(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２方向に沿って形成されたパターン配列の上方に透光性を有する薄膜が形成されて成る基板について、前記薄膜の厚みを計測する方法であって、
前記基板に対し、いずれか一方向に沿うパターン配列を横切り、かつ他のパターン配列を横切らない領域に直線偏光となる単色光を照射してこの領域からの回折光を抽出した後、前記基板と同一種の基板に同様の条件で直線偏光となる単色光を照射したときに得られる理論上の回折光の強度と薄膜の厚みとの関係に前記抽出された回折光の強度をあてはめて計測対象の薄膜の厚みを特定することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載された膜厚測定方法であって、
前記直線偏光となる単色光が照射された領域からの反射光を前記光の照射方向に対応する方向に沿って受光して複数の回折光を抽出し、各回折光の理論上の強度が前記抽出結果に最も近くなる場合の薄膜の厚みを計測対象の薄膜の厚みとして特定する膜厚測定方法。
【請求項３】
直交する２方向にそれぞれ均等に配列された透明電極の上方に透光性を有する薄膜が形成されて成る基板について、前記薄膜の厚みを計測する方法であって、
前記基板に対し、いずれか一方の配列の電極間に他方の配列を横切るように直線偏光となる単色光を照射してこの光が照射された領域からの回折光を抽出した後、前記基板と同一種の基板に同様の条件で直線偏光となる単色光を照射したときに得られる理論上の回折光の強度と薄膜の厚みとの関係に前記抽出された回折光の強度をあてはめて計測対象の薄膜の厚みを特定することを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項４】
少なくとも２方向に沿って形成されたパターン配列の上方に透光性を有する薄膜が形成されて成る基板について、前記薄膜の厚みを計測する装置であって、
前記基板のいずれか一方向に沿うパターン配列を横切り、かつ他のパターン配列を横切らない領域に直線偏光となる単色光を照射する投光手段と、
前記基板と同一種の基板に前記投光手段による光が照射された領域からの回折光を受光するための受光手段と、
前記投光手段と同様の条件で直線偏光となる単色光を照射したときに得られる回折光の理論上の強度と薄膜の厚みとの関係を示すデータを記憶するメモリと、
前記受光手段により抽出された回折光の強度を前記メモリ内のデータと照合して計測対象の薄膜の厚みを特定する特定手段とを具備して成る膜厚測定装置。
【請求項５】
前記受光手段は、前記直線偏光となる単色光が照射された領域からの反射光を前記光の照射方向に対応する方向に沿って受光して複数の回折光を抽出する手段であり、前記メモリには、前記受光手段が抽出対象とする各回折光について、それぞれ薄膜の厚みと理論上の強度との関係を示すデータが記憶されており、
前記特定手段は、前記メモリのデータを用いて各回折光の理論上の強度が前記受光手段による抽出結果に最も近くなる場合の薄膜の厚みを抽出し、この厚みを計測対象の薄膜の厚みとして特定する請求項４に記載された膜厚測定装置。
【請求項６】
直交する２方向に沿ってそれぞれ均等に配列された透明電極の上方に透光性を有する薄膜が形成されて成る基板について、前記薄膜の厚みを計測する装置であって、
前記基板に対し、いずれか一方の配列の電極間に他方の配列を横切るように直線偏光となる単色光を照射する投光手段と、
前記投光手段による光が照射された領域からの回折光を受光するための受光手段と、
前記基板と同一種の基板に前記投光手段と同様の条件で直線偏光となる単色光を照射したときに得られる回折光の理論上の強度と薄膜の厚みとの関係を示すデータを記憶するメモリと、
前記受光手段により抽出された回折光の強度を前記メモリ内のデータと照合して計測対象の薄膜の厚みを特定する特定手段とを具備して成る膜厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板上に形成された薄膜の厚みを光学的な手法を用いて測定する技術分野に属するもので、特に、複数方向に沿って形成された配列パターンの上方に薄膜が形成された基板について、前記薄膜の厚みを計測する方法およびその方法を用いた装置に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
