JP2007033361A - 薄膜膜厚計測方法及び薄膜膜厚計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄膜膜厚計測方法及び薄膜膜厚計測装置に関し、数１００ｎｍ以下の薄膜の膜厚或いは膜厚分布を簡単な構成で精度良く測定する。
【解決手段】 薄膜からの光の反射角度ごとに光の強度を複数の波長帯成分に分離して取得し、取得した光強度の各波長帯成分から各波長帯成分ごとの反射角度特性を取得し、次いで、取得した反射角度特性と予め取得しておいた別の反射角度特性との間で各波長帯成分ごとの類似度を表す相関係数を求め、各波長帯成分ごとの相関係数の積の最大値から薄膜の膜厚を決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は薄膜膜厚計測方法及び薄膜膜厚計測装置に関するものであり、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や半導体装置の製造工程において、成膜した薄膜、特に、数１００ｎｍ以下の薄膜の膜厚を簡単な構成で精度良く測定するための構成に特徴のある薄膜膜厚計測方法及び薄膜膜厚計測装置に関するものである。

近年、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）をはじめとするフラットパネルディスプレイは、大型テレビ、パソコン、携帯電話など様々な分野で急速に普及しており、その市場は、２００９年まで液晶テレビで４９．２％、ＰＤＰテレビで３８．０％という高い成長率で急成長している。

このようなＦＰＤは、現在の第７世代ラインにおいて、１８７０ｍｍ×２２００ｍｍという大型マザーガラス基板上にカラーフィルタ、透明電極などの薄膜を積層して製造されており、ディスプレイ表示性能維持は、これら各層の膜厚均一性に大きく左右されるため、ＦＰＤ製造ラインでは基板上の膜厚管理が非常に重要となっている。

通常、薄膜膜厚計測には非接触、非破壊測定が可能な光学式膜厚計測方法が用いられており、光干渉式膜厚計測方法には、干渉縞を用いる方法（例えば、特許文献１参照）や、干渉光の波長分光特性を用いる方法（例えば、特許文献２参照）、或いは、干渉光の反射角度−反射強度特性を用いる方法（例えば、特許文献３参照）がある。

このような光干渉式膜厚計測方法の多くは、測定された干渉光の波長分光特性、あるいは反射角度−反射強度特性に現れる正弦波状の特性の極大（ピーク）、極小値（バレー) の波長、角度を比較することで膜厚解析するピーク・バレー法が用いられている。

一方、干渉光の波長分光特性や反射角度−反射強度特性を用いる方法の多くは基板面内をポイントごとに測定する方法であり、製造ラインにおいて基板全面の膜厚均一性を一括測定することはできなかった。

そこで、本発明者の一人は、製造ライン上の基板全面をエリアセンサにより撮影することで、光干渉式膜厚計測方法を用いながら基板面内の膜厚分布を測定する方法（例えば、特許文献４参照）を提案している。
特開２００５−１２１５００号公報 特開２００５−０９１１３１号公報 特開２００４−０６９６５１号公報 特開２００４−２７９２９６号公報

しかし、上述の干渉縞を用いる方法は、光源の干渉長より小さい分解能で測定することができず、比較的厚い膜厚しか測定することができないという問題がある。

また、膜厚が薄くなるにつれて、波長変化、あるいは角度変化による光路差の変化が減少すると、干渉特性の極大、極小値が次第にブロードとなり、反射角度−反射強度特性の場合、薄膜の屈折率ｎが１．６程度であると膜厚５００ｎｍ近傍からほとんど現れなくなり、膜厚１００ｎｍ程度の非常に薄い膜になると干渉特性自体の変化も乏しくなる。
よって、このような膜厚範囲に対してはピーク・バレー法を適用して膜厚解析することができないという問題がある。

したがって、本発明は、数１００ｎｍ以下の薄膜の膜厚或いは膜厚分布を簡単な構成で精度良く測定することを目的とする。

図１は、本発明の計測原理の説明図であり、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）上記の目的を達成するため、本発明は、薄膜膜厚計測方法において、薄膜からの光の反射角度ごとに光の強度を複数の波長帯成分に分離して取得する工程、取得した光強度の各波長帯成分から各波長帯成分ごとの反射角度特性を取得する工程、取得した反射角度特性と予め取得しておいた別の反射角度特性との間で各波長帯成分ごとの類似度を表す相関係数を求める工程、各波長帯成分ごとの相関係数の積の最大値から薄膜の膜厚を決定する工程を含むことを特徴とする。

