(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示装置用カラーフィルタの着色膜の膜厚を分光干渉式で測定する膜厚測定装置において、８００ｎｍ以上の波長を使用し、着色膜の反射光の分光反射率から干渉による極大、極小波長を全て求め、極大、極小値を与える波長に対応した仮の干渉次数での膜厚を該全ての中の複数につき計算し、計算された複数の膜厚値のばらつきが一番小さい干渉次数を真の干渉次数として、その真の干渉次数により算出された膜厚値の平均値を以って着色膜の膜厚とすることを特徴とする着色膜の膜厚測定装置。
【請求項２】
液晶表示装置用カラーフィルタの着色膜の膜厚を分光干渉式で測定する膜厚測定方法において、８００ｎｍ以上の波長を使用し、着色膜の反射光の分光反射率から干渉による極大、極小波長を全て求め、極大、極小値を与える波長に対応した仮の干渉次数での膜厚を該全ての中の複数につき計算し、計算された複数の膜厚値のばらつきが一番小さい干渉次数を真の干渉次数として、その真の干渉次数により算出された膜厚値の平均値を以って着色膜の膜厚とすることを特徴とする着色膜の膜厚測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分光干渉式により液晶表示装置用カラーフィルタの着色膜の膜厚を非接触で測定する膜厚測定装置、及び膜厚測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、透明膜に対しては分光干渉式による非接触膜厚測定が実用化され、液晶表示装置用カラーフィルタの製造工程でも透明なレジスト膜の膜厚測定で使用されている。これらの装置の使用する波長範囲は４００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度のものである。
着色膜にこれを適用しようとすると、着色膜に含まれる顔料による吸収の影響で干渉による極大、極小が部分的に欠落してしまう。そして、この欠落する波長域は赤（Ｒｅｄ）、緑（Ｇｒｅｅｎ）、青（Ｂｌｕｅ）でそれぞれ異なる。
【０００３】
また、短波長側は、着色膜の形成に用いる材料がフォトレジストの場合、そのフォトレジストが感光してしまうので、パターン露光前のフォトレジストの膜厚測定には使用できない。そのため、緑（Ｇｒｅｅｎ）や青（Ｂｌｕｅ）レジストでは、実際に使用できるのは８００ｎｍ以上に限定される。
また、着色膜の一般的な膜厚範囲は１μｍ〜３μｍであるが、膜厚が薄い時に緑（Ｇｒｅｅｎ）や青（Ｂｌｕｅ）レジストでは極大、極小数が少なく分光干渉式でうまく測定できず、分光干渉式による非接触膜厚測定は使われていない。
【０００４】
そのため、膜の一部を鋭利な刃物で掻き取り、膜表面部とガラス基板部の段差を作り、そこを触針式の段差計で測定して膜厚を測っている。このような方法は、測定の準備や測定に時間が掛かる上に、破壊計測となり、ロスが生じるという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタの着色膜を分光干渉式で測定する際に、着色膜に含まれる顔料の吸収の影響を受けず、受光素子が分光器の高次光の影響を受けず精度よく短時間で膜厚測定が可能な、また、パターン露光前のフォトレジストの膜厚測定が可能な着色膜の膜厚測定装置、及び膜厚測定方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
また、本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタの着色膜の膜厚を分光干渉式で測定する膜厚測定装置において、８００ｎｍ以上の波長を使用し、着色膜の反射光の分光反射率から干渉による極大、極小波長を全て求め、極大、極小値を与える波長に対応した仮の干渉次数での膜厚を該全ての中の複数につき計算し、計算された複数の膜厚値のばらつきが一番小さい干渉次数を真の干渉次数として、その真の干渉次数により算出された膜厚値の平均値を以って着色膜の膜厚とすることを特徴とする着色膜の膜厚測定装置である。
【０００９】
