取得することを可能となる。

【００６３】膜厚計測値の高安定化のためには、光干渉
波形の計測精度が重要となる。光干渉波形は、投光ビー
ムと受光ビームの波長毎の比である。予め計測した投光
ビーム波形を記憶しておき、受光ビーム波形との比を演
算する方式の場合、受光ビーム検出時に投光ビーム強度
の波長分布が変動すると正しい干渉波形が得られない。
従来のハロゲンランプ型の膜厚計測装置においては、こ
のような影響を抑えるため、膜厚測定に先立って毎回必
ず石英板等でリファレンス取得を行う必要があった。こ
れは、プロセスのスループットを低下させる要因であ
る。これに対し、図１１に示される実施形態にあって
は、モニタ用として分光素子１３１とＣＣＤ１３２とを
配置して、投光ビームの波長分布をリアルタイムでフィ
ードバックする構成としているため、もともと光量変動
が少ないＬＥＤ光源を採用し更にこの光量フィードバッ
ク方式を加えることで、リファレンス取得の作業頻度を
低減し、メンテナンス性の向上が可能となるのである。

【００６４】次に、マルチＬＥＤ方式の光源装置を含む
センサヘッドの光学系の概略構成図が図１２に示されて
いる。同図において、第１実施形態と同一構成部分につ
いては同符号を付して説明は省略する。

【００６５】このマルチＬＥＤ方式の光源装置の特徴
は、出力波形特性の異なる複数の半導体赤外発光素子
と、各半導体赤外発光素子からそれぞれ一部波長域の光
を取り出す光学素子と、各半導体赤外発光素子の出力パ
ワーを個別に設定する手段とを有し、各半導体赤外発光
素子から取り出された光を重ね合わせて出射するように
した点にある。

【００６６】すなわち、このセンサヘッド１内には、第
１の赤外光ＬＥＤ１１１と、第２の赤外光ＬＥＤ１１２
と、第３の赤外光ＬＥＤ１１３と、第１のダイクロイッ
クミラー（ＤＣＭ）１１４と、第２のダイクロイックミ
ラー（ＤＣＭ）１１５とが含まれている。

【００６７】この例では、第１の赤外光ＬＥＤ１１１と
してはＬＮ１５１Ｌ（松下）、第２の赤外光ＬＥＤ１１
２としてはＬ１９１５−０１（浜松ホトニクス）や、第
３の赤外光ＬＥＤ１１３としてはＬ３９８９−０１（浜
松ホトニクス）が使用されている。

【００６８】これら３個の赤外光ＬＥＤ（ＬＥＤ１，Ｌ
ＥＤ２，ＬＥＤ３）は、それぞれ固有の波長を中心とし
たピーク波形を有する。そして、２個のダイクロイック
ミラー（ＤＣＭ１，ＤＣＭ２）は、これら３つのピーク
波形を合成することによって、約８００ｎｍ〜１０００
ｎｍの領域において、連続した波長特性が実現されてい
る。

【００６９】膜厚光干渉式で高精度に測定するために
は、広い波長域の光によって得られた干渉波形を得る必
要がある。そこで、この実施形態のように、異なるピー
ク波長を持つ赤外光ＬＥＤを複数用いて途切れることの
ない広い波長域を得ることにより、膜厚を高精度に測定
することが可能となる。

【００７０】次に、鏡面筒を含むセンサヘッドの光学系
の概略構成図が図１４に示されている。同図において、
第１実施形態と同一構成部分については、同符号を付し
て説明は省略する。この実施形態の特徴は、分光素子１
２１へ至る入射経路に、鏡面筒１２３が介在され、それ
により測定物体７の傾きによる干渉波形のずれが抑制さ
れる点にある。

