KR20060041959A - 막 두께 측정 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20060041959A
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Abstract

컬러 필터와 같이 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 투명 박막이어도 그 막 두께를 정확하게 측정할 수 있는 막 두께 측정 기술을 제공한다.
우선, 소정 막 두께를 갖는 무색의 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 산정되는 이론 분광 반사율을 상이한 막 두께마다 복수 취득한다. 다음에, 측정 대상으로 하는 컬러 필터의 분광 투과율을 취득하여, 그 분광 투과율 중의 소정 투과율 이상이 되는 파장역을 측정 파장역으로서 선정한다. 또, 상이한 막 두께마다 산정된 복수의 이론 분광 반사율을 분광 투과율에 의해서 보정하고 보정 후 이론 분광 반사율을 구하여 놓는다. 그리고, 기판 상에 측정 대상의 컬러 필터가 형성된 시료에 광을 조사하여, 그 시료로부터 반사된 광을 분광하여 분광 반사율을 실측한다. 획득된 실측 분광 반사율과 보정 후 이론 분광 반사율을 비교하여 컬러 필터의 막 두께를 산출한다.

Description

막 두께 측정 방법 및 장치{FILM THICKNESS MEASURING METHOD AND APPARATUS}
도 1은 본 발명에 관한 막 두께 측정 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 막 두께 측정 장치의 연산부의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명에 관한 막 두께 측정 방법의 처리 순서를 도시하는 플로어 차트이다.
도 4는 상이한 막 두께의 투명 박막에 관해서 산정된 이론 분광 반사율을 예시하는 도면이다.
도 5는 컬러 필터의 분광 투과율을 예시하는 도면이다.
도 6은 측정 대상의 시료의 실측 분광 반사율의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 분광 투과율에 의한 이론 분광 반사율의 보정을 개념적으로 설명하는 도면이다.
도 8은 막 두께 측정을 위한 2차 곡선 근사를 개념적으로 도시하는 도면이다.
도 9는 컬러 필터의 광 투과 특성을 도시하는 도면이다.
도 10은 도 9의 컬러 필터를 형성한 기판으로부터 얻어지는 분광 반사율을 도시하는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 시료 5 : 샘플 스테이지
10 : 제1 조명 광학계 11, 21 : 할로겐 램프
20 : 제2 조명 광학계 30 : 결상 광학계
32 : 하프 미러 40 : 분광 유닛
50 : 연산부 54 : 자기 디스크
55 : 보정부 56 : 막 두께 산출부
57 : 측정 파장역 선정부
본 발명은 반도체 기판이나 액정 표시 장치용 유리 기판 등의 기판 상에 형성된 투명 박막, 특히 컬러 필터와 같이 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 투명 박막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래부터, 상기와 같은 기판 상에 형성된 레지스트막이나 실리콘 산화막 등의 지극히 얇은 투명 박막의 막 두께를 광 간섭법을 이용하여 측정하는 기술이 예컨대 일본 특허 공개평 6-249620호 공보(1994년)에 제안되어 있다. 광 간섭법을 이용한 막 두께 측정으로는, 막 두께가 소정값(d)의 투명 박막이 형성된 기판에 광이 입사된다고 하는 조건 하에서, 당해 투명 박막의 광 간섭에 의해서 규정되는 분광 반사율을 미리 계산하여 구해 놓는다. 이 때, 일정 막 두께 범위에서 같은 피 치로 설정한 막 두께에 관해서 분광 반사율을 구한 것을 복수의 이론 분광 반사율로서 메모리 등의 기억 장치에 기억시켜 놓는다.
그리고, 측정 대상의 투명 박막이 형성된 기판에 광을 조사하고, 거기에서 반사된 반사 광을 분광기에 의해서 분광하여 분광 반사율을 실측한다. 그 다음에, 그 실측 분광 반사율과 상기 복수의 이론 분광 반사율과의 차분을 산출하고, 그 차분이 가장 작아지는 막 두께 값을 종래부터 주지의 커브 피트법(カブ-フィット)에 의해 구하여, 획득된 막 두께 값을 측정 대상의 투명 박막의 막 두께로 한다.
그러나, 최근 디지털 카메라나 카메라가 있는 휴대 전화의 급속한 보급에 따라 컬러 CCD의 수요가 증대되고 있다. 컬러 CCD의 제조 공정에서는, 실리콘 웨이퍼 상에 메트릭스 형상으로 RGB 3색의 컬러 필터가 접착되어 있다. 또, 프로젝터에서는 액정 유리 기판 상에 컬러 필터를 형성한 것이 사용된다. 이러한 기판 상에 컬러 필터를 형성하는 공정에서는 필터 막 두께를 엄밀하게 관리하는 것이 중요하고, 컬러 필터의 막 두께를 정확하게 측정하는 것이 요구되고 있다.
그러나, 컬러 필터는 특정 파장역의 광밖에 투과하지 않고, 예컨대 그린 필터의 경우 대략 480nm∼600nm의 파장역의 광밖에 투과하지 않는다. 도 9는 컬러 필터의 광 투과 특성을 도시하는 도면이다. 동 도면에 도시하는 바와 같은 광 투과 특성을 갖는 컬러 필터를 기판 상에 형성한 시료에 광을 조사하였을 때에 얻어지는 분광 반사율(파장에 대한 반사율의 프로파일)은 도 10과 같이 된다. 또한, 도 10에서는 컬러 필터를 형성한 기판으로부터 얻어지는 분광 반사율을 실선으로 나타내고, 컬러 필터 대신에 모든 가시광역의 광에 대하여 투명한 박막(요컨대 무색의 투명 박막)을 기판 상에 형성하였을 때의 분광 반사율을 참고로 점선으로 도시한다.
도 10에 도시하는 바와 같이, 무색의 투명 박막의 경우, 박막의 간섭 조건 2d=nλ(n은 정수, λ는 파장)을 만족하는 파장(λ)에서의 반사율의 피크가 주기적으로 현출하지만, 컬러 필터의 경우 광이 투과하는 파장역에서만 반사율 프로파일의 홈이 현출한다. 즉, 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 컬러 필터를 기판 상에 형성한 시료에 광을 조사하였을 때에 광 간섭이 생기는 파장역은 당연하게 그 특정 파장역으로 한정된다.
따라서, 기판 상에 형성된 컬러 필터의 막 두께를 광 간섭법에 의해서 측정할 때에는, 측정 파장역이 광 투과가 발생하는 특정 파장역에 한정되므로, 측정 신뢰성이 저하하지 않을 수 없다. 더구나, 도 9에 도시하는 바와 같이, 컬러 필터의 분광 투과율(파장에 대한 투과율의 프로파일)은 구형 파형이 아닌 사다리꼴 형상 파형을 도시한다. 요컨대, 광 투과가 발생하는 특정 파장역에서도, 그 경계 부근에서는 투과율이 아날로그적으로 변화한다. 따라서, 투과율 프로파일의 슬로프부의 파장역에서는 반사율이 이론값보다도 저하하게 되므로, 이 파장역을 측정 파장역에 포함시키면 막 두께 측정의 신뢰성이 현저하게 저하하게 되었다.