また、本発明は、液晶表示装置用カラーフィルタの着色膜の膜厚を分光干渉式で測定する膜厚測定方法において、８００ｎｍ以上の波長を使用し、着色膜の反射光の分光反射率から干渉による極大、極小波長を全て求め、極大、極小値を与える波長に対応した仮の干渉次数での膜厚を該全ての中の複数につき計算し、計算された複数の膜厚値のばらつきが一番小さい干渉次数を真の干渉次数として、その真の干渉次数により算出された膜厚値の平均値を以って着色膜の膜厚とすることを特徴とする着色膜の膜厚測定方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による着色膜の膜厚測定装置の一実施例の概略の構成図である。図１に示すように、本発明による着色膜の膜厚測定装置は、光源部１、２分岐ファイバー２、対物レンズ３、分光器４、演算部５から構成されているものである。
【００１１】
光源部１は、電球１０とカットフィルタ９を備える。電球１０は、近赤外域の光を効率よく放出するハロゲン電球を使用し、更に効率を高めるため、金コーティングリフレクタを使用するのが望ましい。カットフィルタ９は、８００ｎｍ以下の波長をカットし、感光性のあるカラーレジストに対してパターン露光前の膜厚測定を可能とすると同時に、分光器の高次光が受光素子に入るのを防ぐ。
【００１２】
２分岐ファイバー２は、光源部１に接続している部分が投光用で、分光器４に接続している部分が受光用である。それぞれ光ファイバー数１００本を束ねたもので、途中でそれらが１本にまとめられている。
この束の中で、投光用と受光用の光ファイバー１本１本は入り交じって束ねられ、対物レンズ３に接続している面では均等に両方の光ファイバーが配置されるようになっている。また、光ファイバーは近赤外光を透過するようにＧｅ（ゲルマニウム）ドープしたものなどを使用する。
【００１３】
対物レンズ３により入射光が被測定物であるガラス板８上の着色膜１１に集光される。対物レンズ３により、着色膜１１までの距離変動を焦点深度以内に吸収する。
ガラス板８上の着色膜１１からの反射光は、対物レンズ３、２分岐ファイバー２を経由して分光器４に入る。分光器４は回折格子、リニアアレイ等から成る分光器部６と、分光器部６の制御と信号をデジタル変換する制御部７から成る。
回折格子とリニアアレイ素子の組み合わせで使用する波長が決まるが、９００ｎｍ〜１６００ｎｍ程度の波長範囲を使用すれば、一般的な着色膜の膜厚１μｍ〜３μｍ程度の測定には十分である。
【００１４】
分光器４は，パーソナルコンピュータ、キーボード、マウス、ディスプレイモニタ等から構成される演算部５に接続され、ここで、演算を行い膜厚値を算出する。また、分光器４の制御やユーザーインターフェイス処理を受け持つ。
【００１５】
上記のように、本発明による着色膜の膜厚測定装置は、近赤外域の光を効率よく放出するハロゲン電球を光源とし、８００ｎｍ以下の波長をカットした波長を使用するので、感光性のあるカラーレジストに対してパターン露光前の膜厚測定を可能とすると同時に、分光器の高次光が受光素子に入るのを防ぐものとなる。
【００１６】
分光干渉法では垂直入射時に以下に示す数式（１）で膜厚を算出する。
ｄ＝λ２  λ１  ／［２（ｎ１  λ２  −ｎ２  λ１  ）］    ・・・・（１）
ここで、λ１  、λ２  は隣り合う極大値、または極小値の波長、ｎ１  、ｎ２  はそれぞれ波長λ１  、λ２  での膜の屈折率である。
【００１７】
図２は、青（Ｂｌｕｅ）レジストをガラス板に塗布したサンプル（着色膜）の分光反射率グラフである。図２に示すように、干渉により生じる波は長波長側に行くに従い、周期が伸びていくので極大、極小点の誤差が生じ易い。また、数式（１）ではλ１  、λ２  という２つの測定誤差を含むので誤差が大きくなりやすい。
また、本発明では８００ｎｍ以上の波長を使用するが、受光素子も分光感度特性から可視光用で一般的なシリコンフォトダイオードリニアアレイは使用できず、ＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウム砒素）などを使用するので、素子数が限られる。
