WO2014041990A1 - 膜厚測定装置および膜厚測定方法 - Google Patents

膜厚測定装置および膜厚測定方法 Download PDF

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坂上　英和
徳実 原田
山脇　千明
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a film thickness measuring device and a film thickness measuring method.
  • Patent Document 1 JP 2007-205791 A
  • a product substrate is fixed to a base by a clamp, and then the film thickness of the product substrate is measured by a measuring head.
  • the measurement point of the product substrate is measured by the displacement sensor, and the distance in the height direction between the measurement head and the measurement point becomes the set value. Move the measuring head in the height direction. Thereafter, the measurement head is moved horizontally from the current position to a position where the measurement point can be measured, and the measurement point is measured by the measurement head.
  • an object of the present invention is to provide a film thickness measuring apparatus and a film thickness measuring method that can prevent interference during movement of the measuring head without limiting the measuring range of the measuring head on the product substrate.
  • 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; A displacement sensor that is fixed to the slider and that measures a distance from the product substrate placed on the substrate stage; Based on the measurement value of the displacement sensor, the position of the measurement head is adjusted so that the distance between the product substrate placed on the substrate stage and the measurement head becomes a predetermined set value.
  • a head position adjusting means Analyzing means for obtaining the thickness of the film from the intensity of the fluorescent X-ray detected by the measuring head;
  • the head position adjusting means is Measure the predetermined measurement point of the product substrate with the displacement sensor, and adjust the measurement head so that the distance in the height direction between the measurement head and the measurement point becomes an interference avoidance value larger than the set value. After moving in the height direction and moving the measuring head horizontally from the current position to a position where the measuring point can be measured, the distance in the height direction between the measuring head and the measuring point becomes the set value. Thus, it has an interference avoidance mode for moving the measuring head in the height direction.
  • the product substrate includes a substrate and one or more films formed on the substrate.
  • the interference avoidance mode can be executed when there is an interference member that interferes with the measurement head.
  • a predetermined measurement point of the product substrate is measured by the displacement sensor, and the measurement head is set so that the distance in the height direction between the measurement head and the measurement point becomes an interference avoidance value larger than the set value.
  • the interference avoidance value is a position higher than the set value by a certain offset amount (hereinafter referred to as interference avoidance offset amount). After moving the measurement head to the height of the interference avoidance value, move the measurement head horizontally from the current position to a position where the measurement point can be measured, and then the distance in the height direction between the measurement head and the measurement point is the set value. Thus, the height of the measuring head is moved downward by the interference avoidance offset amount.
  • the measurement head is moved to the height of the interference avoidance value, then moved in the horizontal direction, and then moved to the height of the set value. Interference members can be avoided. Therefore, it is possible to prevent interference during movement of the measuring head without limiting the measuring range of the measuring head on the product substrate.
  • the head position adjusting means is The interference avoidance mode is executed when there is an interference member that interferes with the measurement head on a horizontal movement path from the current position of the measurement head to the measurement point.
  • the head position adjusting unit executes the interference avoidance mode when there is an interference member that interferes with the measurement head on the movement path of the measurement head. . Therefore, when the interference member exists, the interference member can be reliably avoided.
  • the interference member is a clamp that protrudes in a height direction from the product substrate and fixes the product substrate.
  • the measurement head can measure over a wide range up to the end of the product substrate.
  • the head position adjusting means is The measurement sensor measures a predetermined measurement point of the product substrate, and moves the measurement head in the height direction so that the distance in the height direction between the measurement head and the measurement point becomes the set value. Then, a normal movement mode in which the measurement head is moved in the horizontal direction from the current position to a position where the measurement point can be measured is provided.
  • the normal movement mode can be executed when there is no interference member that interferes with the measurement head.
  • a predetermined measurement point on the product substrate is measured by the displacement sensor, and the measurement head is moved in the height direction so that the distance in the height direction between the measurement head and the measurement point becomes the set value. Then, the measurement head is moved in the horizontal direction from the current position to a position where the measurement point can be measured.
  • the moving path of the measuring head can be shortened. Therefore, when there is no interference member, the movement time of the measurement head to the measurement position can be shortened.
