(57)【要約】【課題】  膜厚測定方法及び膜厚測定装置に関し、装置構成を大幅に変更することなく、光干渉式膜厚測定方法を用いて１μｍ以下の薄膜の膜厚を精度良く且つ高スループットで測定する。【解決手段】  光源１からの照射光を測定対象物である基板２上に設けた被膜３に入射させ、被膜３からの干渉を起こした反射光を、被膜３の主面に対する照射光の入射角を変化させながら受光手段８により、ステージ移動方向と光軸のなす面方向に光の透過軸を設定した偏向フィルタを透過した光の反射強度を測定し、測定した反射光の強度変動における極小値を取る反射角から前記被膜３の膜厚を取得する。【選択図】          図１
2007078608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの照射光を測定対象物である基板上に設けた被膜に入射させ、前記被膜からの干渉を起こした反射光を、前記被膜の主面に対する前記照射光の入射角を変化させながら受光手段により、ステージ移動方向と光軸のなす面方向に光の透過軸を設けた偏光フィルタを透過した光の反射強度を測定し、前記測定した反射光の強度変動における極小値を取る反射角から前記被膜の膜厚を取得することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項２】
上記照射光或いは入射光の一方のスペクトル幅を波長フィルタにより限定することで、反射光の強度変動における極小値と膜厚の関係を調整し、測定分解能を調整し膜厚測定時の測定感度を変更可能にした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】
上記測定対象物を、裏面側が上記照射光による透過光の反射率が４％以下であり且つ反射率の面内均一性が３％以内の試料載置部材を介してステージ上に載置した状態で反射強度を測定することを特徴とする請求項１または２に記載の膜厚測定方法。
【請求項４】
測定対象物である基板上に設けた被膜を照射する光源、前記測定対象物を載置するとともに移動するステージ、前記被膜からの干渉を起こした反射光を受光する受光手段、前記受光手段或いは光源の少なくとも一方に設けたステージ移動方向と光軸のなす面方向に光の透過軸を設けた偏光フィルタ、上記偏光の受光強度の変動における極小値と予め設定した膜厚−反射角極小値特性と比較して前記被膜の膜厚を決定する比較手段とを少なくとも備えたことを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項５】
上記光源或いは受光手段の一方のスペクトル幅を限定する波長フィルタを備えるとともに、前記スペクトル幅の限定を可変にすることにより反射光の強度変動における極小値と膜厚の関係を調整することで測定分解能を調整する調整機構を備えたことを特徴とする請求項４記載の膜厚測定装置。
【請求項６】
上記測定対象物を載置するとともに、裏面側が上記照射光に対する反射率が４％以下であり且つ反射率の面内均一性が３％以内の試料載置部材を上記ステージ上に設置したことを特徴とする請求項４または５に記載の膜厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は膜厚測定方法及び膜厚測定装置に関するものであり、例えば、液晶表示装置等の製造工程において、平板上に薄膜を塗布する際に、塗布した１０００ｎｍ以下の薄膜の膜厚の分布に対しても簡単な装置構成で精度良く得るための構成に特徴のある膜厚測定方法及び膜厚測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置等の製造工程においては、フォトレジストの塗布工程或いは反射防止膜の成膜工程等の多数の薄膜の形成工程を必要としているが、このような薄膜の形成工程においては、薄膜の膜厚を均一にする必要があり、特に、液晶パネルが大型化するにともなって、製造歩留りを高めるためにはより一層の面内均一化が必要になっている。
【０００３】
