薄膜厚さ測定方法、薄膜の品質評価方法、薄膜厚さ測定装置、および薄膜の品質管理システム
【課題】反射光干渉法では、波長に対する反射率を示す分光曲線について、スペクトル全体のフィッティングを実施するために測定時間が長くなったり、干渉次数に起因して膜厚の算出に関する処理負荷が大きくなったりしていた。また、干渉光の変化を検出できる光量を得るために、膜厚の測定対象領域の面積を狭くすることができず、平面積の小さい薄膜形状部分については、膜厚の測定が不可能であった。
【解決手段】定在波波長検出部３０は、基準領域および測定対象領域について、カメラ３から出力されるＲ，Ｇ，Ｂの各画素データから、色相を取得する。そして取得した色相に対応する波長を、それぞれ基準領域および測定対象領域における定在波の波長として検出する。膜厚算定部４０は、検出された基準領域と測定対象領域における定在波の波長、および、既知である基準領域の膜厚とを用いて、所定の演算を行って測定対象領域の膜厚を算定する。
【解決手段】定在波波長検出部３０は、基準領域および測定対象領域について、カメラ３から出力されるＲ，Ｇ，Ｂの各画素データから、色相を取得する。そして取得した色相に対応する波長を、それぞれ基準領域および測定対象領域における定在波の波長として検出する。膜厚算定部４０は、検出された基準領域と測定対象領域における定在波の波長、および、既知である基準領域の膜厚とを用いて、所定の演算を行って測定対象領域の膜厚を算定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜厚さ測定方法、薄膜の品質評価方法、薄膜厚さ測定装置、および薄膜の品質管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶や有機エレクトロルミネッセンス素子などを表示素子とした表示装置では、表示素子とともに、この表示素子を駆動するための駆動素子が、半導体プロセス等によって所定の材料を薄膜形成して形成される。そして、このような薄膜材料によって形成される駆動素子として、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）が広く採用されている。
【０００３】
ＴＦＴとしては、オフ電流値を抑制する効果があるＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有するＴＦＴと、ホットキャリア現象の抑制効果があるＧＯＬＤ（Gate-Drain Overlapped LDD）構造を有するＴＦＴとが、広く知られている。そして、これらの構造を有するＴＦＴの製造方法として、レジストの膜厚差を利用して形成する方法が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示された技術のように、レジストの膜厚の違いを利用してＴＦＴなどの駆動素子を形成する場合は、例えば半導体層上に形成されたレジストの膜厚が、所定の厚さになっているか否かを測定する必要がある。そこで、このような薄膜の膜厚を測定する方法として、例えば特許文献２に示すように、反射光の干渉現象を利用した反射光干渉法が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５４４２４号公報
【特許文献２】特開平８−３３８７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、反射光干渉法では、波長（または周波数）に対する反射率を示す分光曲線について、スペクトル全体のフィッティングを実施するために測定時間が長くなったり、干渉次数に起因して膜厚の算出に関する処理負荷が大きくなったりしていた。また、干渉光の変化を検出できる光量を得るために、膜厚の測定対象領域の面積を狭くすることができず、平面積の小さい微細な薄膜形状部分については、膜厚の測定が不可能であった。あるいは、露光光の反射防止を行うためにレジストに染料を入れて着色する場合は、反射率が下がるために干渉光の変化を検出できる光量が得られないことも生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］基板に形成された薄膜に対して、波長帯域幅を有する帯域光を照射する照射工程と、照射された前記帯域光が前記薄膜内において反射することによって前記薄膜内に生じ、前記薄膜から射出される定在波の波長を検出する定在波検出工程と、前記検出した定在波の波長を用いて、前記薄膜の厚さを算定する算定工程と、を含むことを特徴とする薄膜厚さ測定方法。
【０００９】
帯域光が薄膜内において反射することによって生じる定在波は、平面積が小さい部分であっても発生する。また、発生する定在波の波長は膜厚に依存する。従って、このような定在波の波長を用いる測定方法によれば、平面積の小さい薄膜部分であっても、発生する定在波の波長が異なるため、この定在波を検出することによって容易に膜厚を測定することができる。
【００１０】
［適用例２］上記薄膜厚さ測定方法であって、前記定在波検出工程は、前記基板に形成された薄膜のうち基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長を検出し、前記算定工程は、前記基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長と、膜厚の測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長とを用いて、前記膜厚の測定対象となる薄膜部分の厚さを算定することを特徴とする。
【００１１】
こうすれば、例えば、予め膜厚が既知の薄膜部分を基準となる薄膜部分とすることによって、検出された基準部分において発生する定在波の波長と、同じく検出された測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長とを用いることによって、測定対象となる薄膜部分の膜厚を容易に算定することができる。
【００１２】
［適用例３］上記薄膜厚さ測定方法であって、前記定在波検出工程は、前記薄膜に対して垂直方向に射出される定在波の波長を検出することを特徴とする。
【００１３】
こうすれば、薄膜に対して垂直方向に射出する定在波の波長を検出するので、薄膜の垂直方向の膜厚を算定することになる。この結果、膜厚を正しく測定することができる。
【００１４】
［適用例４］上記薄膜厚さ測定方法であって、前記帯域光は、白色を呈する波長帯域幅を有する光であることを特徴とする。
【００１５】
こうすれば、白色光は波長帯域が広いので、測定対象となる薄膜の膜厚範囲を広くすることができる。
【００１６】
［適用例５］上記薄膜厚さ測定方法であって、前記照射工程は、前記帯域光を前記薄膜が形成された面と反対側の基板面から、前記薄膜に対して照射する工程であることを特徴とする。
【００１７】
こうすれば、反射による帯域光成分が少なくなるので、薄膜から射出する定在波の波長成分が多い光を用いて測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長を検出することができる。この結果、測定対象となる薄膜の膜厚を正しく算定することができる。
【００１８】
［適用例６］上記薄膜厚さ測定方法によって算定された前記薄膜の厚さが、前記基板に形成されるべき薄膜の厚さに対して閾値の範囲内か否かを判定する判定工程を更に含むことを特徴とする薄膜の品質評価方法。
【００１９】
この品質評価方法によれば、薄膜が所望する範囲内の厚さに形成されているか否かを判定することができるので、薄膜の品質管理が可能である。
【００２０】
［適用例７］基板に形成された薄膜に対して、波長帯域幅を有する帯域光を照射する照射手段と、照射された前記帯域光が前記薄膜内において反射することによって前記薄膜内に生じ、前記薄膜から射出される定在波の波長を検出する定在波検出手段と、前記検出した定在波の波長を用いて、前記薄膜の厚さを算定する算定手段と、を備えることを特徴とする薄膜厚さ測定装置。
【００２１】
帯域光が薄膜内において反射することによって生じる定在波は、平面積が小さい部分であっても発生する。また、発生する定在波の波長は膜厚に依存する。従って、このような定在波の波長を用いる測定装置によれば、平面積の小さい薄膜部分であっても、容易に膜厚を測定することができる。
【００２２】
［適用例８］上記薄膜厚さ測定装置であって、前記定在波検出手段は、前記基板に形成された薄膜のうち基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長を検出し、前記算定手段は、前記基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長と、膜厚の測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長とを用いて、前記膜厚の測定対象となる薄膜部分の厚さを算定することを特徴とする。
【００２３】
こうすれば、例えば、予め膜厚が既知の薄膜部分を基準となる薄膜部分とすることによって、検出された基準部分において発生する定在波の波長と、同じく検出された測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長とを用いることによって、測定対象となる薄膜部分の膜厚を容易に算定することができる。
