专利名称：膜厚测定方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测定在半导体基板或液晶显示装置用玻璃基板等的基板上形成的透明薄膜、特别是如滤色片那样的选择性透过特定波长区域的光的透明薄膜的膜厚的膜厚测定方法和装置。
背景技术：
以前，例如在日本特许公开平6-249620号公报(1994年)中提出了使用光干涉法测定在上述这样的基板上形成的抗蚀剂膜或硅氧化膜等极薄的透明薄膜的膜厚的技术。在使用光干涉法的膜厚测定中，在形成了膜厚为规定值d的透明薄膜的基板上射入光的条件下，通过事先计算而求出由该透明薄膜的光干涉规定的分光反射率。这时，在一定的膜厚范围内针对以等间距设定的膜厚求出分光反射率而作为多个理论分光反射率存储在存储器等存储装置中。
向形成了测定对象的透明薄膜的基板上照射光，将由此反射的反射光通过分光器而进行分光，实测分光反射率。之后，计算出该实测分光反射率与上述多个理论分光反射率的差分，用以前众所周知的曲线拟合法(カ一ブフイツト法)求得该差分为最小的膜厚值，把得到的膜厚值作为测定对象的透明薄膜的膜厚。
但是近年来，随着带有数码照相机或摄像机的便携式电话的迅速普及，彩色CCD的需要大大增加。在彩色CCD的制造工序中，在硅晶片上呈矩阵状粘贴RGB三色的滤色片。另外，在投影器中使用在液晶玻璃基板上形成滤色片的部件。在这样的基板上形成滤色片的工序中，严格管理滤色片的膜厚是很重要的，要求正确测定滤色片的膜厚。
然而，滤色片只透过特定波长区域的光，例如在绿色滤光片的情况下只透过波长区域大致为480nm～600nm的光。图9是表示滤色片透射特性的视图。在基板上形成具有该图所示的光透射特性的滤色片的试样上照射光时得到的分光反射率(相对于波长的反射率的曲线图)如图10所示。另外，在图10中用实线表示从形成了滤色片的基板得到的分光反射率，为了参考，用虚线表示代替滤色片而相对整个可见光区域的光在基板上形成透明的薄膜(即无色透明薄膜)时的分光反射率。
如图10所示，在无色透明薄膜的情况下，在满足薄膜的干涉条件2d＝nλ(n为整数、λ为波长)的波长λ下的反射率的峰值周期性地出现，而滤色片的情况下，只在透过光的波长区域中出现反射率曲线的峰谷。即当向在基板上形成有选择性透过特定波长区域的光的滤色片的试样上照射光时产生光干涉的波长区域当然是限于该特定波长区域。
因而，在通过光干涉法测定在基板上形成的滤色片的膜厚时，由于测定波长区域被限于产生光透过的特定波长区域中，所以不得不降低测定可靠性。而且如图9所示示出滤色片的分光透射率(相对于波长的透射率的曲线图)不是矩形而是梯形状波形。即在光透过产生的特定波长区域中，在其边界附近透射率也模拟地变化。而由于在透射率曲线的倾斜部的波长区域中，反射率比理论值还低，所以当测定波长区域中包括该波长区域时，膜厚测定的可靠性会显著下降。
因此，可以认为通过只把除了透射率曲线中的倾斜部的波长区域之外的波长范围、即如图9那样在透射率曲线中的顶部水平部的波长区域作为测定波长区域，从而能使测量精度提高，但该情况下测定波长区域的宽度为40nm～50nm左右，非常狭窄，有可能由其引起测量可靠性的下降。特别是由于滤色片的膜厚越薄反射率曲线的波形越成为低频率波形，所以若测定波长区域的宽度变窄，则会发生膜厚测定自身变得困难的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的是提供一种即使是象滤色片那样的选择性透过特定波长区域的光的透明薄膜也能正确地测定其膜厚的膜厚测定方法和装置。
为了解决上述问题，发明的第一方面的膜厚测定方法，根据对在基板上形成了透明薄膜的试样照射光而得到的分光反射率测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；分光反射率测定工序，向所述试样照射光，并将从所述试样反射的反射光分光而实测分光反射率；修正工序，通过所述分光透射率修正作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率；膜厚计算工序，比较在所述修正工序中修正的修正后理论分光反射率和在所述分光反射率测定工序中测定的实测分光反射率，计算出测定对象的透明薄膜的膜厚。
本发明的第二方面是在第一方面中，所述膜厚计算工序进行对应于所述分光透射率的加权，比较所述修正后理论分光反射率和所述实测分光反射率而计算出测定对象的透明薄膜的膜厚。
本发明的第三方面是在第一或第二方面中，还包括将具有所述分光透射率中的规定阈值以上的透射率的波长区域作为所述膜厚计算工序的测定波长区域而进行选定的工序。
