JP4799268B2 - ムラ検査装置およびムラ検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板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、薄膜からの反射光における光干渉を利用して膜厚のムラが検査される。例えば、特許文献１では、光源から照射される光の基板上の膜からの反射光を受光することにより撮像部にて干渉画像を取得し、干渉画像に対して画像処理を施すことにより基板上の膜厚ムラを検査する装置において、撮像部にて受光される光の波長を選択的に変更することにより、基板上の膜の厚さが均一な部分と膜厚ムラの存在する部分との間の輝度差を所望の大きさにする技術が開示されている。

なお、特許文献２では、カラーブラウン管用のシャドウマスクの光透過率のムラ検査において、シャドウマスクの一方の主面側から光を照射して他方の主面側から撮像した画像の階調データに対して、メディアンフィルタにより平滑化処理を行って平滑化データを求め、階調データを平滑化データにより除算して算出した規格化データに基づいて検出すべきムラが強調されたシャドウマスクの画像を表示することにより、目視検査の簡略化、および、検査精度の向上を図る技術が開示されている。
特開２００３−１９４７３９号公報 特許第３３３５５０３号公報

ところで、基板上の膜にて反射された一の波長の干渉光を受光することにより膜の画像を取得し、この画像に基づいて膜厚ムラを検査する際において、干渉光の強度は膜厚に対して周期的に変化するため、膜厚の変動に対する干渉光の強度変動の割合である感度も膜厚に依存して変化してしまう。したがって、基板上の膜の厚さや膜厚ムラの程度等によっては感度の変化の影響により、膜厚ムラが画像中に濃淡として反映される度合いがばらついてしまい、膜厚ムラを精度よく検査することができない場合がある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板上に形成された膜の膜厚ムラを精度よく検査することを目的としている。

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た基板を保持する保持部と、前記膜に所定の入射角にて光を照射する光照射部と、前記光照射部からの光のうち前記膜にて反射された特定波長の干渉光を受光して前記膜の元画像を取得する撮像部と、膜厚の変動に対する前記特定波長の干渉光の強度変動の割合である感度が前記膜厚に依存して変化する影響を補正しつつ、前記元画像または前記元画像から導かれる画像における所定の空間周波数帯域の振幅の度合いを膜厚ムラとして検出するムラ検出部とを備え、前記ムラ検出部が、前記元画像に、前記所定の空間周波数帯域のバンドパスフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、前記フィルタ処理部により処理された後の前記元画像のコントラストを強調するコントラスト強調部とを備え、前記感度の変化の影響に対する補正が、前記コントラスト強調部におけるコントラスト強調の程度を変更することにより行われる。

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、前記感度と前記特定波長の干渉光の強度との関係を示す感度情報を記憶する記憶部をさらに備え、前記ムラ検出部が、前記元画像の各画素の値および前記感度情報を参照して前記感度の変化の影響を補正しつつ膜厚ムラを検出する。

請求項３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、前記感度と前記膜厚との関係を示す感度情報を記憶する記憶部をさらに備え、前記ムラ検出部が、前記主面上の前記膜の厚さおよび前記感度情報を参照して前記感度の変化の影響を補正しつつ膜厚ムラを検出する。

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、前記主面上の前記膜の厚さを取得する膜厚測定部をさらに備える。

請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載のムラ検査装置であって、前記撮像部が、複数の撮像素子を有し、前記ムラ検出部が、前記元画像または前記元画像から導かれる画像の各画素に対して、対応する撮像素子に応じた個別の前記感度の変化の影響の補正を行う。

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、前記特定波長を互いに異なる複数の波長の間で切り替える切替手段をさらに備える。

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、基板の主面上に形成された光透過性の膜に光照射部から所定の入射角にて光を照射する光照射工程と、前記光照射部からの光のうち前記膜にて反射された特定波長の干渉光を撮像部にて受光して前記膜の元画像を取得する撮像工程と、膜厚の変動に対する前記特定波長の干渉光の強度変動の割合である感度が前記膜厚に依存して変化する影響を補正しつつ、前記元画像または前記元画像から導かれる画像における所定の空間周波数帯域の振幅の度合いを膜厚ムラとして検出するムラ検出工程とを備え、前記ムラ検出工程が、前記元画像に、前記所定の空間周波数帯域のバンドパスフィルタ処理を行う工程と、前記バンドパスフィルタ処理後の前記元画像のコントラストを強調する工程とを備え、前記感度の変化の影響に対する補正が、前記コントラストを強調する工程におけるコントラスト強調の程度を変更することにより行われる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のムラ検査方法であって、前記ムラ検出工程の前に、前記感度と前記特定波長の干渉光の強度との関係を示す感度情報を準備する準備工程をさらに備え、前記ムラ検出工程において、前記元画像の各画素の値および前記感度情報を参照して前記感度の変化の影響を補正しつつ膜厚ムラが検出される。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載のムラ検査方法であって、前記準備工程において、前記膜厚と前記特定波長の干渉光の強度との第１の関係、および、前記膜厚と前記感度との第２の関係が求められ、前記第１の関係および前記第２の関係から前記感度情報が取得される。

請求項１０に記載の発明は、請求項７に記載のムラ検査方法であって、前記ムラ検出工程の前に、前記感度と前記膜厚との関係を示す感度情報を準備する準備工程をさらに備え、前記ムラ検出工程において、前記主面上の前記膜の厚さおよび前記感度情報を参照して前記感度の変化の影響を補正しつつ膜厚ムラが検出される。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のムラ検査方法であって、前記ムラ検出工程の前に、前記主面上の前記膜の厚さを取得する膜厚測定工程をさらに備える。

請求項１２に記載の発明は、請求項８ないし１１のいずれかに記載のムラ検査方法であって、前記撮像部が、複数の撮像素子を有し、前記ムラ検出工程において、前記元画像または前記元画像から導かれる画像の各画素に対して、対応する撮像素子に応じた個別の前記感度の変化の影響の補正が行われる。

請求項１３に記載の発明は、請求項７ないし１２のいずれかに記載のムラ検査方法であって、前記特定波長を互いに異なる２、３または４種類の波長の間で切り替えつつ、前記光照射工程から前記ムラ検出工程までを順次繰り返す繰返工程をさらに備える。

本発明によれば、膜厚に依存して変化する感度の影響を補正することにより、膜厚ムラを精度よく検査することができる。

また、請求項２ないし５、並びに、請求項８ないし１２の発明では、感度の変化の影響を容易に補正することができ、請求項５および１２の発明では、撮像素子の出力特性の相違の影響も補正することができる。