従来、この様な薄膜の膜厚を非接触で測定する方法としては、干渉による偏光の変化を用いるタイプと、干渉による分光反射率の変化を用いるもの（例えば、特許文献１参照）などが知られている。
【０００４】
このうち、分光反射率を利用した膜厚計は、白色光を薄膜で反射させると、干渉のために波長によって反射強度が変動する分光反射率が得られる。
これを分光器で測定して得られた波形とのフィッティングや極大・極小解析により膜厚や光学定数を測定することができる。
【０００５】
しかし、干渉光の波長分光特性や反射角度−反射強度特性を用いる方法の多くは基板面内をポイントごとに測定する方法であり、製造ラインにおいて基板全面の膜厚均一性を一括測定することはできなかった。
【０００６】
そこで、本発明者の一人は、製造ライン上の基板全面をエリアセンサにより撮影することで、光干渉式膜厚測定方法を用い反射光の強度の極大値及び極小値と視野角との関係を利用して基板面内の膜厚分布を測定する方法（例えば、特許文献２参照）を提案しているので、ここで、図１２及び図１３を参照して、この提案による手法を説明する。
【０００７】
図１２参照
図１２は、従来の膜厚測定装置の概念的構成図であり、面光源５１、撮像用レンズ５３を備えるとともにフィルタ５４を介して所定の波長のランダム偏光した反射光のみを受光するエリアセンサ型のカラーＣＣＤカメラ５２、測定対象の薄膜を成膜した測定パネル５５、測定パネル５５を水平に載置・保持するステージ５６、及び、ステージ５６を一軸方向へ導くレール５７から構成される。
なお、面光源５１として、単色光源を用いる場合には、フィルタ５４は不要となる。  
【０００８】
図１３参照
図１３は膜厚が１０００ｎｍ，２０００ｎｍ，３０００ｎｍの時の反射角度−反射強度の関係を表したグラフであり、膜厚の変化に対して山谷の数及び位置が変動していることがわかる。
この膜厚測定方法においては、処理の高速化のために、取得データから山・谷の角度を取得し、テーブルに記述された角度との比較を行うことで膜厚を取得している。
【特許文献１】特開２００４−０６９６５１号公報
【特許文献２】特開２００４−２７９２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、反射角度−反射強度の関係で山・谷がはっきりと発生し始めるのは１μｍ（＝１０００ｎｍ）以上の膜厚が必要であり、それ以下の膜厚では山・谷の検出が難しく測定が困難になるという問題がある。
【００１０】
したがって、本発明は、装置構成を大幅に変更することなく、光干渉式膜厚測定方法を用いて１μｍ以下の薄膜の膜厚を精度良く且つ高スループットで測定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
図１は、本発明の測定原理の説明図であり、ここで、図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）上記の目的を達成するため、本発明は、膜厚測定方法において、光源１からの照射光を測定対象物である基板２上に設けた被膜３に入射させ、被膜３からの干渉を起こした反射光を、被膜３の主面に対する照射光の入射角を変化させながら受光手段８により、ステージ移動方向と光軸のなす面方向に光の透過軸を設定した偏向フィルタを透過した光の反射強度を測定し、測定した反射光の強度変動における極小値を取る反射角から前記被膜３の膜厚を取得することを特徴とする。
【００１２】
本発明者等が鋭意研究した結果、ブリュースター角付近でＰ偏光の反射率が最小になる角度を測定することにより、従来の光干渉式膜厚測定方法の基本原理を変更することなく、ランダム偏光を用いた場合には不可能であった１μｍ以下の膜厚の検出が可能になることを見いだしたものである。
【００１３】
即ち、反射光の強度変動における極小値を取る反射角度は、図１に示すように１μｍ以下の膜厚において膜厚依存性を有しているので、極小値を取る反射角度−膜厚の関係から膜厚を求めることができる。
