WO2018123398A1 - 測定装置、塗布装置、および膜厚測定方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a measuring apparatus, a coating apparatus, and a film thickness measuring method, and more particularly to a technique for detecting the film thickness of a coated transparent material.
- Patent Documents 1 to 3 A technique for accurately processing and correcting a fine pattern using a coating needle having a tip diameter of several tens of ⁇ m and a laser beam having a spot diameter of several ⁇ m to several tens of ⁇ m is known (Patent Documents 1 to 3). .
- a processing technique using an application needle can apply a material having a relatively high viscosity. Therefore, for example, in order to form an electronic circuit pattern of a semiconductor device such as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), a sensor, etc., it is also used to form a film having a relatively thick thickness of 10 ⁇ m or more.
- MEMS Micro Electro Mechanical Systems
- a detection method using a white interference method as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-286630 is known.
- White interferometry uses a white interferometer to observe interference light due to reflected light on the surface of a transparent material and interference light due to reflected light on the back surface of the transparent film, and between the interference light intensity peaks of each interference light.
- This is a detection method in which the actual film thickness (t) is calculated from the following equation (1) based on the distance (measured film thickness t ′) and the refractive index (n) of the transparent material.
- the refractive index changes depending on the mixing ratio.
- the refractive index can be changed by changing the use environment such as temperature and humidity. Therefore, in order to detect the film thickness accurately and at high speed, it is necessary to obtain a refractive index under conditions close to actual film thickness measurement.
- the present invention has been made to solve such a problem, and its purpose is to measure the film thickness of the coated transparent material at high speed and with high accuracy.
- the measuring device is a measuring device that measures the film thickness of an object made of a transparent material applied to a substrate surface.
- the measuring device includes a light source that emits white light, an objective lens, an imaging device, a positioning device, and a control device.
- the objective lens separates the white light emitted from the light source into two light beams, irradiates one light beam onto the object and irradiates the other light beam onto the reference surface, and reflects the reflected light from the object and the reflection from the reference surface. It is configured to obtain interference light by causing interference with light.
- the imaging device photographs the interference light obtained by the objective lens.
- the positioning device moves the objective lens relative to the object in the optical axis direction.
- the control device is configured to control the light source, the imaging device, and the positioning device, and measure the height of the object based on the peak intensity of the interference light in the image captured by the imaging device.
- a first object is applied to the first substrate surface, and a second object is applied to the second substrate surface.
- the control device includes a first relative height of the surface of the first object with respect to the first substrate surface at a position where the first object is not applied, and a first object with respect to the back surface of the first object.
- the refractive index of the transparent material is calculated based on the second relative height of the surface.
- the control device measures the film thickness of the second object by using the third relative height of the surface of the second object with respect to the back surface of the second object and the calculated refractive index.
- the first substrate surface and the second substrate surface are on different substrates.
- the first substrate surface and the second substrate surface are on the same substrate.
- the coating device includes a coating mechanism configured to apply a transparent material to the substrate surface and the above-described measuring device.
- the coating mechanism includes a coating needle, a transparent material is attached to the tip of the coating needle, and the tip of the coating needle or the transparent material attached to the tip of the coating needle is brought into contact with the substrate surface. A transparent material is applied to the substrate surface.
- control device measures the film thickness of the second object while applying the transparent material to the surface of the second substrate by the application mechanism and then fixing the substrate.
- the present invention is a method for measuring the film thickness of a transparent material object applied to a substrate surface.
- a first object is applied to the first substrate surface, and a second object is applied to the second substrate surface.
- the method includes measuring a first relative height of the surface of the first object with respect to the first substrate surface at a position where the first object is not applied, and the back surface of the first object. Measuring a second relative height of the surface of the first object, calculating a refractive index of the transparent material based on the first relative height and the second relative height, and a second object Measuring the film thickness of the second object using the third relative height of the surface of the second object relative to the back surface of the object and the calculated refractive index.
- the first to third relative heights are measured using white light interferometry.
- the film thickness of the transparent material applied to the substrate surface can be measured at high speed and with high accuracy.
- FIG. 1 It is a perspective view which shows the whole structure of the fine coating device provided with the film thickness measurement function as a representative example of this Embodiment. It is a perspective view which shows the principal part of an observation optical system and a coating mechanism.
