JP2006284212A - ムラ検査装置およびムラ検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膜厚ムラの検査に要する時間を短縮する。
【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、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。光出射部３は、互いに異なる波長帯の光を出射する第１光源要素および第２光源要素を備える。ムラ検査装置１では、制御部８により、受光部４にて受光される光の波長帯が同期制御部４３からの同期信号に同期して互いに異なる２つの波長帯の間で繰り返し切り替えられつつ膜９２からの反射光の強度分布が取得される。その結果、ラインセンサ４１の１回の走査により、２つの波長帯に対応する第１強調画像および第２強調画像を生成することができるため、膜厚ムラの検査に要する時間を短縮することができる。
【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、特許文献１の表面欠陥検査装置では、膜厚ムラを精度良く検出するために、狭帯域フィルタを切り替えて、あるいは、被検体に対する照明部の角度を変更して被検体に対して複数回の走査を行い、複数枚の画像を撮像する必要があるため、検査に要する時間が長くなってしまう。また、薄膜の特性が時間の経過と共に変化する場合、すなわち、過渡特性を有する薄膜の検査を行う場合、複数回の撮像のそれぞれにおいて薄膜の特性が異なっているため、膜厚ムラを適切に検出することが困難になってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、膜厚ムラの検査に要する時間を短縮することを主な目的とし、また、過渡特性を有する膜であっても膜厚ムラを精度良く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、主面上に光透過性の膜が形成されている基板を保持する保持部と、前記膜に向けて前記主面に沿う所定の方向に伸びる線状光を出射する光出射部と、前記主面に沿うとともに前記所定の方向に垂直な移動方向に前記保持部を前記光出射部に対して相対的に移動する移動機構と、前記移動機構により前記保持部に対して前記光出射部と共に相対的に移動し、前記膜にて反射された、または、前記膜を透過した後の光を受光して前記主面上の前記所定の方向に伸びる線状の照射領域からの光の強度分布を出力する受光部と、前記受光部にて受光される光の波長帯を前記受光部に同期して互いに異なる複数の波長帯の間で繰り返し切り替える波長帯切替手段とを備えることを備える。

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、互いに異なる波長帯の光を出射する複数の光源要素を備え、前記波長帯切替手段が、前記受光部に同期して前記基板に向けて光を出射する光源要素を切り替える。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のムラ検査装置であって、前記複数の光源要素が、半導体発光素子である。

請求項４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、前記光出射部が複数の波長帯の光を含む光を出射し、前記波長切替手段が、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、前記受光部に同期して他の光学フィルタに切り替えることにより前記受光部が受光する光の波長帯を変更す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、前記受光部が、前記膜にて反射された後の光を受光する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のムラ検査装置であって、前記光出射部からの光が、前記基板の前記主面に対して傾斜して入射する。

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、主面上に光透過性の膜が形成されている基板の前記主面に沿う移動方向に前記基板に対して相対的に移動する光出射部から、前記主面に沿うとともに前記移動方向に垂直な所定の方向に伸びる線状光を前記膜に向けて出射する光出射工程と、前記基板に対して前記光出射部と共に相対的に移動する受光部により、前記膜にて反射された、または、前記膜を透過した後の光を受光して前記主面上の前記所定の方向に伸びる線状の照射領域からの光の強度分布を繰り返し取得する強度分布取得工程と、前記強度分布取得工程における前記強度分布の取得に同期して前記受光部にて受光される光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工程とを備える。

本発明では、膜厚ムラの検査に要する時間を短縮することができる。また、過渡特性を有する膜であっても膜厚ムラを精度良く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の構成を示す正面図である。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を保持する保持部であるステージ２、ステージ２に保持された基板９の上面９１上の膜９２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にて反射された後の光を受光する受光部４、ステージ２を光出射部３および受光部４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、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、石英ロッド３２の（＋Ｙ）側の端部に取り付けられる光源３１、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。図２は、光出射部３の一部を拡大して示す側面図である。図２に示すように、光源３１は、互いに異なる波長帯の光を出射する第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂを備える。本実施の形態では、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂ（図２参照）は、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）とされる。第１光源要素３１ａまたは第２光源要素３１ｂから石英ロッド３２に入射した光は、図１に示す基板９の上面９１に沿うとともに基板９の移動方向に垂直な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、光源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。