なお、反射光の反射位置により偏光フィルタ７の透過軸に対する角度が変わるので、Ｓ偏光も不可避的に混入することになる。
【００１４】
（２）また、本発明は、上記（１）において、照射光或いは入射光の一方のスペクトル幅を波長フィルタで制限し、反射光の強度変動における極小値と膜厚の関係を調整し、測定分解能を調整し膜厚測定時の測定感度を変更可能にしたことを特徴とする。
【００１５】
このように、測定時に波長フィルタを用いて、光源側、受光側のどちらかで光源１のスペクトルを制限することにより、検出する角度と膜厚の関係を変化させることができ、任意の関係で測定を行うことができる。
【００１６】
（３）また、本発明は、上記（１）または（２）において、測定対象物を、裏面側が照射光による透過光の反射率が４％以下であり且つ反射率の面内均一性が３％以内の試料載置部材４を介してステージ６上に載置した状態で反射強度を測定することを特徴とする。  
【００１７】
この様に、Ｐ偏光の反射率は非常に低く、Ｐ偏光を利用すると光の殆どが透過してしまうため、従来のステージ面ではステージ６の色の特性が発生するが、裏面側が照射光による透過光の反射率が４％以下であり且つ反射率の面内均一性が３％以内の試料載置部材４を用いることによって裏面反射を大幅に低減することになり、反射光量が最小となる角度を測定しやすくなり膜厚の測定精度を向上することができる。
【００１８】
（４）また、本発明は、膜厚測定装置において、測定対象物である基板２上に設けた被膜３を照射する光源１、測定対象物を載置するとともに移動するステージ６、被膜３からの干渉を起こした反射光を受光する受光手段８、受光手段８或いは光源１の少なくとも一方に設けたステージ移動方向と光軸のなす面方向に光の透過軸を設定した偏光フィルタ７、偏光の受光強度の変動における極小値と予め設定した膜厚−反射角極小値特性と比較して被膜３の膜厚を決定する比較手段とを少なくとも備えたことを特徴とする。
【００１９】
この様な各部材を備えることによって、装置構成を大幅に変更することなく、従来測定が困難であった薄膜の測定が可能となり、それによって、大型画像表示装置等の低コスト化・高表示品質化に寄与するところが大きい。
【００２０】
なお、Ｐ偏光を得るための偏光フィルタ７は、受光手段８側に設けても良いし、光源１側に設けても良いし、さらには、両方に設けても良いものである。
但し、装置構成の小型化或いは低コスト化の観点からは、受光素子側に偏光フィルタ７を設けることが望ましい。
【００２１】
特に、受光手段８として、ＣＣＤカメラ等のエリアセンサ型のイメージセンサを用いた場合には、大面積の画像を一括して取得できるので、測定を簡単に且つ高速で行うことができ、また、分光器などの特殊な測定器を必要としないので装置構成を簡素化することができる。
【００２２】
（５）また、本発明は、上記（４）において、光源１或いは受光手段８の一方のスペクトル幅を限定する波長フィルタを備えるとともに、スペクトル幅の限定を可変にすることにより反射光の強度変動における極小値と膜厚の関係を調整することで測定分解能を調整する調整機構を備えたことを特徴とする。
【００２３】
このように、測定時に波長フィルタを用いて、光源側、受光側のどちらかで光源１のスペクトルを制限する際に、スペクトル幅の限定を可変にする調整機構を備えることにより、検出する角度と膜厚の関係を変化させることができ、任意の関係で測定を行うことができる。
【００２４】
（６）また、本発明は、上記（４）または（５）において、測定対象物を載置するとともに、裏面側が照射光に対する反射率が４％以下であり且つ反射率の面内均一性が３％以内の試料載置部材４をステージ６上に設置したことを特徴とする。
【００２５】
