JPH03280232A - 膜厚の測定方法及び膜厚の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えば光学式ディスクのマスタリングディスク
の現像装置等に適用して好適な膜厚の測定方法及び膜厚
の測定装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は例えば光学式ディスクのマスクリングディスク
の現像装置等に適用して好適な膜厚の測定方法に関し、
基板上の膜に少なくともトラックの１７２の幅の案内溝
を形成し、この基板上の膜及び案内溝に光を照射して、
この照射光の回折光の強度を測定し、この回折光の強度
の測定結果と、予め膜厚変換テーブルに記憶された照射
光の光量とに基いて、膜の膜厚を測定するようにしたこ
とにより、膜の膜厚を短時間、且つ、精度良く測定する
ことができるようにして、良好な現像を行うことができ
るようにしたものである。

また、本発明は、例えばマスクリングディスクの現像装
置等に適用して好適な膜厚の測定装置に関し、基板上の
膜及び案内溝に光を射出する光源と、この基板上の膜及
び案内溝よりの回折光を集光するレンズと、このレンズ
からの集光光が検出面に入射され、この集光光を検出す
る検出手段と、予め膜厚変換テーブルが記憶された記憶
手段とを有し、検出手段からの検出信号と、記憶手段に
記憶された膜厚変換テーブルのデータとに基いて、膜厚
を測定するようにしたことにより膜の膜厚を短時間、且
つ、精度良く測定することができるようにして、良好な
現像を行うことができるようにしたものである。

〔従来の技術〕

従来、光学式ディスクのマスクリングディスクの現像装
置においては第４図に示す如き過程を以て現像が行われ
る。

この第４図において、（１）はガラス原盤で、二のガラ
ス原盤（１）上には、１０００人程度０感光材料からな
るレジスト層（２）が形成され、このガラス原盤（１）
及びレジスト層（２）で原板（以下マスクリングディス
クと記述する）を構成する（第４図Ａ）。

このマスタリングディスクのレジスト層（２）の露光は
第４図Ｂに示す如く行われる。即ち、マスクリングディ
スクのレジスト層（２）に露光用レーザー光（３）が記
録しようとする信号に応じて照射され、このレジスト層
（２）のこの信号に応じたピット又はグループ（８）の
形成される部分が感光されるようになされる。

この後、第４図Ｃに示すように、露光が終了した後に、
マスタリングディスクが回転せしめられると共に、この
マスタリングディスクのレジスト層（２）に現像液（４
）が噴霧され、レジスト層（２）が現像される。この場
合、レジスト層（２）は、現像されたとき、このピット
又はグループ（８）のトラック幅ｐが略等間隔に形成さ
れるので、回折格子を形成することとなる。

この現像過程においては、現像の過不足により、ピット
又はグループ（８）の形状が大又は小となるので、これ
を制御する必要が生じる。このため、現像装置は第５図
に示す如き構成となる。尚、露光用レーザー光（３）を
照射する光源及びこれのコントローラ並びにマスタリン
グディスクを保持する台及びこれを回転させる回転手段
等についての図示及びその説明は省略する。

この第５図において、（９）は光源（ヘリウムネオンレ
ーザ−等）で、この光源（９）からの検出用レーザー光
（１０）は偏光子（１１）で直線偏光になされ、この直
線偏光になされたレーザー光（１０）は、４／λ波長板
（１２）で楕円偏光になされる。この楕円偏光とされた
レーザー光（１０）は、マスタリングディスクに入射さ
れ、この入射面から反射された光は、記録膜、即ち、レ
ジスト層（２）の膜厚ｄと、光学的特性に応じて偏光の
状態が変化する。

この反射光は、回転可能な検光子（１７）によってこの
検光子（１７）の次段に最小の光となるようにされ、こ
の後、フィルタ（１８）を通じてフォトディテクタ（１
９）の検出面に入射せしめられる。

