專利名稱：膜厚測定方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測定在半導體基板或液晶顯示裝置用玻璃基板等的基板上形成的透明薄膜、特別是如濾色片那樣的選擇性透過特定波長區(qū)域的光的透明薄膜的膜厚的膜厚測定方法和裝置。
背景技術：
以前，例如在日本特許公開平6-249620號公報(1994年)中提出了使用光干涉法測定在上述這樣的基板上形成的抗蝕劑膜或硅氧化膜等極薄的透明薄膜的膜厚的技術。在使用光干涉法的膜厚測定中，在形成了膜厚為規(guī)定值d的透明薄膜的基板上射入光的條件下，通過事先計算而求出由該透明薄膜的光干涉規(guī)定的分光反射率。這時，在一定的膜厚范圍內針對以等間距設定的膜厚求出分光反射率而作為多個理論分光反射率存儲在存儲器等存儲裝置中。
向形成了測定對象的透明薄膜的基板上照射光，將由此反射的反射光通過分光器而進行分光，實測分光反射率。之后，計算出該實測分光反射率與上述多個理論分光反射率的差分，用以前眾所周知的曲線擬合法(カ一ブフイツト法)求得該差分為最小的膜厚值，把得到的膜厚值作為測定對象的透明薄膜的膜厚。
但是近年來，隨著帶有數(shù)碼照相機或攝像機的便攜式電話的迅速普及，彩色CCD的需要大大增加。在彩色CCD的制造工序中，在硅晶片上呈矩陣狀粘貼RGB三色的濾色片。另外，在投影器中使用在液晶玻璃基板上形成濾色片的部件。在這樣的基板上形成濾色片的工序中，嚴格管理濾色片的膜厚是很重要的，要求正確測定濾色片的膜厚。
然而，濾色片只透過特定波長區(qū)域的光，例如在綠色濾光片的情況下只透過波長區(qū)域大致為480nm～600nm的光。圖9是表示濾色片透射特性的視圖。在基板上形成具有該圖所示的光透射特性的濾色片的試樣上照射光時得到的分光反射率(相對于波長的反射率的曲線圖)如圖10所示。另外，在圖10中用實線表示從形成了濾色片的基板得到的分光反射率，為了參考，用虛線表示代替濾色片而相對整個可見光區(qū)域的光在基板上形成透明的薄膜(即無色透明薄膜)時的分光反射率。
如圖10所示，在無色透明薄膜的情況下，在滿足薄膜的干涉條件2d＝nλ(n為整數(shù)、λ為波長)的波長λ下的反射率的峰值周期性地出現(xiàn)，而濾色片的情況下，只在透過光的波長區(qū)域中出現(xiàn)反射率曲線的峰谷。即當向在基板上形成有選擇性透過特定波長區(qū)域的光的濾色片的試樣上照射光時產生光干涉的波長區(qū)域當然是限于該特定波長區(qū)域。
因而，在通過光干涉法測定在基板上形成的濾色片的膜厚時，由于測定波長區(qū)域被限于產生光透過的特定波長區(qū)域中，所以不得不降低測定可靠性。而且如圖9所示示出濾色片的分光透射率(相對于波長的透射率的曲線圖)不是矩形而是梯形狀波形。即在光透過產生的特定波長區(qū)域中，在其邊界附近透射率也模擬地變化。而由于在透射率曲線的傾斜部的波長區(qū)域中，反射率比理論值還低，所以當測定波長區(qū)域中包括該波長區(qū)域時，膜厚測定的可靠性會顯著下降。
因此，可以認為通過只把除了透射率曲線中的傾斜部的波長區(qū)域之外的波長范圍、即如圖9那樣在透射率曲線中的頂部水平部的波長區(qū)域作為測定波長區(qū)域，從而能使測量精度提高，但該情況下測定波長區(qū)域的寬度為40nm～50nm左右，非常狹窄，有可能由其引起測量可靠性的下降。特別是由于濾色片的膜厚越薄反射率曲線的波形越成為低頻率波形，所以若測定波長區(qū)域的寬度變窄，則會發(fā)生膜厚測定自身變得困難的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的是提供一種即使是象濾色片那樣的選擇性透過特定波長區(qū)域的光的透明薄膜也能正確地測定其膜厚的膜厚測定方法和裝置。
為了解決上述問題，發(fā)明的第一方面的膜厚測定方法，根據(jù)對在基板上形成了透明薄膜的試樣照射光而得到的分光反射率測定所述透明薄膜的膜厚，其中包括分光透射率取得工序，取得所述透明薄膜的分光透射率；分光反射率測定工序，向所述試樣照射光，并將從所述試樣反射的反射光分光而實測分光反射率；修正工序，通過所述分光透射率修正作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率；膜厚計算工序，比較在所述修正工序中修正的修正后理論分光反射率和在所述分光反射率測定工序中測定的實測分光反射率，計算出測定對象的透明薄膜的膜厚。
本發(fā)明的第二方面是在第一方面中，所述膜厚計算工序進行對應于所述分光透射率的加權，比較所述修正后理論分光反射率和所述實測分光反射率而計算出測定對象的透明薄膜的膜厚。
本發(fā)明的第三方面是在第一或第二方面中，還包括將具有所述分光透射率中的規(guī)定閾值以上的透射率的波長區(qū)域作為所述膜厚計算工序的測定波長區(qū)域而進行選定的工序。