このように、膜厚が未知の薄膜から得た各波長帯成分ごとの反射角度特性、即ち、反射角度−反射強度特性と、予め取得しておいた別の反射角特性との間で各波長帯成分ごとの類似度を表す相関係数を求めることにより、薄膜、特に、数１００ｎｍ以下の膜厚を簡単な装置構成により精度良く決定することができる。

この場合、各波長帯成分ごとに波長帯域が異なるため、相関係数に現れるピーク位置及びピーク周期が異なるが、膜厚が一致する既知の試料から予め取得しておいた別の反射角特性との間では各波長帯成分の全てにおいて高い相関を示すので、各波長帯成分ごとの相関係数の積の最大値から測定対象となる薄膜の膜厚を決定することができる。

なお、この場合の予め取得しておいた別の反射角特性は、膜厚が既知の薄膜から予め計算した反射角度特性でも良いし、理論計算値でも良い。

（２）また、本発明は、上記（１）において、複数の波長帯成分が光の３原色からなることを特徴とする。

複数の波長帯成分は、色空間で定義されるＲＧＢ表色系、ＸＹＺ表色系、ＣＭＹ表色系、ＨＳＩ表色系（ＨＳＶ，ＨＳＬ表色系) 、ＮＴＳＣ方式で用いられるＹＩＱ表色系、Ｙ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙによる表現などでも解析可能であるし、また、色空間の定義のない可視光域以外の波長帯域、たとえば紫外光域、赤外光域、Ｘ線域でも解析可能であるが、広く一般に普及しているカラー撮像装置で容易に取得できるＲＧＢ表色系、即ち、光の３原色が最も典型的なものである。

（３）また、本発明は、上記（１）または（２）において、薄膜からの光の反射角度ごとに光の強度を複数の波長帯成分に分離して取得する工程において、エリアイメージセンサを用いて薄膜上の複数箇所の光強度を一括して取得することを特徴とする。

このように、受光装置としてエリアイメージセンサを用いることによって、測定対象となる薄膜上の複数箇所の光強度を一括して取得することができ、膜厚の面内分布を高速に取得することができる。

（４）また、本発明は、薄膜膜厚計測装置において、薄膜からの光の反射角度ごとに光の強度を複数の波長帯成分に分離して取得する受光装置、取得した光強度の各波長帯成分から各波長帯成分ごとの反射角度特性を取得し、予め記憶しておいた別の反射角度特性との間で各波長帯成分ごとの比較演算を行う記憶演算装置を設けたことを特徴とする。

上述の精度の高い薄膜の膜厚の測定を簡単な装置構成で行うためには、薄膜膜厚計測装置としては、少なくとも上述の受光装置及び記憶演算装置を具備すれば良い。

本発明によれば、従来の波長分光特性を利用する膜厚計測方法で必要となる分光器を用いないため、簡易かつ安価な構成で膜厚１００ｎｍ程度の極薄い膜厚も測定可能となり、また、受光部にエリアセンサを用いることで膜厚１００ｎｍ程度の極薄い膜を含む大面積基板全面の膜厚分布を高スループットで測定することも可能になる。

本発明は、薄膜からの光の反射角度ごとに光の強度を複数の波長帯成分、典型的には光の３原色ＲＧＢごとに分離して取得したのち、取得した光強度の各波長帯成分から各波長帯成分ごとの反射角度特性を取得し、次いで、取得した反射角度特性と予め取得しておいた別の反射角度特性、典型的には、膜厚が既知の薄膜から予め求めた反射角度特性との間で各波長帯成分ごとの類似度を表す相関係数、特に、３点以上、例えば、５点の反射角における相関係数を求め、各波長帯成分ごとの相関係数の積の最大値の位置の膜厚を薄膜の膜厚とするものである。

