(57)【要約】【課題】成膜が正常でない個所を回避して膜厚測定がなし得る膜厚測定方法および膜厚測定装置を提供する。【解決手段】膜厚測定位置設定部１０と、膜厚測定部２０とを備えてなる膜厚測定装置Ａであって、前記膜厚測定位置設定部１０は、膜厚測定位置を仮設定する膜厚測定位置仮設定手段１１と、撮像手段１２と、該撮像手段１２を仮設定された位置に移動させる移動手段１３と、前記撮像手段１２により撮像された画像を画像処理する画像処理手段１４と、該画像処理手段１４により処理された画像に基づいて仮設定位置の適否を判定する位置適否判定手段１５と、該位置適否判定手段１５により仮設定位置が不適と判定された場合、当該仮設定位置を変更する仮設定位置変更手段１６と、位置適否判定に用いられる基準画像を格納している基準画像データベース１７とを備えてなるものである。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜厚測定位置を仮設定する手順と、撮像手段を前記仮設定位置に移動する手順と、前記撮像手段を同仮設定位置において測定対象部を撮像する手順と、前記撮像画像を画像処理する手順と、前記画像処理された撮像画像と基準画像とを比較して前記仮設定位置の適否を判定する手順とを含んでいることを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項２】
膜厚測定位置の仮設定が予め設定されているパターンによりなされることを特徴とする請求項１記載の膜厚測定方法。
【請求項３】
膜厚測定位置設定部と、膜厚測定部とを備えてなる膜厚測定装置であって、
前記膜厚測定位置設定部は、膜厚測定位置を仮設定する膜厚測定位置仮設定手段と、撮像手段と、該撮像手段を仮設定された位置に移動させる移動手段と、前記撮像手段により撮像された画像を画像処理する画像処理手段と、該画像処理手段により処理された画像に基づいて仮設定位置の適否を判定する位置適否判定手段と、該位置適否判定手段により仮設定位置が不適と判定された場合、当該仮設定位置を変更する仮設定位置変更手段と、位置適否判定に用いられる基準画像を格納している基準画像データベースとを備えてなる
ことを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項４】
位置適否判定手段は、基準画像の特徴量と撮像画像の特徴量とを比較することにより仮設定された位置の適否を判定するようにされてなることを特徴とする請求項３記載の膜厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膜厚測定方法および膜厚測定装置に関する。さらに詳しくは、成膜が正常でない個所を回避して膜厚測定がなし得る膜厚測定方法および膜厚測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、各種基材に対してその特性向上を図る観点から、基材表面に各種の成膜がなされている。例えば、基材の耐食性を向上させるために金などの耐食性素材による成膜が、めっきなどによりなされている。また、その膜厚測定が品質補償などの目的からなされている。
【０００３】
この膜厚測定は、その膜厚が十数ナノ・メートル程度と薄く透過性を有しているところから、分光法によりなされている。例えば、成膜部での反射吸収率の変化を利用して膜厚を測定する測定方法や測定装置、成膜部における光の干渉を利用して膜厚を測定する測定方法や測定装置などにより膜厚測定がなされている。
【０００４】
しかしながら、前記分光法を用いた測定においては、成膜がなされている基材の表面状態（界面状態）や成膜の表面状態が、測定に影響を与えないことを前提になされている。そのため、基材の表面状態（界面状態）や成膜の表面状態が前記前提を満足しない場合には、正確な測定がなし得ないという問題が発生する。
【０００５】
例えば、基材表面の結晶粒界に欠陥が存在する状態で成膜がなされ、しかもその個所が測定ポイントとして選択されて膜厚測定がなされると、欠陥が存在する個所での成膜の光の反射率および透過率は、欠陥が存在しない個所での成膜、つまり正常な成膜の光の反射率および透過率とは異なっているため、正確な膜厚測定はなし得ないという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、成膜が正常でない個所を回避して膜厚測定がなし得る膜厚測定方法および膜厚測定装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜厚測定方法は、膜厚測定位置を仮設定する手順と、撮像手段を前記仮設定位置に移動する手順と、前記撮像手段を同仮設定位置において測定対象部を撮像する手順と、前記撮像画像を画像処理する手順と、前記画像処理された撮像画像と基準画像とを比較して前記仮設定位置の適否を判定する手順とを含んでいることを特徴とする。