この様に、Ｐ偏光の裏面反射をなくすために、裏面側に照射光に対する反射率が４％以下であり且つ反射率の面内均一性が３％以内の光吸収部材５を設けた試料載置部材４を用いることにより、装置構成を複雑化することなく測定精度を向上することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、従来の光干渉式膜厚測定方法の基本原理を変更することなく且つ装置構成を大幅に変更することなく、従来測定が困難であった薄膜の測定が可能となり、それによって、大型画像表示装置等の低コスト化・高表示品質化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
ここで、図２乃至図９を参照して、本発明の実施の形態の膜厚測定方法を説明する。
図２参照
図２は、本発明の実施の形態に用いる膜厚測定装置の概念的構成図であり、測定対象の薄膜１３を成膜した基板１２からなる被測定試料１１、被測定試料１１を水平に載置・保持する試料載置台１４、試料載置台１４を水平に載置・保持するステージ１７、ステージ１７を一軸方向に移動させるレール１８、薄膜１３に測定用光を照射する面光源１９、撮像用レンズ２１を備えたエリアセンサ型のカメラ２０、ステージ移動方向と光軸のなす面方向に光の透過軸を設定した偏光フィルタ２２から構成される。
【００２８】
この試料載置台１４は、裏面が粗面化されるとともに測定用光に対する反射率が４％以下の黒色材料１６で被覆されたガラス基板１５からなる。
なお、反射率の面内均一性が３％以内であることが望ましい。
【００２９】
また、ステージ１７は、図示しないモータによって、カメラ２０による撮像タイミングに合わせてステップ的に、特に、カメラ２０の一画素の見込み角に対応した移動距離でステップ的に移動する。
【００３０】
また、カメラ２０が試料載置台１４の表面からＨc の高さに、試料載置台１４の法線に対してθc の角度に設置し、ステージ１７を所定ピッチで動かしながらそのつどカメラで撮影する。
【００３１】
図３参照  
図３参照
次いで、測定データからカメラの歪みおよび、射影によるひずみを取り除いて撮影順ごとに撮影した画像３１に１，２，・・・，ｍ−１，ｍと番号を振り、撮影した各画像３１のステージ上での移動ピッチに対応する垂直方向のピクセル列３２（１，２・・・，ｎ−１，ｎ列）において、同じピクセル列３２ではそれぞれ同一の反射角度での輝度となっているので、各ピクセル列３２ごとに切り出し、被測定試料１１が撮影されているピクセル列３２のみを撮影順ごとに並べる画像合成を行うことで連続視野角画像３３を作成する。
【００３２】
次いで、作成した連続視野角画像３３から、ある特定のポイントの画素３４の階調値を並べることで角度変換を行って反射角度−反射光強度特性を取得する。
【００３３】
図４参照  
図４は、干渉の原理の説明図であり、複素屈折率がＮm の基板４１上に複素屈折率がＮで厚さがｄ〔ｎｍ〕の被膜４２を堆積させた試料に波長がλのＰ，Ｓ偏光が入射角θ0 で入射した場合の反射特性はフレネルの式によって記述されることになる。
なお、ここでは計算式を簡単にするために、入射光の強度を１に規格化している。
【００３４】
ここで、被膜４２中に進入したＰ，Ｓ偏光の屈折角をθ、基板４１中に進入した光の屈折角をθm 、空気、即ち、入射媒質の屈折率をｎ0 とすると、Ｐ，Ｓ偏光の空気／被膜界面におけるフレネル係数ρ0p，ρ0s及び被膜界面におけるフレネル係数ρ1p，ρ1sは、それぞれ、
ρ0p＝（ｎ0 ／ｃｏｓθ0 −Ｎ／ｃｏｓθ）／（ｎ0 ／ｃｏｓθ0 ＋Ｎ／ｃｏｓθ）                                              ・・・  （１）
ρ1p＝（Ｎ／ｃｏｓθ−Ｎm ／ｃｏｓθm ）／（Ｎ／ｃｏｓθ＋Ｎm ／ｃｏｓθm ）
・・・  （２）
ρ0s＝（ｎ0 ×ｃｏｓθ0 −Ｎ×ｃｏｓθ）／（ｎ0 ×ｃｏｓθ0 ＋Ｎ×ｃｏｓθ）                                              ・・・  （３）
ρ1s＝（Ｎ×ｃｏｓθ−Ｎm ×ｃｏｓθm ）／（Ｎ×ｃｏｓθ＋Ｎm ×ｃｏｓθm ）
・・・  （４）
で表される。
【００３５】
すると、反射率Ｒp （λ，θ），Ｒs （λ，θ）は、Δ＝（２π／λ）Ｎｄｃｏｓθ0 とすると、