本发明的第四方面的膜厚测定方法，根据对在基板上形成了透明薄膜的试样照射光而得到的分光反射率测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；分光反射率测定工序，向所述试样照射光，并将从所述试样反射的反射光分光而实测分光反射率；修正工序，将在所述分光反射率测定工序中测定的实测分光反射率通过所述分光透射率进行修正；膜厚计算工序，比较作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率和在所述修正工序中修正的修正后实测分光反射率而计算出测定对象的透明薄膜的膜厚。
本发明的第五方面的膜厚测定装置，根据对在基板上形成了透明薄膜的试样照射光而得到的分光反射率测定所述透明薄膜的膜厚，其中包括第一存储装置，其存储所述透明薄膜的分光透射率；第二存储装置，其存储作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率；光源，其对测定对象的试样照射光；分光反射率测定装置，其将从所述光源照射光、并通过测定对象的试样而反射的反射光进行分光而测定分光反射率；修正装置，其通过所述分光透射率而修正所述理论分光反射率；膜厚计算装置，其比较在所述修正装置中修正的修正后理论分光反射率和通过所述分光反射率测定装置测定的实测分光反射率，计算出测定对象的透明薄膜的膜厚。
本发明的第六方面是在第五方面中，所述第二存储装置存储对应于不同膜厚的透明薄膜的多个理论分光反射率，所述修正装置在所述多个理论分光反射率中的每一个上乘以所述分光透射率而计算出多个修正后理论分光反射率，所述膜厚计算装置求出所述多个修正后理论分光反射率的每一个与所述实测分光反射率的差分，把表示使得到的多个差分近似二次曲线时的最小值的膜厚值作为测定对象的透明薄膜的膜厚。
本发明的第七方面是在第六方面中，所述膜厚计算装置对所述多个修正后理论分光反射率的每一个与所述实测分光反射率的差分进行加权，使所述分光透射率越高加权越大，把表示使得到的多个加权差分近似二次曲线时的最小值的膜厚值作为测定对象的透明薄膜的膜厚。
本发明的第八方面是在第五至七方面的任一个中，还包括波长区域选定装置，其把具有在所述分光透射率中的规定阈值以上的透射率的波长区域作为计算膜厚时的测定波长区域而进行选定。
本发明的第九方面的膜厚测定装置，根据对在基板上形成了透明薄膜的试样照射光而得到的分光反射率测定所述透明薄膜的膜厚，其中包括第一存储装置，其存储所述透明薄膜的分光透射率；第二存储装置，其存储作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率；光源，其对测定对象的试样照射光；分光反射率测定装置，其将从所述光源照射光、并通过测定对象的试样而反射的反射光进行分光而测定分光反射率；修正装置，其将由所述分光反射率测定装置测定的实测分光反射率通过所述分光透射率进行修正；膜厚计算装置，其比较在所述修正装置中修正的修正后实测分光反射率与所述理论分光反射率而计算出测定对象的透明薄膜的膜厚。
本发明的第十方面的膜厚测定装置，根据对在基板上形成了透明薄膜的试样照射光而得到的分光反射率测定所述透明薄膜的膜厚，其中包括第一光源，其对所述试样的薄膜形成面照射光；第二光源，其对所述试样的所述薄膜形成面的相反侧面照射光；分光装置，其将从所述第二光源照射而透过所述基板及所述透明薄膜的透射光进行分光，测定所述透明薄膜的分光透射率，同时将从所述第一光源照射而由所述试样反射的反射光进行分光，测定分光反射率；存储装置，其存储作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率；修正装置，其通过由所述分光装置测定的所述分光透射率修正所述理论分光反射率；膜厚计算装置，其比较在所述修正装置中修正的修正后理论分光反射率与由所述分光装置测定的实测分光反射率，计算出测定对象的透明薄膜的膜厚。
根据本发明的第一方面，由于比较通过分光透射率而修正作为在基板上形成具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率的修正后理论分光反射率和实测分光反射率，计算出测定对象的透明薄膜的膜厚，所以理论分光反射率和实测分光反射率的偏差被解除，即使是象滤色片那样选择性透过特定波长区域的光的透明薄膜，也能正确地测定其膜厚。
根据本发明的第二方面，由于进行对应于分光透射率的加权，比较修正后理论分光反射率和实测分光反射率而计算出测定对象的透明薄膜的膜厚，故可以进行加进对应于分光透射率的可靠性的比较，更正确地进行膜厚测定。
根据本发明的第三方面，由于选定具有分光透射率中的规定阈值以上的透射率的波长区域作为测定波长区域，故可以使测定波长区域变宽，使膜厚测定精度提高。
