JP2006284211A - ムラ検査装置およびムラ検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微少な膜厚ムラを精度良く検出する。
【解決手段】ムラ検査装置１は、基板９を保持するステージ２、基板９の膜９２が形成された上面９１に向けて線状光を出射する光出射部３、基板９からの反射光を受光する受光部４、基板９と受光部４との間に配置されて光の波長帯を切り替える波長帯切替機構５、ステージ２を移動する移動機構２１、受光した光の強度分布に基づいて膜厚ムラを検査する検査部７を備える。ムラ検査装置１では、光出射部３から基板９に入射する光の上面９１対する入射角θ１が６０°とされることにより、高精度なムラ検出が可能とされる膜厚の範囲を大きくすることができるとともに膜厚に対する反射率の極大点近傍領域である低感度領域の幅が広がることを防止することができる。その結果、膜厚の変動幅が低感度領域に含まれることを防止して微少な膜厚ムラを精度良く検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物上に形成された膜の膜厚ムラを検査する技術に関する。

従来より、表示装置用のガラス基板や半導体基板等（以下、単に「基板」という。）の主面上に形成されたレジスト膜等の薄膜を検査する場合、光源からの光を薄膜に照射し、薄膜からの反射光や透過光における光干渉を利用して膜厚のムラが検査される。

このような膜厚ムラの検査において、ナトリウムランプ等の単色光源を用いた場合、薄膜の厚さや屈折率によっては十分な感度を得られない（すなわち、光干渉による干渉縞が明確に表れない）ことがある。そこで、目視による検査では、基板を傾けることにより光の入射角を変更して確実にムラ検出を行うことが行われている。また、基板に対して複数の波長の光を同時に照射することも行われているが、各波長に対応した干渉縞が同時に表れるため、全体として感度が低下してしまう可能性がある。

特許文献１では、被検体表面上の欠陥検査を行う表面欠陥検査装置において、被検体からの反射光の波長帯を制限する複数の狭帯域フィルタのうちの１つを、被検体表面上の薄膜の特性（材質、屈折率、膜厚、反射率等）に合わせて光路上に挿入することにより、適切な波長帯にて検査を行う技術が開示されている。また、被検体に光を照射する照明部の角度（すなわち、被検体に対する照明光の入射角）を薄膜の特性に合わせて変更する技術も開示されている。
特開２００２−２６７４１６号公報

ところで、目視による検査では、基板を傾けて見ることにより干渉縞を明確化することは比較的容易に行うことができるが、特許文献１の表面欠陥検査装置のように、被検体からの反射光を撮像して各画素の輝度値により膜厚ムラを示す画像を取得する装置では、被検体に対する照明部の角度を変更する際には、反射光を受光するラインセンサカメラの角度も照明光の入射角に合わせて高精度に調整する必要がある。このため、装置の構造が複雑になり、かつ、検査時の操作が煩雑になってしまう。

また、照明部からの光の被検体に対する入射角については、検出したい膜厚ムラの特性に応じてそれぞれ適切な角度が存在すると考えられるが、特許文献１では、具体的な入射角については何ら開示されていない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、装置構造を簡素化しつつ微少な膜厚ムラを精度良く検出することを主な目的とし、また、変動範囲が大きい膜厚ムラを確実に検出することも目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板上に形成された膜の膜厚ムラを検査するムラ検査装置であって、基板を保持する保持部と、前記基板の光透過性の膜が形成されている主面に対して入射角５０°以上６５°以下にて入射する光を出射する光出射部と、前記基板の前記主面における反射後の特定の波長帯の光を受光して前記主面からの前記特定の波長帯の光の強度分布を取得する受光部と、前記特定の波長帯を互いに異なる複数の波長帯の間で切り替える波長帯切替手段とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のムラ検査装置であって、前記光出射部が前記複数の波長帯の光を含む光を出射し、前記波長帯切替手段が、前記複数の波長帯の光を選択的にそれぞれ透過する複数の光学フィルタと、前記複数の光学フィルタのうち前記光出射部から前記受光部に至る光路上に配置される一の光学フィルタを他の光学フィルタに切り替える光学フィルタ切替機構とを備える。