Ｒp ＝｜ρp ｜2                                                                   ＝｜〔ρ0p＋ρ1pｅｘｐ（−ｉ２Δ）〕／〔１＋ρ0pρ1pｅｘｐ（−ｉ２Δ）〕｜2                                             ・・・（５）
Ｒs ＝｜ρs ｜2                                                                   ＝｜〔ρ0s＋ρ1sｅｘｐ（−ｉ２Δ）〕／〔１＋ρ0sρ1sｅｘｐ（−ｉ２Δ）〕｜2                                             ・・・（６）
で表される。
【００３６】
ここで、光源の分光特性をＩ（λ）とすると、光源からの入射光の反射角θにおける各波長成分を含む全反射率Ｒall （θ）は、
Ｒall （θ）＝∫Ｉ（λ）Ｒ（λ，θ）ｄλ（λ：λmin →λmax ）  ・・・（７）
のように、光源の波長強度と反射強度毎の足し合わせで記述することが可能になる。
【００３７】
なお、実際には、偏光軸に対して位置的な変化が発生するため、ステージの進行軸とカメラの光軸が交わる面上の光以外は、Ｓ偏光が混入して受光素子に到達してしまう。
この場合のＳ偏光とＰ偏光の混合比は、測定ポイントとカメラの光軸中心との位置関係から決定される。
【００３８】
即ち、測定ポイントがＹ軸方向に変化した場合、測定ポイントとカメラの光軸中心との位置関係から偏光軸に対する角度のズレδを計算することができる。
上記の式（５），（６）で計算したＰ偏光とＳ偏光の反射率に対して角度のズレ分を計算することによって角度−反射特性を取得することができる。
【００３９】
具体的には、入射角θと光軸中心の入射面でｘｙ平面とのなす角をφ、カメラの光軸の傾きをγとすると、Ｐ偏光軸を透過軸としているのでＰ偏光軸に対するズレδは、
δ＝ｃｏｓ-1（ｃｏｓγ×ｃｏｓθ×ｃｏｓφ＋ｓｉｎγ×ｓｉｎθ）  ・・・（８）で表される。
【００４０】
Ｐ偏光及びＳ偏光は、Ｐ偏光軸に対するズレδに対して、それぞれＲp ／ｃｏｓδ，Ｒs ／ｓｉｎδの比率で混合されるので、上記の式（７）は、
Ｒall （θ）＝∫Ｉ（λ）〔Ｒp （λ，θ）／ｃｏｓδ＋Ｒs （λ，θ）／ｓｉｎδ〕                ｄλ（λ：λmin →λmax ）            ・・・（９）
となる。
【００４１】
また、光源の傾きやカメラの周辺減光等様々な要因での角度特性をＣ（θ）とすると、測定データＤ（θ）は、
Ｄ（θ）＝Ｃ（θ）・Ｒall （θ）      ・・・（１０）
のように特性を記述することができる。
【００４２】
この場合の角度特性Ｃ（θ）は、角度特性のわかっている基板を測定し角度特性を求め、取得した角度特性と元の角度特性の差を求めＣ( θ) を決定する。
例えば、角度特性のわかっているシリコン基板のＰ偏光取得時の角度特性をシミュレーションしてＲall （θ）を取得し、シリコン基板で実測した測定データＤ( θ) をＲall （θ）で割ることによってＣ（θ）が得られる。
【００４３】
このようにして取得したＣ（θ）用いて被測定試料から取得した画像から、角度特性Ｃ（θ）を取り除くことによって、正確な極小値を取る角度を取得することができる。
或いは、シミュレーションデータＲall （θ）にＣ（θ）の特性をかけたものと、実測データＤ（θ）を直接比較するようにしても良いものである。
【００４４】
また、多層膜であっても、下の材質が均一である場合には１層目の膜厚を測定することも可能である。
この場合、下地が一定な実測サンプルを測定しテーブルを作成しても良いし、或いは、膜厚膜質が決定している場合には先のフレネル係数を利用したシミュレーションを利用して膜厚テーブルを作成しても良い。
【００４５】
図５参照  