また、温度変化の影響を受け易いという問題がある。以上から単純に数式（１）を用いたのでは正確に膜厚を求められない。
上記のような問題に対し、本発明は、正確に着色膜の膜厚を測定できるものである。以下に、実際に膜厚を算出する手順を説明する。
【００１８】
まず、分光反射率を計算する。反射率が既知の光学ガラスＢＫ７等を予め本膜厚測定装置でリファレンスとして測定し、その分光反射強度を得る。続いて、被測定物を測定し、その分光反射強度から以下の数式（２）で被測定物の分光反射率Ｒｓ  を計算する。
Ｒｓ  （λ）＝［ｒｓ  （λ）／ｒｒ  （λ）］×Ｒｒ  （λ）・・・（２）
ここで、ｒｒ  （λ）とｒＳ  （λ）は、リファレンスと被測定物の分光反射強度、Ｒｒ  （λ）はリファレンスの分光反射率である。
【００１９】
反射光は、膜の表面で反射した光Ｒ１  と、膜を透過して基板との境界面で反射して戻ってくる光Ｒ２  から成る。Ｒ２  は膜内を往復して戻ってくるのでＲ１  との間に行路差がある。この行路差により生ずるＲ１  とＲ２  間の位相差がちょうど２πだと、強められ、ちょうどπだと、弱められる。
また、光は光学的に疎な媒質を進行してきて密な媒質との境界面で反射を受けた時、位相がπ変化する。屈折率は空気１．０、膜１．６、ガラス板１．５程度であるので、Ｒ１  の位相はπ変化する。
従って、垂直入射の場合、膜厚ｄ、膜屈折率ｎで、光学的行路差２ｎｄが波長λの整数倍の時、その波長の光は弱められて極小値が現れ、（整数＋０．５）倍の時には極大値が現れる。
【００２０】
つまり、干渉次数ｍを整数として、
・λが極小波長のとき、
２ｎｄ＝ｍλ              ・・・・・・・（３）
・λが極大波長のとき、
２ｎｄ＝（ｍ＋０．５）λ  ・・・・・・・（４）
が成り立つ。従って、分光反射率波形から極大値又は極小値を与える波長を求めて、ｍとｎを与えれば膜厚ｄが計算できる。
ｄ＝ｍλ／２ｎ  （極小値の場合）    ・・・・・・・（５）
ｄ＝（ｍ＋０．５）λ／２ｎ  （極大値の場合）  ・・（６）
【００２１】
ここで、ｍを求めるためには以下の手順を取る。
１）、分光反射率波形から全ての極大値と極小値を取る波長（λ１、λ２、λ３、・・・）を求める。λ１、λ２、λ３、・・・の算出は分光反射率データを微分処理して得られるデータの符号が変わる部分が極値となる。更に具体的には符号が−から＋に変わるのが極小値を与える波長で、＋から−に変わるのが極大値を与える波長である。
２）、１）で得られた極大、極小値を与える波長リストに対して、一番短い波長に対して極小値なら仮の干渉次数を任意の整数、極大値なら（整数＋０．５）として与える。次の波長は最初の波長が極小値なら、極大値、最初の波長が極大値なら極小値を取るので、（最初の次数−０．５）となる。
極大、極小値を与える波長リストは波長の短い順に並べると、極大、極小が交互に現れるので、一番短い波長から干渉次数は0.5ずつ減少する。このようにして波長リスト全ての波長で数式（５）と数式（６）を使ってｄ１、ｄ２、ｄ３、・・・を求める。
３）、次に、最初に与える干渉次数を１増やして、上記２）と同様の計算を行う。これを３回〜９回程度行う。尚、これは測定しようとする膜の光学特性やと膜厚により変わるが、１μｍ〜３μｍ厚のカラーフィルタ用着色膜の場合は３回〜９回程度で十分である。
これにより、極大、極小値波長リストに対する複数の干渉次数のセットと、その干渉次数を用いて計算した膜厚の表が得られる。
４）、各干渉次数セットで計算したｄ１、ｄ２、ｄ３、・・・の最大値と最小値の差を求め、これを最小とするときの干渉次数セットを求める。
【００２２】
次に、この干渉次数セットを用いてｄを計算する。極大、極小波長リストに対して得られたｍと、その波長における着色膜の屈折率ｎを数式（５）、もしくは数式（６）に与えて、複数の膜厚が算出される。この平均値を計算して膜厚とする。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
＜実施例１＞