請求項３に記載の発明は、基板上に形成された膜の膜厚ムラを検査するムラ検査装置であって、基板を保持する保持部と、前記基板の光透過性の膜が形成されている主面に対して入射角１０°以上４０°以下にて入射する光を出射する光出射部と、前記基板の前記主面における反射後の特定の波長帯の光を受光して前記主面からの前記特定の波長帯の光の強度分布を取得する受光部とを備える。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のムラ検査装置であって、前記特定の波長帯を互いに異なる複数の波長帯の間で切り替える波長帯切替手段をさらに備え、前記光出射部が前記複数の波長帯の光を含む光を出射し、前記波長帯切替手段が、前記複数の波長帯の光を選択的にそれぞれ透過する複数の光学フィルタと、前記複数の光学フィルタのうち前記光出射部から前記受光部に至る光路上に配置される一の光学フィルタを他の光学フィルタに切り替える光学フィルタ切替機構とを備える。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のムラ検査装置であって、前記基板の前記主面に沿う所定の移動方向に前記保持部を前記光出射部および前記受光部に対して相対的に移動する移動機構をさらに備え、前記光出射部が、光源と、前記光源からの光を前記移動方向に垂直な線状光に変換して前記主面へと導く光学系を備え、前記受光部が、前記線状光の前記基板上における照射領域からの前記特定の波長帯の光の強度分布を前記保持部の移動に同期して繰り返し取得するラインセンサを備える。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のムラ検査装置であって、前記基板上の前記膜が、前記主面上に塗布液を塗布することにより形成されたものである。

請求項７に記載の発明は、基板上に形成された膜の膜厚ムラを検査するムラ検査方法であって、基板の光透過性の膜が形成されている主面に対して入射角５０°以上６５°以下にて入射する光を出射する工程と、前記基板の前記主面における反射後の特定の波長帯の光を受光して前記主面からの前記特定の波長帯の光の強度分布を取得する工程と、前記特定の波長帯を変更して前記光を出射する工程および前記光の強度分布を取得する工程を繰り返す工程とを備える。

請求項８に記載の発明は、基板上に形成された膜の膜厚ムラを検査するムラ検査方法であって、基板の光透過性の膜が形成されている主面に対して入射角１０°以上４０°以下にて入射する光を出射する工程と、前記基板の前記主面における反射後の特定の波長帯の光を受光して前記主面からの前記特定の波長帯の光の強度分布を取得する工程とを備える。

請求項１および７の発明では、微少な膜厚ムラを精度良く検出することができる。請求項２および４の発明では、受光する光の波長帯を容易に切り替えることができる。請求項３および８の発明では、変動範囲が大きい膜厚ムラを確実に検出することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るムラ検査装置１の構成を示す図である。ムラ検査装置１は、液晶表示装置等の表示装置に用いられるガラス基板（以下、単に「基板」という。）９において、一方の主面９１上に形成されたパターン形成用のレジスト膜（以下、単に「膜」という。）９２の膜厚ムラを検査する装置である。基板９上の膜９２は、基板９の主面９１上にレジスト液を塗布することにより形成される。

図１に示すように、ムラ検査装置１は、膜９２が形成された主面９１（以下、「上面９１」という。）を上側（図１中の（＋Ｚ）側）に向けて基板９を保持するステージ２、ステージ２に保持された基板９の上面９１に向けて光を出射する光出射部３、光出射部３から出射されて基板９の上面９１上の膜９２にて反射された光を受光する受光部４、基板９と受光部４との間に配置されて受光部４が受光する光の波長帯を切り替える波長帯切替機構５、ステージ２を光出射部３、受光部４および波長帯切替機構５に対して相対的に移動する移動機構２１、受光部４にて受光した光の強度分布（上面９１の領域に対応する分布）に基づいて膜９２の膜厚ムラを検査する検査部７、並びに、これらの構成を制御する制御部８を備える。

ステージ２の（＋Ｚ）側の表面は、好ましくは黒色艶消しとされる。移動機構２１は、モータ２１１にボールねじ（図示省略）が接続された構成とされ、モータ２１１が回転することにより、ステージ２がガイド２１２に沿って基板９の上面９１に沿う図１中のＸ方向に移動する。

光出射部３は、白色光（すなわち、可視領域の全ての波長帯の光を含む光）を出射する光源であるハロゲンランプ３１、ステージ２の移動方向に垂直な図１中のＹ方向に伸びる円柱状の石英ロッド３２、および、Ｙ方向に伸びるシリンドリカルレンズ３３を備える。光出射部３では、ハロゲンランプ３１が石英ロッド３２の（＋Ｙ）側の端部に取り付けられており、ハロゲンランプ３１から石英ロッド３２に入射した光は、Ｙ方向に伸びる線状光（すなわち、光束断面がＹ方向に長い線状となる光）に変換されて石英ロッド３２の側面から出射され、シリンドリカルレンズ３３を介して基板９の上面９１へと導かれる。換言すれば、石英ロッド３２およびシリンドリカルレンズ３３は、ハロゲンランプ３１からの光をステージ２の移動方向に垂直な線状光に変換して基板９の上面９１へと導く光学系となっている。

図１では、光出射部３から基板９に至る光路を一点鎖線にて示している（基板９から受光部４に至る光路についても同様）。光出射部３から基板９に入射する光の上面９１対する入射角（すなわち、光路が上面９１の法線方向となす角度）θ１は５０°以上６５°以下とされ、本実施の形態では６０°とされる。

