(57)【要約】【課題】オンライン測定においても、上記の機種ごとのばらつきや温度変化によるそり量の変化にうまく対処して、より安定して精度良く測定できる膜厚測定装置およびこれを用いた電子部品の製造方法を提供する。【解決手段】膜厚測定装置は、基板５上に形成された薄膜から向かってくる光を受光するための受光部と、受光部で受光した光を分光分析して薄膜の膜厚を導出するための分光分析部２６と、分光分析部２６における導出作業時に、基板５の表面に垂直な方向で基板５と受光部とのなす距離、および、基板５の表面に対する上記受光部の角度のうち少なくとも一方に基づいて補正を行なう補正手段としての補正部２２ｂとを備える。【選択図】        図３
2004205242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された薄膜から向かってくる光を受光するための受光部と、
前記受光部で受光した光を分光分析して前記薄膜の膜厚を導出するための分光分析部と、
前記分光分析部における導出作業時に、前記基板の表面に垂直な方向で前記基板と前記受光部とのなす距離、および、前記基板の表面に対する前記受光部の角度のうち少なくとも一方に基づいて補正を行なう補正手段とを備える膜厚測定装置。
【請求項２】
複数の製造条件の各々に対応する、前記基板の表面に垂直な方向で前記基板と前記受光部とのなす距離、または、前記基板の表面に対する前記受光部の角度の情報を保持するための情報保持部を備え、前記補正手段は前記情報保持部の情報に基づいて働くものである、請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記基板の表面に垂直な方向で前記基板と前記受光部とのなす距離、または、前記基板の表面に対する前記受光部の角度を測定するためのセンサ部を備え、前記補正手段は前記センサ部から得られる情報に基づいて働くものである、請求項１に記載の膜厚測定装置。
【請求項４】
基板上に形成された薄膜から向かってくる光を受光するための受光部と、
前記受光部で受光した光を分光分析して前記薄膜の膜厚を導出するための分光分析部とを備え、
製品設計として許容される最大膜厚をｔｍａｘ、最小膜厚をｔｍｉｎとしたとき、前記分光分析部は、
ｔｍａｘ＜ｔａ＜∞、
０＜ｔｂ＜ｔｍｉｎ
となる収束設定値ｔａ，ｔｂを設定するための第１範囲設定手段と、
ｔｂ＜ｔｃ＜ｔａ
を満たす範囲で膜厚ｔｃを導出するための第１範囲内導出手段とを含む、膜厚測定装置。
【請求項５】
前記膜厚ｔｃを求めた後に、前記ｔａより大きいｔα、前記ｔｂより小さいｔβをそれぞれ設定するための第２範囲設定手段と、
ｔβ＜ｔｃ２＜ｔα
を満たす範囲で膜厚ｔｃ２を導出するための第２範囲内導出手段とを含む、請求項４に記載の膜厚測定装置。
【請求項６】
基板上に形成された薄膜から向かってくる光を受光するための受光部と、
前記受光部で受光した光を分光分析して前記薄膜の膜厚を導出するための分析部と、
複数の製造条件の各々における、前記基板の表面に垂直な方向で前記基板と前記受光部とのなす距離、または、前記基板の表面に対する前記受光部の角度の情報を保持するための情報保持部と、
前記情報保持部の情報に基づいて前記基板と前記受光部との間の相対的位置関係を調整するための位置調整機構とを備える、膜厚測定装置。
【請求項７】
前記位置調整機構は、前記受光部を動かさずに前記基板を動かすことによって前記相対的位置関係の調整を行なうためのものである、請求項６に記載の膜厚測定装置。
【請求項８】
温度計測手段と、前記温度計測手段によって得られる温度測定値が所望の範囲内に入ってから膜厚測定作業を行なわせるための測定タイミング決定手段、または、前記基板の表面に垂直な方向で前記基板と前記受光部とのなす距離もしくは前記基板の表面に対する前記受光部の角度が一定となるような測定タイミング決定手段を備える、請求項１から７のいずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項９】
前記分光分析部における導出作業における補正に用いる補正情報を事前に取得するための較正手段を備える、請求項１から８のいずれかに記載の膜厚測定装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の膜厚測定装置を用いた電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品の製造過程や試作過程や研究開発過程等で薄膜の膜厚測定を行なう際に用いられる膜厚測定装置およびそれを用いた電子部品の製造方法に関する。なお、電子部品としては、特に、薄膜の成膜工程を有する電子部品を指す。これには、たとえば、太陽電池や各種センサや液晶表示装置や半導体装置などが含まれる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置や液晶表示装置などの電子部品の製造や研究開発において、プラズマプロセス法やスパッタ法などの成膜技術が広く用いられている。そして、この成膜技術によって形成された薄膜の各種特性を検出することにより、所望の薄膜を形成するための各種パラメータの導出を行なったり、成膜時の各種不具合を速やかに検出することが行なわれている。薄膜の各種特性のうち、特に「膜厚」は、薄膜の導電性または絶縁性などの特性のみならず、薄膜のパターン形成の良／不良に影響を及ぼし、薄膜の上層に形成される配線膜などの断線や短絡不良などにも影響を及ぼすため、製品の歩留まりや信頼性を左右する上で重要な管理項目である。
【０００３】
従来、成膜装置によって形成された薄膜の膜厚を測定する場合、膜厚の測定に多大な時間が必要であった。膜厚測定のためには対象物の搬送やハンドリングが必要であったため、搬送やハンドリングにおいて薄膜を傷つけないように細心の注意が必要であった。特に、対象物が液晶表示装置の基板である場合にはメートル級の大型基板であるため、抜き取りやハンドリングが困難であった。このため、膜厚測定装置も大掛かりなものとなり、既存ラインの空きスペースに組み込むことが困難なため、オフラインでの測定が主であった。薄膜の膜厚を測定する手法として、直接薄膜の段差を測定する触針法やエリプソメータによる測定法など、様々な手法が用いられている。