根据本发明的第四方面，由于比较作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率和由分光透射率修正的修正后实测分光反射率，计算出测定对象的透明薄膜的膜厚，故可以消除理论分光反射率和实测分光反射率的偏差，即使是象滤色片那样选择性透过特定波长区域的光的透明薄膜，也能正确地测定其膜厚。
根据本发明的第五方面，由于比较通过分光透射率修正作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率的修正后理论分光反射率和实测分光反射率，计算出测定对象的透明薄膜的膜厚，故可以消除理论分光反射率和实测分光反射率的偏差，即使是象滤色片那样选择性透过特定波长区域的光的透明薄膜，也能正确地测定其膜厚。
根据本发明的第六方面，由于在多个理论分光反射率的每一个上乘以分光透射率而计算出多个修正后理论分光反射率，求出这些多个修正后理论分光反射率的每一个与实测分光反射率的差分，把表示使得到的多个差分近似二次曲线时的最小值的膜厚值作为测定对象的透明薄膜的膜厚，故可以消除理论分光反射率和实测分光反射率的偏差，大幅降低包含两者的差分的误差，近似二次曲线的精度变高，即使是象滤色片那样选择性透过特定波长区域的光的透明薄膜，也能正确地测定其膜厚。
根据本发明的第七方面，由于对多个修正后理论分光反射率的每一个和实测分光反射率的差分进行加权，使分光透射率越高则加权越大，把表示使得到的多个加权差分近似二次曲线时的最小值的膜厚值作为测定对象的透明薄膜的膜厚，故越是透射率高、可靠性高的差分评价就越高，能更正确地进行膜厚测定。
根据本发明的第八方面，由于选定具有在分光透射率中的规定阈值以上的透射率的波长区域作为计算膜厚时的测定波长区域，故可以使测定波长区域变宽，使膜厚测定精度提高。
根据本发明的第九方面，由于比较作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率和通过分光透射率修正的修正后实测分光反射率，计算出测定对象的透明薄膜的膜厚，故可以消除理论分光反射率和实测分光反射率的偏差，即使是象滤色片那样选择性透过特定波长区域的光的透明薄膜，也能正确地测定其膜厚。
根据本发明的第十方面，由于比较通过分光透射率修正作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率的修正后理论分光反射率和实测分光反射率，计算出测定对象的透明薄膜的膜厚，故可以消除理论分光反射率和实测分光反射率的偏差，即使是象滤色片那样选择性透过特定波长区域的光的透明薄膜，也能正确地测定其膜厚。
图1是表示本发明的膜厚测定装置的结构的视图；图2是表示图1的膜厚测定装置的运算部的结构的框图；图3是表示涉及本发明的膜厚测定方法的处理顺序的流程图；图4A、图4B是例示出对不同膜厚的透明薄膜而计算出的理论分光反射率的视图；图5是例示出滤色片的分光透射率的视图；图6是表示测定对象的试样的实测分光反射率的一例的视图；图7是在概念上说明用分光透射率修正理论分光反射率的视图；图8是在概念上表示用于测定膜厚的近似二次曲线的视图；
图9是表示滤色片的光透过特性的视图；图10是表示由形成了图9的滤色片的基板得到的分光反射率的视图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
1.第一实施方式图1是表示本发明的膜厚测定装置的结构的视图。该膜厚测定装置包括第一照明光学系统10、第二照明光学系统20、成像光学系统30。第一照明光学系统10包括射出白色光的卤素灯11和照明透镜12。照明透镜12例如由聚光透镜的组合构成，在该聚光透镜上附设有省略图示的视场光阑等。从卤素灯11射出的光通过照明透镜12射入到成像光学系统30中。
成像光学系统30由物镜31、半透半反镜32及成像透镜33构成。来自第一照明光学系统10的照明光由半透半反镜32反射，通过物镜31向安置在试样载物台5上的试样1的上面照射。另外，试样1是在半导体基板或液晶显示装置用玻璃基板等的基板上形成作为有色的透明薄膜的滤色片的部件。即光从第一照明光学系统10照射在试样1的薄膜形成面上。
试样载物台5是其中央部具有开口的试样放置台。在试样载物台5上附设有省略图示的XY驱动机构，其能在放置试样1的同时沿水平面内的X方向和Y方向移动。另外，作为试样载物台5只要是中央部有开口且能放置试样1的就行，例如也可以是保持试样1的周边部的框体那样的部件。
另一方面，第二照明光学系统20隔着试样载物台5而配置在成像光学系统30的相反侧。第二照明光学系统20包括射出白色光的卤素灯21和照明透镜22。希望卤素灯21的射出光的分光特性与卤素灯11相同。或者也可以是用一个卤素灯构成卤素灯11和21，用光纤等分别导光。照明透镜22是具有聚光功能的透镜系统，从卤素灯21射出的光通过照明透镜22而被聚光，通过试样载物台5的开口而照射到试样1的背面、即试样1的薄膜形成面的相反侧面上。
