(57)【要約】【課題】予めパターンが形成された基板の全面に塗布された塗布膜の膜厚を十分な精度で測定できる膜厚測定方法を提供することを目的とする。【解決手段】ガラス基板等からなる基板１上にブラックマトリクス２とカラーフィルタ（３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ）パターンとからなるパターン４と非パターン領域に膜厚測定用パターン５を形成し、処理基板１０を作製する。さらに、スリットコート方式等により処理基板１０上に塗布膜６を形成し膜厚測定用基板１０ａを作製し、分光干渉法で膜厚測定用パターン５上の塗布膜６の膜厚測定を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンが形成された基板上に塗布された塗布膜の膜厚を非接触で測定する膜厚測定方法であって、前記パターンが形成された基板の非パターン部に塗布膜と異なる光学定数を有する膜厚測定用パターンを予め形成した後塗布膜を形成し、前記膜厚測定用パターン上の塗布膜を分光干渉法で測定することを特徴とする塗布膜の膜厚測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカラーフィルタ等のパターンが形成された塗布基板の塗布膜厚を非接触で測定する膜厚測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイや有機ＥＬなどに使用されるカラーフィルタの膜厚は分光透過率に対する影響が大きく、ディスプレイの表示特性に大きく影響する因子であるため、膜厚変動に対する寄与が最も高い塗布工程で、基板内の複数ポイントを膜厚測定して規定値内に入っているかどうかをモニタリングしている。
【０００３】
塗布膜の膜厚を測定する際に、従来は塗布膜の一部を刃物で掻き取ってガラス面を出して、触針式段差計にてガラス面と膜面の段差部を測定して膜厚を測定していた。
この場合、破壊計測になるので、測定に使用した塗布基板はロスになる。しかし、最近では測定ロスを出さないために非接触で膜厚を測定できる分光干渉式膜厚測定が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
これは、塗布膜に光を照射し、膜表面からの反射光と膜を通過して膜と基板境界面で反射して戻ってくる光を分光器で捕らえ、前者と後者の光の位相差により生ずる干渉を測定する分光干渉方式はシンプルな測定ヘッド、振動などに対するロバスト性、１．５μｍ程度の膜厚測定に対して繰り返し精度１０ｎｍ以下と必要十分な測定精度を持つことなどからこの分野で多用されている。
【０００５】
液晶ディスプレイ用のカラーフィルタではブラックマトリクス、Ｒｅｄフィルタ、Ｇｒｅｅｎフィルタ、Ｂｌｕｅフィルタ等のカラーフィルタパターンを形成後、最近ではカラーフィルタの表面を平滑化する目的でＯＣ（Ｏｖｅｒ  Ｃｏａｔ）、カラーフィルタとＴＦＴ基板間のギャップを一定に保つためカラーフィルタに突起を設けるＰＳ（Ｐｈｏｔｏ  Ｓｐａｃｅｒ）、液晶分子の向きを変えて視野角を広げるためにカラーフィルタに突起を設けるＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ  ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）等を設けている。
【０００６】
これらのパターンを形成するには、基板全面に塗膜を形成した後、パターン露光、現像等のフォトリソグラフィ技術を用いるのが一般的である。
すでにカラーフィルタパターンが形成された基板上の塗布膜の膜厚を上記分光干渉方式で測定する場合、カラーフィルタパターンのセルサイズが５０μｍから２００μｍ程度であるため、カラーフィルタパターン内で測定しようとすると測定スポットサイズも数十μｍ以下に絞る必要がある。スポットサイズを絞ると焦点深度が浅くなるため、測定前にフォーカシングを実行し、測定スポット位置も正確に位置決めする必要がありコスト、測定時間の増大につながる。
従って、実際のスポット径は数ｍｍ程度としてフォーカシング不要で精密位置決め不要なカラーフィルタパターン以外の領域を測定している。塗布膜厚変動を把握するにはこれで十分だからである。
【０００７】
ここでＯＣ膜、ＰＳ膜やＭＶＡ膜の光学定数は消衰係数ｋがほとんど０で屈折率ｎが１．５４程度とガラス基板に非常に近いため、ＯＣ膜、ＰＳ膜やＭＶＡ膜とガラス基板界面での反射が極わずかで膜表面での反射光との間で生ずる干渉の強度が微弱であるため、分光干渉方式による精度の高い膜厚測定ができないという問題がある。
