(57)【要約】  波長４００〜１６００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有する色素を含む膜の膜厚を精度よく測定可能な膜厚測定方法を提供する。膜厚測定方法は、膜厚測定に用いられる波長の範囲において複数の波長について、膜および支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値をあらかじめ取得しておく。支持体上に形成された色素含有膜を含む膜に光を照射して支持体または膜からの反射光を受光し、受光された反射光の反射スペクトルを、あらかじめ取得しておいた上記膜および支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を用いた膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とフィッティングさせて色素含有膜の膜厚を測定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体上に形成された膜に光を照射して前記支持体または前記膜からの反射光を受光し、前記受光した反射光の反射スペクトルを膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とフィッティングさせて前記膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
前記膜は、波長４００〜１６００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有する色素を含む色素含有膜を含み、
膜厚測定に用いられる波長の範囲において複数の波長について、前記膜および前記支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値をあらかじめ取得しておき、前記反射スペクトルを、このあらかじめ取得しておいた前記膜および前記支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を用いた膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とフィッティングさせて前記色素含有膜の膜厚を測定する膜厚測定方法。
【請求項２】
前記色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は、エリプソメータを用いて測定した値を用いる、請求項１に記載の膜厚測定方法。
【請求項３】
前記色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は、エリプソメータを用いて前記色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を測定し、この測定された消衰係数ｋ値を用いて透過率を算出して計算値の透過スペクトルを求め、得られた計算値の透過スペクトルが、前記色素含有膜の透過率を測定して得られる実測値の透過スペクトルとフィッティングした値を使用する請求項１または２に記載の膜厚測定方法。
【請求項４】
膜厚測定に用いられる波長の範囲において波長５０ｎｍ以下の間隔で前記膜および前記支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を複数取得しておく、請求項１に記載の膜厚測定方法。
【請求項５】
前記色素は、有彩色色素および黒色色素から選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の膜厚測定方法。
【請求項６】
波長４００〜１６００ｎｍの少なくとも一部を含む範囲の反射スペクトルを、前記理論波形とフィッティングさせて前記色素含有膜の膜厚を測定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の膜厚測定方法。
【請求項７】
波長４００〜８００ｎｍの少なくとも一部を含む範囲の反射スペクトルを、前記理論波形とフィッティングさせて前記色素含有膜の膜厚を測定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の膜厚測定方法。
【請求項８】
前記色素含有膜は、赤、緑、青、イエロー、シアン、マゼンタ及び黒から選ばれる色相を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の膜厚測定方法。
【請求項９】
前記膜は積層膜である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の膜厚測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜厚測定方法に関する。より詳しくは、波長４００〜１６００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有する色素を含む膜の膜厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
支持体上に形成された膜の膜厚測定方法として、光干渉法を利用した膜厚測定方法などが知られている。光干渉法を利用した膜厚測定方法は、支持体上に形成された膜に光を照射して支持体または膜からの反射光を受光し、この受光した反射光の反射スペクトルを解析して膜厚を測定する方法である。解析方法の一例として、反射スペクトルを膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とフィッティングさせて膜厚を測定する方法が知られている。【０００３】