光出射部３から出射された光の一部は、基板９の上面９１上の膜９２の（＋Ｚ）側の面（以下、「膜上面」という。）にて反射される。膜９２は光出射部３からの光に対して光透過性を有しており、光出射部３からの光のうち膜上面にて反射されなかった光は、膜９２を透過して基板９の上面９１（すなわち、膜９２の下面）にて反射される。ムラ検査装置１では、基板９における膜９２の上面にて反射された光と基板９の上面９１にて反射された光との干渉光（以下、単に「反射光」という。）が、波長帯切替機構５を経由して受光部４に入射する。

波長帯切替機構５は、互いに異なる複数の狭い波長帯の光を選択的にそれぞれ透過する複数の光学フィルタ（例えば、半値幅１０ｎｍの干渉フィルター）５１、複数の光学フィルタ５１を保持する円板状のフィルタホイール５２、および、フィルタホイール５２の中心に取り付けられてフィルタホイール５２を回転するフィルタ回転モータ５３を備える。フィルタホイール５２は、その法線方向が基板９から受光部４に至る光路に平行になるように配置される。

図２は、波長帯切替機構５を基板９側からフィルタホイール５２に垂直な方向に沿って見た図である。図２に示すように、フィルタホイール５２には、６つの円形の開口５２１が周方向に等間隔に形成されており、そのうちの５つの開口５２１には互いに透過波長帯が異なる５種類の光学フィルタ５１が取り付けられている。

図１に示す波長帯切替機構５では、制御部８に制御されるフィルタ回転モータ５３によりフィルタホイール５２が回転し、５つの光学フィルタ５１（図２参照）のうち、検査対象となる膜９２の膜厚や屈折率等に応じていずれか１つの光学フィルタ５１（以下、他の光学フィルタ５１と区別するために、「選択光学フィルタ５１ａ」という。）が選択され、基板９から受光部４に至る光路上に配置される。これにより、基板９からの反射光（すなわち、５つの光学フィルタ５１に対応する５つの透過波長帯の光を含む白色光の反射光）のうち、光路上に配置された選択光学フィルタ５１ａに対応する特定の波長帯（以下、「選択波長帯」という。）の光のみが、選択光学フィルタ５１ａを透過して受光部４へと導かれる。

そして、フィルタ回転モータ５３によりフィルタホイール５２が回転すると、複数の光学フィルタ５１のうち光出射部３から受光部４に至る光路上に配置された選択光学フィルタ５１ａが他の光学フィルタ５１に切り替えられ、受光部４が受光する光の波長帯（すなわち、選択波長帯）が変更される。このように、フィルタ回転モータ５３およびフィルタホイール５２は光学フィルタ切替機構となっている。

受光部４は、複数の受光素子であるＣＣＤ（Charge Coupled Device）がＹ方向に直線状に配列されたラインセンサ４１、および、ラインセンサ４１と波長帯切替機構５の選択光学フィルタ５１ａとの間に設けられて基板９からの反射光をラインセンサ４１へと導くレンズ４２を備える。ラインセンサ４１は、光出射部３から出射されて基板９上における照射領域の膜９２にて反射された線状光のうち、選択光学フィルタ５１ａを透過した選択波長帯の光を受光し、受光した光の強度分布（すなわち、各ＣＣＤからの出力値である輝度値のＹ方向における分布）を取得する。

検査部７は、ラインセンサ４１からの出力を受け付けて基板９の上面９１の２次元画像を生成する画像生成部７１、および、画像生成部７１により生成された２次元画像の各画素の画素値から膜９２の膜厚ムラを検出するムラ検出部７２を備える。

次に、ムラ検査装置１による膜厚ムラの検査の流れについて説明する。図３および図４は、ムラ検査装置１による検査の流れを示す図である。ムラ検査装置１により基板９の上面９１上の膜９２の膜厚ムラが検査される際には、まず、図１中に実線にて示す検査開始位置に位置するステージ２上に基板９が保持された後、基板９およびステージ２の（＋Ｘ）方向への移動が開始される（ステップＳ１１）。続いて、光出射部３から出射されて基板９の上面９１に対して入射角６０°にて入射する線状光が、上面９１上の直線状の照射領域（以下、「線状照射領域」という。）に照射され（ステップＳ１２）、線状照射領域が基板９に対して相対的に移動する。

光出射部３からの光は基板９の上面９１にて反射し、波長帯切替機構５の選択光学フィルタ５１ａを透過することにより特定の波長帯（例えば、中心波長が５５０ｎｍ、半値幅が１０ｎｍ）の光のみが取り出された後、受光部４へと導かれる。受光部４では、基板９の上面９１における反射後の選択波長帯の光がラインセンサ４１により受光され（ステップＳ１３）、基板９上の線状照射領域からの反射光の選択波長帯における強度分布が取得される（ステップＳ１４）。ラインセンサ４１の各ＣＣＤからの出力値は、検査部７の画像生成部７１へと送られる。

