JP2005140726A - Method for measuring thin film and apparatus for measuring thin film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、薄膜測定方法及び薄膜測定装置に関し、例えば、液晶デバイス(LCD)やプラズマディスプレイパネル(PDP)等に用いられているガラス基板や透明樹脂基板等に光を照射し、その反射光より基板上に形成された薄膜の膜厚や光学定数(屈折率など)を計測するための、インライン計測に適した薄膜測定方法及び薄膜測定装置に関する。 The present invention relates to a thin film measurement method and a thin film measurement apparatus, and for example, irradiates light onto a glass substrate or a transparent resin substrate used in a liquid crystal device (LCD), a plasma display panel (PDP), etc. The present invention relates to a thin film measurement method and a thin film measurement apparatus suitable for in-line measurement for measuring the film thickness and optical constant (refractive index, etc.) of a thin film formed on a substrate.
LCDやPDPのガラス基板などの測定対象物に形成されている薄膜の膜厚を計測するための膜厚測定装置があるが、このような膜厚測定装置は、薄膜に向けて光を照射し、薄膜の表面と裏面とで反射される光の干渉を利用して薄膜の膜厚を計測するものである。 There is a film thickness measuring device for measuring the film thickness of a thin film formed on an object to be measured such as an LCD or PDP glass substrate. Such a film thickness measuring device irradiates light toward the thin film. The film thickness of the thin film is measured using interference of light reflected by the front and back surfaces of the thin film.
このような膜厚測定装置においては、測定対象物の背後にある背景からの反射光が膜厚測定装置内に取り込まれると、膜厚測定装置で計測している光量が増加して反射率のカーブが増大方向へシフトするので、膜厚計測誤差を生じる。従って、背景からの反射光は膜厚測定装置で観測されないようにできるだけ遮断する必要があるが、従来の膜厚測定装置では、背景からの反射光については考慮されていなかった。 In such a film thickness measuring apparatus, when the reflected light from the background behind the object to be measured is taken into the film thickness measuring apparatus, the amount of light measured by the film thickness measuring apparatus increases and the reflectance Since the curve shifts in the increasing direction, a film thickness measurement error occurs. Therefore, it is necessary to block the reflected light from the background as much as possible so as not to be observed by the film thickness measuring device. However, the conventional film thickness measuring device does not consider the reflected light from the background.
測定対象物の背景からの反射光が膜厚測定装置に戻ってこないようにする方法としては、(1)測定対象物と背景との間に大きな距離を確保する方法、(2)背景で反射される光を計測光と異なる方向へ反射させる方法、(3)光学系の焦点深度を浅くする方法などが考えられる。基板と背景との間に大きな距離を確保する方法では、例えば図1に示すように、薄膜1を形成された測定対象物2を載置するテーブル3に開口4を設けることにより、光Lを反射する背景の位置を測定対象物から遠く離すようにすればよい。また、背景で反射される光Lを計測光と異なる方向へ反射させる方法では、例えば図2に示すように、測定対象物2を支持するテーブル3に斜面5を形成し、背景(斜面5)で反射された光Lが斜め方向へ反射されて膜厚測定装置内に入射しないようにすればよい。また、図3のように光学系の焦点深度を浅くする方法では、焦点深度の浅い受光光学系を用いて薄膜に焦点を合わせ、背景が膜厚測定装置の受光面に映り込まないようにすればよい。
To prevent the reflected light from the background of the measurement object from returning to the film thickness measurement device, (1) ensure a large distance between the measurement object and the background, (2) reflect on the background A method of reflecting the emitted light in a direction different from that of the measurement light, (3) a method of reducing the depth of focus of the optical system, etc. In the method of ensuring a large distance between the substrate and the background, for example, as shown in FIG. 1, the
ところで、最近では、製造ライン等に膜厚測定装置を設置し、製造ライン等からガラス基板等の測定対象物を抜き取ることなく、成膜プロセス中(in-situ)又はプロセス直後に測定対象物の全数検査を行うことが可能なインライン計測が望まれている。インライン計測によれば、製品歩留まりを向上させることができるので、このような計測方法に対するニーズが高まっている。しかし、上記(1)〜(3)のような背景対策では、いずれもスタンドアローン型の膜厚測定装置に制約されることになり、インライン計測に適用することは困難である。 By the way, recently, a film thickness measurement device has been installed in a production line, etc., and the measurement object is not extracted from the production line or the like during the film formation process (in-situ) or immediately after the process. In-line measurement capable of 100% inspection is desired. Since in-line measurement can improve product yield, the need for such a measurement method is increasing. However, any of the background measures such as the above (1) to (3) is limited to a stand-alone film thickness measuring apparatus, and is difficult to apply to in-line measurement.
すなわち、インライン計測に用いることのできる膜厚測定装置において、背景との距離を大きく離したり、背景となる部材に斜面を加工したりしようとすれば、膜厚測定装置を組み込もうとする既存の製造ラインや製造装置等を膜厚測定装置に合わせて改造したり、製造ラインや製造装置等を新しいものに取り換えたりする必要があり、膜厚計測装置の導入コストが増大し、インライン計測用の膜厚測定装置の導入が困難になる。 In other words, in a film thickness measuring device that can be used for in-line measurement, if the distance from the background is greatly separated or a slope is processed on a member that becomes the background, an existing film thickness measuring device is to be incorporated. It is necessary to remodel the manufacturing line and manufacturing equipment to match the film thickness measuring device, or to replace the manufacturing line and manufacturing device with a new one. It becomes difficult to introduce a film thickness measuring apparatus.
また、背景との距離を大きく離す方法では、膜厚測定装置の設置場所が制約を受けるので、製造ライン等に設けられている周辺機器や付属機器と干渉し、膜厚測定装置の設置場所が制限される。 Also, in the method of greatly separating the distance from the background, the installation location of the film thickness measuring device is restricted, so it interferes with peripheral devices and accessory equipment provided on the production line etc., and the installation location of the film thickness measuring device is Limited.
さらに、膜厚測定装置の光学系の焦点深度を浅くする方法では、測定対象物の薄膜に対して焦点合わせをシビアに行わなければならないので、焦点合わせに時間と手間が掛かる。また、製造ラインを流れる測定対象物の検査では、測定対象物の位置バラツキが大きくなり、また搬送時の振動によって測定対象物が焦点位置から外れ易いので、焦点深度を浅くすると膜厚計測が困難になり、自動焦点調整のためのオートフォーカス装置などがなければ膜厚計測を行えない。 Further, in the method of reducing the depth of focus of the optical system of the film thickness measuring apparatus, since focusing must be performed severely on the thin film of the measurement object, it takes time and effort to focus. Also, in the inspection of the measurement object flowing through the production line, the position variation of the measurement object becomes large, and the measurement object tends to be out of the focal position due to vibration during conveyance, so it is difficult to measure the film thickness when the depth of focus is shallow Therefore, film thickness cannot be measured without an autofocus device for automatic focus adjustment.
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定対象物の背景からの反射光による計測誤差を小さくすることができ、しかも、インライン計測にも適した薄膜測定方法及び薄膜測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the technical problems as described above. The object of the present invention is to reduce measurement errors caused by reflected light from the background of the measurement object, and to inline measurement. It is another object of the present invention to provide a thin film measuring method and a thin film measuring apparatus which are also suitable.
本発明の薄膜測定装置は、測定対象物に向けて光を照射する投光部と、測定対象物で反射した光を取り込む撮像手段と、前記撮像手段で取り込んだ光の分光特性に基づいて測定対象物表面の薄膜の膜厚又は光学定数を求める演算処理部とを備えた薄膜測定装置であって、前記演算処理部は、透明な基板の表面に薄膜を形成された測定対象物に照射した光の反射光より取得した分光特性と、測定対象物の背景から入射する光の分光特性を考慮して算出された測定対象物による反射光の分光特性の理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は光学定数を求めるように構成されている。 The thin film measuring apparatus of the present invention measures a light projecting unit that irradiates light toward a measurement target, an imaging unit that captures light reflected by the measurement target, and a spectral characteristic of the light captured by the imaging unit. A thin film measuring apparatus including a calculation processing unit for obtaining a film thickness or an optical constant of a thin film on the surface of the object, wherein the calculation processing unit irradiates the measurement target having a thin film formed on the surface of the transparent substrate. By comparing the spectral characteristics obtained from the reflected light with the theoretical formula of the spectral characteristics of the reflected light from the measurement object calculated in consideration of the spectral characteristics of the light incident from the background of the measurement object, the thin film The film thickness or optical constant is determined.
ここで、背景の分光特性を取得する際の背景から入射する光には、撮像手段に直接入射する外乱光や測定対象物で反射して撮像手段に入射する外乱光は含まれなくてもよく(外乱光を遮断する。)、あるいは、外乱光が一定である場合には、外乱光が含まれていてもよい。 Here, the light incident from the background when acquiring the spectral characteristics of the background may not include disturbance light that directly enters the imaging unit or disturbance light that is reflected by the measurement object and incident on the imaging unit. (The disturbance light is blocked.) Or, if the disturbance light is constant, the disturbance light may be included.
本発明の薄膜測定装置によれば、測定対象物の薄膜を形成されている基板が透明基板である場合において、測定対象物に照射した光の反射光より取得した分光特性と、測定対象物の背景から入射する光の分光特性を考慮して算出された測定対象物による反射光の分光特性の理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は屈折率等の光学定数を求めることができるので、測定対象物の背景で反射されて撮像手段に入射する光の影響を除去又は補正することができ、薄膜の膜厚や光学定数を精度良く計測することができる。しかも、受光光学系の焦点深度を浅くする必要がないので、製造ラインを搬送される測定対象物の計測にも適し、インライン計測が可能になる。更に、背景を加工したり、背景と測定対象物との距離を大きくとったりする必要がないので、製造ラインや製造装置等を改良したり、新しい設備に入れ替えたりする必要が無く、既存設備をそのまま生かしたレトロフィット方式で薄膜のインライン計測を可能にすることができる。 According to the thin film measuring apparatus of the present invention, when the substrate on which the thin film of the measurement object is formed is a transparent substrate, the spectral characteristics acquired from the reflected light of the light irradiated to the measurement object, and the measurement object Optical constants such as film thickness or refractive index of the thin film can be obtained by comparing with the theoretical formula of the spectral characteristics of the reflected light from the measurement object calculated in consideration of the spectral characteristics of the incident light from the background. Therefore, it is possible to remove or correct the influence of the light reflected on the background of the measurement object and incident on the imaging means, and to measure the film thickness and optical constant of the thin film with high accuracy. In addition, since it is not necessary to reduce the depth of focus of the light receiving optical system, it is also suitable for measuring a measurement object conveyed on the production line, and in-line measurement is possible. Furthermore, there is no need to process the background or increase the distance between the background and the object to be measured, so there is no need to improve the production line or equipment, or to replace with new equipment. In-line measurement of thin film can be made possible by utilizing the retrofit method.