  • the film thickness measurement method of one embodiment Measuring a predetermined measurement point on the product substrate with a displacement sensor; Moving the measurement head in the height direction so that the distance in the height direction between the measurement head and the measurement point becomes an interference avoidance value larger than a set value; Horizontally moving the measuring head from a current position to a position where the measuring point can be measured; Moving the measurement head in the height direction so that the distance in the height direction between the measurement head and the measurement point becomes the set value; Irradiating the film of the product substrate with the primary X-ray from the measuring head, detecting the fluorescent X-ray generated from the film with the measuring head, and determining the thickness of the film from the intensity of the fluorescent X-ray; Is provided.
  • the product substrate includes a substrate and one or more films formed on the substrate.
  • a predetermined measurement point of the product substrate is measured by the displacement sensor, and the distance in the height direction between the measurement head and the measurement point is less than the set value to avoid interference.
  • the measuring head is moved in the height direction so that the position is higher by the offset amount (interference avoidance value). After that, move the measuring head horizontally from the current position to a position where the measuring point can be measured, and then measure the amount of interference avoidance offset so that the distance in the height direction between the measuring head and the measuring point becomes the set value. Move the head height downward.
  • the measurement head is moved to the height of the interference avoidance value, then moved in the horizontal direction, and then moved to the set value height.
  • the member can be avoided. Therefore, it is possible to prevent interference during movement of the measuring head without limiting the measuring range of the measuring head on the product substrate.
  • the head position adjusting means since the head position adjusting means has the interference avoidance mode, the measurement range of the measuring head on the product substrate is not limited, and interference during the movement of the measuring head is prevented. Can be prevented.
  • the measuring head is moved to the height of the interference avoidance value, then moved in the horizontal direction, and then moved to the set value height. It is possible to prevent interference when the measuring head is moved without limiting the measuring range on the product substrate.
  • FIG. 7A It is a top view which shows the film thickness measuring apparatus of one Embodiment of this invention. It is a side view of the film thickness measuring apparatus seen from the arrow U direction of FIG. It is explanatory drawing explaining operation
  • 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 irradiates a predetermined measurement point P of the product substrate 10 with light rays such as infrared rays, detects the reflected light from the measurement point P, and measures the distance to the measurement point P.
  • 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 has a normal movement mode and an interference avoidance mode.
  • the normal movement mode is executed when there is no clamp 7 as an interference member that interferes with the measurement head 23 on the movement path of the measurement head 23.
  • the interference avoidance mode is executed when the clamp 7 exists on the moving path of the measuring head 23.
  • the movement path of the measurement head 23 refers to a path when the measurement head 23 is moved in the horizontal direction from the current position to a position where the measurement point P can be measured.
  • the presence of the clamp 7 on the moving path of the measuring head 23 means that the clamp 7 overlaps the moving path of the measuring head 23 in a plan view.
  • a predetermined measurement point P of the product substrate 10 is measured by the displacement sensor 22 so that the distance in the height direction between the measurement head 23 and the measurement point P becomes the set value. After the measurement head 23 is moved in the height direction, the measurement head 23 is moved in the horizontal direction from the current position to a position where the measurement point P can be measured.
  • the moving path of the measuring head 23 can be shortened. Therefore, when the clamp 7 is not provided, the movement time of the measurement head 23 to the measurement position can be shortened.
  • the interference avoidance value N1 is a height at which the light receiving and emitting unit 23a of the measurement head 23 does not interfere with the clamp, and is a position higher than the set value N2 by a certain offset amount (interference avoidance offset amount).
  • the interference offset amount is 3 mm
  • the interference avoidance value N1 is 5 mm.
  • the distance in the height direction between the measurement head 23 and the measurement point P is set as described above.
  • the measuring head 23 is moved downward by the amount of the interference avoidance offset so that the value N2 is obtained.
  • the measurement head 23 is moved to the height of the interference avoidance value N1, then moved in the horizontal direction, and then moved to the height of the set value N2.
  • the clamp 7 can be avoided during the movement. Therefore, it is possible to prevent interference during movement of the measurement head 23 without limiting the measurement range of the measurement head 23 on the product substrate 10.