また、請求項６および１３の発明では、膜の厚さの広い範囲において膜厚ムラを精度よく検査することができる。

図１はレジスト膜（以下、単に「膜」という。）が形成されたガラス基板（以下、「基板」という。）に一の波長の光を所定の入射角にて照射した場合における膜の（絶対）反射率の膜厚に対する変化を示す図である。図１では、波長（正確には、半値幅１０ｎｍ程度の極めて狭い波長帯の中央値）５５０、６００、６５０ナノメートル（ｎｍ）の入射光に対する膜の反射率をそれぞれ図１中に符号１１１，１１２，１１３を付す線にて示している。ここで、基板上の膜は基板に形成されたクロム層上に存在するものとしており、図１は入射光の入射角を６０度、膜の屈折率を１．６、および、クロム層の屈折率を（３．７７＋４．８ｉ）として演算にて求められる。なお、反射率を求める演算は周知の技術であるため、ここでは説明を省略する。

図１に示すように、いずれの波長においても膜の反射率は膜厚に対して周期的に変化することが判る。このような反射率の変化は、基板上の膜の反射光が、実際には入射光の基板上の膜の表面（上面）における反射光と基板上の膜の下面（すなわち、膜と基板本体との界面）における反射光との干渉光であることに起因する。ここで、基板上の膜の反射率は、入射光の強度に対する干渉光の強度の比率であり、図１中の縦軸は一定の強度の入射光に対する干渉光の強度と捉えることが可能であり、以下、反射率を入射光の強度が１である場合の干渉光の強度（以下、「相対反射強度」という。）として説明を行う。この場合、相対反射強度Ｒ_ｋは、膜厚をｄとして所定の関数ｆ_Ｒにて数１のように表すことができる。ただし、既述のように、基板上の膜の屈折率および膜の下側の層の屈折率、並びに、光の入射角は一定である。

図２は、図１において膜厚が１ｎｍだけ変動した場合の相対反射強度の変動を示す図である。図２では、膜厚の１ｎｍの変動に対する干渉光の相対反射強度の変動の割合を感度として縦軸に表しており、波長５５０、６００、６５０ｎｍの干渉光における感度をそれぞれ図１中に符号１２１，１２２，１２３を付す線にて示している。図１および図２より、いずれの波長においても相対反射強度（または、反射率）の極大点近傍および極小点近傍では感度が非常に小さくなり、これらの膜厚においては十分なＳ／Ｎ比（信号／雑音比）を得ることができないことが判る。感度が所定の値以下となる膜厚の範囲を不感帯とすると、相対反射強度の極大点近傍では膜厚範囲の広い不感帯が存在し、極小点近傍では膜厚範囲の狭い不感帯が存在する。なお、感度Ｓ_ｋは、膜厚をｄとし、数１における関数ｆ_Ｒを膜厚ｄにて微分した関数ｆ’_Ｒを用いて数２のように表すことができる。

ここで、１つの波長５５０ｎｍに着目して感度と相対反射強度との関係について述べる。図３は感度と相対反射強度との関係を説明するための図である。図３中の上段の左側は感度の膜厚に対する変化を示し、上段の右側は感度の相対反射強度に対する変化を示し、下段の右側は相対反射強度の膜厚に対する変化を膜厚を縦軸にして示している。

図３中の上段の右側において符号１３０を付す２つの線は、図３中の上段の左側において膜厚の範囲の幅が比較的狭い谷の部分を挟んで存在する２つの山形の各組合せの左側の山形および右側の山形（図３中の下段の右側では、膜厚の増加に伴って相対反射強度が減小する部分、および、相対反射強度が増大する部分）にそれぞれ対応し、２つの線１３０はほぼ重なっている。また、図３中の上段の左側において２つの山形の複数の組合せ間において比較すると、左側の山形に対応する感度と相対反射強度との関係、および、右側の山形に対応する感度と相対反射強度との関係のそれぞれではほとんど差が生じない。したがって、感度と相対反射強度との関係は膜厚に依存することなくおよそ一定となるといえ、他の波長においても同様のことがいえる。

実際には、互いに異なる波長間において比較した場合でも、感度と相対反射強度との関係はおよそ同じになる。したがって、例えば図３中の上段の右側において２つの線１３０の一方が、あるいは、これらの線１３０の平均を示す線等が、図４に示すように各波長における感度と相対反射強度との関係を示すものとされる。感度と相対反射強度との関係において、相対反射強度の最大値をＲ_ｋｍａｘ、最小値をＲ_ｋｍｉｎとすると、相対反射強度がＲ_ｋである場合の感度Ｓ_ｋは所定の関数ｆ_Ｓを用いて数３のように表すことができる。

以下、上記の感度と相対反射強度との関係を用いたムラ検査の詳細について説明する。

図５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の基板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の膜９２の画像を取得し、この画像に基づいて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の上面９１上にレジスト液を塗布することにより形成される。

ここで、基板９上の膜９２の膜厚ムラは人間の目がどのように感じるかに依存するものであり、定義は容易ではないが、例えば縦および横のそれぞれの長さが約２ｍとされ、かつ、１つの表示装置の組立部品となる基板９において、１周期に相当する距離が数ｍｍから数ｃｍの膜の厚さの変動（ムラ）が膜厚ムラの原因となり、その変動の振幅の度合いが膜厚ムラ（すなわち、ムラの程度）と捉えられる。また、複数のパネルのパターンが形成される基板９上において１つの表示装置のパネルに対応する領域内に、膜の厚さの変動の１周期に相当する距離が含まれない場合には、この厚さの変動は膜厚ムラを構成しない。したがって、基板９上の膜９２を撮像した画像においては、所定の空間周波数帯域の振幅の度合い（すなわち、局所的な明暗変動の度合い）が膜厚ムラと捉えられる。

図５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５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上の膜９２に所定の入射角にて光を照射する光照射部３、光照射部３から照射されて基板９の上面９１上の膜９２にて反射された光を受光する受光ユニット４、基板９と受光ユニット４との間に配置されて受光ユニット４が受光する光の波長を切り替える波長切替機構５、ステージ２を光照射部３、受光ユニット４および波長切替機構５に対して相対的に移動する移動機構２１、受光ユニット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の膜厚ムラを検出するムラ検出部７、ムラ検出部７における膜厚ムラの検出の際に利用される所定の情報を記憶する記憶部６、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５中のＸ方向に移動する。