【特許文献１】特開２００３−０４２７２２号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために、予めパターンが形成された基板の全面に塗布された塗布膜の膜厚を十分な精度で測定できる膜厚測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に於いて上記問題を解決するために、本発明では、パターンが形成された基板上の塗布膜の膜厚を非接触で測定する膜厚測定方法であって、前記パターンが形成された基板の非パターン部に塗布膜と異なる光学定数を有する膜厚測定用パターンを成した後塗布膜を形成し、前記膜厚測定用パターン上の塗布膜を分光干渉法で測定することを特徴とする塗布膜の膜厚測定方法としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、予めパターンが形成された基板の非パターン部に測定したい膜と異なる光学定数を持つ膜厚測定用パターンを設け、膜厚測定用パターン上の塗布膜の膜厚を分光干渉法で測定することで、光学定数が基板と近い値を持つ塗布膜であっても十分な精度で膜厚の測定が可能となる。
また、膜厚測定用パターン上の塗布膜の膜厚を分光干渉法で測定することで、工程数を増やさずに分光干渉法を適用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態につき説明する。
図１（ａ）は、基板１上にブラックマトリクス２とカラーフィルタ（３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ）パターン等からなるパターン４と膜厚測定用パターン５を形成した処理基板１０の模式平面図を、図１（ｂ）は、処理基板１０をＡ−Ａ’線で切断した模式構成断面図を、図１(ｃ)は、処理基板１０上にＯＣ膜からなる塗布膜６を形成した膜厚測定用基板１０ａの模式構成断面図をそれぞれ示す。
ここで、ＯＣ膜からなる塗布膜６はブラックマトリクス２とカラーフィルタ（３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ）パターン形成後、表面の平滑性を上げるために形成されているものである。
【００１２】
ここで、パターン４以外の領域Ｂに形成された塗布膜６の膜厚測定について説明する。図４は、ガラス基板からなる基板１上に形成されたＯＣ膜からなる塗布膜６に光を照射した時の光学反射特性の一例を示す説明図である。
屈折率ｎ1の塗布膜６から屈折率ｎ2の基板１への垂直入射時の膜界面での振幅反射率ｒと、反射強度Ｒとは以下のように表せるのでｎ1とｎ2の差が小さいと反射はほとんど生じない。
ｒ＝（ｎ1−ｎ2）／（ｎ1＋ｎ2）、Ｒ＝ｒ2となる。
ここで、塗布膜６の光学定数はガラス基板の屈折率ｎ＝１．５２と０．０２程度しか違わないため、塗布膜６表面側から光を入射したとき、塗布膜６と基板１界面とでの反射がわずかとなり、塗布膜６表面で反射する光との間で生ずる位相のずれによる干渉がほとんど生じないので、測定誤差が発生する。
【００１３】
そこで、図１（ａ）に示すように、ブラックマトリクス２を形成する時にカラーフィルタ（３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ）パターン等からなるパターン４の形成領域外に複数の膜厚測定用パターン５を形成するようにする。
これにより、膜厚測定用基板１０ａでは、膜厚測定用パターン５上に塗布膜６が形成され
た構成になり、塗布膜６と膜厚測定用パターン５界面で生じる反射により塗布膜６表面での反射光との間で干渉が生じる。
【００１４】
図３は、ガラス基板からなる基板１上に形成された塗布膜６と、膜厚測定用パターン５上に形成された塗布膜６とに白色光を垂直入射しその反射強度を近赤外域の分光器で計測し分光反射率を計算した結果である。膜厚測定用パターン５上に形成された塗布膜６では十分な干渉強度が得られている。
【００１５】
以下、本発明の膜厚測定方法について具体的に説明する。
図５は本発明の膜厚測定方法で用いた測定装置の構成例を示す。
まず、ガラス基板等からなる基板１上にブラックマトリクス２とカラーフィルタ（３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ）パターンとからなるパターン４と非パターン領域に膜厚測定用パターン５を形成し、処理基板１０を作製する（図１（ａ）及び（ｂ）参照）。
ここで、膜厚測定用パターン５は、ブラックマトリクス形成時に同時に非パターン領域に形成される。
膜厚測定用パターン５の位置、個数については塗布膜の塗布方法等によりモニタリングしたいポイントが異なるので塗布方式に合わせて適宜設定される。
また、膜厚測定用パターン５の大きさは測定ステージの移動誤差、膜平坦性を考慮し、膜厚測定スポットサイズより数ｍｍ程度大き目に設定すれば良い。
図１（ａ）の膜厚測定用パターン５の配置例は、塗布膜の塗布方式としてスリットコート方式を用いた場合の一例である。
【００１６】
次に、基板中央に膜材料を滴下した後基板を回転させて膜を基板全面に広げるスピンコート方式、スリットダイから膜材料を流しながらこれを走査して塗布するスリットコート方式等により処理基板１０上に塗布し、ＯＣ膜からなる塗布膜６を形成し、膜厚測定用基板１０ａを作製する（図１（ｃ）参照）。
ここでは、膜厚測定用パターン５上の塗布膜６としてＯＣ膜の例を示したが、これはあくまでも一例であって、これに限定されるものではない。
【００１７】
次に、膜厚測定用基板１０ａを図５に示す膜厚測定装置の測定ステージ６０上に載置し、光学干渉法により膜厚測定用パターン５上の塗布膜６の膜厚測定を行う。