本發(fā)明的第四方面的膜厚測定方法，根據(jù)對在基板上形成了透明薄膜的試樣照射光而得到的分光反射率測定所述透明薄膜的膜厚，其中包括分光透射率取得工序，取得所述透明薄膜的分光透射率；分光反射率測定工序，向所述試樣照射光，并將從所述試樣反射的反射光分光而實測分光反射率；修正工序，將在所述分光反射率測定工序中測定的實測分光反射率通過所述分光透射率進行修正；膜厚計算工序，比較作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率和在所述修正工序中修正的修正后實測分光反射率而計算出測定對象的透明薄膜的膜厚。
本發(fā)明的第五方面的膜厚測定裝置，根據(jù)對在基板上形成了透明薄膜的試樣照射光而得到的分光反射率測定所述透明薄膜的膜厚，其中包括第一存儲裝置，其存儲所述透明薄膜的分光透射率；第二存儲裝置，其存儲作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率；光源，其對測定對象的試樣照射光；分光反射率測定裝置，其將從所述光源照射光、并通過測定對象的試樣而反射的反射光進行分光而測定分光反射率；修正裝置，其通過所述分光透射率而修正所述理論分光反射率；膜厚計算裝置，其比較在所述修正裝置中修正的修正后理論分光反射率和通過所述分光反射率測定裝置測定的實測分光反射率，計算出測定對象的透明薄膜的膜厚。
本發(fā)明的第六方面是在第五方面中，所述第二存儲裝置存儲對應于不同膜厚的透明薄膜的多個理論分光反射率，所述修正裝置在所述多個理論分光反射率中的每一個上乘以所述分光透射率而計算出多個修正后理論分光反射率，所述膜厚計算裝置求出所述多個修正后理論分光反射率的每一個與所述實測分光反射率的差分，把表示使得到的多個差分近似二次曲線時的最小值的膜厚值作為測定對象的透明薄膜的膜厚。
本發(fā)明的第七方面是在第六方面中，所述膜厚計算裝置對所述多個修正后理論分光反射率的每一個與所述實測分光反射率的差分進行加權，使所述分光透射率越高加權越大，把表示使得到的多個加權差分近似二次曲線時的最小值的膜厚值作為測定對象的透明薄膜的膜厚。
本發(fā)明的第八方面是在第五至七方面的任一個中，還包括波長區(qū)域選定裝置，其把具有在所述分光透射率中的規(guī)定閾值以上的透射率的波長區(qū)域作為計算膜厚時的測定波長區(qū)域而進行選定。
本發(fā)明的第九方面的膜厚測定裝置，根據(jù)對在基板上形成了透明薄膜的試樣照射光而得到的分光反射率測定所述透明薄膜的膜厚，其中包括第一存儲裝置，其存儲所述透明薄膜的分光透射率；第二存儲裝置，其存儲作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率；光源，其對測定對象的試樣照射光；分光反射率測定裝置，其將從所述光源照射光、并通過測定對象的試樣而反射的反射光進行分光而測定分光反射率；修正裝置，其將由所述分光反射率測定裝置測定的實測分光反射率通過所述分光透射率進行修正；膜厚計算裝置，其比較在所述修正裝置中修正的修正后實測分光反射率與所述理論分光反射率而計算出測定對象的透明薄膜的膜厚。
本發(fā)明的第十方面的膜厚測定裝置，根據(jù)對在基板上形成了透明薄膜的試樣照射光而得到的分光反射率測定所述透明薄膜的膜厚，其中包括第一光源，其對所述試樣的薄膜形成面照射光；第二光源，其對所述試樣的所述薄膜形成面的相反側面照射光；分光裝置，其將從所述第二光源照射而透過所述基板及所述透明薄膜的透射光進行分光，測定所述透明薄膜的分光透射率，同時將從所述第一光源照射而由所述試樣反射的反射光進行分光，測定分光反射率；存儲裝置，其存儲作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率；修正裝置，其通過由所述分光裝置測定的所述分光透射率修正所述理論分光反射率；膜厚計算裝置，其比較在所述修正裝置中修正的修正后理論分光反射率與由所述分光裝置測定的實測分光反射率，計算出測定對象的透明薄膜的膜厚。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，由于比較通過分光透射率而修正作為在基板上形成具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率的修正后理論分光反射率和實測分光反射率，計算出測定對象的透明薄膜的膜厚，所以理論分光反射率和實測分光反射率的偏差被解除，即使是象濾色片那樣選擇性透過特定波長區(qū)域的光的透明薄膜，也能正確地測定其膜厚。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，由于進行對應于分光透射率的加權，比較修正后理論分光反射率和實測分光反射率而計算出測定對象的透明薄膜的膜厚，故可以進行加進對應于分光透射率的可靠性的比較，更正確地進行膜厚測定。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，由于選定具有分光透射率中的規(guī)定閾值以上的透射率的波長區(qū)域作為測定波長區(qū)域，故可以使測定波長區(qū)域變寬，使膜厚測定精度提高。