このフォトディテクタ（１９）は、検出面に入射した入
射光の光量に応じた電気信号（検出信号）を出力する。

この電気信号はプリアンプ（２０）を通してコンピュー
タ（工３）に供給される。コンピュータ（１３）はプリ
アンプ（２０）を通じてフォトディテクタ（１９）から
供給された検出信号が最も小さくなったときの検光子の
角度及び検出信号に基いて、入射光〔検出用レーザー光
（１０）　）及び反射光の振幅比重及び位相差Δを得る
。

そして、その振幅比ψ及び位相差Δ及びエリプソメトリ
−の基本方程式に基いて、記録膜、即ち、レジスト層（
２）の膜厚ｄ及びその屈折率を求め、その膜厚ｄの相対
値をコントローラ（１４）を介して膜厚相対値表示器（
１５）に表示させると共に、コントローラ（１４）を介
して現像液噴霧器（１６）の現像液の噴霧の制御を行う
ようにしている。

尚、光源（９）、偏光子（１１）、４／λ波長板（１２
）、検光子（１７）、フィルタ（１８）、フォトディテ
クタ（１９）、プリアンプ（２０）、コンピュータ（１
３）、コントローラ（１４）及び膜厚相対値表示器（１
５）でマスタリングディスクのレジスト層（２）の膜厚
ｄを測定する測定装置を構成する。

ここで、第６〜第８図を参照してエリプソメトリ−法（
偏光解析法）による膜厚測定法の原理について説明する
。

まず第６図において、（２６）は被測定物で、基板上に
薄膜が塗布されたものである。また、Ｓ軸は、Ｓ偏光の
方向を示し、Ｐ軸はＰ偏光の方向を示し、ψは入射光と
反射光の振幅比を示している。

図に示すように、入射光は直線偏光となって比測定物（
２６）に入射し、この比測定物（２６）で反射して楕円
偏光（２８）となる。そして、このような状態、即ち、
物体の表面で光が反射する際の偏光状態の変化を観測し
て基質の光学定数（（Ｎ−ｉＫ）とする〕または、その
表面に形成された薄膜の厚みや光学定数（（ｎ−ｉｋ）
とする〕を測定する。

この入射及び反射について光学的に示すと第７図に示す
如き図となる。

この第７図において、ｄは比測定物（２６）の薄膜の膜
厚を示し、Ｎ、は空気の屈折率、Ｎ２は薄膜の屈折率、
Ｎ３は比測定物（２６）の基板の屈折率を夫々示してい
る。

このような場合、各材質の境界面での屈折率はスネルの
法則により Ｎ、ｓｉｎφ、＝　Ｎ２５ｉｎφ２＝　Ｎ、ｓｉｎφ３
　　・（１）となる。

また、空気及び薄膜の境界面のフレネル反射係数をｒａ
２とすると、Ｐ及びＳ偏光夫々に対し反射同様に、薄膜
の境界面の反射係数をｒ２３とすると、Ｐ及びＳ偏光夫
々に対し、反射係数ｒｚ３及びＮ２ｃｏｓφ２ 十 Ｎ５ｃｏｓψ３ ここで、薄膜内での入射光の繰り返し反射を考えると、
その総和の反射係数Ｒは、ｐ及びＳ偏光夫々に対し、 Ｒ’　Ｉ−ｅｘｐ（ｉΔｐ）　　　　　　　−（６）＝
　ｌＲ５１・ｅｘｐ（ｉΔｓ　）　　　　　　　・（７
）と表すことができる。

尚、ここで位相差Δは第８図に示す図より求めることが
できる。

この第８図においては、第７図と同様にｄは被測定物（
２６）の薄膜の膜厚を示し、Ｎ１は空気の屈折率、Ｎ２
は薄膜の屈折率、！は薄膜内で反射を繰り返す入射光の
長さを夫々示している。