이 때문에, 투과율 프로파일에서의 슬로프부의 파장역을 제외한 파장 범위, 요컨대 도 9와 같은 투과율 프로파일에서의 정상 플랫부의 파장역만을 측정 파장역으로 함으로써 측정 정밀도를 향상시키는 것도 생각할 수 있지만, 이 경우 측정 파 장역의 폭이 4Onm∼50nm 정도로 상당히 좁아져서 그것에 기인한 측정 신뢰성의 저하가 우려된다. 특히, 컬러 필터의 막 두께가 얇아질수록 반사율 프로파일의 파형이 저주파 파형이 되므로, 측정 파장역의 폭이 좁아지면 막 두께 측정 자체가 곤란하게 되는 문제가 생긴다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서 컬러 필터와 같이 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 투명 박막이어도 그 막 두께를 정확하게 측정할 수 있는 막 두께 측정 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서 청구항 1의 발명은 기판 상에 투명 박막이 형성된 시료에 광을 조사하여 획득된 분광 반사율로부터 상기 투명 박막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 방법에 있어서, 상기 투명 박막의 분광 투과율을 취득하는 분광 투과율 취득 공정과, 상기 시료에 광을 조사하여, 상기 시료로부터 반사된 반사광을 분광하여 분광 반사율을 실측하는 분광 반사율 측정 공정과, 소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율을 상기 분광 투과율에 의해서 보정하는 보정 공정과, 상기 보정 공정으로 보정된 보정 후 이론 분광 반사율과 상기 분광 반사율 측정 공정으로 측정된 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 공정을 구비한다.
또, 청구항 2의 발명은 청구항 1에 있어서, 상기 막 두께 산출 공정으로, 상기 분광 투과율에 따른 무게를 부가하여, 상기 보정 후 이론 분광 반사율과 상기 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출한다.
또, 청구항 3의 발명은 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 분광 투과율에 있어서의 소정의 임계값 이상의 투과율을 갖는 파장역을 상기 막 두께 산출 공정에서의 측정 파장역으로 선정하는 공정을 또한 구비한다.
또, 청구항4의 발명은 기판 상에 투명 박막이 형성된 시료에 광을 조사하여 획득된 분광 반사율로부터 상기 투명 박막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 방법에 있어서, 상기 투명 박막의 분광 투과율을 취득하는 분광 투과율 취득 공정과, 상기 시료에 광을 조사하여, 상기 시료로부터 반사된 반사광을 분광하여 분광 반사율을 실측하는 분광 반사율 측정 공정과, 상기 분광 반사율 측정 공정으로 측정된 실측 분광 반사율을 상기 분광 투과율에 의해서 보정하는 보정 공정과, 소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율과 상기 보정 공정으로 보정된 보정 후 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 공정을 구비한다.
또, 청구항5의 발명은 기판 상에 투명 박막이 형성된 시료에 광을 조사하여 획득된 분광 반사율로부터 상기 투명 박막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치에 있어서, 상기 투명 박막의 분광 투과율을 기억하는 제1 기억 수단과, 소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율을 기억하는 제2 기억 수단과, 측정 대상의 시료에 광을 조사하는 광원과, 상기 광원으로부터 광이 조사되어, 측정 대상의 시료에 의해서 반사된 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정하는 분광 반사율 측정 수단과, 상기 이론 분광 반사율을 상기 분광 투과율에 의해서 보정하는 보정 수단과, 상기 보정 수단으 로 보정된 보정 후 이론 분광 반사율과 상기 분광 반사율 측정 수단에 의해서 측정된 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 수단을 구비한다.
또, 청구항 6의 발명은 청구항5에 있어서, 상기 제2 기억 수단에, 상이한 막 두께의 투명 박막에 따른 복수의 이론 분광 반사율을 기억시켜, 상기 보정 수단에 상기 복수의 이론 분광 반사율의 각각에 상기 분광 투과율을 곱하여 복수의 보정 후 이론 분광 반사율을 산출하고, 상기 막 두께 산출 수단에 상기 복수의 보정 후 이론 분광 반사율의 각각과 상기 실측 분광 반사율과의 차분을 구하며, 획득된 복수의 차분을 2차 곡선 근사하였을 때의 최소값을 나타내는 막 두께 값을 측정 대상의 투명 박막의 막 두께로 하고 있다.
또, 청구항 7의 발명은 청구항6에 있어서, 상기 막 두께 산출 수단에 상기 복수의 보정 후 이론 분광 반사율의 각각과 상기 실측 분광 반사율과의 차분에 상기 분광 투과율이 높아질수록 가중되도록 무게 부가를 하여, 획득된 복수의 무게 부가 차분을 2차 곡선 근사하였을 때의 최소값을 나타내는 막 두께 값을 측정 대상의 투명 박막의 막 두께로 하고있다.
또, 청구항 8의 발명은 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분광 투과율에서의 소정의 임계값 이상의 투과율을 갖는 파장역을 막 두께 산출 시의 측정 파장역으로서 선정하는 파장역 선정 수단을 또한 구비한다.
또, 청구항 9의 발명은 기판 상에 투명 박막이 형성된 시료에 광을 조사하여 획득된 분광 반사율로부터 상기 투명 박막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장 치에 있어서, 상기 투명 박막의 분광 투과율을 기억하는 제1 기억 수단과, 소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율을 기억하는 제2 기억 수단과, 측정 대상의 시료에 광을 조사하는 광원과, 상기 광원으로부터 광이 조사되고, 측정 대상의 시료에 의해서 반사된 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정하는 분광 반사율 측정 수단과, 상기 분광 반사율 측정 수단에 의해서 측정된 실측 분광 반사율을 상기 분광 투과율에 의해서 보정하는 보정 수단과, 상기 보정 수단으로 보정된 보정 후 실측 분광 반사율과 상기 이론 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 수단을 구비한다.
또, 청구항 10의 발명은 기판 상에 투명 박막이 형성된 시료에 광을 조사하여 획득된 분광 반사율로부터 상기 투명 박막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치에 있어서, 상기 시료의 박막 형성면에 광을 조사하는 제1 광원과, 상기 시료의 상기 박막 형성면과는 반대측면에 광을 조사하는 제2 광원과, 상기 제2 광원으로부터 조사되어 상기 기판 및 상기 투명 박막을 투과한 투과 광을 분광하여 상기 투명 박막의 분광 투과율을 측정하는 동시에, 상기 제1 광원으로부터 조사되어 상기 시료에 의해서 반사된 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정하는 분광 수단과, 소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율을 기억하는 기억 수단과, 상기 이론 분광 반사율을 상기 분광 수단에 의해서 측정된 상기 분광 투과율에 의해서 보정하는 보정 수단과, 상기 보정 수단으로 보정된 보정 후 이론 분광 반사율과 상기 분광 수단에 의해서 측 정된 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 수단을 구비한다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 관해서 상세히 설명한다.