从第一照明光学系统10照射、在试样1的上面反射的光和从第二照明光学系统20照射、透过试样1的光通过物镜31、半透半反镜32及成像透镜33在成像光学系统30的光轴上的规定位置被聚光。配置分光单元40，使分光单元40的入射孔位于该聚光位置的附近。
分光单元40由将入射光分光的凹面衍射光栅41和检测出由凹面衍射光栅41衍射的衍射光的分光光谱的光检测器42构成。光检测器42例如由光电二极管阵列或CCD等构成。由此，用成像光学系统30聚光、入射到分光单元40的光通过凹面衍射光栅41而被分光，与该光的分光光谱对应的信号从光检测器42传递到运算部50。
图2是表示运算部50的结构的框图。运算部50基于从分光单元40接收的分光光谱信息而计算出试样1的滤色片的膜厚。运算部50具有与一般的计算机同样的硬件结构，包括执行各种运算处理的CPU51；存储基本程序等的作为只读存储器的ROM52；作为CPU51的作业区域发挥功能的作为读写自由的存储器的RAM53；存储程序和各种数据的磁盘54。CPU51通过省略图示的输入输出接口与键盘60、CRT61、打印机62和上述的光检测器42连接。膜厚测定装置的操作者可以从键盘60将各种指令和参数输入运算部50，同时可以确认从CRT61和打印机62输出的运算结果。进而，在卤素灯11和卤素灯21分别附设有灯电源，在试样载物台5上附设XY驱动电路(全省略图示)，运算部50的CPU51也和它们电连接。图2所示的修正部55、膜厚计算部56和测定波长区域选定部57都是通过执行CPU51规定的处理程序而实现的处理部，关于其处理内容的细节下面将进一步阐述。
下面，对本发明的膜厚测定方法的处理顺序进行说明。图3是表示本发明的膜厚测定方法的处理顺序的流程图。在此说明根据向在基板上形成作为有色的透明薄膜的绿色的滤色片的试样1照射光而得到的分光反射率测定该滤色片的膜厚的顺序。当然，不仅限于绿色滤光片，对兰色滤光片和红色滤光片等其它颜色的滤色片也可以按同样的顺序测定膜厚。
首先取得作为在基板上形成具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而计算出的理论分光反射率(步骤S1)。该理论分光反射率是在与形成了作为测定对象的滤色片的基板相同的基板上形成规定膜厚d的无色透明膜、而从第一照明光学系统10向该无色透明薄膜的上面射入白色光的条件下通过计算而求出的分光反射率。在本说明书中，所谓“反射率”严格地讲是相对于在基板上没有形成透明薄膜(膜厚为零)时的反射强度的反射强度比，即相对反射率。
理论分光反射率对在对应于成为测定对象的滤色片的膜厚级的一定范围内(例如设想测定对象的滤色片的膜厚为数百nm时，为100nm～1000nm的范围)等间隔(例如10nm间隔)设定的不同膜厚d的无色透明薄膜分别计算。由于在透明薄膜中产生光的干涉，所以在光相互加强的波长下反射率变高，在相互减弱的波长下反射率变低。而由于产生光的干涉的条件由透明薄膜的膜厚决定，根据膜厚，理论分光反射率的图形不同。因此，对每一种不同的膜厚可以根据光的干涉条件算出理论分光反射率。
图4A、图4B是表示对不同膜厚的无色透明薄膜算出的理论分光反射率的视图。图4A是膜厚比较厚的透明薄膜的理论分光反射率，图4B是膜厚比较薄的透明薄膜的理论分光反射率。如图4所示，膜厚越�。砺鄯止夥瓷渎实耐夹蔚闹芷谠降�。即在一定的波长区域内的理论分光反射率的峰谷变少。对应于这样事先算出的不同膜厚的透明薄膜的多个理论分光反射率的数据存储在磁盘54中。
接着，进入步骤S2，取得作为测定对象的滤色片的分光透射率。滤色片的分光透射率既可以在图1的膜厚测定装置中直接测定，也可以使用预先测定出的值。即当相对于可见光的整个区域而在透明的玻璃基板上形成滤色片时，直接测定利用了第二照明光学系统20的分光透射率。当相对于可见光而在不透明的硅基板上形成滤色片时，使用预先测定出的分光透射率。
在玻璃基板上形成滤色片时，由于其基板自身几乎完全透过光，故能直接测定分光透射率。这时从第二照明光学系统20照射、并透过试样1(即基板和滤色片)的光通过成像光学系统30被聚光，通过用分光单元40把该光分光，测定滤色片的分光透射率。用分光单元40测定出的分光透射率被传递到运算部50，存储在磁盘54中。
另一方面，在硅基板上形成滤色片时，由于基板自身不透光，不能直接测定分光透射率。使用形成用与测定对象的滤色片相同材料、具有相同厚度的滤色片的透明基板(例如玻璃基板)预先测定分光透射率。使用这样的模拟用试样的滤色片的分光透射率的测定既可以用本实施例的膜厚测定装置进行；也可以使用其它的分光透射率测定专用装置进行。测定方法与上述的直接测定相同，得到的分光透射率的数据通过规定的通信电路或记录媒体被取入到运算部50，存储在磁盘54中。本实施方式把多个理论分光反射率的数据和分光透射率的数据双方存储在磁盘54中，但也可以把任何一方存储在不同的存储装置(例如RAM53)中。