【０００８】
本発明の膜厚測定方法においては、膜厚測定位置の仮設定が予め設定されているパターンによりなされるのが好ましい。
【０００９】
一方、本発明の膜厚測定装置は、膜厚測定位置設定部と、膜厚測定部とを備えてなる膜厚測定装置であって、前記膜厚測定位置設定部は、膜厚測定位置を仮設定する膜厚測定位置仮設定手段と、撮像手段と、該撮像手段を仮設定された位置に移動させる移動手段と、前記撮像手段により撮像された画像を画像処理する画像処理手段と、該画像処理手段により処理された画像に基づいて仮設定位置の適否を判定する位置適否判定手段と、該位置適否判定手段により仮設定位置が不適と判定された場合、当該仮設定位置を変更する仮設定位置変更手段と、位置適否判定に用いられる基準画像を格納している基準画像データベースとを備えてなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の膜厚測定装置においては、位置適否判定手段は、例えば基準画像の特徴量と撮像画像の特徴量とを比較することにより仮設定された位置の適否を判定するようにされてなるものとされる。
【００１１】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、成膜が正常になされていない個所や疵のある個所を回避して膜厚測定がなし得る。そのため、膜厚測定における測定精度の向上が図られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１３】
本発明の一実施形態に係る膜厚測定方法が適用される膜厚測定装置を図１にブロック図で示す。
【００１４】
膜厚測定装置Ａは、図１に示すように、膜厚測定位置設定部１０と膜厚測定部２０とを主要構成要素として備えてなるものとされる。膜厚測定部２０は、膜厚測定部光学系２１と膜厚算出手段２２とを備えてなる公知のものとされているので、以下、膜厚測定位置設定部１０を主に説明する。
【００１５】
膜厚測定位置設定部１０は、膜厚測定位置を仮設定する膜厚測定位置仮設定手段１１と、撮像手段１２と、撮像手段１２を仮設定された位置（以下、仮設定位置という）に移動させる移動手段１３と、撮像手段１２により撮像された画像を画像処理する画像処理手段１４と、画像処理手段１４により処理された画像に基づいて仮設定位置の適否を判定する位置適否判定手段１５と、位置適否判定手段１５により仮設定位置が不適と判定された場合、当該仮設定位置を変更する仮設定位置変更手段１６と、基準画像データベース１７と、を備えてなるものとされる。
【００１６】
膜厚測定位置仮設定手段１１は、予め設定されているパターンにより成膜上における膜厚測定位置を仮設定するものとされる。例えば、格子状パターンにより膜厚測定位置を仮設定するものとされる。
【００１７】
撮像手段１２は、基材表面に形成された成膜を膜厚測定範囲に対応した所定倍率例えば倍率１００倍〜５００倍で撮像するＣＣＤ撮像装置とされる。ここで、倍率１００倍〜２００倍の低倍率は、成膜表面に擦り疵や噛み込み疵が存在するおそれがある場合に採用され、倍率４００倍〜５００倍の高倍率は、成膜表面に擦り疵や噛み込み疵が存在するおそれがない場合に採用される。
【００１８】
移動手段１３は、例えばＣＣＤ撮像装置を保持する撮像装置保持部を有し、その撮像装置保持部をＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ駆動させるＸ軸駆動機構およびＹ軸駆動機構を備えた２軸直交駆動装置とされる。
【００１９】
画像処理手段１４は、ＣＣＤ撮像装置により撮像された画像に対して所定処理をして判定対象画像や基準画像を作成するものとされる。すなわち、画像処理手段１４は、ＣＣＤ撮像装置により撮像された濃淡画像に対して平均化処理や強調処理をした後、２値化処理をして判定対象画像や基準画像を作成し、判定対象画像や基準画像の特徴量（例えば、明部ヒストグラムや明部／暗部の面積比）を算出するものとされる。この場合、２値化処理をした画像にノイズが存在するときには、穴埋め処理によりノイズが除去された後に特徴量の算出がなされる。
【００２０】
なお、ＣＣＤ撮像装置により撮像された画像がカラー画像の場合には、カラー画像を濃淡画像に変換した後に前記各処理が実施される。
【００２１】