このとき、位相差δは次のように示すことができる。

＝　　ｔａｎψｅｉΔ＝ρ　　・・・（９）そして、こ
の式（９）において、振幅比重と、位相差Δとが観測さ
れる。

Ｐ 上述の式（９）において、−はＮ　＋　＋　Ｎ　ｚ　＋
　Ｎ　ｘ　＋φ、、φ２゜３ φ３．ｄ、λの関数となるが、屈折率ＮＩ＋λ、φは予
め設定でき、残りはＮＺ＋　Ｎ３＋φ２．φ３．ｄとな
る。

更に（１）式より、Ｎｚ（φＺ）、　　Ｎ３（φ、）、
ｄとなる。

従って、薄膜が形成される以前に基板の屈折率Ｎ３を測
定しておけば、薄膜の屈折率Ｎ２及びその膜厚ｄが計算
によって得られる。

尚、 基板の屈折率Ｎ３の測定については、 薄膜を ｒ：３ れる。

ｒＩｓ　　　Ｎ５ｃｏｓφ、　　−Ｎ、ｃｏｓφ３ｒ：
３Ｎ３ｃｏｓφ、　＋　Ｎ、ｃｏｓφ３＝　ｔａｎ　　
ψ’　ｅｉΔ′　　　　　　　　　　　　　・・・００
）ここでＮ、ｓｉｎφ、　＝　Ｎ５ｓｉｎφ３なので、
このときのψ′及びΔ′を観測することによって基板の
屈折率Ｎ３の値がわかる。

上述したように、薄膜の膜厚ｄを測定するには、最初に
基板の光学定数（屈折率）Ｎ３を測定し、この光学定数
Ｎ３を薄膜が形成された後に検出されたＲＰ／Ｒ３に代
入することによって薄膜の屈折率Ｎ２及びその膜厚ｄを
求めることができる。

尚、上述の説明においては、基板が第４図のガラス原盤
（１）に対応し、薄膜がレジスト層（２）に対応し、被
測定物（２６）が原板（マスタリングディスク）に対応
する。

（発明が解決しようとする課題〕 上述の測定装置には次のような欠点がある。即ち、ガラ
ス原盤（１）及びレジスト層（２）の屈折率Ｎの差が小
さいと測定値の誤差が大となる。

また、レジスト層（２）の膜厚ｄを測定する前の段階と
して、ガラス原盤（１）の屈折率や吸収係数を測定しな
ければならない。

また、測定系に偏光子（１１）、４／λ板（１２）、検
光子（１７）等を必要とするので、これらの位置設定が
難しく、この測定装置の移動毎に、また、定期的に位置
調整をしなければならない。

また、原板（マスタリングディスク）への検出用レーザ
ー光（１０）の入射角の設定が非常に微妙なため、この
設定によっては実際のレジスト層（２）の膜厚よりも２
００〜３００人程誤差を生じてしまう。

また、測定値は相対値として信軌性はあるが絶対値とし
ての信軌性が十分でない。

また、コンピュータ（１３）に膨大な計算処理を負わせ
ることとなるので、原板の全面測定に時間がかかる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、記録膜の膜
厚を短時間、且つ、精度良く測定することができるよう
にして、良好な現像を行うことのできる基板上の膜厚測
定方法及び測定装置を提案しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明膜厚の測定方法は例えば第１〜第３図に示す如く
、基板（１）上の膜（２）に少なくともトランクの１７
２の幅の案内溝（８）を形成し、この基板（１）上の膜
（２）及び案内溝（８）に光を照射して、この照射光（
１０）の回折光（２４）の強度を測定し、この回折光（
２４）の強度の測定結果と、予め膜厚変換テーブルに記
憶された照射光（２４）の光量とに基いて、膜（２）の
膜厚ｄを測定するようにしたことにより、膜（２）の膜
厚ｄを短時間、且つ、精度良く測定することができるよ
うにしたものである。