本発明の薄膜測定装置の一実施態様においては、測定対象物が測定対象物設置位置から除去された状態で前記背景から入射する光の分光特性を考慮して、測定対象物で反射した光の分光特性の理論式を算出する機能を備えている。測定対象物が除去された状態で背景から入射する光の分光特性は、測定対象物を除いた状態で背景のみの分光特性を薄膜測定装置により実測してもよく、あるいは、背景を構成する構成部材の光学定数に基づいて演算により求められたものでもよい。この実施態様においては、測定対象物が除去された状態で背景から入射する光の分光特性に基づき、測定対象物で反射した光の分光特性の理論式が自動的に算出されるので、分光特性の理論式を求めて薄膜測定装置に入力する必要がない。 In one embodiment of the thin film measuring apparatus of the present invention, in consideration of the spectral characteristics of light incident from the background in a state where the measurement object is removed from the measurement object installation position, the light reflected by the measurement object It has a function to calculate the theoretical formula of spectral characteristics. The spectral characteristics of light incident from the background with the measurement object removed may be obtained by measuring the spectral characteristics of the background only with the thin film measuring apparatus without the measurement object, or a configuration that constitutes the background. What was calculated | required by calculation based on the optical constant of a member may be used. In this embodiment, since the theoretical formula of the spectral characteristic of the light reflected from the measurement object is automatically calculated based on the spectral characteristic of the light incident from the background with the measurement object removed, the spectral characteristic There is no need to obtain the theoretical formula of
本発明の薄膜測定装置の別な実施態様においては、測定対象物を載置するためのステージに、黒色アルマイト処理を施している。黒色アルマイト処理は、ステージの表面に形成するのが一般的であるが、ステージがガラス板等の透明板である場合には、ステージの裏面に形成してもよい。この実施態様によれば、ステージに黒色アルマイト処理を施しているので、背景であるステージからの反射光が少なくなり、薄膜の計測時のS/N比が大きくなって計測精度が向上する。なお、この実施態様によれば、ステージが既存の設備の一部である場合には、既存設備の一部改良が必要となるが、軽微な改良で済む。また、軽微の改良で済まないような場合には、既存のステージの表面に黒色アルマイト処理を施されたシートを接着させてもよい。 In another embodiment of the thin film measuring apparatus of the present invention, a black alumite treatment is applied to the stage on which the measurement object is placed. The black alumite treatment is generally formed on the surface of the stage, but may be formed on the back surface of the stage when the stage is a transparent plate such as a glass plate. According to this embodiment, since the stage is black anodized, the reflected light from the stage as the background is reduced, the S / N ratio during measurement of the thin film is increased, and the measurement accuracy is improved. According to this embodiment, when the stage is a part of the existing equipment, a partial improvement of the existing equipment is required, but a minor improvement is sufficient. In addition, in the case where minor improvements cannot be made, a sheet that has been subjected to black alumite treatment may be bonded to the surface of an existing stage.
本発明の薄膜測定装置のさらに別な実施態様においては、測定対象物が透明基板の上に薄膜を形成されたものである場合と、測定対象物が不透明基板の上に薄膜を形成されたものである場合とで計測方法を切替え可能とし、透明基板の上に薄膜を形成された測定対象物の場合には、測定対象物に照射した光の反射光より取得した分光特性と、測定対象物の背景から入射した光の分光特性を考慮して算出された測定対象物による反射光の分光特性の理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は光学定数を求めるようにし、不透明基板の上に薄膜を形成された測定対象物の場合には、測定対象物に照射した光の反射光より取得した分光特性と、背景からの入射光の分光特性を考慮しない測定対象物による反射光の分光特性の理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は光学定数を求めるようにしている。この実施態様によれば、測定対象物が透明基板である場合も、不透明基板である場合も、単一の装置によって薄膜を計測することができる。また、透明基板の測定対象物と不透明基板の測定対象物を計測できるようにしても、薄膜測定装置の操作が複雑になることが無く、薄膜計測を容易に行うことができる。 In still another embodiment of the thin film measuring apparatus of the present invention, the object to be measured is a thin film formed on a transparent substrate, and the object to be measured is a thin film formed on an opaque substrate. In the case of a measurement object in which a thin film is formed on a transparent substrate, the spectral characteristics acquired from the reflected light of the light irradiated on the measurement object, and the measurement object The film thickness or optical constant of the thin film is obtained by comparing with the theoretical formula of the spectral characteristic of the reflected light from the measurement object calculated in consideration of the spectral characteristic of the incident light from the background of In the case of a measurement object having a thin film formed thereon, the spectral characteristics obtained from the reflected light of the light irradiated on the measurement object and the reflected light from the measurement object not considering the spectral characteristics of the incident light from the background Compare with theoretical formula of spectral characteristics By, and to obtain the film thickness or optical constants of thin films. According to this embodiment, the thin film can be measured with a single device regardless of whether the object to be measured is a transparent substrate or an opaque substrate. Further, even if the measurement object on the transparent substrate and the measurement object on the opaque substrate can be measured, the operation of the thin film measuring apparatus is not complicated, and the thin film measurement can be easily performed.
本発明の薄膜測定装置のさらに別な実施態様においては、測定対象物の複数点において薄膜の膜厚又は光学定数を求めるようにしているので、複数箇所で薄膜の膜厚や光学定数を求めることができ、薄膜の膜厚の変化や光学定数の傾斜特性を知ることができる。なお、上記複数の点としては、任意の点を選択できることが望ましい。 In still another embodiment of the thin film measuring apparatus of the present invention, since the film thickness or optical constant of the thin film is obtained at a plurality of points of the measurement object, the film thickness and optical constant of the thin film are obtained at a plurality of locations. It is possible to know the change in the thickness of the thin film and the gradient characteristic of the optical constant. Note that it is desirable that any point can be selected as the plurality of points.
また、本発明の薄膜測定装置は、特に液晶表示パネルやプラズマディスプレイデバイス等の画像表示デバイスの製造ラインに組み込んでインライン計測するのに適しており、既存の設備を入れ替えたり改造したりする必要性が低いので、これらのラインへの導入が容易である。 In addition, the thin film measuring apparatus of the present invention is particularly suitable for in-line measurement by being incorporated in a production line of an image display device such as a liquid crystal display panel or a plasma display device, and it is necessary to replace or modify existing equipment. Is easy to introduce into these lines.
本発明の第1の薄膜測定方法は、測定対象物に向けて光を照射する投光部と、測定対象物で反射した光を取り込む撮像手段とを備え、前記撮像手段で取り込んだ光の分光特性に基づいて測定対象物表面の薄膜の膜厚又は光学定数を求めるようにした薄膜測定方法であって、測定対象物の設置されていない測定対象物設置位置に前記投光部から光を照射することにより、背景から入射する光の分光特性を取得する工程と、透明な基板の表面に薄膜を形成された測定対象物を測定対象物設置位置に設置し、該測定対象物に前記投光部から光を照射することにより、測定対象物で反射された光の分光特性を取得する工程と、背景から入射した光の前記分光特性を用いて、測定対象物による反射光の分光特性の理論式を求める工程と、測定対象物で反射された光の前記分光特性と、測定対象物による反射光の分光特性の前記理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は光学定数を求める工程とを備えている。 The first thin film measurement method of the present invention includes a light projecting unit that irradiates light toward a measurement target, and an imaging unit that captures light reflected by the measurement target, and a spectrum of light captured by the imaging unit. A thin film measurement method for obtaining a film thickness or optical constant of a thin film on the surface of a measurement object based on characteristics, and irradiating light from the light projecting portion to a measurement object installation position where the measurement object is not installed To obtain a spectral characteristic of light incident from the background, and to place a measurement object formed with a thin film on the surface of a transparent substrate at a measurement object installation position, and project the light onto the measurement object. The theory of the spectral characteristics of the reflected light from the measurement object using the step of obtaining the spectral characteristics of the light reflected from the measurement object by irradiating light from the unit and the spectral characteristics of the light incident from the background The process of finding the equation and the measurement object And the spectroscopic characteristics of the light, by comparing the theoretical formula of the spectral characteristics of the light reflected by the measurement object, and a step of obtaining a film thickness or optical constants of thin films.
本発明の第1の薄膜測定方法によれば、測定対象物の薄膜を形成されている基板が透明基板である場合において、測定対象物に照射した光の反射光より取得した分光特性と、測定対象物の背景から入射する光の分光特性を考慮して算出された測定対象物による反射光の分光特性の理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は屈折率等の光学定数を求めることができるので、測定対象物の背景で反射されて撮像手段に入射する光の影響を除去又は補正することができ、薄膜の膜厚や光学定数を精度良く計測することができる。しかも、受光光学系の焦点深度を浅くする必要がないので、製造ラインを搬送される測定対象物の計測にも適し、インライン計測が可能になる。更に、背景を加工したり、背景と測定対象物との距離を大きくとったりする必要がないので、製造ラインや製造装置等を改良したり、新しい設備に入れ替えたりする必要が無く、既存設備をそのまま生かしたレトロフィット方式で薄膜のインライン計測を可能にすることができる。 According to the first thin film measurement method of the present invention, when the substrate on which the thin film of the measurement object is formed is a transparent substrate, the spectral characteristics acquired from the reflected light of the light irradiated on the measurement object, and the measurement Optical constants such as film thickness or refractive index of the thin film are obtained by comparing with the theoretical formula of the spectral characteristics of the reflected light from the measurement object calculated in consideration of the spectral characteristics of the light incident from the background of the object. Therefore, the influence of the light reflected on the background of the measurement object and incident on the imaging means can be removed or corrected, and the film thickness and optical constant of the thin film can be accurately measured. In addition, since it is not necessary to reduce the depth of focus of the light receiving optical system, it is also suitable for measuring a measurement object conveyed on the production line, and in-line measurement is possible. Furthermore, there is no need to process the background or increase the distance between the background and the object to be measured, so there is no need to improve the production line or equipment, or to replace with new equipment. In-line measurement of thin film can be made possible by utilizing the retrofit method.
しかも、第1の薄膜測定方法によれば、測定対象物の設置されていない測定対象物設置位置に照射することにより、背景から入射する光の分光特性を容易に取得することができ、1台の薄膜測定装置により背景の分光特性の計測と薄膜の膜厚等の計測とを同時に行うことができる。 Moreover, according to the first thin film measuring method, the spectral characteristics of light incident from the background can be easily obtained by irradiating the measurement object installation position where the measurement object is not installed. With this thin film measuring apparatus, it is possible to simultaneously measure the spectral characteristics of the background and the film thickness of the thin film.