位置適否判定手段１５は、基準画像データベース１７に格納されている基準画像の特徴量と、判定対象画像の特徴量とを比較してその適否を判定するものとされる。すなわち、位置適否判定手段１５は、基準画像と判定対象画像との明部ヒストグラムのパターンマッチングを行い、判定対象画像が基準画像と一致するか否かを判定し、一致すると判定した場合には、当該仮設定位置を測定位置に設定する一方、一致しないと判定した場合には、判定対象画像の特徴量が基準画像の特徴量と相関を有するか否かを判定する。判定対象画像の特徴量が基準画像の特徴量と相関を有すると判定した場合には、当該仮設定位置を測定位置に設定する一方、判定対象画像が基準画像と相関を有しないと判定した場合には当該仮設定位置を測定位置として選定しない。
【００２２】
ここで、判定対象画像が基準画像と相関を有するか否かの判定は、例えば、正常な測定範囲と欠陥を有する測定範囲の測定誤差が１０％以上ある場合、その正常部の画像と欠陥を有する部分の画像とは相関がないものとされる。この相関を有するか否かの判定基準は、測定精度に応じて適宜設定でき例えば測定精度が要求される場合には、判定基準における閾値を高くすればよく、その逆にあまり精度が要求されない場合には、判定基準における閾値を低くすればよい。そして、これらの閾値は実験にてあらかじめ設定される。
【００２３】
なお、明部ヒストグラムに代えて暗部ヒストグラムとすることもでき、あるいは明部と暗部との面積比を比較することにより、判定対象画像と基準画像との相関を判定するようにしてもよい。例えば、判定対象画像の明部と暗部との面積比と、基準画像の明部と暗部との面積比との比が８０％〜１００％の範囲内であれば、判定対象画像と基準画像とは相関を有するものとされる。
【００２４】
仮設定位置変更手段１６は、位置適否判定手段１５により仮設定位置が不適とされた場合、当該仮設定位置から所定距離離れた位置に新たな仮設定位置を生成し、その位置（以下、新仮設定位置という）を移動手段１３に送出するものとされる。この仮設定位置変更手段１６による新仮設定位置の生成は、例えば不適とされた仮設定位置（以下、原仮設定位置という）を取巻くようにしてなされる。
【００２５】
例えば、原仮設定位置からＸ軸方向に＋５ｍｍ離れた位置を新仮設定位置（以下、１次新仮設定位置という）とし、この１次新仮設定位置が再度不適とされた場合、原仮設定位置からＸ軸方向に−５ｍｍ離れた位置を新仮設定位置（以下、２次新仮設定位置という）とし、この２次新仮設定位置が再度不適とされた場合、原仮設定位置からＹ軸方向に＋５ｍｍ離れた位置を新仮設定位置（以下、３次新仮設定位置という）とし、この３次新仮設定位置が再度不適とされた場合、原仮設定位置からＹ軸方向に−５ｍｍ離れた位置を新仮設定位置（以下、４次新仮設定位置という）とする、というようにして新仮設定位置の生成がなされる。
【００２６】
そして、この新仮設定位置の生成が所定回となった場合、それ以後は新仮設定位置の設定はなされず、仮設定位置変更手段１６からエラーメッセージが送出される。例えば、前記所定回数が４回とされていれば、４次新仮設定位置が不適とされた場合、５次新仮設定位置の生成はなされずにエラーメッセージが送出される。このようにするのは、４次新仮設定位置における測定により１ｃｍ２の範囲中に膜欠陥あるいは疵が存在している可能性が明らかとなり、このことから、その以外の範囲にも膜欠陥あるいは疵が存在する可能性が高いと推定さるからである。なお、このエラーメッセージが送出された範囲については、後に目視などにより重点的に検査がなされる。
【００２７】
基準画像データベース１７は、前述の如く、予め算出された基準画像の特徴量（例えば、明部ヒストグラムや明部／暗部の面積比）を格納するものとされる。なお、膜厚測定位置仮設定手段１１、画像処理手段１２、位置適否判定手段１５、仮設定位置変更手段１６および膜厚算出手段２２は、例えば外部記憶装置を有するコンピュータに各手段１１、１２、１５、１６、２２に対応したプログラムを格納することにより実現される。
【００２８】
次に、図２に示すフローチャートを参照しながら、かかる構成とされている膜厚測定装置Ａによる膜厚測定について説明する。なお、図２中の符号Ｓ１〜Ｓ１１はステップ番号を示す。
【００２９】
（１）膜厚測定位置仮設定手段１１により、膜厚測定位置が仮設定される。つまり、原仮設定位置が生成されて移動手段１３にその位置が指示される（ステップ１）。
【００３０】
（２）移動手段１３により撮像手段１２が仮設定位置に移動させられる（ステップ２）。
【００３１】
（３）撮像手段１２により仮設定位置において成膜部の所定範囲の撮像がなされる（ステップ３）。例えば、４００倍の高倍率で撮像がなされる。
【００３２】
（４）画像処理手段１４により撮像画像の画像処理がなされて判定対象画像が生成されてその特徴量の算出がなされる（ステップ４）。なお、この処理の具体的な内容については後述する（図４参照）。
【００３３】