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，由于比較作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率和由分光透射率修正的修正后實測分光反射率，計算出測定對象的透明薄膜的膜厚，故可以消除理論分光反射率和實測分光反射率的偏差，即使是象濾色片那樣選擇性透過特定波長區(qū)域的光的透明薄膜，也能正確地測定其膜厚。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，由于比較通過分光透射率修正作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率的修正后理論分光反射率和實測分光反射率，計算出測定對象的透明薄膜的膜厚，故可以消除理論分光反射率和實測分光反射率的偏差，即使是象濾色片那樣選擇性透過特定波長區(qū)域的光的透明薄膜，也能正確地測定其膜厚。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，由于在多個理論分光反射率的每一個上乘以分光透射率而計算出多個修正后理論分光反射率，求出這些多個修正后理論分光反射率的每一個與實測分光反射率的差分，把表示使得到的多個差分近似二次曲線時的最小值的膜厚值作為測定對象的透明薄膜的膜厚，故可以消除理論分光反射率和實測分光反射率的偏差，大幅降低包含兩者的差分的誤差，近似二次曲線的精度變高，即使是象濾色片那樣選擇性透過特定波長區(qū)域的光的透明薄膜，也能正確地測定其膜厚。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，由于對多個修正后理論分光反射率的每一個和實測分光反射率的差分進行加權，使分光透射率越高則加權越大，把表示使得到的多個加權差分近似二次曲線時的最小值的膜厚值作為測定對象的透明薄膜的膜厚，故越是透射率高、可靠性高的差分評價就越高，能更正確地進行膜厚測定。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，由于選定具有在分光透射率中的規(guī)定閾值以上的透射率的波長區(qū)域作為計算膜厚時的測定波長區(qū)域，故可以使測定波長區(qū)域變寬，使膜厚測定精度提高。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面，由于比較作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率和通過分光透射率修正的修正后實測分光反射率，計算出測定對象的透明薄膜的膜厚，故可以消除理論分光反射率和實測分光反射率的偏差，即使是象濾色片那樣選擇性透過特定波長區(qū)域的光的透明薄膜，也能正確地測定其膜厚。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面，由于比較通過分光透射率修正作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率的修正后理論分光反射率和實測分光反射率，計算出測定對象的透明薄膜的膜厚，故可以消除理論分光反射率和實測分光反射率的偏差，即使是象濾色片那樣選擇性透過特定波長區(qū)域的光的透明薄膜，也能正確地測定其膜厚。


圖1是表示本發(fā)明的膜厚測定裝置的結構的視圖；圖2是表示圖1的膜厚測定裝置的運算部的結構的框圖；圖3是表示涉及本發(fā)明的膜厚測定方法的處理順序的流程圖；圖4A、圖4B是例示出對不同膜厚的透明薄膜而計算出的理論分光反射率的視圖；圖5是例示出濾色片的分光透射率的視圖；圖6是表示測定對象的試樣的實測分光反射率的一例的視圖；圖7是在概念上說明用分光透射率修正理論分光反射率的視圖；圖8是在概念上表示用于測定膜厚的近似二次曲線的視圖；
圖9是表示濾色片的光透過特性的視圖；圖10是表示由形成了圖9的濾色片的基板得到的分光反射率的視圖。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。
1.第一實施方式圖1是表示本發(fā)明的膜厚測定裝置的結構的視圖。該膜厚測定裝置包括第一照明光學系統(tǒng)10、第二照明光學系統(tǒng)20、成像光學系統(tǒng)30。第一照明光學系統(tǒng)10包括射出白色光的鹵素燈11和照明透鏡12。照明透鏡12例如由聚光透鏡的組合構成，在該聚光透鏡上附設有省略圖示的視場光闌等。從鹵素燈11射出的光通過照明透鏡12射入到成像光學系統(tǒng)30中。
成像光學系統(tǒng)30由物鏡31、半透半反鏡32及成像透鏡33構成。來自第一照明光學系統(tǒng)10的照明光由半透半反鏡32反射，通過物鏡31向安置在試樣載物臺5上的試樣1的上面照射。另外，試樣1是在半導體基板或液晶顯示裝置用玻璃基板等的基板上形成作為有色的透明薄膜的濾色片的部件。即光從第一照明光學系統(tǒng)10照射在試樣1的薄膜形成面上。
試樣載物臺5是其中央部具有開口的試樣放置臺。在試樣載物臺5上附設有省略圖示的XY驅動機構，其能在放置試樣1的同時沿水平面內的X方向和Y方向移動。另外，作為試樣載物臺5只要是中央部有開口且能放置試樣1的就行，例如也可以是保持試樣1的周邊部的框體那樣的部件。