ムラ検査装置１では、制御部８により、基板９およびステージ２が図１中に二点鎖線にて示す検査終了位置まで移動したか否かが基板９の移動中に繰り返し確認されており（ステップＳ１５）、検査終了位置まで移動していない場合には、ステップＳ１３に戻って反射光のうちの選択波長帯の光の受光および線状照射領域における選択波長帯の光の強度分布の取得（ステップＳ１３，Ｓ１４）が繰り返される。ムラ検査装置１では、ステージ２が（＋Ｘ）方向に移動している間、ステップＳ１３〜Ｓ１５の動作が繰り返されて基板９上の線状照射領域からの反射光の強度分布がステージ２の移動に同期して繰り返し取得されることにより、基板９の全体について上面９１からの反射光の選択波長帯における強度分布が取得される。

そして、基板９およびステージ２が検査終了位置まで移動すると（ステップＳ１５）、移動機構２１による基板９およびステージ２の移動が停止され、照明光の照射も停止される（ステップＳ１６）。検査部７の画像生成部７１では、受光部４により取得された上面９１からの反射光の選択波長帯における強度分布に対して、膜厚の変動に起因する輝度値の差を強調する画像処理（例えば、上面９１上の強度分布を示す画像に対してメディアンフィルタにより平滑化処理を行って平滑化画像を求め、強度分布の画像の各画素の値を平滑化画像の対応する画素の値で除算することにより、膜厚変動によるものよりも大きく広範囲に亘る輝度値の変動を除去する等の処理）が行われることにより、強調された膜厚変動が画素値の変動として表現された上面９１の２次元画像が生成される（ステップＳ１７）。

生成された２次元画像は、必要に応じてディスプレイ等の表示装置に表示され、さらに、検査部７のムラ検出部７２により、２次元画像に基づいて膜厚ムラの検出が行われる（ステップＳ１８）。

図５は、基板９の上面９１上に形成された膜９２の膜厚と反射率との関係を示す図である。図５中の線１０１は、本実施の形態に係るムラ検査装置１と同様の条件における反射率（すなわち、入射角６０°の光に対する反射率）を示し、線１０２は、光出射部からの光の基板に対する入射角が３０°である後述の第２の実施の形態に係るムラ検査装置と同様の条件における反射率を示す。線１０１，１０２は、波長５５０ｎｍの光に対する反射率を示しており、波長が変更されると膜厚と反射率との関係も変化する。

図５に示すように、膜９２の膜厚が異なると膜９２の反射率も異なるため、受光部４にて受光する反射光の強度も異なる。したがって、膜９２の膜厚分布にムラが存在している場合には、検査部７の画像生成部７１により生成された基板９の上面９１の２次元画像にも画素値のムラが生じる。ムラ検査装置１では、検査部７のムラ検出部７２により、上面９１の２次元画像における各画素の画素値のばらつきの程度が検査され、予め設定されているムラ閾値よりもばらつきの程度が大きい領域が存在する場合、上面９１上の対応する領域が許容範囲を超える膜厚ムラが存在する領域として検出される。

ところで、膜９２の反射率は、図５に示すように、膜厚の変動に対して周期性をもって変動する。そして、反射率の極大点近傍および極小点近傍では、膜厚の変動に対する反射率の変動の割合が非常に小さくなるため、膜厚の変動が僅かである場合には、画像生成部７１により生成された２次元画像において画素値がほとんど変動せず、ムラ検出部によるムラ（すなわち、膜厚の変動）の検出の精度が低下してしまう。以下、膜厚の変動に対する反射率の変動の割合が非常に小さい膜厚の領域を、「低感度領域」という。

仮に、基板９上の膜９２の膜厚が線１０１の低感度領域において変動しているとすると、このような膜厚ムラを線１０１のみに基づいて高精度に検出することは難しい。そこで、ムラ検査装置１では、上述のように１つの光学フィルタ５１を選択光学フィルタ５１ａとして１回目の膜厚ムラの検出を行った後（ステップＳ１９）、制御部８により波長帯切替機構５のフィルタ回転モータ５３が駆動されてフィルタホイール５２が回転し、他の光学フィルタ５１が基板９から受光部４に至る光路上に配置されて波長帯切替機構５における選択波長帯が変更される（ステップＳ１９１）。選択波長帯が変更されることにより、膜厚の低感度領域も移動する。

その後、移動機構２１によりステージ２が検査開始位置に戻され、再びステージ２の移動が開始される（ステップＳ１１）。ムラ検査装置１では、ステージ２が検査終了位置に到達するまで、光出射部３からの光の基板９における反射光のうち、１回目のムラ検出時とは異なる選択波長帯の光が受光部４により受光され、基板９上の線状照射領域からの反射光の強度分布がステージ２の移動に同期して繰り返し取得されて検査部７の画像生成部７１へと送られた後、ステージ２の移動が停止される（ステップＳ１２〜Ｓ１６）。