  • the head position adjusting means 32 executes the interference avoidance mode when the clamp 7 that interferes with the measurement head 23 exists on the movement path of the measurement head 23. Therefore, when the clamp 7 exists, the clamp 7 can be avoided reliably. Further, since the interference member is a clamp, the measurement head 23 can measure a wide range up to the end of the product substrate 10.
  • 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. 6, 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. 7A and 7B.
  • the measurement of the thickness of the single-layer film has been described, but the thickness of the multi-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 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 head position adjusting means 32 executes the normal moving mode.
  • the head position adjusting means 32 executes the interference avoiding mode.
  • 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.
  • the interference member may be a member that interferes with the measurement head 23 other than the clamp.
  • the normal movement mode may be another movement route.
  • the camera 21 may be omitted and only the displacement sensor 22 and 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.

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Abstract

　ヘッド位置調整手段（３２）の干渉回避モードでは、変位センサ（２２）にて製品基板（１０）の予め定めた測定ポイント（Ｐ）を測定し、測定ヘッド（２３）と測定ポイント（Ｐ）との高さ方向の距離が設定値（Ｎ２）よりも大きな干渉回避値（Ｎ１）となるように測定ヘッド（２３）を高さ方向に移動する。

Description

膜厚測定装置および膜厚測定方法
　この発明は、膜厚測定装置および膜厚測定方法に関する。
　従来、膜厚測定装置としては、特開２００７－２０５７９１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、製品基板をクランプにより基台に固定してから、この製品基板の膜厚を測定ヘッドにより測定している。
　ところで、上記従来の膜厚測定装置で実際に膜厚を測定しようとすると、変位センサにて製品基板の測定ポイントを測定し、測定ヘッドと測定ポイントとの高さ方向の距離が設定値となるように測定ヘッドを高さ方向に移動する。その後、測定ヘッドを現在位置から測定ポイントを測定できる位置に水平方向に移動して、測定ヘッドにて測定ポイントを測定する。
　このため、上記測定ヘッドを現在位置から測定ポイントまで水平方向に移動する間に、クランプが存在し、このクランプが製品基板よりも高さ方向に突出していると、測定ヘッドがクランプに干渉する問題がある。一方、測定ヘッドのクランプへの干渉を避けるためには、測定ヘッドの製品基板の測定範囲を限定する必要があり、精度の高い測定ができない。
特開２００７－２０５７９１号公報
　そこで、この発明の課題は、測定ヘッドの製品基板における測定範囲を限定することなく、かつ、測定ヘッドの移動時の干渉を防止できる膜厚測定装置および膜厚測定方法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との距離を測定する変位センサと、