【０００４】
触針法では、傷をつけたり異物を付着させたりしてしまうおそれがあり、品質劣化や歩留り低下の原因となっていた。また、触針法では、微細なプローブなどを適切な圧力などで正確に接触させるために平坦な定盤上に静止させる必要がある。したがって、余分な測定場所やハンドリング移載などによる余分な測定時間を要した。
【０００５】
（エリプソメータを用いた膜厚測定装置）
エリプソメータを用いた膜厚測定装置は、偏光子および検光子を含む。光源からの光は、偏光子によって偏光されてワークとなる薄膜形成基板上に照射される。基板で反射された光は、検光子によって受光され、反射光の偏光状態が検出器により検出される。検出器は、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、膜厚の光学定数（屈折率、消衰係数）を求める。
【０００６】
しかし、薄膜層が基板上の金属などの配線パターンを覆うようにして形成されている場合には、配線パターンの形状によって凹凸があるため、光が散乱したり、場所によって反射光の経路が微妙に変わったりする。エリプソメータを用いた膜厚測定方法は、微小な光量変化によって測定するものであるので、これらの要因によって測定精度が劣化し、正確な膜厚の測定ができない。
【０００７】
（ダミー基板に成膜する方法）
そのため、配線パターンなどのない特定の領域を選び、その領域上に成膜を行なったり、配線パターンのないダミー基板上に成膜を行い、そのダミー基板上の薄膜の任意の点の膜厚を測定する。そして、ダミー基板上の薄膜の不具合がなくなるように成膜条件を決定し、その成膜条件を実際の生産品に適用して同様の成膜がなされていると仮定して生産を行なっていた。
【０００８】
（光干渉法）
また、基板上の凹凸の影響が少ない測定手法として、光の干渉を利用した方法（以下、「光干渉法」という。）がある。この光干渉法は、基板によって反射された光または基板を透過した光の分光スペクトルを解析することにより薄膜の膜厚を測定するものである。
【０００９】
光干渉法の一例を説明する。光源から照射された光は、基板によって反射される。たとえば、基板の表面が上側を向くように配置し、上方から光を照射した場合で考えると、上方に向かって反射される反射光は、薄膜の上面で反射する光と、薄膜を除いた基板自体の表面で反射する光とが合成されたものである。
【００１０】
分光器によって検出された反射光の波長と光強度との関係を示すグラフは、横軸を反射光の波長とし、縦軸をその光強度として示すことができる。光と光とが互いに干渉しているので、見かけ上、波長ごとに光強度に強弱が発生する。このような光の干渉は光と光との光路長差によって発生するため、薄膜の膜厚および光の照射角などに依存するといえる。すなわち、このグラフの波長−光強度の曲線形状も薄膜の膜厚によって変化することとなる。したがって、このグラフの波長−光強度の曲線形状を解析することによって薄膜の膜厚を求めることができる。
【００１１】
（光干渉法における解析手法の一つとしてのピーク・バレイ法）
光干渉法におけるこのような波長−光強度の関係曲線の解析手法として、ピーク・バレイ法と呼ばれる手法がある。この手法は、波長−光強度の関係曲線において光強度がピークとなる波長を求め、その関係式から薄膜の膜厚を求めるものである。
【００１２】
（透過光を利用した膜厚測定方法）
また、波長−光強度の関係曲線を用いた膜厚測定方法として、特開平５−１０７２６号公報（特許文献１）には、透過光を利用した膜厚測定方法の発明が開示されている。この測定法では、光源とセンサとを用い、透過性の基板を透過した光の波長−光強度の関係曲線を求める。また、ピーク・バレイ法のように単に光強度がピークとなる波長を求めるのではなく、その関係曲線が後述する理論式から求めた波長−光強度の理論関係曲線に最も近づくように薄膜の膜厚および屈折率を変化させて、膜厚を測定するものである。Ｔを薄膜の透過率、ｎ′を薄膜の屈折率、ｎ′0を空気の屈折率、ｎ′1を透明基板の屈折率、ｒ0を光が空気中から薄膜に入射するときの振幅反射率、ｒ1を光が薄膜から透明基板に入射するときの振幅反射率、δを光が薄膜中を進行する時の位相のずれ、δ0を光が空気中から薄膜に入射するときの位相のずれ、δ1を光が薄膜から透明基板に入射するときの位相のずれとすると、式（１）の関係が成立つ。
【００１３】
【数１】
2004205242.tif 000003
【００１４】
光が薄膜中を透過する際の位相のずれδは、薄膜の膜厚ｄと光の波長λとに依存するので、式（１）から波長λと薄膜の透過率Ｔとの関係を求めることができる。したがって、薄膜の膜厚ｄと薄膜の屈折率ｎ′とを変化させて、式（１）から求められる理論上の波長−光強度の関係曲線（理論関係曲線）を、実際に測定によって得られた波長−光強度の関係曲線（測定関係曲線）に最も近づけ、そのときの薄膜の膜厚ｄと薄膜の屈折率ｎ′とを測定結果とする。
【００１５】
（エリプソメータを用いた膜厚測定方法における前述以外の問題点）
エリプソメータを用いた膜厚測定装置においては、基板と偏光子および検光子との位置関係が固定されていなければならない。このため、基板の上下方向（基板を水平に設置し、上から光を照射すると仮定した場合。以下同じ。）のずれ、傾斜または振動などがある場合、薄膜の膜厚の測定が不可能になる。特に、サイズが数百ｍｍ角以上と大型で、かつ０．３〜１．１ｍｍ程度の薄型のガラス基板を用いた液晶表示装置の製造ライン中では、基板の大きなそり（部分傾斜）や振動などが生じる。ガラスのサイズ、厚み、ヤング率等機械特性、支持法、処理プロセス（残留応力）により全く異なるが、例えば５５０×６５０ｍｍサイズ０．７ｍｍ厚基板で静的に１５ｍｍ程度そる場合がある。このため、インラインで膜厚測定装置を用いるためには、部分傾斜や振動の影響を受けないように、安定した大型のステージの設置が必要になる。また、偏光子、検光子および基板の位置関係を精度良く設置して、光軸を合わせ込む必要がある。このため、基板上の複数箇所を同時に測定するのが困難であった。また、測定システムが大掛かりになるため、インラインで限られたスペースに組込むことが不可能な場合が多かった。