【００２４】
［適用例９］上記薄膜厚さ測定装置と、前記薄膜厚さ側定装置によって測定した前記薄膜の厚さが、前記基板に形成されるべき薄膜の厚さに対して閾値の範囲内か否かを判定することによって、前記基板に形成されるべき薄膜の厚さか否かを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする薄膜の品質管理システム。
【００２５】
この品質管理システムによれば、薄膜が所望する範囲内の厚さに形成されているか否かを判定することができるので、薄膜の品質管理が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。図１は、本実施例の薄膜厚さ測定装置１００の概要構成を示す模式図である。薄膜厚さ測定装置（以降、単に「測定装置」と呼ぶ）１００は、照射器１、カメラ３、照射制御部１０、検出領域特定部２０、定在波波長検出部３０、膜厚算定部４０を備えている。
【００２７】
照射器１は、白色を呈する波長帯域幅を有する光を照射する照射ランプを内蔵している。そして、照射制御部１０によって点灯制御されることによって、基板上に形成された半導体層の領域であって、膜厚の測定対象領域となるレジスト部分を含む所定の領域に、白色光を照射する。
【００２８】
カメラ３は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）素子など、複数の画素によって構成された撮像素子を内蔵し、白色光が照射された所定の領域から射出される定在波を含む入射光によって画像を撮像する。そして、撮像した画像を、各画素についてＲ，Ｇ，Ｂ各８ビットで表される階調データによって構成される画素データとして出力する。なお、カメラ３の光軸は、基板に対して垂直方向にセットされ、カメラ３の光軸に対して平行な入射光が、撮像素子上に結像するようにレンズ系が構成されている。
【００２９】
検出領域特定部２０は、半導体層上に形成されたレジスト薄膜のうち基準領域と測定対象領域を特定する。本実施例では、レジストの膜厚が予め判明している領域つまりハーフエッチングされない領域を基準領域とする。また、基準領域および測定対象領域は、カメラ３がセットされた状態において、撮影素子の画素位置として特定されるものとする。従って、本実施例では、膜厚の測定に際しては、カメラ３は基板に対して常に同じ位置になるようにセットされる。
【００３０】
定在波波長検出部３０は、基準領域および測定対象領域について、カメラ３から出力される撮像素子の画素１つ１つに対応するＲ，Ｇ，Ｂの各画素データから、色相データを取得する。そして取得した色相データに対応する波長を、所定の対応テーブルを用いて、それぞれ基準領域および測定対象領域における定在波の波長として検出する。
【００３１】
膜厚算定部４０は、検出された基準領域と測定対象領域における定在波の波長、および、既知である基準領域の膜厚とを用いて、所定の演算を行って測定対象領域の膜厚を算定する。その後、必要に応じて算定した膜厚を、図示しない表示手段に表示する。
【００３２】
上述した照射制御部１０、検出領域特定部２０、定在波波長検出部３０、膜厚算定部４０は、測定装置１００内に設けられた図示しない回路基板に組み込まれたＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭによって構成される。すなわち、ＣＰＵが、ＲＡＭをワーキングメモリーとして随時使用しながら、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って所定の処理を行うことによって、照射制御部１０、検出領域特定部２０、定在波波長検出部３０、膜厚算定部４０として機能するのである。
【００３３】
次に、各部が行う処理を説明する前に、本実施例の測定装置１００による膜厚の測定方法の概要について、図２を用いて説明する。図２は、半導体層上に形成されたレジストに白色光を斜め方向から照射した様子を示した模式図である。
【００３４】
図示するように、レジストは、すでにその膜厚が厚さ「Ｄｋ」と既知である基準領域と、その両側に、この基準領域よりも膜厚の厚さが薄い測定対象領域とを有している。基準領域はＴＦＴのチャネル領域に当たる。また、２つの測定対象領域は、それぞれソース領域、ドレイン領域に当たり、ハーフトーンマスクなどを用いてエッチング形成されたものである。従って、２つの測定対象領域のレジストの膜厚が適切でないと、ドープ量が変化して所望するＴＦＴの性能が得られないことになるのである。
【００３５】
さて、基準領域ではレジスト薄膜に照射された白色光のうち、レジストの表面（図面上側）にて反射する反射光が存在する一方、レジスト内に入射する入射光も存在する。そして、入射光は、レジスト内において、半導体層との界面において反射する。この結果、周知のように、入射光がレジスト内で反射を繰り返すことによって、レジスト内には波長λｋ＝２Ｄｋの光が共振する。このため、基準領域において波長λｋ＝２Ｄｋの光が定在波として発生し、レジスト表面から射出される。
【００３６】
同様に、測定対象領域でもレジスト薄膜に照射された白色光のうち、レジストの表面（図面上側）にて反射する反射光が存在する一方、レジスト内に入射する入射光も存在する。そして、入射光は、レジスト内において、半導体層との界面において反射する。この結果、測定対象領域のレジストの膜厚をＤｓとすると、入射光がレジスト内で反射を繰り返すことによって、レジスト内では波長λｓ＝２Ｄｓの光が共振する。このため、測定対象領域においては、波長λｓ＝２Ｄｓの光が定在波として発生し、レジスト表面から射出される。
【００３７】
従って、白色光がレジスト表面において反射する反射光には、それぞれの領域に依存した波長を有する定在波λｋ，λｓの成分が多く含まれるため、それぞれの領域から射出される光の波長スペクトルが異なることになる。言い換えれば、それぞれの領域において色相が異なることになる。そこで、本実施例の測定装置１００は、基準領域あるいは測定対象領域について、それぞれの色相を取得し、取得した色相に対応する波長を、定在波の波長として検出する。そして、検出された定在波の波長から、測定領域の膜厚を算定するものである。
【００３８】
それでは、本実施例の測定装置１００にて行う膜厚の測定処理について、図３のフローチャートに従って説明する。この処理は、図１において、測定者が測定装置１００に設けられた図示しないボタンを押すことによって開始される。
【００３９】
測定処理が開始されると、まず、ステップＳ１０１にて、カメラ３を所定位置にセット処理する。ＣＰＵは図１において図示しない駆動手段によってカメラ３を、所定位置に移動する。
【００４０】
次に、ステップＳ１０２にて帯域光を照射処理する。本実施例では、帯域光は凡そ４００ｎｍ〜７６０ｎｍの可視光領域の波長帯域を総て有する白色光であるものとする。これは、定在波として発生する波長の範囲を広げることによって、測定対象領域の薄膜厚さについて測定できる膜厚の範囲をできるだけ広げるためである。
【００４１】
次に、ステップＳ１０３にて、基準領域を撮像する撮像素子の画素データを取得処理する。ＣＰＵは、カメラ３から出力される基準領域を撮像した撮像素子の各画素のＲ、Ｇ、Ｂの各８ビットの階調データを取得する。次いで、ステップＳ１０４にて、基準領域に発生する定在波の波長を検出処理する。
【００４２】
次に、ステップＳ１０５にて、測定対象領域を撮像する撮像素子の画素データを取得処理する。ＣＰＵは、カメラ３から出力される測定対象領域を撮像した撮像素子の各画素のＲ、Ｇ、Ｂの各８ビットの階調データを取得する。次いで、ステップＳ１０６にて、測定対象領域に発生する定在波の波長を検出処理する。
【００４３】
ステップＳ１０３およびステップＳ１０５における処理について、図４を用いて説明する。図４は、ハーフエッチングされたレジストの領域であって、膜厚の測定対象となる領域を含む領域Ｒ２と、半導体層上に形成されたレジスト膜がエッチングされずにそのまま残っており、従ってレジストの膜厚が既知である基準領域Ｒ１とを、基板の上側からみた平面状態を示した模式平面図である。そして、二点鎖線で囲んだ領域３Ｆは、カメラ３に内蔵した撮像素子の撮像領域を示している。カメラ３は、前述したように常に同じレジストの領域部分である領域３Ｆを撮像するように、基板に対して常に同じ位置にセットされるように構成されている。
【００４４】
カメラ３が、レジストの領域３Ｆを撮像したとき、撮像素子を構成する各画素は、図４下側に示したように画素データを出力する。本実施例では、基準領域Ｒ１を撮像する画素は、画素Ｇ１３〜Ｇ１６および画素Ｇ２３〜Ｇ２６の８画素であり、予めこの８画素の画素データが基準領域Ｒ１の画素データであるという画素情報がＲＯＭに記憶されている。また、領域Ｒ２のうち測定対象となる測定対象領域を撮像する画素は、画素Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ２１，Ｇ２２の４画素と、画素Ｇ１７，Ｇ１８，Ｇ２７，Ｇ２８の４画素であり、予めこれらの計８画素の画素データが測定対象領域の画素データであるという画素情報がＲＯＭに記憶されている。なお、本実施例では、撮像素子を構成する各画素を、説明の都合上大きく誇張して表示しているため、撮像素子を構成する画素数が少ない状態で図示しているが、実際は数百万個程度の画素によって構成されていることは勿論である。