（５）位置適否判定手段１５により判定対象画像の特徴量と基準画像の特徴量との比較がなされる（ステップ５）。例えば、判定対象画像の明部ヒストグラムが基準画像の明部ヒストグラムと比較される。
【００３４】
（６）判定対象画像の特徴量が、基準画像の特徴量と一致するか否かが判定される（ステップ６）。例えば、定対象画像の明部ヒストグラムが、基準画像の明部ヒストグラムと一致するか否かが判定される。判定対象画像の特徴量が、基準画像の特徴量と一致すると判定された場合、当該仮設定位置を測定位置に選定してステップ１０に移行する。一方、判定対象画像の特徴量が、基準画像の特徴量と一致しないと判定された場合、ステップ７に移行する。
【００３５】
（７）判定対象画像の特徴量が、基準画像の特徴量と相関を有するか否かが判定される（ステップ７）。例えば、判定対象画像の明部ヒストグラムが、基準画像の明部ヒストグラムと相関を有するか否かが判定される。判定対象画像の明部ヒストグラムが、基準画像の明部ヒストグラムと相関を有すると判定された場合、当該仮設定位置を測定位置に選定してステップ１０に移行する。一方、判定対象画像の特徴量が、基準画像の特徴量と相関を有しないと判定された場合、ステップ８に移行する。
【００３６】
（８）仮設定回数が所定回に達したか否かが判定される（ステップ８）。仮設定回数が所定回に達していない場合、ステップ９に移行する。一方、仮設定回数が所定回に達している場合、ステップ１１に移行する。
【００３７】
（９）仮設定位置変更手段１６により原仮設定位置が所定距離移動されて新仮設定位置が生成されてステップ２に移行する（ステップ９）。
【００３８】
（１０）膜厚測定部２２により選定された測定位置における膜厚測定を行う（ステップ１０）。
【００３９】
（１１）仮設定回数が所定回に達している場合、エラーメッセージを表示する（ステップ１１）。
【００４０】
以下、ステップ１〜ステップ１１が繰り返されて成膜全域にわたる膜厚測定がなされる。
【００４１】
次に、図３に示すフローチャートを参照しながら基準画像データベース作成処理について説明する。なお、この処理は、膜厚測定処理に先立って主に画像処理手段１４によりオフラインでなされる。また、図３中の符号Ｓ２１〜Ｓ２５はステップ番号を示す。
【００４２】
（１）撮像手段１２により撮像された正常な成膜部の撮像画像を取り込む（ステップ２１）。
【００４３】
（２）取り込んだ画像に対して平均化処理あるいは強調処理をする（ステップ２２）。
【００４４】
（３）平均化処理あるいは強調処理された画像を２値化処理する（ステップ２３）。
【００４５】
（４）２値化処理された画像の特徴量を算出する（ステップ２４）。例えば、明部のヒストグラムを作成したり、明部と暗部との面積比を算出したりする。
【００４６】
（５）算出された特徴量を外部記憶装置（メモリ）に格納してデータベースとする（ステップ２５）。
【００４７】
次に、図４に示すフローチャートを参照しながら判定対象画像データ作成処理について説明する。なお、図４中の符号Ｓ３１〜Ｓ３４はステップ番号を示す。
【００４８】
（１）撮像手段１２により撮像された仮設定位置の撮像画像を取り込む（ステップ３１）。
【００４９】
（２）取り込んだ画像に対して平均化処理あるいは強調処理をする（ステップ３２）。
【００５０】
（３）平均化処理されたあるいは強調処理された画像を２値化処理する（ステップ３３）。
【００５１】
（４）２値化処理された画像の特徴量を算出する（ステップ３４）。例えば、明部のヒストグラムを作成したり、明部と暗部との面積比を算出したりする。
【００５２】
【実施例】
以下、実施例により画像処理を具体的に説明する。
【００５３】
図５に正常と判定された成膜部をカラーＣＣＤ撮像装置により倍率５００倍で撮像した画像を濃淡画像に変換した画像をイメージ図で示す。図６に図５に示す濃淡画像を平均化処理した後に２値化処理した画像、つまり基準画像をイメージ図で示す。
【００５４】
また、図７に結晶粒界における欠陥が露出している個所になされた成膜部をカラーＣＣＤ撮像装置により倍率５００倍で撮像した画像を濃淡画像に変換した画像をイメージ図で示す。図８に図７に示す濃淡画像を平均化処理した後に２値化処理した画像、つまり判定対象画像をイメージ図で示す。
【００５５】
図６および図８より、判定対象画像と基準画像とはそのパターンが異なっているのがわる。このことより、判定対象画像の明部ヒストグラムと基準画像の明部ヒストグラムとは異なったものとなることが理解される。したがって、判定対象画像の明部ヒストグラムと基準画像の明部ヒストグラムとを比較することにより、当該部が膜厚測定に適するか否かが判定できるのが理解される。
【００５６】
