KR100724374B1

KR100724374B1 - 막 두께 취득 방법

Info

Publication number: KR100724374B1
Application number: KR1020057016950A
Authority: KR
Inventors: 소우 아이카와
Original assignee: 테크노스 가부시키가이샤
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2007-06-04
Also published as: JP3742801B2; TW200502524A; JP2004279296A; TWI284729B; WO2004083776B1; KR20050107511A; WO2004083776A1

Abstract

본 발명은 막 두께 취득 방법에 관한 것이고, 간단한 구성에 의해 평판상에 형성된 박막의 막 두께의 면내 분포를 고속으로 취측하는 것을 목적으로 하고, 단색 또는 필터에 의해 단색화된 광원(3) 중 어느 광원(3)으로부터의 조사광(4)을 측정 대상물인 기판(1)상에 제공된 피막(2)에 입사시켜, 피막(2)으로부터의 간섭을 일으킨 반사광(5)을 피막(2)의 주면에 대한 조사광(4)의 입사각을 스텝(step)적으로 변화시키면서 수광 장치(6)에 의해 측정하고, 측정된 반사광(5)의 수광 강도의 변동에 있어서의 극대값과 극소값을 취하는 조사광(4)의 입사각으로부터 상기 피막(2)의 막 두께를 취득한다.

광원, 이미지 센서, 수광 장치, 막 두께 취득 방법

Description

막 두께 취득 방법{FILM THICKNESS ACQUIRING METHOD}

본 발명은 막 두께 취득 방법에 관한 것이며, 액정 표시 장치 등의 제조 공정에 있어서 평판상에 박막을 성막할 때에 성막된 박막의 막 두께의 분포를 간단한 장치 구성에서 고속으로 얻기 위한 수법에 특징이 있는 막 두께 취득 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치 등의 제조 공정에 있어서는 포토레지스트의 도포 공정 또는 반사 방지막의 퇴적 공정 등의 다수의 박막 성막 공정을 필요로 하고 있지만, 이러한 박막 성막 공정에 있어서는 박막의 막 두께를 균일하게 할 필요가 있고, 특히, 액정 패널이 대형화됨에 따라서 제조 수율을 높이기 위해서는 보다 한층 면내의 균일화가 필요하게 되어 있다.

종래, 이러한 형태의 박막의 막 두께를 비접촉으로 측정하는 방법으로서는 간섭에 의한 편광의 변화를 이용하는 타입과, 간섭에 의한 분광 반사율의 변화를 이용하는 것 등이 공지되어 있다.

이 중, 간섭에 의한 편광의 변화를 이용하는 타입으로서는 엘립소미터(ellipsometer)가 있고, 이 엘립소미터는 입사광과 반사광의 편광 변화를 측정하여 해석하고, 막 두께, 광학 정수, 물질 특성 등을 측정하는 장치이다.

이 측정으로 얻어지는 데이터는 다방면에 미치는 것, 복잡한 구성의 막 등의 측정도 가능한 것 등의 특징이 있지만, 장치는 일반적으로 고가이다.

한편, 분광 반사율을 이용한 막 두께계는 백색광을 박막에 반사시키면, 간섭 때문에 파장에 의해 반사광 강도가 변동하는 분광 반사율이 얻어진다.

이것을 분광기로 측정하여 얻어진 파형과의 피팅(fitting)이나 극대·극소 해석에 의해 막 두께나 광학 정수를 측정할 수 있다.

또한, 반사광 강도의 극대값 및 극소값과 시야각의 관계를 이용하여 막 두께 등을 구하는 방법도 제안되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개평 5-5699 호 공보 참조).

이 제안에 있어서는, 시료 자체를 회전시켜서 입사각을 변화시킴과 아울러, 2파장의 편광 광을 이용함으로써, 이방성 박막의 굴절율(n) 및 막 두께(d)를 산출하는 것이다.

그러나, 상술한 종래의 막 두께 검사 기술은 기본적으로 동시에 국소적인 1점의 막 두께를 측정하는 것밖에 할 수 없다고 하는 문제가 있어, 기판면 내의 막 두께 분포를 측정하기 위해서는 많은 시간을 요한다고 하는 문제가 있다.

또한, 엘립소미터이든 분광기를 이용한 막 두께계이든, 분광기 부분이 고가이고 대규모이기 때문에, 측정기를 어레이상으로 배치하여 동시에 넓은 면적을 측정한다고 하는 어프로치(approach)를 취하는 것도 현실적으로는 곤란하다.