【００７１】同図に示されるように、測定物体７で反射
された反射光の分光素子１２１へ至る経路には、鏡面筒
１２３がその軸を分光素子１２１へ垂直にした状態で配
置されている。この鏡面筒は、図１５に示されるよう
に、その内部に円筒状の通路１２３ａが設けられ、この
円筒状通路の内面は鏡面仕上げが行われている。そのた
め、この円筒状通路１２３ａに導入された光は、通路内
面で多重反射を繰り返しつつ、最終的に通路の出口より
外部へと放出される。なお、ここで言う鏡面筒として
は、ガラス棒等のように、それと等価な機能を有するも
のも含まれる。すなわち、光が鏡面筒１２３に斜めに入
射した場合、鏡面筒１２３の内部で多重反射による、出
射光を拡げることもできる。ガラス棒のように同様の働
きをするものであったら、鏡面筒１２３の代わりに、別
の部材を用いても構わない。

【００７２】このような構成によれば、次のような格別
の効果が得られる。すなわち、インラインで測定する場
合、対象物体７であるガラス基板の反りなどにより、対
象物体７が傾く場合があり、このような状態でも安定に
測定することができる。

【００７３】鏡面筒１２３が存在しない状態での光パワ
ー分布を示す説明図が図１６に示されている。同図に示
されるように、鏡面筒１２３が存在しない場合、同図
（ａ）に示される測定物体の向きが正常な状態では、光
パワー分布は画素列の中心に対して対称的な位置関係と
なる。これに対して、同図（ｂ）に示される測定物体が
傾いた状態では、光パワー分布は、画素位置の中心より
も何れか一方へ偏ったものとなり、その結果、誤った干
渉波形データが得られてしまう。

【００７４】測定物体が傾いた時の鏡面筒と光パワー分
布との関係を示す説明図が図１７に示されている。同図
（ａ）に示される鏡面筒なしの状態では、先に図１６で
説明したように、対象物体７が傾くと、光パワー分布は
画素列の中心を外れ、偏った広がりを示すこととなる。
これに対して、同図（ｂ）に示される鏡面筒ありの状態
では、測定物体７が傾いて、鏡面筒１２３に対して光が
斜めに入射したとしても、鏡面筒１２３からの出射光の
光パワー分布は、画素列の中心を基準とした対称的な分
布となり、この状態で得られた干渉波形データは正常な
ものとなる。

【００７５】このように、鏡面筒１２３を配置すると、
対象物体７が傾いても、ＣＣＤ１２２上では光パワーの
分布の変化を低減することができ、これによりインライ
ンでの正確な測定が可能となる。

【００７６】次に、赤外光領域と可視光領域とで干渉波
形を比較して示すグラフが図１８に示されている。干渉
波形は膜厚が厚くなると周期が小さくなり、分光素子の
波長分解能を超えると、干渉波形が潰れてしまうという
特性を有する。又、干渉波形は、波長が長くなるにつれ
て周期が長くなる。そのため、膜厚が厚い測定物体を測
定する場合には、同図（ｂ）に示されるように、可視光
領域では、干渉波形が潰れて測定が困難となるのに対
し、同図（ａ）に示されるように、赤外光領域では、干
渉波形は比較的測定し易くなる。このことからも、本発
明では測定光として赤外光を使用しているため、測定レ
ンジを厚いほうに拡大することができるという効果があ
る。

【００７７】次に、ガラス基板上のポリシリコンの干渉
波形を示すグラフが図１９に示されている。シリコン
（Ｓｉ）は可視光領域では、光を吸収するため、干渉波
形を計測することができない。これに対して、赤外光領
域では、光を通すため、干渉波形を計測することができ
る。このことからも、本発明では、測定光として赤外光
を使用しているため、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）
等のＳｉ系の膜厚の計測が可能となるという効果があ
る。

【００７８】最後に、干渉波形に基づき膜厚を演算によ
り求めるための具体的手法について図２０〜図２５を参
照して説明する。信号処理部３３を構成する演算部にお
ける膜厚の計算方法としては、例えばカーブフィッティ
ング法や極値探索法等を用いることができる。

