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発明の名称 透明着色膜の膜厚測定方法及び膜厚測定装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−85979(P2007−85979A)
公開日 平成19年4月5日(2007.4.5)
出願番号 特願2005−277412(P2005−277412)
出願日 平成17年9月26日(2005.9.26)
代理人
発明者 中久木 秀樹 / 藤原 豊
要約 課題
透明着色膜の膜厚を分光干渉法により非接触で測定する際に、反射照明のみであっても測定する透明着色膜の認識が容易で、測定すべき透明着色膜の認識ミスが生じない透明着色膜の膜厚測定方法及び膜厚測定装置を提供する

解決手段
特許請求の範囲
【請求項1】
基板上に透明着色膜が形成された被測定物の表面に照明光を入射して、その反射光を分光して分光反射率を求め、その分光干渉波形から該透明着色膜の膜厚を計算する透明着色膜の膜厚測定方法であって、
前記膜厚測定方法は被測定物に照明光を入射し、入射した状態で焦点位置を透明着色膜表面から基板裏面に移動させ、この状態で測定すべき透明着色膜の位置の特定を行うことを特徴とする透明着色膜の膜厚測定方法。
【請求項2】
基板上に透明着色膜が形成された被測定物の表面に照明光を入射して、その反射光を分光して分光反射率を求め、その分光干渉波形から該透明着色膜の膜厚を計算する透明着色膜の膜厚測定装置であって、
前記膜厚測定装置は被測定物の表面に形成された該透明着色膜の膜厚を測定するために所定の測定位置に測定ヘッド部を移動させるステージと、
透明着色膜を撮像するためのカメラと、
撮像領域全体を均一に照明する照明光学系と、
膜厚測定用に照明領域を絞る照明光学系と、
反射光を分光器に入力する装置と、
を具備する事を特徴とする透明着色膜の膜厚測定装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は透明着色膜の膜厚を分光干渉法により非接触で測定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
着色パターンのR、G、B各膜が施される、例えば、カラーフィルタの膜厚は液晶ディスプレイの表示特性に大きく影響する因子となっている。また、近年、基板サイズが大型化し、一辺の長さが1mを越えるようになっている。このために、製造工程内で厳しく管理されている。
【0003】
また、着色パターンの製造方法は様々な方式がある。そして、現在の主流はフォトリソ法を繰り返してR、G、Bのパターンを形成していく方法が多く用いられている。
【0004】
さらに、製造過程で規格外品を次工程に廻さないように、各工程段階で、着色パターンの膜厚の測定が必要になっている。
【0005】
例えば、図2(a)〜(f)に示すようにレジスト塗布後及びパターン形成後、膜厚の測定を行うことで異常発生を早期に発見し、適宜処理されている。
【0006】
また、透明着色膜の膜厚測定は、従来、膜の一部を鋭利な刃物で掻き取って膜表面と基板表面との段差を設け、触針式の段差計による測定が行われていた。
【0007】
しかし、近年、分光反射干渉式の膜厚測定装置が開発され、非破壊で膜厚の測定が可能になっている(例えば、特許文献1を参照。)。
【0008】
前記装置は、通常、視野内を均一に照明する観察用ユニットと、スポットの直径を数十μmに絞り込んだ測定用照明ユニットとの2つを備えている。
【0009】
そして、観察用照明ユニットと、測定用照明ユニットから対物レンズを介して光を同軸入射し、その反射光をビームスプリッタで分岐し、カメラと分光器に入力している。
【0010】
また、膜厚の測定は、まず観察用照明で画像をカメラで撮像し、画像のカラー情報から測定すべきセルを認識し、測定スポットが透明着色膜の中央に位置するように移動する。そしてその後、測定用照明に切り替えて分光器で分光反射強度を測定し、膜厚が計算されている。
【0011】
以下に先行技術文献を示す。
【特許文献1】特開2002−318106号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかし、測定前の測定セル認識処理において、反射照明であるためにR、G、Bの色合いが透過照明のように鮮やかでなく、やや識別しにくいという問題がある。
【0013】
特に図2の(c)あるいは(e)に示すように、レジスト塗布後の、透明着色膜の膜厚測定の場合、表面に塗布したレジスト層で全面が覆われている。このために、撮像した透
明着色膜の色情報からでは測定すべき透明着色膜の膜厚の特定が困難である。
【0014】
また、レジストの品種によっては測定すべき透明着色膜の膜厚の特定ミスが生じやすいという問題があった。