実施例１として、青（Ｂｌｕｅ）レジストをガラスに塗布したサンプル（着色膜）のケースを示す。このサンプル（着色膜）の膜厚を触針式で測定したところ、膜厚は１６９０ｎｍであった。図２はその分光反射率グラフである。このデータより極大、極小波長リストを求めると、表１のようになる。
【００２４】
【表１】
0003937748.tif 000002
【００２５】
この極大、極小波長リストの最初の極小波長９２６ｎｍにおける仮の干渉次数を５（ケース１）、６（ケース２）、７（ケース３）と変えて膜厚値を数式（５）、数式（６）で計算する。
次に極大、極小波長リスト２番目の９９６ｎｍでは極大値なので９２６ｎｍに比べて干渉次数は０．５ずつ小さくして、４．５、５．５、６．５と変えて膜厚値を計算する。同様にして全ての極大、極小波長リスト波長に対して膜厚値を計算すると表２のようになる。
【００２６】
【表２】
0003937748.tif 000003
【００２７】
尚、ここでは仮の干渉次数セットを3種類計算したが、想定される膜厚の範囲により適宜増やせば良い。
【００２８】
次に、ケース毎に計算した膜厚の（最大値−最小値）を計算すると、ケース２の場合が５８と一番小さくなるので、この時の仮の干渉次数を選択する。そしてこの時の各極大、極小波長で計算した膜厚１７２２、１７０１、１６８６、１６７５、１６６９、１６６４の平均値を取って、１６８６ｎｍを最終的な膜厚値とする。この値と触針式にて測定した１６９０ｎｍとの差は４ｎｍで十分一致している。
【００２９】
一方、従来の数式１を用いて計算すると、表３のようになり平均値を取って１８０７ｎｍとなり、触針式にて測定した１６９０ｎｍとの差は１１７ｎｍと大きな差がある。
【００３０】
【表３】
0003937748.tif 000004
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、８００ｎｍ以上の波長を使用し、着色膜の反射光の分光反射率から干渉による極大、極小波長を全て求め、極大、極小値を与える波長に対応した仮の干渉次数での膜厚を該全ての中の複数につき計算し、計算された複数の膜厚値のばらつきが一番小さい干渉次数を真の干渉次数として、その真の干渉次数により算出された膜厚値の平均値を以って着色膜の膜厚とする着色膜の膜厚測定装置であるので、精度よく膜厚測定が可能な着色膜の膜厚測定装置となる。また、８００ｎｍ以上の波長を使用するので、着色膜に含まれる顔料の吸収の影響を受けず、受光素子が分光器の高次光の影響を受けず短時間で膜厚測定が可能で、かつ、パターン露光前のフォトレジストの膜厚測定が可能な着色膜の膜厚測定装置となる。
【００３４】
本発明は、８００ｎｍ以上の波長を使用し、着色膜の反射光の分光反射率から干渉による極大、極小波長を全て求め、極大、極小値を与える波長に対応した仮の干渉次数での膜厚を該全ての中の複数につき計算し、計算された複数の膜厚値のばらつきが一番小さい干渉次数を真の干渉次数として、その真の干渉次数により算出された膜厚値の平均値を以って着色膜の膜厚とする着色膜の膜厚測定方法であるので、精度よく膜厚測定が可能な着色膜の膜厚測定方法となる。また、８００ｎｍ以上の波長を使用するので、着色膜に含まれる顔料の吸収の影響を受けず、受光素子が分光器の高次光の影響を受けず短時間で膜厚測定が可能で、かつ、パターン露光前のフォトレジストの膜厚測定が可能な着色膜の膜厚測定方法となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による着色膜の膜厚測定装置の一実施例の概略の構成図である。
【図２】青（Ｂｌｕｅ）レジストをガラス板に塗布したサンプル（着色膜）の分光反射率グラフである。
【符号の説明】
１……光源部
２……２分岐ファイバー
３……対物レンズ
４……分光器
５……演算部
６……分光器部
７……制御部
８……ガラス板
９……カットフィルタ
１０……電球
１１……着色膜
【図１】
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【図２】
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