另一方面，第二照明光學系統(tǒng)20隔著試樣載物臺5而配置在成像光學系統(tǒng)30的相反側。第二照明光學系統(tǒng)20包括射出白色光的鹵素燈21和照明透鏡22。希望鹵素燈21的射出光的分光特性與鹵素燈11相同?；蛘咭部梢允怯靡粋€鹵素燈構成鹵素燈11和21，用光纖等分別導光。照明透鏡22是具有聚光功能的透鏡系統(tǒng)，從鹵素燈21射出的光通過照明透鏡22而被聚光，通過試樣載物臺5的開口而照射到試樣1的背面、即試樣1的薄膜形成面的相反側面上。
從第一照明光學系統(tǒng)10照射、在試樣1的上面反射的光和從第二照明光學系統(tǒng)20照射、透過試樣1的光通過物鏡31、半透半反鏡32及成像透鏡33在成像光學系統(tǒng)30的光軸上的規(guī)定位置被聚光。配置分光單元40，使分光單元40的入射孔位于該聚光位置的附近。
分光單元40由將入射光分光的凹面衍射光柵41和檢測出由凹面衍射光柵41衍射的衍射光的分光光譜的光檢測器42構成。光檢測器42例如由光電二極管陣列或CCD等構成。由此，用成像光學系統(tǒng)30聚光、入射到分光單元40的光通過凹面衍射光柵41而被分光，與該光的分光光譜對應的信號從光檢測器42傳遞到運算部50。
圖2是表示運算部50的結構的框圖。運算部50基于從分光單元40接收的分光光譜信息而計算出試樣1的濾色片的膜厚。運算部50具有與一般的計算機同樣的硬件結構，包括執(zhí)行各種運算處理的CPU51；存儲基本程序等的作為只讀存儲器的ROM52；作為CPU51的作業(yè)區(qū)域發(fā)揮功能的作為讀寫自由的存儲器的RAM53；存儲程序和各種數(shù)據(jù)的磁盤54。CPU51通過省略圖示的輸入輸出接口與鍵盤60、CRT61、打印機62和上述的光檢測器42連接。膜厚測定裝置的操作者可以從鍵盤60將各種指令和參數(shù)輸入運算部50，同時可以確認從CRT61和打印機62輸出的運算結果。進而，在鹵素燈11和鹵素燈21分別附設有燈電源，在試樣載物臺5上附設XY驅動電路(全省略圖示)，運算部50的CPU51也和它們電連接。圖2所示的修正部55、膜厚計算部56和測定波長區(qū)域選定部57都是通過執(zhí)行CPU51規(guī)定的處理程序而實現(xiàn)的處理部，關于其處理內容的細節(jié)下面將進一步闡述。
下面，對本發(fā)明的膜厚測定方法的處理順序進行說明。圖3是表示本發(fā)明的膜厚測定方法的處理順序的流程圖。在此說明根據(jù)向在基板上形成作為有色的透明薄膜的綠色的濾色片的試樣1照射光而得到的分光反射率測定該濾色片的膜厚的順序。當然，不僅限于綠色濾光片，對蘭色濾光片和紅色濾光片等其它顏色的濾色片也可以按同樣的順序測定膜厚。
首先取得作為在基板上形成具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而計算出的理論分光反射率(步驟S1)。該理論分光反射率是在與形成了作為測定對象的濾色片的基板相同的基板上形成規(guī)定膜厚d的無色透明膜、而從第一照明光學系統(tǒng)10向該無色透明薄膜的上面射入白色光的條件下通過計算而求出的分光反射率。在本說明書中，所謂“反射率”嚴格地講是相對于在基板上沒有形成透明薄膜(膜厚為零)時的反射強度的反射強度比，即相對反射率。
理論分光反射率對在對應于成為測定對象的濾色片的膜厚級的一定范圍內(例如設想測定對象的濾色片的膜厚為數(shù)百nm時，為100nm～1000nm的范圍)等間隔(例如10nm間隔)設定的不同膜厚d的無色透明薄膜分別計算。由于在透明薄膜中產生光的干涉，所以在光相互加強的波長下反射率變高，在相互減弱的波長下反射率變低。而由于產生光的干涉的條件由透明薄膜的膜厚決定，根據(jù)膜厚，理論分光反射率的圖形不同。因此，對每一種不同的膜厚可以根據(jù)光的干涉條件算出理論分光反射率。
圖4A、圖4B是表示對不同膜厚的無色透明薄膜算出的理論分光反射率的視圖。圖4A是膜厚比較厚的透明薄膜的理論分光反射率，圖4B是膜厚比較薄的透明薄膜的理論分光反射率。如圖4所示，膜厚越薄，理論分光反射率的圖形的周期越低。即在一定的波長區(qū)域內的理論分光反射率的峰谷變少。對應于這樣事先算出的不同膜厚的透明薄膜的多個理論分光反射率的數(shù)據(jù)存儲在磁盤54中。
接著，進入步驟S2，取得作為測定對象的濾色片的分光透射率。濾色片的分光透射率既可以在圖1的膜厚測定裝置中直接測定，也可以使用預先測定出的值。即當相對于可見光的整個區(qū)域而在透明的玻璃基板上形成濾色片時，直接測定利用了第二照明光學系統(tǒng)20的分光透射率。當相對于可見光而在不透明的硅基板上形成濾色片時，使用預先測定出的分光透射率。
在玻璃基板上形成濾色片時，由于其基板自身幾乎完全透過光，故能直接測定分光透射率。這時從第二照明光學系統(tǒng)20照射、并透過試樣1(即基板和濾色片)的光通過成像光學系統(tǒng)30被聚光，通過用分光單元40把該光分光，測定濾色片的分光透射率。用分光單元40測定出的分光透射率被傳遞到運算部50，存儲在磁盤54中。