ここで、図２乃至図１２を参照して、本発明の実施例１の薄膜膜厚計測方法を説明する。
図２参照
図２は、本発明の実施例に用いる測定装置の概略的構成図であり、面光源１１、エリアセンサ型のＣＣＤカメラ１２、計測対象の薄膜が成膜された被計測パネル１３、被計測パネル１３を搭載して一方向に移動する一軸ステージ１４、一軸ステージ１４を移動させるためのレール１５、一軸ステージ１４の移動を制御するステージコントローラ１６、ステージ位置からＣＣＤカメラ１２を制御するためのトリガ信号を伝達するためのトリガ信号線１７、ステージコントローラ１６を制御するとともに、ＣＣＤカメラ１２で撮像した画像を取り込んで再構成するとともに、比較演算等を行うＰＣ１８によって構成される。
なお、一軸ステージ１４は、図示しないステージ制御用モータによって駆動される。

この場合の面光源１１としては、蛍光灯１９を複数本並べた構造とし、その光を白色拡散板により拡散させて用いる。
なお、蛍光灯１９としては、白色光源が得られるように例えば、フィッシュルクス（東芝製商品名）を用いた。

また、ＣＣＤカメラ１２としては、例えば、３ＣＣＤ，ＲＧＢ Ｃｏｌｏｒ ２４ｂｉｔ，６５２×４９４ｐｉｘｅｌのＯｐｔｅｏｎ Ｃ３Ａ（Ｏｐｔｅｏｎ製商品名）を用い、ＣＣＤカメラ１２に取り付けるレンズとしては、画角６１°５６’×４８°２７’，絞りＦ１６のＦＩＪＩＮＯＮ ＴＦ４ＤＡ−８（ＦＩＪＩＮＯＮ製商品名）を用いた。

また、ＣＣＤカメラ１２は一軸ステージ１４上から高さｈ（＝１４３．８ｍｍ）、鉛直下向きから３０°光軸を傾けて設置するとともに、絞りを開放して光軸中心でフォーカスを合わせ、絞りを絞ることで焦点深度を深くして基板全面でフォーカスが合っていることを確認する。
また、測定する反射角度は１０°〜５５°の範囲とし、撮影画像の面分解能は０．５ｍｍ／ｐｉｘｅｌとした。

このような装置構成において、被計測パネル１３を一軸ステージ１４上に設置し、一軸ステージ１４を一定速度で移動させながら一軸ステージ１４と連動したＣＣＤカメラ１２で連続撮影することで、基板全面の反射特性を測定する。

本実施例では、一軸ステージ１４を撮影画像の面分解能に相当する０．５ｍｍ（＝ｄｘ）移動させるごとにトリガ信号をＣＣＤカメラ１２に送ることによって、ステージ位置と同期させて画像を撮影し、ＰＣ１８に取り込む。

次いで、ＰＣ１８に取り込まれた複数の画像は、面光源１１の面内照度差による輝度変化補正、レンズ歪曲収差及びＣＣＤカメラ１２を傾けて設置したことにより生じる射影歪みを画素の座標変換によって補正する。
なお、これらの各補正は、このような測定において通常に行われている手法であり、本発明に特有な手法ではないので、説明は省略する。

次に、図３及び図４を参照して画像合成の手順を説明する。
図３参照
まず、撮影順ごとに撮影した画像２１に１，２，・・・，ｍ−１，ｍと番号を振る。
次いで、撮影した各画像２１の垂直方向のピクセル列２２（１，２・・・，ｎ−１，ｎ列）において、同じピクセル列２２ではそれぞれ同一の反射角度での輝度となっているので、各ピクセル列２２ごとに切り出し、被計測パネル１３が撮影されているピクセル列２２のみを撮影順ごとに並べる画像合成を行うことで連続視野角画像２３を作成する。
この画像合成を撮影画像中のＲ、Ｇ、Ｂチャネルそれぞれで行い、Ｒ、Ｇ、Ｂチャネルごとの連続視野角画像を作成する。

次いで、作成した連続視野角画像２３から、ある特定の注目する画素２４の輝度値を並べることで反射角度−反射強度特性を取得する。

ここで、図４を参照して、ｎ枚目の連続視野角画像２３からある特定の注目する画素２４における反射角θを求める方法を説明する。
ここで、連続視野角画像２３の画素数をＷ個（ステージの移動方向）×Ｈ個（ステージの移動方向と垂直方向）とし、ある特定の注目する画素２４の画像中位置をステージの移動方向においてはｘ個目、ステージの移動方向と垂直方向においてはｙ個目とする。