また、本発明膜厚の測定装置は例えば第１〜第３図に示
す如く、基板（１）上の膜（２）及び案内溝（８）に光
を射出する光源（９）と、この基板（１）上の膜（２）
及び案内溝（８）よりの回折光（２４）を集光するレン
ズ（２５）と、このレンズ（２５）からの集光光が検出
面に入射され、この集光光を検出する検出手段（１９）
　、　（２０）と、予め膜厚変換テーブルが記憶された
記憶手段（２３）とを有し、検出手段（１９）　、　（
２０）からの検出信号と、記憶手段（２３）に記憶され
た膜厚変換テーブルのデータとに基いて、膜厚ｄを測定
するようにしたものである。

〔作　用〕

かかる本発明によれば、照射光（１０）の回折光（２４
）の強度を測定し、この回折光（２４）の強度の測定結
果と、予め膜厚変換テーブルに記憶された照射光（１０
）の光量とに基いて、膜（２）の膜厚ｄを測定するよう
にしたので、膜（２）の膜厚ｄを短時間、且つ、精度良
く測定できるようにして、良好な現像を行うことができ
る。

また、かかる本発明によれば、検出手段（１９Ｌ（２０
）からの検出信号と、記憶手段（２３）に記憶された膜
厚変換テーブルのデータとに基いて膜（２）の膜厚ｄを
測定するようにしたので、膜（２）の膜厚ｄを短時間、
且つ、精度良く測定することができるようにして、良好
な現像を行うことができる。

〔実施例］ 以下に、第１図を参照して、本発明基板上の膜厚測定方
法及び測定装置の一実施例について詳細に説明する。

この第１図において第５図と対応する部分には同一符号
を付して、゛その詳細説明は省略する。

この第１図例は、本発明基板上の膜厚測定方法及び測定
装置を光学式ディスクのマスタリングディスクの現像装
置に適用したもので、この原板（マスクリングディスク
と記述する）の露光処理は第４図と同様にして行う。

即ち、ガラス原盤（１）上に感光材料より成るレジスト
層（２）が厚さ例えば１０００人程度塗布されて形成さ
れたマスタリングディスクの原盤（第２図Ａ）のこのマ
スタリングディスクのレジスト層（２）に露光用レーザ
ー光（３）が記録しようとする信号に応じて照射され、
このレジスト層（２）のこの信号に応じたピット又はグ
ループ（８）の形成される部分が感光されるようになさ
れる（第２図Ｂ）。

この後、マスクリングディスクが回転せしめられると共
に、このマスタリングディスクのレジスト層（２）に現
像液（４）が噴霧され、レジスト層（２）が現像される
。この場合レジスト層（２）は現像されたとき、このピ
ット又はグループ（８）のトラック幅Ｐが略等間隔に形
成されるので、回折格子を形成することとなる。

本例においては、この現像過程において現像の過、不足
により、ピット又はグループ（８）の形状が大又は小と
なるので、これを制御する必要が生じる。このため現像
装置は第１図に示す如き構成となる。

尚、露光用レーザー光（３）を照射する光源及びこれの
コントローラ並びにマスタリングディスクを保持する台
及びこれを回転させる回転手段等にっいての図示及びそ
の説明は省略する。

即ち、本例では第１図に示すように、レジスト層（２）
に、現像液（４）が噴霧されている現像状態のままで、
検出用レーザー光（１０）をレジスト層（２）に照射し
、この照射されたレーザー光（１０）が、レジスト層（
２）が現像されることによって回折し、フォトディテク
タ（１９）がその回折レーザー光（２４）の強度を検出
するようにする。このとき検出用レーザー光（２４）の
光軸及びフォトディテクタ（１９）間の角度λ θはθ−５ｉｃ’□とされる。ここでλは検出用レーザ
ー光（１０）の波長、ｐはトラック幅（通常は略１．１
〜１．２μ−であるが本例においては、略１．６μｍで
ある）である。

そして、更に本例においては検出用レーザー光（１０）
の回折する回折面及びフォトディテクタ（１９）間に凸
レンズ（２５）を設ける。この凸レンズ（２５）を設け
る位置は、この凸レンズ（２５）の焦点距離をｆとし、
回折面から凸レンズ（２５）までの距離をａとｔ　　　
　　　　ａｂ となる位置にこの凸レンズ（２５）を設ける。