光照射部３は、白色光（すなわち、可視領域の全ての波長の光を含む光）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５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。光照射部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５では、光照射部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から受光ユニット４に至る光路についても同様）。光照射部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）側の上面にて反射される。膜９２は光照射部３からの光に対して光透過性を有しており、光照射部３からの光のうち膜９２の上面にて反射しなかった光は、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が、波長切替機構５を経由して受光ユニット４に入射する。

波長切替機構５は、互いに異なる複数の波長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から受光ユニット４に至る光路に平行になるように配置される。

図６は、波長切替機構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６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５に示す波長切替機構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６参照）のうち、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から受光ユニット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つの透過波長の干渉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（以下、「特定波長」という。）の干渉光のみが、選択光学フィルタ５１ａを透過して受光ユニット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のうち光照射部３から受光ユニット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、受光ユニット４が受光する干渉光の波長（すなわち、特定波長）が変更される。このように、波長切替機構５は、選択光学フィルタ５１ａを複数の光学フィルタ５１の間で切り替えることにより、膜厚ムラの検査に関連する特定波長を、複数の光学フィルタ５１の透過波長の間で切り替える切替機構となっている。

受光ユニット４は撮像部４１、および、撮像部４１と波長切替機構５の選択光学フィルタ５１ａとの間に設けられて基板９からの反射光を撮像部４１へと導くレンズ４２を備える。

図７は、撮像部４１の受光面を示す図である。図７に示すように、撮像部４１には複数の撮像素子（例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device））４１１をＹ方向に直線状に配列して有するラインセンサ４１０が設けられる。図５の撮像部４１では、光照射部３により照射されて基板９上における膜９２にて反射された線状光のうち、選択光学フィルタ５１ａを透過した特定波長の干渉光が撮像素子４１１にて受光され、干渉光の強度分布（すなわち、各撮像素子４１１からの出力値のＹ方向における分布）が取得される。実際には、基板９のＸ方向への移動に伴って撮像部４１のラインセンサ４１０にて干渉光の強度分布が繰り返し取得されることにより基板９上の膜９２の２次元画像が取得される。

ムラ検出部７は、撮像部４１からの出力を基板９上の膜９２の多階調画像として受け付ける出力受付部７１を備える。また、ムラ検出部７は、出力受付部７１にて受け付けられた画像に対して所定の空間周波数帯域のバンドパスフィルタ処理を行うフィルタ処理部７２、フィルタ処理部７２により処理された後の画像のコントラストを強調するコントラスト強調部７３、および、コントラスト強調後の画像から膜厚ムラ（欠陥とされる膜厚ムラ）の有無の判定に利用される所定の評価値を求める評価値算出部７４をさらに備える。

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８は、ムラ検査装置１が基板９上の膜９２の膜厚ムラを検査する処理の流れを示す図である。基板９上の膜９２の膜厚ムラが検査される際には、事前準備としてムラ検出部７における処理に利用される感度情報６１が予め取得され、記憶部６に記憶されて準備される（ステップＳ１０）。

感度情報６１は、膜厚の変動に対する特定波長の干渉光の相対反射強度の変動の割合である感度と、特定波長の干渉光の相対反射強度との関係を示すものであり（図４参照）、図３を参照して説明したように、膜厚と相対反射強度との関係、および、膜厚と感度との関係が求められた後に、これらの関係から感度情報６１が取得される。後述するように、特定波長は選択光学フィルタ５１ａ以外の他の光学フィルタ５１の透過波長にも切り替えられるため、複数の光学フィルタ５１の透過波長のそれぞれに対して感度情報６１が必要となるが、既述のように感度と干渉光の相対反射強度との関係は、ムラ検査装置１にて利用される他の全ての波長においてもほぼ同じとなるため、ここでは、１つの感度情報６１のみが準備される。なお、感度情報６１は、基板９上の膜９２が光透過性の膜とされる限り、膜の材料等にはあまり依存せず、光照射部３からの光の膜９２への入射角に大きく依存するため、実際には、ステップＳ１０の処理はムラ検査装置１の組み立て時に行われて装置固有の情報として記憶部６に記憶され、ムラ検査装置１の通常の使用に際しては、以下の処理から開始される。

ムラ検査装置１では、図５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、光照射部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。

光照射部３からの光は基板９の上面９１にて反射し、波長切替機構５の選択光学フィルタ５１ａを透過することにより特定波長の光（干渉光）のみが取り出された後、撮像部４１へと導かれる。撮像部４１では、特定波長の干渉光がラインセンサ４１０にて受光され、基板９上の線状照射領域における干渉光の強度分布が取得される（ステップＳ１３）。ラインセンサ４１０の各撮像素子４１１からの出力は、ムラ検出部７へと送られて出力受付部７１にて受け付けられる。

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５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Ｓ１４）、検査終了位置まで移動していない場合には、ステップＳ１３に戻って特定波長の干渉光を受光して、線状照射領域における特定波長の光の強度分布を取得することが繰り返される。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Ｓ１４）、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Ｓ１５）。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の動作がステージ２の移動に同期して繰り返されることにより、基板９の全体における膜９２の画像データが取得される（すなわち、撮像が行われる。）。

基板９の上面９１全体の膜９２が撮像されると（または、この動作に並行して）、ムラ検出部７の出力受付部７１では、蓄積されたラインセンサ４１０の各撮像素子４１１からの出力が所定の変換式に基づいて例えば８ｂｉｔ（もちろん、８ｂｉｔ以外であってもよい。）の値（画素値）に変換されつつ時系列順に配列される。これにより、ムラ検出部７における処理用の２次元画像（実質的には撮像部４１にて取得された画像であるとともに、後述する処理が施される前の画像であり、以下、「元画像」という。）が生成され、フィルタ処理部７２に出力される。既述のように、膜９２の厚さが異なると膜９２の反射率も異なるため、ラインセンサ４１０にて受光する反射光の強度も異なる。したがって、膜９２の厚さの分布にムラが存在している場合には、理想的には元画像にも画素の値のムラが生じることとなる。

また、出力受付部７１では、各撮像素子４１１に対して、後述する処理にて利用される相対反射強度の最大値および最小値が取得される。ここで、一般的に、基板９上の膜９２の外縁部では、膜９２の厚さが外側に向かって漸次減少する傾斜部となっており、撮像の際におけるこの部分の強度分布の取得時に、通常、干渉光の最大強度および最小強度にそれぞれ対応する撮像素子４１１の出力の最大値および最小値が取得される。したがって、例えばある１つの撮像素子４１１からの出力に基づいて画素値が取得される元画像中の画素であって、Ｘ方向に対応する方向に１列に並ぶ複数の画素のうち画素値が最大値および最小値となるものが求められ、これらの値がそれぞれ２５５にて除算されることにより、この撮像素子４１１に対する相対反射強度の最大値および最小値が実質的に取得される。なお、各撮像素子４１１における相対反射強度の最大値および最小値は、当該撮像素子４１１の光照射部３に対する配置に依存するものであるため、感度情報と同様にムラ検査装置１の組み立て時に取得され、当該値が記憶部６にて記憶されて検査時に用いられてもよい。