【００４５】
そこで、ステップＳ１０３では、ＣＰＵはＲＯＭに記憶された画素情報に基づいて、カメラ３から出力される基準領域Ｒ１を撮像した画素Ｇ１３〜Ｇ１６および画素Ｇ２３〜Ｇ２６の計８画素の画素データを取得する。また、ステップＳ１０５では、ＣＰＵはＲＯＭに記憶された画素情報に基づいて、カメラ３から出力される測定対象領域を撮像した画素Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ２１，Ｇ２２と画素Ｇ１７，Ｇ１８，Ｇ２７，Ｇ２８の計８画素の画素データを取得する。
【００４６】
次に、ステップＳ１０４およびステップＳ１０６において行われる定在波の波長の検出処理について説明する。ＣＰＵは、１つの画素データについて、画素データを構成するＲ、Ｇ、Ｂの各階調データから、ＲＯＭに格納された変換式を用いて色相（Ｈ）データを算出する。変換式は広く知られており、例えば、「Ｒ」の階調データが最も大きく「Ｂ」の階調データが最も小さい場合は、変換式は、Ｈ＝６０×（Ｇ−Ｂ）／（Ｒ−Ｂ）である。こうして、各画素について色相データが算出される。なお色相データは角度データであり、例えば、赤色の場合は０度、緑色の場合は１２０度、青色の場合は２４０度である。
【００４７】
続いて、ＣＰＵは算出した色相データを用いて、予めＲＯＭに格納された色相と波長とを対応させた対応テーブルを参照して、色相データに対応する波長を検出する。対応テーブルは、色相データの各角度に対応する波長を規定したものであり、図５にこの対応テーブルの一例を示した。対応テーブルは、図示するように可視光の分光スペクトルを表したもので、広く知られたものである。ちなみに、色相データが２４０度であれば、青色を呈し、これに対応する波長は４５０ｎｍとなる。
【００４８】
こうして、ステップＳ１０４とステップＳ１０６において、基準領域および測定対象領域のそれぞれについて計８つの色相データが算出されることになる。なお、本実施例では、算出されたこれらの８つの色相データの平均値を計算し、計算した平均値の色相データに対応する波長を、それぞれ基準領域および測定対象領域における定在波の波長として検出する。もとより、８つの色相データのうち、最大もしくは最小の角度の色相データに対応する波長を、それぞれ基準領域および測定対象領域における定在波の波長として検出することとしても差し支えない。要は、膜厚の品質管理方法に応じて、基準領域および測定対象領域における色相データを算出すればよい。
【００４９】
図３に戻り、次いで、ステップＳ１０７にて、測定対象領域の膜厚を算定処理する。ＣＰＵは、基準領域について既知の膜厚として予めＲＯＭに格納された膜厚の値「Ｄｋ」を読み出し、測定対象領域の薄膜厚さ「Ｄｓ」を算定する。前述したように、レジストの膜厚は、発生する定在波の波長に比例するため、基準領域のレジスト厚さと測定対象領域のレジスト厚さとの比と、基準領域に発生する定在波と測定対象領域に発生する定在波の比とは等しくなる。そこで、本実施例では、ステップＳ１０４にて検出された基準領域に発生する定在波の波長を「λＫ」、ステップＳ１０６にて検出された測定対象領域に発生する定在波の波長を「λＳ」とすると、演算式Ｄｓ＝Ｄｋ×λＳ／λＫによって、測定対象領域のレジスト厚さ「Ｄｓ」を算定する。こうして、本実施例の測定装置１００は、算定した値「Ｄｓ」を、測定対象領域のレジスト厚さとして測定するのである。
【００５０】
なお、上述したように、基準領域においては波長λｋ＝２Ｄｋの光が定在波として発生するが、この定在波以外に、照射した白色光の反射光も撮像素子に入射することから、撮像素子が撮像する画像は、定在波の波長λｋが呈する色相からずれた色相となる。このため、ステップＳ１０４にて検出される基準領域に発生する定在波の波長は「λｋ」とは異なる確率が高く、従って、本実施例ではこれを「λＫ」と標記した。同様に、ステップＳ１０６にて検出される測定対象領域に発生する定在波の波長は「λｓ」とは異なる確率が高く、従って、本実施例ではこれを「λＳ」と標記した。
【００５１】
上述したように、定在波は、平面積が小さい部分であっても薄膜内において反射することによって生じる。そこで、本実施例は、この定在波を含む反射光を画素データとして取得し、画素データから色相データに変換したのち、その色相データに対応する波長を検出する。このとき、予めレジスト膜の厚さが判明している基準領域部分に発生し検出された定在波の波長と、測定対象となるレジスト膜部分に発生し検出された定在波の波長とを用いることによって、測定対象となるレジスト膜部分の膜厚を容易に算定することができる。従って、撮像素子の各画素によって撮像が可能な領域であれば、平面積の小さいレジスト膜部分であっても容易に膜厚を算定することができるのである。このように、本実施例の測定装置１００は、測定対象領域のレジスト膜の厚さに相当する定在波の波長を検出し、検出した波長を用いてレジスト膜の厚さを算定することによって、測定対象領域のレジスト膜の厚さを測定することを可能とする装置である。
【００５２】
その後、測定装置１００は、算定されたレジスト膜部分の膜厚を、図示しない表示手段等を用いて表示することが好ましい。こうすることで、測定者は、表示された膜厚を視認して、測定対象領域のレジストの厚さが、所望する厚さか否かを判断することができることになる。
【００５３】
以上、本発明について、実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。以下変形例を挙げて説明する。
【００５４】
（第１変形例）
上記実施例における測定装置１００は、図１に示したように、照射器１を基板に対して半導体層側に位置し、レジストに対して図面上側から白色光を照射することとしたが、これに限るものでないことは勿論である。例えば、基板や半導体層が、光透過性を有する材料（例えばガラスや透明有機材料）で形成されている場合は、測定装置１００において、照射器１を基板に対して半導体層が形成されている側と反対側、つまり基板裏側に配置し、基板の裏側から白色光を照射することとしてもよい。
【００５５】
図６は、本変形例による測定装置１００ａの概略構成を示す模式図である。図示するように、照射器１は、基板の下側に配置され、基板を裏面から照射する。この場合、レジストおよび半導体層において反射する反射光が原理的にカメラ３に入射しないので、撮像素子に入射する光は、総て透過光になる。従って、上記実施例とは異なり、撮像素子に入射する光は、白色光の波長成分が抑えられ、定在波の波長成分が多く存在する光となる。この結果、画素データは、定在波の波長が主たる成分の光によって生成されるために、その後算出される色相データは、基準領域または測定対象領域に発生する定在波が呈する色を示す色相データに近づくか、若しくは一致することが期待できる。従って、測定対象領域のレジストの厚さを、より正しく測定することが期待できる。
【００５６】
また、本変形例によれば、反射光ではなく透過光を用いるので、露光光の反射防止を行うためにレジストに染料を入れて着色する場合であっても、定在波を検出できる光量が得られないという不具合は発生しない。
【００５７】
なお、照射器１から照射される白色光は、基板に対して垂直方向に照射することが好ましい。こうすれば、レジストの膜厚方向に発生する定在波の光強度を高めることができるので、画素データを構成するＲ、Ｂ、Ｇの各階調データ値が大きくなり、データの信頼性が高まる結果、検出される定在波の波長の信頼性も向上する。
【００５８】
（第２変形例）
上記実施例の測定装置１００では、測定者が、算定した測定対象領域のレジストの厚さを測定装置１００から入手し、測定対象領域のレジストの厚さが、所望する厚さか否かを判断するものとしたが、本変形例として、測定装置１００において、算定された膜厚が所望する膜厚か否かを自動的に判定することとしてもよい。
【００５９】
図７は、本変形例の測定装置１００ｂの概要構成を示す模式図である。測定装置１００ｂは、図１に示した測定装置１００に対して、判定部５０と表示手段７とを追加して備えたものである。従って、他の構成は総て上記実施例の測定装置１００と同じであるので、これらの説明は省略し、判定部５０と表示手段７とについて説明する。
【００６０】
判定部５０は、上記実施例と同様に、ＣＰＵが、ＲＡＭをワーキングメモリーとして随時使用しながら、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って所定の処理を行うことによって機能する。そして、算定された測定対象領域における膜厚が、所定の閾値の範囲に存在するか否かを判定する。その後、判定した結果を、表示データとして表示手段７に出力する。
【００６１】
表示手段７は、液晶パネルなどを表示体とし、判定部５０が出力した表示データを表示体に表示することによって、判定結果を通知する。
【００６２】
本変形例の測定装置１００ｂにて行う膜厚の測定処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。この処理は、図３におけるステップＳ１０１からステップＳ１０７までの処理に引き続き、ステップＳ１０８以降の処理を追加したものである。従って、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０７までの説明は省略し、ステップＳ１０８以降について処理内容を説明する。