本発明の第2の膜厚測定方法は、測定対象物に向けて光を照射する投光部と、測定対象物で反射した光を取り込む撮像手段とを備え、前記撮像手段で取り込んだ光の分光特性に基づいて測定対象物表面の薄膜の膜厚又は光学定数を求めるようにした薄膜測定方法であって、測定対象物設置位置における背景部材の光学定数に基づいて背景から入射する光の分光特性を求める工程と、透明な基板の表面に薄膜を形成された測定対象物を測定対象物設置位置に設置し、該測定対象物に前記投光部から光を照射することにより、測定対象物で反射された光の分光特性を取得する工程と、背景から入射した光の前記分光特性を用いて、測定対象物による反射光の分光特性の理論式を求める工程と、測定対象物で反射された光の前記分光特性と、測定対象物による反射光の分光特性の前記理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は光学定数を求める工程とを備えている。 The second film thickness measurement method of the present invention includes a light projecting unit that irradiates light toward a measurement target, and an imaging unit that captures the light reflected by the measurement target, and the light captured by the imaging unit. A thin film measuring method for obtaining a film thickness or optical constant of a thin film on the surface of a measurement object based on spectral characteristics, wherein the spectrum of light incident from the background is based on the optical constant of a background member at the measurement object installation position. The measurement object is obtained by installing a measurement object having a thin film formed on the surface of a transparent substrate at a measurement object installation position and irradiating the measurement object with light from the light projecting unit. Obtaining the spectral characteristics of the light reflected from the light, obtaining the theoretical formula of the spectral characteristics of the reflected light from the measurement object using the spectral characteristics of the light incident from the background, and reflecting from the measurement object. The spectral characteristics of measured light and the measurement pair By comparing the theoretical formula of the spectral characteristics of the light reflected by an object, and a step of obtaining a film thickness or optical constants of thin films.
本発明の第2の薄膜測定方法によれば、測定対象物の薄膜を形成されている基板が透明基板である場合において、測定対象物に照射した光の反射光より取得した分光特性と、測定対象物の背景から入射する光の分光特性を考慮して算出された測定対象物による反射光の分光特性の理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は屈折率等の光学定数を求めることができるので、測定対象物の背景で反射されて撮像手段に入射する光の影響を除去又は補正することができ、薄膜の膜厚や光学定数を精度良く計測することができる。しかも、受光光学系の焦点深度を浅くする必要がないので、製造ラインを搬送される測定対象物の計測にも適し、インライン計測が可能になる。更に、背景を加工したり、背景と測定対象物との距離を大きくとったりする必要がないので、製造ラインや製造装置等を改良したり、新しい設備に入れ替えたりする必要が無く、既存設備をそのまま生かしたレトロフィット方式で薄膜のインライン計測を可能にすることができる。 According to the second thin film measurement method of the present invention, when the substrate on which the thin film of the measurement object is formed is a transparent substrate, the spectral characteristics acquired from the reflected light of the light irradiated on the measurement object, and the measurement Optical constants such as film thickness or refractive index of the thin film are obtained by comparing with the theoretical formula of the spectral characteristics of the reflected light from the measurement object calculated in consideration of the spectral characteristics of the light incident from the background of the object. Therefore, the influence of the light reflected on the background of the measurement object and incident on the imaging means can be removed or corrected, and the film thickness and optical constant of the thin film can be accurately measured. In addition, since it is not necessary to reduce the depth of focus of the light receiving optical system, it is also suitable for measuring a measurement object conveyed on the production line, and in-line measurement is possible. Furthermore, there is no need to process the background or increase the distance between the background and the object to be measured, so there is no need to improve the production line or equipment, or to replace with new equipment. In-line measurement of thin film can be made possible by utilizing the retrofit method.
しかも、第2の薄膜測定方法によれば、測定対象物設置位置における背景部材の光学定数に基づいて背景から入射する光の分光特性を求めているので、背景の分光特性を計測する手間が省ける。 In addition, according to the second thin film measuring method, since the spectral characteristics of light incident from the background are obtained based on the optical constants of the background member at the measurement object installation position, it is possible to save the trouble of measuring the spectral characteristics of the background. .
本発明の第3の膜厚測定方法は、測定対象物に向けて光を照射する投光部と、測定対象物で反射した光を取り込む撮像手段とを備え、前記撮像手段で取り込んだ光の分光特性に基づいて測定対象物表面の薄膜の膜厚又は光学定数を求めるようにした薄膜測定方法であって、薄膜の形成されていない透明な基板を測定対象物設置位置に設置し、該基板に前記投光部から光を照射することにより、背景から入射する光の分光特性を取得する工程と、透明な基板の表面に薄膜を形成された測定対象物を測定対象物設置位置に設置し、該測定対象物に前記投光部から光を照射することにより、測定対象物で反射された光の分光特性を取得する工程と、背景から入射した光の前記分光特性を用いて、測定対象物による反射光の分光特性の理論式を求める工程と、測定対象物で反射された光の前記分光特性と、測定対象物による反射光の分光特性の前記理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は光学定数を求める工程とを備えている。 A third film thickness measurement method of the present invention includes a light projecting unit that irradiates light toward a measurement target, and an imaging unit that captures light reflected by the measurement target, and the light captured by the imaging unit A thin film measurement method for obtaining a film thickness or optical constant of a thin film on the surface of a measurement object on the basis of spectral characteristics, wherein a transparent substrate on which no thin film is formed is installed at the measurement object installation position, and the substrate Irradiating light from the light projecting unit to obtain the spectral characteristics of the light incident from the background, and installing the measurement object having a thin film formed on the surface of the transparent substrate at the measurement object installation position. , By irradiating the measurement object with light from the light projecting unit to obtain spectral characteristics of the light reflected by the measurement object, and using the spectral characteristics of the light incident from the background, the measurement object Finding the theoretical formula for the spectral characteristics of reflected light from objects And comparing the spectral characteristic of the light reflected by the measurement object with the theoretical formula of the spectral characteristic of the reflected light from the measurement object, thereby obtaining a film thickness or an optical constant of the thin film. ing.
本発明の第3の薄膜測定方法によれば、測定対象物の薄膜を形成されている基板が透明基板である場合において、測定対象物に照射した光の反射光より取得した分光特性と、測定対象物の背景から入射する光の分光特性を考慮して算出された測定対象物による反射光の分光特性の理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は屈折率等の光学定数を求めることができるので、測定対象物の背景で反射されて撮像手段に入射する光の影響を除去又は補正することができ、薄膜の膜厚や光学定数を精度良く計測することができる。しかも、受光光学系の焦点深度を浅くする必要がないので、製造ラインを搬送される測定対象物の計測にも適し、インライン計測が可能になる。更に、背景を加工したり、背景と測定対象物との距離を大きくとったりする必要がないので、製造ラインや製造装置等を改良したり、新しい設備に入れ替えたりする必要が無く、既存設備をそのまま生かしたレトロフィット方式で薄膜のインライン計測を可能にすることができる。 According to the third thin film measuring method of the present invention, when the substrate on which the thin film of the measurement object is formed is a transparent substrate, the spectral characteristics acquired from the reflected light of the light irradiated to the measurement object, and the measurement Optical constants such as film thickness or refractive index of the thin film are obtained by comparing with the theoretical formula of the spectral characteristics of the reflected light from the measurement object calculated in consideration of the spectral characteristics of the light incident from the background of the object. Therefore, the influence of the light reflected on the background of the measurement object and incident on the imaging means can be removed or corrected, and the film thickness and optical constant of the thin film can be accurately measured. In addition, since it is not necessary to reduce the depth of focus of the light receiving optical system, it is also suitable for measuring a measurement object conveyed on the production line, and in-line measurement is possible. Furthermore, there is no need to process the background or increase the distance between the background and the object to be measured, so there is no need to improve the production line or equipment, or to replace with new equipment. In-line measurement of thin film can be made possible by utilizing the retrofit method.
しかも、第2の薄膜測定方法によれば、薄膜の形成されていない透明な基板を測定対象物設置位置に設置し、該基板に前記投光部から光を照射することにより、背景から入射する光の分光特性を求めているので、この工程によって背景の分光特性と共に基板の裏面側で反射する光の分光特性も同時に求めることができ、薄膜の膜厚等を計測する処理をより簡単にすることができる。 In addition, according to the second thin film measurement method, a transparent substrate on which no thin film is formed is placed at the measurement object placement position, and light is incident on the substrate from the light projecting unit, thereby entering from the background. Since the spectral characteristics of the light are obtained, this process can simultaneously obtain the spectral characteristics of the light reflected on the back side of the substrate as well as the spectral characteristics of the background, thereby simplifying the process of measuring the thickness of the thin film. be able to.
本発明の第1及び第3の膜厚測定装置の実施態様においては、前記背景の分光特性を求める工程において、測定対象物の膜厚計測位置近傍における背景からの反射光の分光特性を取得するようにしている。この実施態様においては、測定対象物の膜厚計測位置近傍において背景からの反射光の分光特性を取得しているので、測定対象物設置位置が製造ラインのコンベアのように薄膜測定装置との距離が変動するような場合でも、距離変動による薄膜の膜厚計測誤差を小さくすることができる。 In the embodiments of the first and third film thickness measuring apparatuses of the present invention, in the step of obtaining the background spectral characteristic, the spectral characteristic of the reflected light from the background in the vicinity of the film thickness measurement position of the measurement object is acquired. I am doing so. In this embodiment, since the spectral characteristic of the reflected light from the background is acquired in the vicinity of the film thickness measurement position of the measurement object, the measurement object installation position is a distance from the thin film measurement device like the conveyor of the production line. Even when the value fluctuates, the film thickness measurement error of the thin film due to the distance fluctuation can be reduced.
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。 The above-described constituent elements of the present invention can be arbitrarily combined as much as possible.
本発明の薄膜測定方法及び薄膜測定装置によれば、薄膜の膜厚や光学定数を精度よくインライン計測することができる。しかも、薄膜測定装置を設置する製造ラインや製造装置を入れ替えたり、改良を加えたりすることなく、あるいは改良を必要とする場合でも改良を最小にすることができ、安価なコストでインライン計測用の薄膜測定装置を導入することができる。 According to the thin film measuring method and thin film measuring apparatus of the present invention, the film thickness and optical constant of the thin film can be accurately measured in-line. In addition, it is possible to minimize the improvement without replacing or improving the manufacturing line or manufacturing equipment where the thin film measuring device is installed, or when improvement is required, and for in-line measurement at a low cost. A thin film measuring device can be introduced.