그 때문에, 넓은 면적의 막 두께 분포를 취득하기 위해서는 측정기를 측정 대상물에 따라서 주사하는 것이 필요하게 되지만, 액정 패널 등을 고해상도로 막 두께 분포 측정을 행하려고 하면, 많은 시간을 요하게 된다.

특히, 액정 패널의 대화면화에 따라서 측정에 요하는 시간이 대폭 증가하게 된다.

또한, 상술한 일본 특허 공개평 5-5699호 공보에 있어서의 제안은 장치 구성 및 구체적 측정 원리가 특수하고, 이것을 그대로 대화면의 액정 패널 등에 있어서의 박막의 막 두께 분포의 측정에 적용할 수 없다고 하는 문제가 있고, 적용했다고 해도 측정·분석에 많은 시간을 요한다고 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 간단한 구성에 의해 평판상에 제공된 박막의 막 두께의 면내 분포를 고속으로 취득하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 원리적 구성의 설명도이며, 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명에 있어서의 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.

도 1 참조

(1) 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 막 두께 취득 방법에 있어서, 단색 또는 필터에 의해 단색화된 광원(3) 중 어느 광원(3)으로부터의 조사광(4)을 측정 대상물인 기판(1)상에 제공된 피막(2)에 입사시켜, 피막(2)으로부터의 간섭을 일으킨 반사광(5)을 피막(2)의 주면에 대한 조사광(4)의 입사각을 스텝(step)적으로 변화시키면서 수광 장치(6)에 의해 측정하고, 측정된 반사광(5)의 수광 강도의 변동에 있어서의 극대값과 극소값을 취하는 조사광(4)의 입사각으로부터 상기 피막(2)의 막 두께를 취득하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명에서는 막 두께의 변화를 파장 의존성이나 편광 상태의 변화로서 파악하지 않고, 각도 의존성의 현상으로서 파악하는 것이며, 이것에 의해 수광 장치(6)는 단순히 휘도의 변화를 취득하는 것만으로 양호한 것이 되므로, 장치 구성을 간소화할 수 있음과 아울러, 측정에 요하는 시간을 대폭 단축할 수 있다.

또한, 단색화를 위하여 필터는 광원(3)측에 설치해도 좋고, 수광 장치(6)측에 설치해도 좋지만, 수광 장치(6)측에 설치된 쪽이 필터의 소형화가 가능하게 된다.

특히, 측정 대상물인 기판(1)상에 제공된 피막(2)의 굴절율이 공지인 것을 전제로 하고 있으므로, 계수의 추정 등이 필요가 없고, 수광 강도의 변동에 있어서의 극대값, 극소값의 페어(pair)를 이용하여 보다 직접적으로 막 두께를 구할 수 있으므로, 측정이 간소화된다.

(2) 또한, 본 발명은 상기 (1)에 있어서, 측정된 반사광(5)의 수광 강도의 변동과 미리 취득된 공지의 박막의 막 두께에 있어서의 반사광(5)의 수광 강도의 변동의 피팅을 행함으로써 박막의 막 두께를 취득하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 공지의 박막의 막 두께에 있어서의 반사광(5)의 수광 강도를 미리 취득하여 데이터베이스화하고, 이 데이터베이스를 측정한 반사광(5)의 수광 강도의 변동과 비교함으로써 간단히 박막의 막 두께를 취득할 수 있다.

(3) 또한, 본 발명은 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 수광 장치(6)로서 에리어 센서(area sensor) 타입의 이미지 센서를 이용하여 시야각-반사광 강도의 관계를 고속으로 취득하여 박막의 막 두께의 2차원 분포를 얻는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 수광 장치(6)로서 에리어 센서 타입의 이미지 센서를 이용함으로써 대면적의 데이터를 일괄하여 취득할 수 있어, 그대로 박막의 막 두께의 2차원 분포를 단시간에 얻을 수 있다.

또한, 이 경우에 이용되는 이미지 센서로서는 CCD 타입의 에리어 센서로도 CM0S 타입의 에리어 센서로도 좋고, 제한은 받지 않는 것이다.

(4) 또한, 본 발명은 상기 (3)에 있어서, 피막(2)이 형성된 기판(1)을 이미지 센서의 1픽셀에 대응하는 거리만큼 스텝적으로 이동하면서 반사광 강도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 이미지 센서의 1픽셀에 대응하는 거리만큼 스텝적으로 이동하면서 반사광 강도를 측정함으로써 이미지 센서를 갖는 최대 해상도의 수광 강도의 변동 데이터를 얻을 수 있다.