光出射部３では、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂが個別に点灯されることにより、点灯された光源要素（以下、「選択光源要素」という。）に対応する波長帯の光が基板９の上面９１に向けて出射される。そして、制御部８により後述の同期制御部４３からの同期信号に基づいて光出射部３が制御され、基板９に向けて光を出射する選択光源要素が高速に切り替えられることにより、光出射部３から出射される光の波長帯が切り替えられ、受光部４にて受光される光の波長帯が、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂに対応する互いに異なる複数の波長帯の間で高速に切り替えられる。

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から出射されて基板９の上面９１に対して傾斜して（すなわち、０°よりも大きい入射角にて）入射した光の一部は、基板９の上面９１上の膜９２の（＋Ｚ）側の上面にて反射される。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９２の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。）が受光部４に入射する。

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、ラインセンサ４１と基板９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、および、ラインセンサ４１による撮像タイミングに合わせて制御部８に同期信号を送る同期制御部４３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の上面９１上のＹ方向に伸びる直線状の照射領域（以下、「線状照射領域」という。）の膜９２にて反射された後の線状光を受光し、受光した線状照射領域からの光の強度分布（すなわち、各ＣＣＤからの出力値のＹ方向における分布）を取得して検査部７に出力する。ムラ検査装置１では、基板９の上面９１上に形成された膜９２からの反射光の強度分布が、基板９およびステージ２の移動中にラインセンサ４１により繰り返し取得される。

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。

ムラ検査装置１では、基板９を移動中に受光部４の同期制御部４３からの同期信号に同期して選択光源要素が第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂの間で切り替えられることにより、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂにそれぞれ対応する波長帯の光の強度分布が交互に取得される。このとき、選択光源要素の切り替え、および、強度分布の取得が基板９の移動に比べて非常に高速に行われることにより、基板９の上面９１上のほぼ同一の線状照射領域（正確には走査方向に関して１／２以上重なる２つの領域）に対して、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂのそれぞれに対応する強度分布の取得が１回ずつ行われる。

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、制御部８の制御により、光出射部３の光源３１において第１光源要素３１ａのみが点灯され、すなわち、第１光源要素３１ａが選択光源要素とされ、第１光源要素３１ａに対応する波長帯（例えば、中心波長が５５０ｎｍ、半値幅が１０ｎｍ）の線状光が光出射部３から出射される。光出射部３からの線状光は、基板９の上面９１に対して入射角６０°にて入射し、上面９１上の線状照射領域に照射され（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にて反射して受光部４へと導かれる。受光部４では、基板９の上面９１における反射後の光がラインセンサ４１により受光され（ステップＳ１３）、これにより、基板９上の線状照射領域からの反射光の第１光源要素３１ａに対応する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。

第１光源要素３１ａに対応する強度分布が取得されると、ほぼ同一の線状照射領域について、対応する強度分布が取得されるべき次の光源要素の有無が制御部８により確認される（ステップＳ１５）。次の光源要素（すなわち、第２光源要素３１ｂ）がある場合には、制御部８により第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂが制御され、第１光源要素３１ａが消灯されて第２光源要素３１ｂが点灯されることにより選択光源要素が変更されるとともに、ステップＳ１２に戻って選択光源要素である第２光源要素３１ｂに対応する波長帯の線状光が基板９の線状照射領域に照射される（ステップＳ１５１，Ｓ１２）。このように、ムラ検査装置１では、選択光源要素を変更する工程、すなわち、受光部４にて受光される光の波長帯を切り替える波長帯切替工程（ステップＳ１５１）と、光出射部３から選択光源要素に対応する波長帯の線状光を出射する光出射工程（ステップＳ１２）とが同時に行われる。