【００６３】
まず、ステップＳ１０８では、算定された膜厚と閾値とを比較処理する。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された閾値を読み出して、ステップＳ１０７にて算定した薄膜厚さと比較する。本変形例では、レジストの膜厚として許容される最大と最小の膜厚を有する領域を予め基板上に形成し、形成された最大と最小の膜厚を有する領域において、ステップＳ１０１からステップＳ１０７までの処理を行うことによって算定される膜厚を求めておく。そして、この求めた２つの膜厚の値をそれぞれ上限下限とする範囲が、予め閾値としてＲＯＭに格納されているのである。
【００６４】
次に、ステップＳ１１０にて、算定された膜厚が閾値の範囲内か否かを判定処理する。判定の結果、閾値の範囲内であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１１１に進み、レジストの膜厚は適切である旨を通知する。一方、判定の結果、閾値の範囲内でなければ（ＮＯ）、ステップＳ１１２に進み、レジストの膜厚は適切でない旨を通知する。
【００６５】
通知方法は、表示手段７に所定の文言を表示したり、所定の色を表示したりする。ＣＰＵは、判定結果に応じて予めＲＯＭに格納された文言を読み出し、例えば、ステップＳ１１２の処理であれば、「レジスト厚さは適切ではありません」という文言を表示したり、「赤色」を表示したりする。この結果、検査者は、表示された内容によって、レジスト厚さが所望する厚さか否かを容易に確認できる。
【００６６】
本変形例によれば、測定装置１００に対してさらに判定部５０を備えることによって、ハーフエッチング等によって形成されたレジスト厚さについて、所望する厚さか否かを評価する所謂品質評価システムを提供することができる。
【００６７】
（その他の変形例）
上記実施例では、基準領域について発生する定在波の波長を検出したが、必ずしもこれに限らず、基準領域について発生する定在波の波長を算定せず、測定領域について発生する定在波の波長のみ検出することとしてもよい。この場合は、予め厚さが判明しているレジスト部分において、画素データから変換された色相データを、種々の厚さに対して求めておく。そして求めた色相データとレジスト厚さとから、図５に示した対応テーブルを作成しておき、この対応テーブルを用いて、測定対象領域において取得された色相データに対応するレジストの厚さを、測定領域のレジストの膜厚として算定すればよい。
【００６８】
また、上記実施例では、基準領域をレジストの膜厚が既知である領域としたが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、測定対象領域の膜厚が、基準領域の膜厚に対する割合で品質管理される場合は、基準領域は、レジストの膜厚が既知でなくても差し支えない。もとより、この場合は、測定対象領域の膜厚は、基準領域の膜厚に対する割合で算定される。
【００６９】
また、上記実施例では、カメラ３の光軸を、基板に対して垂直な方向としたが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、基板に対して斜め方向であっても差し支えない。この場合、カメラ３に入射する光に含まれる定在波は、レジストの厚さ方向に対して斜めの方向に射出するものであるため、レジストの厚さを正しく示すものではないが、基準領域と測定対象領域について、同じ傾き条件で撮像するので、同様にレジストの膜厚の算定が可能である。つまり、カメラ３に入射する光に含まれる定在波の波長は変化するものの、基準領域について検出される定在波の波長と、測定対象領域について検出される定在波の波長との比率は変化しないためである。
【００７０】
また、上記実施例では、照射光として白色光を照射することとした。これは、定在波として発生する波長の範囲を広げることによって、測定対象領域の薄膜厚さについて測定できる膜厚の範囲をできるだけ広げるためであったが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、５００ｎｍ〜７００ｎｍというように、所定の波長帯域幅を有する帯域光であっても差し支えない。この場合、少なくとも基準領域と測定対象領域における薄膜において、許容範囲内の膜厚が形成された場合において理論的に発生する定在波の波長が含まれるように、波長帯域幅を設定することが好ましい。
【００７１】
また、上記実施例では、薄膜の厚さとしてレジストの厚さを測定するものとして説明したが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、透明薄膜電極層の厚さを測定することとしてもよい。要は、平面積の小さい領域を有する薄膜の厚さを測定するものであって、膜内で定在波が発生するものであれば、どのような薄膜であっても、膜厚の測定対象とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施例の薄膜厚さ測定装置の概要構成を示す模式図。
【図２】半導体層上に形成されたレジストに白色光を照射した様子を示した模式図。
【図３】本実施例の測定装置にて行う膜厚の測定処理についてのフローチャート。
【図４】レジストパターン領域Ｒ１，Ｒ２を、基板面上からみた模式平面図。
【図５】対応テーブルの一例を示す説明図。
【図６】第１変形例による測定装置の概略構成を示す模式図
【図７】第２変形例による測定装置の概要構成を示す模式図。
【図８】第２変形例の測定装置にて行う膜厚の測定処理についてのフローチャート。
【符号の説明】
【００７３】
１…照射器、３…カメラ、７…表示手段、１０…照射制御部、２０…検出領域特定部、３０…定在波波長検出部、４０…膜厚算定部、５０…判定部、１００…測定装置、１００ａ…測定装置、１００ｂ…測定装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜厚さ測定方法、薄膜の品質評価方法、薄膜厚さ測定装置、および薄膜の品質管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶や有機エレクトロルミネッセンス素子などを表示素子とした表示装置では、表示素子とともに、この表示素子を駆動するための駆動素子が、半導体プロセス等によって所定の材料を薄膜形成して形成される。そして、このような薄膜材料によって形成される駆動素子として、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）が広く採用されている。
【０００３】
ＴＦＴとしては、オフ電流値を抑制する効果があるＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有するＴＦＴと、ホットキャリア現象の抑制効果があるＧＯＬＤ（Gate-Drain Overlapped LDD）構造を有するＴＦＴとが、広く知られている。そして、これらの構造を有するＴＦＴの製造方法として、レジストの膜厚差を利用して形成する方法が、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示された技術のように、レジストの膜厚の違いを利用してＴＦＴなどの駆動素子を形成する場合は、例えば半導体層上に形成されたレジストの膜厚が、所定の厚さになっているか否かを測定する必要がある。そこで、このような薄膜の膜厚を測定する方法として、例えば特許文献２に示すように、反射光の干渉現象を利用した反射光干渉法が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−５４４２４号公報
【特許文献２】特開平８−３３８７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、反射光干渉法では、波長（または周波数）に対する反射率を示す分光曲線について、スペクトル全体のフィッティングを実施するために測定時間が長くなったり、干渉次数に起因して膜厚の算出に関する処理負荷が大きくなったりしていた。また、干渉光の変化を検出できる光量を得るために、膜厚の測定対象領域の面積を狭くすることができず、平面積の小さい微細な薄膜形状部分については、膜厚の測定が不可能であった。あるいは、露光光の反射防止を行うためにレジストに染料を入れて着色する場合は、反射率が下がるために干渉光の変化を検出できる光量が得られないことも生じていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］基板に形成された薄膜に対して、波長帯域幅を有する帯域光を照射する照射工程と、照射された前記帯域光が前記薄膜内において反射することによって前記薄膜内に生じ、前記薄膜から射出される定在波の波長を検出する定在波検出工程と、前記検出した定在波の波長を用いて、前記薄膜の厚さを算定する算定工程と、を含むことを特徴とする薄膜厚さ測定方法。
【０００９】
帯域光が薄膜内において反射することによって生じる定在波は、平面積が小さい部分であっても発生する。また、発生する定在波の波長は膜厚に依存する。従って、このような定在波の波長を用いる測定方法によれば、平面積の小さい薄膜部分であっても、発生する定在波の波長が異なるため、この定在波を検出することによって容易に膜厚を測定することができる。
