WO2014038403A1 - 膜厚測定装置 - Google Patents

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film
product
film thickness
thickness measuring
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教和 方志
坂上　英和
徳実 原田
山脇　千明
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シャープ株式会社
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    • G01B15/00—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons
    • G01B15/02—Measuring arrangements characterised by the use of electromagnetic waves or particle radiation, e.g. by the use of microwaves, X-rays, gamma rays or electrons for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/223—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by irradiating the sample with X-rays or gamma-rays and by measuring X-ray fluorescence
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    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/60—Specific applications or type of materials
    • G01N2223/633—Specific applications or type of materials thickness, density, surface weight (unit area)

Definitions

  • the present invention relates to a film thickness measuring device for measuring a film thickness on a substrate.
  • Patent Document 1 JP-A-3-94444
  • the film on the substrate is irradiated with primary X-rays, fluorescent X-rays generated from the film are detected, and the film thickness is obtained from the intensity of the fluorescent X-rays.
  • the thickness of the Al film 102 cannot be obtained accurately due to the influence of the aluminum component contained in the substrate 101.
  • the aluminum component contained in the substrate 101 may fluctuate for each substrate 101 and cannot be corrected uniformly.
  • an object of the present invention is to provide a film thickness measuring device that can eliminate the influence of Al contained in the substrate of the product substrate and can accurately determine the thickness of the Al film.
  • the film thickness measuring device of the present invention is The base, A substrate stage that is provided on the base and on which the formed product substrate is placed; A gantry extending in the first direction with respect to the substrate stage and attached to the base so as to be movable in the second direction with respect to the substrate stage; A slider attached to the gantry movably in the first direction; A measurement head that is fixed to the slider and detects a fluorescent X-ray generated from the film by irradiating a film of the product substrate placed on the substrate stage with a primary X-ray; Analyzing means for obtaining the thickness of the film from the intensity of the fluorescent X-ray detected by the measuring head; The analysis means is The substrate before the film formation of the product substrate is irradiated with primary X-rays from the measurement head, and fluorescent X-rays generated from the substrate are detected by the measurement head to detect an aluminum component contained in the substrate.
  • Substrate Al detecting means for When there is an Al film composed of aluminum among the films on the product substrate, the intensity of fluorescent X-rays detected from the Al film by the measuring head is based on the detection result of the substrate Al detection means.
  • an Al film correcting means for correcting and obtaining the thickness of the Al film.
  • the product substrate includes a substrate and one or more films formed on the substrate.
  • the substrate Al detecting means irradiates the substrate before the film formation of the product substrate with primary X-rays from the measuring head, and generates fluorescent X-rays generated from the substrate.
  • the aluminum component contained in this substrate is detected by the measurement head.
  • the Al film correcting means determines the intensity of fluorescent X-rays detected from the Al film by the measuring head as the substrate Al detecting means.
  • the thickness of the Al film is determined by correction based on the detection result.
  • the thickness of the Al film is obtained from the intensity of the fluorescent X-rays of the Al film detected by the measurement head, the influence of Al contained in the substrate of the product substrate can be eliminated, and the thickness of the Al film can be obtained accurately. be able to.
  • the substrate Al detection means detects the aluminum component of the substrate before film formation for every product substrate.
  • the substrate Al detection means detects the aluminum component of the substrate before film formation for every product substrate. Thereby, the thickness of the Al film can be obtained with higher accuracy for all product substrates.
  • the substrate Al detection means detects the aluminum component of the substrate before film formation for every lot of the product substrates.
  • the substrate Al detecting means detects the aluminum component of the substrate before film formation for every lot of the product substrates. Thereby, the thickness of the Al film is obtained based on the aluminum component of the substrate before film formation for every lot of the product substrates, and the thickness of the Al film can be obtained quickly and accurately.
  • the substrate Al detecting means detects the aluminum component of the substrate before film formation for at least one product substrate among all the product substrates.
  • the substrate Al detection means detects the aluminum component of the substrate before film formation for at least one product substrate among all the product substrates. Thereby, the thickness of the Al film is obtained based on the aluminum component of the substrate before the film formation of at least one product substrate, and the thickness of the Al film can be obtained quickly.
  • the substrate Al detection means detects the aluminum component of the substrate
  • the measurement position of the substrate measured by the measurement head overlaps with a spatial region provided on the substrate stage.
  • the measurement position of the substrate measured by the measurement head overlaps with a space region provided on the substrate stage.
  • the space area provided in the substrate stage is an air hole for sucking air or blowing air.
  • the space region provided in the substrate stage is an air hole.
  • the substrate Al detecting means and the Al film correcting means are provided, the influence of Al contained in the substrate of the product substrate can be eliminated, and the thickness of the Al film can be accurately obtained. it can.
  • FIG. 1 is a plan view showing a film thickness measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view seen from the direction of arrow U in FIG.
  • the film thickness measuring apparatus includes a base 1, a substrate stage 2, a calibration stage 3, a gantry 4, a slider 5, and a plurality of measuring devices 21, 22, and 23. And control means 30.
  • the substrate stage 2 includes a stage provided on the base 1 and divided into a plurality of stages. On the substrate stage 2, the formed product substrate 10 is placed.
  • the substrate stage 2 is provided with a plurality of air holes 2a. By sucking air from the air holes 2a, the product substrate 10 can be brought into close contact with the substrate stage 2, while air is blown out from the air holes 2a. The product substrate 10 can be lifted from the substrate stage 2.
  • the product substrate 10 is, for example, a liquid crystal TFT used for a liquid crystal display.
  • the product substrate 10 includes a substrate and one or more films formed on the substrate.
  • the film is formed on the substrate by, for example, a sputtering method, a vapor deposition method, or a plating method.