そして、第２光源要素３１ｂに対応する波長帯の反射光が受光部４のラインセンサ４１により受光されて強度分布が取得され、ラインセンサ４１の各ＣＣＤからの出力値が、検査部７の画像生成部７１へと送られた後、（本実施の形態では光源要素が２つであるため）制御部８により次の光源要素がないことが確認される（ステップＳ１３〜Ｓ１５）。

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Ｓ１６）、検査終了位置まで移動していない場合には、制御部８により、第２光源要素３１ｂが消灯されるとともに第１光源要素３１ａが点灯されることにより、選択光源要素が最初の光源要素（すなわち、第１光源要素３１ａ）に戻される（ステップＳ１６１）。

そして、ステップＳ１２に戻って選択光源要素に対応する波長帯の線状光の照射、反射光の受光および線状照射領域からの光の強度分布の取得（ステップＳ１２〜Ｓ１４）が行われ、選択光源要素が切り替えられ（ステップＳ１５，Ｓ１５１）、再び線状光の照射、反射光の受光および強度分布の取得が行われる（ステップＳ１２〜Ｓ１５）。

図５は、ステップＳ１２〜Ｓ１６におけるラインセンサ４１、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂの動作を示すタイミングチャートである。図５中の線２０１は、ラインセンサ４１の画像取得状態を示し、線２０２は、受光部４の同期制御部４３から制御部８に送られる同期信号を示す。また、線２０３，２０４は、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂの点灯／消灯（ＯＮ／ＯＦＦ）の状態を示す。ムラ検査装置１では、線２０２にて示す同期制御部４３からの同期信号に基づいて、制御部８によりラインセンサ４１が制御されて１つのライン（線状照射領域を撮像して取得された画素群であり、後述の図６中においてＹ方向に１列に並ぶ複数の画素１１０）の撮像が行われ、また、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂが制御されてそれぞれのＯＮ／ＯＦＦの切り替えが行われる。本実施の形態では、同期信号の間隔は約１ｍｓｅｃとされる。

図５に示すように、ムラ検査装置１では、基板９およびステージ２が移動している間、ステップＳ１２〜Ｓ１６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ラインセンサ４１により繰り返し取得され、基板９に向けて光を出射する選択光源要素が、受光部４の同期制御部４３から制御部８に送られる同期信号（すなわち、ラインセンサ４１による撮像タイミング）に同期して繰り返し切り替えられる（すなわち、受光部４にて受光される光の波長帯が、受光部４に同期して第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂに対応する複数の波長帯の間で繰り返し切り替えられる。）。換言すれば、受光部４にて受光される光の波長帯は、ラインセンサ４１による線状照射領域からの反射光の強度分布の取得に同期して切り替えられる。

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Ｓ１６）、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Ｓ２１）。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からの反射光の強度分布が時系列順に配列され、図６に示す２次元画像１００が生成される（ステップＳ２２）。

図６に示すように、２次元画像１００では、第１光源要素３１ａに対応する線状光により照射された線状照射領域を撮像して取得されたライン３０１〜３０６と、第２光源要素３１ｂに対応する線状光により照射された線状照射領域を撮像して取得されたライン４０１〜４０６とが交互に配列されている。以下、２次元画像１００を、「混合画像１００」という。なお、図６では、図示の都合上、混合画像１００に含まれるラインの個数、および、１つのラインに含まれる画素１１０の個数を、実際の混合画像よりも極めて少なく描いている。

混合画像１００の生成が終了すると、画像生成部７１により、第１光源要素３１ａに対応するライン３０１〜３０６が取り出されて時系列順に配列されることにより、基板９の全体について第１光源要素３１ａを選択光源要素とした場合の上面９１からの反射光の強度分布を示す２次元画像（以下、「第１画像」という。）が生成される。さらに、第２光源要素３１ｂに対応するライン４０１〜４０６が取り出されて時系列順に配列されることにより、基板９の全体について第２光源要素３１ｂを選択光源要素とした場合の上面９１からの反射光の強度分布を示す２次元画像（以下、「第２画像」という。）が生成される（ステップＳ２３）。