<1.제1 실시 형태>
도 1은 본 발명에 관한 막 두께 측정 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 이 막 두께 측정 장치는 제1 조명 광학계(10)와, 제2 조명 광학계(20)와, 결상 광학계(30)를 구비하고 있다. 제1 조명 광학계(10)는 백색 광을 출사하는 할로겐 램프(11)와 조명 렌즈(12)를 구비한다. 조명 렌즈(12)는 예컨대 콘덴서 렌즈의 조합으로 구성되어 있고, 당해 콘덴서 렌즈에는 도시 생략하는 시야 좁힘부 등이 부설되어 있다. 할로겐 램프(11)로부터 출사된 광은 조명 렌즈(12)를 통해 결상 광학계(30)에 입사된다.
결상 광학계(30)는 대물 렌즈(31), 하프 미러(32) 및 결상 렌즈(33)로 구성된다. 제1 조명 광학계(10)로부터의 조명 광은 하프 미러(32)에 의해서 반사되고, 대물 렌즈(31)를 통해 샘플 스테이지(5) 상에 놓인 시료(1)의 상면에 조사된다. 또한, 시료(1)는 반도체 기판이나 액정 표시 장치용 유리 기판 등의 기판 상에 유색의 투명 박막인 컬러 필터가 형성된 것이다. 즉, 제1 조명 광학계(10)로부터는 시료(1)의 박막 형성면에 광이 조사되게 된다.
샘플 스테이지(5)는 그 중앙부에 개구를 갖는 시료 놓음대이다. 샘플 스테이지(5)에는, 도시 생략하는 XY 구동 기구가 부설되어 있고, 시료(1)를 놓으면서 수평면 내의 X방향 및 Y방향으로 이동하는 것이 가능하다. 또한, 샘플 스테이지(5)로서는 중앙부에 개구를 갖으면서도 시료(1)를 놓을 수 있는 것이면 되고, 예컨대 시료(1)의 둘레 테두리부를 유지하는 테두리체와 같은 것이어도 된다.
한편, 제2 조명 광학계(20)는 샘플 스테이지(5)를 사이에 끼우고 결상 광학계(30)와 반대측으로 배치되어 있다. 제2 조명 광학계(20)는 백색 광을 출사하는 할로겐 램프(21)와 조명 렌즈(22)를 구비한다. 할로겐 램프(21)의 출사광의 분광 특성은 할로겐 램프(11)와 같은 것으로 되어 있는 것이 바람직하다. 또는 할로겐 램프(11, 21)를 하나의 할로겐 램프로 구성하고, 광 화이버 등으로 따로따로 도광(導光)하도록 하여도 된다. 또, 조명 렌즈(22)는 집광 기능을 갖는 렌즈계이고, 할로겐 램프(21)로부터 출사된 광은 조명 렌즈(22)를 통해 집광되며, 샘플 스테이지(5)의 개구를 통과하여 시료(1)의 이면, 요컨대 시료(1)의 박막 형성면과는 반대측면으로 조사된다.
제1 조명 광학계(10)로부터 조사되어 시료(1)의 상면에서 반사된 광 및 제2 조명 광학계(20)로부터 조사되어 시료(1)를 투과한 광은, 대물 렌즈(31), 하프 미러(32) 및 결상 렌즈(33)를 통해 결상 광학계(30)의 광 축 상의 소정 위치에 집광된다. 이 집광 위치의 근방에 분광 유닛(40)의 입사용 핀 홀이 위치하도록, 분광 유닛(40)이 배치되어 있다.
분광 유닛(40)은, 입사 광을 분광하는 오목면 회절 격자(41)와, 오목면 회절 격자(41)에 의해 회절된 회절 광의 분광 스펙트럼을 검출하는 광 검출기(42)로 구성되어 있다. 광 검출기(42)는 예컨대 포토 다이오드 얼레이나 CCD 등에 의해 구 성되어 있다. 이것에 의해, 결상 광학계(30)에 의해서 집광되고, 분광 유닛(40)에 입사한 광은 오목면 회절 격자(41)에 의해서 분광되며, 그 광의 분광 스펙트럼에 대응한 신호가 광 검출기(42)로부터 연산부(50)에 전달된다.
도 2는, 연산부(50)의 구성을 도시하는 블록도이다. 연산부(50)는 분광 유닛(40)으로부터 수신한 분광 스펙트럼 정보에 근거하여 시료(1)의 컬러 필터의 막 두께를 산출한다. 연산부(50)는 일반적인 컴퓨터와 동일한 하드 웨어 구성을 갖고 있고, 각종 연산 처리를 실행하는 CPU(51)와, 기본 프로그램 등을 기억하는 독출 전용의 메모리인 ROM(52)과, CPU(51)의 작업 영역으로서 기능하는 읽고 쓰는 것이 자유로운 메모리인 RAM(53)과, 프로그램이나 각종 데이터를 기억하는 자기 디스크(54)를 구비하고 있다. 또, CPU(51)는, 도시를 생략하는 입출력 인터페이스를 통해 키보드(60), CRT(61), 프린터(62) 및 상기의 광 검출기(42)와 접속되어 있다. 막 두께 측정 장치의 오퍼레이터는 키보드(60)로부터 여러가지의 커맨드나 파라미터를 연산부(50) 입력할 수 있는 동시에, CRT(61)나 프린터(62)로부터 출력되는 연산 결과를 확인할 수 있다. 또한, 할로겐 램프(11) 및 할로겐 램프(21)에는 각각 램프 전원이 부설되고, 샘플 스테이지(5)에는 XY구동 회로가 부설되어 있으며(모두 도시 생략), 연산부(50)의 CPU(51)는 그것들과 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 도 2에 도시한 보정부(55), 막 두께 산출부(56) 및 측정 파장역 선정부(57)는 모두 CPU(51)가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 처리부이고, 그 처리 내용의 상세함에 관해서는 더 후술한다.
다음에, 본 발명에 관한 막 두께 측정 방법의 처리 순서에 관해서 설명한다. 도 3은 본 발명에 관한 막 두께 측정 방법의 처리 순서를 도시하는 플로어 차트이다. 여기서는 기판 상에 유색의 투명 박막인 그린 컬러 필터가 형성된 시료(1)에 광을 조사하여 얻어지는 분광 반사율로부터 이 컬러 필터의 막 두께를 측정하는 순서를 설명한다. 또한, 그린 필터에 한정되지 않고, 블루 필터나 레드 필터 등의 타색의 컬러 필터에 관해서도 동일한 순서로 막 두께가 측정되는 것은 물론이다.