  • the substrate is, for example, a glass substrate, and the film is a metal film such as aluminum, titanium, tungsten, or molybdenum.
  • the calibration stage 3 is provided on the base 1 and is provided separately from the substrate stage 2.
  • the calibration stage 3 is provided with a plurality of recesses 3a, and various types of calibration samples 60 and 70 are fitted into the recesses 3a, and the calibration samples 60 and 70 are used for the measurement devices 21, 22, and 23. Calibration is performed.
  • the gantry 4 extends in the first direction with respect to the substrate stage 2 and the calibration stage 3.
  • the gantry 4 is attached to the base 1 so as to be movable in the second direction with respect to the substrate stage 2 and the calibration stage 3.
  • the first direction refers to the direction of arrow A
  • the second direction refers to the direction of arrow B.
  • the first direction and the second direction are orthogonal to each other.
  • the base 1 is provided with two rail portions 6 and 6 extending in the second direction (arrow B direction).
  • the two rail portions 6 and 6 are arranged so as to sandwich the substrate stage 2 and the calibration stage 3.
  • the gandries 4 are stretched over the two rail portions 6 and 6 and can move along the rail portions 6 and 6 in the second direction.
  • the slider 5 is attached to the gantry 4 so as to be movable in the first direction (arrow A direction).
  • a camera 21, a displacement sensor 22, and a measurement head 23 as the measurement device are fixed to the slider 5.
  • the measuring devices 21, 22, and 23 can cover the entire range of the substrate stage 2 and the calibration stage 3 in the second direction (arrow B direction) by the movable range Z 1 of the gun dolly 4. Further, the measuring devices 21, 22, and 23 can cover the entire range of the substrate stage 2 and the calibration stage 3 in the first direction (arrow A direction) by the movable range Z ⁇ b> 2 of the slider 5.
  • the control unit 30 includes a substrate position correcting unit 31, a head position adjusting unit 32, an analyzing unit 33, and a measuring device calibration unit 34.
  • the camera 21 detects the alignment mark of the product substrate 10 placed on the substrate stage 2.
  • This alignment mark is a mark that can be identified by the camera 21, and is provided at, for example, the four corners of the product substrate 10.
  • the substrate position correcting means 31 corrects the position information in the plane direction (first and second directions) of the product substrate 10 placed on the substrate stage 2 based on the detection result of the camera 21.
  • the base 1 is provided with a plurality of clamps 7 so as to press each side around the product substrate 10. After fixing the product substrate 10 to a predetermined position by the clamp 7, the alignment mark is detected by the camera 21, and the position information of the product substrate 10 is corrected by the substrate position correcting means 31 based on the detection result.
  • the displacement sensor 22 measures the distance in the height direction from the product substrate 10 placed on the substrate stage 2 as shown in FIG.
  • the displacement sensor 22 measures the distance from the predetermined measurement point P of the product substrate 10 using, for example, light rays such as infrared rays.
  • the head position adjusting means 32 is configured so that the distance between the product substrate 10 placed on the substrate stage and the measurement head 23 becomes a predetermined set value.
  • the position of the measuring head 23 in the height direction is adjusted. Specifically, the distance in the height direction between the measurement point P of the product substrate 10 and the light emitting / receiving unit 23a of the measurement head 23 is adjusted to be 2 mm ⁇ 30 ⁇ m.
  • the head position adjusting means 32 moves the measuring head 23 to a position where the measuring head 23 can measure the measurement point P of the product substrate 10 after adjusting the position of the measuring head 23 in the height direction.
  • the measurement head 23 includes an X-ray irradiation unit 231 and a fluorescent X-ray detection unit 232 as shown in FIG.
  • the X-ray irradiation unit 231 irradiates the measurement point P of the product substrate 10 with the primary X-ray 51 from the light emitting / receiving unit 23a.
  • the primary X-ray 51 is, for example, rhodium, molybdenum, tungsten, or the like. Then, as shown in FIG. 5, the film 12 on the substrate 11 of the product substrate 10 generates fluorescent X-rays 52 by irradiation with the primary X-rays 51.
  • the fluorescent X-ray detector 232 detects the fluorescent X-rays 52 generated from the film 12 from the light emitting / receiving unit 23a.
  • the fluorescent X-ray detector 232 is, for example, a silicon drift detector.
  • the analyzing means 33 obtains the thickness of the film 12 from the intensity of the fluorescent X-ray 52 detected by the measuring head 23.
  • the analysis means 33 includes a preamplifier 331 and a multi-channel analyzer (hereinafter referred to as MCA) 332.
  • the preamplifier 331 amplifies the electric signal output from the fluorescent X-ray detection unit 232.
  • the MCA 332 analyzes the electrical signal amplified by the preamplifier 331. In the MCA 332, the energy output from the fluorescent X-ray detection unit 232 is selected, and the pulse is measured to obtain the X-ray intensity of the elements constituting the film 12. And based on this X-ray intensity, the thickness of the film
  • the film 12 is a titanium film or a molybdenum film
  • the relationship between the X-ray intensity and the film thickness is as shown in FIGS. 6A and 6B.
  • the measurement of the thickness of the single-layer film has been described, but the thickness of the multiple-layer film can also be measured.
  • fluorescent X-rays generated from each film are detected by the measuring head 23, and the X-ray intensity of each element constituting each film is obtained by the analyzing means 33, and the thickness of each film is determined based on this X-ray intensity.
  • the composition ratio of each element can also be obtained from the X-ray intensity of each element.
  • the analyzing means 33 further includes a substrate Al detecting means 33a and an Al film correcting means 33b as shown in FIG.
  • the substrate Al detection means 33a irradiates the substrate 11 before film formation of the product substrate 10 with primary X-rays from the measurement head 23, and detects the fluorescent X-rays generated from the substrate 11 with the measurement head 23. The aluminum component contained in the substrate 11 is detected.