また、特許文献１には、薄膜または基板からの反射光を受光する受光手段と、受光手段で受光された反射光を波長ごとに分光する分光手段と、分光手段で分光された約２２０ｎｍから８５０ｎｍの波長域内の反射光の強度に基づいて、薄膜の膜厚を算出する算出手段とを含む膜厚測定装置に関する発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２０６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、カラーフィルタ、ブラックマトリックス、遮光膜などの色素を含む膜は、可視領域や近赤外領域に吸収を有しているため、光干渉法での膜厚測定は困難であった。例えば、カラーフィルタの場合、波長４００〜７００ｎｍの範囲に吸収を有しているため、可視領域の反射分光が正規反射にならず、可視領域の反射スペクトルを利用して膜厚を測定することが困難であった。このため、この場合は、近赤外領域（例えば、波長８００ｎｍ以上）の反射スペクトルを用いて膜厚を測定する必要があるが、近赤外領域では反射光の振幅数が少なく、精度や再現性が悪かったり、場合によっては膜厚を測定できないことがあった。また、ブラックマトリックスや遮光膜などの測定波長領域全般で吸収のある膜の場合、これまでの方法では膜厚を測定することができなかった。【０００６】
よって、本発明の目的は、波長４００〜１６００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有する色素を含む膜の膜厚を精度よく測定可能な膜厚測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる状況のもと、本発明者が鋭意検討を行った結果、膜厚測定に用いられる波長の範囲において複数の波長で膜および支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値をあらかじめ取得しておき、支持体または膜からの反射光の反射スペクトルを、あらかじめ取得しておいた前述の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を用いた膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とフィッティングさせることで、波長４００〜１６００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有する色素を有する膜の膜厚を精度よく測定できることを見出し、本発明を完成するに至った。よって、本発明は以下を提供する。
＜１＞  支持体上に形成された膜に光を照射して支持体または膜からの反射光を受光し、受光した反射光の反射スペクトルを膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とフィッティングさせて膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
上記膜は、波長４００〜１６００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有する色素を含む色素含有膜を含み、
膜厚測定に用いられる波長の範囲において複数の波長について、膜および支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値をあらかじめ取得しておき、上記反射スペクトルを、このあらかじめ取得しておいた膜および支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を用いた膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とフィッティングさせて色素含有膜の膜厚を測定する膜厚測定方法。
＜２＞  色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は、エリプソメータを用いて測定した値を用いる、＜１＞に記載の膜厚測定方法。
＜３＞  色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は、エリプソメータを用いて色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を測定し、この測定された消衰係数ｋ値を用いて透過率を算出して計算値の透過スペクトルを求め、得られた計算値の透過スペクトルが、色素含有膜の透過率を測定して得られる実測値の透過スペクトルとフィッティングした値を使用する＜１＞または＜２＞に記載の膜厚測定方法。
＜４＞  膜厚測定に用いられる波長の範囲において波長５０ｎｍ以下の間隔で膜および支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を複数取得しておく、＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載の膜厚測定方法。
＜５＞  色素は、有彩色色素および黒色色素から選ばれる少なくとも１種である、＜１＞〜＜４＞のいずれかに記載の膜厚測定方法。
＜６＞  波長４００〜１６００ｎｍの少なくとも一部を含む範囲の反射スペクトルを理論波形とフィッティングさせて色素含有膜の膜厚を測定する、＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載の膜厚測定方法。