そして、検査部７の画像生成部７１により、基板９の上面９１の２次元画像が生成され（ステップＳ１７）、ムラ検出部７２により、上面９１上の膜９２の膜厚ムラが検出される（ステップＳ１８）。２回目の膜厚ムラの検出が終了すると（ステップＳ１９）、１回目および２回目の検出結果に基づき、基板９の上面９１上に形成された膜９２の膜厚ムラが最終的に検出されてムラ検査装置１による膜厚ムラの検出が終了する。

ムラ検査装置１では、波長帯切替機構５の複数の光学フィルタ５１により互いに異なる複数の波長帯の間で選択波長帯を切り替えることにより、１回目のムラ検出と２回目のムラ検出とで膜厚の低感度領域を異ならせている。これにより、膜９２の膜厚の変動幅の一部（または全部）が、例えば１回目のムラ検出時の低感度領域に含まれている場合であっても、２回目のムラ検出時には低感度領域が異なっているため、１回目のムラ検出時に低感度領域に含まれていた部分についても、膜厚変動を精度良く検出することができる。

ところで、ムラ検査装置１では、光出射部３から基板９へと入射する光の入射角θ１が６０°とされており、図５に示すように、入射角が３０°である第２の実施の形態に係るムラ検査装置に比べて入射角が大きいため、膜厚に対する反射率の変動周期が大きくなる。その結果、隣接する低感度領域の間の線１０１の傾きが大きい領域、すなわち、高精度なムラ検出が可能な領域が大きくなる。このように、ムラ検査装置１では、基板９に対する光出射部３からの光の入射角θ１が大きくされることにより、特に、このようなムラ検査装置において通常の入射角とされる４５°よりも大きく、具体的には５０°以上とされることにより、高精度なムラ検出が可能とされる膜厚の範囲を大きくすることができる。

図６は、光出射部からの光の入射角が７０°の場合の膜９２の膜厚と反射率との関係を示す図である。図６に示すように、入射角が７０°の場合、反射率の極大点近傍において低感度領域の幅が大きく広がってしまう。ムラ検査装置１では、基板９に対する光の入射角θ１が６５°以下とされることにより、反射率の極大点近傍において低感度領域の幅が広がることを防止することができる。

このように、ムラ検査装置１では、基板９に対する光出射部３からの光の入射角θ１が５０°以上６５°以下とされることにより、高精度なムラ検出が可能とされる膜厚の範囲を大きくすることができるとともに反射率の極大点近傍において低感度領域の幅が広がることを防止することができる。その結果、膜厚の変動幅が低感度領域に含まれることを防止して微少な膜厚ムラを精度良く検出することができる。また、ムラ検査装置１では、光出射部３からの光の基板９に対する入射角θ１が６０°に固定された状態で高精度なムラ検出が実現されるため、基板９に対する光の入射角を変更する機構を設ける必要がなく、ムラ検査装置１の構造を簡素化することができる。

また、基板９の上面９１上の膜９２は、多くの場合、塗布液を塗布することにより容易に形成されており、ムラ検査装置１は、微少な膜厚ムラを精度良く検出することができるため、このような塗布液の塗布により形成された膜９２の膜厚ムラ（すなわち、塗布ムラ）の検出に特に適している。

ムラ検査装置１では、フィルタホイール５２を回転して基板９から受光部４に至る光路上の選択光学フィルタ５１ａを他の光学フィルタ５１に切り替えることにより、受光部４にて受光する基板９からの反射光の波長帯（すなわち、選択波長帯）を容易に変更して適切な波長帯とすることができる。また、光出射部３から線状光を出射し、線状光に対して垂直な方向に移動する基板９からの反射光を、ラインセンサ４１により基板９の移動に同期して受光することにより、基板９に対する光の入射角θ１を上面９１全体において一定とすることができる。これにより、膜厚ムラの検出において入射角による反射率への影響を考慮する必要がないため、ムラ検出部７２による膜厚ムラの検出処理を簡素化することができる。

図７は、本発明の第２の実施の形態に係るムラ検査装置１ａの構成を示す図である。ムラ検査装置１ａでは、光出射部３からの光の基板９への入射角θ２が、図１に示すムラ検査装置１の入射角θ１とは異なり、１０°以上４０°以下（本実施の形態では、３０°）とされる。その他の構成は図１と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