另一方面，在硅基板上形成濾色片時，由于基板自身不透光，不能直接測定分光透射率。使用形成用與測定對象的濾色片相同材料、具有相同厚度的濾色片的透明基板(例如玻璃基板)預先測定分光透射率。使用這樣的模擬用試樣的濾色片的分光透射率的測定既可以用本實施例的膜厚測定裝置進行；也可以使用其它的分光透射率測定專用裝置進行。測定方法與上述的直接測定相同，得到的分光透射率的數(shù)據(jù)通過規(guī)定的通信電路或記錄媒體被取入到運算部50，存儲在磁盤54中。本實施方式把多個理論分光反射率的數(shù)據(jù)和分光透射率的數(shù)據(jù)雙方存儲在磁盤54中，但也可以把任何一方存儲在不同的存儲裝置(例如RAM53)中。
圖5是表示濾色片的分光透射率的視圖。濾色片基本具有只選擇性透過特定波長區(qū)域的光的特性，如圖5所示，綠色的濾色片時大致透過波長區(qū)域為480nm～600nm的光。即使在該波長區(qū)域中，幾乎完全透過(透射率約100％)光的頂部水平部的波長區(qū)域的寬度為40nm～50nm，其它部分成為透過光量衰減(透射率從0％到100％之間推移)的傾斜部。在本說明書中的分光透射率是把在分光后的測定范圍內的最大值作為100％時的相對值。
若在傾斜部那樣的透過光量下降的波長區(qū)域中進行膜厚測定，則由于理論分光反射率和實測分光反射率的偏差變大，成為測量誤差的原因。本發(fā)明利用后述的方法使該偏差變小，但即使那樣，優(yōu)選在透射率大的波長區(qū)域中進行測定。因此，把具有在如圖5那樣的分光透射率中一定的閾值以上的透射率的波長區(qū)域選作用于膜厚測定的測定波長區(qū)域(步驟S3)。
該測定波長區(qū)域的選定即可以由膜厚測定裝置的操作者手動進行，也可以根據(jù)預先設定的閾值由裝置自動進行。在用手動進行時，操作者邊看著表示在CRT61中的如圖5的分光透射率，邊選擇適當?shù)臏y定波長區(qū)域并把該波長區(qū)域用鍵盤60輸入。這時，可以考慮測定波長區(qū)域的寬度和透射率的平衡進行選擇。另一方面，在自動選定時，測定波長區(qū)域選定部57根據(jù)如圖5的分光透射率的數(shù)據(jù)求出成為預先設定的閾值以上的透射率數(shù)據(jù)，選擇與其對應的波長區(qū)域作為測定波長區(qū)域。另外，操作者也可以邊看著在CRT61上顯示的如圖5的分光透射率，邊用鍵盤60輸入適當?shù)拈撝担瑴y定波長區(qū)域選定部57把與成為該閾值以上的透射率數(shù)據(jù)對應的波長區(qū)域選作測定波長區(qū)域。
測定波長區(qū)域的寬度越大，理論分光反射率和實測分光反射率的差分的計算精度越高，另一方面，由透射率下降引起的誤差越大。因此，無論通過手動還是通過自動進行選擇，必須選擇考慮了它們的平衡的測定波長區(qū)域。本實施方式中，測定波長區(qū)域選定部57根據(jù)預先設定的閾值自動地選擇測定波長區(qū)域，選擇圖5的分光透射率中透射率超過70％的波長區(qū)域(大致為500nm～570nm)作為用于測定膜厚的測定波長區(qū)域。選定的測定波長區(qū)域例如暫時存儲在RAM53中。
其次進入到步驟S4中。用圖1所示的膜厚測定裝置實測試樣1的分光反射率。這時，把從第一照明光學系統(tǒng)10照射、并在試樣1的上面反射的光用成像光學系統(tǒng)30聚光，通過把該光用分光單元40進行分光，測定試樣1的分光反射率。用分光單元40測出的實測分光透射率被傳遞到運算部50。
圖6是表示試樣1的實測分光反射率的一例的視圖。在實測分光反射率中出現(xiàn)由于在透明薄膜的光干涉引起的反射率的峰值。試樣1的透明薄膜若不是濾色片，而是無色的透明薄膜，則在實測分光反射率中應當出現(xiàn)象圖4所示的理論分光反射率那樣的周期性的峰值的反復，但由于濾色片只選擇性透過特定波長區(qū)域的光，故如圖6所示，只在特定波長區(qū)域中出現(xiàn)反射率的峰值。另外，即使在特定波長區(qū)域內，在透射率幾乎為100％的波長區(qū)域中可以得到與理論分光反射率相同的反射率特性，但在其以外的波長區(qū)域隨著透射率的下降，理論分光反射率和實測分光反射率的偏差變大。測出的試樣1的實測分光反射率暫時存儲在例如RAM53中。本實施方式在涉及整個可見光區(qū)域的廣泛波長區(qū)域中進行實測分光反射率的測定，但也可以只對根據(jù)上述分光透射率選定的測定波長區(qū)域測定實測分光反射率。
接著進入到步驟S5中。把存儲在磁盤54中的理論分光反射率用分光透射率進行修正。這時，在根據(jù)上述分光透射率選定的測定波長區(qū)域的范圍內進行修正。另外，對每一個對應于不同膜厚的透明薄膜的多個理論分光反射率進行修正。具體地講，修正部55根據(jù)下面的式1進行理論分光反射率的修正。
式1R′(λ)＝T(λ)·R(λ)在式1中，R(λ)是波長λ的理論分光反射率的值，T(λ)是波長λ的分光透射率的值(嚴格地講是把透射率100％作為1而規(guī)一化的值)，R′(λ)是修正后的波長λ的理論分光反射率的值。即修正部55通過用理論分光反射率R(λ)乘分光透射率T(λ)而計算出修正后的理論分光反射率R′(λ)。