上述のように、ムラ検査装置１では、強度分布の取得および光源要素の切り替えが、線状照射領域の基板９に対する相対移動に比べて極めて高速に行われるため、第１画像におけるライン３０１および第２画像におけるライン４０１は、基板９上のほぼ同一の直線状の領域における光の強度分布を示す（ライン３０２〜３０６およびライン４０２〜４０６についても同様）。

第１画像および第２画像が生成されると、画像生成部７１により、第１画像および第２画像に対して、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、第１画像および第２画像のそれぞれ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それぞれの平滑化画像を求め、第１画像および第２画像の各画素の値をそれぞれの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次元画像である「第１強調画像」および「第２強調画像」が生成される（ステップＳ２４）。

生成された第１強調画像および第２強調画像は、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、第１強調画像および第２強調画像に基づいて膜厚ムラの検出が行われる（ステップＳ２５）。

図７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７中の線１０１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７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、ラインセンサ４１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（第１画像および第２画像、並びに、第１強調画像および第２強調画像）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の第１強調画像および第２強調画像における各画素の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７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。図８は、膜９２の膜厚が１ｎｍだけ変動した場合の反射率の変動を示す図である。図７および図８に示すように、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が非常に小さくなる。このため、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７２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。ムラ検査装置１では、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂに対応する互いに異なる２つの波長帯の光が基板９の上面９１上の膜９２に個別に照射され、低感度領域が異なる２つの波長帯に対応する第１強調画像および第２強調画像に基づいて膜厚ムラが検査される。これにより、膜９２の膜厚の変動幅の一部（または全部）が、例えば第１光源要素３１ａからの光に対する低感度領域に含まれている場合であっても、第２光源要素３１ｂからの光に対する低感度領域が異なっているため、第１光源要素３１ａからの光に対する低感度領域に含まれていた部分についても、膜厚変動（すなわち、膜厚ムラ）を精度良く検出することができる。

ムラ検査装置１では、制御部８により、受光部４にて受光される光の波長帯が同期制御部４３からの同期信号（すなわち、ラインセンサ４１による撮像タイミング）に同期して互いに異なる２つの波長帯の間で繰り返し切り替えられつつ基板９の上面９１上の膜９２からの反射光の強度分布が取得される。その結果、基板９に対するラインセンサ４１の１回の走査により、２つの波長帯に対応する第１強調画像および第２強調画像を生成することができるため、２つの画像を２回の走査により生成する場合に比べて膜厚ムラの検査に要する時間を短縮することができる。

ところで、膜９２の特性（すなわち、膜厚や他の光学特性）が時間の経過と共に変化するものである場合、仮に、波長帯を切り替えた２つの画像を２回の走査により生成したとすると、取得した上面９１の２つの画像において画像取得時の膜厚等が異なっているため、双方の画像において膜厚ムラが低感度帯に含まれてしまって膜厚ムラを精度良く検出することができないことがある。これに対してムラ検査装置１では、第１画像および第２画像をほぼ同時に取得することができるため、膜９２の特性が時間の経過と共に変化する場合であっても、膜９２の状態が実質的に同一である上面９１の第１強調画像および第２強調画像を生成することができる。その結果、第１強調画像および第２強調画像の少なくとも一方において膜厚ムラが低感度領域に含まれることを防止することができるため、過渡特性を有する膜９２であっても膜厚ムラを精度良く検出することができる。

ムラ検査装置１では、制御部８により、互いに異なる波長帯の光を出射する第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂのＯＮ／ＯＦＦを交互にを切り替えることにより、受光部４にて受光する光の波長帯を容易に切り替えることができる。

また、ラインセンサ４１により基板９からの反射光を受光して膜厚ムラを検出するため、基板９が光透過性を有しない場合であっても、膜厚ムラを適切に検査することができる。さらには、光出射部３からの光を傾斜させて基板９に照射することにより、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。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るムラ検査装置１ａについて説明する。図９は、ムラ検査装置１ａの構成を示す正面図である。ムラ検査装置１ａでは、図１に示すムラ検査装置１の光源３１（すなわち、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂ）に代えて、可視領域の全ての波長帯の光を含む白色光を出射する光源であるハロゲンランプ３１ｃが設けられる。また、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が基板９と受光部４との間に設けられる。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。