続いて、フィルタ処理部７２により元画像が圧縮されて第１画像が生成される。ここで、元画像において座標（Ｘ，Ｙ）に位置する画素の画素値をＦ_ＸＹと表すと、元画像をｓ_ａ画素×ｓ_ａ画素の範囲を単位として圧縮して生成された第１画像において、座標（ｘ，ｙ）に位置する注目画素の画素値Ａ_ｘｙは、数４により求められる。

本実施の形態ではｓ_ａが４（画素）であるため、数４の演算により第１画像のＳ／Ｎ比は元画像の４倍に向上する。第１画像（圧縮後の元画像）が生成されると、第１画像に対するローパスフィルタ処理が行われ、第１画像から高周波ノイズの影響が抑制されて平滑化された第２画像が生成される。ローパスフィルタ処理の演算範囲を決定するウィンドウは、１辺の長さが（２ｓ_１＋１）画素の正方形であり、第２画像において座標（ｘ，ｙ）に位置する注目画素の画素値Ｌ_ｘｙは、注目画素近傍の各画素の第１画像における画素値Ａ（数４参照）を用いて、数５により求められる。

その後、第２画像に対してハイパスフィルタ処理が行われ、第２画像から後述のコントラスト強調処理の妨げとなる低周波の濃度変動が除去された第３画像が生成される。ここで、座標（ｘ，ｙ）に位置する注目画素の画素値Ｈ_ｘｙは、注目画素近傍の各画素の第２画像における画素値Ｌ（数５参照）を用いて、数６にて求められる。

数６は、ハイパスフィルタ処理の演算範囲を決定するウィンドウとして、注目画素を中心とする各辺の長さが（２ｓ_２＋１）画素の正方形のウィンドウが用いられる場合を示している。以上のように、フィルタ処理部７２では元画像を圧縮した第１画像に対して、ローパスフィルタ処理を施した後に、ハイパスフィルタ処理を施すことにより、所定の空間周波数帯域のバンドパスフィルタ処理が行われる（ステップＳ１６）。

フィルタ処理部７２における処理が完了すると、コントラスト強調部７３により第３画像に対してコントラスト強調処理が行われて強調画像が生成される（ステップＳ１７）。強調画像において座標（ｘ，ｙ）に位置する注目画素の画素値Ｅ_ｘｙは、第３画像における注目画素の画素値Ｈ_ｘｙ、コントラスト係数（ここでは、可視化対象（ターゲット）のコントラスト幅に関する係数）ｒ_ｃ、バンドパスフィルタ処理前の第１画像の注目画素の画素値Ａ_ｘｙを２５５にて除算することにより正規化した後の値Ｃ_ｘｙ、出力受付部７１にて取得される（または、記憶部６にて予め記憶される）とともに注目画素の画素値を導く撮像素子４１１の相対反射強度の最大値Ｒ_ｋｍａｘおよび最小値Ｒ_ｋｍｉｎ、図４の感度情報６１に基づいて取得される関数ｆ_Ｓ（数３参照）、並びに、背景値ｂを用いて、数７にて求められる。

本実施の形態では、コントラスト係数ｒ_ｃは０．０５とされ、背景値ｂは１２７とされる。また、第３画像は圧縮された画像であるため、実際には複数の撮像素子４１１が注目画像に対応することとなるが、数７の演算時にはいずれか１つの撮像素子４１１の相対反射強度の最大値Ｒ_ｋｍａｘおよび最小値Ｒ_ｋｍｉｎが用いられる。なお、画素値Ｅ_ｘｙの量子化に際して、値が０よりも小さくなる場合には画素値Ｅ_ｘｙは０とされ、値が２５５よりも大きくなる場合には画素値Ｅ_ｘｙは２５５とされる。

数７では、元画像から導かれる第３画像の各画素に対するコントラスト係数ｒ_ｃと、実質的には元画像である第１画像の対応する画素の画素値Ａ_ｘｙから導かれる感度とが乗算されることにより、第３画像の各画素に対して、元画像取得時の感度が高いほど程度が小さいコントラスト強調が施される。すなわち、コントラスト強調部７３では、感度に応じて第３画像の各画素に対するコントラスト強調の程度が変更されることにより、元画像における感度が膜厚に依存して変化する影響が強調画像において容易に補正される（低減される）こととなる。また、数７では、第３画像の各画素の画素値が、対応する撮像素子４１１に応じた相対反射強度の最大値および最小値を用いて補正されるため、複数の撮像素子４１１間における出力特性の相違の影響も同時に補正することが可能となる。

コントラスト強調処理が完了すると、図５に示す評価値算出部７４により強調画像に対して所定の演算処理が行われ、基板９の全面に亘ってムラが点在する全体ムラ、基板９上の一部に部分的にムラが存在する部分ムラ、および、行方向または列方向に線状のムラが生じるスジムラの各種ムラについてムラの程度（いわゆる、ムラ強度）が定量化され、強調画像から導かれるムラの程度（振幅の度合い）を示す値である評価値が算出される（ステップＳ１８）。

ところで、特定波長の光に対する膜９２の反射率は、図１に示すように、膜厚に対して周期性をもって変動し、図１および図２を参照して説明したように、反射率の極大点近傍および極小点近傍では感度が非常に小さくなる。したがって、膜９２の厚さが感度が微小となる膜厚の近傍である（すなわち、不感帯に含まれる）場合には、取得された元画像において画素の値がほとんど変動せず、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。

仮に、基板９上の膜９２の厚さが不感帯において変動しているとすると、このような膜厚ムラをこの特定波長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、この選択光学フィルタ５１ａの透過波長を特定波長とした上記ステップＳ１１〜Ｓ１８の処理を行った後（ステップＳ１９）、制御部８により波長切替機構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から受光ユニット４に至る光路上に配置されて波長切替機構５における特定波長が変更される（ステップＳ２０）。特定波長が変更されることにより、図２に示すように、膜厚の不感帯も移動する。

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、光照射部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特定波長の光が撮像部４１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ムラ検出部７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〜Ｓ１５）。