【００１０】
［適用例２］上記薄膜厚さ測定方法であって、前記定在波検出工程は、前記基板に形成された薄膜のうち基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長を検出し、前記算定工程は、前記基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長と、膜厚の測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長とを用いて、前記膜厚の測定対象となる薄膜部分の厚さを算定することを特徴とする。
【００１１】
こうすれば、例えば、予め膜厚が既知の薄膜部分を基準となる薄膜部分とすることによって、検出された基準部分において発生する定在波の波長と、同じく検出された測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長とを用いることによって、測定対象となる薄膜部分の膜厚を容易に算定することができる。
【００１２】
［適用例３］上記薄膜厚さ測定方法であって、前記定在波検出工程は、前記薄膜に対して垂直方向に射出される定在波の波長を検出することを特徴とする。
【００１３】
こうすれば、薄膜に対して垂直方向に射出する定在波の波長を検出するので、薄膜の垂直方向の膜厚を算定することになる。この結果、膜厚を正しく測定することができる。
【００１４】
［適用例４］上記薄膜厚さ測定方法であって、前記帯域光は、白色を呈する波長帯域幅を有する光であることを特徴とする。
【００１５】
こうすれば、白色光は波長帯域が広いので、測定対象となる薄膜の膜厚範囲を広くすることができる。
【００１６】
［適用例５］上記薄膜厚さ測定方法であって、前記照射工程は、前記帯域光を前記薄膜が形成された面と反対側の基板面から、前記薄膜に対して照射する工程であることを特徴とする。
【００１７】
こうすれば、反射による帯域光成分が少なくなるので、薄膜から射出する定在波の波長成分が多い光を用いて測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長を検出することができる。この結果、測定対象となる薄膜の膜厚を正しく算定することができる。
【００１８】
［適用例６］上記薄膜厚さ測定方法によって算定された前記薄膜の厚さが、前記基板に形成されるべき薄膜の厚さに対して閾値の範囲内か否かを判定する判定工程を更に含むことを特徴とする薄膜の品質評価方法。
【００１９】
この品質評価方法によれば、薄膜が所望する範囲内の厚さに形成されているか否かを判定することができるので、薄膜の品質管理が可能である。
【００２０】
［適用例７］基板に形成された薄膜に対して、波長帯域幅を有する帯域光を照射する照射手段と、照射された前記帯域光が前記薄膜内において反射することによって前記薄膜内に生じ、前記薄膜から射出される定在波の波長を検出する定在波検出手段と、前記検出した定在波の波長を用いて、前記薄膜の厚さを算定する算定手段と、を備えることを特徴とする薄膜厚さ測定装置。
【００２１】
帯域光が薄膜内において反射することによって生じる定在波は、平面積が小さい部分であっても発生する。また、発生する定在波の波長は膜厚に依存する。従って、このような定在波の波長を用いる測定装置によれば、平面積の小さい薄膜部分であっても、容易に膜厚を測定することができる。
【００２２】
［適用例８］上記薄膜厚さ測定装置であって、前記定在波検出手段は、前記基板に形成された薄膜のうち基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長を検出し、前記算定手段は、前記基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長と、膜厚の測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長とを用いて、前記膜厚の測定対象となる薄膜部分の厚さを算定することを特徴とする。
【００２３】
こうすれば、例えば、予め膜厚が既知の薄膜部分を基準となる薄膜部分とすることによって、検出された基準部分において発生する定在波の波長と、同じく検出された測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長とを用いることによって、測定対象となる薄膜部分の膜厚を容易に算定することができる。
【００２４】
［適用例９］上記薄膜厚さ測定装置と、前記薄膜厚さ側定装置によって測定した前記薄膜の厚さが、前記基板に形成されるべき薄膜の厚さに対して閾値の範囲内か否かを判定することによって、前記基板に形成されるべき薄膜の厚さか否かを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする薄膜の品質管理システム。
【００２５】
この品質管理システムによれば、薄膜が所望する範囲内の厚さに形成されているか否かを判定することができるので、薄膜の品質管理が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。図１は、本実施例の薄膜厚さ測定装置１００の概要構成を示す模式図である。薄膜厚さ測定装置（以降、単に「測定装置」と呼ぶ）１００は、照射器１、カメラ３、照射制御部１０、検出領域特定部２０、定在波波長検出部３０、膜厚算定部４０を備えている。
【００２７】
照射器１は、白色を呈する波長帯域幅を有する光を照射する照射ランプを内蔵している。そして、照射制御部１０によって点灯制御されることによって、基板上に形成された半導体層の領域であって、膜厚の測定対象領域となるレジスト部分を含む所定の領域に、白色光を照射する。
【００２８】
カメラ３は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）素子など、複数の画素によって構成された撮像素子を内蔵し、白色光が照射された所定の領域から射出される定在波を含む入射光によって画像を撮像する。そして、撮像した画像を、各画素についてＲ，Ｇ，Ｂ各８ビットで表される階調データによって構成される画素データとして出力する。なお、カメラ３の光軸は、基板に対して垂直方向にセットされ、カメラ３の光軸に対して平行な入射光が、撮像素子上に結像するようにレンズ系が構成されている。
【００２９】
検出領域特定部２０は、半導体層上に形成されたレジスト薄膜のうち基準領域と測定対象領域を特定する。本実施例では、レジストの膜厚が予め判明している領域つまりハーフエッチングされない領域を基準領域とする。また、基準領域および測定対象領域は、カメラ３がセットされた状態において、撮影素子の画素位置として特定されるものとする。従って、本実施例では、膜厚の測定に際しては、カメラ３は基板に対して常に同じ位置になるようにセットされる。
【００３０】
定在波波長検出部３０は、基準領域および測定対象領域について、カメラ３から出力される撮像素子の画素１つ１つに対応するＲ，Ｇ，Ｂの各画素データから、色相データを取得する。そして取得した色相データに対応する波長を、所定の対応テーブルを用いて、それぞれ基準領域および測定対象領域における定在波の波長として検出する。
【００３１】
膜厚算定部４０は、検出された基準領域と測定対象領域における定在波の波長、および、既知である基準領域の膜厚とを用いて、所定の演算を行って測定対象領域の膜厚を算定する。その後、必要に応じて算定した膜厚を、図示しない表示手段に表示する。
【００３２】
上述した照射制御部１０、検出領域特定部２０、定在波波長検出部３０、膜厚算定部４０は、測定装置１００内に設けられた図示しない回路基板に組み込まれたＣＰＵやＲＡＭ、ＲＯＭによって構成される。すなわち、ＣＰＵが、ＲＡＭをワーキングメモリーとして随時使用しながら、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って所定の処理を行うことによって、照射制御部１０、検出領域特定部２０、定在波波長検出部３０、膜厚算定部４０として機能するのである。
【００３３】
次に、各部が行う処理を説明する前に、本実施例の測定装置１００による膜厚の測定方法の概要について、図２を用いて説明する。図２は、半導体層上に形成されたレジストに白色光を斜め方向から照射した様子を示した模式図である。
【００３４】
図示するように、レジストは、すでにその膜厚が厚さ「Ｄｋ」と既知である基準領域と、その両側に、この基準領域よりも膜厚の厚さが薄い測定対象領域とを有している。基準領域はＴＦＴのチャネル領域に当たる。また、２つの測定対象領域は、それぞれソース領域、ドレイン領域に当たり、ハーフトーンマスクなどを用いてエッチング形成されたものである。従って、２つの測定対象領域のレジストの膜厚が適切でないと、ドープ量が変化して所望するＴＦＴの性能が得られないことになるのである。
【００３５】
さて、基準領域ではレジスト薄膜に照射された白色光のうち、レジストの表面（図面上側）にて反射する反射光が存在する一方、レジスト内に入射する入射光も存在する。そして、入射光は、レジスト内において、半導体層との界面において反射する。この結果、周知のように、入射光がレジスト内で反射を繰り返すことによって、レジスト内には波長λｋ＝２Ｄｋの光が共振する。このため、基準領域において波長λｋ＝２Ｄｋの光が定在波として発生し、レジスト表面から射出される。