우선, 소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 산정되는 이론 분광 반사율을 취득한다(단계 S1). 이 이론 분광 반사율은 측정 대상이 되는 컬러 필터가 형성되어 있는 기판과 같은 기판 상에 소정 막 두께(d)의 무색 투명 박막이 형성되어 있는 것으로 하고, 이 무색 투명 박막의 상면에 제1 조명 광학계(10)로부터 백색 광이 입사된다는 조건 하에서 계산하여 구하는 분광 반사율이다. 또한, 본 명세서에서 「반사율」이란 엄밀하게는 기판 상에 투명 박막이 형성되어 있지 않은(막 두께가 제로) 경우의 반사 강도에 대한 반사 강도 비율, 즉 상대 반사율이다.
이론 분광 반사율은, 측정 대상이 되는 컬러 필터의 막 두께의 오더에 따른 일정 범위 내(예컨대, 측정 대상 컬러 필터의 막 두께가 수백 nm로 예상될 때에는 1OOnm∼lOOOnm의 범위)에서 같은 피치(예컨대, 1Onm 피치)로 설정된 상이한 막 두께(d)의 무색 투명 박막에 관해서 각각 산정된다. 투명 박막에서는 광의 간섭이 생기므로, 광이 서로 강하게 하는 파장에서는 반사율이 높아지고, 약하게 하는 파장에서는 반사율이 낮아진다. 그리고, 광의 간섭이 생기는 조건은 투명 박막의 막 두께에 의해서 정해지므로, 막 두께에 의해서 이론 분광 반사율의 패턴이 상이하게 된다. 따라서, 상이한 막 두께의 각각에 관한 광의 간섭 조건에 근거하여 이론 분광 반사율이 산정된다.
도 4는 상이한 막 두께의 무색 투명 박막에 관해서 산정된 이론 분광 반사율을 예시하는 도면이다. 도 4(a)는 비교적 막 두께가 두꺼운 투명 박막의 이론 분광 반사율이고, (b)는 비교적 막 두께가 얇은 투명 박막의 이론 분광 반사율이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 막 두께가 얇을수록 이론 분광 반사율의 패턴의 주기가 낮아진다. 요컨대, 일정한 파장역 내에서의 이론 분광 반사율의 홈이 적어진다. 이와 같이 미리 산정된 상이한 막 두께의 투명 박막에 따른 복수의 이론 분광 반사율의 데이터는 자기 디스크(54)에 기억된다.
다음에 단계 S2로 가서, 측정 대상으로 하는 컬러 필터의 분광 투과율을 취득한다.
컬러 필터의 분광 투과율은 도 1의 막 두께 측정 장치로 직접 측정하도록 하여도 되고, 미리 측정된 것을 사용하도록 하여도 된다. 즉, 가시 광 전역에 대하여 투명한 유리 기판 상에 컬러 필터가 형성되어 있는 경우에는 제2 조명 광학계(20)를 이용한 분광 투과율의 직접 측정을 행하고, 가시 광에 대하여 불투명한 실리콘 기판 상에 컬러 필터가 형성되어 있는 경우에는 미리 측정해 놓은 분광 투과율을 사용한다.
유리 기판 상에 컬러 필터가 형성되어 있는 경우에는 그 기판 자체가 광을 거의 완전하게 투과하므로 분광 투과율의 직접 측정이 가능하고, 이 때에는 제2 조명 광학계(20)로부터 조사되어 시료(1)(요컨대 기판 및 컬러 필터)를 투과한 광을 결상 광학계(30)에 의해서 집광하며, 이 광을 분광 유닛(4O)에 의해서 분광함으로써 컬러 필터의 분광 투과율을 측정한다. 분광 유닛(40)에 의해서 측정된 분광 투과율은 연산부(50)에 전달되어, 자기 디스크(54)에 기억된다.
한편, 실리콘 기판 상에 컬러 필터가 형성되어 있는 경우에는, 기판 자체가 광을 투과하지 않으므로 분광 투과율의 직접 측정이 불가능하고, 측정 대상의 컬러 필터와 같은 재질로 같은 정도의 두께를 갖는 컬러 필터를 형성한 투명 기판(예컨대 유리 기판)을 사용하여 미리 분광 투과율을 측정해 놓는다. 이러한 모니터용 시료를 사용한 컬러 필터의 분광 투과율의 측정은 본 실시 형태의 막 두께 측정 장치에 의해 행해져도 되고 다른 분광 투과율 측정 전용의 장치를 사용하여도 된다. 측정 수법은 상술한 직접 측정과 동일하고, 획득된 분광 투과율의 데이터는 소정의 통신 회선 또는 기록 매체를 통해 연산부(50)에 장착되어 자기 디스크(54)에 기억된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 복수의 이론 분광 반사율의 데이터 및 분광 투과율의 데이터의 쌍방을 자기 디스크(54)에 기억하도록 하고 있지만, 어느 한쪽을 상이한 기억 장치(예컨대 RAM(53))에 기억하도록 하여도 된다.
도 5는, 컬러 필터의 분광 투과율을 예시하는 도면이다. 컬러 필터는 특정 파장역의 광만을 선택적으로 투과한다고 하는 특성을 기본적으로 갖고 있고, 도 5에 도시하는 바와 같이, 그린 컬러 필터의 경우 대략 480nm∼600nm의 파장역의 광을 투과한다. 그 파장역 중에서도 광을 거의 완전하게 투과(투과율 약100%)하는 정상 플랫부의 파장역 폭은 4Onm∼50nm이고, 그 밖의 부분은 투과 광량이 감쇠(투과율이 0%에서 100% 사이에서 추이)하는 슬로프부가 된다. 또한, 본 명세서에서의 분광 투과율은 분광한 측정 범위 내에서의 최대값을 100%로 하였을 때의 상대값이다.
슬로프부와 같은 투과 광량이 저하하는 파장역에서 막 두께 측정을 행하면 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 괴리가 커지므로 측정 오차의 원인이 된다. 본 발명에서는, 후술하는 바와 같은 수법에 의해 그 괴리를 작게 하고 있지만, 그렇게 하여도 되도록이면 투과율이 큰 파장역에서 측정을 행하는 쪽이 바람직하다. 그러므로, 도 5와 같은 분광 투과율에서 일정한 임계값 이상의 투과율을 갖는 파장역을 막 두께 측정을 위한 측정 파장역으로 선정한다(단계 S3).
이 측정 파장역의 선정은 막 두께 측정 장치의 오퍼레이터가 수동으로 행하 도록 하여도 되고, 미리 설정된 임계값에 근거하여 장치가 자동적으로 행하도록 하여도 된다. 수동으로 행하는 경우에는, CRT(61)에 표시된 도 5와 같은 분광 투과율을 보면서 오퍼레이터가 적당한 측정 파장역을 선정하여 그 파장역을 키보드(60)로부터 입력한다. 이 경우, 측정 파장역의 폭과 투과율의 밸런스를 고려한 선정을 행할 수 있다. 한편, 자동으로 선정하는 경우에는, 측정 파장역 선정부(57)가 미리 설정된 임계값 이상이 되는 투과율 데이터를 도 5와 같은 분광 투과율의 데이터에서 구하고, 그것에 대응하는 파장역을 측정 파장역으로 선정한다. 또, CRT(61)에 표시된 도 5와 같은 분광 투과율을 보면서 오퍼레이터가 적당한 임계값을 키보드(60)로 입력하여, 그 임계값 이상이 되는 투과율 데이터에 대응하는 파장역을 측정 파장역 선정부(57)가 측정 파장역으로 선정하도록 하여도 된다.