以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、本発明にかかる薄膜測定装置の構成を説明する。図4は本発明の実施例1による、2次元膜厚計測の可能な薄膜測定装置11を示す全体構成図である。薄膜測定装置11は、センサヘッド部12と、演算処理部13と、外部インターフェイス(I/F)部とからなる。図示例では、外部インターフェイス部は、ディスプレイ装置14と、キーボード、マウス等の入出力機器15とで構成されている。また、センサヘッド部12と演算処理部13はケーブル16によって接続され、演算処理部13とディスプレイ装置14はケーブル17によって接続され、演算処理部13と入出力機器15はケーブル18によって接続されている。
First, the configuration of the thin film measuring apparatus according to the present invention will be described. FIG. 4 is an overall configuration diagram showing a thin
図5は上記薄膜測定装置11の電気的構成を示すブロック図である。センサヘッド部12は、投光部19、受光部20、モニター部21、および電源部22からなる。センサヘッド部12においては、投光部19から出射された計測光Lが測定対象物23に投射され、測定対象物23で反射された計測光Lが受光部20で受光され観測される。モニター部21は、投光部19から出射される計測光Lの光強度の変動をモニターする働きをしており、投光部19から出射される計測光Lの一部を直接受光している。また電源部22は、投光部19、受光部20及びモニター部21に電力を供給してこれらを駆動する電源である。電源部22は、センサヘッド部12の内部に設けてあってもよく、また、演算処理部13内に取り付けるなど、センサヘッド部12に対して外付けとなっていてもよい。
FIG. 5 is a block diagram showing an electrical configuration of the thin
演算処理部13は、投受光制御部24と、A/D変換部25と、ROM等の不揮発性メモリ26と、入出力制御部27と、表示制御部28と、これらを演算/制御するマイクロプロセッサ(CPU)等の主制御部29とからなる。投受光制御部24は、投光部19、受光部20、モニター部21及び電源部22を制御する。A/D変換部25は、受光部20とモニター部21からのアナログ信号をデジタル信号に変換する。不揮発性メモリ26は、各種のプログラムを内蔵している。入出力制御部27は、ケーブル18を介してキーボード、マウス等の入出力機器15を接続される。表示制御部28は、ケーブル17を介してディスプレイ装置14を接続される。
The
しかして、投受光制御部24は、所定のタイミングで投光部19を発光させ、計測光Lを測定対象物23に照射させる。同時に、モニター部21は投光部19から出射された計測光Lの一部を受光し、その受光量に応じたモニター信号をケーブル16によりA/D変換部25へ出力する。モニター信号(アナログ信号)は、A/D変換部25によりデジタル信号に変換された後、主制御部29へ送られる。主制御部29はデジタル化されたモニター信号に基づいて投光部19から出射されている計測光Lの光強度を演算し、その光強度が所定の光強度と等しくない場合には、投受光制御部24を通じて投光部19を制御し、投光部19の光強度が所定の光強度となるようにフィードバック制御する。
Accordingly, the light projecting / receiving
また、受光部20で撮像された測定対象物23の画像信号は、ケーブル16を通じてA/D変換部25へ出力される。A/D変換部25でデジタル信号に変換された画像信号は、主制御部29へ送られ、後述のようにして薄膜の所定位置の膜厚が演算される。表示制御部28は、受光部20から出力された画像信号に基づいて測定対象物23の画像や膜厚の演算結果等をディスプレイ装置14に表示させる。また、入出力制御部27は、入出力機器15から例えば膜厚の計測位置や屈折率等のデータを入力されると、その計測位置データ等を主制御部29へ送信し、ハードディスク等の記憶装置(図示せず)に記憶させる。
In addition, the image signal of the
図6は上記センサヘッド部12の光学的構成を示す概略図である。センサヘッド部12内の投光部19は、光源30と投光光学系とからなり、投光光学系は、投光レンズ31、ハーフミラー32及び対物レンズ33によって構成される。受光部20は、受光光学系とCCDカメラ等からなる撮像部36とからなり、受光光学系は、対物レンズ33、開口絞り34及びマルチ分光フィルタ35によって構成される。モニター部21は、フォトダイオード(PD)等の受光素子からなる。ハーフミラー32は、測定対象物23に投射する計測光Lの光軸方向に対して45度の角度で配置されており、光源30及び投光レンズ31は、ハーフミラー32の一方側方に光軸を水平方向に向けるようにして配置され、モニター部21はハーフミラー32を介して光源30及び投光レンズ31と対向する位置に配置されている。しかして、光源30から出射された計測光Lは、投光レンズ31を透過した後、ハーフミラー32に入射する。ハーフミラー32に入射した光の一部はハーフミラー32で反射され対物レンズ33を透過して測定対象物23の所定の2次元領域Aに投射され、残りの一部はハーフミラー32を透過してモニター用の光としてモニター部21で受光される。ここで、測定対象物23に照射される計測光Lは、測定対象物23に対して垂直に入射する同軸落射光とする。
FIG. 6 is a schematic view showing an optical configuration of the
ハーフミラー32は対物レンズ33の上方に配置され、その上方に開口絞り34とマルチ分光フィルタ35と撮像部36が配置されている。撮像部36と測定対象物23の間に設置されているマルチ分光フィルタ35は、図7に示すように、透過波長域の異なる複数の分光フィルタ37a、37b、…を備えたフィルタ板38をパルスステップモータ等の回転アクチュエータ39で回転させて角度を変えられるようにしたものである。フィルタ板38の外周部には、回転アクチュエータ39の回転軸を中心として同心円状に複数の開口が設けられており、1つを除く開口にはそれぞれ選択波長の異なる透過型の分光フィルタ(バンドパスフィルタ)37a、37b、…が嵌め込まれており、1つの開口は分光フィルタの嵌められていない透孔37となっている。このような透過型分光フィルタ37a、37b、…としては、誘電体多層膜などを用いることができる。マルチ分光フィルタ35のフィルタ板38は、開口絞り34の上に近接して配置されており、回転アクチュエータ39によってフィルタ板38を回転させることにより、透孔37又は任意の分光フィルタ37a、37b、…を開口絞り34の小孔34aと対向する位置へ移動させることができる。よって、いずれかの分光フィルタ37a、37b、…が小孔34aの上に位置している場合には、小孔34aを通過した白色光は、その上の分光フィルタ(例えば37a)に入射し、その分光フィルタで決まる特定の波長域の光だけが撮像部36に入射する。
The
図8は、薄膜測定装置11の光学系と光線の挙動を示す図である。この薄膜測定装置11にあっては、光源30から出射された計測光Lは、投光レンズ31、ハーフミラー32及び対物レンズ33を通って測定対象物23の2次元領域Aに照射される。この投光用光学系は同軸落射型となっていて、測定対象物23に向けて照射される光は測定対象物23の表面にほぼ垂直に投射される。
FIG. 8 is a diagram showing the optical system of the thin
また、この薄膜測定装置11における受光部20の結像光学系としては、測定対象物の距離変動に対して薄膜測定装置11の計測精度を安定させるためにテレセントリック光学系が採用される。一般に、テレセントリック光学系には、像側テレセントリック光学系、物体側テレセントリック光学系、両側テレセントリック光学系の3種があるが、本発明の薄膜測定装置では、物体側テレセントリック光学系又は両側テレセントリック光学系が用いられる。特に、実施例1の薄膜測定装置11では、図8に示すように、対物レンズ33と撮像部36との間において、マルチ分光フィルタ35の下面近傍で対物レンズ33の光軸上に開口絞り34の小孔34aを配置することにより、結像光学系を物体側テレセントリック光学系としている。
In addition, as the imaging optical system of the
すなわち、この受光光学系においては、2組のアクロマティックレンズによって対物レンズ33を構成し、対物レンズ33の像側焦点に開口絞り34の小孔34aを位置させて対物レンズ33と開口絞り34によって物体側テレセントリック光学系を構成している。そして、測定対象物23と撮像部36とは、対物レンズ33に関して測定対象物23と撮像部36の受光面とが結像関係になるように配置されている。よって、所定の2次元領域Aで反射された計測光Lは、対物レンズ33及び開口絞り34で構成されたテレセントリック光学系を通ってマルチ分光フィルタ35に入射する。よって、この薄膜測定装置11においては、薄膜測定装置11と測定対象物23との間の距離に変動が発生しても、測定対象物23の画像を撮像部36にはっきりと結像させることができ、測定対象物23の距離変動に対して良好な特性を得ることができる。
That is, in this light receiving optical system, the
また、この受光光学系においては、距離変動時における反射光強度の変化を小さくするため、受光光学系における物側の開口数NAを小さく(開口絞りの孔径を小さく)している。ここで、受光光学系における物側の開口数NAとは、図8に示すように、測定対象物23から出て開口絞り34を通過する計測光Lの広がり角を2wとするとき、
受光光学系における物側の開口数NA=sinw
で表されるものである。しかし、受光光学系における物側の開口数NAを小さくしすぎると、開口絞り34を通過する光量が減少するので、画像が暗くなって光学的画像分解能が低減し、計測位置精度が悪くなる。従って、膜厚計測装置11においては、受光光学系の光学的画像分解能が低下し過ぎることのない範囲で、距離変動時の反射光強度の変化ができるだけ小さくなるように、受光光学系における物側の開口数NA=sinw(あるいは、開口絞り34の孔径)を決定して最適な値としている。
In this light receiving optical system, the numerical aperture NA on the object side in the light receiving optical system is made small (the aperture aperture has a small hole diameter) in order to reduce the change in reflected light intensity when the distance varies. Here, the numerical aperture NA on the object side in the light receiving optical system is, as shown in FIG. 8, when the spreading angle of the measurement light L that exits the
Numerical aperture NA = sinw on the object side in the light receiving optical system
It is represented by However, if the numerical aperture NA on the object side in the light receiving optical system is too small, the amount of light passing through the
また、図8に示すように、本発明の薄膜測定装置11では、投光光学系を同軸落射光学系で構成し、かつ、投光光学系における像側(測定対象物側)の開口数NAが、開口絞り34の孔径により決定される受光光学系における物側(測定対象物側)の開口数NAよりも大きくなるように光学系を構成する。ここで、投光光学系における像側の開口数NAとは、図9(b)に示すように、投光光学系を通して光源30から測定対象物23に照射される計測光Lの広がり角を2uとするとき、
投光光学系における像側の開口数NA=sinu
で表されるものである。測定対象物23の表面が正反射面であるとすれば、測定対象物23で反射される光の広がりは、投光光学系における像側の開口数NAによって決まる。また、受光光学系における物側の開口数NAとは、前記のように、測定対象物23から出て開口絞り34を通過する計測光Lの広がり角を2wとするとき、
受光光学系における物側の開口数NA=sinw
で表されるものである。図9(b)に示すように、この広がり角2wは、開口絞り34から想定される入射瞳34´の小孔34a´に対して測定対象物23の上の点が張る角度であるということもできる。
Further, as shown in FIG. 8, in the thin
Image-side numerical aperture NA = sinu in the projection optical system
It is represented by If the surface of the