圖7是在概念上說明用分光透射率修正理論分光反射率的視圖。該圖中上側圖的實線表示修正前的理論分光反射率，虛線表示修正后的理論分光反射率。如上所述，分光透射率中具有透射率幾乎為100％的頂部水平部和透射率在從0％到100％之間推移的傾斜部，在與頂部水平部對應的波長區(qū)域中，理論分光反射率和修正后的理論分光反射率幾乎是相同的值。另一方面，在與分光透射率的傾斜部對應的波長區(qū)域中，修正后的理論分光反射率與修正前相比，對應于分光透射率的值而下降。修正部55對每一個根據(jù)不同膜厚的透明薄膜求出的多個理論分光反射率進行這樣的修正，計算出多個修正后的理論分光反射率。由于本實施方式選定分光透射率中透射率為70％以上的波長區(qū)域作為用于測定膜厚的測定波長區(qū)域，故通過修正下降率的最大值為30％左右。
接著，進入到步驟S6，膜厚計算部56通過比較修正后的理論分光反射率和實測分光反射率，計算出成為測定對象的濾色片的膜厚。具體地講，首先，膜厚計算部56根據(jù)下面的式2計算出在步驟S4中測出的實測分光反射率和對于膜厚為d的透明薄膜的修正后的理論分光反射率的差分D(d)。
式2D(d)＝∫{R′(λ、d)-S(λ)}2dλ在式2中，R′(λ、d)是針對膜厚為d的透明薄膜的波長λ的修正后的理論分光反射率的值，S(λ)是波長λ的實測分光反射率的值。式2的積分范圍是根據(jù)上述分光透射率在步驟S3中選定的測定波長區(qū)域。另外也可以用計算絕對值代替計算R′(λ、d)和S(λ)的差的平方。膜厚計算部56根據(jù)式2計算出相對不同膜厚透明薄膜的多個修正后的理論分光反射率中的每一個和實測分光反射率的差分。
接著，膜厚計算部56對如上述那樣得到的多個差分值用曲線擬合法求出差分為最小的膜厚值，把該膜厚值作為測定對象的濾色片的膜厚。具體地講，膜厚計算部56把表示實測分光反射率和針對不同膜厚的透明薄膜的多個修正后的理論分光反射率中的每一個的差分近似二次曲線時的最小值的膜厚值作為測定對象的濾色片的膜厚。
圖8是在概念上表示用于測定膜厚的近似二次曲線的視圖。在圖8的例中，通過使實測分光反射率和針對膜厚為d1～d5的透明薄膜的多個修正后的理論分光反射率中的每一個的差分D(d1)～D(d5)為近似二次曲線，求出最小差分值Dmin，計算出與該最小差分值Dmin對應的膜厚值dx。而膜厚計算部56把該膜厚值dx作為測定對象的濾色片的膜厚。計算出的膜厚值作為測定結果而顯示在CRT61上，并根據(jù)需要從打印機62輸出。
如上所述，在第一實施方式中比較通過分光透射率修正了理論分光反射率的修正后的理論分光反射率和實測分光反射率，進行測定對象的濾色片的膜厚計算。如上述那樣，濾色片只選擇性透過特定波長區(qū)域的光，在膜厚值相同的條件下，在透射率幾乎為100％的頂部水平部的波長區(qū)域中理論分光反射率和實測分光反射率是一致的，但在其以外的波長區(qū)域中，隨著透射率的下降，理論分光反射率和實測分光反射率的偏差變大。即在透射率幾乎為100％的頂部水平部的波長區(qū)域中理論分光反射率和實測分光反射率的差分是正確的，而隨著透射率的下降，該波長區(qū)域中的理論分光反射率和實測分光反射率的差分中包含很多誤差。因而，為了減少這樣的誤差，最好盡量只把透射率幾乎為100％的頂部水平部作為測定波長區(qū)域。另一方面，為了提高用于計算膜厚的曲線擬合法的精度，最好盡量擴大測定波長區(qū)域而計算理論分光反射率和實測分光反射率的差分。特別是在濾色片的膜厚薄時，為了使分光反射率的波形平穩(wěn)(低頻波形)，盡可能使測定波長區(qū)域擴大成為提高曲線擬合法的精度的重點。
在第一實施方式中，通過用分光透射率修正理論分光反射率，滿足如上述那樣的互相矛盾的兩個要求。即只要進行理論分光反射率乘分光透射率的修正，在進行該修正的波長區(qū)域中就可以消除理論分光反射率和實測分光反射率的偏差，包含兩者的差分的誤差大幅度地減小，而且可以超過頂部水平部而更廣地設定測定波長區(qū)域。結果，用于計算膜厚的曲線擬合法的精度變高，可以更正確地進行膜厚測定。
若進一步詳述，通過使用加入了分光透射率的理論分光反射率，即使是濾色片那樣的選擇性透過特定波長區(qū)域的光的透明薄膜，也能正確地測定其膜厚。特別是在濾色片的膜厚變薄時，能夠把測定波長區(qū)域設定得較廣，所以可以提高用于計算膜厚的曲線擬合法的精度。
2.第二實施方式下面，對本發(fā)明的第二實施方式進行說明。第二實施方式的膜厚測定裝置的裝置結構與圖1、圖2所示的第一實施方式的相同，膜厚測定方法的處理順序也大致與第一實施方式相同。第二實施方式與第一實施方式的不同之處是在計算濾色片的膜厚時，對理論分光反射率和實測分光反射率的差分進行對應于分光透射率的加權。
在第二實施方式中，在測定濾色片的膜厚時也進行與上述的圖3的步驟S1～S5完全相同的處理。之后進入到步驟S6，膜厚計算部56通過比較修正后的理論分光反射率和實測分光反射率，計算出成為測定對象的濾色片的膜厚，但這時進行對應于分光透射率的加權。具體地講，膜厚計算部56根據(jù)下面的式3計算出實測分光反射率與針對膜厚為d的透明薄膜的修正后理論分光反射率的加權差分D′(d)。