＜７＞  波長４００〜８００ｎｍの少なくとも一部を含む範囲の反射スペクトルを理論波形とフィッティングさせて色素含有膜の膜厚を測定する、＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載の膜厚測定方法。
＜８＞  色素含有膜は、赤、緑、青、イエロー、シアン、マゼンタ及び黒から選ばれる色相を有する、＜１＞〜＜７＞のいずれかに記載の膜厚測定方法。
＜９＞  上記膜は積層膜である、＜１＞〜＜８＞のいずれかに記載の膜厚測定方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、波長４００〜１６００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有する色素を含む膜の膜厚を精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】エリプソメータの概略図である。
【図２】実施例１の反射スペクトル（実測、理論波形）を示す図であり、縦軸は反射率（単位：％）であり、横軸は波長（単位：ｎｍ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。
本明細書において、「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
本明細書において、近赤外線とは、極大吸収波長領域が波長７００〜２５００ｎｍの光（電磁波）をいう。
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
【００１１】
本発明の膜厚測定方法は、
支持体上に形成された膜に光を照射して支持体または膜からの反射光を受光し、受光した反射光の反射スペクトルを膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とフィッティングさせて膜の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
上記膜は、波長４００〜１６００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有する色素を含む色素含有膜を含み、
膜厚測定に用いられる波長の範囲において複数の波長について、上記膜および支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値をあらかじめ取得しておき、上記反射スペクトルを、このあらかじめ取得しておいた上記膜および支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を用いた膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とフィッティングさせて色素含有膜の膜厚を測定することを特徴とする。換言すれば、膜厚測定方法は、支持体上に形成された膜の膜厚を測定する方法であり、膜は、波長４００〜１６００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有する色素を含む色素含有膜を含み、
支持体および膜のそれぞれの屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を、膜に照射する光の波長範囲における複数の波長について、取得し、
支持体または膜から反射した光の反射スペクトルと、取得した支持体および膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を用いた膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とをフィッティングさせる。
【００１２】
本発明によれば、色素含有膜の膜厚を精度よく測定できる。色素含有膜に含まれる色素は、波長４００〜１６００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有するものであれば特に限定は無いが、波長４００〜８００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有するものである場合においてより効果的であり、波長４００〜７００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有するものである場合において特に効果的である。波長４００〜１６００ｎｍの範囲の少なくとも一部に吸収を有する色素としては、黒色色素、有彩色色素、近赤外線吸収色素などが挙げられ、黒色色素、有彩色色素が好ましい。上記色素は、顔料であってもよく、染料であってもよい。また、顔料は有機顔料であってもよく、無機顔料であってもよい。
【００１３】
有彩色色素としては、特に限定されず、公知の有彩色色素を用いることができる。例えば、波長４００〜７００ｎｍの範囲に極大吸収波長を有する色素が挙げられる。例えば、黄色色素、オレンジ色色素、赤色色素、緑色色素、紫色色素、青色色素などが挙げられる。
【００１４】
本発明において、有彩色色素は、２種以上組み合わせて用いてもよい。また、有彩色色素を２種以上組み合わせて用いる場合、２種以上の有彩色色素の組み合わせで黒色を形成していてもよい。そのような組み合わせとしては、例えば以下の（１）〜（７）の態様が挙げられる。
（１）赤色色素と青色色素とを含有する態様。
（２）赤色色素と青色色素と黄色色素とを含有する態様。
（３）赤色色素と青色色素と黄色色素と紫色色素とを含有する態様。
（４）赤色色素と青色色素と黄色色素と紫色色素と緑色色素とを含有する態様。
（５）赤色色素と青色色素と黄色色素と緑色色素とを含有する態様。