- (A)-(C) are the figures which looked at the principal part from the A direction of FIG. It is an arrangement view of optical elements of an observation optical system. It is a figure for demonstrating the principle of the film thickness measurement using a white interference method. It is a 1st figure for demonstrating the measuring method of the refractive index of a transparent material. It is a 2nd figure for demonstrating the measuring method of the refractive index of a transparent material. It is a figure for demonstrating the method of the film thickness measurement of a coating material.
- FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a fine coating apparatus 1 having a film thickness measuring function as a representative example of the embodiment of the present invention.
- a fine coating apparatus 1 includes an observation optical system 2, a CCD (Charge-Coupled Device) camera 3, a cutting laser device 4, a coating mechanism 5, and a curing light source 6.
- a Z stage 8 that moves the coating head portion in a direction perpendicular to the substrate 7 to be coated (Z-axis direction), an X stage 9 that mounts the Z stage 8 and moves in the X-axis direction, and the substrate 7 ,
- a Y stage 10 that moves in the Y-axis direction, a control computer 11 that controls the operation of the entire fine coating apparatus 1, a monitor 12 that displays images taken by the CCD camera 3, and a control computer 11 includes an operation panel 13 for inputting a command from an operator.
- the observation optical system 2 includes a light source for illumination, and observes the surface state of the substrate 7 and the state of the transparent material applied by the application mechanism 5. An image observed by the observation optical system 2 is converted into an electrical signal by the CCD camera 3 and displayed on the monitor 12.
- the cutting laser device 4 irradiates the substrate 7 with laser light through the observation optical system 2 to remove the metal film and the like.
- the coating mechanism 5 forms a transparent material such as an adhesive on the substrate 7.
- the curing light source 6 includes, for example, a CO 2 laser, and cures the transparent material applied by the application mechanism 5 by irradiating the laser beam.
- the configuration of the fine coating apparatus 1 is an example.
- the Z stage 8 on which the observation optical system 2 and the like are mounted is mounted on the X stage 9, the X stage 9 is mounted on the Y stage 10, and the Z stage 8 is mounted.
- a configuration called a gantry system that can move in the XY directions may be used, and any configuration can be used as long as the Z stage 8 on which the observation optical system 2 is mounted can be moved relative to the substrate 7 in the XY directions. But you can.
- FIG. 2 is a perspective view showing the main parts of the observation optical system 2 and the coating mechanism 5.
- the observation optical system 2 and the coating mechanism 5 include a movable plate 15, a plurality of (for example, five) objective lenses 16 having different magnifications, and a plurality of (for example, different types of transparent materials). 5) coating units 17.
- the movable plate 15 is provided between the lower end of the observation barrel 2a of the observation optical system 2 and the substrate 7 so as to be movable in the X-axis direction and the Y-axis direction. Further, the movable plate 15 is formed with five through holes 15a corresponding to the five objective lenses 16, respectively.
- the five through holes 15a are fixed to the lower surface of the movable plate 15 at predetermined intervals in the Y-axis direction.
- Each of the five coating units 17 is disposed adjacent to the five objective lenses 16. By moving the movable plate 15, a desired application unit 17 can be disposed above the application position.
- 3 (A) to 3 (C) are views of the main part seen from the direction A in FIG. 2, and are diagrams showing the application operation of the transparent material.
- the application unit 17 includes an application needle 18 and a tank 19. First, as shown in FIG. 3A, the application needle 18 of the desired application unit 17 is positioned above the application position. At this time, the tip of the application needle 18 is immersed in the transparent material in the tank 19.
- the application needle 18 is lowered and the tip of the application needle 18 protrudes from the hole in the bottom of the tank 19. At this time, a transparent material is attached to the tip of the application needle 18.
- the application needle 18 and the tank 19 are lowered to bring the tip of the application needle 18 into contact with the application position, and a transparent material is applied. Thereafter, the state returns to the state of FIG.
- the coating mechanism 5 using the plurality of coating needles 18 is not described in detail because various other techniques are known. For example, it is shown in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2009-122259).