(5) 또한, 본 발명은 상기 (4)에 있어서, 스텝적으로 연속하여 취득한 반사광(5)의 수광 강도내에서 소정의 입사각에 있어서의 수광 강도 분포를 각 입사각마다 구하고, 기판(1)상에 있어서의 이미지 센서의 1픽셀에 대응하는 크기의 동 위치에 있어서의 시야각-반사광 강도의 관계로부터 박막의 막 두께의 2차원 분포를 얻는 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 스텝적으로 연속하여 취득한 반사광(5)의 수광 강도내에서 소정의 입사각에 있어서의 수광 강도 분포를 각 입사각마다 구함으로써, 이미지 센서의 1픽셀에 대응하는 크기의 동 위치에 있어서의 시야각-반사광 강도의 관계를 간단히 취득할 수 있고, 이것에 의해, 박막의 막 두께의 2차원 분포를 단시간에 취득할 수 있다.

도 1은 본 발명의 원리적 구성의 설명도이다.

도 2는 본 발명의 실시형태에 이용되는 막 두께 취득 장치의 개념적 구성도이다.

도 3은 CCD 카메라와 측정 패널의 위치 관계의 설명도이다.

도 4는 본 발명의 실시형태에 있어서의 화상 처리 과정의 설명도이다.

도 5는 위치(n+1), 위치(n), 및 위치(n-1)에 있어서의 화상의 설명도이다.

도 6은 각도-반사광 강도 상관의 취득 방법의 설명도이다.

도 7은 구체적 측정 방법에 있어서의 중심선에 있는 점(P1)을 측정하는 경우의 위치 관계의 설명도이다.

도 8은 L=116.8∼273.6nm에 있어서의 반사광 강도의 설명도이다.

도 9는 L=275.2∼432.0nm에 있어서의 반사광 강도의 설명도이다.

도 10은 L=433.6∼523.2nm에 있어서의 반사광 강도의 설명도이다.

도 11은 구체적 측정 방법에 있어서의 점(P2)을 측정하는 경우의 위치 관계의 설명도이다.

도 12는 L=116.8∼273.6nm에 있어서의 반사광 강도의 설명도이다.

도 13은 L=275.2∼432.0nm에 있어서의 반사광 강도의 설명도이다.

도 14는 L=433.6∼523.2nm에 있어서의 반사광 강도의 설명도이다.

도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시형태의 막 두께 취득 방법을 설명한다.

도 2 참조

도 2는 본 발명의 실시형태에 이용되는 막 두께 취득 장치의 개념적 구성도이며, 면광원(11), 에리어 센서형의 CCD 카메라(12), 측정 대상의 박막이 성막된 측정 패널(13), 측정 패널(13)을 탑재하여 한 방향으로 이동하는 이동 스테이지(14), 이동 스테이지(14)를 이동시키기 위한 레일(15), 스테이지 제어용의 모터(16), 스테이지 위치로부터 CCD 카메라(12)를 제어하기 위한 트리거 신호를 전달하기 위한 트리거 신호선(17), 및 측정 패널(13)로부터의 반사광 내의 특정 파장 성분을 인출하기 위한 밴드패스 필터(18)로 구성된다.

이 경우의 면광원(11)으로서는 예컨대 통상의 형광관을 이용하며, 면광원 표면에서 충분히 확산되어 예상각에 의해 휘도, 색도의 변화가 없도록 구성된다.

또한, 밴드패스 필터(18)는 면광원(11)으로부터의 광을 단색광화하기 위한 것이므로, 가능한 한 반치폭의 좁은 밴드패스 필터가 바람직하지만, 분광 투과 특성에 입사각 의존성이 있어서는 안된다.

또한, 밴드패스 필터(18) 자체의 반치폭이 반드시 좁지 않더라도, 면광원(11)의 스펙트럼 특성을 잘 이용하여 단색광에 가까운 것을 실현할 수도 있다.

더욱이, 이 면광원(11)에 단색 광원을 이용한 경우에는 밴드패스 필터(18)가 불필요하다.

또한, 트리거 신호선(17)은 이동 스테이지(14)가 특정의 스텝만큼 이동될 때마다 CCD 카메라(12)가 프레임 수집을 행하기 위한 것이다.

더욱이, 트리거 신호선(17) 대신에 이동 스테이지(14), 또는 레일(15)에 부착된 센서에 의해 같은 기능을 가지게 하는 것도 가능하다.