【００７９】カーブフィッティング法とは、図２２に示
すように、予め計算しテーブルとして記憶しておいた各
膜厚に対する波形データ（テーブルデータ）と測定した
受光データとを比較し、最小二乗法により受光データと
最も誤差（すなわち図２２の斜線部分の面積）の少ない
波形データを抽出し、その波形データの膜厚を測定対象
となっている薄膜７２の膜厚とする方法であり、極値探
索法とは、受光データの極大値、極小値に対応する波長
の差から膜厚を求める方法であって、何れも一般的な方
法である。

【００８０】上記カーブフィッティング法を詳しく述べ
ると、以下の通りである。図２０に示されるように、膜
厚ｄ、屈折率ｎの薄膜７２に波長λの光が入射したとき
の干渉波形（透過率Ｒ）は、次式で表わされる。ここ
で、定数Ａ、Ｂ及びＣは基板７１及び薄膜７２の屈折率
から決まるものである。

【数１】Ｒ＝１−Ａ／［Ｂ＋Ｃ・cos〔（４π／λ）ｎｄ〕］ …

【００８１】あらかじめ測定対象とする薄膜７２の屈折
率ｎ及び定数Ａ、Ｂ、Ｃの値をパソコンのキーボード等
から入力すると、信号処理装置を構成する演算部では測
定範囲内において膜厚ｄと波長λを決められた細かさで
変化させ、膜厚ｄ及び波長λの各値に対する反射率Ｒの
値を式により演算し、これらを演算部内のメモリ（図
示せず）にテーブルとして保持する。

【００８２】このようなテーブルの一例が図２３に示さ
れている。この例では、測定膜厚範囲をｄｘからｄｙま
でΔｄ＝１ｎｍ刻みとし、波長範囲をλｐからλｑまで
Δλ＝１０ｎｍ刻みとしている。

【００８３】次いで、図２４に示される処理フローに従
って、カーブフィッティング法が実行される。演算部
は、Ａ／Ｄ変換により得られた測定データ（透過率の測
定データ）Ｍ（λ）を取得すると（Ｓ１）、演算を開始
する。まず、膜厚ｄを最小膜厚ｄｘとし（Ｓ２）、図２
３の理論テーブルを用いて、膜厚ｄ＝ｄｘにおける透過
率を理論データＲｄｘ（λ）と測定データＭ（λ）の差
の二乗［Ｒｄｘ（λ）−Ｍ（λ）］²を波長範囲λｐか
らλｑまでΔλ（例えば、１０ｎｍ）刻みで計算し、そ
の和

【数２】Ｐ（ｄｘ）＝Σ［Ｒｄｘ（λ）−Ｍ（λ）］² を求めて（Ｓ３）メモリ内に記憶しておく。

【００８４】次に、膜厚ｄをΔｄ（例えば、１ｎｍ）増
加させ（Ｓ４）、同様にして、膜厚ｄ＝ｄｘ＋Δｄにお
ける理論データＲｄｘ＋Δｄ（λ）と測定データＭ
（λ）の差の二乗［Ｒｄｘ＋１（λ）−Ｍ（λ）］²を
波長範囲λｐからλｑまでΔλ刻みで計算し、その和

【数３】Ｐ（ｄｘ＋Δｄ）＝Σ［Ｒｄｘ＋Δｄ（λ）−
Ｍ（λ）］² を求めて（Ｓ３）メモリ内に記憶しておく。

【００８５】このようにして膜厚ｄが最大膜厚ｄｙに達
するまで膜厚ｄの値を順次Δｄずつ増加させては（Ｓ
５）、そのときの膜厚における理論データと測定データ
の差の二乗和を求めて（Ｓ３）メモリ内に記憶する。