【0015】
さらに、前記触針式の段差計による測定は測定するための準備が煩わしく、測定時間もかかる。さらに、破壊計測であるため、測定に伴いロスが多くなっている。
【0016】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、次のような透明着色膜の膜厚測定方法及び装置を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の目的は、非破壊計測で、且つ、反射照明のみであっても測定する透明着色膜の認識が容易で、測定すべき透明着色膜の認識ミスが生じない方法と装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上記問題点を解決するために、まず本発明の請求項1に係る発明は、
基板上に透明着色膜が形成された被測定物の表面に照明光を入射して、その反射光を分光して分光反射率を求め、その分光干渉波形から該透明着色膜の膜厚を計算する透明着色膜の膜厚測定方法であって、
前記膜厚測定方法は被測定物に照明光を入射し、入射した状態で焦点位置を透明着色膜表面から基板裏面に移動させ、この状態で測定すべき透明着色膜の位置の特定を行うことを特徴とする透明着色膜の膜厚測定方法である。
【0018】
次に、本発明の請求項2に係る発明は、
基板上に透明着色膜が形成された被測定物の表面に照明光を入射して、その反射光を分光して分光反射率を求め、その分光干渉波形から該透明着色膜の膜厚を計算する透明着色膜の膜厚測定装置であって、
前記膜厚測定装置は被測定物の表面に形成された該透明着色膜の膜厚を測定するために所定の測定位置に測定ヘッド部を移動させるステージと、
透明着色膜を撮像するためのカメラと、
撮像領域全体を均一に照明する照明光学系と、
膜厚測定用に照明領域を絞る照明光学系と、
反射光を分光器に入力する装置と、
を具備する事を特徴とする透明着色膜の膜厚測定装置である。
【発明の効果】
【0019】
本発明の透明着色膜の膜厚測定方法及び装置は透明着色膜の膜厚を非破壊計測する際に、測定対象透明着色膜が容易に特定できる。そして、測定対象透明着色膜の特定をミスすることなく測定ができる。
【0020】
また、測定によるロスが低減する。さらに、従来の触針式段差計のように測定前の準備も不要であり、測定作業効率化が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
本発明の透明着色膜の膜厚測定方法及び装置を実施の形態に沿って以下に図面を参照にしながら詳細に説明する。図1〜図6は本発明の一実施例を示す。
【0022】
図1は本発明の透明着色膜の測定装置の測定部分の概略構成の一実施例を説明するための説明図である。また図2は着色パターン基板の製造工程の概略を示す断面図である。
【0023】
通常、透明着色膜の膜厚を分光干渉式で測定する際には、まず、被測定物の膜上に光を入射し、膜上で反射した干渉光の干渉波長と膜を透過し基板との境界で反射してくる干渉光との間に位相差が生じる。そして、位相差がちょうど2πだと干渉波長強度が強く、1πだと弱くなる。
【0024】
また、位相差は光の波長、空気、膜、基板の光学定数と膜厚により決まるために、反射光を分光し、分光反射率から膜厚を計算することができる。
【0025】
また、膜を透過して基板界面で反射してくる光の光量が膜上での反射に比べて著しく小さいと干渉光の干渉波長は観察されない。このために、膜で吸収されずに、透過する波長を選択することが必要となる。
【0026】
また、透明着色膜の膜厚測定の場合、可視光ではR、G、Bの各膜で吸収が起こるのに対して、900nm以降の近赤外域では吸収が見られないために理論曲線に近い干渉波形が得られる。そして、精度良い測定が期待できる。
【0027】
次に、本発明の透明着色膜の膜厚測定装置の測定部分は図1に示すように測定ヘッド25とシャッターコントロール21とステージコントロール22と測定ヘッド25の光ファイバー2と分光器19を介して連設されているコンピューター24から構成されている。
【0028】
そして、測定ヘッド25には前記光ファイバー2の他にカメラ1と測定用照明光源16と観察用光源17とピンホール板18と赤外対物レンズ8とレンズ3、4、10、11、12、13とハーフミラー5、6、7とシャッター14、15等が設けられている。
【0029】
前記シャッター14、15はシャッターコントロール21を介してコンピューター24と連設されている。また、赤外対物レンズ8はステージコントロール22を介してコンピーター24と連設されている。
【0030】
また、前記コンピューター24内に画像入力ボード23が設けられている。そして、画像入力ボード23と測定ヘッド25内に設けられているカラーカメラ1とが連設されている。
【0031】