　上記変位センサの測定値に基づいて、上記基板ステージに載置された上記製品基板と上記測定ヘッドとの間の距離が予め定められた設定値となるように、上記測定ヘッドの位置を調整するヘッド位置調整手段と、
　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、
　上記ヘッド位置調整手段は、
　上記変位センサにて上記製品基板の予め定めた測定ポイントを測定し、上記測定ヘッドと上記測定ポイントとの高さ方向の距離が上記設定値よりも大きな干渉回避値となるように上記測定ヘッドを高さ方向に移動し、上記測定ヘッドを現在位置から上記測定ポイントを測定できる位置に水平方向に移動してから、上記測定ヘッドと上記測定ポイントとの高さ方向の距離が上記設定値となるように上記測定ヘッドを高さ方向に移動する干渉回避モード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、上記ヘッド位置調整手段は、上記干渉回避モードを有するので、測定ヘッドに干渉する干渉部材が存在する場合、干渉回避モードを実行することができる。
　つまり、上記変位センサにて製品基板の予め定めた測定ポイントを測定し、上記測定ヘッドと上記測定ポイントとの高さ方向の距離が上記設定値よりも大きな干渉回避値となるように測定ヘッドを高さ方向に移動する。上記干渉回避値は、上記設定値より一定のオフセット量（以後、干渉回避オフセット量）分高い位置である。測定ヘッドを干渉回避値の高さへ移動後、測定ヘッドを現在位置から測定ポイントを測定できる位置に水平方向に移動してから、測定ヘッドと測定ポイントとの高さ方向の距離が設定値となるように、干渉回避オフセット量分、測定ヘッドの高さを下方向に移動する。
　このように、上記測定ヘッドを、上記干渉回避値の高さに移動してから、水平方向に移動し、その後、上記設定値の高さに移動しているので、測定ヘッドの移動時に、上記干渉部材を回避することができる。したがって、測定ヘッドの製品基板における測定範囲を限定することなく、かつ、測定ヘッドの移動時の干渉を防止できる。
　また、一実施形態の膜厚測定装置では、
　上記ヘッド位置調整手段は、
　上記測定ヘッドの上記現在位置から上記測定ポイントまでの水平方向の移動経路上に、上記測定ヘッドに干渉する干渉部材が存在するときに、上記干渉回避モードを実行する。
　この実施形態の膜厚測定装置によれば、上記ヘッド位置調整手段は、上記測定ヘッドの上記移動経路上に、上記測定ヘッドに干渉する干渉部材が存在するときに、上記干渉回避モードを実行する。したがって、干渉部材が存在するときは、確実に干渉部材を回避することができる。
　また、一実施形態の膜厚測定装置では、上記干渉部材は、上記製品基板よりも高さ方向に突出すると共に上記製品基板を固定するためのクランプである。
　この実施形態の膜厚測定装置によれば、上記干渉部材はクランプであるので、測定ヘッドにより製品基板の端部まで広範囲に測定することができる。
　また、一実施形態の膜厚測定装置では、
　上記ヘッド位置調整手段は、
　上記変位センサにて上記製品基板の予め定めた測定ポイントを測定し、上記測定ヘッドと上記測定ポイントとの高さ方向の距離が上記設定値となるように上記測定ヘッドを高さ方向に移動してから、上記測定ヘッドを現在位置から上記測定ポイントを測定できる位置に水平方向に移動する通常移動モードを有する。
　この実施形態の膜厚測定装置によれば、上記ヘッド位置調整手段は、通常移動モードを有するので、測定ヘッドに干渉する干渉部材がない場合、通常移動モードを実行することができる。
　つまり、上記変位センサにて製品基板の予め定めた測定ポイントを測定し、上記測定ヘッドと上記測定ポイントとの高さ方向の距離が上記設定値となるように上記測定ヘッドを高さ方向に移動してから、上記測定ヘッドを現在位置から上記測定ポイントを測定できる位置に水平方向に移動する。
　このように、上記測定ヘッドを、上記設定値の高さに移動してから、水平方向に移動するので、測定ヘッドの移動経路を短くできる。したがって、干渉部材がない場合、測定ヘッドの測定位置までの移動時間を短縮できる。
　また、一実施形態の膜厚測定方法では、
　変位センサにて製品基板の予め定めた測定ポイントを測定する工程と、
　測定ヘッドと上記測定ポイントとの高さ方向の距離が設定値よりも大きな干渉回避値となるように上記測定ヘッドを高さ方向に移動する工程と、
　上記測定ヘッドを現在位置から上記測定ポイントを測定できる位置に水平方向に移動する工程と、
　上記測定ヘッドと上記測定ポイントとの高さ方向の距離が上記設定値となるように上記測定ヘッドを高さ方向に移動する工程と、
　上記測定ヘッドから上記製品基板の膜に１次Ｘ線を照射し、この膜から発生する蛍光Ｘ線を上記測定ヘッドにより検出して、この蛍光Ｘ線の強度から上記膜の厚みを求める工程と
を備える。