図７に示すように、ムラ検査装置１ａは、第１の実施の形態と同様に、基板９を保持するステージ２、ステージ２に保持された基板９の光透過性の膜９２が形成されている上面９１に向けて光を出射する光出射部３、基板９からの反射光のうち選択波長帯の光のみを透過させるとともに選択波長帯を互いに異なる複数の波長帯の間で切り替える波長帯切替機構５、波長帯切替機構５を透過した光を受光して選択波長帯の光の強度の上面上における分布を取得する受光部４、ステージ２を移動する移動機構２１、受光部４にて取得した光の強度分布に基づいて膜９２の膜厚ムラを検査する検査部７、および、これらの構成を制御する制御部８を備える。

波長帯切替機構５は、第１の実施の形態と同様に、互いに異なる複数の狭い波長帯の光を選択的にそれぞれ透過する複数（本実施の形態でも５つ。図２参照）の光学フィルタ５１、５つの光学フィルタ５１を保持する円板状のフィルタホイール５２、および、フィルタホイール５２を回転するフィルタ回転モータ５３を備える。波長帯切替機構５では、フィルタ回転モータ５３によりフィルタホイール５２が回転することにより、複数の光学フィルタ５１のうち光出射部３から受光部４に至る光路上に配置される選択光学フィルタ５１ａが他の光学フィルタ５１に切り替えられる。

光出射部３も、第１の実施の形態と同様に、複数の光学フィルタ５１に対応する複数の波長帯の光を含む白色光を出射するハロゲンランプ３１、ハロゲンランプ３１からの光を線状光に変換する石英ロッド３２、および、石英ロッド３２からの線状光を基板９へと導くシリンドリカルレンズ３３を備える。受光部４も、複数のＣＣＤが直線状に配列されたラインセンサ４１、および、ラインセンサ４１と波長帯切替機構５の選択光学フィルタ５１ａとの間に設けられるレンズ４２を備える。

次に、ムラ検査装置１ａによる膜厚ムラの検査の流れについて説明する。ムラ検査装置１ａによる検査の流れは、第１の実施の形態と同様であり、以下、図３および図４を参照しつつ説明する。ムラ検査装置１ａにより基板９の上面９１上の膜９２の膜厚ムラが検査される際には、まず、図７中に実線にて示す検査開始位置からステージ２の移動が開始される（ステップＳ１１）。

続いて、基板９の上面９１に対して入射角３０°にて入射する線状光が上面９１上の照射領域に照射され、基板９からの反射光が選択光学フィルタ５１ａにより選択波長帯の光のみとされてラインセンサ４１により受光され、基板９上の照射領域からの反射光の選択波長帯における強度分布が取得される（ステップＳ１２〜Ｓ１４）。

ムラ検査装置１ａでは、ステージ２の移動に同期して基板９上の照射領域からの反射光の強度分布が繰り返し取得され、ステージ２が図７中に二点鎖線にて示す検査終了位置に到達するとステージ２の移動および照明光の照射が停止される（ステップＳ１５，Ｓ１６）。そして、上面９１の２次元画像が生成されるとともに上面９１上の膜厚ムラが検出される（ステップＳ１７，Ｓ１８）。

１回目の膜厚ムラの検出が終了すると、波長帯切替機構５において選択波長帯が変更され（ステップＳ１９，Ｓ１９１）、ステップＳ１１に戻って２回目の膜厚ムラの検出が行われる（ステップＳ１１〜Ｓ１９）。そして、１回目および２回目の検出結果に基づき、基板９の主面上面９１上に形成された膜９２の膜厚ムラが最終的に検出されてムラ検査装置１ａによる膜厚ムラの検出が終了する。

以上に説明したように、ムラ検査装置１ａでは、光出射部３から基板９へと入射する光の入射角θ２が３０°とされており、図５に示すように、入射角θ１が６０°である第１の実施の形態に係るムラ検査装置１に比べて、膜厚に対する反射率の極大点近傍の幅が小さい（すなわち、極大点から線１０２の傾きが大きくなるまでの膜厚の差が小さい）ため、極大点近傍における低感度領域の幅が小さくなる。これにより、膜厚の変動範囲が比較的大きい膜厚ムラを検出する場合、膜厚の変動範囲全体が低感度領域に含まれてしまうことが防止される。換言すれば、膜厚の変動範囲の少なくとも一部が、互いに隣接する低感度領域の間の高感度でムラ検出が可能な領域に含まれることとなる。このように、ムラ検査装置１ａでは、基板９に対する光出射部３からの光の入射角θ２が小さくされることにより、特に、このようなムラ検査装置において通常の入射角とされる４５°よりも小さく、具体的には４０°以下とされることにより、比較的膜厚変動が大きい膜厚ムラの検出において、膜厚の変動範囲全体が低感度領域に含まれてしまうことを防止することができる。

また、ムラ検査装置１ａでは、基板９に対する光の入射角θ２を１０°以上とすることにより、光出射部３と受光部４との近接による入射側および反射側の光路の重複を回避し、光出射部３や受光部４、波長帯切替機構５の構成や配置が複雑になってしまうことを防止することができる。