측정 파장역의 폭이 커질수록 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율의 차( 差)분 산정의 정밀도가 높아지는 한편, 투과율 저하에 기인한 오차가 커진다. 이 때문에, 수동 또는 자동 중의 어느 하나로 선정을 행한다 하여도, 그 밸런스를 고려한 측정 파장역의 선정이 필요하다. 본 실시 형태에서는 미리 설정된 임계값에 근거하여 측정 파장역 선정부(57)가 측정 파장역을 자동적으로 선정하고 있고, 도 5의 분광 투과율 중 투과율 70% 이상이 되는 파장역(대략 500nm∼570nm)을 막 두께 측정을 위한 측정 파장역으로 선정하고 있다. 또한, 선정한 측정 파장역은 예컨대 RAM(53)에 일시적으로 기억시켜 놓는다.
다음에 단계 S4로 가서, 도 1에 도시한 막 두께 측정 장치에 의해서 시료(1)의 분광 반사율을 실측한다. 이 때에는, 제1 조명 광학계(10)로부터 조사되어 시료(1)의 상면으로 반사된 반사광을 결상 광학계(30)에 의해서 집광하고, 이 광을 분광 유닛(40)에 의해서 분광함으로써 시료(1)의 분광 반사율을 측정한다. 분광 유닛(4O)에 의해서 측정된 실측 분광 투과율은 연산부(50)에 전달된다.
도 6은 시료(1)의 실측 분광 반사율의 일례를 도시하는 도면이다. 실측 분광 반사율에는, 투명 박막에서의 광의 간섭에 기인한 반사율 피크가 현출한다. 시료(1)의 투명 박막이 컬러 필터가 아닌 무색의 투명 박막이면, 도 4에 도시한 이론 분광 반사율과 같은 주기적인 피크의 반복이 실측 분광 반사율에도 현출하게 되지만, 컬러 필터는 특정 파장역의 광만을 선택적으로 투과하므로, 도 6에 도시하는 바와 같이 특정 파장역에만 반사율의 피크가 현출한다. 또, 특정 파장역 내(內)라고 하여도 투과율이 거의 100%가 되는 파장역에서는 이론 분광 반사율과 비슷한 반사율 특성이 얻어지지만, 그 이외의 파장역에서는 투과율이 저하함에 따라서 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 괴리가 커지게 된다. 측정된 시료(1)의 실측 분광 반사율은 예컨대 RAM(53)에 일시적으로 기억된다. 또한, 본 실시 형태에서는 가시 광 전역의 넓은 파장역에 걸쳐 실측 분광 반사율의 측정을 하고 있지만, 상기 분광 투과율에 근거하여 선정된 측정 파장역에 관해서만 실측 분광 반사율을 측정하도록 하여도 된다.
다음에 단계 S5로 가서, 자기 디스크(54)에 격납한 이론 분광 반사율을 분광 투과율에 의해서 보정한다. 이 때에는 상기 분광 투과율에 근거하여 선정된 측정 파장역의 범위 내에서 보정을 행한다. 또, 상이한 막 두께의 투명 박막에 따른 복수의 이론 분광 반사율의 각각에 관해서 보정을 행한다. 구체적으로는 보정부(55)가 다음의 수학식 1에 따라서 이론 분광 반사율의 보정을 행한다.
(수학식 1)
R'(λ)= T(λ)·R(λ)
수학식 1에 있어서, R(λ)는 파장(λ)에서의 이론 분광 반사율의 값이고, T(λ)는 파장(λ)에서의 분광 투과율의 값(엄밀하게는 투과율 100%를 1로 하여 정규화한 값)이며, R'(λ)는 보정 후의 파장(λ)에서의 이론 분광 반사율의 값이다. 즉, 보정부(55)는 이론 분광 반사율 R(λ)에 분광 투과율 T(λ)을 곱함으로써 보정 후 이론 분광 반사율 R'(λ)을 산출하는 것이다.
도 7은 분광 투과율에 의한 이론 분광 반사율의 보정을 개념적으로 설명하는 도면이다. 동 도면 중 상측도의 실선이 보정 전의 이론 분광 반사율을 나타내고, 점선이 보정 후의 이론 분광 반사율을 나타낸다. 상술한 바와 같이, 분광 투과율 에는 투과율이 거의 100%가 되는 정상 플랫부와 투과율이 0%에서 100% 사이에서 추이하는 슬로프부가 있고, 정상 플랫부에 대응하는 파장역에서는 이론 분광 반사율과 보정 후 이론 분광 반사율이 거의 동일한 값이 된다. 한편, 분광 투과율의 슬로프부에 대응하는 파장역에서는, 보정 후 이론 분광 반사율 쪽이 보정 전보다도 분광 투과율의 값에 따라서 저하한다. 보정부(55)는 이와 같은 보정을 상이한 막 두께의 투명 박막에 따라서 구한 복수의 이론 분광 반사율의 각각에 관해서 행하고, 복수의 보정 후 이론 분광 반사율을 산정한다. 또한, 본 실시 형태에서는 분광 투과율 중 투과율이 70% 이상이 되는 파장역을 막 두께 측정을 위한 측정 파장역으로서 선정하고 있으므로, 보정에 의한 저하율의 최대치는 30% 정도이다.
다음에 단계 S6으로 가서, 막 두께 산출부(56)가 보정 후 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율을 비교함으로써 측정 대상으로 되어있는 컬러 필터의 막 두께를 산출한다. 구체적으로는, 우선, 막 두께 산출부(56)가 단계 S4에서 측정된 실측 분광 반사율과 막 두께(d)의 투명 박막에 관한 보정 후 이론 분광 반사율과의 차분 D(d)을 다음 수학식 2에 따라서 산출한다.
(수학식 2)
D(d)= ∫{R'(λ, d)-S(λ)}2dλ
수학식 2에 있어서, R'(λ, d)는 막 두께(d)의 투명 박막에 관한 파장(λ) 에서의 보정 후 이론 분광 반사율의 값이고, S(λ)는 파장(λ)에서의 실측 분광 반사율의 값이다. 또한, 수학식 2의 적분 범위는 상기 분광 투과율에 근거하여 단계 S3에서 선정된 측정 파장역이다. 또, R'(λ, d)과 S(λ) 와의 차의 2승의 값을 계산하는 것 대신 절대값을 계산하도록 하여도 된다. 막 두께 산출부(56)는 상이한 막 두께의 투명 박막에 관한 복수의 보정 후 이론 분광 반사율의 각각과 실측 분광 반사율과의 차분을 수학식 2에 따라서 산출한다.