そして、変更後の特定波長の干渉光において取得された元画像を圧縮した第１画像に対して、所定の空間周波数帯域のバンドパスフィルタ処理が行われる（ステップＳ１６）。続いて、コントラスト強調部７３にてコントラスト強調処理が行われて強調画像が生成され（ステップＳ１７）、強調画像における膜厚ムラの評価値が算出される（ステップＳ１８）。変更後の特定波長におけるステップＳ１１〜Ｓ１８の処理が終了すると（ステップＳ１９）、１回目および２回目の処理とは異なるさらに他の光学フィルタ５１が基板９から受光ユニット４に至る光路上に配置されて特定波長が変更され（ステップＳ２０）、ステップＳ１１〜Ｓ１８の処理が繰り返される。

ムラ検査装置１では、５個の光学フィルタ５１のそれぞれの透過波長を特定波長としてステップＳ１１〜Ｓ１８の処理が繰り返されると（ステップＳ１９）、５個の光学フィルタ５１を用いてそれぞれ取得された５個の元画像のうち、基板９上の膜９２の所定の領域（表示装置における表示面に相当する領域）に対応する部分に含まれる画素の画素値の標準偏差が大きい２個の元画像が、コントラストが比較的高いものとして選択される。なお、コントラストが比較的高い元画像の選択は他の手法により行われてもよい。

続いて、これらの２つの元画像に対して取得された膜厚ムラの評価値のうち、大きい方の値が所定のしきい値と比較される。そして、当該値がしきい値よりも大きい場合には基板９上の膜９２に許容範囲を超える膜厚ムラ（以下、「膜厚ムラ欠陥」という。）が存在するとされて膜厚ムラ欠陥が検出され、当該値がしきい値以下の場合には基板９上の膜９２に許容範囲を超える膜厚ムラ（膜厚ムラ欠陥）が存在しないとされ（ステップＳ２１）、ムラ検査装置１による膜厚ムラの検査処理が終了する。

なお、基板９と同じロットの他の基板（すなわち、膜の厚さが基板９と同等であると考えられる基板）に対して膜厚ムラの検査処理が継続される場合には、コントラストが比較的高いものとして選択された２つの画像に対応する２つの光学フィルタ５１の透過波長のそれぞれのみを特定波長としてステップＳ１１〜Ｓ１８の処理が行われる（後述する第２の実施の形態において同様。）。この場合、基板９のＸ方向への往復移動の往路にて一方の光学フィルタ５１の透過波長を特定波長として画像を取得しつつ評価値の算出が行われ（ステップＳ１９）、基板９の復路にて他方の光学フィルタ５１の透過波長を特定波長とした同様の処理が行われることとなる（ステップＳ２０，Ｓ１１〜Ｓ１９）。そして、２つの波長において取得された評価値のうち大きい方の値がしきい値と比較され、膜厚ムラ欠陥の検出が行われる（ステップＳ２１）。

図９は、各光学フィルタ５１に対応する波長の干渉光における感度と膜厚との関係を示す図である。図９では、各膜厚において所定の基準により選択されることが好ましいとされる２つの波長を、各波長における感度と膜厚との関係を示す線上に横長の菱形を重ねることにより示している。２つの波長の選択の基準としては、例えば、可能な範囲で不感帯に属することがなく、かつ、２つの波長における感度の傾きが互いに反対となるもの等とされる。上述のように、ムラ検査装置１では元画像において膜９２の所定の領域に対応する部分の画素値の標準偏差が大きくなる２つの波長が選択されて、これらの波長における膜厚ムラの評価値が膜厚ムラ欠陥の有無の判定対象とされるが、基板９の膜９２のおよその厚さが既知である場合には、図９に示すように、各膜厚において選択されることが好ましいとされる２つの波長を予め決定しておき、膜９２のおよその厚さに基づいて使用する２つの波長が特定されてこれらの波長のそれぞれのみを特定波長として上記処理が行われてもよい。

次に、テスト画像に対して上記ムラ検出部７と同様の処理を行った場合について述べる。まず、所定の行方向に伸びるスジ状のムラを有する基板上の膜を示すＭ行Ｍ列のムラ画像が準備される。ムラ画像では同じ行に属する画素の明るさは同一とされ、ムラ成分およびノイズ成分を含まない基板上の理想的な膜の一定の厚さ（背景膜厚とも呼ばれる。）をＢ、ムラの深さをａ_ｕ、ムラの波長をλ_ｕ、ムラ画像の第１行から第Ｍ行までの行番号をｙ、ムラ画像の中央の行番号をｙ_ｃとして、６５０ｎｍの波長の干渉光における数１の関数ｆ_Ｒを用いてムラを含むムラ画像を示す相対反射強度Ｇ_ｓが数８にて求められる。実際には、ムラ画像は１周期分のムラのみを含むものとされる。

そして、数８にて示されるムラ画像の各画素に、ノイズ成分の大きさの標準偏差をσ_ｎとして０．０〜１．０の乱数ｒｎｄを用いて数９にて表されるノイズ成分ｎ_ｓが加算され、６５０ｎｍの波長の干渉光におけるテスト画像として準備される。

このように、テスト画像は、背景膜厚、ムラおよびノイズに単純化されており、様々な背景膜厚およびムラ深さを組み合わせた多数のテスト画像が準備される。実際には、テスト画像の大きさは１２００×１２００画素とされ、数８におけるムラの波長λ_ｕは６４とされ、数９におけるノイズ成分の大きさの標準偏差σ_ｎは１．０とされる。

各テスト画像は８ｂｉｔの元画像に変換され、その後、数４を用いてｓ_ａ画素×ｓ_ａ画素の範囲を単位として圧縮処理が施され、第１画像が取得される。このとき、数４におけるｓ_ａは４とされる。続いて、第１画像に対して数５を用いてローパスフィルタ処理が施されて第２画像が取得された後、第２画像に対して数６を用いたハイパスフィルタ処理を施すことにより、第３画像が取得される。そして、第３画像に対して数７を用いたコントラスト強調が施されることにより、強調画像が取得される。なお、数７において相対反射強度の最大値Ｒ_ｋｍａｘおよび最小値Ｒ_ｋｍｉｎは任意の撮像素子４１１におけるものが利用され、コントラスト係数ｒ_ｃは０．０５とされる。

ここで、数１０に示すように、各強調画像において全ての行のそれぞれに対して、画素値と背景値ｂとの差の絶対値の当該行に属する複数の画素における平均値を背景値ｂにて割った値が求められ、最大のものがスジ状の膜厚ムラに対する評価値である相対検出強度ｍ_ｏとして算出される。ここで、背景値ｂは数７と同様に１２７とされ、ｈｅｉおよびｗｉｄのそれぞれはＭ／４となる。