【００８６】こうして最大膜厚ｄｙまで二乗和の計算が
終了すると（Ｓ５でＹＥＳの場合）、メモリに記憶して
おいた膜厚範囲ｄｘ〜ｄｙにおける二乗和Ｐ（ｄｘ）〜
Ｐ（ｄｙ）の中から最小の値をとる二乗和Ｐ（ｄｚ）を
抽出し（Ｓ６）、このときの膜厚ｄｚを測定膜厚とする
（Ｓ７）。

【００８７】次に、極値探査法による膜厚の演算方法を
図２５を参照して説明する。極値探索法では、演算部
は、デジタル化された測定データを微分し、波長λが増
加するときに微分値がプラスから０（あるいは、マイナ
ス）に変化する位置から極大値を求める。こうして得ら
れた隣り合う極大値に対応する波長を図２５のようにλ
１，λ２（ただし、λ１＜λ２）とすれば、この薄膜７
２の膜厚ｄは、薄膜７２の屈折率ｎを用いて、

【数４】ｄ＝（λ１×λ２）／［２ｎ（λ２−λ１）］で表されることが知られており、薄膜７２の屈折率ｎを
与えることにより薄膜ｄを求めることができる。あるい
は、微分値がマイナスから０（あるいは、プラス）に変
化する位置から極小値を求めても、同様な計算により膜
厚ｄを求めることができる。

【００８８】次に、本発明に係る膜厚測定装置を実際に
液晶パネルのカラーフィルタ生産ラインに組み込む場合
について説明する。検査対象となるカラーフィルタを含
むアクティブマトリクス型ＴＦＴの断面図の一例が図２
６に示されている。

【００８９】同図に示されるように、アクティブマトリ
クス型ＴＦＴにあっては、偏向板、ガラス、液晶、配向
膜、ＩＴＯ、ガラス、偏向板の順に積層して構成され
る。そして、各画素に相当する微細領域には、アクティ
ブ素子、液晶駆動用電極、バスライン等が設けられてい
る。検査対象となるカラーフィルタは、この例ではカラ
ーレジストを使用して製作される。カラーレジストはＲ
ＧＢの３種類あり、これら３種類のレジスト膜は図中一
部を拡大して示されるように、各画素に対してＲＧＢ３
個のフィルタ要素が均一に分散するようにモザイク状に
配置される。

【００９０】カラーレジストプロセスが図２７に示され
ている。このカラーレジストプロセスは、ＢＭプロセ
ス、Ｒプロセス、Ｇプロセス、Ｂプロセス、ＯＣプロセ
スを含んでいる。ＲＧＢ各プロセスには、コート処理工
程、ベーク処理工程、露光処理工程、現像処理工程、ス
トリップ処理工程が含まれている。

【００９１】それらの工程は、生産ライン上にガラス基
板を搬送しつつ行われる。図に示されるガラス基板は、
縦横に４分割されており、１枚のガラス基板によって４
枚のカラーフィルタプレートが得られる。４枚のカラー
フィルタプレートの外周縁部には、長方形額縁状に余白
領域が設けられており、この余白領域にコートされたカ
ラーレジスト膜の膜厚を本発明の膜厚センサ（センサヘ
ッド１に相当）で計測する。膜厚センサは、ガラス基板
上の余白ラインに沿って幅方向へ３列配置されており、
それぞれのセンサヘッドからは図中垂直下向きに赤外光
が照射され、その反射光が受光される。

【００９２】先に述べたように、本発明の膜厚測定装置
にあっては、小型のセンサヘッド１又はファイバヘッド
８を用いているため、ガラス基板の搬送ライン上の狭小
なスペースにおいても容易に取り付けることができ、し
かも光源として半導体素子を用いているため発熱の問題
も無視することができ、その結果カラーレジストプロセ
スにおいてインラインによる連続測定が可能となる。

【００９３】この連続測定によれば、各プロセスの直後
において不良製品を発見除去できるため、ロスコストを
低減できることに加え、連続測定される膜厚データを直
ちにプロセスにフィードバックすることによって、常に
製品の品質を最適な値に制御することができる。その結
果、本発明の膜厚測定装置をカラーレジストプロセスに
採用することによって、液晶表示パネルの品質向上並び
にコストダウンを可能とすることができる。