【００１６】
（ダミー基板に成膜する場合の問題点）
また、上述した配線パターンのないダミー基板上に成膜を行い、その薄膜の任意の点の膜厚を測定する方法では、ダミー基板に対して成膜を行なう工程が余分に必要となり、余分な膜厚測定処理が必要となる。このため、製品処理基板数当りの膜厚測定回数を減らさざるを得なくなる。よって、膜厚異常の見落としが生じたり、異常発見が遅れたりすることにより、膨大な損害が生じる場合があった。
【００１７】
（ピーク・バレイ法の問題点）
また、各種電子部品では、基板と薄膜との間に配線などとして金属膜などによる微細なパターンが形成されている。その影響をある程度小さくして膜厚を測定する方法として、上述したように光干渉法であるピーク・バレイ法が挙げられる。しかし、ピーク・バレイ法においては、測定した波長域内に光強度のピークまたはバレイが２つ以上存在しなければ、理論的に薄膜の膜厚測定が不可能である。また、光強度のピークまたはバレイが２つ以上存在する場合でも、ピークまたはバレイ付近の波長域において、薄膜による光吸収が起こると、光強度のピーク位置がずれる現象が起こる。このため、正確に膜厚測定ができないという問題があった。
【００１８】
（透過光を利用した膜厚測定方法の問題点）
また、特開平５−１０７２６号公報に開示された膜厚測定方法では、波長−光強度曲線の波形自体を解析しているため、光強度のピークまたはバレイが２つ以上なくても薄膜の膜厚測定が可能である。しかし、この測定法では、薄膜の吸収係数を考慮していない。そのため、測定波長域に薄膜による光吸収がある場合には、薄膜の吸収がない波長域に測定波長域をシフトさせる必要がある。したがって、複数の薄膜を測定する際に、波長域の異なる多数の光源が必要となり、測定する薄膜の種類により光源を切換える機構が必要である。よって、膜厚測定装置が大型化し、コストが高くなる。
【００１９】
また、広範な波長域の光照射とそれに対する解析とが必要なため、膜厚測定に時間がかかる。さらに、透過性の基板のみを対象としているため、基板が不透明の場合や、配線などの遮光膜が薄膜と基板との間に形成されている場合には、薄膜の膜厚測定が困難であったり測定精度が落ちたりする。
【００２０】
さらにまた、基板、光源およびセンサの位置関係が固定されていなければならない。基板に上下方向のずれ、傾斜または振動などがある場合には、光路が振れたりする。このため、正確に膜厚を測定することが困難である。特にサイズが数百ｍｍ角以上と大型で、かつ０．３〜１．１ｍｍ程度の薄型のガラス基板を用いた液晶表示装置の製造ライン中では、基板の大きなそり（部分傾斜）や振動などが生じる。このため、インラインで膜厚測定を行なうためには、部分傾斜や振動の影響を受けないように、安定した大型のステージの設置が必要になる。よって、膜厚測定装置が大型化する。しかも、基板およびセンサの位置関係を精度良くして光軸を合わせ込む必要がある。このため、基板上の複数箇所を同時に測定するのが困難であった。また、センサを既存ラインの空きスペースに組込むことが不可能であった。なお、センサを移動させながら複数箇所の膜厚を測定することも考えられるが、光軸を高精度に維持しつつ、高速移動させるのは困難である。このため、測定時間がかかる。
【００２１】
（従来の膜厚測定方法に共通する問題点）
上述のように従来のいくつかの膜厚測定方法では、インラインでの膜厚測定が困難であった。このため、いくつかの工程を経た後に、検査工程において基板の全面的または局部的な不良が検出される。しかし、不良が発生してからその不良が検出されるまでの間にはタイムラグがある。そのため、その間に不良品を大量に発生させてしまうという問題がある。
【００２２】
また、従来の膜厚測定方法では、膜厚測定装置の光源の劣化などの各種条件の変化から、膜厚測定装置の故障やメンテナンス時期などを予想することはできなかった。このため、膜厚測定装置の稼働率低下をもたらしていた。
【００２３】
（本願の発明者が提案し、既に公知となった技術）
薄膜の膜厚測定装置および膜厚測定方法としては、特開２０００−１９３４２４号公報（特許文献２）に開示されたものがある。また、本願の発明者は、特開２００１−４４２５４号公報（特許文献３）に開示される技術を既に提案している。これは、
「成膜装置と、
光源、
前記光源からの光を導き、基板上に形成された薄膜に対してほぼ垂直に照射する照射手段、
前記薄膜または前記基板からの反射光を受光する受光手段、
前記受光手段で受光された前記反射光を波長ごとに分光する分光手段および、
前記分光手段で分光された前記反射光の強度に基づいて、前記薄膜の膜厚を算出する算出手段を備える薄膜の膜厚測定装置とを含み、
前記薄膜の膜厚測定装置は、電子部品の製造ライン中であって、前記成膜装置による成膜が行なわれた直後に前記薄膜の膜厚測定を行なう位置に設けられている、電子部品製造装置」
であって、その目的は、不良品が発生した場合であっても不良品の発生を最小限にくい止めることができる電子部品製造装置および方法を提供することである。他の目的は、製造タクトタイムを落とすことなく高速に膜厚測定が可能な電子部品製造装置および方法を提供することである。さらに他の目的は、高精度で膜厚測定ができる電子部品製造装置および方法を提供することである。さらに他の目的は、薄膜の膜厚測定装置の故障やメンテナンス時期を予想し、薄膜の膜厚測定装置の稼働率を向上させた電子部品製造装置を提供することである。さらに他の目的は、薄膜の膜厚測定装置を小型化し、インラインで膜厚測定可能な電子部品製造装置を提供することである。