図５は、例えば、５４５ｎｍの波長の光に対する屈折率ｎ0 ，Ｎ，Ｎm を夫々、ｎ0 ＝１，Ｎ＝１．７２６５，Ｎm ＝１．５４１４とし、消衰係数をそれぞれ０，０．００３６４０，０とするし、Ｐ偏光を利用してシミュレーションを行った膜厚変化に対する反射角度と反射強度の関係膜厚の変化に対する極小値の関係を図示したものであり、図に示すように極小となる角度が移動する。
【００４６】
図６参照  
図６は、膜厚変化と極小値を取る角度の相関を示した図であり、図４において検出した谷位置に対する膜厚の関係としてグラフ化したものであり、膜厚の増加とともに極小値を取る角度が漸増し、９０ｎｍ付近で極大値となる。
この相関をデータベース化することによって測定した反射強度が極小値を取る角度から膜厚を求めることができる。
【００４７】
シミュレーションによりテーブル作成を行う場合には、光源の分光特性とフレネルの係数を利用することと、カメラと光源の角度特性を予め取得したデータを用いてシミュレーションデータを補正することにより正確なテーブルを作成する。
【００４８】
また、光学定数が未知で膜厚だけがわかっている場合は実際に角度特性を測定し実測データを利用したデータベースを作成する。
ここで、データベースの一例を図７に示す。
図７参照
【００４９】
しかし、Ｐ偏光を利用するため光の殆どが透過してしまうため、従来のステージ面ではステージの色の特性が発生したり偏光状態に変化が起こるが、本発明の実施の形態では、裏面反射をなくすように裏面が黒すりガラスの試料載置台１４に置くことで裏面反射を取り除き反射光量が最小となる角度を測定しやすくなったので、この事情を図８を参照して説明する。
【００５０】
図８参照
図８は、反射・ 透過率−反射角特性の説明図であり、ここでは、薄膜の膜厚が１００ｎｍの膜厚のＳ偏光及びＰ偏光の反射・ 透過率−反射角特性を示している。
図から明らかなように、Ｓ偏光では角度変化に対して常に反射率は増加、透過率は減少していることがわかる。
一方、Ｐ偏光では反射率が０に近くなる角度が存在していることがわかるが、逆にそのポイントでは光を殆ど透過していることも確認できる。
【００５１】
図９参照
図９は、Ｐ偏光の反射光強度のステージ面依存性の説明図であり、Ｐ偏光の波が極小となる角度付近においては光の殆どが裏面から抜けてしまうため、図に示すように基板を設置している下地の明るさや色合いによって極小値を取る角度が大きく変わってしまう。
【００５２】
そこで、ガラス基板上の薄膜を測定する際に、ステージ上に裏面が黒塗りのすりガラスからなるガラス基板を試料載置台１４として使用することで裏面反射をなくしその極小角度を取得するのを容易になることが分かる。
【００５３】
図１０参照
図１０は、蛍光管とカメラのＲＧＢフィルタの組み合わせによりスペクトル帯域が制限された光を利用した場合の膜厚と極小値の関係を示した説明図である。
図から明らかなように、制限されたそれぞれの領域で膜厚と角度の関係が変化しており、測定に使用する光のスペクトルを変化させることが可能であることがわかる。
【実施例１】
【００５４】
以上を前提として、図１１を参照して具体的実施例を説明する。
図１１参照
図１１は、本発明の実施例１の膜厚測定工程のフロー図であり、
まず、最初の工程として、
Ａ．画像を取得する。
画像取得工程においては、図２に示した膜厚測定装置を用いるが、面光源１９としては、蛍光灯、例えば、光源色ＥＸ−Ｎ〔ＪＩＳ規格による三波長発光型昼白色蛍光灯〕を用い、カメラの分光特性により取得する光はフィルタリングされ、光源の帯域を４６０〜６１０ｎｍに制限された状態に等しくなるようにするとともに、８００ｍｍ角サイズとし、測定エリア全面で正反射が得られるように設置する。
【００５５】
また、この試料載置台１４を構成するガラス基板１５は、裏面の表面が光を十分散乱可能な荒さのスリガラスを用いる。
また、ガラス基板１５の裏面に設ける黒色材料１６は、裏面に黒色アクリル樹脂を吹き付け塗装することにより作成する。
【００５６】