薄膜が形成された基板に光を照射すると、前記薄膜の表面で反射する光と、薄膜と基板との境界面で反射する光とが干渉する。この干渉光の強度は、薄膜の厚みによって異なり、また同じ基板であっても、その基板に照射される光の波長によって干渉光の強度が変化することが知られている。
【０００３】
従来の膜厚測定装置は、上記の原理に基づき、計測対象の基板に対し、所定の波長域に分布する光を照射するとともに、その基板からの反射光を複数の波長成分に分光して各波長成分毎の反射光の強度を示すスペクトルを作成し、このスペクトルをあらかじめ膜厚毎に設定された理論上のスペクトルと比較することによって前記薄膜の厚みを特定するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の膜厚測定装置により、液晶ディスプレイ用のガラス基板上の配向膜のように、所定のパターン上に積層された膜の厚みを測定する場合には、前記パターンによる影響を考慮する必要が生じる。
【０００５】
図１０（１）は、この種の基板の構成を、図１０（２）は、前記基板に光を照射したときの反射状態を、それぞれ模式的に示す。（図１０（２）は、図１０（１）の矢印Ｐの方向から見た状態である。）図中の３１は基板本体、３２は透明電極であり、この透明電極３２を含む基板表面全体が透光性を有する薄膜３３により被覆されている。このような基板に対し、透明電極３２の一部にかかるようなスポット光３４が照射されると、膜厚測定装置の受光部には、図１０（２）に示すように、本来の計測に必要な薄膜３４の表面および基板３１の表面からの反射光ａ，ｂのほかに、透明電極３２の表面からの反射光ｃ，透明電極３２により回折した光ｄなどが干渉した光が入射することになり、膜厚を正確に測定できなくなる、という問題が生じる。
【０００６】
上記の問題を解決するには、前記スポット光３４の径を小さくして透明電極３２にかからない位置に光を照射すればよい。しかしながら実際の基板では、画素を構成するために、密にマトリクス配列された電極パターンが形成されているので、電極にかからないように微小なスポット径を設定すると、焦点深度が浅くなる。また基板が上下方向に位置ずれすると、受光素子に対する基板からの反射光の結像位置が変動したり、一部の反射光が受光素子に入射しなくなるような現象が起こって、測定誤差が大きくなるという問題も生じる。
【０００７】
このため特に、インライン計測を行う場合に、測定対象の基板が上下方向に位置ずれをおこす可能性があると、安定した測定を行うのは困難となる。また基板の位置ずれを考慮しなくてよい条件下においても、測定対象の基板が複数種あって種類毎に基板や薄膜の厚みが変わるような場合には、計測対象が変わる都度、光学系の位置設定をやり直さなければならなくなり、効率が著しく悪くなる。
【０００８】
この発明は上記問題点に着目してなされたもので、透明電極のような規則性をもって配列されたパターンを具備する基板の膜厚を、パターンに影響されることなく正確に計測するとともに、基板の上下方向への位置ずれの影響を受けずに膜厚計測を行うことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる膜厚測定方法では、少なくとも２方向に沿って形成されたパターン配列の上方に透光性を有する薄膜が形成された基板を測定対象とする。ここでいうパターン配列とは、透明電極用の導電膜のような薄膜形状の物体を配列要素とするもので、複数の要素を規則性を持たせて配列した構成をいう。このパターン配列は、一般に、一定の形状の配列要素を一定の間隔をおいて配列した構成となるが、これに限らず、配列要素の大きさや間隔に違いがあっても、その違いが基板間に共通のものであれば、この配列の状態をパターン配列ということができる。
なお、このパターン配列は、基板表面に直接または厚みが既知の層を介して形成される。またパターン配列による層は一層に限らず、複数層形成される場合もある。
【００１０】
計測対象の「透光性を有する薄膜」は、一般に、液晶パネルの配向膜のように、基板表面をパターン配列とともに被覆する膜として形成される。ただし、パターンとの間に厚みが既知の層（透光性を有する層）を介在させて形成された膜を計測対象とする場合もある。
【００１１】
図１１は、基板表面上の一方向に沿うパターン配列３６の上方に透光性を有する薄膜３７が形成された構成の基板３５を模式的に示す。このような構成の基板３５に対し、前記パターンの配列３６を横切る方向に直線偏光となる単色光を照射すると、基板の表面からは、前記パターン配列による回折現象によって複数の回折光（図中、Ａ波，Ｂ波，Ｃ波と示す。）が発生する。