上記処理は、ムラ深さを１、２、５、１０、２０、５０、１００ｎｍに変更し、各ムラ深さに対して背景膜厚を様々な値とした複数のテスト画像のそれぞれに対して行われて相対検出強度が取得される。

図１０は、複数のテスト画像から取得される相対検出強度の背景膜厚に対する変化を示す図である。また、図１１は、図１０に対する比較例として、上記コントラスト強調処理において、数７中のｆ_Ｓ（β_ｘｙ）を１にて一定とした場合（すなわち、コントラスト強調の度合いを一定とした場合）にテスト画像から取得される相対検出強度の背景膜厚に対する変化を示す図である。なお、図１０および図１１（並びに、後述する図１２）では、値が１以上となる相対検出強度を１として図示している。

コントラスト強調の度合いを一定とした場合には、図１１に示すように、例えば背景膜厚１６７０ｎｍでは１ｎｍの深さのムラの相対検出強度が０．２として検出されるのに対して、背景膜厚１６００ｎｍの近傍では５０ｎｍの深さのムラであるにもかかわらず相対検出強度が０．２以下として検出されてしまう。これは、感度が膜厚に依存して変化することに起因しており、この場合、膜厚ムラを精度よく取得することが困難となる。これに対し、コントラスト強調の度合いを感度に応じて変更した場合には、図１０に示すように、ムラ深さが５０ｎｍより小さいムラに対しては、不感帯を除き、相対検出強度の膜厚に対する変化がおよそ平坦化される（ほぼ一定となる）。

ムラ検査装置１では、既述のように５種類の波長の干渉光が利用されるため、各背景膜厚において好ましい波長の干渉光における元画像が選択されつつ、この元画像に対してコントラスト強調の度合いを感度に応じて変更する処理が行われることにより、図１２に示すように、各ムラ深さにおいて、相対検出強度の膜厚に対する変化がさらに平坦化されることとなる。図１２では、１０ｎｍ以下のムラ深さでは相対検出強度がほぼ一定となるとともに相対検出強度がムラ深さにおよそ比例し、２０および５０ｎｍのそれぞれのムラ深さでは、相対検出強度の最大値が最小値の２倍程度となって相対検出強度の変動の幅が小さくなっている。また、１００ｎｍのムラ深さではほとんどの背景膜厚において相対検出強度が飽和しており、安定して膜厚ムラが検出可能であるといえる。

図１０ないし図１２中の各ムラ深さにおける相対検出強度の背景膜厚に対する変化において、各ムラ深さにおける相対検出強度の平均値に対して相対検出強度が±２０％の範囲内となる背景膜厚の範囲の全体（テスト画像が準備された背景膜厚の全範囲）に対する比率（以下、「安定検出範囲の比率」という。）を表１に示す。なお、既述のように図１１は単一の波長において取得され、感度の変化の影響の補正が行われていない画像における相対検出強度を示し、図１０は単一の波長において取得され、感度の変化の影響の補正後の画像における相対検出強度を示し、図１２は複数の波長から膜厚に応じて選択された波長において取得されたものであって、感度の変化の影響の補正後の画像における相対検出強度を示し、表１では、図１１における安定検出範囲の比率を表す項目名を「補正なしの場合」として示し、図１０における安定検出範囲の比率を表す項目名を「補正ありの場合」として示し、図１２における安定検出範囲の比率を表す項目名を「波長選択および補正ありの場合」として示している。

表１に示すように、膜厚に依存して変化する感度の影響を補正することにより、相対検出強度が大きくばらついてしまう膜厚範囲が大幅に減少する（すなわち、安定検出範囲の比率が増大する）ことが判る。また、感度の変化の影響を補正しつつ複数の波長から膜厚に応じて波長を選択する場合には、ムラ深さ１、２、５、１０、２０、５０、１００ｎｍの全ての場合において、安定検出範囲の比率が約９０％となり、より広い膜厚範囲において高精度な膜厚ムラの検出が可能となることが判る。

以上に説明したように、ムラ検査装置１では撮像部４１における元画像の取得時に感度が膜厚に依存して変化する影響を感度情報６１および元画像の各画素の画素値を参照することにより容易に補正しつつ、元画像から導かれる画像における所定の空間周波数帯域の振幅の度合いが膜厚ムラとして検出される。これにより、基板９上に形成された膜９２の膜厚ムラを精度よく検査することが可能となる。また、ムラ検出部７では、元画像から導かれる第３画像の各画素に対して、対応する撮像素子４１１に応じた個別の感度の変化の影響の補正が行われることにより、複数の撮像素子４１１間における出力特性の相違の影響も同時に補正することが実現される。

また、ムラ検査装置１では、２、３または４個の光学フィルタ５１のみが用いられ、図８のステップＳ１９，Ｓ２０において、特定波長が互いに異なる２、３または４種類の波長の間で切り替えられつつ、ステップＳ１１〜Ｓ１８が繰り返されてもよい（後述する第２の実施の形態において同様。）。これにより、ムラ検査装置１では、５個の光学フィルタ５１を用いて基板９のＸ方向への移動を５回繰り返す上記処理例よりも高速にムラ検査処理を行いつつ、膜の厚さの広い範囲において膜厚ムラを精度よく検査することが実現される。

図１３は、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。図１３のムラ検査装置１ａは図５のムラ検査装置１に、例えば白色干渉式の膜厚測定部１１を追加したものである。膜厚測定部１１は、測定部移動機構１２により基板９の主面に沿う図１３中のＹ方向に移動可能とされる。他の構成は図５のムラ検査装置１と同様であり、同符号を付している。

図１４は、ムラ検査装置１ａが基板９上の膜９２の膜厚ムラを検査する処理の流れの一部を示す図であり、図８中のステップＳ１０とステップＳ１１との間に行われる処理を示している。ムラ検査装置１ａが、基板９上の膜９２の膜厚ムラを検査する際には、事前準備として感度と膜厚との関係を示す感度情報６１ａが準備されて記憶部６に記憶される（図８：ステップＳ１０）。ここで、本実施の形態における感度情報６１ａは、図２に示すように、複数の光学フィルタ５１のそれぞれにおける透過波長の干渉光の感度と膜厚との関係を示すものである（ただし、図２では３種類の透過波長のみの感度と膜厚との関係を示している。）。