ここで使用した膜厚測定装置は測定ヘッド２０と、分光器３０と、光源４０と、制御ユニット５０と、測定ステージ６０とで構成されている。
【００１８】
測定ヘッド２０は、コリメートレンズ２１、ショートカットフィルタ２２、ミラー２３、ハーフミラー２４及び集光レンズ２５で構成されている。
測定に使用する波長域は可視域でも可能であるが、近赤外域を使用すると可視域では吸収のある着色レジストも近赤外域では吸収がなくなる。その場合、光学定数の屈折率ｎを実部、消衰係数ｋを虚部とする複素数として計算すべきところがｋ＝０として扱えるので膜厚計算が単純になる。
【００１９】
また、厚膜の測定を行う場合でも近赤外域に優位性があるので光源４０は近赤外域の光を効率よく放出する光源、例えばハロゲン電球を使用する。光源の出射効率を更に高めるため、金コーティングリフレクタを使用するのが望ましい。光源４０から光ファイバ３１ａで測定ヘッド２０と接続する。光ファイバ３１ａ及び３１ｂ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。光ファイバ３１ａの端部より放出される光はコリメートレンズ２１により平行光となり、ショートカットフィルタ２２を経てミラー２３で９０度向きを変える。
【００２０】
ショートカットフィルタ２２は観測波長以下の波長光をカットすることでパターン露光
前のレジストが変化するのを防止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ために用いる。ミラー２３で９０度向きを変えた光はハーフミラー２４で再度９０度向きを変えて集光レンズ２５にて集光され、膜厚測定用基板１０ａに入射する。
【００２１】
膜厚測定用基板１０ａの塗布膜６に垂直入射した光は塗布膜６表面での反射成分と膜厚測定用パターン５の界面で反射する成分が合わさって集光レンズ２５に戻り、ハーフミラー２４及びコリメートレンズ２１を経由して光ファイバ３１ｂの端面に入射し分光器３０に取り込まれる。
このような光学系を採ることでサイズの大きい分光器と光源を分離して光ファイバ３１ａ及び３１ｂで接続した小型の測定ヘッド２０のみをＸＹに移動させることで駆動系への負荷を軽減しコストも低く高速なヘッド移動を実現している。また、基板１のたわみを考慮して焦点深度が深いように設計することでＺ方向の移動を省略している。
【００２２】
ここでは、ハーフミラーを用いた光学系の例を示したが出射側と反射側の光ファイバを途中でバンドルしたＹ分岐ファイバを使用することも可能である。
【００２３】
分光器３０で得られた波長毎の反射強度データは制御ユニット５０内のコンピュータにて計算処理され、塗布膜６の膜厚が表示される。
【００２４】
また、膜厚測定ポイントでは図２に示すように塗布膜6と基板1の間に膜厚測定用パターン5の層が入る。塗布膜６表面で反射する光Ｒ１、塗布膜６を透過して膜厚測定用パターン５との界面で反射して戻ってくる光Ｒ２、塗布膜６と膜厚測定用パターン５とを透過して基板１との界面で反射して戻ってくる光Ｒ３のそれぞれに位相差が生じることで干渉が発生する。なお、界面で反射して戻る光は上層との界面で再度一部が反射することを繰り返すので多重反射を考慮した計算処理が行われる。
膜厚測定用パターン5にブラックマトリクスを使用した場合、吸収が大きいのでＲ３はゼロとして扱うことが可能で、計算が単純化され、塗布膜6と膜厚測定用パターン5の屈折率差も十分あるので干渉が観察できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は、膜厚測定用パターンが形成された処理基板の一例を示す模式平面図である。（ｂ）は、（ａ）をＡ−Ａ’線で切断した処理基板の模式構成断面図である。（ｃ）は、本発明の膜厚測定法に用いる膜厚測定用基板の一例を示す模式構成断面図である。
【図２】基板１、膜厚測定用パターン５及び塗布膜６に光を照射した時の光学反射特性の一例を示す説明図である。
【図３】基板１上に形成された塗布膜６と、膜厚測定用パターン５上に形成された塗布膜６とに白色光を垂直入射したときの反射強度を示す説明図である。
【図４】基板１及び塗布膜６に光を照射した時の光学反射特性の一例を示す説明図である。
【図５】本発明の膜厚測定法に用いた光学膜厚測定装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１……基板
２……ブラックマトリクス
３Ｒ、３Ｇ、３Ｂ……カラーフィルタパターン
４……パターン
５……膜厚測定用パターン
６……塗布膜
１０……処理基板
１０ａ……膜厚測定用基板
２０……測定ヘッド
２１……コリメートレンズ
２２……ショートカットフィルタ
２３……ミラー
２４……ハーフミラー
２５……集光レンズ
３０……分光器
３１……光ファイバ
４０……光源
５０……制御ユニット
６０……ステージ
【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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