このように、ムラ検査装置１ａでは、基板９に対する光出射部３からの光の入射角θ２が１０°以上４０°以下とされることにより、装置構成が複雑化することを防止することができるとともに、比較的膜厚変動が大きい膜厚ムラを検出する場合に、膜厚の変動範囲全体が低感度領域に含まれてしまうことを防止して膜厚ムラを確実に検出することができる。

また、ムラ検査装置１ａでは、波長帯切替機構５の複数の光学フィルタ５１により互いに異なる複数の波長帯の間で選択波長帯を切り替えることにより、ムラ検出時の膜厚の低感度領域を適切に変更し、比較的膜厚変動が大きい膜厚ムラをより確実に検出することができる。ムラ検査装置１ａも、第１の実施の形態と同様に、塗布液の塗布により形成された膜９２の膜厚ムラ（すなわち、塗布ムラ）の検出に特に適している。

ムラ検査装置１ａでは、第１の実施の形態と同様に、フィルタホイール５２を回動して選択光学フィルタ５１ａを他の光学フィルタ５１に切り替えることにより、受光部４にて受光する基板９からの反射光の波長帯（すなわち、選択波長帯）を容易に変更することができる。また、光出射部３からの線状光をラインセンサ４１により基板９の移動に同期して受光することにより、基板９に対する光の入射角θ２を上面９１全体において一定とすることができるため、ムラ検出部７２による膜厚ムラの検出処理を簡素化することができる。

なお、ムラ検査装置１ａの場合、ほとんどの場合において１つのフィルタのみで精度良くムラ検出を行うことができるため、波長帯切替機構５が１つの固定フィルタに置き換えられてもよく、図４のステップＳ１９，Ｓ１９１が省略されてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、ステージ２は、光出射部３、受光部４および波長帯切替機構５に対して相対的に移動すればよく、ステージ２が固定され、光出射部３、受光部４および波長帯切替機構５が、互いに固定された状態で移動されてもよい。

光出射部３では、石英ロッド３２に代えて複数の光ファイバが直線状に配列されたファイバアレイが設けられ、ハロゲンランプ３１からの光がファイバアレイを通過することにより線状光に変換されてもよい。また、ハロゲンランプ３１および石英ロッド３２に代えて、直線状に配列された複数の発光ダイオードが線状光を出射する光源として設けられてもよい。

ムラ検査装置では、ハロゲンランプ３１から出射される光に基板９上に形成された膜９２に好ましくない影響を与える波長帯の光が含まれている場合、当該波長帯の光を透過しないフィルタ等がハロゲンランプ３１から基板９に至る光路上に設けられる。また、基板９の上面９１上の膜９２が赤外線に対して透過性を有する場合、白色光を出射するハロゲンランプ３１に代えて赤外線を出射する光源が光出射部３に設けられてもよい。

基板９に対する光の入射角を上面９１全体において一定とすることにより膜厚ムラの検出を簡素化するという観点からは、基板９に対して相対的に移動するラインセンサ４１により光出射部３からの線状光の反射光を受光することが好ましいが、基板９の撮像時間を短縮する必要がある場合等には、ラインセンサ４１に代えて２次元ＣＣＤセンサが受光部４に設けられてもよい。

波長帯切替機構５は、必ずしも基板９から受光部４に至る光路上に配置される必要はなく、例えば、光出射部３から基板９に至る光路上に配置されてもよい。また、波長帯切替機構５による選択波長帯の切り替えは、複数の光学フィルタ５１の切り替えには限定されず、互いに異なる複数の波長帯の光を出射する複数の光源が光出射部３に設けられ、波長帯切替機構５により複数の光源が制御されることにより、光出射部３から出射される光の波長帯が切り替えられてもよい。

上記実施の形態に係るムラ検査装置では、膜９２の膜厚ムラは、ムラ検出部７２により上面９１の２次元画像における各画素の画素値のばらつきの程度が検査されることにより検出されるが、膜厚ムラの検出は、ディスプレイ等に表示された上面９１の２次元画像を作業者が目視して参照用画像と比較することにより行われてもよい。

第１の実施の形態に係るムラ検査装置１では、基板９に対する入射角が１０°以上４０°以下の光を出射する第２光出射部、および、第２光出射部からの光の基板９における反射光を受光する第２受光部がさらに設けられ、微少な膜厚ムラの高精度な検出、および、膜厚変動が大きい膜厚ムラの確実な検出が１つの装置で実現されてもよい。

上記実施の形態に係るムラ検査装置は、レジスト膜以外の他の膜、例えば、基板９上に形成された絶縁膜や導電膜の膜厚ムラの検出に利用されてよく、これらの膜は、塗布液の塗布以外の方法、例えば、蒸着法や化学気相成長法（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング等により形成されたものであってもよい。また、ムラ検査装置は、半導体基板等の他の基板上に形成された膜の膜厚ムラの検査に利用されてよい。