また、カメラ２０は試料載置台１４の表面からＨc ＝４３０ｍｍの高さに、試料載置台１４の法線に対してθc ＝４８°の角度に設置し、撮像用レンズの画角を４０°とすることによって、２８°〜６８°の範囲の反射角のデータを取得する。
【００５７】
また、被測定試料１１の大きさを３３００ｍｍ×４４００ｍｍとすると、カメラ２０の鉛直直下の位置から１０６４．２８７ｍｍ（＝４３０ｍｍ×ｔａｎ６８°）の位置を測定限界、即ち、測定のスタート地点として、ステージ１７を例えば１．３１ｍｍピッチで１０５８回動かしながらそのつどトリガ信号を出力してカメラで撮影する。
【００５８】
取得した画像は、画像処理装置へ転送し、この工程を測定エリアを通過するまで、即ち、被測定試料１１の後端が２８°の角度を通過するまで繰り返すことによって、画像取得工程は終了する。
【００５９】
次いで、
Ｂ．画像変換を行う。
この画像変換工程においては、測定した画像Ｄ（θ）を上述の角度特性Ｃ（θ）で割ることによってカメラの歪みを取り除き、次いで、射影によるひずみを取り除くフラット補正を行ったのち、補正画像からステージ上での１．３１ｍｍに対応するピクセル列だけ抜き取り、角度と位置の関係に治し再配置し、角度変化を取得できる連続視野角画像を合成する。
【００６０】
次いで、
Ｃ．谷検出を行う。
この谷検出工程においては、連続視野角画像から、特定のポイントの画像の反射角度−反射光強度特性、即ち、反射角度−階調特性を取得し、この特性を角度θで微分することによって階調の極値を求め、この極値の内の極小値となる反射角度を取り出す。
【００６１】
最後に、
Ｄ．膜厚変換を行う。
この膜厚変換工程においては、谷検出で取得した極小値となる反射角度と予め作成したテーブルと比較し最も角度差の小さい時の角度に対応した膜厚を膜厚値として計算する。  この工程を画像内の全点に対して行い膜厚を算出することで全工程は終了する。
【００６２】
本発明においては、移動方向の入射面方向に偏光フィルタの透過軸を設けそこから抜けてきた光の反射強度の反射角度依存性を用いることによって１μｍ以下、特に、２００ｎｍ近傍の極薄膜の膜厚を±３％程度の精度で測定することが可能になる。  
【００６３】
以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は実施例に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態においては受光装置として３ＣＣＤ型のカラーエリアセンサを用いているが、１枚のＣＣＤを用いたカラーエリアセンサを用いても良い。
また、方式はＣＣＤ方式に限られるものではなく、ＣＭＯＳ型或いはＭＯＳ型のエリアセンサを用いても良いものである。
【００６４】
また、上記の実施例において設定したカメラの傾斜角、設置高さＨ、画像を取り込む視野角は単なる一例であり、使用するカメラの解像度や、使用するレンズの開口数に応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００６５】
また、上記の実施例の説明においては、連続視野角画像取得に際しては、ステージをステップ的に移動させているが、ステージの移動はステップ的な移動に限られるものではなく、ステージを連続的に移動させながら撮像画素の１画素に対応する距離を移動する毎にトリガ信号を発生させて画像を撮像するようにしても良いものである。
【００６６】
また、上記の実施例においては、裏面を粗面化したスリガラスの裏面にコーティングする黒色材料として黒色アクリル樹脂を用いているが、Ｃｒ被膜或いは酸化Ｃｒ被膜を用い、めっき法やスパッタ法でコーティングしても良いものである。
【００６７】
また、試料載置台の基材としてガラスを用いる場合に、黒色コーティングするとともに、ガラス自体に黒色染料或いは黒色顔料を混ぜて黒色ガラスとしても良いものであり、要するに、測定に使用する波長に対する反射率が４％以下であれば良い。
特に、反射率の面内均一性を３％以内にすることが望ましい。
【００６８】
また、試料載置台の基材はガラスに限られるものではなく、黒色にコーティングしたプラスチック、黒色にコーティングした金属板を用いても良いものである。