图5是表示滤色片的分光透射率的视图。滤色片基本具有只选择性透过特定波长区域的光的特性，如图5所示，绿色的滤色片时大致透过波长区域为480nm～600nm的光。即使在该波长区域中，几乎完全透过(透射率约100％)光的顶部水平部的波长区域的宽度为40nm～50nm，其它部分成为透过光量衰减(透射率从0％到100％之间推移)的倾斜部。在本说明书中的分光透射率是把在分光后的测定范围内的最大值作为100％时的相对值。
若在倾斜部那样的透过光量下降的波长区域中进行膜厚测定，则由于理论分光反射率和实测分光反射率的偏差变大，成为测量误差的原因。本发明利用后述的方法使该偏差变小，但即使那样，优选在透射率大的波长区域中进行测定。因此，把具有在如图5那样的分光透射率中一定的阈值以上的透射率的波长区域选作用于膜厚测定的测定波长区域(步骤S3)。
该测定波长区域的选定即可以由膜厚测定装置的操作者手动进行，也可以根据预先设定的阈值由装置自动进行。在用手动进行时，操作者边看着表示在CRT61中的如图5的分光透射率，边选择适当的测定波长区域并把该波长区域用键盘60输入。这时，可以考虑测定波长区域的宽度和透射率的平衡进行选择。另一方面，在自动选定时，测定波长区域选定部57根据如图5的分光透射率的数据求出成为预先设定的阈值以上的透射率数据，选择与其对应的波长区域作为测定波长区域。另外，操作者也可以边看着在CRT61上显示的如图5的分光透射率，边用键盘60输入适当的阈值，测定波长区域选定部57把与成为该阈值以上的透射率数据对应的波长区域选作测定波长区域。
测定波长区域的宽度越大，理论分光反射率和实测分光反射率的差分的计算精度越高，另一方面，由透射率下降引起的误差越大。因此，无论通过手动还是通过自动进行选择，必须选择考虑了它们的平衡的测定波长区域。本实施方式中，测定波长区域选定部57根据预先设定的阈值自动地选择测定波长区域，选择图5的分光透射率中透射率超过70％的波长区域(大致为500nm～570nm)作为用于测定膜厚的测定波长区域。选定的测定波长区域例如暂时存储在RAM53中。
其次进入到步骤S4中。用图1所示的膜厚测定装置实测试样1的分光反射率。这时，把从第一照明光学系统10照射、并在试样1的上面反射的光用成像光学系统30聚光，通过把该光用分光单元40进行分光，测定试样1的分光反射率。用分光单元40测出的实测分光透射率被传递到运算部50。
图6是表示试样1的实测分光反射率的一例的视图。在实测分光反射率中出现由于在透明薄膜的光干涉引起的反射率的峰值。试样1的透明薄膜若不是滤色片，而是无色的透明薄膜，则在实测分光反射率中应当出现象图4所示的理论分光反射率那样的周期性的峰值的反复，但由于滤色片只选择性透过特定波长区域的光，故如图6所示，只在特定波长区域中出现反射率的峰值。另外，即使在特定波长区域内，在透射率几乎为100％的波长区域中可以得到与理论分光反射率相同的反射率特性，但在其以外的波长区域随着透射率的下降，理论分光反射率和实测分光反射率的偏差变大。测出的试样1的实测分光反射率暂时存储在例如RAM53中。本实施方式在涉及整个可见光区域的广泛波长区域中进行实测分光反射率的测定，但也可以只对根据上述分光透射率选定的测定波长区域测定实测分光反射率。
接着进入到步骤S5中。把存储在磁盘54中的理论分光反射率用分光透射率进行修正。这时，在根据上述分光透射率选定的测定波长区域的范围内进行修正。另外，对每一个对应于不同膜厚的透明薄膜的多个理论分光反射率进行修正。具体地讲，修正部55根据下面的式1进行理论分光反射率的修正。
式1R′(λ)＝T(λ)·R(λ)在式1中，R(λ)是波长λ的理论分光反射率的值，T(λ)是波长λ的分光透射率的值(严格地讲是把透射率100％作为1而规一化的值)，R′(λ)是修正后的波长λ的理论分光反射率的值。即修正部55通过用理论分光反射率R(λ)乘分光透射率T(λ)而计算出修正后的理论分光反射率R′(λ)。
图7是在概念上说明用分光透射率修正理论分光反射率的视图。该图中上侧图的实线表示修正前的理论分光反射率，虚线表示修正后的理论分光反射率。如上所述，分光透射率中具有透射率几乎为100％的顶部水平部和透射率在从0％到100％之间推移的倾斜部，在与顶部水平部对应的波长区域中，理论分光反射率和修正后的理论分光反射率几乎是相同的值。另一方面，在与分光透射率的倾斜部对应的波长区域中，修正后的理论分光反射率与修正前相比，对应于分光透射率的值而下降。修正部55对每一个根据不同膜厚的透明薄膜求出的多个理论分光反射率进行这样的修正，计算出多个修正后的理论分光反射率。由于本实施方式选定分光透射率中透射率为70％以上的波长区域作为用于测定膜厚的测定波长区域，故通过修正下降率的最大值为30％左右。