【００１２】
図１１のような条件で基板に光を照射した場合に得られる回折光の数，方向，および強度は、光の入射角度，波長，および基板の構造によって一意的に決まることが知られている。したがって、前記基板の構造のうち、薄膜の厚み以外のパラメータが一定であるならば、基板からの回折光の強度は、薄膜の厚みによって変動することになる。
【００１３】
この発明の方法は、上記の原理に基づいてなされたもので、複数の配列方向のうちの一方向のみに着目して、この着目した方向に沿うパターン配列を横切り、かつ他のパターン配列を横切らない領域に直線偏光となる単色光を照射してこの領域からの回折光を抽出した後、前記基板と同一種の基板に同様の条件で直線偏光となる単色光を照射したときに得られる理論上の回折光の強度と薄膜の厚みとの関係に前記抽出された回折光の強度をあてはめて計測対象の薄膜の厚みを特定するようにしている。特に液晶パネル用の基板のように、直交する２方向にそれぞれ均等に配列された透明電極の上方に透光性を有する薄膜が形成された基板を計測対象とする場合、前記直線偏光となる単色光には、いずれか一方の配列の電極間に他方の配列を横切るように照射される。
【００１４】
前記基板に、レーザー光のように直線偏光となる単色光を照射した場合、パターンの配列間隔が一定であるならば、基板やパターンの既知の構成や屈折率，照射光の入射角，波長などに基づき、前記理論上の回折光の強度と薄膜の厚みとの関係を演算により求めることができる。
ただし、膜厚の異なる複数のモデルの基板を用意して、これらの基板による実測値から前記理論上の回折光の強度と薄膜の厚みとの関係を設定することもできる。この方法によれば、パターンの配列間隔に違いがある場合にも、理論上の回折光の強度と薄膜の厚みとの関係を求めることができる。またパターンからの回折光を受光できるレベルであれば、直線偏光となる単色光と多少異なる光を使用することも可能となる。
【００１５】
上記の方法によれば、抽出された回折光は、基板上の特定のパターン配列によるもので、他のパターン配列による影響を受けない光であるから、測定上考慮すべきパラメータの数を減らして、簡単かつ精度の良い測定処理を行うことができる。特にパターンの大きさや配列間隔が一定である場合には、理論上の回折光の方向を演算により簡単に求めることが可能となるから、処理が一層、簡単化される。
しかもこの方法における計測用の光は、一配列パターンに沿う方向において十分な焦点深度を確保できるだけの大きさに設定することができる上、回折光の結像位置の強度そのものを対象とした演算を行うことによって、回折光の結像位置が変動しても、その影響を受けずに測定を行うことができるので、基板の上下方向への位置ずれの影響を受けにくくなり、測定精度を安定させることができる。
【００１６】
上記方法の好ましい態様によれば、前記基板上の直線偏光となる単色光が照射された領域からの反射光を前記光の照射方向に対応する方向に沿って受光することにより、複数の回折光を受光し、これらの回折光の理論上の強度が抽出結果に最も近くなる場合の薄膜の厚みを、前記計測対象の薄膜の厚みとして特定する。
前記反射光の受光は、たとえばＣＣＤのような受光素子を反射光が広がる範囲を横切る方向に一次元配列した構成の受光部により行うことができる。また回折光の理論上の強度が抽出結果に最も近くなる場合の薄膜の厚みを抽出する処理は、たとえば各膜厚について求めた理論上の回折光の強度と抽出された回折光の強度との最小自乗誤差を求め、誤差が最小となるときの膜厚を抽出することによって行われる。
【００１７】
測定対象の基板が上下方向に位置ずれすることがあっても、光の入射角度が一定であれば、各回折光は一定の方向に進行する。上記の態様によれば、回折光が進行する範囲を横切る方向に沿って基板からの反射光を受光することができるので、回折光の入射位置にずれがあっても、各光の位置関係から各回折光の次数を認識してその強度を正確に抽出することができ、膜厚を安定して計測することができる。
【００１８】
上記方法を実施するための膜厚測定装置は、基板のいずれか一方向に沿うパターン配列を横切り、かつ他のパターン配列を横切らない領域に直線偏光となる単色光を照射する投光手段と、投光手段による光が照射された領域からの回折光を受光するための受光手段と、前記基板と同一種の基板に前記投光手段と同様の条件で直線偏光となる単色光を照射したときに得られる回折光の理論上の強度と薄膜の厚みとの関係を示すデータを記憶するメモリと、前記受光手段により抽出された回折光の強度を前記メモリ内のデータと照合して計測対象の薄膜の厚みを特定する特定手段とを具備する。