このフォトディテクタ（１９）からの検出信号はプリア
ンプ（２０）を通じて演算回路（２２）に供給される。

この演算回路（２２）は、予めメモリ（２３）に記憶さ
れている、例えば膜厚変換テーブルの如きデータと、プ
リアンプ（２０）からの検出信号に応じて、即座にマス
クリングディスクのレジスト層（２）の膜厚ｄの絶対値
を、コントローラ（１４）を介して膜原絶対値表示器（
２１）に表示すると共に、所定の膜厚ｄが測定されたと
きは、コントローラ（１４）を介して現像液噴霧器（１
６）を停止させ、この後、例えばコントローラ（１４）
を介して、光源（９）、凸レンズ（２５）及びフォトデ
ィテクタ（１９）をこのマスクリングディスクの半径方
向に移動させて、各部分のレジスト層（２）の膜厚ｄを
測定するようにする。また、上述の光源（９）、コント
ローラ（１４）、フォトディテクタ（１９）、プリアン
プ（２０）、膜原絶対値表示器（２１）、演算回路（２
２）及びメモリ（２３）で測定装置を構成する。

さて、光源（９）からの検出用レーザー光（１０）がし
シスト層（２）を透過する透過光及びレジスト層（２）
が現像によって回折格子となり、この回折格子により回
折するｎ次回折光、即ち、回折レーザー光（２４）を夫
々Ｉ０及びＩ７とすると、次の式（１１）及び（＋２１
が成り立つ。

ここで、Ｗはグループ又はピット（８）のグループ又は
ピット幅、ｐはトラック幅、ｄはレジスト層（２）の膜
厚、λは光源（９）からの検出用レーザー光（１０）の
波長、ｎは回折レーザー光（２４）の回折次数である。

ここで、１次回折光及び０次、即ち、透過光について膜
厚ｄを一定として考えると、次の弐面及び圓が成り立つ
。

従って、式側から明らかなように、グループ又はピット
（８）のグループ又はピット幅Ｗがトラ・ンク幅Ｐの１
７２になったとき、回折光の強度が最も強λ 軸は１次回折光の強度（Ｗ：ワット）を示し、Ｘ軸は現
像時間を示している。この図において１次回折光のピー
クレベルは、上述したようにグループ又はピット（８）
のグループ又はピット幅Ｗがトラック幅ｐの１７２にな
ったときの時間である。

本例においては、上述のような背景を以てトラック幅ｐ
は例えば１．６μｍ程度に選定し、グループ又はピット
（８）のグループ又はピット幅Ｗを例えば０．８〜１．
０μｍ程度に選定する。そして、上述のグループ又はピ
ット（８）のグループ又はピット幅Ｗがトラック幅Ｐの
１７２になったときのフォトディテクタ（１９）からの
検出信号が示す値、即ち、１次回折光の強度をホールド
し、上述したメモリ（２３）に予め記憶されている膜厚
変換テーブルの如きデータから現在現像しているマスク
リングディスクのレジスト層（２）の膜厚ｄを算出する
ようになす。

また、本例においては、以下に示すように、メモリ（２
３）に記憶するべき膜厚変換テーブルを用意している。

以下に膜厚変換テーブルを示す。これらの値は弐〇〇及
び弐Ｇ２１に基いている。

膜厚変換テーブル 尚、上述の膜厚変換テーブルにおいて、光源（９）から
の検出用レーザー光（１０）の光量を１とし、その波長
を６３２８人とし、トラック幅ｐニゲループ又はピット
（８）のグループ又はピット幅ｗ＝２　：　１とする。