또한, 이 구성에 있어서, CCD 카메라(12)의 광축을 연직선에 대하여 약 30°경사지게 설치하여, 수광 강도에 있어서 간섭에 의한 극대값 및 극소값이 명료하게 나타나 안정한 입사각에 있어서의 반사광을 수광할 수 있도록 한다.

또한, CCD 카메라(12)의 렌즈(19)가 도면의 지면에 평행한 방향의 화각(畵角)은 40°로 하고, CCD 카메라(12)를 30°경사지게 맞추고, 이 설정으로 측정 패널(13)에 대한 입사각이 50°인 광선까지 수광하는 것이 가능해진다.

더욱이, CCD 카메라(12)로 촬상된 화상은 카메라의 경사의 영향과 렌즈(19)의 수차로 왜곡이 발생되기 때문에, 촬상된 화상에는 그 후의 처리에 앞서 왜곡의 보정을 행하고, 이동 스테이지(14)가 어느 위치에 있어도 측정 패널(13)의 화상의 형상이 바르고, 크기도 같은 화상이 얻어지도록 한다.

더욱이, CCD 카메라(12)를 수직 하향으로 향하게 하고, 또한 수차가 충분히 작은 렌즈(19)를 이용한 경우는 이 왜곡 보정이 불필요하다.

또한, 렌즈(19)나 면광원(11)의 주변 감광 등의 모든 화상에 대하여 같은 조작을 행하면 좋고, 보정도 이 시점에서 행한다.

또한, 화상 촬상의 타이밍은 이동 스테이지(14)를 이동시키면서 이동 스테이지(14)가 일정한 스텝분만큼 이동될 때마다 트리거 신호를 CCD 카메라(12)에 전송 함으로써 제어하는 것이며, 이것에 의해, 일정 간격으로 측정 패널(13)을 이동한 복수의 화소가 얻어진다.

더욱이, 이 일정한 스텝의 길이는 왜곡 보정 후의 촬상 화상에서 CCD 카메라(12)에 있어서의 1픽셀에 상당하는 측정 패널면에서의 길이와 같다.

도 3 참조

도 3은 CCD 카메라(12)와 측정 패널(13)의 위치 관계만을 발취한 도면이며, 이 도면에 있어서, 측정 패널(13)을 위치(A)에서 위치(B)까지 이동시키면서 일정 간격으로 화상을 촬상한다.

이 때에 얻어진 일련의 화상은, 도면으로부터 명확한 바와 같이, 측정 패널(13)상의 모든 지점에 있어서 θ₁∼θ₂ 사이의 모든 각도에서 보았을 때의 휘도에 관한 데이터를 포함하는 것으로 된다.

그 다음, 도 4 내지 도 6을 참조하여 상기 수법에 의해 취득된 화상으로부터 각 점의 휘도와 각도의 관계를 얻는 방법을 설명한다.

도 4 참조

도 4는 화상 처리 과정의 설명도이며, CCD 카메라(12)는 높이(H)로 설정되어 있고, n-2, n-1, n ···은 이동 스테이지(14)상의 위치를 나타내고 있다.

이 각각의 위치간의 거리는 얻어진 화상에 왜곡 보정을 실시한 화상에 있어서, 1픽셀에 상당하는 실제의 측정 패널(13)상에서의 길이(Δ)이다.

더욱이, CCD 카메라(12)로부터 측정 패널(13)을 설치한 평면상에 수직선을 내린 점(O)으로부터 위치(n)까지의 거리는 L이다.

이동 스테이지(14)와 함께, 검사 대상의 측정 패널(13)을 도면 중 오른쪽 방향으로 이동시키면서 Δ만큼 이동할 때마다 화상을 1매 취득하고, 얻어진 일련의 화상을 패널(m, m+1, m+2 ···)로서 순차적으로 나타내고 있다.

더욱이, 도면에 있어서는, 각 패널은 열의 집합으로서 도시되어 있지만, 이것은 왜곡 보정 후의 화상에 있어서의 하나의 픽셀열에 상당하고 있고, 측정 패널(13)의 실제의 구조와는 관계가 없다.

이 경우, m, m+1, m+2 ···으로 번호가 상승함에 따라서, 패널은 Δ씩 동일 평면상을 오른쪽으로 이동하고 있지만, 이해를 용이하게 하기 위하여, m+1 이후는 위에 겹치지 않게 도시되어 있다.

또한, 위치(n)에 있는 픽셀 열을 가로 줄무늬의 해칭(hatching)으로, 위치(n+1)에 있는 오른쪽 아래 경사선의 해칭으로, 위치(n-1)에 있는 픽셀 열을 오른쪽 위 경사선의 해칭으로 나타내고 있다.