ムラ検査装置１ａの光出射部３では、ハロゲンランプ３１ｃ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３１ｃ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。

波長帯切替機構５は、互いに異なる狭い波長帯の光を選択的にそれぞれ透過する２種類の光学フィルタ（例えば、半値幅１０ｎｍの干渉フィルターであり、以下、「第１光学フィルタ５１ａ」および「第２光学フィルタ５１ｂ」という。）、第１光学フィルタ５１ａおよび第２光学フィルタ５１ｂを保持する円板状のフィルタホイール５２、並びに、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１０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１０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、それぞれ３つの第１光学フィルタ５１ａおよび第２光学フィルタ５１ｂが、開口５２１に交互に取り付けられている。波長帯切替機構５では、６つの光学フィルタのうちのいずれか１つが基板９から受光部４に至る光路上に配置される。図９に示すムラ検査装置１ａでは、基板９からの反射光（すなわち、第１光学フィルタ５１ａおよび第２光学フィルタ５１ｂに対応する２つの透過波長帯の光を含む白色光の反射光）のうち、基板９から受光部４に至る光路上に配置された光学フィルタ（以下、「選択光学フィルタ」という。）に対応する波長帯の光のみが選択光学フィルタを透過して受光部４へと導かれる。

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が回転することにより、複数（本実施の形態では、６つ）の光学フィルタのうちの光出射部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が他の光学フィルタに高速に切り替えられ、受光部４が受光する光の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。

ムラ検査装置１ａでは、基板９およびステージ２を移動しつつ受光部４（の同期制御部４３からの同期信号）に同期して選択光学フィルタが第１光学フィルタ５１ａおよび第２光学フィルタ５１ｂの間で切り替えられ、第１光学フィルタ５１ａおよび第２光学フィルタ５１ｂにそれぞれ対応する波長帯の光の強度分布が交互に取得される。このとき、選択光学フィルタの切り替えが基板９の移動に比べて非常に高速に行われることにより、基板９の上面９１上のほぼ同一の線状照射領域について、第１光学フィルタ５１ａおよび第２光学フィルタ５１ｂのそれぞれに対応する強度分布の取得が１回ずつ行われる。

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。図１１は、ムラ検査装置１ａによる検査の流れの一部を示す図である。ムラ検査装置１ａでは、図１１に示すステップＳ３１〜Ｓ３６が行われた後、図４に示すムラ検査装置１の動作（ステップＳ２１〜Ｓ２５）と同様の動作が行われる。

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、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、光出射部３からの線状光が基板９上の線状照射領域に照射される（ステップＳ３１，Ｓ３２）。

光出射部３から出射された白色光は、基板９の上面９１にて反射し、光路上に予め配置されている波長帯切替機構５の第１光学フィルタ５１ａを透過することにより、第１光学フィルタ５１ａに対応する波長帯（例えば、中心波長が５５０ｎｍ、半値幅が１０ｎｍ）の光のみとされて受光部４のラインセンサ４１により受光される。そして、線状照射領域からの反射光の第１光学フィルタ５１ａに対応する波長帯における強度分布が取得されて検査部７に送られる（ステップＳ３３，Ｓ３４）。

第１光学フィルタ５１ａに対応する強度分布が取得されると、同一の線状照射領域について、対応する強度分布が取得されるべき次の光学フィルタの有無が制御部８により確認される（ステップＳ３５）。次に使用すべき光学フィルタ（すなわち、第２光学フィルタ５１ｂ）がある場合には、フィルタ回転モータ５３によりフィルタホイール５２が６０°だけ回転して選択光学フィルタが変更された時点で（ステップＳ３５１）、ステップＳ３３に戻って第２光学フィルタ５１ｂに対応する波長帯の光が受光部４のラインセンサ４１により受光されて強度分布が取得される（ステップＳ３３，Ｓ３４）。そして、ラインセンサ４１の出力が、検査部７の画像生成部７１へと送られた後、制御部８により次の光学フィルタがないことが確認される（ステップＳ３５）。