이어서, 막 두께 산출부(56)는 상기한 바와 같이 하여 획득된 복수의 차분값에 커브 피트법을 적용하여 차분이 가장 작아지는 막 두께 값을 구하고, 그 막 두께 값을 측정 대상의 컬러 필터의 막 두께로 한다. 구체적으로는, 막 두께 산출부(56)가 실측 분광 반사율과 상이한 막 두께의 투명 박막에 관한 복수의 보정 후 이론 분광 반사율의 각각에 대한 차분을 2차 곡선 근사하였을 때의 최소값을 나타내는 막 두께 값을 측정 대상의 컬러 필터의 막 두께로 하는 것이다.
도 8은 막 두께 측정을 위한 2차 곡선 근사를 개념적으로 도시하는 도면이다. 도 8의 예에서는, 실측 분광 반사율과 막 두께(d1∼d5)의 투명 박막에 관한 복수의 보정 후 이론 분광 반사율의 각각에 대한 차분 D(d1)∼D(d5)를 2차 곡선 근사함으로써 최소 차분값(Dmin)을 구하고, 그 최소 차분값(Dmin)에 대응하는 막 두께치(dx)를 산출한다. 그리고, 막 두께 산출부(56)는, 이 막 두께치(dX)을 측정 대상의 컬러 필터의 막 두께로 한다. 산정된 막 두께치는 측정 결과로서 CRT(61)에 표시되고, 필요에 따라서 프린터(62)로부터 출력된다.
이상과 같이, 제1 실시 형태에서는 이론 분광 반사율을 분광 투과율에 의해서 보정한 보정 후 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 컬러 필터의 막 두께 산정을 하고 있다. 기술한 바와 같이, 컬러 필터는 특정 파장역의 광만을 선택적으로 투과하는 것이고, 막 두께 값이 동일하다는 조건 하이면, 투과율이 거의 100%가 되는 정상 플랫부의 파장역에서는 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율은 일치하지만, 그 이외의 파장역에서는 투과율이 저하함에 따라서 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 괴리가 커진다. 요컨대, 투과율이 거의 100%가 되는 정상 플랫부의 파장역에서는 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 차분이 정확하게 되지만, 투과율이 낮아짐에 따라서 그 파장역에서의 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 차분에 오차가 많이 포함되게 된다. 따라서, 이와 같은 오차를 저감하기 위해서는, 되도록 투과율이 거의 100%가 되는 정상 플랫부만을 측정 파장역으로 하는 것이 바람직하다. 그 반면, 막 두께 산정을 위한 커브 피트법의 정밀도를 높이기 위해서는, 측정 파장역을 되도록 넓게하여 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 차분을 계산하는 것이 바람직하다. 특히, 컬러 필터의 막 두께가 얇은 경우에는 분광 반사율의 파형이 완만하게(저주파 파형) 되므로, 측정 파장역을 될 수 있는 한 넓게 하는 것이 커브 피트법의 정밀도를 높이는 중요한 포인트가 된다.
제1 실시 형태에서는, 분광 투과율에 의해서 이론 분광 반사율을 보정함으로써, 상기와 같은 상(相) 모순하는 것과 같이 두 가지의 요구를 만족한다. 즉, 이론 분광 반사율에 분광 투과율을 곱한 보정을 하면, 그 보정을 한 파장역에서는 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 괴리가 해소되어 양자의 차분에 포함되는 오차가 대폭으로 저감되고, 게다가 측정 파장역을 정상 플랫부를 넘어 넓게 설정할 수 있게 된다. 그 결과, 막 두께 산정을 위한 커브 피트법의 정밀도가 높아지고, 보다 정확한 막 두께 측정을 행할 수 있게 된다.
이것을 더욱 부연(敷衍)하면, 분광 투과율을 가미한 이론 분광 반사율을 이용함으로써, 컬러 필터와 같이 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 투명 박막이어도 그 막 두께를 정확하게 측정할 수 있게 된다. 특히, 컬러 필터의 막 두께가 얇아진 경우에도 측정 파장역을 넓게 설정할 수 있으므로, 막 두께 산정을 위한 커브 피트법의 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
<2.제2 실시 형태>
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관해서 설명한다. 제2 실시 형태의 막 두께 측정 장치의 장치 구성은, 도 1, 2에 도시한 제1 실시 형태와 동일하고, 그 막 두께 측정 방법의 처리 순서도 거의 제1 실시 형태와 동일하다. 제2 실시 형태가 제1 실시 형태와 상이한 점은, 컬러 필터의 막 두께를 산출할 때에, 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 차분에 분광 투과율에 따른 무게 부가를 행하고 있는 점이다.
제2 실시 형태에 있어서 컬러 필터의 막 두께를 측정할 때에도 상술한 도 3의 단계 S1∼S5와 완전하게 동일한 처리가 행해진다. 그리고, 단계 S6으로 가서, 막 두께 산출부(56)가 보정 후 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율을 비교함으로써 측정 대상으로 되어 있는 컬러 필터의 막 두께를 산출하지만, 이 때에 분광 투과율에 따른 무게 부가를 행하고 있다. 구체적으로는, 막 두께 산출부(56)가 실측 분광 반사율과 막 두께(d)의 투명 박막에 관한 보정 후 이론 분광 반사율과의 무게 부가 차분 D'(d)을 다음 수학식 3에 따라서 산출한다.
(수학식 3)
D＇(d)=∫T(λ){R＇(λ,d)-S(λ)}2dλ
수학식 3에 있어서, R'(λ, d)는 막 두께(d)의 투명 박막에 관한 파장(λ) 에서의 보정 후 이론 분광 반사율의 값이고, S(λ)는 파장(λ)에서의 실측 분광 반사율의 값이며, T(λ)는 파장(λ)에서의 분광 투과율의 값이다. 또한, 상술한 바와 같이, 분광 투과율 T(λ)은 투과율 100%을 1로 하여 정규화한 값이다. 또, 수학식 3의 적분 범위는 단계 S3에서 선정된 측정 파장역이다.
수학식 3에 의하면, 막 두께 산출부(56)는 보정 후 이론 분광 반사율 R' (λ, d)과 실측 분광 반사율 S(λ)와의 차의 2제곱한 값에 분광 투과율 T(λ)을 더 곱한 값을 적분한다. 분광 투과율 T(λ)은 투과율 100%를 1로 하여 정규화한 값이므로, 수학식 3에서는, 보정 후 이론 분광 반사율 R'(λ, d)과 실측 분광 반사율 S(λ)과의 차분값에 분광 투과율 T(λ)이 높아질수록 가중되는 무게 부가(重み付け)를 행하고 있는 것이다. 즉, 투과율이 거의 100%가 되는 정상 플랫부에 대응하는 파장역의 차분 쪽이 투과율이 0%에서 100%의 사이에서 추이하는 슬로프부에 대응하는 파장역의 차분보다도 가중 평가되게 된다. 또한, 상기 제1 실시 형태와 동일하게 막 두께 산출부(56)는 상이한 막 두께의 투명 박막에 관한 복수의 보정 후 이론 분광 반사율의 각각과 실측 분광 반사율과의 무게 부가 차분을 수학식 3에 따라서 산출한다.