また、撮影に用いたＣＣＤカメラ１２は上述のように高さｈに設置され、一軸ステージ１４をピクセルのサイズに等しいｄｘ移動するごとに撮影するものとし、測定開始角度をθ_start とする。

また、連続視野角画像は角度が最も浅いときを１枚目とし、枚数が増加するにつれ、角度が深くなっていくとする。
したがって、上述のように１０°〜５５°の範囲で撮影したとすると、一軸ステージ１４をＣＣＤラメラ１２の直下からＣＣＤラメラ１２から遠ざかるように移動されることになるので、θ_start ＝１０°となる。

この配置においては、ある特定の注目する画素２４からの反射光の反射角θ（＝入射角）は、三角関数の関係から、
（ｈ・ｔａｎθ）² ＝〔ｈ・ｔａｎθ_start ＋（ｎ−１）ｄｘ〕²
＋〔（ｙ−Ｈ／２）ｄｘ〕² ・・・（１）
となり、この式（１）をθに関して整理すると、
θ＝ｔａｎ^-1｛（〔ｈ・ｔａｎθ_start ＋（ｎ−１）ｄｘ〕²
＋〔（ｙ−Ｈ／２）ｄｘ〕² ）^1/2 ／ｈ｝ ・・・（２）
となる。

この式（２）により、ｍ枚の連続視野角画像２３の全てにおいてある特定の注目する画素２４のθを求めると、ある特定の注目する画素２４の輝度値の反射角θ依存性、即ち、反射角度−反射強度特性が得られる。
この作業をＲＧＢの３色について個別に行う。

図５参照
図５は、このようにして取得した反射角度−反射強度特性の一例の説明図であり、Ｒ、Ｇ、Ｂの反射角度−反射強度特性が異なっていることが分かる。
この一連の処理を連続視野角画像２３内の全ての画素について行うと、基板全面での反射角度−反射強度特性を取得することができる。

このような手法で取得した反射角度−反射強度特性から、各画素２４における膜厚を決定するためには、膜厚が既知の試料から得た反射角度−反射強度特性である参照値を用意する必要がある。

ここでは、図６に示すサンプルに示す測定点と参照点を用いて解析を行う。
図６参照
図６は、サンプルの概略的平面図であり、実施例１で測定したサンプル３０としては１００ｎｍ角のガラス基板上にスパッタリングにより膜厚８０ｎｍ〜１３５ｎｍ程度のムラを持つＩＴＯ薄膜を成膜したものを用いた。

まず、３１点の参照点における膜厚を、分光式膜厚計Ｆｉｌｍｅｔｒｉｃｓ Ｆ２０( フィルメトリクス社製商品名）を用いて測定し、これらの３１点の参照点における反射角度−反射強度特性を上述の手法で取得して膜厚が既知である反射強度特性としてＰＣ１８に記憶させる。

次いで、サンプル３０上の膜厚が未知の各測定点における反射角度−反射強度特性を上述の手法で取得し、この各測定点における反射角度−反射強度特性を、上述の各参照点における反射角度−反射強度特性との間で比較演算を行い、測定点の膜厚を解析する。

ここで、膜厚の解析に当たっては、各測定点及び各参照点において取得した反射角度−反射強度特性データの全てを使用しても良いが、本実施例においては、反射角度１０°、２０°、３０°、４０°、５０°の５つの反射角における輝度値のみを抽出して解析を行い、膜厚解析時の演算量を削減した。
この時、抽出するデータに含まれるノイズの影響を除去するため、上記５つの反射角度における輝度値を抽出する際には、もとの反射角度−反射強度特性データの当該反射角度付近の周囲５つの出力階調値を平均化し、これを後述の比較演算に用いた。

図７参照
図７は、この具体例として取得した反射角度−反射強度特性データの中の、反射角度４０°付近の周囲５点のＲＧＢ出力階調値とその平均値を示した説明図であり、図のように反射角度４０°に一番近い反射角度を有するｋ枚目の連続視野角画像とその前後２枚ずつのｋ−２，ｋ−１，ｋ，ｋ＋１，ｋ＋２の５枚の連続視野角画像における出力階調値を用いてＲＧＢそれぞれに対して平均値を算出しこれを抽出値として用いた。