　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方法によれば、上記変位センサにて製品基板の予め定めた測定ポイントを測定し、上記測定ヘッドと上記測定ポイントとの高さ方向の距離が上記設定値よりも干渉回避オフセット量分高い位置（干渉回避値）となるように測定ヘッドを高さ方向に移動する。その後、測定ヘッドを現在位置から測定ポイントを測定できる位置に水平方向に移動してから、測定ヘッドと測定ポイントとの高さ方向の距離が設定値となるように、干渉回避オフセット量分だけ測定ヘッドの高さを下方向に移動する。
　このように、上記測定ヘッドを、上記干渉回避値の高さに移動してから、水平方向に移動し、その後、上記設定値の高さに移動しているので、測定ヘッドの移動時に、干渉部材を回避することができる。したがって、測定ヘッドの製品基板における測定範囲を限定することなく、かつ、測定ヘッドの移動時の干渉を防止できる。
　この発明の膜厚測定装置によれば、上記ヘッド位置調整手段は、上記干渉回避モードを有するので、測定ヘッドの製品基板における測定範囲を限定することなく、かつ、測定ヘッドの移動時の干渉を防止できる。
　この発明の膜厚測定方法によれば、上記測定ヘッドを、上記干渉回避値の高さに移動してから、水平方向に移動し、その後、上記設定値の高さに移動するので、測定ヘッドの製品基板における測定範囲を限定することなく、かつ、測定ヘッドの移動時の干渉を防止できる。
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。 ヘッド位置調整手段の干渉回避モードを説明する説明図である。 ヘッド位置調整手段の干渉回避モード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７Ａのデータをプロットしたグラフである。
　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、製品基板１０の予め定めた測定ポイントＰに照射し、この測定ポイントＰからの反射光を検出して、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、通常移動モードと干渉回避モードを有する。通常移動モードは、測定ヘッド２３の移動経路上に、測定ヘッド２３に干渉する干渉部材としてのクランプ７が存在しない場合に、実行される。一方、干渉回避モードは、測定ヘッド２３の移動経路上にクランプ７が存在する場合に、実行される。
　ここで、上記測定ヘッド２３の移動経路とは、測定ヘッド２３を現在位置から測定ポイントＰを測定できる位置まで水平方向に移動したときの経路をいう。測定ヘッド２３の移動経路上にクランプ７が存在するとは、平面視、測定ヘッド２３の移動経路にクランプ７が重なることをいう。
　上記通常移動モードでは、上記変位センサ２２にて製品基板１０の予め定めた測定ポイントＰを測定し、上記測定ヘッド２３と上記測定ポイントＰとの高さ方向の距離が上記設定値となるように上記測定ヘッド２３を高さ方向に移動してから、上記測定ヘッド２３を現在位置から上記測定ポイントＰを測定できる位置に水平方向に移動する。
　このように、上記測定ヘッド２３を、上記設定値の高さに移動してから、水平方向に移動するので、測定ヘッド２３の移動経路を短くできる。したがって、クランプ７がない場合、測定ヘッド２３の測定位置までの移動時間を短縮できる。
　上記干渉回避モードでは、図４Ａに示すように、上記変位センサ２２にて製品基板１０の予め定めた測定ポイントＰを測定し、上記測定ヘッド２３と上記測定ポイントＰとの高さ方向の距離が上記設定値（図４BのＮ２）よりも大きな干渉回避値Ｎ１となるように測定ヘッド２３を高さ方向に移動する。この干渉回避値Ｎ１とは、測定ヘッド２３の受発光部２３ａがクランプに干渉しない高さであり、上記設定値Ｎ２より一定のオフセット量（干渉回避オフセット量）分高い位置である。例えば、干渉オフセット量が３ｍｍで、干渉回避値Ｎ１が５ｍｍである。
　その後、図４Ｂに示すように、上記測定ヘッド２３を現在位置から測定ポイントＰを測定できる位置に水平方向に移動してから、測定ヘッド２３と測定ポイントＰとの高さ方向の距離が上記設定値Ｎ２となるように、上記干渉回避オフセット量分、測定ヘッド２３を下方向に移動する。
　このように、上記測定ヘッド２３を、上記干渉回避値Ｎ１の高さに移動してから、水平方向に移動し、その後、上記設定値Ｎ２の高さに移動しているので、測定ヘッド２３の移動時に、上記クランプ７を回避することができる。したがって、測定ヘッド２３の製品基板１０における測定範囲を限定することなく、かつ、測定ヘッド２３の移動時の干渉を防止できる。
　また、上記ヘッド位置調整手段３２は、上記測定ヘッド２３の上記移動経路上に、上記測定ヘッド２３に干渉するクランプ７が存在するときに、上記干渉回避モードを実行する。したがって、クランプ７が存在するときは、確実にクランプ７を回避することができる。また、干渉部材はクランプであるので、測定ヘッド２３により製品基板１０の端部まで広範囲に測定することができる。
　上記測定ヘッド２３は、図５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６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７Ａと図７Ｂに示すような関係となる。