막 두께 산출부(56)는 상기한 바와 같이 하여 획득된 복수의 무게 부가 차분값에 커브 피트법을 적용하여 차분이 가장 작아지는 막 두께 값을 구하고, 그 막 두께 값을 측정 대상의 컬러 필터의 막 두께로 한다. 즉, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 획득된 복수의 무게 부가 차분을 2차 곡선 근사하였을 때의 최소값을 나타내는 막 두께 값을 측정 대상의 컬러 필터의 막 두께로 한다.
제2 실시 형태에서는, 보정 후 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 차분값에 분광 투과율이 높아질수록 무거워지는 무게 부가를 행하고 있다. 제1 실시 형태와 같이 하면 분광 투과율에서 투과율이 낮아지는 파장역에서의 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 차분에 포함되는 오차를 대폭으로 저감할 수 있지만, 그래도 또한 투과율이 거의 100%가 되는 정상 플랫부의 파장역에서의 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 차분 쪽이 신뢰성이 높다. 그러므로, 제2 실시 형태에서는, 이와 같이 신뢰성이 높은 차분을 무겁게 평가하는 동시에, 투과율이 저하하여 신뢰성이 낮은 차분일수록 평가를 낮게 하도록 하고 있다. 제2 실시 형태와 같이하면, 막 두께 산정을 위한 커브 피트법의 정밀도가 더욱 높아지고, 컬러 필터와 같이 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 투명 박막이어도 그 막 두께를 보다 정확하게 측정할 수 있게 된다.
<3.변형예>
이상, 본 발명의 실시 형태에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 상기의 예에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 각 실시 형태에서는, 복수의 이론 분광 반사율의 각각을 분광 투과율에 의해서 보정하도록 하였지만, 이것 대신에 실측 분광 반사율을 분광 투과율에 의해서 보정하도록 하여도 된다. 구체적으로는, 보정부(55)가 실측 분광 반사율을 분광 투과율에 의해 나눔으로써 보정 후 실측 분광 반사율을 산출한다. 그 후, 막 두께 산출부(56)가 이론 분광 반사율과 보정 후 실측 분광 반사율을 비교함으로써 측정 대상으로 되어있는 컬러 필터의 막 두께를 산출한다. 이 때의 비교 수법은 상기 실시 형태와 동일하다. 이렇게 하여도, 보정을 한 파장역에서는 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 차분에 포함되는 오차가 대폭으로 저감되고, 막 두께 산정을 위한 커브 피트법의 정밀도가 높아지므로, 보다 정확한 막 두께 측정을 할 수 있게 된다.
즉, 컬러 필터의 투과율이 저하함에 따라서 커지는 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 괴리를 해소하도록 이론 분광 반사율 또는 실측 분광 반사율 중의 어느 하나를 분광 투과율에 의해서 보정하면, 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 차분에 포함되는 오차가 저감되어, 컬러 필터와 같이 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 투명 박막이어도 그 막 두께를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
또, 상기 실시 형태에서는 분광 투과율과 이론 분광 반사율을 별개로 취득하여 보정을 행하도록 했지만, 컬러 필터의 종류를 이미 알고 있으며 그 분광 투과율 및 이론 분광 반사율을 이미 구했으면, 미리 분광 투과율에 의해서 보정한 보정 후 이론 분광 반사율을 자기 디스크(54)에 기억시켜 놓도록 하여도 된다.
또, 상기 실시 형태에서는 컬러 필터의 막 두께를 측정하였지만, 컬러 필터에 한하지 않고 가시광역에서 투과율이 균일하지 않은 투명 박막의 막 두께를 측정 하는 경우에도 본 발명에 관한 기술을 적용할 수 있다.
본 발명의 활용예로서, 컬러 CCD의 제조 공정에서 반도체 기판 상에 형성된 컬러 필터의 막 두께를 측정하는 것이나 프로젝터의 제조 공정에서 액정 유리 기판 상에 형성된 컬러 필터의 막 두께를 측정하는 것 등을 들 수 있다.
청구항 1의 발명에 의하면, 소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율을 분광 투과율에 의해서 보정한 보정 후 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하므로, 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 괴리가 해소되고, 컬러 필터와 같이 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 투명 박막이어도 그 막 두께를 정확하게 측정할 수 있다.
또, 청구항 2의 발명에 의하면, 분광 투과율에 따른 무게를 부가하여, 보정 후 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하므로, 분광 투과율에 따른 신뢰성을 가미한 비교를 행할 수 있어, 보다 정확한 막 두께 측정을 할 수 있다.
또, 청구항 3의 발명에 의하면, 분광 투과율에서의 소정의 임계값 이상의 투과율을 갖는 파장역을 측정 파장역으로 선정하므로, 측정 파장역을 넓게 하여 막 두께 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 청구항 4의 발명에 의하면, 소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율과 분광 투과율에 의 해서 보정한 보정 후 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하므로, 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 괴리가 해소되어, 컬러 필터와 같이 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 투명 박막이어도 그 막 두께를 정확하게 측정할 수 있다.
또, 청구항 5의 발명에 의하면, 소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율을 분광 투과율에 의해서 보정한 보정 후 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하므로, 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 괴리가 해소되어, 컬러 필터와 같이 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 투명 박막이어도 그 막 두께를 정확하게 측정할 수 있다.
또, 청구항 6의 발명에 의하면, 복수의 이론 분광 반사율의 각각에 분광 투과율을 곱하여 복수의 보정 후 이론 분광 반사율을 산출하고, 그들 복수의 보정 후 이론 분광 반사율의 각각과 실측 분광 반사율과의 차분을 구하여 획득된 복수의 차분을 2차 곡선 근사하였을 때의 최소값을 나타내는 막 두께 값을 측정 대상의 투명 박막의 막 두께로 하므로, 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 괴리가 해소되어 양자의 차분에 포함되는 오차가 대폭 저감되고, 2차 곡선 근사의 정밀도가 높아지며, 컬러 필터와 같이 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 투명 박막이어도 그 막 두께를 정확하게 측정할 수 있다.
또, 청구항 7의 발명에 의하면, 복수의 보정 후 이론 분광 반사율의 각각과 실측 분광 반사율과의 차분에 분광 투과율이 높아질수록 무거워지는 것과 같은 무 게 부가를 행하고, 획득된 복수의 무게 부가 차분을 2차 곡선 근사하였을 때의 최소값을 나타내는 막 두께 값을 측정 대상의 투명 박막의 막 두께로 하므로, 투과율이 높고 신뢰성이 높은 차분일수록 평가가 높아져, 보다 정확한 막 두께 측정을 행할 수 있다.