接着，进入到步骤S6，膜厚计算部56通过比较修正后的理论分光反射率和实测分光反射率，计算出成为测定对象的滤色片的膜厚。具体地讲，首先，膜厚计算部56根据下面的式2计算出在步骤S4中测出的实测分光反射率和对于膜厚为d的透明薄膜的修正后的理论分光反射率的差分D(d)。
式2D(d)＝∫{R′(λ、d)-S(λ)}2dλ在式2中，R′(λ、d)是针对膜厚为d的透明薄膜的波长λ的修正后的理论分光反射率的值，S(λ)是波长λ的实测分光反射率的值。式2的积分范围是根据上述分光透射率在步骤S3中选定的测定波长区域。另外也可以用计算绝对值代替计算R′(λ、d)和S(λ)的差的平方。膜厚计算部56根据式2计算出相对不同膜厚透明薄膜的多个修正后的理论分光反射率中的每一个和实测分光反射率的差分。
接着，膜厚计算部56对如上述那样得到的多个差分值用曲线拟合法求出差分为最小的膜厚值，把该膜厚值作为测定对象的滤色片的膜厚。具体地讲，膜厚计算部56把表示实测分光反射率和针对不同膜厚的透明薄膜的多个修正后的理论分光反射率中的每一个的差分近似二次曲线时的最小值的膜厚值作为测定对象的滤色片的膜厚。
图8是在概念上表示用于测定膜厚的近似二次曲线的视图。在图8的例中，通过使实测分光反射率和针对膜厚为d1～d5的透明薄膜的多个修正后的理论分光反射率中的每一个的差分D(d1)～D(d5)为近似二次曲线，求出最小差分值Dmin，计算出与该最小差分值Dmin对应的膜厚值dx。而膜厚计算部56把该膜厚值dx作为测定对象的滤色片的膜厚。计算出的膜厚值作为测定结果而显示在CRT61上，并根据需要从打印机62输出。
如上所述，在第一实施方式中比较通过分光透射率修正了理论分光反射率的修正后的理论分光反射率和实测分光反射率，进行测定对象的滤色片的膜厚计算。如上述那样，滤色片只选择性透过特定波长区域的光，在膜厚值相同的条件下，在透射率几乎为100％的顶部水平部的波长区域中理论分光反射率和实测分光反射率是一致的，但在其以外的波长区域中，随着透射率的下降，理论分光反射率和实测分光反射率的偏差变大。即在透射率几乎为100％的顶部水平部的波长区域中理论分光反射率和实测分光反射率的差分是正确的，而随着透射率的下降，该波长区域中的理论分光反射率和实测分光反射率的差分中包含很多误差。因而，为了减少这样的误差，最好尽量只把透射率几乎为100％的顶部水平部作为测定波长区域。另一方面，为了提高用于计算膜厚的曲线拟合法的精度，最好尽量扩大测定波长区域而计算理论分光反射率和实测分光反射率的差分。特别是在滤色片的膜厚薄时，为了使分光反射率的波形平稳(低频波形)，尽可能使测定波长区域扩大成为提高曲线拟合法的精度的重点。
在第一实施方式中，通过用分光透射率修正理论分光反射率，满足如上述那样的互相矛盾的两个要求。即只要进行理论分光反射率乘分光透射率的修正，在进行该修正的波长区域中就可以消除理论分光反射率和实测分光反射率的偏差，包含两者的差分的误差大幅度地减�。铱梢猿ゲ克讲慷愕厣瓒ú舛úǔで�。结果，用于计算膜厚的曲线拟合法的精度变高，可以更正确地进行膜厚测定。
若进一步详述，通过使用加入了分光透射率的理论分光反射率，即使是滤色片那样的选择性透过特定波长区域的光的透明薄膜，也能正确地测定其膜厚。特别是在滤色片的膜厚变薄时，能够把测定波长区域设定得较广，所以可以提高用于计算膜厚的曲线拟合法的精度。
2.第二实施方式下面，对本发明的第二实施方式进行说明。第二实施方式的膜厚测定装置的装置结构与图1、图2所示的第一实施方式的相同，膜厚测定方法的处理顺序也大致与第一实施方式相同。第二实施方式与第一实施方式的不同之处是在计算滤色片的膜厚时，对理论分光反射率和实测分光反射率的差分进行对应于分光透射率的加权。
在第二实施方式中，在测定滤色片的膜厚时也进行与上述的图3的步骤S1～S5完全相同的处理。之后进入到步骤S6，膜厚计算部56通过比较修正后的理论分光反射率和实测分光反射率，计算出成为测定对象的滤色片的膜厚，但这时进行对应于分光透射率的加权。具体地讲，膜厚计算部56根据下面的式3计算出实测分光反射率与针对膜厚为d的透明薄膜的修正后理论分光反射率的加权差分D′(d)。
式3D′(d)＝∫T(λ){R′(λ、d)-S(λ)}2dλ在式3中，R′(λ、d)是针对膜厚为d的透明薄膜的波长λ的修正后理论分光反射率的值，S(λ)是波长λ的实测分光反射率的值，T(λ)是波长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％为1的规一化的值。另外，式3的积分范围是在步骤S3中选定的测定波长区域。