【００９４】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
光干渉式の膜厚測定装置にあっては、測定光として赤外
光を使用するものであるから、フィルタとしての波長選
択特性の影響を受けることなく、液晶表示パネル用カラ
ーフィルタとして機能するＲＧＢ各レジスト膜の膜厚を
正確に測定可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カラーフィルタの分光透過率特性（Ｂ，Ｇ，Ｒ
３種類）である。

【図２】第１実施形態に係る膜厚測定装置の電気的構成
を示すブロック図である。

【図３】第１実施形態に係る膜厚測定装置のセンサヘッ
ド内光学系の概略構成図である。

【図４】分光素子の動作特性を説明するための概念図で
ある。

【図５】カラーフィルタの干渉波形例（Ｒの場合）であ
る。

【図６】カラーフィルタの干渉波形例（Ｇの場合）であ
る。

【図７】カラーフィルタの干渉波形例（Ｂの場合）であ
る。

【図８】第２実施形態に係る膜厚測定装置の電気的構成
を示すブロック図である。

【図９】一般的なＣＣＤの分光感度特性例を示すグラフ
である。

【図１０】第３実施形態に係る膜厚測定装置の電気的構
成を示すブロック図である。

【図１１】第３実施形態に係る膜厚測定装置のセンサヘ
ッド内光学系の概略構成図である。

【図１２】マルチＬＥＤ方式の光源装置を含むセンサヘ
ッドの光学系の概略構成図である。

【図１３】赤外光ＬＥＤ並びにダイクロイックミラーの
波長特性を示すグラフである。

【図１４】鏡面筒を含むセンサヘッドの光学系の概略構
成図である。

【図１５】鏡面筒の作用を説明するための概念図であ
る。

【図１６】鏡面筒が存在しない状態での光パワー分布を
示す説明図である。

【図１７】測定物体が傾いたときの鏡面筒有無と光パワ
ー分布との関係を示す説明図である。

【図１８】赤外光領域と可視光領域とで干渉波形を比較
して示すグラフである。

【図１９】ガラス基板上のＰｏｌｙ−Ｓｉの干渉波形を
示すグラフである。

【図２０】干渉波形演算原理を説明するための概念図で
ある。

【図２１】分光スペクトルの具体例を示すグラフであ
る。

【図２２】カーブフィッティング法の説明図である。

【図２３】薄膜の膜厚ｄと光の波長λの各値に対する反
射率Ｒの理論テーブルの一例を示す図である。

【図２４】カーブフィッティング法の実行手順を示すフ
ローチャートである。

【図２５】極値探査法の説明図である。

【図２６】アクティブマトリクス型ＴＦＴの断面図であ
る。

【図２７】カラーレジストプロセスを示す工程図であ
る。

【図２８】カラーフィルタを構成する各色要素の透過ス
ペクトルを示すグラフである。

【符号の説明】

１センサヘッド１Ａセンサヘッド２ケーブル２Ａケーブル３ＰＣＩボード３ａＰＣＩボード４ＰＣＩバス５パソコン（ＰＣ）５ａアプリケーションソフト６外部インタフェース７測定物体８ファイバヘッド９ファイバ１１投光部１２受光部１３モニタ用受光部３１投受光制御部３２Ａ／Ｄ変換器３３信号処理部３３Ａ信号処理部３３ａファームウェア３４投光部３５受光部１０１レンズ１０２ハーフミラー１１１第１の赤外光ＬＥＤ（ＬＥＤ１）１１２第２の赤外光ＬＥＤ（ＬＥＤ２）１１３第３の赤外光ＬＥＤ（ＬＥＤ３）１１４第１のダイクロイックミラー（ＤＣＭ１）１１５第２のダイクロイックミラー（ＤＣＭ２）１２１分光素子１２２ＣＣＤ１２３鏡面筒１２３ａ円筒状通路１３１モニタ用分光素子１３２モニタ用ＣＣＤ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA30 BB01 CC25 CC31 DD02 FF51 GG07 GG13 GG23 GG24 HH13 JJ02 JJ03 JJ09 JJ18 JJ25 JJ26 LL00 LL03 LL04 LL20 LL67 NN02 NN16 QQ00 QQ03 QQ18 QQ23 QQ26 QQ27 QQ29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定光として赤外光を使用することを特
