(57)【要約】【課題】形成した薄膜の膜厚の良否を、定量的かつ迅速に判定する方法を提供する。【解決手段】形成した薄膜に光を照射して得られる反射光をカラーカメラで撮影してその出力信号を色度に変換し、形成する薄膜について予め理論的に求めておいた膜厚と色度との関係から、この求めた色度に対応する膜厚を求め、検査領域全体について、この求めた膜厚と基準膜厚との差およびその度数分布を求め、この度数分布と、予め設定しておいた小さい膜厚差では度数の閾値が高く、大きい膜厚差になるに従って度数の閾値が急激に減少してゼロになる閾値曲線とを比較し、度数分布の全体が閾値曲線以下であれば、形成した薄膜の膜厚が良好であると判定し、度数分布の全体が閾値曲線内に収らない部分があれば不良と判定することを特徴とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形成した薄膜に光を照射して得られる反射光をカラーカメラで撮影してその出力信号を色度に変換し、
形成する薄膜について予め理論的に求めておいた膜厚と色度との関係から、この求めた色度に対応する膜厚を求め、
検査領域全体について、この求めた膜厚と基準膜厚との差およびその度数分布を求め、
この度数分布と、予め設定しておいた小さい膜厚差では度数の閾値が高く、大きい膜厚差になるに従って度数の閾値が急激に減少してゼロになる閾値曲線とを比較し、
度数分布の全体が閾値曲線以下であれば、形成した薄膜の膜厚が良好であると判定し、度数分布の全体が閾値曲線内に収らない部分があれば不良と判定することを特徴とする膜厚の検査方法。
【請求項２】
反射光を薄膜表面の法線から２５度以内の角度から撮影する請求項１記載の膜厚の検査方法。
【請求項３】
基準膜厚が、検査領域全体について求めた膜厚の中で最低の膜厚である請求項１記載の膜厚の検査方法。
【請求項４】
基準膜厚が、形成する薄膜に対して設定した膜厚である請求項１記載の膜厚の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の膜厚を検査する方法に関する。低反射層、光学情報記録媒体層等を構成する多層薄膜等の膜厚を検査領域全体について検査し、その良否を定量的かつ迅速に判定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜の膜厚を測定する方法として、電気的測定法、光学的測定法、触針式測定法等が知られている。中でも分光反射率法が、非接触、測定の信頼性などの観点から広く用いられており、反射光を光電変換素子によって少なくとも２色の電気信号に変換後、その電気信号を膜厚に換算する方法（例えば、特許文献１参照）、赤色光、緑色光および青色光を試料に照射した時の反射光を受光して測定反射率を求め、理論反射率と比較して膜厚を求める方法（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３１１０２０号公報（段落［００１０］）
【０００４】
【特許文献２】
特開平１１−１５３４１６号公報（段落［０００６］）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来提案されている方法は、個々の場所における膜厚を精度良く測定するものや、そのばらつきを視覚的に表示し、判定するものであって、全体として薄膜が所定の厚さになっているかどうかを定量的かつ迅速に判定できるものではない。
【０００６】
本発明の目的は、多層薄膜等の膜厚を検査領域全体について検査し、基準膜厚との差の度数を考慮し、その膜厚の良否判定を定量的かつ迅速に行う方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、形成した薄膜に光を照射して得られる反射光をカラーカメラで撮影してその出力信号を色度に変換し、
形成する薄膜について予め理論的に求めておいた膜厚と色度との関係から、この求めた色度に対応する膜厚を求め、
検査領域全体について、この求めた膜厚と基準膜厚との差およびその度数分布を求め、
この度数分布と、予め設定しておいた小さい膜厚差では度数の閾値が高く、大きい膜厚差になるに従って度数の閾値が急激に減少してゼロになる閾値曲線とを比較し、
度数分布の全体が閾値曲線以下であれば、形成した薄膜の膜厚が良好であると判定し、度数分布の全体が閾値曲線内に収らない部分があれば不良と判定することを特徴とする膜厚の検査方法である。
この方法によって、薄膜の検査領域全体について、その膜厚の良否の判定を定量的かつ迅速に行うことが可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