  • the Al film correcting means 33b determines the intensity of fluorescent X-rays detected from the Al film by the measuring head 23 when the Al film made of aluminum is present in the film 12 of the product substrate 10. Correction is made based on the detection result of 33a to obtain the thickness of the Al film.
  • the substrate 11 before forming the product substrate 10 is, for example, a glass substrate of Al 2 O 3 and contains an aluminum component
  • the substrate 11 is changed to a substrate stage. 2 is placed.
  • the fluorescent X-rays at the measurement position L of the substrate 11 are measured by the measurement head 23.
  • the substrate Al detection means 33a detects the aluminum component of the substrate 11 based on this measurement value.
  • the measurement head 23 measures the fluorescent X-rays at the measurement point P of the product substrate 10, and the Al film correction means 33b The intensity of the fluorescent X-ray is corrected based on the detection result of the substrate Al detection means 33a to obtain the thickness of the Al film.
  • the thickness of the Al film is obtained from the intensity of the fluorescent X-ray of the Al film detected by the measurement head 23, the influence of Al contained in the substrate 11 of the product substrate 10 can be eliminated, and the thickness of the Al film can be reduced. It can be determined accurately.
  • the measurement position L of the substrate 11 measured by the measurement head 23 overlaps the air hole 2a provided in the substrate stage 2 in plan view.
  • the primary X-ray transmitted through the substrate 11 is prevented from irradiating the substrate stage 2, and the measurement head 23 detects the fluorescent X-rays generated from the substance constituting the substrate stage 2. Can be prevented. Therefore, the aluminum component of the substrate 11 can be detected with high accuracy.
  • the substrate 11 when the substrate 11 is measured by the measurement head 23, the substrate 11 can be brought into close contact with the substrate stage 2 by sucking air from the air holes 2a. Therefore, the measurement position L of the substrate 11 can be measured in a state where the height of the measurement position L of the substrate 11 is stable.
  • the measurement position L (see FIG. 7) and the measurement point P (see FIG. 3) preferably overlap in plan view, and the thickness of the Al film can be determined more accurately. In addition, the measurement position L and the measurement point P do not need to overlap.
  • the substrate Al detection means 33a may detect the aluminum component of the substrate 11 before film formation for every product substrate 10. Thereby, the thickness of the Al film can be obtained with higher accuracy for all the product substrates 10.
  • the substrate Al detection means 33a may detect the aluminum component of the substrate 11 before film formation for every lot of product substrates 10. Thereby, the thickness of the Al film is obtained based on the aluminum component of the substrate 11 before film formation for every lot of the product substrates 10, and the thickness of the Al film can be obtained quickly and accurately.
  • the substrate Al detection means 33a may detect the aluminum component of the substrate 11 before film formation for at least one product substrate 10 of all the product substrates 10. Accordingly, the thickness of the Al film is obtained based on the aluminum component of the substrate 11 before the film formation of at least one product substrate 10, and the thickness of the Al film can be obtained quickly.
  • the measuring device calibration means 34 moves the measuring devices 21, 22, and 23 to the calibration stage 3 to calibrate the measuring devices 21, 22, and 23. Calibration of the measuring devices 21, 22, and 23 is performed at predetermined intervals.
  • the predetermined interval is, for example, every predetermined time such as performing calibration once a day, or every predetermined number of processes such as performing calibration after measuring the film thickness of a predetermined number of product substrates 10.
  • the first calibration sample 60 and the second calibration sample 70 are installed on the calibration stage 3.
  • the first calibration sample 60 is a sample for adjusting the gain of the fluorescent X-ray detection unit 232 of the measurement head 23, for example.
  • the second calibration sample 70 is a sample for adjusting the offset amount of each measuring device 21, 22, 23, for example.
  • the product substrate 10 is transferred onto the substrate stage 2 from the right direction (arrow R direction) of the film thickness measuring apparatus.
  • the product substrate 10 transported onto the substrate stage 2 is fixed at a predetermined position by the clamp 7.
  • the alignment mark is detected by the camera 21, and the position information of the product substrate 10 is corrected by the substrate position correcting unit 31 based on the detection result.
  • the head position adjusting means 32 adjusts the position of the measuring head 23 in the height direction so that the distance between the first measuring point and the measuring head 23 becomes a set value based on the measured value. To do.
  • the measurement head 23 is moved directly above the first measurement point by the head position adjusting means 32, and the film of the product substrate 10 is irradiated with primary X-rays to detect fluorescent X-rays generated from this film. To do. Then, the analysis means 33 obtains the thickness of the film from the detected intensity of the fluorescent X-ray.
  • the film thickness of the other measurement points is measured by the measurement head 23.
  • the film thicknesses of all the measurement points of the product substrate 10 are measured, and it is determined whether or not the product substrate 10 is defective based on the measurement result.
  • the substrate Al detecting means 33 a irradiates the substrate 11 before film formation with primary X-rays from the measuring head 23. Then, the fluorescent X-ray generated from the substrate 11 is detected by the measuring head 23 to detect the aluminum component contained in the substrate 11. Then, the Al film correcting means 33b corrects the intensity of the fluorescent X-rays detected by the measuring head 23 from the substrate 11 after the Al film is formed based on the detection result of the substrate Al detecting means. Find the thickness of
  • the measuring device calibration means 34 moves the measuring devices 21, 22, 23 to the calibration stage 3 at predetermined intervals to calibrate the measuring devices 21, 22, 23.
  • a plurality of films may be stacked on the product substrate 10, and in this case, at least one film may be an Al film.
  • the measurement position L of the substrate 11 measured by the measurement head 23 may overlap with the space region provided in the substrate stage 2 instead of the air hole 2 a of the substrate stage 2.