【００１９】
前記投光手段は、たとえばレーザーダイオードのように、直線偏光となる単色光を発光可能な光源のほか、この光源からの光を前記パターン配列を横切る方向に照射するためのレンズ機構（コリメータレンズ，シリンドリカルレンズなどの複数のレンズを組み合わせたもの）などにより構成することができる。さらにこの投光手段には、レンズを通過して減衰した光の偏光比を高めるために、偏光子を組み込むのが望ましい。
【００２０】
前記受光手段は、基板の光が照射された領域から各方向に向かう光を受け付けるためのレンズ機構や、レンズ機構から各方向に広がる光を受光するように一次元配列された受光素子群などにより構成される。またこの受光手段にも、レンズ機構の前方または後方に偏光子を組み込んで、基板表面の微小な凹凸による拡散反射光や外乱光などを取り除くように構成するのが望ましい。
【００２１】
前記メモリに記憶されるデータは、たとえば、計測対象の基板と同一種の基板について、膜厚を所定量ずつ変動させたときに各膜厚について理論上得られる各次数の回折光の強度を設定したテーブルとして編集される。なお、このデータを演算により求める場合、前記膜厚測定装置には、光の入射角度，波長，基板の各層における屈折率や厚み、光照射の対象となるパターンの配列間隔、各配列要素の大きさなどのパラメータを入力する手段をもたせる必要がある。また前記したモデルの基板による測定により理論上の回折光の強度を求める場合は、これらモデルの基板による測定値を取り込んで前記テーブルを作成する手段を設定する必要がある。
【００２２】
前記特定手段は、前記メモリ内のデータを用いて計測対象の薄膜の厚みを特定するためのプログラムが設定されたコンピュータにより構成することができる。
このコンピュータは、前記投光部や受光部を同期するタイミングで作動させつつ、受光手段により抽出された回折光の強度を取り込み、この強度データをメモリ内の各膜厚毎のデータと照合する処理や、その照合結果に基づき理論上の回折光の強度が抽出結果に最も近くなる場合の膜厚を抽出する処理などを実行する。この抽出処理により特定された膜厚は、たとえばモニタに膜厚の値を表示する形で出力することができる。さらに前記コンピュータにおいて、特定された膜厚を所定のしきい値と比較する処理を行うようにすれば、膜厚が適正であるか否かを判定してその判定結果を出力するように構成することもできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施例にかかる膜厚測定装置の概略構成およびその測定方法を示す。
この膜厚測定装置は、ＴＦＴ型液晶パネルに使用されるアレイ基板上の配向膜などの膜厚を測定するためのもので、投光部１，受光部２，およびコンピュータを内蔵したコントローラ３などにより構成される。
【００２４】
前記投光部１は、レーザーダイオード４を光源とするほか、複数枚のレンズより成るレンズ機構５や偏光子６を組み合わせて構成され、受光部２は、偏光素子７，シリンドリカルレンズ８，基板９上に一次元配列されたＣＣＤ１０（以下「ラインＣＣＤ１０」という。）などにより構成される。コントローラ３は、投光部１の発光動作および受光部２のラインＣＣＤ１０の受光動作を制御するとともに、ラインＣＣＤ１０からの受光出力を用いて後記する膜厚測定処理を実行する。
なお、投光部１および受光部２は、図示しないセンサヘッド内に収容される。
【００２５】
この膜厚計測装置が計測対象とするアレイ基板１１（以下、単に「基板１１」という。）は、ガラス基板１２の表面にＩＴＯ膜による透明電極１３ａ，１３ｂをマトリクス配列した電極パターン１３や図示しない画素毎の駆動トランジスタ（ＴＦＴ）などを形成し、さらにその上方に配向膜１４を積層した構成のものである。
【００２６】
前記投光部１には、図２に示すように、レーザーダイオード４の前方に、コリメートレンズ５１およびシリンドリカルレンズ５２が配備される。レーザーダイオード４を出射したレーザー光は、コリメートレンズ５１により平行化された後、シリンドリカルレンズ５２を通過して帯状ビームに加工され、さらに前記偏光子６などを介して基板１１に照射される。