（６）赤色色素と青色色素と緑色色素とを含有する態様。
（７）黄色色素と紫色色素とを含有する態様。
【００１５】
黒色色素としては特に限定されず、公知のものを用いることができる。例えば、カーボンブラック、金属酸窒化物（チタンブラック等）、金属窒化物（チタンナイトライド等）などの無機黒色色素や、ビスベンゾフラノン化合物、アゾメチン化合物、ペリレン化合物、アゾ系化合物などの有機黒色色素が挙げられる。
【００１６】
近赤外線吸収色素としては、波長７００ｎｍを超え１６００ｎｍ以下の範囲に極大吸収波長を有する色素が挙げられる。また、近赤外線吸収色素の極大吸収波長は、１２００ｎｍ以下であることが好ましく、１０００ｎｍ以下であることがより好ましく、９５０ｎｍ以下であることが更に好ましい。近赤外線吸収色素としては、例えば、ピロロピロール化合物、リレン化合物、オキソノール化合物、スクアリリウム化合物、シアニン化合物、クロコニウム化合物、フタロシアニン化合物、ナフタロシアニン化合物、ピリリウム化合物、アズレニウム化合物、インジゴ化合物およびピロメテン化合物が挙げられ、ピロロピロール化合物、スクアリリウム化合物、シアニン化合物、フタロシアニン化合物およびナフタロシアニン化合物から選ばれる少なくとも１種であることが好ましく、ピロロピロール化合物またはスクアリリウム化合物であることが更に好ましく、ピロロピロール化合物であることが特に好ましい。
【００１７】
また、色素含有膜は、赤、緑、青、イエロー、シアン、マゼンタ及び黒から選ばれる色相を有する膜であることが好ましい。色素含有膜の具体例としては、カラーフィルタにおける着色画素、赤外線透過フィルタにおける赤外線透過フィルタの画素、遮光膜、ブラックマトリックス、赤外遮光膜などが挙げられる。本発明によれば、従来の方法では膜厚を測定することができなかったブラックマトリックスや遮光膜などの黒の色相を有する膜（以下、黒色膜ともいう）であっても、膜厚を精度よく測定できるので、黒色膜の膜厚測定の場合において特に有用な技術である。なお、本明細書において、黒には、灰色の色相が含まれる。
【００１８】
色素含有膜は、フォトリソグラフィー性を有する膜であってもよい。フォトリソグラフィー性を付与する成分は、吸収を有する素材であることが多く、従来の方法では膜厚の測定が困難であったが、本発明の膜厚測定方法によれば、このようなフォトリソグラフィー性を有する膜であっても膜厚を精度よく測定できる。色素含有膜がフォトリソグラフィー性を有する膜である場合、色素含有膜は、重合性モノマー、光重合開始剤およびアルカリ可溶性樹脂を含むことが好ましい。
【００１９】
本発明において、膜が形成されている支持体としては、特に限定は無く、適宜選択することができる。例えば、ガラス基板、石英基板、シリコン基板などの各種基板が挙げられる。また、これらの基板の表面には、電荷結合素子（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、透明導電膜などが形成されていてもよい。
【００２０】
本発明において、支持体上に形成されている膜は、色素含有膜を含むものである。支持体上に形成されている膜は、１層の色素含有膜のみからなる単層膜であってもよく、色素含有膜を含む２層以上の積層膜であってもよい。積層膜の場合、少なくとも１層が色素含有膜であればよい。例えば、１層以上の色素含有膜と１層以上の色素を含有しない膜との積層膜、色素含有膜が２層以上積層した積層膜が挙げられ、これらの積層膜は色素含有膜である。色素を含有しない膜は、有機膜であってもよく、無機膜（化学蒸着（ＣＶＤ）膜、物理蒸着（ＰＶＤ）膜、熱酸化膜、塗布膜など）であってもよい。色素を含有しない膜としては、下塗膜、保護膜、中間膜などが挙げられ、特に限定はない。
【００２１】
次に、本発明の膜厚測定方法について説明する。
【００２２】
本発明の膜厚測定方法では、膜厚測定に用いられる波長の範囲において複数の波長について、膜および支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値をあらかじめ取得しておく。ここで、測定に用いられる膜が積層膜の場合においては、各層の膜についてそれぞれ屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を取得しておく。
【００２３】
あらかじめ取得しておく屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値の数は、膜厚の測定精度の観点から多いほど好ましい。例えば、膜厚測定に用いられる波長の範囲において、これらのデータを１０個以上取得しておくことが好ましく、５０個以上取得しておくことがより好ましく、１００個以上取得しておくことが更に好ましい。また、膜厚測定に用いられる波長の範囲において波長５０ｎｍ以下の間隔でこれらのデータを複数取得しておくことが好ましく、波長３０ｎｍ以下の間隔で複数取得しておくことがより好ましく、波長２０ｎｍ以下の間隔で複数取得しておくことがより更に好ましい。
【００２４】
また、屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値について、膜厚測定に用いられる波長の範囲のうち、色素含有膜が強い吸収を有する波長範囲については、短い波長間隔（例えば、波長２０ｎｍ以下の間隔、好ましくは波長１０ｎｍ以下の間隔、更に好ましくは波長５ｎｍ以下の間隔など）で上記のデータを複数取得しておき、吸収の小さいあるいは吸収の無い波長範囲については、吸収の大きい波長範囲と同程度の間隔でこれらのデータを取得しておいてもよく、強い吸収を有する波長範囲よりも長い波長間隔（例えば、波長２０〜５０ｎｍの間隔など）でこれらのデータを取得しておいてもよい。