【００２４】
【特許文献１】
特開平５−１０７２６号公報
【００２５】
【特許文献２】
特開２０００−１９３４２４号公報
【００２６】
【特許文献３】
特開２００１−４４２５４号公報
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の本願発明者による先行技術に用いる膜厚測定装置本体は、少なくとも数社（オムロン、SCI社、Filmetrics社、大塚電子）で開発および製品化されており、ソフト（特にフィッティング）やハード面での多少の違いはあるが、測定の基本原理は概ね同じである。
【００２８】
たとえば、オムロン製Ｚ５ＦＭによる測定精度をグラフ化したものを図１３に示す。測定対象物はガラス基板上にＳｉＯ2膜を形成したものであり、ＳｉＯ2膜の膜厚は４通りに異なるものを用意した。グラフの横軸は設置距離（測定ヘッド先端とワーク間距離）を示し、縦軸は実際の膜厚と測定膜厚との差を示す。縦軸の値が零で安定しているほど、振動や位置ずれに対する測定誤差が小さいことを示す。このグラフからわかるように、一般的には、膜厚がある程度以上薄くなると（この例では８〜５００ｎｍ）もしくはある程度以上厚くなると（この例では１０００〜１１０００ｎｍ）、測定安定性が低くなる。しかし、実際にはそのように薄い膜や厚い膜でも精度良く測定する必要がある。
【００２９】
図１３では特に示唆していないが、たとえば、設置距離が１５ｍｍ以上となった場合は分析測定データが不連続に発散してフィットしてしまい測定不安定（測定値発散状態）となる。たとえば、５０ｎｍ程度のａ−Ｓｉ薄膜の膜厚測定で特に収束範囲を設けない場合、標準設置距離（図１３の例では横軸における１０ｍｍ）から５ｍｍ程度以上（図１３の例では横軸の１５ｍｍより遠く）振れると測定値が１００ｎｍ以上に発散した。
【００３０】
詳細なデータの提示はしないが同様のことが基板の設置角度を変化させたときもあてはまり、測定不安定となる。たとえば、５０ｎｍ程度のａ−Ｓｉ薄膜の膜厚測定において特に収束範囲を設けない場合、測定対象である基板を３°以上傾けると測定値が１００ｎｍ以上に発散した。
【００３１】
このような現象があることから、特に、基板上に形成した各種薄膜を設置後速やかに測定しようとする場合など、基板の振動で位置や角度がずれることによって、正確に測定できない場合がある。
【００３２】
また、基板上に各種薄膜を形成すると、こういった各種薄膜は通常、熱履歴を伴うので、膜の層構成や形成条件などにより基板が残留応力によって様々にそる。搬送や設置のステージ構造により液晶表示装置基板では１０ｍｍ以上、しかも正・凸にそる場合もあるし負・凹にそる場合もある。このことによっても、基板の位置や角度がずれるため、正確に測定できない場合がある。そりの量によっては測定膜厚が適度であっても測定精度が低下することもある。
【００３３】
基板の作製条件によりそり量が異なるが、特に１枚の基板内で多点測定をする場合も、場所により測定ヘッドと基板との間の距離および相対的角度がずれる。図１４に、基板１０１上に形成された薄膜（図示せず）を測定するために、測定ヘッド１０２から基板１０１に向けて光を照射し、反射光を受光する例を示す。
【００３４】
そり量などは、膜形成条件などのばらつきにより、同一機種の基板であってもばらつき、測定精度が低下することがある。
【００３５】
たとえば、膜形成用ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置や加熱炉などから出た直後などでは、基板温度の変化により上記そり量が経時的に変化し、同様の測定精度の課題がある。
【００３６】
以上を踏まえ、膜が薄い場合も厚い場合も、測定精度をより安定させる必要がある。加熱条件の違いなどによる機種ごとのそり量のばらつきが多い場合や、同一機種でも基板ごとや測定位置ごとによるそり量のばらつきが多い場合でも、測定精度をより安定させる必要がある。
【００３７】
特に、製品をオンライン測定する場合は、測定箇所が計測器の設置面積の都合などからロボット搬送中などに限られる場合が多いが、膜厚の面内分布の管理の必要性から多点測定を行なうことが望まれている。
【００３８】
そこで、本発明は、オンライン測定においても、上記の機種ごとのばらつきや温度変化によるそり量の変化にうまく対処して、より安定して精度良く測定できる膜厚測定装置およびこれを用いた電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に基づく膜厚測定装置の一つの局面では、基板上に形成された薄膜から向かってくる光を受光するための受光部と、上記受光部で受光した光を分光分析して上記薄膜の膜厚を導出するための分光分析部と、上記分光分析部における導出作業時に、上記基板の表面に垂直な方向で上記基板と上記受光部とのなす距離、および、上記基板の表面に対する上記受光部の角度のうち少なくとも一方に基づいて補正を行なう補正手段とを備える。この構成を採用することにより、補正手段によって距離および角度の変動の影響を解消することができるので、安定して精度良く測定を行なうことが可能となる。
【００４０】
上記発明において好ましくは、複数の製造条件の各々に対応する、上記基板の表面に垂直な方向で上記基板と上記受光部とのなす距離、または、上記基板の表面に対する上記受光部の角度の情報を保持するための情報保持部を備え、上記補正手段は上記情報保持部の情報に基づいて働くものである。この構成を採用することにより、複数の製造条件の各々に応じて情報保持部の情報によって補正が行なわれるので、新たな測定を行なわなくとも迅速に補正を行なうことができる。
【００４１】
上記発明において好ましくは、上記基板の表面に垂直な方向で上記基板と上記受光部とのなす距離、または、上記基板の表面に対する上記受光部の角度を測定するためのセンサ部を備え、上記補正手段は上記センサ部から得られる情報に基づいて働くものである。この構成を採用することにより、製造条件のばらつきが大きい場合や、異なる型番の製品を取り混ぜて扱う場合にも、センサ部でその都度実測して補正手段による補正に反映させることができるので、実態に即した正確な補正を行なうことができ、安定して精度良く測定を行なうことができる。