  • the camera 21 and the displacement sensor 22 may be omitted, and only the measurement head 23 may be provided.
  • the calibration stage 3 may be omitted and only the substrate stage 2 may be provided.
  • first direction that is the extending direction of the gantry 4 and the second direction that is the moving direction of the gantry 4 may cross each other without being orthogonal to each other.
  • the number of the camera 21, the displacement sensor 22, and the measuring head 23 is not limited to one, and may be plural.
  • the film thickness measuring device of the present invention may be used to measure the film thickness of large and small product substrates.
  • the film thickness of a semiconductor substrate such as an organic EL may be measured. It may be.

Abstract

　基板Ａｌ検出手段（３３ａ）は、成膜前の基板（１１）に、測定ヘッド（２３）から１次Ｘ線を照射し、この基板（１１）から発生する蛍光Ｘ線を、測定ヘッド（２３）により検出して、この基板（１１）に含まれるアルミニウム成分を検出する。Ａｌ膜補正手段（３３ｂ）は、基板（１１）にＡｌ膜が成膜されたとき、測定ヘッド（２３）によりＡｌ膜から検出された蛍光Ｘ線の強度を、基板Ａｌ検出手段（３３ａ）の検出結果に基づいて、補正して、Ａｌ膜の厚みを求める。

Description

膜厚測定装置
　この発明は、基板上の膜厚を測定する膜厚測定装置に関する。
　従来、膜厚測定装置としては、特開平３－９４４４４号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この膜厚測定装置では、基板上の膜に１次Ｘ線を照射し、この膜から発生する蛍光Ｘ線を検出し、この蛍光Ｘ線の強度から膜厚を求めている。
　ところで、図８に示すように、基板１０１上に、アルミニウムから構成されるＡｌ膜１０２が積層され、この基板１０１が、例えばＡｌ２Ｏ３のガラス基板であって、アルミニウム成分を含む場合、Ａｌ膜１０２に１次Ｘ線１５０を照射すると、Ａｌ膜１０２のＡｌから発生する蛍光Ｘ線１５２に加えて、基板１０１のＡｌから発生する蛍光Ｘ線１５１が、検出される。
　このように、上記基板１０１に含まれるアルミニウム成分の影響で、上記Ａｌ膜１０２の厚みを正確に求めることができない問題があった。特に、基板１０１に含まれるアルミニウム成分は、基板１０１毎に変動する場合があり、画一的に補正することができなかった。
特開平３－９４４４４号公報
　そこで、この発明の課題は、製品基板の基板に含まれるＡｌの影響を排除でき、Ａｌ膜の厚みを正確に求めることができる膜厚測定装置を提供することにある。
　上記課題を解決するため、この発明の膜厚測定装置は、
　基台と、
　上記基台に設けられると共に、成膜された製品基板を載置する基板ステージと、
　上記基板ステージに対して第１方向に延在すると共に、上記基板ステージに対して第２方向に移動可能となるように上記基台に取り付けられるガントリーと、
　上記ガントリーに上記第１方向に移動可能に取り付けられるスライダーと、
　上記スライダーに固定されると共に、上記基板ステージに載置された上記製品基板の膜に１次Ｘ線を照射してこの膜から発生する蛍光Ｘ線を検出する測定ヘッドと、
　上記測定ヘッドにより検出された上記蛍光Ｘ線の強度から上記膜の厚みを求める解析手段と
を備え、
　上記解析手段は、
　上記製品基板の成膜前の基板に、上記測定ヘッドから１次Ｘ線を照射し、この基板から発生する蛍光Ｘ線を、上記測定ヘッドにより検出して、この基板に含まれるアルミニウム成分を検出する基板Ａｌ検出手段と、
　上記製品基板の上記膜のうち、アルミニウムから構成されるＡｌ膜があるとき、上記測定ヘッドにより上記Ａｌ膜から検出された蛍光Ｘ線の強度を、上記基板Ａｌ検出手段の検出結果に基づいて、補正して、上記Ａｌ膜の厚みを求めるＡｌ膜補正手段と
を有することを特徴としている。
　ここで、上記製品基板は、基板と、この基板上に形成された一層以上の膜とを有する。
　この発明の膜厚測定装置によれば、上記基板Ａｌ検出手段は、上記製品基板の成膜前の基板に、上記測定ヘッドから１次Ｘ線を照射し、この基板から発生する蛍光Ｘ線を、上記測定ヘッドにより検出して、この基板に含まれるアルミニウム成分を検出する。上記Ａｌ膜補正手段は、上記製品基板の上記膜のうち、アルミニウムから構成されるＡｌ膜があるとき、上記測定ヘッドにより上記Ａｌ膜から検出された蛍光Ｘ線の強度を、上記基板Ａｌ検出手段の検出結果に基づいて、補正して、上記Ａｌ膜の厚みを求める。