Numerical aperture NA = sinw on the object side in the light receiving optical system
It is represented by As shown in FIG. 9B, this divergence angle 2w is an angle at which a point on the
さらに、光源30のある面(以下、この面を光源基準面30aという。)と開口絞り34とが結像の関係となるようにし、図9(a)に示すように、光源基準面30aの適当な大きさの領域で出射光量の分布が均一になるようにする。出射光量の分布が均一であるとは、光源基準面30aの発光領域全体で出射光量が均一であり、且つ/又は、指向特性が等しいことをいう。
Further, a surface of the light source 30 (hereinafter, this surface is referred to as a light
上記光源30の構成においては、光源基準面30a(すなわち、開口絞り34と結像関係にある面)の発光領域で出射光量の分布が均一となっていたが、このような光源30は次のようにして実現することができる。図10はこのような光源30の一例であって、ランプ42から出射した計測光Lをコンデンサレンズ43と集光レンズ44を透過させた後、比較的拡散角の小さな拡散板45に入射させるようにしたものであり、拡散板45で計測光Lを拡散させることで出射光量の分布を均一化させている。このような光源30では、拡散板45の配置されている面が光源基準面30aとなる。
In the configuration of the
しかして、このような光学系においては、図11(a)に示すように、光源基準面30aと開口絞り34とが結像関係にあり、光源基準面30aの発光領域40の各光点から出射した計測光Lは、投光レンズ31及び対物レンズ33を透過して測定対象物23に同軸落射して2次元領域A全体に広がり、さらに、対物レンズ33を透過して開口絞り34の面内で結像する。また、図11(b)に示すように、測定対象物23の2次元領域Aの各点で反射された計測光Lは、開口絞り34における発光領域40の像の領域(つまり、開口絞り34における照明領域41)の全体に広がっている。しかも、光源基準面30aの発光領域40の全体において出射光量の分布が均一となっているので、開口絞り34の照明領域41全体で光量分布が均一となっている。なお、図11(a)、(b)はいずれも光線が一方向に進むように概念的に描いた図である。
Thus, in such an optical system, as shown in FIG. 11A, the light
また、投光光学系における像側の開口数NAが受光光学系における物側の開口数NAよりも大きくなっているが、表面で光が正反射する測定対象物23では、測定対象物23に入射する光の広がりと測定対象物23で反射した光の広がりとは等しいから、この条件は、図9(b)に示すように、測定対象物23で反射された光が開口絞り34に対応する入射瞳34´の上に照射する光のスポット径D1が入射瞳34´の小孔34a´の口径D2よりも大きいことを意味する。よって、測定対象物23で反射された光は、開口絞り34の上に、その小孔34aよりも大きな面積のスポット光を照射することになる(図11(b)参照)。この結果、図12(a)に示すように、測定対象物23の傾きが0°のときには測定対象物23の2次元領域Aで反射された計測光Lが小孔34aを通過して撮像部36で結像されると共に、図12(b)、(c)に示すように、測定対象物23が例えば±1°傾いている場合にも、2次元領域Aで反射した計測光Lは小孔34aを通過して撮像部36で結像され、測定対象物23の傾き変動時にも撮像部36で測定対象物23を観測することができる。
Further, the numerical aperture NA on the image side in the light projecting optical system is larger than the numerical aperture NA on the object side in the light receiving optical system. Since the spread of the incident light is equal to the spread of the light reflected by the
さらに、この薄膜測定装置11では、測定対象物23が傾いて撮像部36で受光される光領域が変化しても撮像部36で観測される反射光強度が変化せず、測定対象物23に傾き変動がある場合でも精度の高い膜厚計測を行うことができる。
Furthermore, in this thin
以上の説明から明らかなように、この薄膜測定装置11によれば、距離変動や傾き変動があっても膜厚測定を行うことができ、しかも、距離変動や傾き変動があっても撮像部36で観測される反射光強度がほぼ一定となり、精度の高い膜厚測定を行うことができるようになっており、インライン計測に適した光学系を備えている。なお、薄膜測定装置11におけるテレセントリック光学系の構成、測定対象物の距離変動対策、傾き変動対策、これらの別な態様などについては、本出願人が本発明に先立って出願した特願2003−321267に詳細に開示している。
As is apparent from the above description, according to the thin
こうして測定対象物23の所定の2次元領域Aに照射され測定対象物23で反射された計測光Lは、対物レンズ33を透過した後、ハーフミラー32と小孔34aを通過していずれかの分光フィルタ37a、37b、…を透過し、単一波長の分光画像となって撮像部36に入射する。また、測定対象物23と撮像部36の受光面とは、結像関係にあり、測定対象物23の2次元領域A内の各点が撮像部36の各画素に1対1に対応している。ここで、マルチ分光フィルタ35を回転させて順次分光フィルタ37a、37b、…を切り替えることにより、図13(a)〜(f)に示すTFTアレイ基板の分光画像Mのように、分光フィルタ37a、37b、…で決まる様々な波長f1、f2、…の分光画像Mを撮像部36で観察し、各分光画像Mをハードディスク等の記憶装置に記憶させる。ついで、例えば図13(a)〜(f)で×印を付した画素開口内の点のように、撮像部36の各画素のうちから任意の1画素(すなわち、2次元領域Aの任意の1点)を選択し、記憶させた各波長の分光画像データから選択した画素の分光反射率データ(反射スペクトル)を抽出し、それらの分光反射率データを理論分光反射率と比較することにより、後述のようにして選択した任意の点の膜厚を演算処理部13で算出する。
The measurement light L irradiated onto the predetermined two-dimensional area A of the
なお、上記実施例では、マルチ分光フィルタ35は受光光学系に配置しているが、マルチ分光フィルタ35を投光光学系に配置して各波長の単色光を順次測定対象物23に照射するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
次に、測定対象物の薄膜の膜厚の算出方法、特に背景の影響を考慮した膜厚の算出方法を説明する。測定対象物23の表面における反射率R(λ)は、測定対象物23を構成する基板46や薄膜47の屈折率n2及びn1、薄膜47の膜厚d、照射光の波長λなどによって理論的に求めることができる。すなわち、測定対象物23の表面における反射率R(λ)は、次の(1)式で表される。
ここで、
Ra(λ):波長λの光に対する薄膜反射率
Ta(λ):波長λの光に対する薄膜透過率
Rb(λ):波長λの光に対する基板裏面反射率
Tb(λ):波長λの光に対する基板裏面透過率
Rc(λ):波長λの光に対する背景反射率
z:表面反射受光効率
y:裏面反射受光効率
である。(1)式の各項については、以下に順次説明する。
Next, a method for calculating the thickness of the thin film of the measurement object, particularly a method for calculating the thickness considering the influence of the background will be described. The reflectance R (λ) on the surface of the
here,
Ra (λ): Thin film reflectance for light of wavelength λ Ta (λ): Thin film transmittance for light of wavelength λ Rb (λ): Substrate back surface reflectance for light of wavelength λ Tb (λ): Light for wavelength λ Substrate back surface transmittance Rc (λ): Background reflectance for light of wavelength λ z: Front surface reflection light reception efficiency y: Back surface reflection light reception efficiency. Each term of the equation (1) will be described in turn below.
上記薄膜反射率Ra(λ)とは、図14(a)に示すように、測定対象物23に入射する計測光L0に対する、測定対象物23の表面からの反射光Lm(すなわち、薄膜47の表面で正反射した光L1と薄膜47及び基板46の境界面で正反射した光L2との干渉光)の光強度の比率である。一般に、薄膜47の厚みをd、薄膜47の屈折率をn1とするとき、測定対象物23に入射した波長λの計測光L0が基板46及び薄膜47の表面で正反射して得られる反射光Lmの薄膜反射率Ra(λ)は、つぎの(2)式で表される。ただし、A、B、Cは、基板46及び薄膜47の屈折率n2、n1により決まる定数である。
As shown in FIG. 14A, the thin film reflectance Ra (λ) is the reflected light Lm (that is, the
上記(2)式は測定対象物23の表面が鏡面であると仮定したときに理論上発生する正反射光をすべて受光することを前提として求められた式である。しかしながら、実際の測定対象物23であるプラズマディスプレイ用の基板や樹脂フィルム製基板のように、表面に凹凸を有する基板46の場合には、図14(b)に示すように、薄膜47の表面や裏面において、正反射光L1、L2のほかに拡散反射光Lsも生じる。この拡散反射光Lsの広がり度合いによっては、撮像部36に実際に入射する光の比率(受光比率)が減少するため、受光データが表す反射光スペクトルと理論上の反射スペクトルとが合致しなくなり、測定精度が低下する恐れがある。
The above expression (2) is an expression obtained on the assumption that all specularly reflected light theoretically generated when the surface of the
表面反射受光効率zとは、(2)式のような理論上の鏡面反射光に対して実際に撮像部36に入射する光(正反射光L1、L2のほか、拡散反射光Lsの一部を含む。)の強度から求めた受光比率であって、測定対象物23の表面で反射されて実際に撮像部36で受光される光の反射率Rz(λ)は、この受光比率(表面反射受光効率z)を用いて
Rz(λ)=Ra(λ)×z …(3)
と表わすことができる。これが上記(1)式の第1項である。
The surface reflection light receiving efficiency z is the light actually incident on the
Can be expressed as This is the first term of the above equation (1).
また、基板46が透明な場合には、基板46の裏面からの反射光(以下、「裏面反射光」という。)を考慮する必要がある。図15は、透明な基板46の表面に形成された薄膜47に計測光を照射した場合の反射状態を模式的に示す。図中、L0は波長λの計測光、Lmは入射した計測光L0に対する基板表面からの反射光、L3は基板46の裏面からの反射光である。ここで基板46の表面に凹凸がある場合には、前記反射光Lmの示す反射率は、前記(3)式のRz(λ)に相当することになる。
When the
図15に示したように、計測光L0が基板46の裏面まで到達すると、基板46の裏面で反射された反射光L3が測定対象物23の表面から出射する。この裏面反射光L3は、上方から基板46に入射し、基板46を透過してその裏面で反射され、再び基板46を透過して測定対象物23の表面から出射されるので、薄膜47の裏面と基板46との界面における透過率(薄膜47と基板46による吸収を含む。)をTa(λ)、基板46の裏面における反射率をRb(λ)とすると、実質的な反射率は、
Ta2(λ)×Rb(λ) …(4)
となる。
As shown in FIG. 15, when the measurement light L <b> 0 reaches the back surface of the
Ta 2 (λ) × Rb (λ) (4)
It becomes.