【００４２】
上記目的を達成するため、本発明に基づく膜厚測定装置の他の局面では、基板上に形成された薄膜から向かってくる光を受光するための受光部と、上記受光部で受光した光を分光分析して上記薄膜の膜厚を導出するための分光分析部とを備え、製品設計として許容される最大膜厚をｔｍａｘ、最小膜厚をｔｍｉｎとしたとき、上記分光分析部は、ｔｍａｘ＜ｔａ＜∞、０＜ｔｂ＜ｔｍｉｎとなる収束設定値ｔａ，ｔｂを設定するための第１範囲設定手段と、ｔｂ＜ｔｃ＜ｔａを満たす範囲で膜厚ｔｃを導出するための第１範囲内導出手段とを含む。この構成を採用することにより、現実的な範囲内でのみ膜厚の測定値を得ることができるので、測定膜が薄かったり標準位置からずれたりした場合でも解析値の発散領域を低減して測定可能範囲を広げることができる。したがって、データ解析の信頼性を上げることができる。
【００４３】
上記発明において好ましくは、上記膜厚ｔｃを求めた後に、上記ｔａより大きいｔα、上記ｔｂより小さいｔβをそれぞれ設定するための第２範囲設定手段と、ｔβ＜ｔｃ２＜ｔαを満たす範囲で膜厚ｔｃ２を導出するための第２範囲内導出手段とを含む。この構成を採用することにより、測定値の異常を検出して警報を発するなど適切な対応をすることが可能となる。
【００４４】
上記目的を達成するため、本発明に基づく膜厚測定装置の他の局面では、基板上に形成された薄膜から向かってくる光を受光するための受光部と、上記受光部で受光した光を分光分析して上記薄膜の膜厚を導出するための分光分析部と、  複数の製造条件の各々における、上記基板の表面に垂直な方向で上記基板と上記受光部とのなす距離、または、上記基板の表面に対する上記受光部の角度の情報を保持するための情報保持部と、上記情報保持部の情報に基づいて上記基板と上記受光部との間の相対的位置関係を調整するための位置調整機構とを備える。この構成を採用することにより、適切な位置関係に調整してから測定を行なうことができるので、測定値の信頼性を上げることができる。
【００４５】
上記発明において好ましくは、上記位置調整機構は、上記受光部を動かさずに上記基板を動かすことによって上記相対的位置関係の調整を行なうためのものである。この構成を採用することにより、受光部が動かしにくい構造である場合であっても、適切な調整を容易に行なうことができる。
【００４６】
上記発明において好ましくは、温度計測手段と、上記温度計測手段によって得られる温度測定値が所望の範囲内に入ってから膜厚測定作業を行なわせるための測定タイミング決定手段、または、上記基板の表面に垂直な方向で上記基板と上記受光部とのなす距離もしくは上記基板の表面に対する上記受光部の角度が一定となるような測定タイミング決定手段を備える。この構成を採用することにより、そり量が適切な範囲に入ってから測定を行なうようにすることができるので、精度良く測定を行なうことができる。熱や振動などによるそりや位置ずれが完全に収まる以前であっても、測定精度に関して許容できる程度であれば、測定タイミング決定手段によって測定開始のタイミングを早め、測定対象物の製造処理時間を短縮することができる。
【００４７】
上記発明において好ましくは、上記分光分析部における導出作業における補正に用いる補正情報を事前に取得するための較正手段を備える。この構成を採用することにより、較正手段を用いてより信頼性の高い補正情報を得ることができるので、測定値の信頼性を上げることができる。
【００４８】
上記目的を達成するため、本発明に基づく電子部品の製造方法は、上記のいずれかの膜厚測定装置を用いる。この構成を採用することにより、安定して精度良い膜厚測定を行なうことができるので、信頼性の高い電子部品を容易に製造することができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
（測定データの変動の検討）
本発明に基づく実施の形態の説明に入る前に、既存の膜厚測定装置における測定データの変動の様子について説明する。
【００５０】
既存の膜厚測定装置であるオムロン製のＺ５ＦＭ−２００を用いた場合の測定データの一例を、図１、図２に示す。これらは、ａ−Ｓｉ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2／ガラス構造のサンプルにおいて、ａ−Ｓｉの膜厚を３通り用意し、これらのａ−Ｓｉ膜の膜厚をそれぞれ測定したものである。
【００５１】
図１は、測定対象物までの距離の変動による影響を示すグラフである。このグラフの横軸はセンサヘッド先端と測定対象物との間の距離を示すが、オムロンがこの機種について指定する標準距離は８０ｍｍであるので、横軸は８０ｍｍからの相対的な変動量を示す。縦軸は測定値として得られる膜厚の値を示す。
【００５２】
図２は、同様に、測定時の角度の変動による測定値への影響を示すグラフである。このグラフの横軸に表す角度としては、センサヘッドの軸が測定基板の面に対して垂直をなす向きを角度０として、相対的に角度を表している。
【００５３】
センサヘッド先端と測定対象物との間の距離の情報と、測定対象面に対するセンサヘッドの角度の情報とを合わせて、以下、「ヘッド位置情報」というものとする。
【００５４】
（実施の形態１）
（構成）
図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における膜厚測定装置について説明する。装置本体１には出射用と受光用の光ファイバを共に束ねた光ファイバ束２を介して測定ヘッド３が接続されている。図３は、製造ラインにおいて使用するための構成例を示している。なお、出射用と受光用との光ファイバのヘッドは共に束ねる代わりに個別に分けられて光軸が調整されていてもよい。搬送用のロボットアーム４は水平方向にのみ移動するとする。ロボットアーム４上に載置された基板５の表面に形成された薄膜（図示省略）を測定対象とする。膜厚の測定は、成膜装置（図示省略）から取り出された直後に行なうものとする。図３ではロボットアーム４の上面は平坦に描かれているが、実際は基板５をＵ字形の支持部材に載せるなどして部分的に支えている場合もあり、その場合、基板５は通常、支持部材の形状に応じてそっている（そり具合は図示省略）。あるいは、処理履歴によっては熱や残留応力などによってもそっている。