続いて、移動機構２１および測定部移動機構１２を制御しつつ、膜厚測定部１１の測定位置が基板９上の膜９２の所定の位置に合わせられ、当該位置における膜９２の厚さが取得される（ステップＳ３１）。実際には、基板９上の膜９２においておよそ一様に配置された複数の位置（例えば、２５点）での膜９２の厚さが測定され、膜９２の厚さの分布が取得される。

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、ステージ２の移動が開始される（図８：ステップＳ１１）。ムラ検査装置１ａでは、ステージ２の移動に同期して、特定波長の光が撮像部４１により受光されつつ基板９上の線状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が検査終了位置に到達すると、ステージ２の移動が停止される（ステップＳ１２〜Ｓ１５）。

そして、ムラ検出部７において元画像が圧縮された後、圧縮後の元画像である第１画像に対して、所定の空間周波数帯域のバンドパスフィルタ処理が行われて第３画像が取得され（ステップＳ１６）、その後、コントラスト強調処理が行われて強調画像が生成される（ステップＳ１７）。このとき、膜厚測定部１１にて取得される膜９２の厚さの分布から注目画素に対応する位置での膜９２の厚さが導かれ、この厚さから感度と膜厚との関係を示す感度情報６１ａを参照することにより得られる感度が、強調画像中の注目画素に対する数７の演算においてｆ_Ｓ（β_ｘｙ）に替えて利用される。そして、強調画像における膜厚ムラの評価値が算出される（ステップＳ１８）。

ムラ検査装置１ａでは、５個の光学フィルタ５１のそれぞれの透過波長を特定波長としてステップＳ１１〜Ｓ１８の処理が繰り返されると（ステップＳ１９，Ｓ２０）、５個の光学フィルタ５１を用いてそれぞれ取得された５個の元画像において、コントラストが比較的高い２個の元画像が選択され、これらの２つの元画像に対して取得された膜厚ムラの評価値のうち、大きい方の値が所定のしきい値と比較される。そして、当該値がしきい値よりも大きい場合には基板９上の膜９２に許容範囲を超える膜厚ムラが存在するとされて膜厚ムラ欠陥が検出され、当該値がしきい値以下の場合には基板９上の膜９２に許容範囲を超える膜厚ムラが存在しないとされ（ステップＳ２１）、ムラ検査装置１ａによる膜厚ムラの検査処理が終了する。なお、図９に示すように、各膜厚において選択されることが好ましいとされる２つの波長が予め決定されている場合には、取得された膜９２の厚さに基づいて使用する２つの波長が特定されてこれらの波長のそれぞれのみを特定波長として上記処理が行われてよい。

以上に説明したように、図１３のムラ検査装置１ａでは、撮像部４１における元画像の取得時に感度が膜厚に依存して変化する影響を膜９２の厚さおよび感度情報６１ａを参照することにより容易に補正しつつ、元画像から導かれる画像における所定の空間周波数帯域の振幅の度合いが膜厚ムラとして検出される。これにより、基板９上に形成された膜９２の膜厚ムラを精度よく検査することが可能となる。なお、ムラ検査装置１ａにおいても、各撮像素子４１１毎に感度と膜厚との関係を示すテーブルを準備する等して、ムラ検出部７において、元画像から導かれる第３画像の各画素に対して、対応する撮像素子４１１に応じた個別の感度の変化の影響の補正が行われてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記実施の形態は、様々な変形が可能である。

上記第１および第２の実施の形態では、干渉光の強度を一般化して捉えるため、入射光の強度が１である場合の干渉光の強度である相対反射強度を用いて説明を行ったが、特定波長の相対反射強度と特定波長の干渉光の強度とは実質的には同義であることから、感度を膜厚の変動に対する特定波長の干渉光の強度変動の割合として捉えることができる。この場合、上記第１の実施の形態における感度情報６１は、感度と特定波長の干渉光の強度との関係を示すものとなる。

例えば、撮像部４１にて取得される元画像の各画素に対して画素値から（または、膜９２の対応する位置における厚さから）感度情報を参照して対応する感度が求められ、この感度に応じた係数を当該画素値に乗じることにより、感度の変化の影響が低減された画像が取得されてもよい。その際、元画像の各画素に対して対応する撮像素子４１１に応じた個別の感度の変化の影響の補正が行われる。そして、この画像にバンドパスフィルタのみを作用させることにより、所定の空間周波数帯域の振幅の度合いを示す画像が膜厚ムラの検出結果として出力される。この場合、ムラ検出部では、感度の変化の影響の補正がコントラスト強調処理から独立した処理として行われ、元画像における所定の空間周波数帯域の振幅の度合いを示す画像にて膜厚ムラが検出される。以上のように、感度が膜厚に依存して変化する影響を補正しつつ、元画像または元画像から導かれる画像における所定の空間周波数帯域の振幅の度合いが膜厚ムラとして検出されるのであれば、ムラ検出部では様々な処理が行われてもよく、膜厚ムラの検出結果も評価値以外に当該膜厚ムラを示す画像とされてよい。

上記第１の実施の形態において、感度と相対反射強度との関係を示す感度情報６１は、必ずしも演算にて求められる必要はなく、例えば、様々な膜厚の基板を準備し、相対反射強度と膜厚との関係を実際の測定により求めることにより、感度と相対反射強度との関係が導かれてもよい。さらに、図４に示す感度と相対反射強度との関係に近似した形状となる関数を感度情報として取得して、元画像における感度の変化の影響がこの関数に基づいて補正されてもよい。この場合においても、膜厚に依存して変化する感度の影響をある程度補正することが可能である。

上記第１および第２の実施の形態では、コントラスト強調部７３におけるコントラスト強調の程度を変更することにより、撮像部４１にて取得される元画像から導かれる画像に対して感度の変化の影響の補正が効率よく行われるが、既述のように、感度の変化の影響の補正がコントラスト強調処理から独立した処理として行われる場合には、画像のコントラストを強調する処理として、既述の特許文献２の手法を部分的に用いることも可能である。この手法では、元画像に対して、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が求められ、元画像の各画素の画素値を平滑化画像の対応する画素値により除算することにより検出すべきムラが強調された強調画像が取得される。

ムラ検査装置１，１ａでは、波長切替機構５が受光ユニット４の基板９側にて光学フィルタ５１を切り替えることにより特定波長が互いに異なる複数の波長の間で切り替えられるが、例えば、光照射部３にそれぞれが互いに異なる単一波長の光を出射する複数の光源が設けられ、制御部８の制御により能動化される光源が切り替えられることにより、撮像部４１にて受光される干渉光の波長である特定波長が互いに異なる複数の波長の間で切り替えられてもよい。