また、コンピューター24には、キーボード26とマウス27とモニター28が設けられている。
【0032】
また、前記観察用照明光源17は可視光を放出するハロゲンランプ等が使用される。そして、観察用照明光源17からの出射光はレンズ11、10を介してハーフミラー7に到達する。
【0033】
さらに、ハーフミラー7に到達した出射光はハーフミラー7で90度屈折され赤外対物レンズ8を介して被測定物20を照射する。そして、これをカラーカメラ1で撮像し、フォーカシングし、測定すべき透明着色膜の認識、透明着色膜の中心と測定スポットのずれ等を求めるのに使用する。
【0034】
前記撮像する際の撮像範囲は図1に示す赤外対物レンズ8の倍率とレンズ4の倍率、カラーカメラ1の撮像素子サイズを適宜選択することで、図4のような撮像画像が得られる。
【0035】
また、図4はRGBのピッチ100μmのカラーフィルタを10倍の赤外対物レンズと1倍結像レンズ、1/3インチカラーCCDカメラで撮像した実施例である。さらに、測
定スポット101は図1の光ファイバー2の開口径0.8mmを使用したときの大きさを示す。
【0036】
また、カラーカメラ1撮像画像は画像入力ボード23でコンピュータ24のメモリにデジタルデータとして格納される。
【0037】
このデータは画像処理によりフォーカシングや後述の測定透明着色膜の特定と、透明着色膜の中央位置の算出などを自動で行うことができる。さらに、コンピュータ24に連設されているモニタ28に画像は表示される。そして、これらの処理は作業者が手動操作で行うこともできる。
【0038】
また、前記観察用照明の入り・切りは観察用照明光源17とレンズ11との間に設けられているシャッター15の開閉により行われる。そして、シャッター15の開閉はシャッターコントローラ21により制御される。
【0039】
また、前記測定用照明光源16は可視光、及び近赤外光を放出するハロゲンランプ等が使用される。
【0040】
また、測定用照明光源16からの光はレンズ13とピンホール板18とレンズ12を介して平行光としてハーフミラー6で90度屈折され、赤外対物レンズ8を介して被測定物20に照射される。そして、レンズ倍率とピンホール板18のピンホール径の選択により透明着色膜の膜厚測定に適した10〜50μm径の測定スポットが得られる。
【0041】
また、前記測定用照明光源16の入り・切りは測定用照明光源16とレンズ13との間に設けられているシャッター14の開閉により行われる。そして、シャッター14の開閉はシャッターコントローラ21により制御される。
【0042】
そして、被測定物20の面上に照射された入射光が透明着色膜面上で反射する干渉光の干渉波長と透明着色膜を透過して基板との界面で反射してくる干渉光の干渉波長とを光ファイバー2に入射する。
【0043】
前期光ファイバー2の開口径は測定スポット径に対物レンズ倍率をかけた値と同じか、あるいは、わずかに大き目にしておくことにより、光の軸合わせが容易になる。
【0044】
また、前記光ファイバー2に用いられる材料としては、ゲルマニウムドープ石英のように可視光及び近赤外光を透過するタイプが使用される。
【0045】
また、光ファイバー2は分光器19と連設されている。そして、ここで分光スペクトルが得られる。さらに、分光器19と連設されているコンピュータ24に得られたデータが送られコンピュータ24に連設されているモニタ28に画像が表示される。
【0046】
また、透明着色膜面上で反射する干渉光の干渉波長と膜面を透過し基板との境界で反射してくる干渉光の干渉波長との間に位相差が生じる。さらに、位相差がちょうど2πだと干渉波長強度が強まり、1πだと弱くなる。そして、干渉波長強度の強弱が得られ、これを解析することにより、透明着色膜の膜厚を計算することができる。
【0047】
また、観察用照明光源を測定用の照明光源に使用する装置が市販されている。しかし、透明着色膜が形成されている被測定物を測定すると、測定スポット部以外の光が入射し、干渉波形が変化するという現象が見られる。そして、測定精度を落とす原因となっている。
【0048】
しかし、本発明のように観察用照明光源のほかに測定用照明光源を別に設けることにより、前記現象が解消され、さらに測定精度を高めることができる。
【0049】
また、本発明の透明着色膜の膜厚測定装置を用いて被測定物20を測定する際には、まず、被測定物20を図6に示すような本発明の透明着色膜の膜厚測定装置100のテーブル40の適宜の位置に載置する。
【0050】
次に、テーブル31の前後方向を移動し、測定ヘッド25が左右方向に移動可能に設けられているステージと測定ヘッド25を適宜の位置に移動させる。そして、自動あるいは手動でフォーカスを合わせる。
【0051】