比較演算においては、まずＲチャネルの測定点の値からなるデータ列をＸ_R 、参照点の値からなるデータ列をＹ_R 、それぞれのデータ列におけるｉ番目のデータをＸ_Ri，Ｙ_Riとし、二つのデータ列Ｘ_R ，Ｙ_R に対して下記の式（３）に示す相互相関演算を行い、類似度を示す相関係数ｒ_R を算出する。
ｒ_R ＝Σ（Ｘ_Ri−Ｘ_Rave）Σ（Ｙ_Ri−Ｙ_Rave）
／〔Σ（Ｘ_Ri−Ｘ_Rave）² （Ｙ_Ri−Ｙ_Rave）² 〕^1/2 ・・・（３）
なお、Ｘ_Rave及びＹ_Raveはそれぞれ各データ列Ｘ_R ，Ｙ_R の平均値である。

この比較演算を各測定点について上述の３１点の全ての参照値に対して繰り返し行い、膜厚−相関係数特性ｒ_R を取得する。
同様にＧ、Ｂチャネルについても計算し、ＲＧＢ各チャネルごとの膜厚−相関係数特性を取得し、ＲＧＢ各チャネルごとの相関係数をｒ_R ，ｒ_G ，r _B とする。

図８参照
図８は、膜厚が１３５ｎｍに相当するある測定点に対して参照点データとして計測値ではなく理論計算値を用いて上記の比較演算をＲＧＢ各チャネルごとに行ったシミュレーション結果の説明図である。
この膜厚−相関係数特性において、ＲＧＢのうちの１チャネルだけに着目すると、膜厚が１００〜１０００ｎｍの範囲でｒ＝１に近い高い相関係数を示すピークが複数回現れており、１チャネルだけの相関係数だけでは最も類似度の高い膜厚を決定することは不可能であることが分かる。

また、特に膜厚が薄い１００ｎｍ以下の場合においては元々の反射角度−反射強度特性の自体の変化が乏しくなるため、ＲＧＢのチャネルによっては（例えば図８におけるＢチャネルにおいては）どの膜厚に対しても相関係数が高い状態となり、類似度が最大となる膜厚値を決定することは困難である。

ところが、図８の結果をよく観察すると、ＲＧＢ各チャネルにおいて膜厚相関係数特性に現れるピーク位置、ピーク周期が全く異なることがわかる。
また、測定値の膜厚である１３５ｎｍと一致する参照値の特性のみがＲＧＢ全てのチャネルで高い相関係数を示し、一方、その他の膜厚においてはＲＧＢのうちのいずれかで低い相関係数を示すという特性が現れている。

これは光の３原色であるＲＧＢ各チャネルの波長帯域は、ヒトの色覚に対応すべく、それぞれ５５０〜８００ｎｍ、４００〜６２０ｎｍ、３６０〜６００ｎｍ程度と全く異なる波長帯域に設定されており、さらに波長帯域中でそれぞれ特異な波長感度分布特性を有するためであり、図８の結果は薄膜からの反射光のＲＧＢ各チャネルにおける光強度―反射角度特性が真の膜厚以外のものと完全に一致する可能性が極めて低いということを表わしている。

そこで、各膜厚ごとで算出した３つの相関係数ｒ_R ，ｒ_G ，ｒ_B の積ｒ_R ×ｒ_G ×ｒ_B を取り、積が最大値となる膜厚を見つけることで、ＲＧＢ全てのチャネルで高い相関を示す参照値の膜厚を測定点の膜厚として決定することができる。

但し、ＲＧＢチャネル３つの相関係数のうち一つでも負の相関があれば、算出する相関係数の積ｒ_R ×ｒ_G ×ｒ_B は負値とする。
これはＲＧＢの３つのチャネルのうちの２つが負の相関を示す場合、２つのチャネルで相関が低いにも関わらず相関係数の積が正となってしまうため、ＲＧＢ全てのチャネルで相関が高い場合の相関係数の積と区別するためである。

図９参照
図９は、相関係数の積−膜厚特性の説明図であり、１３５ｎｍの近傍で相関係数の積が最大になっていることが分かる。

次に、図１０及び図１１を参照して、上述のサンプル３０を用いて測定した測定点に関する測定結果を説明する。
図１０参照
図１０は、測定点におけるＲＧＢごとの膜厚−相関係数の相関の説明図であり、ＲＧＢごとに異なった膜厚−相関係数特性となっている。