式3D′(d)＝∫T(λ){R′(λ、d)-S(λ)}2dλ在式3中，R′(λ、d)是針對膜厚為d的透明薄膜的波長λ的修正后理論分光反射率的值，S(λ)是波長λ的實測分光反射率的值，T(λ)是波長λ的分光透射率的值。如上所述，分光透射率T(λ)是以透射率100％為1的規(guī)一化的值。另外，式3的積分范圍是在步驟S3中選定的測定波長區(qū)域。
根據(jù)式3，膜厚計算部56把修正后理論分光反射率R′(λ、d)和實測分光反射率S(λ)的差的平方進一步乘上分光透射率T(λ)的值進行積分。由于分光透射率T(λ)是以透射率100％為1的規(guī)一化的值，故在式3中對修正后理論分光反射率R′(λ、d)和實測分光反射率S(λ)的差分值進行加權，使得分光透射率T(λ)越高，加權越大。即與透射率幾乎成為100％的頂部水平部對應的波長區(qū)域的差分比與透射率從0％到100％之間進行推移的傾斜部對應的波長區(qū)域的差分被加重評價。另外，與上述第一實施方式相同，膜厚計算部56根據(jù)式3計算出針對不同膜厚的透明薄膜的多個修正后理論分光反射率的每一個和實測分光反射率的加權差分。
膜厚計算部56對如上述那樣得到的多個加權差分值使用曲線擬合法求出差分最小的膜厚值，把該膜厚值作為測定對象的濾色片的膜厚。即與上述第一實施方式一樣，把表示將得到的多個加權差分近似為二次曲線時的最小值的膜厚值作為測定對象的濾色片的膜厚。
在第二實施方式中，對修正后理論分光反射率和實測分光反射率的差分值進行加權，使分光透射率越高，加權越大。若作成第一實施方式那樣，就可以大幅降低在分光透射率中透射率變低的波長區(qū)域中包括理論分光反射率和實測分光反射率的差分的誤差，但盡管如此，還是在透射率幾乎為100％的頂部水平部的波長區(qū)域中的理論分光反射率和實測分光反射率的差分可靠性高。因此，在第二實施方式中著重評價那樣的可靠性高的差分。同時，越是透射率下降、可靠性低的差分評價越低。如果作成第二實施方式那樣，用于計算膜厚的曲線擬合法的精度會進一步變高，即使是濾色片那樣選擇性透過特定波長區(qū)域的光的透明薄膜，也能更正確地測定其膜厚。
3.變形例以上對本發(fā)明的實施方式進行了說明，而本發(fā)明并不限于上述的例子。例如在上述各實施方式中，是用分光透射率修正多個理論分光反射率中的每一個，但也可以代替它而用分光透射率修正實測分光反射率。具體地講，修正部55通過用分光透射率除實測分光反射率，計算出修正后實測分光反射率。之后膜厚計算部56通過比較理論分光反射率和修正后實測分光反射率計算出成為測定對象的濾色片的膜厚。這時的比較方法與上述實施方式相同。這樣也能在進行該修正的波長區(qū)域中使包含理論分光反射率和實測分光反射率的差分的誤差大幅降低，使用于計算膜厚的曲線擬合法的精度變高，可以更正確地進行膜厚的測定。
即只要用分光透射率修正理論分光反射率或實測分光反射率中的任一方，使隨著濾色片的透射率的下降而變大的理論分光反射率和實測分光反射率的偏差消除，就能使包含理論分光反射率和實測分光反射率的差分的誤差降低，即使是濾色片那樣選擇性透過特定波長區(qū)域的光的透明薄膜，也能正確地測定其膜厚。
在上述實施方式中，分別取得分光透射率和理論反射率而進行修正，但如果濾色片的種類是已知的，其分光透射率和理論分光反射率已經(jīng)求出，則也可以把事先用分光透射率修正的修正后理論分光反射率存儲在磁盤54中。
在上述實施方式中測定了濾色片的膜厚，但不限于濾色片，在可見光區(qū)域中，在測定透射率不均勻的透明薄膜的膜厚時也可以使用本發(fā)明的技術。
作為本發(fā)明的使用例，可以列舉出如在彩色CCD的制造工序中測定在半導體基板上形成的濾色片的膜厚和在投影器的制造工序中測定在液晶玻璃基板上形成的濾色片的膜厚等。
權利要求
1.一種膜厚測定方法，根據(jù)對在基板上形成了透明薄膜的試樣照射光而得到的分光反射率測定所述透明薄膜的膜厚，其特征在于，包括分光透射率取得工序，取得所述透明薄膜的分光透射率；分光反射率測定工序，向所述試樣照射光，并將從所述試樣反射的反射光分光而實測分光反射率；修正工序，通過所述分光透射率修正作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率；膜厚計算工序，比較在所述修正工序中修正的修正后理論分光反射率和在所述分光反射率測定工序中測定的實測分光反射率，計算出測定對象的透明薄膜的膜厚。
2.如權利要求1所述的膜厚測定方法，其特征在于，所述膜厚計算工序進行對應于所述分光透射率的加權，比較所述修正后理論分光反射率和所述實測分光反射率而計算出測定對象的透明薄膜的膜厚。
3.如權利要求1或2所述的膜厚測定方法，其特征在于，還包括將具有所述分光透射率中的規(guī)定閾值以上的透射率的波長區(qū)域作為所述膜厚計算工序的測定波長區(qū)域而進行選定的工序。