　なお、上述では、単層の膜（図６）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、上記測定ヘッド２３の移動経路上にクランプ７が存在しない場合、上記ヘッド位置調整手段３２は、上記通常移動モードを実行する。一方、上記測定ヘッド２３の移動経路上にクランプ７が存在する場合、上記ヘッド位置調整手段３２は、上記干渉回避モードを実行する。
　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、干渉部材としては、クランプ以外に、測定ヘッド２３に干渉する部材であってもよい。また、通常移動モードとしては、他の移動経路であってもよい。
　また、カメラ２１を省略して、変位センサ２２と測定ヘッド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
　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
　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
　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 (5)

  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）との距離を測定する変位センサ（２２）と、
    　上記変位センサ（２２）の測定値に基づいて、上記基板ステージ（２）に載置された上記製品基板（１０）と上記測定ヘッド（２３）との間の距離が予め定められた設定値（Ｎ２）となるように、上記測定ヘッド（２３）の位置を調整するヘッド位置調整手段（３２）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、
    　上記ヘッド位置調整手段（３２）は、
    　上記変位センサ（２２）にて上記製品基板（１０）の予め定めた測定ポイント（Ｐ）を測定し、上記測定ヘッド（２３）と上記測定ポイント（Ｐ）との高さ方向の距離が上記設定値（Ｎ２）よりも大きな干渉回避値（Ｎ１）となるように上記測定ヘッド（２３）を高さ方向に移動し、上記測定ヘッド（２３）を現在位置から上記測定ポイント（Ｐ）を測定できる位置に水平方向に移動してから、上記測定ヘッド（２３）と上記測定ポイント（Ｐ）との高さ方向の距離が上記設定値（Ｎ２）となるように上記測定ヘッド（２３）を高さ方向に移動する干渉回避モード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、
    　上記ヘッド位置調整手段（３２）は、
    　上記測定ヘッド（２３）の上記現在位置から上記測定ポイント（Ｐ）までの水平方向の移動経路上に、上記測定ヘッド（２３）に干渉する干渉部材が存在するときに、上記干渉回避モードを実行することを特徴とする膜厚測定装置。
  3. 　請求項２に記載の膜厚測定装置において、
    　上記干渉部材は、上記製品基板（１０）よりも高さ方向に突出すると共に上記製品基板（１０）を固定するためのクランプ（７）であることを特徴とする膜厚測定装置。
  4. 　請求項１から３の何れか一つに記載の膜厚測定装置において、
    　上記ヘッド位置調整手段（３２）は、
    　上記変位センサ（２２）にて上記製品基板（１０）の予め定めた測定ポイント（Ｐ）を測定し、上記測定ヘッド（２３）と上記測定ポイント（Ｐ）との高さ方向の距離が上記設定値（Ｎ２）となるように上記測定ヘッド（２３）を高さ方向に移動してから、上記測定ヘッド（２３）を現在位置から上記測定ポイント（Ｐ）を測定できる位置に水平方向に移動する通常移動モードを有することを特徴とする膜厚測定装置。
  5. 　変位センサ（２２）にて製品基板（１０）の予め定めた測定ポイント（Ｐ）を測定する工程と、
    　測定ヘッド（２３）と上記測定ポイント（Ｐ）との高さ方向の距離が設定値（Ｎ２）よりも大きな干渉回避値（Ｎ１）となるように上記測定ヘッド（２３）を高さ方向に移動する工程と、
    　上記測定ヘッド（２３）を現在位置から上記測定ポイント（Ｐ）を測定できる位置に水平方向に移動する工程と、
    　上記測定ヘッド（２３）と上記測定ポイント（Ｐ）との高さ方向の距離が上記設定値（Ｎ２）となるように上記測定ヘッド（２３）を高さ方向に移動する工程と、
    　上記測定ヘッド（２３）から上記製品基板（１０）の膜（１２）に１次Ｘ線を照射し、この膜（１２）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、この蛍光Ｘ線の強度から上記膜（１２）の厚みを求める工程と
    を備えることを特徴とする膜厚測定方法。
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