【００２５】
本発明において、色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は、エリプソメータを用いて測定した値を用いることが好ましい。なお、色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は、一度求めておけば、次回からは再度測定しなおす必要はなく、前回測定した値を繰り返して用いることができる。
【００２６】
ここで、エリプソメータでの測定方法は、物質の表面における光反射時の偏光状態変化を測定して測定対象物の光学特性を測定する方法である。具体的な測定方法としては、検光子を回転させて反射光の偏光状態を観測する回転検光子法や、光弾性変調器の働きにより反射光の偏光状態を観測する位相変調法などが知られている。図１に、エリプソメータの構成の概略図を示す。図１において、１００は光源であり、１０１は偏光子であり、１０２はサンプルであり、１０３は位相変調器であり、１０４は検光子であり、１０５は検出器である。このエリプソメータでは、光源１００からの光が偏光子１０１によって偏光されてサンプル１０２上に照射される。サンプル１０２で反射された光は、位相変調器１０３を通過した後、検光子１０４によって受光され、反射光の偏光状態が検出器１０５により検出される。検出器１０５が入射光の偏光状態と反射光の偏光状態とを比較することによってサンプルの屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を求めることができる。
【００２７】
本発明において、色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は、エリプソメータでの測定値をそのまま用いてもよいが、色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値についてのエリプソメータでの測定値は、精度が安定しないことがある。この理由は、色素含有膜は可視領域に強い吸収があるため、これらの測定値が散乱によって変動しやすいためであると考えられる。このため、膜厚の測定精度の観点から、色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値については、次の方法（１）〜（４）の手順を経て精度を高めた値を用いることが好ましい。
【００２８】
（１）エリプソメータを用いて色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を測定する。
（２）測定された消衰係数ｋ値を用いて透過率を算出して計算値の透過スペクトルを求める。ここで、透過率と消衰係数ｋ値は以下の関係があり、下記式より消衰係数ｋ値から透過率を算出することができる。
【数１】
2019142598.tif 000003
Ｔは波長λにおける膜の透過率（＝Ｉ／Ｉ０）であり、Ｉは透過光の光強度であり、Ｉ０は入射光の光強度である。αは吸光係数（＝４πｋ／λ）であり、ｋは波長λにおける消衰係数ｋ値であり、λは波長（ｎｍ）である。ｄは膜の膜厚（ｎｍ）である。
（３）測定された消衰係数ｋ値を用いて得られた計算値の透過スペクトルを、色素含有膜の透過率を測定して得られる実測値の透過スペクトルと比較する。
（４）両者を比較した結果、計算値の透過スペクトルが実測値の透過スペクトルとフィッティングした場合は、測定された屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を用いる。例えば、計算値の透過スペクトルと実測値の透過スペクトルがほぼ重なる場合においては、両者はフィッティングしたと判断することができる。具体的な一例として、計算値の透過スペクトルにおける透過率の値と実測値の透過スペクトルにおける透過率の値との平均二乗誤差（χ２値）が２０以下の場合両者はフィッティングしたと判断することができる。一方、計算値の透過スペクトルが実測値の透過スペクトルとフィッティングしない場合は、分光特性の再取得、エリプソメータを用いて色素含有膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を再度測定、フィッティングのやり直しをする。そして、上記（２）、（３)の操作を再度行って上記比較を行う。
【００２９】
ここで、屈折率ｎ値は、消衰係数ｋ値に依存する値であり、以下の関係にある。したがって、消衰係数ｋ値が定まれば、屈折率ｎ値も一義的に定まる。したがって、エリプソメータを用いて測定された消衰係数ｋ値の値に関しての精度が高いことが確認できれば、屈折率ｎ値についても精度の高い値であるといえる。
【数２】
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Ｎは、波長λにおける複素屈折率であり、εは波長λにおける複素誘電率であり、ε１は電気双極子を誘発する偏光の量であり、ε２は波長λにおけるキャリアが発生することに関係する吸収の量であり、ｋは波長λにおける消衰係数ｋ値であり、ｎは波長λにおける屈折率ｎ値である。
【００３０】
本発明において、支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値については、文献値などとして既知である場合もある。この場合は、文献値を用いることができる。一方、支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値が未知の場合は、測定値を用いる。支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値の測定方法としては、エリプソメータを用いた測定方法が挙げられる。