4.一種膜厚測定方法，根據(jù)對在基板上形成了透明薄膜的試樣照射光而得到的分光反射率測定所述透明薄膜的膜厚，其特征在于，包括分光透射率取得工序，取得所述透明薄膜的分光透射率；分光反射率測定工序，向所述試樣照射光，并將從所述試樣反射的反射光分光而實測分光反射率；修正工序，將在所述分光反射率測定工序中測定的實測分光反射率通過所述分光透射率進行修正；膜厚計算工序，比較作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率和在所述修正工序中修正的修正后實測分光反射率而計算出測定對象的透明薄膜的膜厚。
5.一種膜厚測定裝置，根據(jù)對在基板上形成了透明薄膜的試樣照射光而得到的分光反射率測定所述透明薄膜的膜厚，其特征在于，包括第一存儲裝置，其存儲所述透明薄膜的分光透射率；第二存儲裝置，其存儲作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率；光源，其對測定對象的試樣照射光；分光反射率測定裝置，其將從所述光源照射光、并通過測定對象的試樣而反射的反射光進行分光而測定分光反射率；修正裝置，其通過所述分光透射率而修正所述理論分光反射率；膜厚計算裝置，其比較在所述修正裝置中修正的修正后理論分光反射率和通過所述分光反射率測定裝置測定的實測分光反射率，計算出測定對象的透明薄膜的膜厚。
6.如權利要求5所述的膜厚測定裝置，其特征在于，所述第二存儲裝置存儲對應于不同膜厚的透明薄膜的多個理論分光反射率，所述修正裝置在所述多個理論分光反射率中的每一個上乘以所述分光透射率而計算出多個修正后理論分光反射率，所述膜厚計算裝置求出所述多個修正后理論分光反射率的每一個與所述實測分光反射率的差分，把表示使得到的多個差分近似二次曲線時的最小值的膜厚值作為測定對象的透明薄膜的膜厚。
7.如權利要求6所述的膜厚測定裝置，其特征在于，所述膜厚計算裝置對所述多個修正后理論分光反射率的每一個與所述實測分光反射率的差分進行加權，使所述分光透射率越高加權越大，把表示使得到的多個加權差分近似二次曲線時的最小值的膜厚值作為測定對象的透明薄膜的膜厚。
8.如權利要求5至7中任一項所述的膜厚測定裝置，其特征在于，還包括波長區(qū)域選定裝置，其把具有在所述分光透射率中的規(guī)定閾值以上的透射率的波長區(qū)域作為計算膜厚時的測定波長區(qū)域而進行選定。
9.一種膜厚測定裝置，根據(jù)對在基板上形成了透明薄膜的試樣照射光而得到的分光反射率測定所述透明薄膜的膜厚，其特征在于，包括第一存儲裝置，其存儲所述透明薄膜的分光透射率；第二存儲裝置，其存儲作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率；光源，其對測定對象的試樣照射光；分光反射率測定裝置，其將從所述光源照射光、并通過測定對象的試樣而反射的反射光進行分光而測定分光反射率；修正裝置，其將由所述分光反射率測定裝置測定的實測分光反射率通過所述分光透射率進行修正；膜厚計算裝置，其比較在所述修正裝置中修正的修正后實測分光反射率與所述理論分光反射率而計算出測定對象的透明薄膜的膜厚。
10.一種膜厚測定裝置，根據(jù)對在基板上形成了透明薄膜的試樣照射光而得到的分光反射率測定所述透明薄膜的膜厚，其特征在于，包括第一光源，其對所述試樣的薄膜形成面照射光；第二光源，其對所述試樣的所述薄膜形成面的相反側面照射光；分光裝置，其將從所述第二光源照射而透過所述基板及所述透明薄膜的透射光進行分光，測定所述透明薄膜的分光透射率，同時將從所述第一光源照射而由所述試樣反射的反射光進行分光，測定分光反射率；存儲裝置，其存儲作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的透明薄膜的試樣的分光反射率而預先算定的理論分光反射率；修正裝置，其通過由所述分光裝置測定的所述分光透射率修正所述理論分光反射率；膜厚計算裝置，其比較在所述修正裝置中修正的修正后理論分光反射率與由所述分光裝置測定的實測分光反射率，計算出測定對象的透明薄膜的膜厚。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使是濾色片那樣的選擇性透過特定波長區(qū)域的光的透明薄膜也能正確測定其膜厚的膜厚測定方法和裝置。首先，對每一種不同的膜厚取得多個作為在基板上形成了具有規(guī)定膜厚的無色透明薄膜的試樣的分光反射率而計算出的理論分光反射率。接著，取得作為測定對象的濾色片的分光透射率，把該分光透射率中規(guī)定透射率以上的波長區(qū)域選定為測定波長區(qū)域。把對每一種不同膜厚而計算出的多個理論分光反射率通過分光透射率修正，求出修正后理論分光反射率。之后，向在基板上形成了測定對象的濾色片的試樣照射光，把從該試樣反射的光進行分光而實測分光反射率。比較得到的實測分光反射率和修正后理論分光反射率而計算出濾色片的膜厚。
文檔編號G01B11/06GK1664493SQ20041010075
公開日2005年9月7日 申請日期2004年12月13日 優(yōu)先權日2004年3月4日
發(fā)明者藤原成章 申請人:大日本網(wǎng)目版制造株式會社