ムラ検査装置１ａでは、制御部８により、基板９およびステージ２が図９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Ｓ３６）、検査終了位置まで移動していない場合には、フィルタ回転モータ５３によりフィルタホイール５２が６０°だけ回転して選択光学フィルタが最初の種類の光学フィルタ（すなわち、第１光学フィルタ５１ａ）に戻された時点で（ステップＳ３６１）、ステップＳ３３に戻って反射光の受光および線状照射領域からの光の強度分布の取得（ステップＳ３３，Ｓ３４）が行われ、さらに選択光学フィルタが切り替えられた時点で（ステップＳ３５，Ｓ３５１）、再び反射光の受光および強度分布の取得が行われる（ステップＳ３３〜Ｓ３５）。

ムラ検査装置１ａでは、基板９およびステージ２が移動している間、ステップＳ３３〜Ｓ３６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選択光学フィルタに対応する波長帯における強度分布がラインセンサ４１により繰り返し取得され、基板９からの光を透過する選択光学フィルタが、受光部４の同期制御部４３から制御部８に送られる同期信号（すなわち、ラインセンサ４１による撮像タイミング）に同期して繰り返し切り替えられる（すなわち、受光部４にて受光される光の波長帯が、受光部４に同期して第１光学フィルタ５１ａおよび第２光学フィルタ５１ｂに対応する複数の波長帯の間で繰り返し切り替えられる。）。換言すれば、受光部４にて受光される光の波長帯は、ラインセンサ４１による線状照射領域からの反射光の強度分布の取得に同期して切り替えられる。

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Ｓ３６）、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（図４：ステップＳ２１）。検査部７では、第１の実施の形態の場合と同様に、画像生成部７１により混合画像１００（図６参照）が生成され、混合画像１００から１つおきにラインを選択することにより、第１光学フィルタ５１ａに対応する第１画像および第２光学フィルタ５１ｂに対応する第２画像が生成される（ステップＳ２２，Ｓ２３）。その後、画像生成部７１により、第１画像および第２画像から第１強調画像および第２強調画像が生成され、ムラ検出部７２により、第１強調画像および第２強調画像に基づいて膜厚ムラの検出が行われる（ステップＳ２４，Ｓ２５）。

以上に説明したように、ムラ検査装置１ａでは、第１光学フィルタ５１ａおよび第２光学フィルタ５１ｂに対応する互いに異なる２つの波長帯の光が受光部４にて受光され、低感度領域が異なる２つの波長帯に対応する第１強調画像および第２強調画像に基づいて膜厚ムラが検査される。その結果、第１の実施の形態と同様に、膜厚ムラを精度良く検出することができる。

ムラ検査装置１ａでは、波長帯切替機構５により、受光部４にて受光される光の波長帯が同期制御部４３からの同期信号に同期して互いに異なる２つの波長帯の間で繰り返し切り替えられつつ基板９の上面９１上の膜９２からの反射光の強度分布が取得される。その結果、第１の実施の形態と同様に、基板９に対するラインセンサ４１の１回の走査により、２つの波長帯に対応する第１強調画像および第２強調画像を生成することができるため、膜厚ムラの検査に要する時間を短縮することができる。また、第１の実施の形態と同様に、第１画像および第２画像をほぼ同時に取得することができるため、過渡特性を有する膜９２であっても膜厚ムラを精度良く検出することができる。

ムラ検査装置１ａでは、フィルタ回転モータ５３によりフィルタホイール５２を回転して選択光学フィルタを切り替えることにより、受光部４にて受光する光の波長帯を容易に切り替えることができる。

また、ムラ検査装置１ａでは、第１の実施の形態と同様に、基板９からの反射光を受光して膜厚ムラを検出するため、基板９が光透過性を有しない場合であっても、膜厚ムラを適切に検査することができる。さらには、光出射部３からの光を傾斜させて基板９に照射することにより、光出射部３や受光部４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。