裏面反射受光効率yとは、(4)式のような理論上の裏面反射光の反射率に対して実際に受光部20に入射する裏面反射光L3の受光比率であって、これは基板46の裏面等における拡散を考慮したものである。基板46の裏面で反射されて実際に撮像部36で受光される光の反射率は、この受光比率(裏面反射受光効率y)を用いて
Ta2(λ)×Rb(λ)×y …(5)
と表わすことができる。これが上記(1)式の第2項である。
The back surface reflection light receiving efficiency y is the light reception ratio of the back surface reflected light L3 that actually enters the
Can be expressed as This is the second term of the above equation (1).
基板46が透明である場合には、図15に示すように、さらに基板46の裏面を透過して背景48で反射されて戻り、測定対象物23の表面から出射される光L4(以下、「背景反射光」という。)を考える必要がある。この背景反射光L4は、薄膜47と基板46を透過して背景48で反射され、再び基板46と薄膜47を透過て測定対象物23の表面から出射されるので、薄膜47の裏面と基板46との界面における透過率(薄膜47及び基板46による吸収を含む。)をTa(λ)、基板46の裏面における透過率(基板46と背景48との間の媒質による吸収を含む。)をTb(λ)、背景48による反射率をRc(λ)とすると、理論的な反射率は、
Ta2(λ)×Tb2(λ)×Rc(λ) …(6)
となる。また、この背景反射光L4も裏面反射光L3と同様に基板46による拡散の影響を受けると考えられるので、背景48で反射されて実際に撮像部36で受光される背景反射光L4の反射率は、裏面反射受光効率yを用いて
Ta2(λ)×Tb2(λ)×Rc(λ)×y …(7)
と表わすことができる。これが上記(1)式の第3項である。
When the
Ta 2 (λ) × Tb 2 (λ) × Rc (λ) (6)
It becomes. Further, since the background reflected light L4 is also considered to be affected by diffusion by the
Can be expressed as This is the third term of the above equation (1).
このようにして、上記(3)式で表される基板表面での反射光Lmによる反射率と、上記(5)式で表される裏面反射光L3による反射率と、上記(7)式で表される背景反射光L4による反射率を加え合わせたものが実際に撮像部36で計測される反射光から求められる反射率であると考えられる。即ち、これが上記(1)式で表された反射率R(λ)の式(膜厚を算出するための演算理論式)である。
Thus, the reflectance by the reflected light Lm on the substrate surface represented by the above formula (3), the reflectance by the back surface reflected light L3 represented by the above formula (5), and the above formula (7). It is considered that the reflectance obtained from the reflected light actually measured by the
前記(1)式からも分かるように、背景48からの反射光L4があると、図16に示すように、計測波形の分光スペクトル波形が理論的な分光スペクトル波形よりも高くなり、薄膜47の膜厚計測誤差が発生する。よって、薄膜47の膜厚を正確に計測するためには、このような背景の影響を考慮した(1)式に基づいて膜厚を算出する必要がある。(1)式に基づいて薄膜の膜厚を測定する方法を図17のフロー図と図18の工程図に従って説明する。
As can be seen from the equation (1), when there is reflected light L4 from the
薄膜測定装置11により膜厚測定を行う場合には、まず初めに図18(a)に示すように、背景となるステージ49の上に基準となる基板(サンプル基板)50を置き、背景からの光や外乱光の影響を受けない状態でサンプル基板50により反射される光Ltの光量を計測する。このサンプル基板50は、反射率等の光学定数が予め分かっているので、サンプル基板50で反射される光の光量を計測し、この光量を基準として薄膜測定装置11の投光部19の出力や受光部20の感度などを所定値となるよう較正する(ステップS1)。
When the film thickness is measured by the thin
背景の影響を受けない状態でサンプル基板50の基準光量を計測するには、例えば基板裏面における反射や透過のない、光学定数が既知の基板を用いればよい。このようなサンプル基板50としては、例えば図19に示すような基板を用いればよい。このサンプル基板50は、表面が平滑なガラス板51の裏面に微細な凹凸処理を施し、さらに凹凸処理を施した面に黒色のアルマイト処理を行って凹凸のあるアルマイト処理層52を形成したものである。なお、ガラス板51の表面には薄膜は形成されていない。このようなサンプル基板50では、ガラス板51内に入った光はアルマイト処理層52で吸収されて背景側へ出射されないので、サンプル基板50で反射される光の光量は背景で反射された光を含まない。
In order to measure the reference light amount of the
裏面反射のないサンプル基板50としては、Si基板などの金属基板を用いることもできる。しかし、膜厚計測等を行うための測定対象物23としては、いまの場合ガラス基板等の透明な基板を想定しているので、サンプル基板50として金属基板を用いると、サンプル基板50の反射率が測定対象物23の基板46の反射率よりもかなり大きくなる(例えば、40%くらいになる。)。そのため、金属基板からなるサンプル基板50を用いて薄膜測定装置11を較正した場合には、実際に測定対象物23を測定する際にS/N比が悪くなり、ダイナミックレンジも狭くなる。これに対し、図19に示したようなサンプル基板50では、測定対象物23に用いられるガラス基板等の透明基板とほぼ同等の反射率を持つため、このサンプル基板50で薄膜測定装置11を較正することにより、測定対象物23を測定する際のS/N比やダイナミックレンジを適正な範囲に調整することができ、Si基板などの金属基板を用いるよりも好ましい。
As the
逆に、ガラス基板51の表面にアルマイト処理層52を形成した場合には、サンプル基板50からの反射光が非常に小さくなって測定対象物23を計測する際の信号レベルが大きくなり過ぎる。よって、ガラス板51の裏面にアルマイト処理層52を施したサンプル基板50を用いるのが望ましい。
Conversely, when the
次に、図18(b)に示すように、ステージ49からサンプル基板50を取り除き、ステージ49に計測光L0を照射してステージ49で反射された光Lbの光量を計測し、ステージ49(背景)の反射率Rc(λ)を直接に計測する(ステップS2)。なお、背景の反射率Rc(λ)を計測する際には、撮像部36に入射する光には外乱光が含まれていてもよく、外乱光が遮断されていてもよいが、測定対象物23を計測する際と同じ条件にしておく必要がある。
Next, as shown in FIG. 18B, the
この後、図18(c)に示すように、ステージ49の上に実際の測定対象物32を載置し、背景からの反射光L4を含んだ分光特性を取得し、その反射率S(λ)のスペクトルを算出する(ステップS3)。
Thereafter, as shown in FIG. 18C, the
ついで、ステップS2で測定された背景の反射率Rc(λ)を用いて、基板裏面からの反射と背景からの反射を考慮した分光特性の理論式(即ち、(1)式で表される反射率)R(λ)を求める(ステップS4)。求めた反射率R(λ)は薄膜47の膜厚dをパラメータとする波長λの関数となっている。なお、理論上の反射率R(λ)の決め方、特に表面反射受光効率zや裏面反射受光効率yの決定の仕方については後述する。
Next, using the background reflectivity Rc (λ) measured in step S2, the theoretical expression of the spectral characteristic considering the reflection from the back surface of the substrate and the reflection from the background (that is, the reflection expressed by the equation (1)). Rate) R (λ) is obtained (step S4). The obtained reflectance R (λ) is a function of the wavelength λ with the film thickness d of the
反射率の理論式R(λ)が決まったら、ステップS3で実測された反射率S(λ)の波形と理論式R(λ)の波形とを比較し(ステップS5)、カーブフィッティング法によって薄膜47の膜厚dを決定する(ステップS6)。 When the theoretical formula R (λ) of the reflectivity is determined, the waveform of the reflectivity S (λ) actually measured in step S3 is compared with the waveform of the theoretical formula R (λ) (step S5), and the thin film is obtained by the curve fitting method. A film thickness d of 47 is determined (step S6).
しかして、このような薄膜測定装置11によれば、既存の製造ラインや製造装置等に薄膜測定装置11を後から設置する場合でも、その製造ラインや製造装置等に改良を施したりすることなく(レトロフィット)、背景の影響を除去または補正して薄膜の膜厚を精度よく計測することができる。また、測定対象物の2次元領域内の任意の箇所で薄膜の膜厚を計測することができて(図13参照)膜厚の2次元計測が可能となり、さらに、インライン計測により測定対象物の全数検査を可能にすることができる。
Therefore, according to such a thin
なお、薄膜の膜厚が既知の場合には、逆に薄膜の光学定数(屈折率や透過率など)を計測することもできる(ステップS6)。 If the thickness of the thin film is known, the optical constant (refractive index, transmittance, etc.) of the thin film can also be measured (step S6).
上記ステップS4、S5において反射率の理論式R(λ)を、膜厚dをパラメータとして求め、カーブフィッティング法により膜厚dを決定する方法は、次のとおりである。前記(1)式の第1項における薄膜反射率Ra(λ)は、基板46の表面が鏡面であると仮定した場合の反射率であって、基板46の屈折率n2や薄膜47の屈折率n1、薄膜47の膜厚d、照射光の波長λなどによって理論的に求めることができる。例えば、この薄膜反射率Ra(λ)は、(2)式を用いて決定され、薄膜47の膜厚dをパラメータとする波長λの関数となる。
A method for obtaining the theoretical formula R (λ) of the reflectance in steps S4 and S5 using the film thickness d as a parameter and determining the film thickness d by the curve fitting method is as follows. The thin film reflectance Ra (λ) in the first term of the equation (1) is a reflectance when the surface of the
図18は、各波長λ毎に前記(2)式から得た理論上の反射率Ra(λ)と、前記表面反射受光効率がz=0.5である場合の反射率Rz(λ)=Ra(λ)×zとの関係を示す波形図である。基板46における波長λ毎の反射率Ra(λ)とRz(λ)は、ほぼ一定の振幅をもって正弦波状に変化しており、反射率Rz(λ)の曲線の振幅は、反射率Ra(λ)の曲線の振幅に前記表面反射受光効率zを掛け合わせた大きさとなる。
FIG. 18 shows the theoretical reflectance Ra (λ) obtained from the equation (2) for each wavelength λ and the reflectance Rz (λ) = when the surface reflection light receiving efficiency is z = 0.5. It is a wave form diagram which shows the relationship with Ra ((lambda)) xz. The reflectances Ra (λ) and Rz (λ) for each wavelength λ on the
図18に示したように、理論上の反射率Ra(λ)及びこれに表面反射受光効率zを加味した反射率Rz(λ)の理論曲線は、所定の振幅をもって正弦波状に変化しており、Ra(λ)の曲線の振幅に対するRz(λ)の曲線の振幅の比率が表面反射受光効率zに相当する。したがって、反射率の実測データS(λ)から振幅に相当する反射率の変化の度合を抽出した後、この値が理論上の反射率Ra(λ)の振幅に対して占める比率を求めることにより、表面反射受光効率zを決定することができる。なお、反射率の実測データS(λ)の振幅を求めるには、その分光スペクトルから最大値と最小値とを抽出し、両者の差を算出すればよい。ただし、1周期以上のスペクトルが得られる場合は、いずれかの周期における極大値と極小値との差を算出するようにしてもよい。 As shown in FIG. 18, the theoretical curve of the reflectance Rz (λ) with the theoretical reflectance Ra (λ) and the surface reflection light receiving efficiency z added thereto changes in a sine wave shape with a predetermined amplitude. The ratio of the amplitude of the curve of Rz (λ) to the amplitude of the curve of Ra (λ) corresponds to the surface reflection light receiving efficiency z. Therefore, after extracting the degree of change in reflectance corresponding to the amplitude from the measured reflectance data S (λ), the ratio of this value to the theoretical reflectance Ra (λ) is calculated. The surface reflection light receiving efficiency z can be determined. In order to obtain the amplitude of the actually measured reflectance data S (λ), the maximum value and the minimum value are extracted from the spectrum and the difference between them is calculated. However, when a spectrum of one period or more is obtained, the difference between the maximum value and the minimum value in any period may be calculated.