薄膜は、通常、単独に存在することはなく、基板上に設けられた薄膜、または多層薄膜等であって、例えば、光学情報記録媒体のＧｅＳｂＴｅ薄膜層、反射防止膜の二酸化ケイ素と酸化チタンからなる多層膜等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【０００９】
薄膜の構造（層数、各層の厚さ、各層の屈折率）が定まれば、その膜での分光反射率は理論的に求められる（例えば、藤原史郎編　石黒浩三ほか著「光学薄膜」共立出版発行）。また、分光反射率と照明光の分光分布とから、その時知覚される色度が一意に求められる（例えば、桑原五郎ほか著「光学技術」共立出版発行）。
【００１０】
従って、作製した薄膜に光を照射し、その反射光を測定し、それを色度として把握し、一方、形成しようとする薄膜の材料の屈折率、層数、各層の厚さから、理論的に求められる分光反射率およびそれに対応する色度を求め、両者を比較して、形成した薄膜の膜厚を求めることができる。
【００１１】
本発明においては、上記公知の方法で求めた薄膜の膜厚について、検査領域全体について基準膜厚との差およびその度数分布を求め、この度数分布曲線と予め設定した閾値曲線と比較し、度数分布曲線の全体が閾値曲線以下であれば、形成した薄膜の膜厚は良好と判定し、度数分布の全体が閾値曲線内に収らない部分があれば不良と判定する。
【００１２】
図１は本発明の膜厚の検査方法に使用する装置の構成の一例を示す図である。図２は本発明の膜厚を検査する工程の一例を示す流れ図である。
基板２上に設けられた薄膜１に光源３から光２１を照射する。光源としては、通常、ハロゲンランプ、蛍光灯、キセノンランプ等が使用されるが，これに限るものではない。
【００１３】
薄膜は単層でも多層でもよい。薄膜表面、薄膜と基板との境界面、更に多層膜の場合には各層の境界面からの反射光２２をカラーカメラ４で撮影する（Ｓ２）。カメラとしては、通常、カラーＣＣＤカメラが用いられる。カラーＣＣＤカメラで撮影した反射光は、通常、赤色、緑色、青色の３原色（ＲＧＢ）の出力信号２３として出力される。
【００１４】
電気信号は検査演算部５の画像入力部１１に送られる。検査演算部は、通常、コンピュータ・システムを利用してソフトウェア的に構築されている。画像入力部では出力信号２３がデジタル化される。次に色度演算部１２でこの信号が色度に変換される（Ｓ３）。なお、カラーＣＣＤカメラからの出力信号がデジタル信号である場合、そのまま色度演算部で色度に変換される。この色度は、通常、検査領域全体の画素毎に求められる。
色度表示に使用する表色系は特に限定されるものではなく、ｘｙ色度、ｕ’ｖ’色度、Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間などが挙げられる。
【００１５】
なお、反射光は薄膜表面の法線から２５度以内の角度から撮影するのが、同一膜厚差によって生じる色差が大きくなり、判定が容易になるので好ましい。
【００１６】
理論反射率・色度演算部１４では、薄膜の構造（層数、各層の厚さ、各層の屈折率）から分光反射率およびそれに対応する色度が予め理論的に求められており（Ｓ１）、この理論的に求めた膜厚と色度との関係から、反射光を撮影して求めた色度に対応する膜厚が求められる（Ｓ４）。
この時、光源の分光分布が撮影領域内で完全に均一ではないこと、ＣＣＤ素子の出力のばらつき、反射面が完全な平面ではないために生じる散乱光の影響などによって、実際に求めた色度は必ずしも理論的に求めた色度と膜厚の関係を示す曲線上には乗らず、若干ずれる。そこで、色度から膜厚を求める際には、求めた色度の直近の曲線上の点を求め、それに対応する膜厚値を採用する。
この膜厚は、通常、検査領域全体の画素毎に求められる。
【００１７】
検査領域として、カメラで撮影した画像全体、連続撮影した場合の全画像、または撮影した画像のうちの一部を設定しても良く、目的によって適宜選択される。
【００１８】
得られる膜厚から、検査領域全体について基準膜厚との差およびその度数分布が求められる（Ｓ５）。基準膜厚として、検査領域全体について求めた膜厚の中で最低膜厚または形成する薄膜に対して設定した膜厚が用いられる。すなわち、膜厚差として、最低膜厚との差、または設定膜厚との差の絶対値が用いられる。
【００１９】
全体として薄膜の膜厚を評価する場合、膜厚差が大きい個所が１箇所でもあれば不良と判定し、また膜厚差が比較的小さく、そのような個所が少なければ良好とするが、そのような個所が多数ある場合は不良として判定する。
本発明では、予め、小さい膜厚差では度数の閾値が高く、大きい膜厚差になるに従って度数の閾値が急激に減少してゼロになる閾値曲線を設定しておき、先に求めた膜厚の度数分布とこの閾値曲線とを比較し、度数分布の全体が閾値曲線以下であれば、形成した薄膜の膜厚が良好であり、度数分布に閾値曲線内に収らない部分があれば、不良と判定し、その結果が出力２４される（Ｓ６）。この出力を基に薄膜の良否の仕分けが行われる。