図１１参照
図１１は、測定点における膜厚−相関係数の積の相関の説明図であり、図に示すように１１３ｎｍの近傍で相関係数の積が最大になっているので、この測定点における膜厚は１１３ｎｍと判定する。

次に、このような薄膜膜厚計測方法の精度を図１２を参照して説明する。
図１２参照
図１２は、本発明の薄膜膜厚計測方法の精度の説明図であり、図６に示したサンプル上の２４点の測定点について、上述の薄膜膜厚計測方法によって決定した膜厚と、上述の参照点と同様に２４点の測定点を分光式膜厚計Ｆｉｌｍｅｔｒｉｃｓ Ｆ２０( フィルメトリクス社製商品名）を用いて測定した膜厚を比較したものである。

この比較結果から、本発明の薄膜膜厚計測方法による膜厚と分光式膜厚計による膜厚との最大誤差が１１．６ｎｍあるが、干渉特性にピークの現れない１００ｎｍ前後の薄膜の膜厚を測定することができることが分かる。

また、上記の具体的測定結果の説明においては、２４点の測定点のみについて説明しているが、本発明においては被測定パネルの全面における反射角度−反射強度特性を一括して取得できるので、被測定パネル全面の膜厚分布を簡単な装置構成で高スループットで取得することができる。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は実施例に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態においては受光装置として３ＣＣＤ型のカラーエリアセンサを用いているが、１枚のＣＣＤを用いたカラーエリアセンサを用いても良い。

また、方式はＣＣＤ方式に限られるものではなく、ＣＭＯＳ型或いはＭＯＳ型のエリアセンサを用いても良く、さらには、ＣＣＤアレイ、フォトダイオードを用いても同様の測定が可能である。

また、上記の実施例においてＲＧＢカラーカメラで測定を行ったが、ＲＧＢ以外の色空間でカラー画像の取得可能なセンサを用いても同様の測定が可能である。
例えば、ＸＹＺ表色系、ＣＭＹ表色系、ＨＳＩ表色系（ＨＳＶ，ＨＳＬ表色系) 、ＮＴＳＣ方式で用いられるＹＩＱ表色系、Ｙ，Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙによる表現などでも解析可能である。

さらには、色空間の定義のない可視光域以外の波長帯域、たとえば紫外光域、赤外光域、Ｘ線域でも解析可能であり、要するに複数の波長における反射角度−反射強度特性から複数の波長に対応する相関係数を求め、この相関係数の最大値によって膜厚を決定すればよい。

また、上記の実施例においては、光源として蛍光灯を使用したが、蛍光灯に限られるものではなく、レーザ、ＬＥＤ、有機ＥＬ、白熱ランプ等の他の光源を用いても良いものであり、また、被測定対象が小画面の場合には必ずしも面光源である必要はない。

また、上記の実施例においては、解析には連続撮影した静止画像を使用したが、動画を用いても同様の解析が可能である。

また、上記の実施例において、測定値と参照値の特性を比較する演算としてＲＧＢ各成分ごとに相互相関を行い、得られた３つの相関係数の積を計算するという手法を用いたが、測定値、参照値の特性の一致度、類似度を比較できる演算であれば計算手法は問わない。

また、上記の実施例においては、測定値、参照値の特性から抽出する角度の周囲５点のデータを平均化して解析に用いたが、平均化する範囲、及び平均化処理の有無は任意であり、平均化以外のスムージング処理でも解析が可能である。

また、上記の実施例においては、測定点、参照点における反射角度−反射強度特性は、反射角度１０°、２０°、３０°、４０°、５０°における輝度値を用いて解析したが、解析に用いるデータ数は任意で比較に用いる演算手法で計算可能なデータ数であれば良く、上記の相互相関では、解析データ数は３点以上あれば良く、例えば、１０°、３０°、５０°でも可能である。

また、上記の実施例においては、基板上の測定点は２４点と限られた点のみであるが、一回の撮影で基板全面( 面分解能０．５ｍｍ／ｐｉｘｅｌ測定時、測定点数４０，０００点）の反射角度−反射強度特性は測定済なので、今回の測定点と同様に解析すれば、基板全面の膜厚分布を取得することが可能である。

なお、測定点数は基板を撮影するカメラの高さとカメラ画素数によって決定される面分解能によって決定され、面分解能を高くすれば更に多くの点数で膜厚測定することが可能である。