【００３１】
本発明において、支持体上に形成されている膜が、色素を含まない膜を含む積層膜である場合、色素を含まない膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値については、文献値などとして既知である場合もある。この場合は、文献値を用いることができる。一方、色素を含まない膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値が未知の場合は、測定値を用いる。色素を含まない膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値の測定方法としては、エリプソメータを用いた測定方法が挙げられる。色素を含まない膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は、エリプソメータでの測定値をそのまま用いてもよく、上述した（１）〜（４）の手順を経て精度を確認した値を用いてもよい。膜厚の測定精度の観点から上述した（１）〜（４）の手順を経て精度を確認した値を用いることが好ましい。
【００３２】
本発明の膜厚測定方法では、支持体上に形成された膜に光を照射して支持体または膜からの反射光を受光して、反射光の反射スペクトルを得る。
【００３３】
膜および支持体に照射する光としては、特に限定は無く、適宜選択することができる。例えば、波長４００〜１６００ｎｍのうち少なくとも一部の波長を含む光を照射することができる。照射する光の波長幅（波長範囲）は、膜厚測定時のフィッティング精度の観点から５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましく、２００ｎｍ以上であることが更に好ましく、３００ｎｍ以上であることが特に好ましい。例えば、波長４００〜８００ｎｍの光、波長４００〜１６００ｎｍの光、２５０〜７５０ｎｍの光、波長１９０〜８００ｎｍの光、波長１５０〜２２００ｎｍの光などが好ましい例として挙げられる。
【００３４】
本発明の膜厚測定方法において、膜表面に対して光をほぼ垂直に照射することが好ましい。また、膜および基板からの反射光は、膜からほぼ垂直に反射された光を受光することが好ましい。この態様の測定であれば、測定装置がコンパクトになり、かつ処理タクトが早いという効果が期待できる。
【００３５】
本発明の膜厚測定方法では、得られた反射スペクトルを、あらかじめ取得しておいた上記膜および支持体の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を用いた膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とフィッティングさせて色素含有膜の膜厚を測定する。具体的には、反射スペクトルとフィッティングした理論波形の膜厚計算用の理論式を用いて膜厚を算出する。
【００３６】
フィッティングに用いる反射スペクトルの波長幅（波長範囲）は、５０ｎｍ以上であることが好ましく、１００ｎｍ以上であることがより好ましく、２００ｎｍ以上であることが更に好ましく、３００ｎｍ以上であることが特に好ましい。波長幅（波長範囲）が広いほど膜厚の測定精度を高めることができる。上限は特に限定はないが、照射光源の波長範囲及び受光素子の感度範囲の観点から１２００ｎｍ以下であることが好ましく、１０００ｎｍ以下であることがより好ましい。また、本発明の膜厚測定方法では、波長４００〜１６００ｎｍの少なくとも一部を含む範囲の反射スペクトルを、理論波形とフィッティングさせて色素含有膜の膜厚を測定することが好ましく、波長４００〜８００ｎｍの少なくとも一部を含む範囲の反射スペクトルを、理論波形とフィッティングさせて色素含有膜の膜厚を測定することがより好ましく、測定精度の観点から波長４００〜８００ｎｍの範囲を含む反射スペクトルを、理論波形とフィッティングさせて色素含有膜の膜厚を測定することが更に好ましい。
【００３７】
反射スペクトルと理論波形とのフィッティング方法としては、カーブフィッティング法（曲線あてはめ法）が挙げられる。具体的には、測定された反射スペクトルと、膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とを比較し、反射率分光法（光干渉式）などの方法によって測定された反射スペクトルに対して最も近似した理論波形を抽出し、その理論波形に基づき膜厚を算出する方法などが挙げられる。例えば、反射スペクトルと理論波形とがＧＯＦ（グットオブフィッテイング）値が０．９５以上の場合両者はフィッティングしたと判断することができる。なお、ＧＯＦは、二乗平均平方根の方法で算出した値である。例えば、フィルメトリックス社製、膜厚測定機Ｆ５０による計測時に算出されるＧＯＦ値を判断基準とすることができる。
【００３８】
本発明の膜厚測定方法によれば、色素含有膜の膜厚を精度よく測定できる。また、本発明の膜厚測定方法によれば、支持体上に形成された膜が積層膜であっても、各層の膜についてそれぞれ屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を取得しておくことにより、各層の膜の膜厚を同時に測定したり、特定の層の膜厚のみを選択的に測定できる。例えば、色素含有膜と透明膜との積層膜の場合、色素含有膜の膜厚と透明層の膜厚を同時に測定したり、色素含有膜の膜厚のみを測定することができる。
【００３９】