根据式3，膜厚计算部56把修正后理论分光反射率R′(λ、d)和实测分光反射率S(λ)的差的平方进一步乘上分光透射率T(λ)的值进行积分。由于分光透射率T(λ)是以透射率100％为1的规一化的值，故在式3中对修正后理论分光反射率R′(λ、d)和实测分光反射率S(λ)的差分值进行加权，使得分光透射率T(λ)越高，加权越大。即与透射率几乎成为100％的顶部水平部对应的波长区域的差分比与透射率从0％到100％之间进行推移的倾斜部对应的波长区域的差分被加重评价。另外，与上述第一实施方式相同，膜厚计算部56根据式3计算出针对不同膜厚的透明薄膜的多个修正后理论分光反射率的每一个和实测分光反射率的加权差分。
膜厚计算部56对如上述那样得到的多个加权差分值使用曲线拟合法求出差分最小的膜厚值，把该膜厚值作为测定对象的滤色片的膜厚。即与上述第一实施方式一样，把表示将得到的多个加权差分近似为二次曲线时的最小值的膜厚值作为测定对象的滤色片的膜厚。
在第二实施方式中，对修正后理论分光反射率和实测分光反射率的差分值进行加权，使分光透射率越高，加权越大。若作成第一实施方式那样，就可以大幅降低在分光透射率中透射率变低的波长区域中包括理论分光反射率和实测分光反射率的差分的误差，但尽管如此，还是在透射率几乎为100％的顶部水平部的波长区域中的理论分光反射率和实测分光反射率的差分可靠性高。因此，在第二实施方式中着重评价那样的可靠性高的差分。同时，越是透射率下降、可靠性低的差分评价越低。如果作成第二实施方式那样，用于计算膜厚的曲线拟合法的精度会进一步变高，即使是滤色片那样选择性透过特定波长区域的光的透明薄膜，也能更正确地测定其膜厚。
3.变形例以上对本发明的实施方式进行了说明，而本发明并不限于上述的例子。例如在上述各实施方式中，是用分光透射率修正多个理论分光反射率中的每一个，但也可以代替它而用分光透射率修正实测分光反射率。具体地讲，修正部55通过用分光透射率除实测分光反射率，计算出修正后实测分光反射率。之后膜厚计算部56通过比较理论分光反射率和修正后实测分光反射率计算出成为测定对象的滤色片的膜厚。这时的比较方法与上述实施方式相同。这样也能在进行该修正的波长区域中使包含理论分光反射率和实测分光反射率的差分的误差大幅降低，使用于计算膜厚的曲线拟合法的精度变高，可以更正确地进行膜厚的测定。
即只要用分光透射率修正理论分光反射率或实测分光反射率中的任一方，使随着滤色片的透射率的下降而变大的理论分光反射率和实测分光反射率的偏差消除，就能使包含理论分光反射率和实测分光反射率的差分的误差降低，即使是滤色片那样选择性透过特定波长区域的光的透明薄膜，也能正确地测定其膜厚。
在上述实施方式中，分别取得分光透射率和理论反射率而进行修正，但如果滤色片的种类是已知的，其分光透射率和理论分光反射率已经求出，则也可以把事先用分光透射率修正的修正后理论分光反射率存储在磁盘54中。
在上述实施方式中测定了滤色片的膜厚，但不限于滤色片，在可见光区域中，在测定透射率不均匀的透明薄膜的膜厚时也可以使用本发明的技术。
作为本发明的使用例，可以列举出如在彩色CCD的制造工序中测定在半导体基板上形成的滤色片的膜厚和在投影器的制造工序中测定在液晶玻璃基板上形成的滤色片的膜厚等。
权利要求
1.一种膜厚测定方法，根据对在基板上形成了透明薄膜的试样照射光而得到的分光反射率测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；分光反射率测定工序，向所述试样照射光，并将从所述试样反射的反射光分光而实测分光反射率；修正工序，通过所述分光透射率修正作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率；膜厚计算工序，比较在所述修正工序中修正的修正后理论分光反射率和在所述分光反射率测定工序中测定的实测分光反射率，计算出测定对象的透明薄膜的膜厚。
2.如权利要求1所述的膜厚测定方法，其特征在于，所述膜厚计算工序进行对应于所述分光透射率的加权，比较所述修正后理论分光反射率和所述实测分光反射率而计算出测定对象的透明薄膜的膜厚。
3.如权利要求1或2所述的膜厚测定方法，其特征在于，还包括将具有所述分光透射率中的规定阈值以上的透射率的波长区域作为所述膜厚计算工序的测定波长区域而进行选定的工序。