なお、閾値曲線の具体的な値は、判定基準によって適宜設定される。
また、これらの演算および判定は、コンピューターシステムによって迅速に行われ、閾値曲線によって定量的に判定される。
【００２０】
本発明においては、最表面層の膜厚の良否として判定する。多層膜の場合、下層の膜厚は、それぞれ良好と判定される膜厚であったとしても、所定の膜厚との多少の差を有しており、これが最表面層の膜厚の算出に影響する。仮に最表面層そのものは良好と判定される膜厚であったとしても、最表面層の膜厚が不良と判定されることがあるが、これは所定の膜厚との多少の差が積算された結果であり、多層膜全体としての膜厚が不良とみなされる場合である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明を実施例で具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２２】
アクリルフィルム基板（設定厚さ：１ｍｍ、屈折率：１．４９）上に、ロールコート法によって、順次、基板側から、ＺｒＯ２微粒子を含有する紫外線硬化型樹脂からなる第２層（設定厚さ：９０ｎｍ、屈折率：１．７２）、熱硬化型シラン樹脂からなる第１層（設定厚さ：８０ｎｍ、屈折率：１．４４）を形成し、二層膜を作製した。
図３は、この二層膜の表層側の第１層について、理論的に求めたｘｙ色度と膜厚の関係を示す図である。
【００２３】
形成した二層膜の表面を、光源として蛍光灯面光源を用いて照射し、その反射光を二層膜の表面の法線から４度の角度からカラーＣＣＤカメラ（ＳＯＮＹ社製：ＸＣ−００３）で撮影した。カラーＣＣＤカメラからのデジタル信号を色度に変換し、予め求めておいた色度と膜厚との関係から、この色度に相当する膜厚を求めた。撮影画像全体を検査領域として、検査領域全体の画素毎に膜厚を求めた。
この膜厚と、その内で最低の膜厚（基準膜厚）との差について画素毎に求めた。その結果を図４に示す。
【００２４】
次にこの膜厚差の度数分布を求めた。その結果を図５に示す。図５には、予め求めておいた小さい膜厚差では度数の閾値が高く、大きい膜厚差になるに従って度数の閾値が急激に減少してゼロになる閾値曲線を破線で示してある。具体的には、膜厚差が０．６ｎｍ以下では度数の閾値が２００、膜厚差が０．７ｎｍでは度数の閾値が１００、膜厚差が０．８ｎｍでは度数の閾値が５０、膜厚差が０．９ｎｍでは度数の閾値が２５，膜厚差が１．０ｎｍでは度数の閾値が１２，膜厚差が１．１ｎｍでは度数の閾値が６，膜厚差が１．２ｎｍ以上では度数の閾値が０に設定されている。この場合、膜厚差の度数分布に閾値曲線以下にならない部分があるので、膜厚は不良と判定される。
【００２５】
上記と同様に作製した別の二層膜についての結果を図６、図７に示す。図６は画素毎の膜厚差を示し、図７は膜厚差の度数分布および閾値曲線を示す図である。この場合、度数分布全体が閾値曲線以下となっているので、膜厚は良好と判定される。
【００２６】
膜厚差が大きい同一の個所について角度を変えて反射光を撮影した時の色差を求めた。その結果を図８に示す。法線からの角度が小さいほど色差が大きくなり、判定が容易になる。この図から法線からの角度が２５度以下で撮影するのが好ましい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、形成した薄膜の検査領域全体について、その膜厚の良否を定量的かつ迅速に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜厚の検査方法に使用する装置の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の膜厚を検査する工程の一例を示す流れ図である。
【図３】実施例の二層膜について、理論的に求めたｘｙ色度と膜厚の関係を示す図である。
【図４】実施例の二層膜について、画素毎に求めた膜厚差を示す図である。
【図５】実施例の二層膜について、膜厚差の度数分布と閾値曲線を示す図である。
【図６】実施例のもう一方の二層膜について、画素毎に求めた膜厚差を示す図である。
【図７】実施例のもう一方の二層膜について、膜厚差の度数分布と閾値曲線を示す図である。
【図８】反射光の撮影角度と色度の関係を示す図である。
【符号の説明】
１　薄膜
２　基板
３　光源
４　カメラ
５　検査演算部
１１　画像入力部
１２　色度演算部
１３　膜厚演算部
１４　理論反射率・色度演算部
１５　度数分布演算部
１６　膜厚良否判定部
１７　閾値曲線設定部
２１　照射光
２２　反射光
２３　出力信号
２４　判定出力信号
【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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