次に、本発明の第３の実施の形態に係るムラ検査装置１ｂについて説明する。図１２はムラ検査装置１ｂの構成を示す正面図である。図１２に示すように、ムラ検査装置１ｂでは、基板９に向けて光を出射する光出射部３が、基板９の（−Ｚ）側（すなわち、基板９の膜９２が形成された上面９１とは反対側）に配置される。また、ステージ２ａは、基板９に対応する開口を有しており、光透過性を有する基板９を周囲から保持する。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。

光出射部３は、第１の実施の形態と同様に、ＬＥＤである第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂ（図２参照）を有する光源３１、並びに、ステージ２ａの移動方向に垂直な図１２中のＹ方向に伸びる石英ロッド３２およびシリンドリカルレンズ３３を備える。ムラ検査装置１ｂでは、光出射部３から出射された線状光が、ステージ２ａの開口を通過して基板９に（−Ｚ）側から入射し、基板９および膜９２を透過した後、受光部４のラインセンサ４１により受光される。

ムラ検査装置１ｂによる膜厚ムラの検査の流れは、透過光を利用するという点を除いて第１の実施の形態と同様であり、膜厚ムラの検査に要する時間を短縮しつつ膜厚ムラを精度良く検出することができる。また、過渡特性を有する膜９２であっても膜厚ムラを精度良く検出することができる。

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、ステージは、光出射部３および受光部４に対して相対的に移動すればよく、ステージが固定され、光出射部３および受光部４が互いに固定された状態で共に移動されてもよい。

ムラ検査装置では、光源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光源から基板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、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。

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、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂ、または、ハロゲンランプ３１ｃ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。この場合、ファイバアレイからの線状光の強度分布をより均一化するために、ファイバアレイの出射端近傍に拡散板が配置されてもよい。

第１および第３の実施の形態に係るムラ検査装置では、光出射部３から出射される光の波長帯の切り替えは、必ずしも第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂのＯＮ／ＯＦＦの切り替えには限定されない。例えば、第１光源要素３１ａと石英ロッド３２との間、および、第２光源要素３１ｂと石英ロッド３２との間に個別に開閉される２つのシャッタ（例えば、液晶シャッタやＡＯＭ（Acoust Optic Modulator：音響光学素子））が配置され、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂの双方が点灯された状態で、２つのシャッタの開閉状態が同期制御部４３からの同期信号に同期して切り替えられることにより、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。

また、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂは、必ずしもＬＥＤには限定されず、例えば、高速点滅という観点からは半導体レーザ等の他の半導体発光素子でもよく、互いに異なる波長帯の光を出射する半導体発光素子以外の他の光源要素であってもよい。さらには、光源３１に互いに異なる波長帯の光を出射する３つ以上の光源要素が設けられることにより、受光部４にて受光される光の波長帯が３つ以上の波長帯の間で切り替えられてもよい。

第１および第３の実施の形態におけるムラ検査装置では、光出射部３に代えて、図１３に示す光出射部３ａが設けられてもよい。図１３は、光出射部３ａの平面図であり、光出射部３ａは、互いに異なる波長帯の光を出射する複数の第１光源要素３１ａおよび複数の第２光源要素３１ｂ、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂからの光を拡散する拡散板３４、並びに、シリンドリカルレンズ３３を備える。光出射部３ａでは、第１光源要素３１ａおよび第２光源要素３１ｂが、図１３中のＹ方向に１列に交互に配列されている。

第１光源要素３１ａまたは第２光源要素３１ｂから出射された光は、拡散板３４およびシリンドリカルレンズ３３を透過することによりＹ方向に均一な強度分布を有する線状光とされて基板９に導かれる。光出射部３ａでは、受光部４の同期制御部４３からの同期信号（すなわち、ラインセンサ４１による撮像タイミング）に同期して複数の第１光源要素３１ａが同時に点灯されるとともに複数の第２光源要素３１ｂが同時に消灯され、また、複数の第２光源要素３１ｂが同時に点灯されるとともに複数の第１光源要素３１ａが同時に消灯されることにより、基板９に向けて出射されて受光部４にて受光される光の波長帯が切り替えられる。