徴とする光干渉式の膜厚測定装置。
【請求項２】測定光として使用される赤外光が、約８
００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長領域において連続波長帯
域を有することを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定
装置。
【請求項３】測定対象となる膜体が、液晶表示パネル
用カラーフィルタとして機能するＲＧＢ各レジスト膜で
あることを特徴とする請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項４】測定対象となる膜体が、ポリシリコン等
のシリコン系の薄膜であることを特徴とする請求項１に
記載の膜厚測定装置。
【請求項５】赤外光を発する光源部と、光源部から発
せられた赤外光を測定物体である膜体に向けて出射する
と共にその反射光を入射して分光部へと導く送受光学系
と、分光部から得られる一連の成分光を適宜に区分して
個別に光電変換する光電変換部と、光電変換部から得ら
れる干渉波形相当の電気信号に基づいて膜厚を求める演
算部と、を具備することを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項６】光源部から発せられる赤外光をモニタす
るためのモニタ用分光部とモニタ用光電変換部とをさら
に有し、それにより光源から発せられた原赤外光の波長
特性と測定物体で干渉された変調赤外光の波長特性とを
同時に取得可能としたことを特徴とする請求項５に記載
の膜厚測定装置。
【請求項７】分光部へ至る入射経路にはさらに鏡面筒
が介在され、それにより測定物体の傾きによる干渉波形
のずれが抑制されることを特徴とする請求項５に記載の
膜厚測定装置。
【請求項８】光源部が、出力波形特性の異なる複数の
半導体赤外発光素子と、各半導体赤外発光素子からそれ
ぞれ一部波長域の光を取り出す光学素子と、各半導体赤
外発光素子の出力パワーを個別に設定する手段とを有
し、各半導体赤外発光素子から取り出された光を重ね合
わせて出射するように構成されていることを特徴とする
請求項５〜７のいずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項９】送受光学系が、ビームスプリッタを含む
送受同軸光学系であることを特徴とする請求項５〜７の
いずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項１０】分光部が、透明基板の表面に、入射位
置により透過波長域が連続的に変化する光学多層膜を形
成した分光素子で構成されることを特徴とする請求項５
〜７のいずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項１１】光源が少なくとも赤外光を含む光を発
するものであり、分光部が赤外光のみを透過し分光する
ことを特徴とする請求項１０に記載の膜厚測定装置。
【請求項１２】演算部が、カーブフィッティング法又
は極値法により赤外波長領域のみを演算して膜厚を求め
るることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の
膜厚測定装置。
【請求項１３】測定物体の間近に取付可能なセンサヘ
ッドと、測定物体から離隔して取付可能な信号処理ユニ
ットとに分離構成され、両者は電線により結ばれてお
り、センサヘッドには、光源部と、送受光学系と、分光部
と、光電変換部とが含まれており、信号処理ユニットに
は、演算部が含まれている、ことを特徴とする請求項５
〜１２のいずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項１４】信号処理ユニットは、パソコンの内部
スロットに装着可能なＰＣＩボードの形態を有すること
を特徴とする請求項１３に記載の膜厚測定装置。
【請求項１５】センサヘッドが、液晶パネル用カラー
フィルタの生産ラインに組み込まれ、それによりカラー
フィルタを構成するＲＧＢ各レジスト膜の膜厚が連続的
に測定されることを特徴とする請求項１３又は１４のい
ずれかに記載の膜厚測定装置。