【００３６】
同様に、測定対象領域でもレジスト薄膜に照射された白色光のうち、レジストの表面（図面上側）にて反射する反射光が存在する一方、レジスト内に入射する入射光も存在する。そして、入射光は、レジスト内において、半導体層との界面において反射する。この結果、測定対象領域のレジストの膜厚をＤｓとすると、入射光がレジスト内で反射を繰り返すことによって、レジスト内では波長λｓ＝２Ｄｓの光が共振する。このため、測定対象領域においては、波長λｓ＝２Ｄｓの光が定在波として発生し、レジスト表面から射出される。
【００３７】
従って、白色光がレジスト表面において反射する反射光には、それぞれの領域に依存した波長を有する定在波λｋ，λｓの成分が多く含まれるため、それぞれの領域から射出される光の波長スペクトルが異なることになる。言い換えれば、それぞれの領域において色相が異なることになる。そこで、本実施例の測定装置１００は、基準領域あるいは測定対象領域について、それぞれの色相を取得し、取得した色相に対応する波長を、定在波の波長として検出する。そして、検出された定在波の波長から、測定領域の膜厚を算定するものである。
【００３８】
それでは、本実施例の測定装置１００にて行う膜厚の測定処理について、図３のフローチャートに従って説明する。この処理は、図１において、測定者が測定装置１００に設けられた図示しないボタンを押すことによって開始される。
【００３９】
測定処理が開始されると、まず、ステップＳ１０１にて、カメラ３を所定位置にセット処理する。ＣＰＵは図１において図示しない駆動手段によってカメラ３を、所定位置に移動する。
【００４０】
次に、ステップＳ１０２にて帯域光を照射処理する。本実施例では、帯域光は凡そ４００ｎｍ〜７６０ｎｍの可視光領域の波長帯域を総て有する白色光であるものとする。これは、定在波として発生する波長の範囲を広げることによって、測定対象領域の薄膜厚さについて測定できる膜厚の範囲をできるだけ広げるためである。
【００４１】
次に、ステップＳ１０３にて、基準領域を撮像する撮像素子の画素データを取得処理する。ＣＰＵは、カメラ３から出力される基準領域を撮像した撮像素子の各画素のＲ、Ｇ、Ｂの各８ビットの階調データを取得する。次いで、ステップＳ１０４にて、基準領域に発生する定在波の波長を検出処理する。
【００４２】
次に、ステップＳ１０５にて、測定対象領域を撮像する撮像素子の画素データを取得処理する。ＣＰＵは、カメラ３から出力される測定対象領域を撮像した撮像素子の各画素のＲ、Ｇ、Ｂの各８ビットの階調データを取得する。次いで、ステップＳ１０６にて、測定対象領域に発生する定在波の波長を検出処理する。
【００４３】
ステップＳ１０３およびステップＳ１０５における処理について、図４を用いて説明する。図４は、ハーフエッチングされたレジストの領域であって、膜厚の測定対象となる領域を含む領域Ｒ２と、半導体層上に形成されたレジスト膜がエッチングされずにそのまま残っており、従ってレジストの膜厚が既知である基準領域Ｒ１とを、基板の上側からみた平面状態を示した模式平面図である。そして、二点鎖線で囲んだ領域３Ｆは、カメラ３に内蔵した撮像素子の撮像領域を示している。カメラ３は、前述したように常に同じレジストの領域部分である領域３Ｆを撮像するように、基板に対して常に同じ位置にセットされるように構成されている。
【００４４】
カメラ３が、レジストの領域３Ｆを撮像したとき、撮像素子を構成する各画素は、図４下側に示したように画素データを出力する。本実施例では、基準領域Ｒ１を撮像する画素は、画素Ｇ１３〜Ｇ１６および画素Ｇ２３〜Ｇ２６の８画素であり、予めこの８画素の画素データが基準領域Ｒ１の画素データであるという画素情報がＲＯＭに記憶されている。また、領域Ｒ２のうち測定対象となる測定対象領域を撮像する画素は、画素Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ２１，Ｇ２２の４画素と、画素Ｇ１７，Ｇ１８，Ｇ２７，Ｇ２８の４画素であり、予めこれらの計８画素の画素データが測定対象領域の画素データであるという画素情報がＲＯＭに記憶されている。なお、本実施例では、撮像素子を構成する各画素を、説明の都合上大きく誇張して表示しているため、撮像素子を構成する画素数が少ない状態で図示しているが、実際は数百万個程度の画素によって構成されていることは勿論である。
【００４５】
そこで、ステップＳ１０３では、ＣＰＵはＲＯＭに記憶された画素情報に基づいて、カメラ３から出力される基準領域Ｒ１を撮像した画素Ｇ１３〜Ｇ１６および画素Ｇ２３〜Ｇ２６の計８画素の画素データを取得する。また、ステップＳ１０５では、ＣＰＵはＲＯＭに記憶された画素情報に基づいて、カメラ３から出力される測定対象領域を撮像した画素Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ２１，Ｇ２２と画素Ｇ１７，Ｇ１８，Ｇ２７，Ｇ２８の計８画素の画素データを取得する。
【００４６】
次に、ステップＳ１０４およびステップＳ１０６において行われる定在波の波長の検出処理について説明する。ＣＰＵは、１つの画素データについて、画素データを構成するＲ、Ｇ、Ｂの各階調データから、ＲＯＭに格納された変換式を用いて色相（Ｈ）データを算出する。変換式は広く知られており、例えば、「Ｒ」の階調データが最も大きく「Ｂ」の階調データが最も小さい場合は、変換式は、Ｈ＝６０×（Ｇ−Ｂ）／（Ｒ−Ｂ）である。こうして、各画素について色相データが算出される。なお色相データは角度データであり、例えば、赤色の場合は０度、緑色の場合は１２０度、青色の場合は２４０度である。
【００４７】
続いて、ＣＰＵは算出した色相データを用いて、予めＲＯＭに格納された色相と波長とを対応させた対応テーブルを参照して、色相データに対応する波長を検出する。対応テーブルは、色相データの各角度に対応する波長を規定したものであり、図５にこの対応テーブルの一例を示した。対応テーブルは、図示するように可視光の分光スペクトルを表したもので、広く知られたものである。ちなみに、色相データが２４０度であれば、青色を呈し、これに対応する波長は４５０ｎｍとなる。
【００４８】
こうして、ステップＳ１０４とステップＳ１０６において、基準領域および測定対象領域のそれぞれについて計８つの色相データが算出されることになる。なお、本実施例では、算出されたこれらの８つの色相データの平均値を計算し、計算した平均値の色相データに対応する波長を、それぞれ基準領域および測定対象領域における定在波の波長として検出する。もとより、８つの色相データのうち、最大もしくは最小の角度の色相データに対応する波長を、それぞれ基準領域および測定対象領域における定在波の波長として検出することとしても差し支えない。要は、膜厚の品質管理方法に応じて、基準領域および測定対象領域における色相データを算出すればよい。
【００４９】
図３に戻り、次いで、ステップＳ１０７にて、測定対象領域の膜厚を算定処理する。ＣＰＵは、基準領域について既知の膜厚として予めＲＯＭに格納された膜厚の値「Ｄｋ」を読み出し、測定対象領域の薄膜厚さ「Ｄｓ」を算定する。前述したように、レジストの膜厚は、発生する定在波の波長に比例するため、基準領域のレジスト厚さと測定対象領域のレジスト厚さとの比と、基準領域に発生する定在波と測定対象領域に発生する定在波の比とは等しくなる。そこで、本実施例では、ステップＳ１０４にて検出された基準領域に発生する定在波の波長を「λＫ」、ステップＳ１０６にて検出された測定対象領域に発生する定在波の波長を「λＳ」とすると、演算式Ｄｓ＝Ｄｋ×λＳ／λＫによって、測定対象領域のレジスト厚さ「Ｄｓ」を算定する。こうして、本実施例の測定装置１００は、算定した値「Ｄｓ」を、測定対象領域のレジスト厚さとして測定するのである。
【００５０】
なお、上述したように、基準領域においては波長λｋ＝２Ｄｋの光が定在波として発生するが、この定在波以外に、照射した白色光の反射光も撮像素子に入射することから、撮像素子が撮像する画像は、定在波の波長λｋが呈する色相からずれた色相となる。このため、ステップＳ１０４にて検出される基準領域に発生する定在波の波長は「λｋ」とは異なる確率が高く、従って、本実施例ではこれを「λＫ」と標記した。同様に、ステップＳ１０６にて検出される測定対象領域に発生する定在波の波長は「λｓ」とは異なる確率が高く、従って、本実施例ではこれを「λＳ」と標記した。
【００５１】
上述したように、定在波は、平面積が小さい部分であっても薄膜内において反射することによって生じる。そこで、本実施例は、この定在波を含む反射光を画素データとして取得し、画素データから色相データに変換したのち、その色相データに対応する波長を検出する。このとき、予めレジスト膜の厚さが判明している基準領域部分に発生し検出された定在波の波長と、測定対象となるレジスト膜部分に発生し検出された定在波の波長とを用いることによって、測定対象となるレジスト膜部分の膜厚を容易に算定することができる。従って、撮像素子の各画素によって撮像が可能な領域であれば、平面積の小さいレジスト膜部分であっても容易に膜厚を算定することができるのである。このように、本実施例の測定装置１００は、測定対象領域のレジスト膜の厚さに相当する定在波の波長を検出し、検出した波長を用いてレジスト膜の厚さを算定することによって、測定対象領域のレジスト膜の厚さを測定することを可能とする装置である。