また、本例においては例えば膜厚１５００人付近の試料
から略この膜厚変換テーブルにて示す０次及び１次回折
光の強度を得られることを実験にて確認している。

さて、上述した測定装置は、メモリ（２３）に膜厚変換
テーブルを記憶し、演算回路（２２）に、プリアンプ（
２０）からの検出信号が示す値、即ち、回折レーザー光
（２４）の強度をホールドさせ、この演算回路（２２）
が回折レーザー光（２４）の強度とメモリ（２３）に記
憶されている膜厚変換テーブルとに基いて、即座に現在
のマスタリングディスクのレジスト層（２）の膜厚を算
出し、これをコントローラ（１４）を介して、膜原絶対
値表示器（２１）に表示すると共に、このコントローラ
（１４）を介して、現像液噴霧器（１６）を制御するよ
うにしているので、記録膜、即ち、レジスト層（２）の
膜厚ｄを短時間、且つ、精度良く測定することができ、
これによって、良好な現像を行うことができる。また、
マスタリングディスクのレジスト層（２）の前面にわた
ってその膜厚ｄの測定が短時間に行える。

また、その構成が簡単であるので、誤差要因が少なく、
経時変化、ばらつき等が少ないだけでなく、光学系調整
がしごく簡単となる。

尚、上述の実施例においては、光学式ディスクのマスタ
リングディスクの現像装置に適用した例について説明し
たが、本発明膜厚の測定方法及び膜厚の測定装置をその
他の膜の膜厚を測定することにも適用できることは容易
に理解できよう。

また、本発明は、上述の実施例に限ることなくその要旨
を逸脱することなくその他種々の構成が取り得ることは
勿論である。

〔発明の効果〕

かかる本発明によれば、照射光の回折光の強度を測定し
、この回折光の強度の測定結果と、予め膜厚変換テーブ
ルに記憶された照射光の光量とに基いて、膜の膜厚を測
定するようにしたので、膜の膜厚を短時間、且つ、精度
良く測定できるようにして、良好な現像を行うことがで
きる。

また、かかる本発明によれば、検出手段からの検出信号
と、記憶手段に記憶された膜厚変換テーブルのデータと
に基いて膜の膜厚を測定するようにしたので、膜の膜厚
を短時間、且つ、精度良く測定することができるように
して、良好な現像を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す線図、第２図はその実
施例に供する現像過程を示す図、第３図はグラフ、第４
図は従来例の現像過程を示す図、第５図は従来例を示す
線図、第６図は従来例の原理を示す圓、第７図は従来例
の原理を示す図−第８図は従来例の原理を示す図で＆”
４゜（１）はガラス原盤、（２）はレジスト層、（８）
はグループ又はピット、（９）は光源、（１０）は検出
用レーザー光、（１４）はコントローラ、（１９）はフ
ォトディテクタ、（２０）はプリアンプ、（２１）は膜
厚絶対値表示器、（２２）は演算回路、（２３）はメモ
リ、（２４）は回折レーザー光、 （２５）は凸レンズ、 ｄは膜厚、 Ｐはトラ７ ク幅である。 代 理 人 松 隈 秀 盛 第１図 ２レンスト１ 従来例 第５図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板上の膜に少なくともトラックの１／２幅の案内
   溝を形成し、 上記基板上の膜及び案内溝に光を照射して、該照射光の
   回折光の強度を測定し、該回折光の強度の測定結果と、
   予め膜厚変換テーブルに記憶された上記照射光の光量と
   に基いて、上記膜の膜厚を測定するようにしたことを特
   徴とする膜厚の測定方法。 ２、基板上の膜及び案内溝に光を射出する光源と、上記
   基板上の膜及び案内溝よりの回折光を集光するレンズと
   、 該レンズからの集光光が検出面に入射され、該集光光を
   検出する検出手段と、 予め膜厚変換テーブルが記憶された記憶手段とを有し、 上記検出手段からの検出信号と、上記記憶手段に記憶さ
   れた膜厚変換テーブルのデータとに基づいて、上記膜厚
   を測定するようにしたことを特徴とする膜厚の測定装置
   。