　これによって、上記測定ヘッドにより検出されるＡｌ膜の蛍光Ｘ線の強度から、Ａｌ膜の厚みを求めるとき、製品基板の基板に含まれるＡｌの影響を排除でき、Ａｌ膜の厚みを正確に求めることができる。
　また、一実施形態の膜厚測定装置では、上記基板Ａｌ検出手段は、全ての上記製品基板毎に、成膜前の上記基板のアルミニウム成分を検出する。
　この実施形態の膜厚測定装置によれば、上記基板Ａｌ検出手段は、全ての上記製品基板毎に、成膜前の上記基板のアルミニウム成分を検出する。これにより、全ての製品基板について、Ａｌ膜の厚みを一層精度よく求めることができる。
　また、一実施形態の膜厚測定装置では、上記基板Ａｌ検出手段は、全ての上記製品基板のロット毎に、成膜前の上記基板のアルミニウム成分を検出する。
　この実施形態の膜厚測定装置によれば、上記基板Ａｌ検出手段は、全ての上記製品基板のロット毎に、成膜前の上記基板のアルミニウム成分を検出する。これにより、全ての製品基板のロット毎の成膜前の基板のアルミニウム成分に基づいて、Ａｌ膜の厚みを求めることになり、Ａｌ膜の厚みを迅速かつ精度よく求めることができる。
　また、一実施形態の膜厚測定装置では、上記基板Ａｌ検出手段は、全ての上記製品基板のうちの少なくとも一つの製品基板について、成膜前の上記基板のアルミニウム成分を検出する。
　この実施形態の膜厚測定装置によれば、上記基板Ａｌ検出手段は、全ての上記製品基板のうちの少なくとも一つの製品基板について、成膜前の上記基板のアルミニウム成分を検出する。これにより、少なくとも一つの製品基板の成膜前の基板のアルミニウム成分に基づいて、Ａｌ膜の厚みを求めることになり、Ａｌ膜の厚みを迅速に求めることができる。
　また、一実施形態の膜厚測定装置では、
　上記基板Ａｌ検出手段が、上記基板のアルミニウム成分を検出するとき、
　上記測定ヘッドによって測定される上記基板の測定位置は、上記基板ステージに設けられる空間領域に重なる。
　この実施形態の膜厚測定装置によれば、上記測定ヘッドによって測定される上記基板の測定位置は、上記基板ステージに設けられる空間領域に重なる。これにより、測定ヘッドから１次Ｘ線を基板に照射して基板から蛍光Ｘ線を検出する際、多くの１次Ｘ線が基板を透過しても、この透過した１次Ｘ線は、基板ステージの空間領域を通過することになる。
　したがって、この基板を透過した１次Ｘ線が、基板ステージを照射することを回避して、測定ヘッドが、この基板ステージを構成する物質から発生する蛍光Ｘ線を検出することを防止できる。したがって、基板のアルミニウム成分を精度よく検出することができる。
　また、一実施形態の膜厚測定装置では、上記基板ステージに設けられる空間領域は、エアを吸い込みまたはエアを吹き出すための空気孔である。
　この実施形態の膜厚測定装置によれば、上記基板ステージに設けられる空間領域は、空気孔である。これにより、測定ヘッドによって基板を測定するとき、空気孔からエアを吸い込んで、基板を基板ステージに密着できる。したがって、基板の測定位置の高さを安定した状態で、基板の測定位置を測定できる。
　この発明の膜厚測定装置によれば、上記基板Ａｌ検出手段と上記Ａｌ膜補正手段を有するので、製品基板の基板に含まれるＡｌの影響を排除でき、Ａｌ膜の厚みを正確に求めることができる。
本発明の一実施形態の膜厚測定装置を示す平面図である。 図１の矢印Ｕ方向からみた膜厚測定装置の側面図である。 変位センサの動作を説明する説明図である。 測定ヘッドの動作を説明する説明図である。 １次Ｘ線の照射により蛍光Ｘ線が発生する状態を説明する説明図である。 チタン膜とモリブデン膜におけるＸ線強度と膜厚との関係を示す表である。 図６Ａのデータをプロットしたグラフである。 製品基板の成膜前の基板を測定ヘッドによって測定する状態を説明する説明図である。 従来の膜厚測定を説明する説明図である。
　以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
　図１は、この発明の一実施形態の膜厚測定装置を示す平面図である。図２は、図１の矢印Ｕ方向からみた側面図である。図１と図２に示すように、この膜厚測定装置は、基台１と、基板ステージ２と、校正ステージ３と、ガンドリー４と、スライダー５と、複数の測定機器２１，２２，２３と、制御手段３０とを有する。
　上記基板ステージ２は、上記基台１に設けられ、複数に分割されたステージからなる。基板ステージ２上には、成膜された製品基板１０が載置される。
　上記基板ステージ２には、複数の空気孔２ａが設けられ、この空気孔２ａからエアを吸い込むことで、製品基板１０を基板ステージ２に密着でき、一方、空気孔２ａからエアを吹き出すことで、製品基板１０を基板ステージ２から浮上できる。
　上記製品基板１０は、例えば、液晶ディスプレイに用いられる液晶ＴＦＴである。この製品基板１０は、基板と、この基板上に形成された一層以上の膜とを有する。上記膜は、例えば、スパッタリング工法や蒸着工法やメッキ工法により、上記基板に成膜される。上記基板は、例えば、ガラス基板であり、上記膜は、例えば、アルミニウム、チタン、タングステン、モリブデンなどの金属膜である。
　上記校正ステージ３は、上記基台１に設けられ、上記基板ステージ２とは別に設けられる。この校正ステージ３には、複数の凹部３ａが設けられ、この凹部３ａに様々な種類の校正試料６０，７０が嵌め込まれ、この校正試料６０，７０を用いて上記測定機器２１，２２，２３の校正が行われる。