この実施例では、前記帯状ビームのビームスポットＢＭが前記基板１１の一方の配列の電極１３ａ，１３ａ間において他方の電極１３ｂの配列を横切って照射されるように、投光部１の光軸が調整される。
【００２７】
前記受光部２側のシリンドリカルレンズ８は、基板１１からの反射光の幅をラインＣＣＤ１０の画素の大きさに合わせるためのもので、ラインＣＣＤ１０は、その画素の配列方向を、シリンドリカルレンズ８を通過して各方向へと向かう反射光が広がる方向に対応させて配置される。
なお、投光部１側の偏光子６は、各レンズ５１，５２を通過する間に低下したレーザー光の偏光比を高めるためのもの、受光部２側の偏光子７は、基板１１の微小な凹凸により生じる拡散反射や外乱光の影響を除いた光をラインＣＣＤ１０に導くためのものである。
【００２８】
図３は、前記膜厚計測装置の電気構成を示す。
図中、１５は、前記したセンサヘッドである。このセンサヘッド１５には、前記レーザーダイオード４（図中、「ＬＤ」と示す。）やラインＣＣＤ１０のほか、レーザーダイオード４の発光動作をユーザーに確認させるためのモニタ用フォトダイオード１６（図中、「ＰＤ」と示す。），前記レーザーダイオード４やフォトダイオード１６を発光させるための投光用駆動回路１７，ラインＣＣＤ１０の各素子を駆動するための受光用駆動回路１８，ラインＣＣＤ１０からの受光出力を増幅するためのアンプ１９などが組み込まれる。一方、コントローラ３には、ＣＰＵ２０のほか、プログラムメモリ２１，データメモリ２２，Ａ／Ｄ変換回路２３，タイミング信号発生回路２４，電源回路２５などが組み込まれる。
【００２９】
上記構成において、電源回路２５は、コントローラ３やセンサヘッド１５の各部に電源を供給し、タイミング信号発生回路２４は、センサヘッド１５内の投光用駆動回路１７，受光用駆動回路１８，およびコントローラ３内のＡ／Ｄ変換回路２３に対し、これらを同期するタイミングで作動させるためのタイミング信号を出力する。Ａ／Ｄ変換回路２３は、前記ラインＣＣＤ１０からアンプ１９を介した受光出力をディジタル変換するためのものであり、この変換後のデータが膜厚測定のための受光データとしてＣＰＵ２０に与えられる。
【００３０】
プログラムメモリ２１には、膜厚測定のための一連の処理手順を示すプログラムが格納される。データメモリ２２には、測定中の基板１１より得た受光データのほか、後記する膜厚の判定テーブルなどが格納される。ＣＰＵ２０は、プログラムメモリ２１のプログラムに基づき、データメモリ２２に対する読み書きを行いながら一連の膜厚測定処理を実行する。
なお、このＣＰＵ２０は、外部のパーソナルコンピュータ１６（図中、「ＰＣ」と示す。）に接続されている。このパーソナルコンピュータ１６は、回折光の判定テーブルを作成するための各種パラメータを入力したり、膜厚の測定結果を受け取ってモニタに表示するなどの処理を行うために使用される。
【００３１】
つぎにこの実施例の膜厚測定装置における測定方法を説明する。
この実施例のように、２方向の電極パターンのいずれか一方の電極間に他方の電極パターンの配列を横切るような帯状のビームスポットＢＭを照射すると、前記帯状スポットＢＭに沿う方向に配列された電極（図１の場合は電極１３ｂ）のパターンによる回折現象によって、複数の回折光を含む光が発生する。これらの回折光の数，方向，および強度は、帯状ビームの入射角度，波長，基板の構成によって一意に求めることができる。
【００３２】
図４は、前記帯状ビームのビーム幅に沿う方向における基板１１の構成を示す。この基板において前記回折光の特性を規定するパラメータは、ガラス基板１２の厚みＤ１、電極１３ｂの厚みＤ２、電極１３ｂの幅Ｗ１，電極１３ｂの配列間隔Ｗ２（電極間の距離）、配向膜１４の厚みｄ（電極表面から配向膜表面までの距離をいう。）、ならびにこれら各層における屈折率などである。ここで配向膜１４の厚みｄ以外のパラメータが一定であり、基板１１への帯状ビームの入射角度，照射位置，波長が一定であるものとすると、前記回折光の特性は配向膜１４の厚みｄによって変動することになる。（以下、配向膜１４の厚みｄのことを、「膜厚ｄ」という。）
【００３３】
前記各回折光は、図５に示すように、ラインＣＣＤ１０上の異なる位置に結像するので、前記受光データから各回折光を切り分けて、各光の強度を抽出することができる。