도 5(a) 내지 (c) 참조

이어서, m, m+1, m+2 ···으로 얻어진 화상 중, CCD 카메라(12)에 대하여 동 반사각의 위치에 위치하는 픽셀열만을 발취하여 오른쪽 순으로 모두 새로운 각 시야각 화상을 얻는다.

이 경우, m, m+1, m+2 ···각각은 왜곡 보정이 행해져 있기 때문에 매끄럽게 연결되어 하나의 화상으로 된다.

도 5(a) 내지 (c) 참조

도 5(a) 내지 (c)는 각각 상술한 조작으로 얻은 위치(n+1), 위치(n), 및 위치(n-1)에 있어서의 화상이며, 각각 서로 Δ만큼 다른 동일한 반사각, 따라서, 동일한 입사각에 있어서의 실제의 측정 패널(13)에 있어서의 반사광 강도 분포를 나타내게 된다.

따라서, 각각의 시야각의 화상에 있어서, 동 위치의 픽셀은 실제의 측정 패널(13)상에서도 동 위치를 나타내게 된다.

도 6(a) 참조

그 다음, 각 시야각 화상을 순차적으로 겹치고, 동 위치의 픽셀의 값을 나란히 함으로써 어느 점에 있어서의 각도와 반사광 강도의 관계를 얻는다.

도 6(b) 참조

도 6(b)는 이렇게 해서 얻어진 반사광 강도의 입사각 의존성 모식적으로 나타낸 것으로, 극대값과 극소값을 반복하는 변동 파형이 얻어진다.

이렇게 해서 얻어진 반사광 강도의 변동 파형에 있어서의 극대값을 취하는 각도와, 극소값을 취하는 각도 중 임의의 인접된 쌍을 하나 검출한다.

이 각도를 α 및 β로 하면, 박막의 간섭에 관한 공식으로부터 하기의 식이 성립된다.

mλ=2d(n²-Sin²α)^1/2 ㆍㆍㆍ (1)

(m-1/2)λ-2d(n²-Sin²β)^1/2 ㆍㆍㆍ (2)

단, m은 임의의 자연수, λ는 면광원(11)의 파장, d는 측정 대상물의 박막의 막 두께, n은 박막의 굴절율이다.

또한, 공기의 굴절율(n₀)은 n₀=1로서 무시되어 있다.

상기 식(1) 및 식 (2)로부터,

d=λ/{4(n²-Sin²α)^1/2-(n²-Sin²β)^1/2〕} ㆍㆍㆍ (3)

또는,

d=λ〔(n²-sin²α)^1/2-(n²-sin²β)^1/2〕/4(sin²β-Sin²α) ㆍㆍㆍ (4)이 된다.

여기서, 굴절율(n) 및 파장(λ)은 공지이므로, 얻어진 각도(α 및 β)를 대입함으로써 막 두께(d)가 구해진다.

이 조작을 모든 점에 적용함으로써 막 두께의 2차원 분포를 얻을 수 있다.

이상을 전제로서 도 7 내지 도 10을 참조하여 구체적으로 측정 방법을 설명한다.

이 경우, 측정 대상이 되는 측정 패널(13)은 사이즈가 1800mm×150Omm의 액정 패널이며, 유리 기판상에 도포된 레지스트 막의 막 두께를 측정한다.

또한, 이 경우의 밴드패스 필터(18)에 있어서의 중심 투과 파장(λ)을 λ=589nm로 하고, 이 λ=589nm에 있어서의 레지스트 막의 굴절율(n)은 n=1.5572로 한다.

도 7 참조

이 경우의 막 두께 취득 장치의 장치 구성으로서는 1800mm×1500mm의 액정 패널을 화상을 한 번의 이동 스테이지(14)의 이동에 의해 취득하기 위해 복수 대의 CCD 카메라(12)를 사용하여 1500mm 폭을 커버하도록 구성한다.

또한, CCD 카메라(12)는 렌즈(19)의 주요점으로부터 이동 스테이지(14) 거리가 440mm의 높이(H)에 30°의 경사를 가져서 설치하고, 스캔 방향으로는 θ₁=15°에서 θ₂=6O°까지의 시야각의 화상을 취득할 수 있도록 구성한다.

여기서, 도포하는 레지스트 막의 막 두께는 2000nm(=2㎛)로 하고, 이것을 3%의 막 두께 변화를 검출가능하게 하는 것을 목표로 하지만, 목표의 3%에 대하여 안전율을 제공하여 0.3%의 막 두께 분해능을 가지도록 구성한다.