【００５５】
ロボットアーム４の載置面には穴４ａがあいており、ロボットアーム４の下側には、較正用基板６が取り付けられている。較正用基板６は穴４ａを通して上側から見えるようになっている。この膜厚測定装置においては、測定対象物を載せていない状態のときに適宜（たとえば１日３回）、較正用基板６を用いて較正を行なう。
【００５６】
この膜厚測定装置は、装置本体１内に情報保持部２１と、総合分析部２２とを備えている。総合分析部２２は、データ解析部２２ａと、補正手段としての補正プログラムを保持する補正部２２ｂとを含んでいる。情報保持部２１には、電子部品の製造条件（いわゆるレシピ）とその製造条件で成膜した場合のヘッド位置情報との対応関係が予め記憶されている。情報保持部２１に記憶させる情報としては、具体的な製造条件の代わりに、電子部品の機種番号や型番を用いてもよい。
【００５７】
情報保持部２１には、このほかに、図２、図３に示した特性情報が補正データとして保持されている。
【００５８】
装置本体１内にはこのほかに、光源２４と、測定制御部２３と、分光分析部２６と、測定データベース２５とが備えられている。
【００５９】
（作用・効果）
光源２４から出た光は測定ヘッド３から測定対象物である基板５の表面に照射され、反射光は測定ヘッド３によって受光される。このやりとりの制御は、測定制御部２３によって行なわれる。測定制御部２３が得た光に対して、分光分析部２６が、分光分析を行ない、分光結果を総合分析部２２に渡す。
【００６０】
総合分析部２２ではまずデータ解析部２２ａが分光結果を解析して、膜厚の値を求める。総合分析部２２は予め与えられている測定対象物の製造条件情報または型番を基に、情報保持部２１から該当するヘッド位置情報を引き出し、これを利用して該当する補正データを引き出す。この補正データを基に補正部２２ｂにおいて補正プログラムにより膜厚の値を補正し、膜厚の測定結果とする。
【００６１】
なお、補正前後の膜厚の値は測定データベース２５に蓄積される。これは、突発的なそり量変化などが後で判明した場合に、補正のやり直しや確認が容易に行なえるようにするためである。
【００６２】
なお、この例では、膜厚の測定値の補正を補正プログラムによって行なったが、補正は手動で行なってもよい。あるいは別の補正用装置で行なってもよい。あるいは工程管理装置などで自動的に補正されることとしてもよい。工程管理装置によって工程管理を行なう場合は、膜厚が基準範囲から外れると警報を発したり成膜装置を停止させたりするようにすることが好ましい。
【００６３】
なお、測定対象となる薄膜としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの導電膜、ＳｉＮやＳｉＯ2などの絶縁膜、ａ−Ｓｉなどの半導体膜、ポリイミドなどの有機薄膜などが挙げられるが、これらに限られるものではない。
【００６４】
（実施の形態２）
（構成）
本発明に基づく実施の形態２における膜厚測定装置は、基本的に実施の形態１における膜厚測定装置と同様であるが、図４に示すように位置センサ７を備える。位置センサ７は、基板のそりなどによる測定ヘッド３と基板５との間の距離の変化や傾きを実測するものであり、これによって、ヘッド位置情報を得る。実測した値は一旦、情報保持部２１に保存される。
【００６５】
（作用・効果）
総合分析部２２は、位置センサ７によって得たヘッド位置情報を基に、情報保持部２１から該当する補正データを引き出し、補正プログラムによって、測定制御部２３から受け取った膜厚の値に対して補正を行なう。こうして補正された値が測定結果となる。
【００６６】
位置センサ７による測定は、基板の相対的な傾きを知るために、図５に示すように基板５の複数の箇所に順次移動して行なわれることが好ましい。あるいは、位置センサを基板５上方の複数の異なる位置に配置してそれぞれ測定することとしてもよい。
【００６７】
製造条件のばらつきが多い場合や製造対象の型番による管理が煩雑となる場合には、実施の形態１のような方式とするよりも、本実施の形態における膜厚測定装置のように位置センサで、その都度実測値を得て利用することとした方が都合が良い。
【００６８】
（実施の形態３）
（構成）
本発明に基づく実施の形態３における膜厚測定装置は、基本的に実施の形態１または２に示した膜厚測定装置と同様であるが、データ解析部２２ａは、第１範囲設定手段と、第１範囲内導出手段とを備えている。
【００６９】
製品として許容できる膜厚の上限をｔｍａｘ、製品として許容できる膜厚の下限をｔｍｉｎとすると、第１範囲設定手段は、ｔｍａｘ＜ｔａ＜∞，０＜ｔｂ＜ｔｍｉｎとなる値ｔａ，ｔｂを設定するためのものである。たとえば、ｔｍ＝（ｔｍａｘ＋ｔｍｉｎ）／２としたときｔａ＝２ｔｍａｘ−ｔｍ，ｔｂ＝２ｔｍｉｎ−ｔｍとする。第１範囲内導出手段は、分光結果のデータ解析を行ない、膜厚の値ｔｃを、第１範囲設定手段によって設定されたｔａ，ｔｂによって規定される範囲ｔａ＞ｔｃ＞ｔｂの中で導出するためのものである。
【００７０】
製品試作段階から生産開始段階で、ｔａおよびｔｂの各々の値は、発散解が製造許容値の範囲（ｔｍａｘ，ｔｍｉｎ）から外れない程度に、なるべく大きく設定することで、突発的な膜厚不良の検出可能範囲を広げることができる。
【００７１】
一例として、ｔａ＝２ｔｍａｘ−ｔｍ、ｔｂ＝２ｔｍｉｎ−ｔｍの値に設定し、約５０００枚の基板処理を行なったところ、ほぼ正確に膜厚を測定でき、かつ、膜厚異常の見落としはなかった。
【００７２】