4.一种膜厚测定方法，根据对在基板上形成了透明薄膜的试样照射光而得到的分光反射率测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；分光反射率测定工序，向所述试样照射光，并将从所述试样反射的反射光分光而实测分光反射率；修正工序，将在所述分光反射率测定工序中测定的实测分光反射率通过所述分光透射率进行修正；膜厚计算工序，比较作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率和在所述修正工序中修正的修正后实测分光反射率而计算出测定对象的透明薄膜的膜厚。
5.一种膜厚测定装置，根据对在基板上形成了透明薄膜的试样照射光而得到的分光反射率测定所述透明薄膜的膜厚，其特征在于，包括第一存储装置，其存储所述透明薄膜的分光透射率；第二存储装置，其存储作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率；光源，其对测定对象的试样照射光；分光反射率测定装置，其将从所述光源照射光、并通过测定对象的试样而反射的反射光进行分光而测定分光反射率；修正装置，其通过所述分光透射率而修正所述理论分光反射率；膜厚计算装置，其比较在所述修正装置中修正的修正后理论分光反射率和通过所述分光反射率测定装置测定的实测分光反射率，计算出测定对象的透明薄膜的膜厚。
6.如权利要求5所述的膜厚测定装置，其特征在于，所述第二存储装置存储对应于不同膜厚的透明薄膜的多个理论分光反射率，所述修正装置在所述多个理论分光反射率中的每一个上乘以所述分光透射率而计算出多个修正后理论分光反射率，所述膜厚计算装置求出所述多个修正后理论分光反射率的每一个与所述实测分光反射率的差分，把表示使得到的多个差分近似二次曲线时的最小值的膜厚值作为测定对象的透明薄膜的膜厚。
7.如权利要求6所述的膜厚测定装置，其特征在于，所述膜厚计算装置对所述多个修正后理论分光反射率的每一个与所述实测分光反射率的差分进行加权，使所述分光透射率越高加权越大，把表示使得到的多个加权差分近似二次曲线时的最小值的膜厚值作为测定对象的透明薄膜的膜厚。
8.如权利要求5至7中任一项所述的膜厚测定装置，其特征在于，还包括波长区域选定装置，其把具有在所述分光透射率中的规定阈值以上的透射率的波长区域作为计算膜厚时的测定波长区域而进行选定。
9.一种膜厚测定装置，根据对在基板上形成了透明薄膜的试样照射光而得到的分光反射率测定所述透明薄膜的膜厚，其特征在于，包括第一存储装置，其存储所述透明薄膜的分光透射率；第二存储装置，其存储作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率；光源，其对测定对象的试样照射光；分光反射率测定装置，其将从所述光源照射光、并通过测定对象的试样而反射的反射光进行分光而测定分光反射率；修正装置，其将由所述分光反射率测定装置测定的实测分光反射率通过所述分光透射率进行修正；膜厚计算装置，其比较在所述修正装置中修正的修正后实测分光反射率与所述理论分光反射率而计算出测定对象的透明薄膜的膜厚。
10.一种膜厚测定装置，根据对在基板上形成了透明薄膜的试样照射光而得到的分光反射率测定所述透明薄膜的膜厚，其特征在于，包括第一光源，其对所述试样的薄膜形成面照射光；第二光源，其对所述试样的所述薄膜形成面的相反侧面照射光；分光装置，其将从所述第二光源照射而透过所述基板及所述透明薄膜的透射光进行分光，测定所述透明薄膜的分光透射率，同时将从所述第一光源照射而由所述试样反射的反射光进行分光，测定分光反射率；存储装置，其存储作为在基板上形成了具有规定膜厚的透明薄膜的试样的分光反射率而预先算定的理论分光反射率；修正装置，其通过由所述分光装置测定的所述分光透射率修正所述理论分光反射率；膜厚计算装置，其比较在所述修正装置中修正的修正后理论分光反射率与由所述分光装置测定的实测分光反射率，计算出测定对象的透明薄膜的膜厚。
全文摘要
本发明提供一种即使是滤色片那样的选择性透过特定波长区域的光的透明薄膜也能正确测定其膜厚的膜厚测定方法和装置。首先，对每一种不同的膜厚取得多个作为在基板上形成了具有规定膜厚的无色透明薄膜的试样的分光反射率而计算出的理论分光反射率。接着，取得作为测定对象的滤色片的分光透射率，把该分光透射率中规定透射率以上的波长区域选定为测定波长区域。把对每一种不同膜厚而计算出的多个理论分光反射率通过分光透射率修正，求出修正后理论分光反射率。之后，向在基板上形成了测定对象的滤色片的试样照射光，把从该试样反射的光进行分光而实测分光反射率。比较得到的实测分光反射率和修正后理论分光反射率而计算出滤色片的膜厚。
文档编号G01B11/06GK1664493SQ20041010075
公开日2005年9月7日 申请日期2004年12月13日 优先权日2004年3月4日
发明者藤原成章 申请人:大日本网目版制造株式会社
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