　上記ガントリー４は、上記基板ステージ２および上記校正ステージ３に対して第１方向に延在する。ガンドリー４は、基板ステージ２および校正ステージ３に対して第２方向に移動可能となるように、基台１に取り付けられる。第１方向とは、矢印Ａ方向をいい、第２方向とは、矢印Ｂ方向をいう。第１方向と第２方向とは、互いに直交する。
　つまり、上記基台１には、第２方向（矢印Ｂ方向）に延在する２本のレール部６，６が設けられている。この２本のレール部６，６は、基板ステージ２および校正ステージ３を挟むように、配置されている。上記ガンドリー４は、この２本のレール部６，６に架け渡され、このレール部６，６に沿って第２方向に移動可能となる。
　上記スライダー５は、上記ガントリー４に第１方向（矢印Ａ方向）に移動可能に取り付けられる。このスライダー５には、上記測定機器としてのカメラ２１、変位センサ２２および測定ヘッド２３が、固定されている。
　そして、上記測定機器２１，２２，２３は、ガンドリー４の可動範囲Ｚ１により、基板ステージ２および校正ステージ３の第２方向（矢印Ｂ方向）の全範囲をカバーできる。また、上記測定機器２１，２２，２３は、スライダー５の可動範囲Ｚ２により、基板ステージ２および校正ステージ３の第１方向（矢印Ａ方向）の全範囲をカバーできる。
　上記制御手段３０は、基板位置補正手段３１と、ヘッド位置調整手段３２と、解析手段３３と、測定機器校正手段３４とを有する。
　上記カメラ２１は、基板ステージ２に載置された製品基板１０のアライメントマークを検出する。このアライメントマークは、カメラ２１で判別可能なマークであり、例えば、製品基板１０の四隅に設けられる。
　上記基板位置補正手段３１は、上記カメラ２１の検出結果に基づいて、基板ステージ２に載置された製品基板１０の平面方向（第１、第２方向）の位置情報を補正する。具体的に述べると、上記基台１には、製品基板１０の周囲の各辺を押圧するように、複数のクランプ７が設けられている。クランプ７により製品基板１０を所定の位置に固定後、カメラ２１にてアライメントマークを検出し、この検出結果に基づいて基板位置補正手段３１によって、製品基板１０の位置情報を補正する。
　上記変位センサ２２は、図３に示すように、基板ステージ２に載置された製品基板１０との高さ方向の距離を測定する。変位センサ２２は、例えば赤外線などの光線を用いて、製品基板１０の予め定めた測定ポイントＰとの距離を測定する。
　上記ヘッド位置調整手段３２は、上記変位センサ２２の測定値に基づいて、基板ステージに載置された製品基板１０と測定ヘッド２３との間の距離が予め定められた設定値となるように、測定ヘッド２３の高さ方向の位置を調整する。具体的に述べると、製品基板１０の測定ポイントＰと測定ヘッド２３の受発光部２３ａとの間の高さ方向の距離が、２ｍｍ±３０μｍとなるように、調整される。
　また、上記ヘッド位置調整手段３２は、測定ヘッド２３の高さ方向の位置を調整した後、測定ヘッド２３が製品基板１０の測定ポイントＰを測定できる位置に、測定ヘッド２３を移動する。
　上記測定ヘッド２３は、図４に示すように、Ｘ線照射部２３１と蛍光Ｘ線検出部２３２とを有する。
　上記Ｘ線照射部２３１は、受発光部２３ａから製品基板１０の測定ポイントＰへ、１次Ｘ線５１を照射する。１次Ｘ線５１は、例えば、ロジウムや、モリブデンや、タングステンなどである。すると、図５に示すように、製品基板１０の基板１１上の膜１２は、１次Ｘ線５１の照射により、蛍光Ｘ線５２を発生する。
　上記蛍光Ｘ線検出部２３２は、上記膜１２から発生した上記蛍光Ｘ線５２を、受発光部２３ａから検出する。蛍光Ｘ線検出部２３２は、例えば、シリコンドリフト検出器である。
　上記解析手段３３は、上記測定ヘッド２３により検出された上記蛍光Ｘ線５２の強度から上記膜１２の厚みを求める。具体的に述べると、解析手段３３は、プリアンプ３３１とマルチ・チャンネル・アナライザ（以下、ＭＣＡという）３３２とを有する。
　上記プリアンプ３３１は、蛍光Ｘ線検出部２３２から出力される電気信号を増幅する。上記ＭＣＡ３３２は、プリアンプ３３１で増幅された電気信号を解析する。ＭＣＡ３３２では、蛍光Ｘ線検出部２３２から出力されたエネルギーを選別し、パルスを計測することで、膜１２を構成する元素のＸ線強度を求める。そして、このＸ線強度に基づいて、既知のデータから、膜１２の厚みを求める。なお、ＭＣＡ３３２を用いているため、膜１２に混入する異物や不純物を検出できる。
　例えば、上記膜１２が、チタン膜、または、モリブデン膜である場合、Ｘ線強度と膜厚との関係は、図６Ａと図６Ｂに示すような関係となる。
　なお、上述では、単層の膜（図５）の厚みの測定を説明したが、複数層の膜の厚みを測定することもできる。この場合、各膜から発生する蛍光Ｘ線を測定ヘッド２３によって検出し、解析手段３３によって、各膜を構成する各元素のＸ線強度を求め、このＸ線強度に基づいて、各膜の厚みを求める。さらに、この各元素のＸ線強度から、各元素の組成比をも、求めることができる。
　上記解析手段３３は、さらに、図１に示すように、基板Ａｌ検出手段３３ａとＡｌ膜補正手段３３ｂを有する。
　上記基板Ａｌ検出手段３３ａは、製品基板１０の成膜前の基板１１に、測定ヘッド２３から１次Ｘ線を照射し、この基板１１から発生する蛍光Ｘ線を、測定ヘッド２３により検出して、この基板１１に含まれるアルミニウム成分を検出する。