（作用・効果）
この膜厚測定装置では、分光分析部２６から総合分析部２２へと分光結果が渡されると、総合分析部２２のデータ解析部２２ａは、第１範囲設定手段により、値ｔａ，ｔｂを設定する。さらに、データ解析部２２ａは、第１範囲内導出手段によりデータ解析を行ない、ｔａ＞ｔｃ＞ｔｂの範囲内でｔｃを導出する。
【００７３】
こうして得られたｔｃを解析結果として補正部２２ｂに渡す。補正部２２ｂにおける補正処理は、実施の形態１において説明したのと同様に行なわれる。
【００７４】
（実施の形態４）
図６を参照して、本発明に基づく実施の形態４における膜圧測定装置の動作について説明する。
【００７５】
実施の形態４は、実施の形態３で説明した膜厚測定装置のより好ましい形態の一例である。本実施の形態では、データ解析部２２ａは、第２範囲設定手段と、第２範囲内導出手段とを備えている。第２範囲設定手段は、ｔａよりも大きなｔαと、ｔｂよりも小さなｔβとを設定するためのものである。たとえば、ｔα＝２ｔｍ，ｔβ＝０と設定する。第２範囲内導出手段は、分光結果のデータ解析を行ない、膜厚の値ｔｃ２を、第２範囲設定手段によって設定されたｔα，ｔβによって規定される範囲ｔα＞ｔｃ２＞ｔβの中で導出するためのものである。ｔｃ２の導出は、ｔｃの導出の後で行なっても先に行なってもよい。
【００７６】
このように２つの収束範囲を設けてそれぞれ導出を行なう理由について図６を参照して説明する。「１次収束範囲」とは、ｔａ，ｔｂに挟まれる範囲を意味し、「２次収束範囲」とは、ｔα，ｔβに挟まれる範囲を意味する。１次収束範囲でのデータ解析の中で、成膜変化のトレンドを抽出し、トレンドが許容値を超えた場合には異常処理を行う。また、１次収束範囲での解析結果がＯＫであっても、２次収束範囲での解析結果がＮＧの場合は、その原因が膜厚異常なのか測定精度不良なのか判別できないので、警報を発するなどの処理を行なう。この場合、手動または自動で、オフラインエリプソ測定などにより膜厚を測定する。その結果、膜厚が異常の場合、製造物の廃棄または再処理を行なう。膜厚が正常な場合、そのまま製造処理を進める。
【００７７】
ｔαおよびｔβの各々の値についても、発散解が製造許容値の範囲（ｔｍａｘ，ｔｍｉｎ）から外れない程度に、なるべく大きく設定することで、突発的な膜厚不良の検出可能範囲を広げることができる。
【００７８】
一例として、ｔα＝２ｔｍ、ｔβ＝０の値に設定し、約５０００枚の基板処理を行なったところ、ほぼ正確に膜厚を測定でき、かつ、膜厚異常の見落としはなかった。
【００７９】
（実施の形態５）
図７を参照して、本発明に基づく実施の形態５における膜厚測定装置について説明する。基板支持ピン１１を上下に移動させるための位置調整機構２８を備えている。この膜厚測定装置の補正部２７では、補正プログラムによってデータ上の補正を行なう代わりに、位置調整機構２８を駆動し、ロボットアーム４に組み込まれた複数の基板支持ピン１１（ロボットアーム４への組込み方は図示していない。）を上下に移動させることで、測定対象物である基板１０の上下方向の位置を微調整する。測定ヘッドと基板との間の距離は、装置本体１内に保持された製造条件ごとのそりデータを参照して、それぞれ標準測定距離になるように調整される。複数のピンの突出し量を個別に制御することで角度補正も可能である。
【００８０】
図７では製造条件ごとのそりデータを予め保持した構成を示しているが、そりデータを予め保持する代わりに、図８に示すように、測定ヘッド３に位置センサ７を設けて、その都度測定ヘッド３と基板１０との相対的位置関係を実測して補正を行なうようにしてもよい。
【００８１】
本実施の形態では、特に、出射側と受光側とのヘッドが個別に分かれて精密に光軸調整された状態で固定されている場合などに適しており、受光部としての測定ヘッド３を動かさずに基板１０側を動かすことができるので測定精度が良くなり、好ましい。
【００８２】
（実施の形態６）
本発明に基づく実施の形態６における膜厚測定装置においては、さらに温度計測手段と、温度計測手段によって得られる温度測定値が所望の範囲内に入ってから膜厚測定作業を行なうようにするための測定タイミング決定手段とを備える。他の構成はこれまでの実施の形態に示した構成と同様である。温度計測手段とは、たとえば、図９に示すように、測定対象物の温度を非接触で測るための温度センサ１３である。測定タイミング決定手段は、たとえば、測定制御部に作業プログラムとして設けることができる。あるいは、温度計測手段を設ける代わりに、タイマなどの採用により、一定時間待ってから膜厚測定作業を開始するような設定としてもよい。
【００８３】
このような温度の監視や一定時間の待機によって、そり量が許容範囲に入るまで待ち、それから膜厚測定作業を行なう。この場合、そり量の変化は必ずしも止まる必要はなく、あくまで許容範囲内に収まればよい。これにより処理時間の短縮を図ることができる。
【００８４】
たとえば、ある基板サイズで下層構造を有するところにａ−Ｓｉ膜をＣＶＤ法によって厚さ５０μｍ程度形成した場合、６０℃以下に下がるまで待つこととすれば、そりが±０．５ｍｍの範囲内に収まり、測定ヘッド３と測定対象物との間の距離が安定する。このようにそり量が許容範囲内になるような温度になったことを温度測定手段によって確認してから膜厚測定作業を行なうことが好ましい。
【００８５】
あるいは、温度測定手段の代わりにタイマを用いる場合であれば、たとえば、６２０ｍｍ×７５０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの基板サイズで、ａ−Ｓｉ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2／Ｇｌａｓｓの下層構造を有するａ−Ｓｉ膜であってＣＶＤ法で厚さ５０ｎｍ程度に形成したものの場合、成膜処理室から取出し後約２００秒待つことによって、温度が自然に低下し、そり量が±０．５ｍｍに収まる。したがって、図１０に示すように、成膜室から取出してから膜厚測定開始までの間の時間Ｔを所望の長さ以上にするようにタイマを設定すればよい。