図19は、このような原理に基づいて表面に凹凸がある基板46を測定するための理論曲線を設定する処理手順を示す。まず、図17のステップS3で得られた実測データS(λ)から、その最大値Smax、最小値Smin、平均値Saを抽出する(ステップS11)。そして、測定対象物23の薄膜47の膜厚dをある最小値dxと仮定した(ステップS12)後、ステップS13〜S21の処理を実行する。
FIG. 19 shows a processing procedure for setting a theoretical curve for measuring the
ステップS13では、前記(2)式を用いて膜厚がdxである場合の反射率Ra(λ)を算出する。ついでステップS14で、この反射率Ra(λ)の曲線における最大値Ramax、最小値Raminを抽出する。そしてつぎのステップS15では、前記ステップS14で求めた反射率Ra(λ)の最大値Ramaxおよび最小値Raminと、ステップS11で求めた実測データS(λ)の最大値Smaxおよび最小値Sminとをつぎの(8)式にあてはめることにより、表面反射受光効率zを算出する。
In step S13, the reflectance Ra (λ) when the film thickness is dx is calculated using the equation (2). In step S14, the maximum value Ramax and the minimum value Ramin in the curve of the reflectance Ra (λ) are extracted. In the next step S15, the maximum value Ramax and minimum value Ramin of the reflectance Ra (λ) obtained in step S14 and the maximum value Smax and minimum value Smin of the measured data S (λ) obtained in step S11 are obtained. By applying the following equation (8), the surface reflection light receiving efficiency z is calculated.
なお、ここでは前記(Smax−Smin)と(Ramax−Ramin)を、それぞれS(λ)、Ra(λ)の示す各分光スペクトルの振幅に相当するものと見なしているが、これらのスペクトルに複数の周期が含まれる場合には、前記最大値,最大値に代えて、いずれかの周期における極大値、極小値を抽出して(8)式にあてはめてもよい。 Here, (Smax−Smin) and (Ramax−Ramin) are considered to correspond to the amplitudes of the respective spectrums indicated by S (λ) and Ra (λ), respectively. In this case, instead of the maximum value and the maximum value, the maximum value and the minimum value in any one of the cycles may be extracted and applied to the equation (8).
こうして表面反射受光効率zを算出すると、算出された表面反射受光効率zと反射率Ra(λ)とを(3)式にあてはめて、モデルデータRz(λ)を算出する(ステップS16)。 When the surface reflection / reception efficiency z is calculated in this way, the calculated surface reflection / reception efficiency z and the reflectance Ra (λ) are applied to the equation (3) to calculate model data Rz (λ) (step S16).
ここで、(1)における薄膜透過率Ta(λ)、基板裏面反射率Rb(λ)、基板裏面透過率Tb(λ)は、シミュレーションや実験を行ったり、論文やデータブックから探したりして演算処理部13に予め入力して記憶されている。この記憶されているRb(λ)から、その平均値Rbaを求めると共に、ステップS16で求めたモデルデータRz(λ)を用いてその平均値Rzaを求める。こうして求めた平均値Rba、Rza及びステップS11で求めたS(λ)の平均値Saを用いると、裏面反射受光効率yは、次の(9)式により算出することができる(ステップS17)。
y=(Sa−Rza)/Rba …(9)
Here, the thin film transmittance Ta (λ), the substrate back surface reflectance Rb (λ), and the substrate back surface transmittance Tb (λ) in (1) are obtained by conducting simulations or experiments, or searching from papers or data books. It is inputted and stored in advance in the
y = (Sa−Rza) / Rba (9)
よって、ステップS2で実測された背景の反射率Rc(λ)、ステップS16で求められたRz(λ)、ステップS17で求められた裏面反射受光効率y、予め入力されている薄膜透過率Ta(λ)、基板裏面反射率Rb(λ)、基板裏面透過率Tb(λ)により、(1)式で表される反射率の理論式R(λ)を求める(ステップS18)。 Therefore, the background reflectance Rc (λ) actually measured in step S2, the Rz (λ) obtained in step S16, the back surface reflection light receiving efficiency y obtained in step S17, and the thin film transmittance Ta ( The theoretical formula R (λ) of the reflectance expressed by the equation (1) is obtained from λ), the substrate back surface reflectance Rb (λ), and the substrate back surface transmittance Tb (λ) (step S18).
ついで、理論式R(λ)と実測データS(λ)とを比較してカーブフィッティングを行う。図20はカーブフィッティング法の原理を示す。図20中、Sは実測の受光データを示す反射スペクトルである。また、RA〜REは膜厚毎に(1)式により得られた理論上の反射率R(λ)から得た理論上の反射スペクトルであって、膜厚によって光の干渉の度合が変化するという現象を反映してそれぞれ異なる分布形状をとる。カーブフィッティング法では、実測の受光データSから得られる反射スペクトルについて各理論曲線に対する最小自乗誤差を順に求めることにより、前記受光データSに最も近い形状の理論曲線を特定し、その理論曲線に対応する膜厚d(図20では、1000nm)を測定対象の薄膜の厚みとするものである。この方法を実行するため、ステップS18では、算出した理論式R(λ)と実測データS(λ)との最小自乗誤差を算出する(ステップS19)。この算出結果は、記憶装置内に蓄積される。 Next, curve fitting is performed by comparing the theoretical formula R (λ) with the actually measured data S (λ). FIG. 20 shows the principle of the curve fitting method. In FIG. 20, S is a reflection spectrum showing actually measured light reception data. RA to RE are theoretical reflection spectra obtained from the theoretical reflectance R (λ) obtained by the equation (1) for each film thickness, and the degree of light interference varies depending on the film thickness. Reflecting this phenomenon, each has a different distribution shape. In the curve fitting method, the least square error with respect to each theoretical curve is obtained in order for the reflection spectrum obtained from the actually measured light reception data S, whereby the theoretical curve having the shape closest to the light reception data S is specified, and the corresponding theoretical curve is obtained. The film thickness d (1000 nm in FIG. 20) is the thickness of the thin film to be measured. In order to execute this method, in step S18, a least square error between the calculated theoretical formula R (λ) and the measured data S (λ) is calculated (step S19). This calculation result is accumulated in the storage device.
次に、仮定の膜厚dをΔdだけ増加させ(ステップS20)、再びステップS13〜S20までの処理を繰り返す。仮定の膜厚dが設定されている最大膜厚dyを超えるまでステップS13〜S21の処理を何度も繰り返し、Δd毎の各膜厚値に対応する理論式R(λ)と実測データS(λ)の最小自乗誤差を順次記憶装置内に蓄積する。 Next, the assumed film thickness d is increased by Δd (step S20), and the processes from steps S13 to S20 are repeated again. The processes in steps S13 to S21 are repeated many times until the assumed film thickness d exceeds the set maximum film thickness dy, and the theoretical formula R (λ) corresponding to each film thickness value for each Δd and the actual measurement data S ( The least square error of λ) is sequentially stored in the storage device.
すべての膜厚について最小自乗誤差が求められると、ステップS22に進み、最小自乗誤差が最小となるときの膜厚dzを抽出し、最後のステップS23で、この膜厚dzを測定結果として出力し、処理を終了する。 When the least square error is obtained for all film thicknesses, the process proceeds to step S22, where the film thickness dz when the least square error is minimized is extracted, and in the final step S23, this film thickness dz is output as a measurement result. The process is terminated.