光出射部では、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。また、撮像部４１において、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４１０に代えて２次元ＣＣＤセンサが設けられてもよい。

基板９を保持する保持部は、基板９の下面に当接して基板９を支持するステージ２以外に、例えば基板９の外縁部を把持することにより基板９を保持するもの等であってもよい。

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。

膜の反射率の膜厚に対する変化を示す図である。 感度の膜厚に対する変化を示す図である。 感度と相対反射強度との関係を説明するための図である。 感度と相対反射強度との関係を示す図である。 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。 波長切替機構を示す図である。 撮像部の受光面を示す図である。 基板上の膜の膜厚ムラを検査する処理の流れを示す図である。 複数の波長の干渉光における感度と膜厚との関係を示す図である。 相対検出強度の背景膜厚に対する変化を示す図である。 相対検出強度の背景膜厚に対する変化を示す図である。 相対検出強度の背景膜厚に対する変化を示す図である。 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。 基板上の膜の膜厚ムラを検査する処理の流れの一部を示す図である。

符号の説明

１，１ａ ムラ検査装置
２ ステージ
３ 光照射部
５ 波長切替機構
６ 記憶部
７ ムラ検出部
９ 基板
１１ 膜厚測定部
４１ 撮像部
６１，６１ａ 感度情報
７２ フィルタ処理部
７３ コントラスト強調部
９１ 主面
９２ 膜
４１１ 撮像素子
Ｓ１０，Ｓ１２〜Ｓ１４，Ｓ１６〜Ｓ２１，Ｓ３１ ステップ

Claims (13)

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た基板を保持する保持部と、
   前記膜に所定の入射角にて光を照射する光照射部と、
   前記光照射部からの光のうち前記膜にて反射された特定波長の干渉光を受光して前記膜の元画像を取得する撮像部と、
   膜厚の変動に対する前記特定波長の干渉光の強度変動の割合である感度が前記膜厚に依存して変化する影響を補正しつつ、前記元画像または前記元画像から導かれる画像における所定の空間周波数帯域の振幅の度合いを膜厚ムラとして検出するムラ検出部と、
   を備え、
   前記ムラ検出部が、
   前記元画像に、前記所定の空間周波数帯域のバンドパスフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、
   前記フィルタ処理部により処理された後の前記元画像のコントラストを強調するコントラスト強調部と、
   を備え、
   前記感度の変化の影響に対する補正が、前記コントラスト強調部におけるコントラスト強調の程度を変更することにより行われ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、
   前記感度と前記特定波長の干渉光の強度との関係を示す感度情報を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記ムラ検出部が、前記元画像の各画素の値および前記感度情報を参照して前記感度の変化の影響を補正しつつ膜厚ムラを検出することを特徴とするムラ検査装置。
3. 請求項１に記載のムラ検査装置であって、
   前記感度と前記膜厚との関係を示す感度情報を記憶する記憶部をさらに備え、
   前記ムラ検出部が、前記主面上の前記膜の厚さおよび前記感度情報を参照して前記感度の変化の影響を補正しつつ膜厚ムラを検出す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、
   前記主面上の前記膜の厚さを取得する膜厚測定部をさらに備えることを特徴とするムラ検査装置。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載のムラ検査装置であって、
   前記撮像部が、複数の撮像素子を有し、
   前記ムラ検出部が、前記元画像または前記元画像から導かれる画像の各画素に対して、対応する撮像素子に応じた個別の前記感度の変化の影響の補正を行う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、
   前記特定波長を互いに異なる複数の波長の間で切り替える切替手段をさらに備え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、
   基板の主面上に形成された光透過性の膜に光照射部から所定の入射角にて光を照射する光照射工程と、
   前記光照射部からの光のうち前記膜にて反射された特定波長の干渉光を撮像部にて受光して前記膜の元画像を取得する撮像工程と、
   膜厚の変動に対する前記特定波長の干渉光の強度変動の割合である感度が前記膜厚に依存して変化する影響を補正しつつ、前記元画像または前記元画像から導かれる画像における所定の空間周波数帯域の振幅の度合いを膜厚ムラとして検出するムラ検出工程と、
   を備え、
   前記ムラ検出工程が、
   前記元画像に、前記所定の空間周波数帯域のバンドパスフィルタ処理を行う工程と、
   前記バンドパスフィルタ処理後の前記元画像のコントラストを強調する工程と、
   を備え、
   前記感度の変化の影響に対する補正が、前記コントラストを強調する工程におけるコントラスト強調の程度を変更することにより行われることを特徴とするムラ検査方法。
8. 請求項７に記載のムラ検査方法であって、
   前記ムラ検出工程の前に、前記感度と前記特定波長の干渉光の強度との関係を示す感度情報を準備する準備工程をさらに備え、
   前記ムラ検出工程において、前記元画像の各画素の値および前記感度情報を参照して前記感度の変化の影響を補正しつつ膜厚ムラが検出されることを特徴とするムラ検査方法。
9. 請求項８に記載のムラ検査方法であって、
   前記準備工程において、前記膜厚と前記特定波長の干渉光の強度との第１の関係、および、前記膜厚と前記感度との第２の関係が求められ、前記第１の関係および前記第２の関係から前記感度情報が取得されることを特徴とするムラ検査方法。
10. 請求項７に記載のムラ検査方法であって、
    前記ムラ検出工程の前に、前記感度と前記膜厚との関係を示す感度情報を準備する準備工程をさらに備え、
    前記ムラ検出工程において、前記主面上の前記膜の厚さおよび前記感度情報を参照して前記感度の変化の影響を補正しつつ膜厚ムラが検出されることを特徴とするムラ検査方法。
11. 請求項１０に記載のムラ検査方法であって、
    前記ムラ検出工程の前に、前記主面上の前記膜の厚さを取得する膜厚測定工程をさらに備えることを特徴とするムラ検査方法。
12. 請求項８ないし１１のいずれかに記載のムラ検査方法であって、
    前記撮像部が、複数の撮像素子を有し、
    前記ムラ検出工程において、前記元画像または前記元画像から導かれる画像の各画素に対して、対応する撮像素子に応じた個別の前記感度の変化の影響の補正が行われることを特徴とするムラ検査方法。
13. 請求項７ないし１２のいずれかに記載のムラ検査方法であって、
    前記特定波長を互いに異なる２、３または４種類の波長の間で切り替えつつ、前記光照射工程から前記ムラ検出工程までを順次繰り返す繰返工程をさらに備えることを特徴とするムラ検査方法。

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