また、上記の実施例において使用したカメラのＲＧＢ各チャネルの分解能は８ｂｉｔ、取得角度範囲は１０°〜５５°であるが、カメラの輝度分解能、及び取得角度範囲は任意であり、カメラの輝度分解能を高くする、または取得角度範囲を広くすることで膜厚測定精度を向上させることができる。

また、上記の実施例においてはカメラを３０°傾けた状態に設置しているが、カメラの傾斜角、設置高さＨ、画像を取り込む視野角は単なる一例であり、使用するカメラの解像度や、使用するレンズの開口数に応じて適宜変更可能であることは言うまでもなく、例えば、傾きの角度はカメラが鉛直下向きを向くようにしても良い。

また、上記の実施例においては、参照値として、測定サンプル上の膜厚既知の点における反射角度−反射特性の測定データを使用したが、同一サンプルの測定データに限らず、膜厚が既知である他の試料における測定データを用いても良く、さらには、シミュレーションデータを用いても良いものである。

例えば、膜厚が既知で且つステップ的に変化する標準試料を用いて、所定の移動距離Δ毎ステップ的に移動させて撮像してＲＧＢ値を得て、各視野角θにおける反射強度を取得すれば良く、また、中心線から横方向（Ｙ方向）にずれた位置に対する補正係数も同時に求めることができる。

また、上記の実施例においては、被測定対象をＩＴＯ膜として説明しているが、ＩＴＯ膜に限られるものではなく、レジスト膜、ＳｉＯ₂ 保護膜等の各種の薄膜の膜厚の測定に適用されるものであり、光源となる波長に対して透明或いは半透明であれば良い。

本発明は、液晶パネルの製造工程における薄膜の膜厚計測が典型的なものであるが、液晶パネルに限られるものではなく、プラズマ表示装置等の他の表示装置における成膜工程、或いは、半導体装置等の各種のデバイスの製造工程における各種の成膜工程にも適用されるものである。

本発明の計測原理の説明図である。 本発明の実施例に用いる測定装置の概念的構成図である。 画像合成の手順の説明図である。 注目する画素における反射角θの取得方法の説明図である。 反射角度−反射強度特性の一例の説明図である。 サンプルの概略的平面図である。 ４０°の周囲５点の出力階調値を平均化する場合の説明図である。 比較演算のシミュレーション結果の説明図である。 相関係数の積−膜厚特性の説明図である。 測定点におけるＲＧＢごとの膜厚−相関係数の相関の説明図である。 測定点における膜厚−相関係数の積の相関の説明図である。 本発明の薄膜膜厚計測方法の精度の説明図である。

符号の説明

１１ 面光源
１２ ＣＣＤカメラ
１３ 被計測パネル
１４ 一軸ステージ
１５ レール
１６ ステージコントローラ
１７ トリガ信号線
１８ ＰＣ
１９ 蛍光灯
２１ 画像
２２ ピクセル列
２３ 連続視野角画像
２４ 画素
３０ サンプル

Claims (4)

1. 薄膜からの光の反射角度ごとに光の強度を複数の波長帯成分に分離して取得する工程、取得した光強度の各波長帯成分から各波長帯成分ごとの反射角度特性を取得する工程、前記反射角度特性と予め取得しておいた別の反射角度特性との間で各波長帯成分ごとの類似度を表す相関係数を求める工程、各波長帯成分ごとの相関係数の積の最大値から薄膜の膜厚を決定する工程を含むことを特徴とする薄膜膜厚計測方法。
2. 上記複数の波長帯成分が、光の３原色からなることを特徴とする請求項１記載の薄膜計測方法。
3. 上記薄膜からの光の反射角度ごとに光の強度を複数の波長帯成分に分離して取得する工程において、エリアイメージセンサを用いて薄膜上の複数箇所の光強度を一括して取得することを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜膜厚計測方法。
4. 薄膜からの光の反射角度ごとに光の強度を複数の波長帯成分に分離して取得する受光装置、取得した光強度の各波長帯成分から各波長帯成分ごとの反射角度特性を取得し、予め記憶しておいた別の反射角度特性との間で各波長帯成分ごとの比較演算を行う記憶演算装置を設けたことを特徴とする薄膜膜厚計測装置。

Images