　上記Ａｌ膜補正手段３３ｂは、製品基板１０の膜１２のうち、アルミニウムから構成されるＡｌ膜があるとき、測定ヘッド２３によりＡｌ膜から検出された蛍光Ｘ線の強度を、上記基板Ａｌ検出手段３３ａの検出結果に基づいて、補正して、Ａｌ膜の厚みを求める。
　具体的に述べると、図７に示すように、上記製品基板１０の成膜前の基板１１が、例えばＡｌ２Ｏ３のガラス基板であって、アルミニウム成分を含む場合、基板１１を、基板ステージ２に載置する。そして、変位センサ２２により測定ヘッド２３の高さを調整してから、測定ヘッド２３によって基板１１の測定位置Ｌの蛍光Ｘ線を測定する。基板Ａｌ検出手段３３ａは、この測定値に基づいて、基板１１のアルミニウム成分を検出する。
　その後、上記基板１１にＡｌ膜が成膜された場合、図３に示すように、測定ヘッド２３によって製品基板１０の測定ポイントＰの蛍光Ｘ線を測定するが、Ａｌ膜補正手段３３ｂは、この蛍光Ｘ線の強度を、基板Ａｌ検出手段３３ａの検出結果に基づいて、補正して、Ａｌ膜の厚みを求める。
　これによって、上記測定ヘッド２３により検出されるＡｌ膜の蛍光Ｘ線の強度から、Ａｌ膜の厚みを求めるとき、製品基板１０の基板１１に含まれるＡｌの影響を排除でき、Ａｌ膜の厚みを正確に求めることができる。
　上記測定ヘッド２３によって測定される上記基板１１の測定位置Ｌは、平面視、上記基板ステージ２に設けられる空気孔２ａに重なる。これによって、測定ヘッド２３から１次Ｘ線を基板１１に照射して基板１１から蛍光Ｘ線を検出する際、多くの１次Ｘ線が基板１１を透過しても、この透過した１次Ｘ線は、基板ステージ２の空間領域を通過することになる。
　したがって、この基板１１を透過した１次Ｘ線が、基板ステージ２を照射することを回避して、測定ヘッド２３が、この基板ステージ２を構成する物質から発生する蛍光Ｘ線を検出することを防止できる。したがって、基板１１のアルミニウム成分を精度よく検出することができる。
　また、上記測定ヘッド２３によって基板１１を測定するとき、空気孔２ａからエアを吸い込んで、基板１１を基板ステージ２に密着できる。したがって、基板１１の測定位置Ｌの高さを安定した状態で、基板１１の測定位置Ｌを測定できる。
　上記測定位置Ｌ（図７参照）と上記測定ポイントＰ（図３参照）は、平面視、重なっていることが好ましく、Ａｌ膜の厚みを一層正確に求めることができる。なお、測定位置Ｌと測定ポイントＰとは、重なっていなくてもよい。
　上記基板Ａｌ検出手段３３ａは、全ての製品基板１０毎に、成膜前の基板１１のアルミニウム成分を検出するようにしてもよい。これにより、全ての製品基板１０について、Ａｌ膜の厚みを一層精度よく求めることができる。
　または、上記基板Ａｌ検出手段３３ａは、全ての製品基板１０のロット毎に、成膜前の基板１１のアルミニウム成分を検出するようにしてもよい。これにより、全ての製品基板１０のロット毎の成膜前の基板１１のアルミニウム成分に基づいて、Ａｌ膜の厚みを求めることになり、Ａｌ膜の厚みを迅速かつ精度よく求めることができる。
　または、上記基板Ａｌ検出手段３３ａは、全ての製品基板１０のうちの少なくとも一つの製品基板１０について、成膜前の基板１１のアルミニウム成分を検出するようにしてもよい。これにより、少なくとも一つの製品基板１０の成膜前の基板１１のアルミニウム成分に基づいて、Ａｌ膜の厚みを求めることになり、Ａｌ膜の厚みを迅速に求めることができる。
　上記測定機器校正手段３４は、図１に示すように、上記測定機器２１，２２，２３を校正ステージ３に移動して、測定機器２１，２２，２３の校正を行う。測定機器２１，２２，２３の校正は、所定間隔で、行う。この所定間隔とは、例えば、１日に１回の校正を行うといった所定時間毎や、所定枚数の製品基板１０の膜厚を測定した後に校正を行うといった所定処理数毎である。
　上記校正ステージ３には、第１校正試料６０と第２校正試料７０とが、設置されている。第１校正試料６０は、例えば、測定ヘッド２３の蛍光Ｘ線検出部２３２のゲインを調整するための試料である。第２校正試料７０は、例えば、各測定機器２１，２２，２３のオフセット量を調整するための試料である。
　次に、上記構成の膜厚測定装置の動作を説明する。
　図１に示すように、まず、上記製品基板１０が、膜厚測定装置の右方向（矢印Ｒ方向）から基板ステージ２上に、搬送される。基板ステージ２上に搬送された製品基板１０は、クランプ７により所定の位置に固定される。その後、カメラ２１にてアライメントマークを検出し、この検出結果に基づいて基板位置補正手段３１によって、製品基板１０の位置情報を補正する。
　その後、上記製品基板１０の複数の測定ポイントのうちの第１の測定ポイントにおいて、変位センサ２２により、第１の測定ポイントと変位センサ２２との間の高さ方向の距離を測定する。そして、上記ヘッド位置調整手段３２は、この測定値に基づいて、第１の測定ポイントと測定ヘッド２３との間の距離が設定値となるように、測定ヘッド２３の高さ方向の位置を調整する。
　その後、上記測定ヘッド２３は、ヘッド位置調整手段３２により、第１の測定ポイントの直上に移動され、製品基板１０の膜に１次Ｘ線を照射してこの膜から発生する蛍光Ｘ線を検出する。そして、上記解析手段３３は、この検出された蛍光Ｘ線の強度から膜の厚みを求める。
　その後、上記製品基板１０の他の測定ポイントについても、同様に、測定ヘッド２３の高さを調整してから、測定ヘッド２３によって他の測定ポイントの膜厚を測定する。
　このようにして、上記製品基板１０の全ての測定ポイントの膜厚を測定し、この測定結果に基づいて、製品基板１０が不良品であるか否かを判断する。