本発明の膜厚測定方法を製品の製造工程や生産管理工程に組み込むことで最終製品の品質のばらつきなどを抑制し、品質の良い製品を製造することができる。例えば、カラーフィルタの場合、製品ごとに膜厚にばらつきがあると、分光特性に影響が生じることがあるが、膜厚を測定して製品の膜厚が均一になるように管理することにより、カラーフィルタの分光特性のばらつきを抑えることができる。
【００４０】
本発明の膜厚測定方法によれば、膜厚を測定する対象エリアをデバイス構造とは別に設定することで、膜厚をデバイス上であっても測定することができる。具体的にはデバイスを個別に切り分けるダイシングラインに１０００μｍ以下で膜厚測定用パターンを形成し、膜厚計の測定光学スポット径を１０００μｍより小さいものにすることで測定することができる。なお、デバイス構造上、膜厚計の光学スポットより大きい膜厚測定可能なエリアが確保されている場合はこの限りではない。
【００４１】
本発明の膜厚測定方法は、デバイス構造のみならず、基材にレジストを塗布して膜厚を測定するレジスト塗布の工程や、品質保証に好適に利用することができる。
【実施例】
【００４２】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。【００４３】
［試験例１］
（緑色膜の分光特性、屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値の測定）
石英基板上に、緑色レジスト（製品名ＦＦＳＧ−７３２８、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）をスピン塗布し、１００℃で１２０秒間加熱して厚さ０．６μｍの緑色膜を形成した。この緑色膜の膜厚は、デックタック（ＢＲＵＫＥＲ社製）を用いて測定した。次に、ＭＣＰＤ３０００（大塚電子製）を用いて、得られた緑色膜の波長４００〜８００ｎｍの透過率を５ｎｍピッチで測定した。なお、石英基板のみの測定値をベースラインとした。また、エリプソメータ（ＵＶＩＳＥＬ、堀場製作所製）を用いて緑色膜の波長４００〜１０００ｎｍの屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を５ｎｍピッチで測定した。なお、石英基板のみの測定値をベースラインとした。エリプソメータでの屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は、ｓ偏光とｐ偏光の位相差Δ、ｓ偏光とｐ偏光の反射振幅比角ｔａｎ（Ψ）のパラメータに対し、１０倍透過率に重み付けを行ってフィッティングを行い、石英基板上の１層の均質膜として解析を行って得た。また、エリプソメータを用いて得られた緑色膜の消衰係数ｋ値から透過率を算出して計算値の透過スペクトルを求め、この計算値の透過スペクトルと、実測値の透過スペクトルとを比較して緑色膜の消衰係数ｋ値の精度を確認した。計算値の透過スペクトルが実測値の透過スペクトルにフィッティングした場合は、エリプソメータを用いて得られた屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を用いた。一方、計算値の透過スペクトルが実測値の透過スペクトルとフィッティングしない場合は、エリプソメータを用いて再度緑色膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を測定し、上記の精度確認を行った。なお、計算値の透過スペクトルと実測値の透過スペクトルがほぼ重なっている場合、計算値の透過スペクトルが実測値の透過スペクトルとフィッティングしたと判断した。【００４４】
（膜厚測定）
＜実施例１＞
サンプルとして、シリコン基板上に緑色レジストをスピン塗布し、１００℃で１２０秒間加熱して緑色膜を形成したものを用いた。また、膜厚測定器として、フィルメトリックス社製  Ｆ５０を用いた。この膜厚測定器に、シリコン基板および緑色膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を入力した。屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値として、波長２００〜１０００ｎｍの範囲で５ｎｍピッチのデータを入力した。なお、シリコン基板の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は文献値を入力した。緑色膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は上記の測定値を入力した。膜厚測定器にサンプルを設置し、サンプルに対して波長４００〜１６００ｎｍの光を照射し、サンプルからの反射光を受光して反射スペクトルを得た。この反射スペクトル（波長範囲４００〜１６００ｎｍ）を、膜厚測定器に入力した上記屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を用いた膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とフィッティングさせて緑色膜の膜厚を測定した。緑色膜の膜厚は０．９５３μｍであった。なお、ＧＯＦが０．９８であったため反射スペクトルが理論波形とフィッティングしたと判断した。この緑色膜の膜厚を走査型電子顕微鏡（Ｓ４８００、日立ハイテクノロジーズ社製、倍率＝５００００倍、ＨＶ／ＩＰ＝２．０ｋＶ／１０μＡ）で測定したところ、膜厚測定器での測定値とほぼ同じであることが確認できた。【００４５】