- the fine coating apparatus 1 can be coated using a desired transparent material among a plurality of transparent materials by using, for example, a mechanism as shown in FIG. 2 as the coating mechanism 5, and a plurality of coating needles 18.
- the transparent material can be applied using the application needle 18 having a desired application diameter.
- FIG. 4 is a layout diagram of the optical elements of the observation optical system 2.
- the observation optical system 2 includes an incident light source 34, a filter switching device 35, a half mirror 37, an imaging lens 38, and a Mirau interference objective lens 39.
- the Mirau interference objective lens 39 includes a lens 31, a reference mirror 32, and a beam splitter 33.
- the Mirau-type interference objective lens 39 is a kind of two-beam interference objective lens. Using the fact that the interference light intensity at the focal position of the Mirau interference objective lens 39 is maximized, an image of the interference light is obtained while moving the Z stage 8 relative to the substrate 7 in the Z-axis direction. For a plurality of images, the height (z coordinate) of the front and back surfaces of the transparent material and the substrate surface is detected by obtaining the position in the Z-axis direction of the Z stage 8 at which the interference light intensity is maximum for each pixel. This height measurement method is suitable for detecting a minute height of several ⁇ m or less.
- the back surface of the transparent material is, in other words, the boundary surface between the transparent material and the liquid material, and is the substrate surface at the location where the transparent material is applied.
- the Mirau-type interference objective lens 39 separates white light emitted from the illumination light source included in the observation optical system 2 into two luminous fluxes, irradiates one on the surface of the object, and irradiates the other on the reference surface. Thus, the reflected light from the surface of the object interferes with the reflected light from the reference surface.
- a white light source is used as the illumination light source included in the observation optical system 2.
- the interference light intensity is maximized only at the focal position of the Mirau-type interference objective lens 39, unlike the case where a single wavelength light source such as a laser is used. For this reason, it is suitable for measuring the height of a transparent material.
- a filter 36 is provided by a filter switching device 35 at the exit of the incident light source 34.
- white light having a center wavelength ⁇ (nm) is obtained.
- the light that has passed through the filter 36 is reflected by the half mirror 37 toward the lens 31.
- the light incident on the lens 31 is divided by the beam splitter 33 into light that passes in the direction of the substrate 7 and light that reflects in the direction of the reference mirror 32.
- the light reflected by the surface of the substrate 7 and the light reflected by the surface of the reference mirror 32 are merged again by the beam splitter 33 and collected by the lens 31. Thereafter, the light emitted from the lens 31 passes through the half mirror 37 and then enters the imaging surface 3 a of the CCD camera 3 through the imaging lens 38.
- the Mirau-type interference objective lens 39 is moved in the optical axis direction by the Z stage 8 to generate an optical path length difference between the surface reflected light of the substrate 7 and the surface reflected light of the reference mirror 32. Then, the CCD camera 3 captures the interference light generated by the optical path length difference while moving the Mirau interference objective lens 39 by the Z stage 8.
- the intensity that is, the brightness of the interference light is maximized when the optical path lengths of the reflected light from the substrate 7 and the reflected light from the reference mirror 32 are equal. At this time, the surface of the substrate 7 is in focus.
- the position of the Mirau interference objective lens 39 can be adjusted by moving the substrate 7 up and down on the table or by attaching a piezo stage to the connecting portion between the Mirau interference objective lens 16 and the observation optical system 2. It may be moved up and down.
- the Mirau type interference objective lens is used, but a Michelson type or a linique type interference objective lens may be used.
- the actual film thickness t of the transparent material can be calculated by the following equation (2).
- the refractive index may change depending on the mixing ratio of each material. Even if it is a single type of material, the refractive index may slightly change depending on the usage environment such as temperature and humidity, and secular change. In particular, when measuring on the micrometer order, even if the difference between the refractive index used for calculation and the actual refractive index is very small, there is a concern that the measurement accuracy of the film thickness is affected.
- the refractive index of one of the actually applied transparent materials is measured and stored, and the film thickness of the remaining transparent material is measured using the stored refractive index.
- Adopt a method.