2000nm의 막 두께의 0.3%의 막 두께는 6nm이므로, 막 두께의 유효 자리수는 3자리수보다도 조금 높게 할 필요가 있다.

또한, 식 (4)에서, 각도(α와 β)가 충분히 떨어져 있는(일반적으로 이 조건은 충족되어 있음)것이라면, 각도의 분해능도 같은 정도로 필요하기 때문에, 필요한 각도의 분해능을 0.05°(=3')로 한다.

또한, 상술의 반사광 강도의 측정으로부터 얻어진 변동 파형으로부터, 피크 검출의 알고리즘을 사용하여 피크와 골(谷)을 검출할 때에, 분할된 구간마다 2차식으로 근사를 행하기 때문에, 샘플링 간격보다도 높은 분해능으로 피크의 검출을 행할 수 있다.

사전에 실제로 피크 검출의 테스트를 행한 바, 위치 검출 간격을 0.2°로 하고, 그 신호에 변동 파형 진폭의 ±1%의 노이즈가 실리는 것으로 했을 때에, 거의 0.05°이하의 피크 검출 정밀도를 나타내는 것이 확인되었다.

또한, 이 1%의 노이즈에 각 픽셀의 감도의 편차나, 광학계의 오염, 면광원(11)의 휘도 불균일성이나, 렌즈(19)의 왜곡 수차의 보정 등의 위치 검출 정밀도의 오차가 포함되는 것으로 한다.

따라서, 이 실시형태에서는 다크 보정, 플랫 보정에 의한 CCD 센서(12)나 면광원(11)의 노이즈나, 왜곡 보정 등의 위치 검출 정밀도의 노이즈가 1% 정도로 억제되는 것으로서 각도의 검출 간격을 0.2°로 한다.

도 7에 있어서, 측정 패널(13)상의 각 점에 있어서의 Δx와 Δθ의 관계는

x=Hㆍtanθ이므로,

dx/dθ=H/cos²θ이 되고, 따라서,

Δx=(H/cos²θ)Δθ ㆍㆍㆍ(5)로 근사될 수 있다.

여기서, 측정 시야각(θ)에 있어서, Δx 당의 Δθ의 변화량이 가장 크게되는 시야각=15°부근에 대하여 Δx를 계산해 보면 1픽셀분의 시야각의 변화량을 Δθ로 하면,

Δθ≒3.490×10^-3이 되므로,

Δx≒(440/0.9330)×3.490×10^-3

≒1.646[mm]가 된다.

따라서, 위치 검출 오차를 적어도 1.6 이하로 억제해야 하는 것을 알았다.

또한, 상술한 바와 같이 30°경사진 CCD 카메라(12)를 사용하여, 시야각 θ₁=15°에서 θ₂=6O°까지 커버하기 위해서는, 렌즈(19)의 장변 방향의 화각은 60°이상 필요하지만, CCD 카메라(12)로서 소위 1/3형 CCD 카메라를 사용했을 경우, 렌즈(19)의 초점 거리는 4mm가 적당하다.

이 때, 단변 방향의 화각은 약 48°이므로, 시야각 θ₁=15°부근에서 405mm의 폭을 커버할 수 있고, 따라서, 1500mm의 길이를 커버하기 위해서는 1500/405≒3.7이므로, 4대의 CCD 카메라(12)를 이용하면 좋다.

또한, 405mm의 폭을 커버할 수 있는 CCD 카메라(12)로 단변 방향에 있어서 1.6mm 이상의 고해상도로 커버하기 위해서는 수평 방향의 화소수가 254(≒405/1.6)이상 필요하다.

따라서, 640×480의 VGA 규격의 해상도의 CCD 카메라(12)를 이용하면 좋은 것이 된다.

그 다음, 어느 점에 있어서의 막 두께 취득의 예를 설명한다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 이동 스테이지(14)의 이동, 즉, 스캔에 의해 CCD 카메라(12)로부터 이동 스테이지(14)에 연직으로 하강한 점(O)상을 통과하는 화면의 중심축상의 점(P₁)에 있어서, 막 두께 2000nm=2㎛의 경우의 반사광 강도, 즉, 휘도와 위치의 관계 데이터를 작성했다.