実施例1においては、図17のステップ2において背景の反射率Rc(λ)を計測したが、測定対象物の基板が不透明基板の場合には、背景の影響を受けないので、背景の反射率Rc(λ)の影響を受けない。従って、不透明基板に形成された薄膜の膜厚や透明基板に形成された薄膜の膜厚を計測する用途の場合には、キーボード等の入出力機器から基板の種類を入力したり、切替スイッチ(図示せず)を操作することによって基板の種類を入力できるようにし、入力された基板の周類に応じて膜厚等の計測処理を簡単に切り換えられるようにしてもよい。
In Example 1, the background reflectance Rc (λ) was measured in
実施例2における計測処理工程を図22のフロー図に示す。膜厚測定装置11の較正を行った(ステップS1)後に、入出力機器15から入力された、透明基板か不透明基板かという情報を読み取る(ステップS7)。基板46の種類が透明基板であるという情報が入力された場合には、実施例1の図17のステップS2〜S6と同様の工程により計測処理を行う。即ち、背景の反射率Rc(λ)を計測(ステップS2)した後、反射率S(λ)を実測(ステップS3´)すると共に前記(1)式で表される反射率の理論式R(λ)を求め(ステップS4´)、測定対象物23の反射率の実測データS(λ)と反射率の理論式R(λ)とをカーブフィッティング法で比較する(ステップS5´)ことにより、薄膜47の膜厚等を求める(ステップS6)。これに対し、基板46の種類が不透明基板であるという情報が入力された場合には、ステップS2をスキップして背景の反射率Rc(λ)を実測することなく、反射率S(λ)を実測(ステップS3´)すると共に背景を含まない前記(3)式で表される反射率の理論式R(λ)=Rz(λ)を求め(ステップS4´)、測定対象物23の反射率の実測データS(λ)と背景を含まない反射率の理論式R(λ)=Rz(λ)とを比較する(ステップS5´)ことにより、薄膜47の膜厚等を求める(ステップS6)。よって、実施例2によれば、不透明基板の場合には、背景の反射率Rc(λ)を計測する工程をスキップすることができ、異なる種類の基板の測定対象物を計測する場合でも薄膜測定装置11における処理が複雑化するのを避けることができる。
The measurement process in Example 2 is shown in the flowchart of FIG. After the film
実施例1においては、図17のステップ2において背景の反射率Rc(λ)を実際に計測したが、背景の構成部材や光学定数や光学特性が分かっている場合には、背景構成部材の光学特性の値に基づいて背景の反射率Rc(λ)を理論的に求めてもよい。即ち、図23のフロー図に示すように、ステップS8において、背景構成部材の光学特性の値に基づいて背景の反射率Rc(λ)を理論的に求める。例えば、入出力機器から背景の光学特性の値を入力すると、薄膜測定装置11により自動的に反射率Rc(λ)が演算されるようにするのが望ましい。このような方法によれば、背景の反射率Rc(λ)を実測する工程を省くことができ、場合によっては薄膜の膜厚や光学定数を計測する処理を簡略にすることができる。
In Example 1, the background reflectance Rc (λ) was actually measured in
本発明の実施例4では、図24に示すように、ステージ49の表面に黒色アルマイト処理53を施している。ステージ49がガラス板である場合には、ステージ49の裏面に黒色アルマイト処理を施してもよい。このようにステージ49(背景)に黒色アルマイト処理53を施しておけば、背景からの反射光が低減されるので、背景の反射率Rc(λ)を小さくして背景の影響を小さくすることができ、薄膜47の膜厚等を計測する精度をより高くすることができる。
In the fourth embodiment of the present invention, as shown in FIG. 24, the surface of the
また、ステージ49の表面に黒色アルマイト処理を施された反射防止シートを貼り付けるようにしてもよい。
Further, an antireflection sheet subjected to black alumite treatment may be attached to the surface of the
本発明の実施例5では、図25に示すように、図17のステップS2において背景の反射率を測定する際に、ステージ49の上に薄膜47の形成されていない透明な基板46を載置して反射率を求める。このようにして求めた反射率には、基板46の裏面における反射率も含まれるので、このステップにより、
{Ta2×Rb+Ta2×Tb2×Rc}
が背景の反射率として計測されるので、図17のステップ4において理論式R(λ)を求める処理が簡単になる。
In Example 5 of the present invention, as shown in FIG. 25, when measuring the reflectance of the background in step S2 of FIG. 17, a
{Ta 2 × Rb + Ta 2 × Tb 2 × Rc}
Is measured as the background reflectance, the process of obtaining the theoretical formula R (λ) in
本発明の薄膜測定方法及び薄膜測定装置は、表面に薄膜を形成された基板等を測定対象とし、その基板の表面に形成された薄膜の膜厚や光学定数をインライン計測する用途に用いることができる。 The thin film measuring method and the thin film measuring apparatus of the present invention are used for the purpose of measuring in-line the film thickness and optical constant of a thin film formed on the surface of a substrate with the thin film formed on the surface. it can.
11 薄膜測定装置
12 センサヘッド部
13 演算処理部
14 ディスプレイ装置
15 入出力機器
19 投光部
20 受光部
23 測定対象物
30 光源
34 開口絞り
35 マルチ分光フィルタ
36 撮像部
46 基板
47 薄膜
48 背景
49 ステージ
50 サンプル基板
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記演算処理部は、透明な基板の表面に薄膜を形成された測定対象物に照射した光の反射光より取得した分光特性と、測定対象物の背景から入射する光の分光特性を考慮して算出された測定対象物による反射光の分光特性の理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は光学定数を求めるように構成されている、
ことを特徴とする薄膜測定装置。 A light projecting unit that irradiates light toward the measurement target, an imaging unit that captures light reflected by the measurement target, and a film thickness of the thin film on the surface of the measurement target based on the spectral characteristics of the light captured by the imaging unit Or a thin film measuring apparatus comprising an arithmetic processing unit for obtaining an optical constant,
The arithmetic processing unit takes into account the spectral characteristics acquired from the reflected light of the light irradiated on the measurement object having a thin film formed on the surface of the transparent substrate, and the spectral characteristics of the light incident from the background of the measurement object. It is configured to obtain the film thickness or optical constant of the thin film by comparing with the calculated theoretical formula of the spectral characteristic of the reflected light from the measurement object.
A thin film measuring apparatus.
透明基板の上に薄膜を形成された測定対象物の場合には、測定対象物に照射した光の反射光より取得した分光特性と、測定対象物の背景から入射した光の分光特性を考慮して算出された測定対象物による反射光の分光特性の理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は光学定数を求めるようにし、
不透明基板の上に薄膜を形成された測定対象物の場合には、測定対象物に照射した光の反射光より取得した分光特性と、背景からの入射光の分光特性を考慮しない測定対象物による反射光の分光特性の理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は光学定数を求めるようにした、
ことを特徴とする、請求項1に記載の薄膜測定装置。 The measurement method can be switched between when the measurement object is a thin film formed on a transparent substrate and when the measurement object is a thin film formed on an opaque substrate,
In the case of a measurement object with a thin film formed on a transparent substrate, the spectral characteristics obtained from the reflected light of the light irradiated on the measurement object and the spectral characteristics of light incident from the background of the measurement object are considered. The film thickness or optical constant of the thin film is obtained by comparing with the theoretical formula of the spectral characteristic of the reflected light from the measurement object calculated in
In the case of a measurement object in which a thin film is formed on an opaque substrate, it depends on the measurement object that does not take into account the spectral characteristics acquired from the reflected light of the light irradiated to the measurement object and the spectral characteristics of incident light from the background. By comparing the theoretical formula of the spectral characteristics of the reflected light, the film thickness or optical constant of the thin film was obtained.
The thin film measuring apparatus according to claim 1, wherein:
測定対象物の設置されていない測定対象物設置位置に前記投光部から光を照射することにより、背景から入射する光の分光特性を取得する工程と、
透明な基板の表面に薄膜を形成された測定対象物を測定対象物設置位置に設置し、該測定対象物に前記投光部から光を照射することにより、測定対象物で反射された光の分光特性を取得する工程と、
背景から入射した光の前記分光特性を用いて、測定対象物による反射光の分光特性の理論式を求める工程と、
測定対象物で反射された光の前記分光特性と、測定対象物による反射光の分光特性の前記理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は光学定数を求める工程と、
を備えた薄膜測定方法。 A light projecting unit that irradiates light toward the measurement object; and an imaging unit that captures the light reflected by the measurement object, and a thin film on the surface of the measurement object based on a spectral characteristic of the light captured by the imaging unit. A thin film measuring method for obtaining a film thickness or an optical constant,
Irradiating light from the light projecting unit to the measurement object installation position where the measurement object is not installed to obtain spectral characteristics of light incident from the background;
A measurement object having a thin film formed on the surface of a transparent substrate is installed at a measurement object installation position, and light is reflected from the measurement object by irradiating the measurement object with light from the light projecting unit. Obtaining spectral characteristics; and
Using the spectral characteristics of the light incident from the background, obtaining a theoretical formula of the spectral characteristics of the reflected light from the measurement object;
A step of obtaining a film thickness or an optical constant of the thin film by comparing the spectral characteristic of the light reflected by the measurement object and the theoretical formula of the spectral characteristic of the reflected light by the measurement object;
A thin film measuring method comprising:
測定対象物設置位置における背景部材の光学定数に基づいて背景から入射する光の分光特性を求める工程と、
透明な基板の表面に薄膜を形成された測定対象物を測定対象物設置位置に設置し、該測定対象物に前記投光部から光を照射することにより、測定対象物で反射された光の分光特性を取得する工程と、
背景から入射した光の前記分光特性を用いて、測定対象物による反射光の分光特性の理論式を求める工程と、
測定対象物で反射された光の前記分光特性と、測定対象物による反射光の分光特性の前記理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は光学定数を求める工程と、
を備えた薄膜測定方法。 A light projecting unit that irradiates light toward the measurement object; and an imaging unit that captures the light reflected by the measurement object, and a thin film on the surface of the measurement object based on a spectral characteristic of the light captured by the imaging unit. A thin film measuring method for obtaining a film thickness or an optical constant,
Obtaining spectral characteristics of light incident from the background based on the optical constant of the background member at the measurement object installation position;
A measurement object having a thin film formed on the surface of a transparent substrate is installed at a measurement object installation position, and light is reflected from the measurement object by irradiating the measurement object with light from the light projecting unit. Obtaining spectral characteristics; and
Using the spectral characteristics of the light incident from the background, obtaining a theoretical formula of the spectral characteristics of the reflected light from the measurement object;
A step of obtaining a film thickness or an optical constant of the thin film by comparing the spectral characteristic of the light reflected by the measurement object and the theoretical formula of the spectral characteristic of the reflected light by the measurement object;
A thin film measuring method comprising:
薄膜の形成されていない透明な基板を測定対象物設置位置に設置し、該基板に前記投光部から光を照射することにより、背景から入射する光の分光特性を取得する工程と、
透明な基板の表面に薄膜を形成された測定対象物を測定対象物設置位置に設置し、該測定対象物に前記投光部から光を照射することにより、測定対象物で反射された光の分光特性を取得する工程と、
背景から入射した光の前記分光特性を用いて、測定対象物による反射光の分光特性の理論式を求める工程と、
測定対象物で反射された光の前記分光特性と、測定対象物による反射光の分光特性の前記理論式とを比較することにより、薄膜の膜厚又は光学定数を求める工程と、
を備えた薄膜測定方法。 A light projecting unit that irradiates light toward the measurement object; and an imaging unit that captures the light reflected by the measurement object, and a thin film on the surface of the measurement object based on a spectral characteristic of the light captured by the imaging unit. A thin film measuring method for obtaining a film thickness or an optical constant,
A step of obtaining a spectral characteristic of light incident from the background by installing a transparent substrate on which a thin film is not formed at a measurement object installation position and irradiating the substrate with light from the light projecting unit;
A measurement object having a thin film formed on the surface of a transparent substrate is installed at a measurement object installation position, and light is reflected from the measurement object by irradiating the measurement object with light from the light projecting unit. Obtaining spectral characteristics; and
Using the spectral characteristics of the light incident from the background, obtaining a theoretical formula of the spectral characteristics of the reflected light from the measurement object;
A step of obtaining a film thickness or an optical constant of the thin film by comparing the spectral characteristic of the light reflected by the measurement object and the theoretical formula of the spectral characteristic of the reflected light by the measurement object;
A thin film measuring method comprising:
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