【００５２】
その後、測定装置１００は、算定されたレジスト膜部分の膜厚を、図示しない表示手段等を用いて表示することが好ましい。こうすることで、測定者は、表示された膜厚を視認して、測定対象領域のレジストの厚さが、所望する厚さか否かを判断することができることになる。
【００５３】
以上、本発明について、実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることは勿論である。以下変形例を挙げて説明する。
【００５４】
（第１変形例）
上記実施例における測定装置１００は、図１に示したように、照射器１を基板に対して半導体層側に位置し、レジストに対して図面上側から白色光を照射することとしたが、これに限るものでないことは勿論である。例えば、基板や半導体層が、光透過性を有する材料（例えばガラスや透明有機材料）で形成されている場合は、測定装置１００において、照射器１を基板に対して半導体層が形成されている側と反対側、つまり基板裏側に配置し、基板の裏側から白色光を照射することとしてもよい。
【００５５】
図６は、本変形例による測定装置１００ａの概略構成を示す模式図である。図示するように、照射器１は、基板の下側に配置され、基板を裏面から照射する。この場合、レジストおよび半導体層において反射する反射光が原理的にカメラ３に入射しないので、撮像素子に入射する光は、総て透過光になる。従って、上記実施例とは異なり、撮像素子に入射する光は、白色光の波長成分が抑えられ、定在波の波長成分が多く存在する光となる。この結果、画素データは、定在波の波長が主たる成分の光によって生成されるために、その後算出される色相データは、基準領域または測定対象領域に発生する定在波が呈する色を示す色相データに近づくか、若しくは一致することが期待できる。従って、測定対象領域のレジストの厚さを、より正しく測定することが期待できる。
【００５６】
また、本変形例によれば、反射光ではなく透過光を用いるので、露光光の反射防止を行うためにレジストに染料を入れて着色する場合であっても、定在波を検出できる光量が得られないという不具合は発生しない。
【００５７】
なお、照射器１から照射される白色光は、基板に対して垂直方向に照射することが好ましい。こうすれば、レジストの膜厚方向に発生する定在波の光強度を高めることができるので、画素データを構成するＲ、Ｂ、Ｇの各階調データ値が大きくなり、データの信頼性が高まる結果、検出される定在波の波長の信頼性も向上する。
【００５８】
（第２変形例）
上記実施例の測定装置１００では、測定者が、算定した測定対象領域のレジストの厚さを測定装置１００から入手し、測定対象領域のレジストの厚さが、所望する厚さか否かを判断するものとしたが、本変形例として、測定装置１００において、算定された膜厚が所望する膜厚か否かを自動的に判定することとしてもよい。
【００５９】
図７は、本変形例の測定装置１００ｂの概要構成を示す模式図である。測定装置１００ｂは、図１に示した測定装置１００に対して、判定部５０と表示手段７とを追加して備えたものである。従って、他の構成は総て上記実施例の測定装置１００と同じであるので、これらの説明は省略し、判定部５０と表示手段７とについて説明する。
【００６０】
判定部５０は、上記実施例と同様に、ＣＰＵが、ＲＡＭをワーキングメモリーとして随時使用しながら、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って所定の処理を行うことによって機能する。そして、算定された測定対象領域における膜厚が、所定の閾値の範囲に存在するか否かを判定する。その後、判定した結果を、表示データとして表示手段７に出力する。
【００６１】
表示手段７は、液晶パネルなどを表示体とし、判定部５０が出力した表示データを表示体に表示することによって、判定結果を通知する。
【００６２】
本変形例の測定装置１００ｂにて行う膜厚の測定処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。この処理は、図３におけるステップＳ１０１からステップＳ１０７までの処理に引き続き、ステップＳ１０８以降の処理を追加したものである。従って、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０７までの説明は省略し、ステップＳ１０８以降について処理内容を説明する。
【００６３】
まず、ステップＳ１０８では、算定された膜厚と閾値とを比較処理する。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された閾値を読み出して、ステップＳ１０７にて算定した薄膜厚さと比較する。本変形例では、レジストの膜厚として許容される最大と最小の膜厚を有する領域を予め基板上に形成し、形成された最大と最小の膜厚を有する領域において、ステップＳ１０１からステップＳ１０７までの処理を行うことによって算定される膜厚を求めておく。そして、この求めた２つの膜厚の値をそれぞれ上限下限とする範囲が、予め閾値としてＲＯＭに格納されているのである。
【００６４】
次に、ステップＳ１１０にて、算定された膜厚が閾値の範囲内か否かを判定処理する。判定の結果、閾値の範囲内であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１１１に進み、レジストの膜厚は適切である旨を通知する。一方、判定の結果、閾値の範囲内でなければ（ＮＯ）、ステップＳ１１２に進み、レジストの膜厚は適切でない旨を通知する。
【００６５】
通知方法は、表示手段７に所定の文言を表示したり、所定の色を表示したりする。ＣＰＵは、判定結果に応じて予めＲＯＭに格納された文言を読み出し、例えば、ステップＳ１１２の処理であれば、「レジスト厚さは適切ではありません」という文言を表示したり、「赤色」を表示したりする。この結果、検査者は、表示された内容によって、レジスト厚さが所望する厚さか否かを容易に確認できる。
【００６６】
本変形例によれば、測定装置１００に対してさらに判定部５０を備えることによって、ハーフエッチング等によって形成されたレジスト厚さについて、所望する厚さか否かを評価する所謂品質評価システムを提供することができる。
【００６７】
（その他の変形例）
上記実施例では、基準領域について発生する定在波の波長を検出したが、必ずしもこれに限らず、基準領域について発生する定在波の波長を算定せず、測定領域について発生する定在波の波長のみ検出することとしてもよい。この場合は、予め厚さが判明しているレジスト部分において、画素データから変換された色相データを、種々の厚さに対して求めておく。そして求めた色相データとレジスト厚さとから、図５に示した対応テーブルを作成しておき、この対応テーブルを用いて、測定対象領域において取得された色相データに対応するレジストの厚さを、測定領域のレジストの膜厚として算定すればよい。
【００６８】
また、上記実施例では、基準領域をレジストの膜厚が既知である領域としたが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、測定対象領域の膜厚が、基準領域の膜厚に対する割合で品質管理される場合は、基準領域は、レジストの膜厚が既知でなくても差し支えない。もとより、この場合は、測定対象領域の膜厚は、基準領域の膜厚に対する割合で算定される。
【００６９】
また、上記実施例では、カメラ３の光軸を、基板に対して垂直な方向としたが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、基板に対して斜め方向であっても差し支えない。この場合、カメラ３に入射する光に含まれる定在波は、レジストの厚さ方向に対して斜めの方向に射出するものであるため、レジストの厚さを正しく示すものではないが、基準領域と測定対象領域について、同じ傾き条件で撮像するので、同様にレジストの膜厚の算定が可能である。つまり、カメラ３に入射する光に含まれる定在波の波長は変化するものの、基準領域について検出される定在波の波長と、測定対象領域について検出される定在波の波長との比率は変化しないためである。
【００７０】
また、上記実施例では、照射光として白色光を照射することとした。これは、定在波として発生する波長の範囲を広げることによって、測定対象領域の薄膜厚さについて測定できる膜厚の範囲をできるだけ広げるためであったが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、５００ｎｍ〜７００ｎｍというように、所定の波長帯域幅を有する帯域光であっても差し支えない。この場合、少なくとも基準領域と測定対象領域における薄膜において、許容範囲内の膜厚が形成された場合において理論的に発生する定在波の波長が含まれるように、波長帯域幅を設定することが好ましい。
【００７１】
また、上記実施例では、薄膜の厚さとしてレジストの厚さを測定するものとして説明したが、必ずしもこれに限るものでないことは勿論である。例えば、透明薄膜電極層の厚さを測定することとしてもよい。要は、平面積の小さい領域を有する薄膜の厚さを測定するものであって、膜内で定在波が発生するものであれば、どのような薄膜であっても、膜厚の測定対象とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の一実施例の薄膜厚さ測定装置の概要構成を示す模式図。