さらに、測定すべき透明着色膜の特定と測定スポットを透明着色膜の中心に位置するように測定ヘッド25を微調整する。この調整は自動あるいは手動で行う場合の何れにおいても観察用反射照明下で撮像したカラー画像から判断するのが困難な場合がある。
【0052】
これは、反射照明であるために、R、G、Bの色合いが透過照明のように鮮やかでなく、やや識別しにくいためである。また、透過照明を使うと識別は容易であるが、テーブルに置く基板の裏面側にも照明ユニットを設ける必要がある。この場合には、装置が複雑となり、且つ、多額の費用がかかる。
【0053】
また、図2(c)及び(e)に示すように、基板の上に単層となっている透明着色膜上にレジスト層が全面覆われると膜厚測定の際に、透明着色膜の色の識別が著しくし難い。さらに、測定すべき透明着色膜の識別が反射照明下のカラー撮像画像の色情報からでは困難である。そして、レジスト品種によっては測定すべき透明着色膜の認識ミスが生じやすい。
【0054】
そこで、測定スポットが位置する透明着色膜が測定対象透明着色膜なのか、判断を容易にするために、膜表面で焦点が合っている状態から図3に示すように基板の裏面に焦点を合わせるようにする。
【0055】
この際の、高さ方向の移動量は基板の厚とレジストのおおよその膜厚が既知であるので予め設定しておくことができる。このために、基板の裏面付近でのフォーカシングは不要となる。
【0056】
そして、シャッターコントローラ21を操作し、測定用照明のみを照射する。このときに、透明着色膜を透過した測定スポット光が基板裏面で反射する。そして、あたかも測定用スポットで透過照明したがごときの画像を観察することができる。
【0057】
また、図2(c)及び(e)に示すように、レジスト塗布後の透明着色膜の膜厚測定の場合、基板の上に単層となっている透明着色膜はR、G、B各レジストの透過観察と同様の鮮やかな赤、緑、青として観察される。
【0058】
さらに、計測対象外の2層になっている透明着色膜では前工程で形成された透明着色膜の色を重ねた色となり光量も低下するために識別が容易である。そして、測定対象透明着色膜が識別できたら測定スポットは透明着色膜の中央に位置するように測定ヘッドを微移動させる。
【0059】
続いて膜厚測定を行うために、フォーカス位置を膜表面に戻す。そして、図5に示すように測定スポット101の位置が合わせられる。
【0060】
また、膜表面、膜と基板の界面で反射して干渉した反射光は図1に示すように赤外対物レンズ8、ハーフミラー7、6、5及びレンズ3を介して光ファイバー2の先端に入射する。
【0061】
さらに、光ファイバー2と連設されている分光器19の回折格子により、分光スペクトルデータを形成し、分光器19と連設されているコンピュータ24にこのデータが送られる。そして、得られた分光スペクトルデータから膜厚を計算する。
【産業上の利用可能性】
【0062】
本発明の透明着色膜の膜厚測定方法及び膜厚測定装置は着色膜の膜厚が非破壊で測定することが短時間で、容易にできる。また、カラーフィルタ等電気関連部材をはじめ、多くの産業に活用できる透明着色膜の膜厚測定方法及び膜厚測定装置である。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】本発明の透明着色膜の膜厚測定装置の測定部の一実施例の概略を示す概略図である。
【図2】着色パターンが基板上に形成される際の測定状況を説明するための断面を示す説明図である。
【図3】基板裏面にフォーカスを合わす際の説明をするための説明図である。
【図4】測定スポットが透明着色膜の中央に位置する前の状況を説明するための説明図である。
【図5】測定スポットが透明着色膜の中央に位置した後の説明をするための説明図である。
【図6】本発明の透明着色膜の膜厚測定装置の外観の概略を示す概略図である。
【符号の説明】
【0064】
1・・・カラーカメラ
2・・・光ファイバー
3・・・レンズ
4・・・レンズ
5・・・ハーフミラー
6・・・ハーフミラー
7・・・ハーフミラー
8・・・赤外対物レンズ
9・・・ミラー
10・・・レンズ
11・・・レンズ
12・・・レンズ
13・・・レンズ
14・・・シャッター
15・・・シャッター
16・・・測定用照明光源
17・・・観察用照明光源
18・・・ピンホール板
19・・・分光器
20・・・被測定物
21・・・シャッターコントローラ
22・・・ステージコントローラ
23・・・画像入力ボード
24・・・コンピュータ
25・・・測定ヘッド
26・・・キーボード
27・・・マウス
28・・・モニタ
30・・・ステージ
40・・・テーブル
51・・・基板
52・・・ブラックマトリックスパターン
53・・・レジスト層
54・・・透明着色膜
100・・・本発明の透明着色膜の膜厚測定装置
101・・・測定スポット




 

 


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