- the refractive index may be measured when the substrate is coated with a plurality of transparent materials, for example, when measuring the substrate, or for the first substrate in the same lot. It may be executed at the time. In addition, when the same material is used continuously, the measurement may be performed at the start of every day or every predetermined time. In this way, by actually measuring the refractive index of the applied material and measuring the film thickness of another measurement object using the measured refractive index, the measurement reflects the change in the refractive index. Therefore, the film thickness measurement accuracy can be improved.
- the measurement time can be shortened compared to the case where the refractive index is measured for each measurement object. Measurement can be performed at high speed.
- FIGS. 6 and 7 illustrate the case where the refractive index is measured by applying a transparent material to a test substrate dedicated to refractive index measurement. However, for one of the transparent materials applied to an actual product, FIG. The refractive index may be measured by using the same method.
- a test glass substrate coated with a transparent material is set on the Y stage 10.
- the height z1 of the glass substrate at the position O1 where the transparent material is not applied is measured based on the peak position of the interference light.
- the height z2 at the vertex V (the surface of the coating material) of the coated transparent material is measured based on the peak position of the interference light. Since there is no influence of the refractive index of the transparent material at the position O1, the difference between the two measured positions, that is, the relative height of the vertex V with respect to the actual substrate surface is the actual height of the vertex V of the coating material. h1.
- the height z1 ′ of the glass substrate position O2 measured through the transparent material that is, the height of the back surface of the transparent material
- the refractive index of the transparent material affects, the height at which the peak of the interference light appears is a value lower than the actual substrate surface (the negative side of the Z axis). Therefore, the relative height h2 of the surface (vertex V) with respect to the back surface of the transparent material is expressed by the following formula (4).
- the refractive index n of the transparent material can be calculated by the following formula (5).
- the refractive index is calculated based on the measurement at the position of the vertex V of the coating material.
- the measurement position is not limited to this, and the refractive index may be measured at any position on the surface of the coating material. Good. Further, the measurement is not limited to the case of one point, and for example, an average value may be calculated based on the measurement results at a plurality of positions.
- the refractive index n calculated as described above is stored in the control computer 11, and the film thickness of the transparent material in the actual product is measured using the stored refractive index n. Specifically, as shown in FIG. 8, based on the peak position of the interference light, the surface height za at a predetermined position P of the transparent material applied on the substrate of the product, and the back surface corresponding to the position P The height zb of the position O3 is measured.
- the actual film thickness h3 of the coating material in this case can be calculated using the following formula (6) by using the refractive index n stored in the control computer 11.
- the film thickness may be measured at a plurality of locations for each measurement object. Further, when there are a plurality of measurement objects on the substrate, the measurement may be performed on all the measurement objects or only a part of the measurement objects may be measured.
- FIG. 9 is a flowchart showing an overall process of film thickness measurement in the present embodiment.
- step 10 the control computer 11 performs a refractive index calculation process, and the calculated refractive index is stored in the control computer 11. Is done.
- this step may be performed using a material applied on a test substrate, or may be performed using a material applied on an actual product substrate.
- the film thickness measurement process is executed by the above-described method for the material applied to the actual product.
- the film thicknesses of a plurality of materials applied on one substrate are measured, and it is determined whether the application state for each material is normal or abnormal.
- the determination result is stored in the control computer 11.
- the process proceeds to S30, and it is determined whether or not the entire process of film thickness measurement has been completed. For example, it is determined whether the film thickness measurement for all the substrates in the target lot has been completed, or whether the film thickness measurement has been completed for a predetermined working time (morning, afternoon, 1 day).
- FIG. 10 is a diagram for explaining the details of the refractive index calculation process in step S10 in FIG.
- control computer 11 applies a transparent material to a predetermined position on the substrate set on Y stage 10.
- the material may be applied to a test substrate for refractive index measurement or may be applied to an actual product substrate.
- control computer 11 moves the X stage 9 and the Y stage 10 to position the observation optical system 2 at a position where the transparent material is not applied. And the computer 11 for control measures the height z1 of the board
- control computer 11 moves the X stage 9 and the Y stage 10 to the vicinity of the vertex of the coating material, and measures the height z2 of the surface of the transparent material based on the peak position of the interference light. Then, the control computer 11 determines the height h1 of the surface of the coating material relative to the substrate surface based on the measured surface height z2 of the coating material and the substrate surface height z1 measured in S120. It calculates with the above-mentioned formula (3).