【００６９】
さらには、資料載置台を用いることなく、ステージ自体の表面を機能メッキ法により黒色Ｃｒメッキしたり、或いは、黒色アルマイトしたＣｕの黒染を施して黒色被膜を形成しても良いものである。
【００７０】
また、実測によって得られた変動波形と理論的に求めた反射角度−反射強度曲線とをフィッティングして、膜厚だけではなく屈折率や吸収係数などの光学定数を求めることもできるものであり、演算時間と測定目的に応じて、最適な方法を選択するようにする。
【００７１】
また、上記の実施例においては、フラットパネルディスプレイにおける透明電極の膜厚の取得方法として説明しているが、透明電極に限られるものではなく、各種の金属膜、有機膜或いは無機膜の膜厚の測定に適用されるものであり、光源となる波長に対して透明或いは半透明であれば良く、例えば、サイドライト方式のバックライト或いはサイドライト方式のフロントライトにおける導光板の光出射面に設ける反射防止膜の成膜に工程にも適用されるものである。
【００７２】
また、上記の実施例においては、偏光フィルタを受光装置側に設けているが、被測定試料のサイズが比較的小さい場合には、被測定試料側に設けても良いものであり、さらには、ノイズをより低減するために、被測定試料側と受光装置側の両方に設けても良いものである。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明の活用例としては、大型液晶パネルの製造工程における各被膜の膜厚測定が典型的なものであるが、大型液晶パネルに限られるものではなく、各種のサイズの液晶パネルや、有機ＥＬ、プラズマディスプレイパネル、半導体デバイス等の電子デバイスにおける成膜工程にも適用されるものであり、さらには、板状体上に薄い被膜を塗布する工程全般に適用されるものであり、要するに、表面が平坦な基板にミクロン〜サブミクロンオーダの薄膜を成膜する全ての成膜工程に適用されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の測定原理の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に用いる膜厚測定装置の概念的構成図である。
【図３】画像合成及び角度変換の手順の説明図である。
【図４】干渉の原理の説明図である。
【図５】反射角度−反射強度特性の膜厚依存性の説明図である。
【図６】膜厚変化と極小値を取る角度の相関の説明図である。
【図７】データベースの一例である。
【図８】反射・透過率−反射角特性の説明図である。
【図９】Ｐ偏光の反射光強度のステージ面依存性の説明図である。
【図１０】膜厚変化と極小値を取る角度の相関のスペクトル帯域依存性の説明図である。
【図１１】本発明の実施例１の膜厚測定工程のフロー図である。
【図１２】従来の膜厚測定装置の概念的構成図である。
【図１３】反射角度−反射強度特性図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  光源
２  基板
３  被膜
４  試料載置部材
５  光吸収部材
６  ステージ
７  偏光フィルタ
８  受光手段
１１  被測定試料
１２  基板
１３  薄膜
１４  試料載置台
１５  ガラス基板
１６  黒色材料
１７  ステージ
１８  レール
１９  面光源
２０  カメラ
２１  撮像用レンズ
２２  偏光フィルタ
３１  画像
３２  ピクセル列
３３  連続視野角画像
３４  画素
４１  基板
４２  被膜
４３  ステージ
５１  面光源
５２  カラーＣＣＤカメラ
５３  撮像用レンズ
５４  フィルタ
５５  測定パネル
５６  ステージ
５７  レール
【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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