実施例１において、波長４００〜８００ｎｍの範囲の反射スペクトル、または、波長８００〜１６００ｎｍの範囲の反射スペクトル波長を用いて理論波形とフィッティングさせても緑色膜の膜厚を測定することができた。【００４６】
＜比較例１＞
実施例１において、シリコン基板および緑色膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を入力しなかった以外は、実施例１と同様の操作を行った。サンプルの反射スペクトルは、理論波形とフィッティングさせることができず、膜厚を測定できなかった。ＧＯＦが０．９５を下回った。【００４７】
［試験例２］
（黒色膜の分光特性、屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値の測定）
石英基板上に、黒色レジスト（製品名ＳＩ５０００、富士フイルムエレクトロニクスマテリアルズ社製）をスピン塗布し、１００℃で１２０秒間加熱して厚さ１．０μｍの黒色膜を形成した。黒色膜の膜厚は、デックタック（ＢＲＵＫＥＲ社製）を用いて測定した。Ｖ７２００（日本分光（株）製）を用いて、得られた黒色膜の波長４００〜１６００ｎｍの透過率を５ｎｍピッチで測定した。なお、石英基板のみの測定値をベースラインとした。また、エリプソメータ（ＵＶＩＳＥＬ、堀場製作所製）を用いて黒色膜の波長４００〜１０００ｎｍの屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を５ｎｍピッチで測定した。なお、石英基板のみの測定値をベースラインとした。エリプソメータでの屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は、ｓ偏光とｐ偏光の位相差Δ、ｓ偏光とｐ偏光の反射振幅比角ｔａｎ（Ψ）のパラメータに対し、１０倍透過率に重み付けを行ってフィッティングを行い、石英基板上の１層の均質膜として解析を行って得た。また、エリプソメータを用いて得られた黒色膜の消衰係数ｋ値から透過率を算出して計算値の透過スペクトルを求め、この計算値の透過スペクトルと、実測値の透過スペクトルとを比較して黒色膜の消衰係数ｋ値の精度を確認した。計算値の透過スペクトルが実測値の透過スペクトルにフィッティングした場合は、エリプソメータを用いて得られた屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を用いた。一方、計算値の透過スペクトルが実測値の透過スペクトルとフィッティングしない場合は、エリプソメータを用いて再度黒色膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を測定し、上記の精度確認を行った。なお、計算値の透過スペクトルと実測値の透過スペクトルがほぼ重なっている場合、計算値の透過スペクトルが実測値の透過スペクトルとフィッティングしたと判断した。【００４８】
（膜厚測定）
＜実施例２＞
サンプルとして、シリコン基板上に黒色レジストをスピン塗布し、１００℃で１２０秒間加熱して黒色膜を形成したものを用いた。また、膜厚測定器として、フィルメトリックス社製  F50を用いた。この膜厚測定器に、シリコン基板および黒色膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を入力した。屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値として、波長２００〜１０００ｎｍの範囲で５ｎｍピッチのデータを入力した。なお、シリコン基板の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は、文献値を入力した。黒色膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値は上記の測定値を入力した。膜厚測定器にサンプルを設置し、サンプルに対して波長４００〜１６００ｎｍの光を照射し、サンプルからの反射光を受光して反射スペクトルを得た。この反射スペクトルを、膜厚測定器に入力した上記屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を用いた膜厚計算用の理論式から得られる理論波形とフィッティングさせて黒色膜の膜厚を測定した。黒色膜の膜厚は０．８６５μｍであった。なお、ＧＯＦ値が０．９７であったため反射スペクトルが理論波形とフィッティングしたと判断した。この黒色膜の膜厚を走査型電子顕微鏡（Ｓ４８００、日立ハイテクノロジーズ社製、倍率＝５００００倍、ＨＶ／ＩＰ＝２．０ｋＶ／１０μＡ）で測定したところ、膜厚測定器での測定値とほぼ同じであることが確認できた。【００４９】
実施例２において、波長４００〜８００ｎｍの範囲の反射スペクトル、または、波長８００〜１６００ｎｍの範囲の反射スペクトル波長を用いて理論波形とフィッティングさせても緑色膜の膜厚を測定することができた。【００５０】
＜比較例２＞
実施例２において、シリコン基板および黒色膜の屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を入力しなかった以外は、実施例２と同様の操作を行った。サンプルの反射スペクトルは、理論波形とフィッティングさせることができず（ＧＯＦが０．９５未満）、膜厚を測定できなかった。
【符号の説明】
【００５１】
１００：光源
１０１：偏光子
１０２：サンプル
１０３：位相変調器
１０４：後検光子
１０５：検出器
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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