第２の実施の形態に係るムラ検査装置１ａでは、波長帯切替機構５に互いに異なる波長帯の光を出射する３つ以上の光学フィルタが設けられることにより、受光部４にて受光される光の波長帯が３つ以上の波長帯の間で切り替えられてもよい。また、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、光出射部から基板９に至る光路上に配置されてもよい。

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の第１強調画像および第２強調画像における各画素の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第１強調画像および第２強調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。

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正面図である。 光出射部を示す側面図である。 膜厚ムラの検査の流れを示す図である。 膜厚ムラの検査の流れを示す図である。 ラインセンサ、第１光源要素および第２光源要素の動作を示すタイミングチャートである。 混合画像を示す図である。 膜厚と反射率との関係を示す図である。 膜厚と反射率の変動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正面図である。 波長帯切替機構を示す図である。 膜厚ムラの検査の流れを示す図である。 第３の実施の形態に係るムラ検査装置の構成を示す正面図である。 光出射部を示す平面図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ ムラ検査装置
２，２ａ ステージ
３，３ａ 光出射部
４ 受光部
５ 波長帯切替機構
８ 制御部
９ 基板
２１ 移動機構
３１ａ 第１光源要素
３１ｂ 第２光源要素
４３ 同期制御部
５１ａ 第１光学フィルタ
５１ｂ 第２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〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２５，Ｓ３１〜Ｓ３６，Ｓ１５１，Ｓ１６１，Ｓ３５１，Ｓ３６１ ステップ

Claims (7)

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、
   主面上に光透過性の膜が形成されている基板を保持する保持部と、
   前記膜に向けて前記主面に沿う所定の方向に伸びる線状光を出射する光出射部と、
   前記主面に沿うとともに前記所定の方向に垂直な移動方向に前記保持部を前記光出射部に対して相対的に移動する移動機構と、
   前記移動機構により前記保持部に対して前記光出射部と共に相対的に移動し、前記膜にて反射された、または、前記膜を透過した後の光を受光して前記主面上の前記所定の方向に伸びる線状の照射領域からの光の強度分布を出力する受光部と、
   前記受光部にて受光される光の波長帯を前記受光部に同期して互いに異なる複数の波長帯の間で繰り返し切り替える波長帯切替手段と、
   を備えるこ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、互いに異なる波長帯の光を出射する複数の光源要素を備え、
   前記波長帯切替手段が、前記受光部に同期して前記基板に向けて光を出射する光源要素を切り替えることを特徴とするムラ検査装置。
3. 請求項２に記載のムラ検査装置であって、
   前記複数の光源要素が、半導体発光素子であることを特徴とするムラ検査装置。
4. 請求項１に記載のムラ検査装置であって、
   前記光出射部が複数の波長帯の光を含む光を出射し、
   前記波長切替手段が、
   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、前記受光部に同期して他の光学フィルタに切り替えることにより前記受光部が受光する光の波長帯を変更す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、
   前記受光部が、前記膜にて反射された後の光を受光することを特徴とするムラ検査装置。
6. 請求項５に記載のムラ検査装置であって、
   前記光出射部からの光が、前記基板の前記主面に対して傾斜して入射す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、
   主面上に光透過性の膜が形成されている基板の前記主面に沿う移動方向に前記基板に対して相対的に移動する光出射部から、前記主面に沿うとともに前記移動方向に垂直な所定の方向に伸びる線状光を前記膜に向けて出射する光出射工程と、
   前記基板に対して前記光出射部と共に相対的に移動する受光部により、前記膜にて反射された、または、前記膜を透過した後の光を受光して前記主面上の前記所定の方向に伸びる線状の照射領域からの光の強度分布を繰り返し取得する強度分布取得工程と、
   前記強度分布取得工程における前記強度分布の取得に同期して前記受光部にて受光される光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工程と、
   を備えることを特徴とするムラ検査方法。

Images