또, 청구항8의 발명에 의하면, 분광 투과율에 있어서의 소정의 임계값 이상의 투과율을 갖는 파장역을 막 두께 산출 시의 측정 파장역으로서 선정하므로, 측정 파장역을 넓게 하여 막 두께 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 청구항9의 발명에 의하면, 소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율과 분광 투과율에 의해서 보정한 보정 후 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하므로, 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 괴리가 해소되어, 컬러 필터와 같이 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 투명 박막이어도 그 막 두께를 정확하게 측정할 수 있다.
또, 청구항 10의 발명에 의하면, 소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율을 분광 투과율에 의해서 보정한 보정 후 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하므로, 이론 분광 반사율과 실측 분광 반사율과의 괴리가 해소되어, 컬러 필터와 같이 특정 파장역의 광을 선택적으로 투과하는 투명 박막이어도 그 막 두께를 정확하게 측정할 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판 상에 투명 박막이 형성된 시료에 광을 조사하여 획득한 분광 반사율로부터 상기 투명 박막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 방법으로서,
    상기 투명 박막의 분광 투과율을 취득하는 분광 투과율 취득 공정과,
    상기 시료에 광을 조사하고, 상기 시료로부터 반사된 반사광을 분광하여 분광 반사율을 실측하는 분광 반사율 측정 공정과,
    소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율을 상기 분광 투과율에 의해서 보정하는 보정 공정과,
    상기 보정 공정으로 보정된 보정 후 이론 분광 반사율과 상기 분광 반사율 측정 공정으로 측정된 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 막 두께 산출 공정은 상기 분광 투과율에 따른 무게를 부과하고, 상기 보정 후 이론 분광 반사율과 상기 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 분광 투과율에 있어서의 소정의 임계값 이상의 투과율을 갖는 파장역을 상기 막 두께 산출 공정에서의 측정 파장역으로 선정하는 공정을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 방법.
  4. 기판 상에 투명 박막이 형성된 시료에 광을 조사하여 획득한 분광 반사율로부터 상기 투명 박막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 방법으로서,
    상기 투명 박막의 분광 투과율을 취득하는 분광 투과율 취득 공정과,
    상기 시료에 광을 조사하고, 상기 시료로부터 반사된 반사광을 분광하여 분광 반사율을 실측하는 분광 반사율 측정 공정과,
    상기 분광 반사율 측정 공정으로 측정된 실측 분광 반사율을 상기 분광 투과율에 의해서 보정하는 보정 공정과,
    소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율과 상기 보정 공정으로 보정된 보정 후 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 방법.
  5. 기판 상에 투명 박막이 형성된 시료에 광을 조사하여 획득한 분광 반사율로부터 상기 투명 박막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치로서,
    상기 투명 박막의 분광 투과율을 기억하는 제1 기억 수단과,
    소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율을 기억하는 제2 기억 수단과,
    측정 대상의 시료에 광을 조사하는 광원과,
    상기 광원으로부터 광이 조사되고, 측정 대상의 시료에 의해서 반사된 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정하는 분광 반사율 측정 수단과,
    상기 이론 분광 반사율을 상기 분광 투과율에 의해서 보정하는 보정 수단과,
    상기 보정 수단으로 보정 된 보정 후 이론 분광 반사율과 상기 분광 반사율 측정 수단에 의해서 측정된 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 장치.
  6. 제5항의 막 두께 측정 장치에 있어서,
    상기 제2 기억 수단은 상이한 막 두께의 투명 박막에 따른 복수의 이론 분광 반사율을 기억하고,
    상기 보정 수단은, 상기 복수의 이론 분광 반사율의 각각에 상기 분광 투과율을 곱하여 복수의 보정 후 이론 분광 반사율을 산출하고,
    상기 막 두께 산출 수단은, 상기 복수의 보정 후 이론 분광 반사율의 각각과 상기 실측 분광 반사율과의 차분을 구하여, 획득된 복수의 차분을 2차 곡선 근사하였을 때의 최소값을 나타내는 막 두께 값을 측정 대상의 투명 박막의 막 두께로 하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 막 두께 산출 수단은, 상기 복수의 보정 후 이론 분광 반사율의 각각과 상기 실측 분광 반사율과의 차분에 상기 분광 투과율이 높아질수록 가중되도록 무게 부가를 행하고, 획득된 복수의 무게 부가 차분을 2차 곡선 근사하였을 때의 최소값을 나타내는 막 두께 값을 측정 대상의 투명 박막의 막 두께로 하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분광 투과율에 있어서의 소정의 임계값 이상의 투과율을 갖는 파장역을 막 두께 산출 시의 측정 파장역으로서 선정하는 파장역 선정 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 장치.
  9. 기판 상에 투명 박막이 형성된 시료에 광을 조사하여 획득된 분광 반사율로부터 상기 투명 박막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치로서,
    상기 투명 박막의 분광 투과율을 기억하는 제1 기억 수단과,
    소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율을 기억하는 제2 기억 수단과,
    측정 대상의 시료에 광을 조사하는 광원과,
    상기 광원으로부터 광이 조사되고, 측정 대상의 시료에 의해서 반사된 반사 광을 분광하여 분광 반사율을 측정하는 분광 반사율 측정 수단과,
    상기 분광 반사율 측정 수단에 의해서 측정된 실측 분광 반사율을 상기 분광 투과율에 의해서 보정하는 보정 수단과,
    상기 보정 수단으로 보정된 보정 후 실측 분광 반사율과 상기 이론 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 장치.
  10. 기판 상에 투명 박막이 형성된 시료에 광을 조사하여 획득된 분광 반사율로부터 상기 투명 박막의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정 장치로서,
    상기 시료의 박막 형성면에 광을 조사하는 제1 광원과,
    상기 시료의 상기 박막 형성면과는 반대 측면에 광을 조사하는 제2 광원과,
    상기 제2 광원으로부터 조사되어 상기 기판 및 상기 투명 박막을 투과한 투과 광을 분광하여 상기 투명 박막의 분광 투과율을 측정하는 동시에, 상기 제1 광원으로부터 조사되어 상기 시료에 의해서 반사된 반사광을 분광하여 분광 반사율을 측정하는 분광 수단과,
    소정 막 두께를 갖는 투명 박막을 기판 상에 형성한 시료의 분광 반사율로서 미리 산정된 이론 분광 반사율을 기억하는 기억 수단과,
    상기 이론 분광 반사율을 상기 분광 수단에 의해서 측정된 상기 분광 투과율에 의해서 보정하는 보정 수단과,
    상기 보정 수단으로 보정된 보정 후 이론 분광 반사율과 상기 분광 수단에 의해서 측정된 실측 분광 반사율을 비교하여 측정 대상의 투명 박막의 막 두께를 산출하는 막 두께 산출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 막 두께 측정 장치.
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