この実施例では、上記の原理に基づき、測定対象の基板１１の材質や構成を示すパラメータに基づき、前記帯状ビームによって理論的に得られる回折光の強度と膜厚との関係を示す判定テーブルを作成し、前記データメモリ２２に登録している。そして測定時には、抽出された各回折光の強度により判定テーブルを検索して、理論上の回折光の強度が抽出結果に最も近似する場合の膜厚ｄを抽出し、この抽出された膜厚を測定結果として出力するようにしている。
【００３４】
図６は、前記判定テーブルの具体的な内容をグラフ形式にして示したもので、前記ラインＣＣＤ１０により得られた合成波形から抽出される６個の回折光について、それぞれ受光量を示す強度と膜厚ｄとの関係が個別に表されている。各回折光の受光量は、帯状ビームの入射角度、帯状ビームの波長、基板１１の既知の構成や各層における屈折率などを入力することにより求められたものである。なお、この理論上の回折光の強度は、下記の文献の理論に基づき算出することができる。
T.K.Gayloard and M.G.Moharam: "Analysis and applications of optical
diffraction by gratings", Proc.IEEE, 73. pp.894-937 (1985)
【００３５】
ただし前記判定テーブルは、必ずしも計算によって求めたデータにより作成する必要はなく、膜厚が異なる複数のモデルの基板を用意して、これらの基板の測定結果に基づき判定テーブルを作成することも可能である。
【００３６】
図７は、測定時のＣＰＵ２０の手順を示す。（図中の「ＳＴ」は各ステップを意味する。）
まず最初のＳＴ１において、前記Ａ／Ｄ変換回路２３により生成された受光データを取り込むと、つぎのＳＴ２で各回折光を抽出する。
【００３７】
つぎのＳＴ３では、前記判定テーブルより所定の膜厚について、各回折光の理論上の強度を読み出す。ついでＳＴ４では、測定された回折光の強度と理論上の回折光の強度との間の誤差δを算出する。なお、この誤差δは、同じ次数の回折光毎に理論上の強度と測定された強度との差を求め、さらにこれら差分値を自乗してその総和を求めた値（最小自乗誤差）に相当する。
【００３８】
以下、同様に、判定テーブルより膜厚毎に理論上の回折光の強度を読み出しながら誤差δを算出する。算出された誤差δは、着目中の膜厚ｄに対応づけられた状態で前記データメモリ２２に蓄積される。
こうして判定テーブルの最後のデータに対する誤差δの算出処理が終わると、ＳＴ５が「ＹＥＳ」となり、ＳＴ６において前記誤差δが最小となるときの膜厚ｄを抽出し、これを測定対象の基板の膜厚として特定する。この後、ＳＴ７で、特定された膜厚を測定結果として前記パーソナルコンピュータ１６などに出力し、処理を終了する。
【００３９】
図８は、前記膜厚毎の誤差δの算出結果の一例をグラフ化して示す。この図示例によれば、誤差δが最小となるのは、膜厚が０．１０ｎｍのときであるから、この場合の測定対象の基板の膜厚は、０．１０ｎｍと認定される。
【００４０】
このように、この実施例の膜厚測定装置の光学系では、電極パターンによる影響を考慮して膜厚測定を行うが、この影響は１次元方向における電極パターンによる影響に限定されているので、受光データに現れる回折光を次数単位で簡単に取り出すことができ、測定上考慮すべきパラメータの数を削減して、簡単かつ精度の良い測定処理を行うことができる。また上記したように、一次元方向の配列パターンによる回折光は演算により求めることができるので、モデルの基板によるティーチングが不要となり、処理を簡単化することができる。
さらに前記帯状ビームを、焦点深度を確保するのに十分な大きさに設定できるから、測定対象の基板１１が上下方向に位置ずれしても、安定した計測を行うことができる。特にこの膜厚測定装置によりインライン計測を行う場合に、測定対象の基板の種類が変更されて基板の位置が変動しても、センサヘッド１５の位置を設定し直す必要がなく、効率の良い膜厚測定処理を行うことができる。
【００４１】
また同じ種類の基板についても、基板を支持するステージの上下動などによって基板の位置が上下に位置ずれする場合があるが、この場合、図９に示すように、光の反射位置のずれにより、ラインＣＣＤ１０上における回折光の結像位置も変動してしまう。
従来の反射光の分光特性を用いた膜厚測定では、基板からの反射光を一方向に沿って分布した状態で取り出した後、その光の分布方向に沿って抽出する波長を変化させる分光処理を行うため、上記のように反射光の分布状態が変動すると、分光後のスペクトルの特性に影響が及んで測定結果が不正確になるという問題が生じる。しかしながらこの実施例の測定処理では、各回折光の強度そのものを対象とした演算を行うだけであるので、回折光の結像位置の変動による影響を受けずに精度の良い測定を行うことができる。