이 경우, 실제의 상황을 상정하여 데이터에 ±1%의 랜덤 노이즈를 부가하고, 더욱이 8bit로 형성한 바, 도 7의 원점(O)으로부터의 거리(L)와, 반사광 강도 분포가 도 8 내지 도 10에 표로서 나타낸 데이터가 얻어졌다.

도 8 내지 도 10 참조

이렇게 얻어진 데이터 열에 대하여 피크 검출을 처리한 바, 제 1 극대값이 L=253.49mm의 위치, 제 1 극소값이 L=408.43nm의 위치인 것이 검출되었다.

여기서, 원점(O)으로부터 거리(L)에 있는 점(P₁)의 시야각(θ)은 CCD 카메라(12)의 높이를 H로 하면, θ=tan^-1(L/H)로 구해지기 때문에, H=440mm이므로, 제 1 극대값에 있어서의 시야각(α)은

α=tan^-l(253.49/440)

≒tan^-1(0.5761136)

≒29.95°가 된다.

한편, 제 1 극소값에 있어서의 시야각(β)은

β=tan^-1(408.43/440)

≒tan^-1(0.92825)

≒42.87°가 된다.

그 다음, 얻어진 α=29.95°와 β=42.87°를 공지의 λ=589nm 및 n=1.5572과 함께, 상기 (4) 식에 대입하면,

d≒1986nm 가 되고, 상정 막 두께인 2000nm과의 오차는 0.7%〔=(2000-1986)/2000=14/2000〕이었다.

이어서, 도 11 내지 14를 참조하여 중심축 이외의 일반 점의 막 두께를 구하 는 방법을 설명한다.

도 11 참조

도 11에 나타낸 바와 같이, 렌즈(19)의 주요점으로부터 이동 스테이지(14)에 수직으로 내린 점을 O, 이동 스테이지(14)의 스캔에 의해 점(O)를 통과하는 선을 중심선으로 하면, 측정 대상의 점(P₂)에서 중심선으로 수직선을 내린 점(P₂')과, O와의 거리를 L, P₂에서 중심선까지의 거리를 W로 한다.

또한, 왼쪽을 향하는 방향을 L의, 안쪽을 향하는 방향을 W의 플러스 방향으로 취한다.

이 경우도 CCD 카메라(12)의 높이(H)는 마찬가지로 H=440mm로 하고, d=15Omm의 위치의 점(P₂)에 있어서 레지스트 막의 막 두께가 21OOnm인 것으로 상정하여 반사광 강도와 위치의 관계 데이터를 작성했다.

또한, 이 경우도 마찬가지로 실제의 상황을 상정하여 데이터에 ±1%의 랜덤 노이즈를 부가하고, 더욱이 8bit로 형성한 바, 도 12 내지 도 14에 표로서 나타낸 데이터가 얻어졌다.

또한, 도 12 내지 도 14에 있어서의 거리(L)는 원점(O)으로부터 중심선에 있어서의 점(D)까지의 거리를 나타내고 있다.

도 12 내지 도 14 참조

이렇게 얻어진 데이터 열에 대하여 피크 검출을 처리한 바, 제 1 극대값이 L=370.21mm의 위치, 제 1 극소값이 L=203.67nm의 위치인 것이 검출되었다.

여기서, 점(P₂)의 시야각(θ)은

θ=tan^-1(L'/H)로 구해지며, 여기서 L'=(L²+W²)^1/2이며, 또한 H=440mm이므로, 제 1 극대값에 있어서의 시야각(α)은

α=tan^-1(399.44/440)

≒tan^-1(0.90783)

≒42.23°가 된다.

한편, 제 1 극소값에 있어서의 시야각(β)은

β=tan^-1(252.95/440)

≒tan^-1(0.57488)

≒29.89°가 된다.

이어서, 얻어진 α=42.23°과 β=29.89°를 공지의 λ=589nm 및 n=1.5572와 함께, 상기 (4) 식에 대입하면,

d≒2088nm가 되고, 상정 막 두께인 2100nm와의 오차는 0.6%〔=(2100-2088)/2000=12/2000〕이었다.

이상과 같은 변환을 모든 점(P)에 적용함으로써 패널 전면에 이르는 레지스트 막의 막 두께의 2차원 분포를 최저에서도 3%의 정밀도로 얻을 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 실시형태에 기재된 구성에 한정되는 것은 아니고, 각종의 변경이 가능하다.

예컨대, 상기 실시형태에 있어서는 수광 장치로서 CCD형의 에리어 센서를 잉요하고 있지만, CM0S형 또는 M0S형의 에리어 센서를 이용해도 좋은 것이다.