第１の実施の形態に係るムラ検査装置の構成を示す図である。 波長帯切替機構を示す図である。 ムラ検査装置による膜厚ムラの検査の流れを示す図である。 ムラ検査装置による膜厚ムラの検査の流れを示す図である。 膜厚と反射率との関係を示す図である。 比較例のムラ検査装置における膜厚と反射率との関係を示す図である。 第２の実施の形態に係るムラ検査装置の構成を示す図である。

符号の説明

１，１ａ ムラ検査装置
２ ステージ
３ 光出射部
４ 受光部
５ 波長帯切替機構
６ 移動機構
９ 基板
３１ ハロゲンランプ
３２ 石英ロッド
４１ ラインセンサ
５１ 光学フィルタ
５１ａ 選択光学フィルタ
５２ フィルタホイール
５３ フィルタ回転モータ
９１ 上面
９２ 膜
Ｓ１１〜Ｓ１９，Ｓ１９１ ステップ

Claims (8)

1. 基板上に形成された膜の膜厚ムラを検査するムラ検査装置であって、
   基板を保持する保持部と、
   前記基板の光透過性の膜が形成されている主面に対して入射角５０°以上６５°以下にて入射する光を出射する光出射部と、
   前記基板の前記主面における反射後の特定の波長帯の光を受光して前記主面からの前記特定の波長帯の光の強度分布を取得する受光部と、
   前記特定の波長帯を互いに異なる複数の波長帯の間で切り替える波長帯切替手段と、
   を備えることを特徴とするムラ検査装置。
2. 請求項１に記載のムラ検査装置であって、
   前記光出射部が前記複数の波長帯の光を含む光を出射し、
   前記波長帯切替手段が、
   前記複数の波長帯の光を選択的にそれぞれ透過する複数の光学フィルタと、
   前記複数の光学フィルタのうち前記光出射部から前記受光部に至る光路上に配置される一の光学フィルタを他の光学フィルタに切り替える光学フィルタ切替機構と、
   を備えることを特徴とするムラ検査装置。
3. 基板上に形成された膜の膜厚ムラを検査するムラ検査装置であって、
   基板を保持する保持部と、
   前記基板の光透過性の膜が形成されている主面に対して入射角１０°以上４０°以下にて入射する光を出射する光出射部と、
   前記基板の前記主面における反射後の特定の波長帯の光を受光して前記主面からの前記特定の波長帯の光の強度分布を取得する受光部と、
   を備えることを特徴とするムラ検査装置。
4. 請求項３に記載のムラ検査装置であって、
   前記特定の波長帯を互いに異なる複数の波長帯の間で切り替える波長帯切替手段をさらに備え、
   前記光出射部が前記複数の波長帯の光を含む光を出射し、
   前記波長帯切替手段が、
   前記複数の波長帯の光を選択的にそれぞれ透過する複数の光学フィルタと、
   前記複数の光学フィルタのうち前記光出射部から前記受光部に至る光路上に配置される一の光学フィルタを他の光学フィルタに切り替える光学フィルタ切替機構と、
   を備えることを特徴とするムラ検査装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のムラ検査装置であって、
   前記基板の前記主面に沿う所定の移動方向に前記保持部を前記光出射部および前記受光部に対して相対的に移動する移動機構をさらに備え、
   前記光出射部が、
   光源と、
   前記光源からの光を前記移動方向に垂直な線状光に変換して前記主面へと導く光学系を備え、
   前記受光部が、前記線状光の前記基板上における照射領域からの前記特定の波長帯の光の強度分布を前記保持部の移動に同期して繰り返し取得するラインセンサを備えることを特徴とするムラ検査装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のムラ検査装置であって、
   前記基板上の前記膜が、前記主面上に塗布液を塗布することにより形成されたものであることを特徴とするムラ検査装置。
7. 基板上に形成された膜の膜厚ムラを検査するムラ検査方法であって、
   基板の光透過性の膜が形成されている主面に対して入射角５０°以上６５°以下にて入射する光を出射する工程と、
   前記基板の前記主面における反射後の特定の波長帯の光を受光して前記主面からの前記特定の波長帯の光の強度分布を取得する工程と、
   前記特定の波長帯を変更して前記光を出射する工程および前記光の強度分布を取得する工程を繰り返す工程と、
   を備えることを特徴とするムラ検査方法。
8. 基板上に形成された膜の膜厚ムラを検査するムラ検査方法であって、
   基板の光透過性の膜が形成されている主面に対して入射角１０°以上４０°以下にて入射する光を出射する工程と、
   前記基板の前記主面における反射後の特定の波長帯の光を受光して前記主面からの前記特定の波長帯の光の強度分布を取得する工程と、
   を備えることを特徴とするムラ検査方法。

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