　ここで、上記基板１１がアルミニウム成分を含み、この基板１１上にＡｌ膜が積層される場合、基板Ａｌ検出手段３３ａは、成膜前の基板１１に、測定ヘッド２３から１次Ｘ線を照射し、この基板１１から発生する蛍光Ｘ線を、測定ヘッド２３により検出して、この基板１１に含まれるアルミニウム成分を検出する。そして、Ａｌ膜補正手段３３ｂは、Ａｌ膜成膜後の基板１１から、測定ヘッド２３により検出された蛍光Ｘ線の強度を、基板Ａｌ検出手段の検出結果に基づいて、補正して、Ａｌ膜の厚みを求める。
　その後、上記測定機器校正手段３４は、所定間隔で、上記測定機器２１，２２，２３を校正ステージ３に移動して、測定機器２１，２２，２３の校正を行う。
　なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、製品基板１０に複数の膜を積層してもよく、この場合、少なくとも一つの膜が、Ａｌ膜となるようにしてもよい。
　また、測定ヘッド２３によって測定される基板１１の測定位置Ｌは、基板ステージ２の空気孔２ａでなく、基板ステージ２に設けられる空間領域に重なるようにしてもよい。
　また、カメラ２１や変位センサ２２や省略して、測定ヘッド２３のみを設けるようにしてもよい。また、校正ステージ３を省略して、基板ステージ２のみを設けるようにしてもよい。
　また、ガントリー４の延在方向である第１方向と、ガントリー４の移動方向である第２方向とは、互いに直交しないで、交差するようにしてもよい。
　また、カメラ２１、変位センサ２２および測定ヘッド２３の数量は、一つに限らず、複数であってもよい。
　また、本発明の膜厚測定装置にて、大型や小型の製品基板の膜厚を測定するようにしてもよく、また、液晶ＴＦＴ以外に、有機ＥＬなどの半導体基板の膜厚を測定するようにしてもよい。
　１　基台
　２　基板ステージ
　２ａ　空気孔
　３　校正ステージ
　４　ガントリー
　５　スライダー
　６　レール部
　７　クランプ
　１０　製品基板
　１１　基板
　１２　膜
　２１　カメラ
　２２　変位センサ
　２３　測定ヘッド
　３０　制御手段
　３１　基板位置補正手段
　３２　ヘッド位置調整手段
　３３　解析手段
　３３ａ　基板Ａｌ検出手段
　３３ｂ　Ａｌ膜補正手段
　３４　測定機器校正手段
　６０　第１校正試料
　７０　第２校正試料
　Ａ　第１方向
　Ｂ　第２方向

Claims (6)

  1. 　基台（１）と、
    　上記基台（１）に設けられると共に、成膜された製品基板（１０）を載置する基板ステージ（２）と、
    　上記基板ステージ（２）に対して第１方向（Ａ）に延在すると共に、上記基板ステージ（２）に対して第２方向（Ｂ）に移動可能となるように上記基台（１）に取り付けられるガントリー（４）と、
    　上記ガントリー（４）に上記第１方向（Ａ）に移動可能に取り付けられるスライダー（５）と、
    　上記スライダー（５）に固定されると共に、上記基板ステージ（２）に載置された上記製品基板（１０）の膜（１２）に１次Ｘ線を照射してこの膜（１２）から発生する蛍光Ｘ線を検出する測定ヘッド（２３）と、
    　上記測定ヘッド（２３）により検出された上記蛍光Ｘ線の強度から上記膜（１２）の厚みを求める解析手段（３３）と
    を備え、
    　上記解析手段（３３）は、
    　上記製品基板（１０）の成膜前の基板（１１）に、上記測定ヘッド（２３）から１次Ｘ線を照射し、この基板（１１）から発生する蛍光Ｘ線を、上記測定ヘッド（２３）により検出して、この基板（１１）に含まれるアルミニウム成分を検出する基板Ａｌ検出手段（３３ａ）と、
    　上記製品基板（１０）の上記膜（１２）のうち、アルミニウムから構成されるＡｌ膜があるとき、上記測定ヘッド（２３）により上記Ａｌ膜から検出された蛍光Ｘ線の強度を、上記基板Ａｌ検出手段（３３ａ）の検出結果に基づいて、補正して、上記Ａｌ膜の厚みを求めるＡｌ膜補正手段（３３ｂ）と
    を有することを特徴とする膜厚測定装置。
  2. 　請求項１に記載の膜厚測定装置において、
    　上記基板Ａｌ検出手段（３３ａ）は、全ての上記製品基板（１０）毎に、成膜前の上記基板（１１）のアルミニウム成分を検出することを特徴とする膜厚測定装置。
  3. 　請求項１に記載の膜厚測定装置において、
    　上記基板Ａｌ検出手段（３３ａ）は、全ての上記製品基板（１０）のロット毎に、成膜前の上記基板（１１）のアルミニウム成分を検出することを特徴とする膜厚測定装置。
  4. 　請求項１に記載の膜厚測定装置において、
    　上記基板Ａｌ検出手段（３３ａ）は、全ての上記製品基板（１０）のうちの少なくとも一つの製品基板（１０）について、成膜前の上記基板（１１）のアルミニウム成分を検出することを特徴とする膜厚測定装置。
  5. 　請求項１から４の何れか一つに記載の膜厚測定装置において、
    　上記基板Ａｌ検出手段（３３ａ）が、上記基板（１１）のアルミニウム成分を検出するとき、
    　上記測定ヘッド（２３）によって測定される上記基板（１１）の測定位置は、上記基板ステージ（２）に設けられる空間領域に重なることを特徴とする膜厚測定装置。
  6. 　請求項５に記載の膜厚測定装置において、
    　上記基板ステージ（２）に設けられる空間領域は、エアを吸い込みまたはエアを吹き出すための空気孔（２ａ）であることを特徴とする膜厚測定装置。
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