また、図６および図８から、判定対象画像および基準画像のそれぞれの明部と暗部との面積比も異なることが容易に理解される。それ故、判定対象画像および基準画像のそれぞれの明部と暗部との面積比を比較することによっても、当該部が膜厚測定に適するか否かが判定できるのが理解される。
【００５７】
図９に、表面に擦り疵を有する成膜部をＣＣＤ撮像装置により倍率１００倍で撮像した濃淡画像をイメージ図で示す。図１０に図９に示す濃淡画像を平均化処理した画像をイメージ図で示す。図１１に図１０に示す平均化処理をした後の画像を２値化処理した画像をイメージ図で示す。図１２に図１１に示す２値化処理をした後の画像に対して穴埋め処理をした画像をイメージ図で示す。
【００５８】
図１３に、表面に擦り疵の端部に噛み込み疵を有する成膜部をＣＣＤ撮像装置により倍率１００倍で撮像した濃淡画像をイメージ図で示す。図１４に図１３に示す濃淡画像を平均化処理した画像をイメージ図で示す。図１５に図１４に示す平均化処理をした後の画像を２値化処理した画像をイメージ図で示す。図１６に図１５に示す２値化処理をした後の画像に対して穴埋め処理をした画像をイメージ図で示す。
【００５９】
図１２および図１６より、疵部においては明部のヒストグラムの値が著しく低下する一方、正常部においては明部のヒストグラムの値が一定であるのが理解される。そのため、膜厚測定に際し、明部のヒストグラムの値が著しく低下している個所を除外することにより、精度よく膜厚測定がなし得るのが理解される。
【００６０】
このように、この実施形態によれば、膜厚測定の前に測定対象個所の成膜が正常であるか否かを判定し、正常と判定された個所において膜厚測定をなしているので、膜厚測定の精度向上が図られる。
【００６１】
以上、本発明を実施形態および実施例に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態および実施例に限定されるものではなく種々改変が可能である。例えば、撮像倍率は前記に限定されるものではなく、成膜がなされている基材の種類および成膜の材質に応じて適宜変更可能である。また、低倍率で正常と判定された個所において、他の個所における測定値と大きくことなる測定値が得られた場合、当該個所については高倍率により測定個所の再選定を行うようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、膜厚測定の前に測定対象個所の成膜が正常であるか否かを判定し、正常と判定された個所において膜厚測定をなしているので、膜厚測定の精度向上が図られるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜厚測定方法に適用される膜厚測定装置の一実施形態のブロック図である。
【図２】本発明の膜厚測定方法のフローチャートである。
【図３】本発明の膜厚測定方法における基準画像データベース作成処理のフローチャートである。
【図４】本発明の膜厚測定方法における判定対象画像データ作成処理のフローチャートである。
【図５】正常と判定された成膜部を倍率５００倍で撮像したカラー画像を濃淡画像に変換した画像のイメージ図である。
【図６】図５に示す画像を２値化処理した画像のイメージ図である。
【図７】結晶粒界における欠陥が露出している個所になされた成膜部を倍率５００倍で撮像したカラー画像を濃淡画像に変換した画像のイメージ図である。
【図８】図７に示す画像を２値化処理した画像のイメージ図である。
【図９】表面に擦り疵を有する成膜部を倍率１００倍で撮像した濃淡画像のイメージ図である。
【図１０】図９に示す画像を平均化処理した画像のイメージ図である。
【図１１】図１０に示す画像を２値化処理した画像のイメージ図である。
【図１２】図１１に示す画像に対して穴埋め処理した画像のイメージ図である。
【図１３】表面に擦り疵の端部に噛み込み疵を有する成膜部を倍率１００倍で撮像した濃淡画像のイメージ図である。
【図１４】図１３に示す画像を平均化処理した画像のイメージ図である。
【図１５】図１４に示す画像を２値化処理した画像のイメージ図である。
【図１６】図１５に示す画像に対して穴埋め処理した画像のイメージ図である。
【符号の説明】
Ａ　　　膜厚測定装置
１０　　　膜厚測定位置設定部
１１　　　膜厚測定位置仮設定手段
１２　　　撮像手段
１３　　　移動手段
１４　　　画像処理手段
１５　　　位置適否判定手段
１６　　　仮設定位置変更手段
１７　　　基準画像データベース
２０　　　膜厚測定部
２１　　　膜厚測定部光学系
２２　　　膜厚算出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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