【図２】半導体層上に形成されたレジストに白色光を照射した様子を示した模式図。
【図３】本実施例の測定装置にて行う膜厚の測定処理についてのフローチャート。
【図４】レジストパターン領域Ｒ１，Ｒ２を、基板面上からみた模式平面図。
【図５】対応テーブルの一例を示す説明図。
【図６】第１変形例による測定装置の概略構成を示す模式図
【図７】第２変形例による測定装置の概要構成を示す模式図。
【図８】第２変形例の測定装置にて行う膜厚の測定処理についてのフローチャート。
【符号の説明】
【００７３】
１…照射器、３…カメラ、７…表示手段、１０…照射制御部、２０…検出領域特定部、３０…定在波波長検出部、４０…膜厚算定部、５０…判定部、１００…測定装置、１００ａ…測定装置、１００ｂ…測定装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された薄膜に対して、波長帯域幅を有する帯域光を照射する照射工程と、
照射された前記帯域光が前記薄膜内において反射することによって前記薄膜内に生じ、前記薄膜から射出される定在波の波長を検出する定在波検出工程と、
前記検出した定在波の波長を用いて、前記薄膜の厚さを算定する算定工程と、
を含むことを特徴とする薄膜厚さ測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜厚さ測定方法であって、
前記定在波検出工程は、前記基板に形成された薄膜のうち基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長を検出し、
前記算定工程は、前記基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長と、膜厚の測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長とを用いて、前記膜厚の測定対象となる薄膜部分の厚さを算定することを特徴とする薄膜厚さ測定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の薄膜厚さ測定方法であって、
前記定在波検出工程は、前記薄膜に対して垂直方向に射出される定在波の波長を検出することを特徴とする薄膜厚さ測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の薄膜厚さ測定方法であって、
前記帯域光は、白色を呈する波長帯域幅を有する光であることを特徴とする薄膜厚さ測定方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の薄膜厚さ測定方法であって、
前記照射工程は、前記帯域光を前記薄膜が形成された面と反対側の基板面から、前記薄膜に対して照射する工程であることを特徴とする薄膜厚さ測定方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の薄膜厚さ測定方法によって算定された前記薄膜の厚さが、前記基板に形成されるべき薄膜の厚さに対して閾値の範囲内か否かを判定する判定工程を更に含むことを特徴とする薄膜の品質評価方法。
【請求項７】
基板に形成された薄膜に対して、波長帯域幅を有する帯域光を照射する照射手段と、
照射された前記帯域光が前記薄膜内において反射することによって前記薄膜内に生じ、前記薄膜から射出される定在波の波長を検出する定在波検出手段と、
前記検出した定在波の波長を用いて、前記薄膜の厚さを算定する算定手段と、
を備えることを特徴とする薄膜厚さ測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の薄膜厚さ測定装置であって、
前記定在波検出手段は、前記基板に形成された薄膜のうち基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長を検出し、
前記算定手段は、前記基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長と、膜厚の測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長とを用いて、前記膜厚の測定対象となる薄膜部分の厚さを算定することを特徴とする薄膜厚さ測定装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の薄膜厚さ測定装置と、
前記薄膜厚さ側定装置によって測定した前記薄膜の厚さが、前記基板に形成されるべき薄膜の厚さに対して閾値の範囲内か否かを判定することによって、前記基板に形成されるべき薄膜の厚さか否かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする薄膜の品質管理システム。
【請求項１】
基板に形成された薄膜に対して、波長帯域幅を有する帯域光を照射する照射工程と、
照射された前記帯域光が前記薄膜内において反射することによって前記薄膜内に生じ、前記薄膜から射出される定在波の波長を検出する定在波検出工程と、
前記検出した定在波の波長を用いて、前記薄膜の厚さを算定する算定工程と、
を含むことを特徴とする薄膜厚さ測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜厚さ測定方法であって、
前記定在波検出工程は、前記基板に形成された薄膜のうち基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長を検出し、
前記算定工程は、前記基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長と、膜厚の測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長とを用いて、前記膜厚の測定対象となる薄膜部分の厚さを算定することを特徴とする薄膜厚さ測定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の薄膜厚さ測定方法であって、
前記定在波検出工程は、前記薄膜に対して垂直方向に射出される定在波の波長を検出することを特徴とする薄膜厚さ測定方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の薄膜厚さ測定方法であって、
前記帯域光は、白色を呈する波長帯域幅を有する光であることを特徴とする薄膜厚さ測定方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の薄膜厚さ測定方法であって、
前記照射工程は、前記帯域光を前記薄膜が形成された面と反対側の基板面から、前記薄膜に対して照射する工程であることを特徴とする薄膜厚さ測定方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の薄膜厚さ測定方法によって算定された前記薄膜の厚さが、前記基板に形成されるべき薄膜の厚さに対して閾値の範囲内か否かを判定する判定工程を更に含むことを特徴とする薄膜の品質評価方法。
【請求項７】
基板に形成された薄膜に対して、波長帯域幅を有する帯域光を照射する照射手段と、
照射された前記帯域光が前記薄膜内において反射することによって前記薄膜内に生じ、前記薄膜から射出される定在波の波長を検出する定在波検出手段と、
前記検出した定在波の波長を用いて、前記薄膜の厚さを算定する算定手段と、
を備えることを特徴とする薄膜厚さ測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の薄膜厚さ測定装置であって、
前記定在波検出手段は、前記基板に形成された薄膜のうち基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長を検出し、
前記算定手段は、前記基準となる薄膜部分に発生する定在波の波長と、膜厚の測定対象となる薄膜部分に発生する定在波の波長とを用いて、前記膜厚の測定対象となる薄膜部分の厚さを算定することを特徴とする薄膜厚さ測定装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の薄膜厚さ測定装置と、
前記薄膜厚さ側定装置によって測定した前記薄膜の厚さが、前記基板に形成されるべき薄膜の厚さに対して閾値の範囲内か否かを判定することによって、前記基板に形成されるべき薄膜の厚さか否かを判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする薄膜の品質管理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１４５０９６（Ｐ２００９−１４５０９６Ａ）
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２０４７８（Ｐ２００７−３２０４７８）
【出願日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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