【００４２】
なお、上記した実施例では、配向膜の膜厚以外の基板の構成が既知であることを前提としているが、膜厚のほかに透明電極の配列間隔が不明である場合にも、先に配列間隔を求めた上で、膜厚を特定する処理を行うことができる。
【００４３】
ここで透明電極の配列間隔を求める処理の一例を説明する。
いま、基板への照射光の入射角をθi，波長をλとし、基板からのｍ次の回折光の回折角をθm，透明電極の配列間隔をΛとすると、これらのパラメータの間には、ブラッグ条件によりつぎの（２）式の関係が成立する。
Λ（sinθi−sinθm）＝ｍλ      ・・・（２）
【００４４】
一方、基板上のビームスポットの位置からラインＣＣＤ１０までの距離が設計時に基準とした距離に等しいとみなして、反射光の進む角度方向とラインＣＣＤ１０の各画素との対応関係を特定すると、ラインＣＣＤ１０における各回折光の入射位置から各回折光の仮の回折角θm´を求めることができる。
【００４５】
そこであらかじめ上記（２）式を用いて、Λの値を変更しながら、そのΛの値と既知の値である入射角θiおよび波長λとを用いて、各回折光の理論上の回折角θmを算出し、各回折角θmとΛとの関係を示すテーブルを作成しておく。そして測定時には、ラインＣＣＤ１０における各回折光の結像位置から仮の回折角θm´を求めた後、前記テーブルに設定されたΛ毎の理論上の回折角θmを順に読み出しながら、理論上の回折角θmと前記仮の回折角θm´との間の最小自乗誤差を求める。そして最終的に誤差が最小となる場合のΛの値を計測対象の透明電極の配列間隔として特定する。
このような方法により不明なパラメータであった電極の配列間隔が求められると、以下、前記図７と同様の手順を実行して基板の膜厚を測定することが可能となる。
【００４６】
なお、上記実施例の膜厚測定装置は、液晶基板の配向膜の膜厚測定に限らず、ＰＤＰやＥＬ基板など、マトリクス配列された電極パターンを具備する他の表示パネル用の膜厚測定にも適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
この発明では、基板上のいずれか一方向に沿うパターン配列のみによる回折光を抽出して、この回折光の強度を理論上の回折光の強度と薄膜の厚みとの関係にあてはめる方法によって膜厚の測定を行うようにしたから、一方向におけるパターン配列の既知の構成を利用して薄膜の厚みを精度良く測定することができる。また測定用の光として、十分な焦点深度を保つことが可能な大きさの光を設定できる上、各回折光の強度そのものを対象とした演算を行うことによって回折光の結像位置が変動してもその影響を受けずに測定を行うことができるので、基板の上下方向への位置ずれの影響を受けにくくなり、測定精度を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例にかかる膜厚測定装置の概略構成およびその測定方法を説明する図である。
【図２】投光部の概略構成を説明する図である。
【図３】膜厚測定装置の電気構成を示すブロック図である。
【図４】測定対象の基板の構成を説明する図である。
【図５】ラインＣＣＤにおける回折光の結像状態を示すグラフである。
【図６】各回折光の理論上の強度と膜圧との関係を示すグラフである。
【図７】コントローラにおける測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】最小自乗誤差の算出例を示すグラフである。
【図９】基板が上下方向に位置ずれした場合の回折光の入射位置の変動状態を説明する図である。
【図１０】透明電極パターンを具備する基板を計測する従来の方法とその問題点を示す図である。
【図１１】この発明の膜厚測定方法の原理を説明する図である。
【符号の説明】
１  投光部
２  受光部
３  コントローラ
４  レーザーダイオード
１０  ラインＣＣＤ
１１  基板
１３  電極パターン
１４  配向膜
２０  ＣＰＵ
２２  データメモリ
ＢＭ  帯状ビームスポット
【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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