【００８６】
なお、十分な冷却時間を稼ぐ目的と装置のメンテナンス性を考慮し、膜厚測定装置は成膜装置のロードロック室などのように成膜装置本体の内部に設置するよりも、成膜装置から取り出したところ、あるいは次工程（たとえば、パターニング用のレジスト塗布装置内でレジスト塗布前に）前後で測定してもよい。本発明に基づく膜厚測定装置の測定ヘッドは、エリプソメータを用いた膜厚測定装置などと異なり比較的コンパクトであるので、既存のラインなどに後付けによっても採用することができ、容易に測定システムを構築することができる。
【００８７】
また、処理タクトを短縮するため、処理後の測定までの時間短縮を行ないたい場合などは、基板温度が十分には下がっていなくとも、そり量が一定となるように何らかの処理を施した後に測定してもよい。上述の各実施の形態を適宜組合せてもよい。たとえば、位置センサにより測定ヘッドと測定対象物との間の距離を測定したり、測定対象物の位置を微調整することで補正を行なったりしてもよい。
【００８８】
なお、上述の各実施の形態の膜厚測定装置においては、図３に示したように、基板搬送装置などに較正用基板を取付けておくことが好ましい。
【００８９】
（測定例）
図１１、図１２に、本発明に基づく膜厚測定装置によって測定した例を示す。サイズ６２０ｍｍ×７５０ｍｍ、厚み０．７ｍｍの基板で、成膜処理室から取出した後約２００秒以上経過しそりが安定化しても、表面の高さの差の最大値が約３５ｍｍであった。この基板の中央部と、基板端部から約５０ｍｍの位置との２ヶ所において膜厚測定を行った。図１１、図１２に示すようにピーク・バレーがほとんど不明であり、これは従来の膜厚測定方法ではきわめて測定困難な例である。層構成は、ガラス基板上にａ−Ｓｉ／ＳｉＮ／ＳｉＯ2／Ｇｌａｓｓと多層になっており、成膜時の設定膜厚は５０ｎｍとなっていた。推定面内ばらつきは±３ｎｍ以内であった。このようなきわめて薄いａ−Ｓｉ膜の膜厚は、従来測定が困難であったが、この膜接測定装置を用いることによって、中央部では図１１に示すように膜厚４７．１３ｎｍという測定結果を得ることができ、端部から約５０ｍｍの位置では図１２に示すように膜厚４７．２４ｎｍという測定結果を得ることができた。
【００９０】
（電子部品の製造方法）
上述の膜厚測定装置を用いて、薄膜の成膜工程を有する電子部品を製造することができる。電子部品としては、太陽電池や各種センサや液晶表示装置や半導体装置などが挙げられる。本発明に基づく膜厚測定装置では、安定して精度良い測定を行なうことができるので、信頼性の高い電子部品を用意に製造することができる。
【００９１】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、補正手段によって距離および角度の変動の影響を解消することができるので、安定して精度良く測定を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をなすに当たって参考となった、既存の膜厚測定装置での測定対象物までの距離の変動による測定値への影響を示すグラフである。
【図２】本発明をなすに当たって参考となった、既存の膜厚測定装置での角度の変動による測定値への影響を示すグラフである。
【図３】本発明に基づく実施の形態１における膜厚測定装置の概念図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態２における膜厚測定装置の概念図である。
【図５】本発明に基づく実施の形態２における膜厚測定装置の測定ヘッドが移動しながら測定している様子の説明図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態４における膜厚測定装置の動作のフローチャートである。
【図７】本発明に基づく実施の形態５における膜厚測定装置の概念図である。
【図８】本発明に基づく実施の形態５における膜厚測定装置で測定している様子の説明図である。
【図９】本発明に基づく実施の形態６における膜厚測定装置の測定ヘッドの説明図である。
【図１０】本発明に基づく実施の形態６における膜厚測定装置で設定可能な膜厚測定開始のタイミングについての説明図である。
【図１１】本発明に基づく膜厚測定装置による測定データの第１の例のグラフである。
【図１２】本発明に基づく膜厚測定装置による測定データの第２の例のグラフである。
【図１３】従来技術に基づく膜厚測定装置の測定精度を示すグラフである。
【図１４】従来技術に基づく膜厚測定装置の測定原理を示すグラフである。
【符号の説明】
１  装置本体、２  光ファイバ、３  測定ヘッド、４  ロボットアーム、４ａ穴、５，１０  基板、６  較正用基板、７  位置センサ、１１  基板支持ピン、２１  情報保持部、２２  総合分析部、２２ａ  データ解析部、２２ｂ，２７補正部、２３  測定制御部、２４  光源、２５  測定データベース、２６  分光分析部、２８  位置調整機構、１０１  基板、１０２  測定ヘッド。
【図１】
2004205242.tif 000004
【図２】
2004205242.tif 000005
【図３】
2004205242.tif 000006
【図４】
2004205242.tif 000007
【図５】
2004205242.tif 000008
【図６】
2004205242.tif 000009
【図７】
2004205242.tif 000010
【図８】
2004205242.tif 000011
【図９】
2004205242.tif 000012
【図１０】
2004205242.tif 000013
【図１１】
2004205242.tif 000014
【図１２】
2004205242.tif 000015
【図１３】
2004205242.tif 000016
【図１４】
2004205242.tif 000017