또한, 상기 실시형태에서 설정된 카메라의 경사각, 설치 높이(H), 화상을 받아들이는 시야각은 단순한 일예이며, 사용하는 카메라의 해상도나, 사용하는 렌즈의 개구수에 따라서 적절히 변경가능한 것은 말할 필요도 없다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 취득된 반사광 강도의 변동 파형으로부터 한 쌍의 인접하는 극대값과 극소값을 이용하여 막 두께를 구하고 있지만, 이러한 방법에 한정되는 것은 아니고, 예컨대, 극대값과 극소값의 쌍을 복수 취득하여 각각의 쌍으로부터 산출되는 막 두께의 평균을 취해도 좋은 것이고, 이 방법을 채용함으로써 각도 검출의 편차를 억제할 수 있다.

또는, 실제 측정에 의해 얻어진 변동 파형과 이론적으로 구한 각도-휘도 상관 곡선을 피팅하여, 막 두께만은 아니고 굴절율이나 흡수 계수 등의 광학 정수를 구할 수도 있는 것이며, 연산 시간과 측정 목적에 따라서 최적인 방법을 선택하도록 한다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 액정 패널에 있어서의 레지스트 막의 막 두께의 취득 방법으로서 설명하고 있지만, 레지스트 막에 한정되는 것은 아니고, 각종 박막의 막 두께의 측정에 적용되는 것이며, 광원이 되는 파장에 대하여 투명 또는 반투명이면 좋고, 예컨대, 사이드라이트 방식의 백라이트 또는 사이드 라이트 방식의 프론트라이트에 있어서의 도광판의 광출사면에 제공되는 반사 방지막의 성막 공정에도 적용되는 것이다.

또한, 본 발명은 액정 패널에 한정되는 것은 아니고, 플라즈마 표시 장치 등의 다른 표시 장치에 있어서의 성막 공정, 또는, 반도체 장치 등의 각종 디바이스의 제조 공정에 있어서의 각종 성막 공정에도 적용되는 것이다.

더욱이, 본 발명은 특정 장치의 성막 공정에 한정되는 것은 아니고, 표면이 평탄한 기판에 미크론∼서브미크론 오더의 박막을 성막하는 모든 성막 공정에 적용되는 것이다.

본 발명에 의하면, 일반적인 CCD 카메라 등의 에리어 센서형의 이미지 센서를 이용하여 대면적의 화상을 일괄 취득하고 있으므로, 측정하고 고속으로 행할 수 있고, 또한, 분광기 등의 특수한 측정기를 필요로 하지 않으므로 장치 구성을 간소화할 수 있으며, 나아가서는, 대형 화상 표시 장치 등의 저비용화ㆍ고 표시 품질화에 기여하는 바가 크다.

Claims

단색 또는 필터에 의해 단색화된 광원 중 어느 광원으로부터의 조사광을 측정 대상물인 기판상에 형성된 피막에 입사시켜, 상기 피막으로부터의 간섭을 일으킨 반사광을 상기 피막의 주면에 대한 상기 조사광의 입사각을 스텝적으로 변화시키면서 에리어 센서 타입의 이미지 센서로 구성되는 수광 장치에 의해 측정하고, 측정된 반사광의 수광 강도의 변동에 있어서의 극대값과 극소값을 취하는 조사광의 입사각으로부터 상기 피막의 막 두께를 취득할 때에, 상기 피막이 형성된 기판을 상기 이미지 센서의 1픽셀에 대응하는 거리만큼 스텝적으로 이동시키면서 반사광 강도를 측정하는 것을 특징으로 하는 막 두께 취득 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 측정된 반사광의 수광 강도의 변동파형과, 미리 취득된 공지의 박막의 막 두께에 대한 반사광의 수광 강도의 변동을 비교함으로써, 상기 박막의 막 두께를 취득하는 것을 특징으로 하는 막 두께 취득 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 수광 장치에 의해 시야각-반사광 강도의 관계를 고속으로 취득하여 상기 박막의 막 두께의 2차원 분포를 얻는 것을 특징으로 하는 막 두께 취득 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 스텝적으로 연속하여 취득한 반사광의 수광 강도내에서 소정의 입사각에 있어서의 수광 강도 분포를 상기 각 입사각마다 구하고, 상기 기판상에 있어서의 상기 이미지 센서의 1픽셀에 대응하는 크기의 동 위치에 있어서의 시야각-반사광 강도의 관계로부터 상기 박막의 막 두께의 2차원 분포를 얻는 것을 특징으로 하는 막 두께 취득 방법.