- the control computer 11 measures the height z1 'of the back surface of the coating material at the same X and Y coordinate positions as in S130 based on the peak position of the interference light. Then, the control computer 11 calculates the height h2 of the surface relative to the back surface of the coating material from the height z2 of the surface of the coating material measured in S130 and the height z1 ′ of the back surface of the coating material. Calculate based on (4).
- control computer 11 refractions the transparent material from the surface height h1 of the coating material with respect to the substrate surface calculated in S130 and the surface height h2 with respect to the back surface of the coating material calculated in S140.
- the rate n is calculated using the above equation (5).
- the calculated refractive index n is stored in a memory (not shown) inside the control computer 11.
- FIG. 11 is a flowchart for explaining details of the film thickness measurement process in S20 of FIG.
- a product (substrate) to which a transparent material is applied is set (fixed) on Y stage 10 in S210.
- This step may be performed by an operator or a transfer device (not shown) such as a robot arm.
- a transfer device such as a robot arm.
- the refractive index calculation of S10 in FIG. 9 is performed using the coating material on the actual product and the film thickness measurement is performed on the coating material on the same substrate following the calculation of the refractive index.
- the process of S210 may be omitted.
- control computer 11 applies a transparent material to predetermined positions (for example, M pieces) on the substrate.
- control computer 11 sets the index m to 1 in S230, and starts measuring the film thickness of the first coating material among the M coating materials.
- control computer 11 positions the observation optical system 2 at the position of the coating material to be measured while the substrate is fixed on the Y stage 10, and interferes with the height za of the surface of the coating material. Measure based on peak position of light. Thereafter, in S250, the control computer 11 measures the height zb of the back surface of the coating material based on the peak position of the interference light.
- control computer 11 calculates the above formula (based on the measured surface height (za) and back surface height (zb) of the coating material and the refractive index n stored in S10.
- the film thickness h3 of the coating material is calculated using 6).
- control computer 11 determines whether or not the calculated film thickness h3 is within a predetermined tolerance (lower limit: TL, upper limit: TH) (TL ⁇ h3 ⁇ TH). .
- film thickness h3 is within the tolerance range (YES in S270)
- the process proceeds to S280, and control computer 11 determines that the amount of the material applied is normal, and displays the determination result. Store in internal memory.
- the process proceeds to S285, and the control computer 11 determines that the amount of the material applied is poor, and the determination Store the result in the internal memory.
- control computer 11 determines whether or not the index m is equal to or less than the number M of materials to be measured on the substrate (m ⁇ M). In other words, the control computer 11 determines whether or not the measurement target material remains on the substrate.
- index m is equal to or smaller than M (YES in S290)
- the film thickness measurement of the material to be measured next is executed.
- control computer 11 determines that there is no material to be measured remaining on the substrate, and returns the process to the routine of FIG. Execute.
- the determination result in S270 is notified to the operator.
- the worker corrects the coating amount, for example, in the next step based on the determination result.
- the refractive index is calculated and stored using the actually applied material, and the measurement target in the actual product is stored using the stored refractive index.
- the configuration in which the material application process and the film thickness measurement process are performed by one fine coating apparatus has been described.
- the film thickness measurement method of the present embodiment is not necessarily performed by an apparatus including a coating process, and may be applied to a dedicated measurement apparatus capable of performing only film thickness measurement.
- FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a film thickness measuring apparatus 1A according to a modification of the embodiment.
- the film thickness measuring apparatus 1A no material application mechanism is provided, and only equipment necessary for film thickness measurement is provided.
- the film thickness measuring apparatus 1A is used as a post process of a coating apparatus having only a coating mechanism, for example.
- film thickness measuring apparatus 1 ⁇ / b> A includes a head unit including observation optical system 20, CCD camera 30, interference objective lens 160, piezo stage 170, and light source 180.
- the film thickness measuring apparatus 1A includes a Z stage 80 that moves the head unit in a direction perpendicular to the measurement target substrate 7 (Z-axis direction), and a Y stage 100 that mounts the substrate 7 and moves it in the Y-axis direction. And an X stage 90 on which the Y stage 100 is mounted and moved in the X-axis direction.
- the film thickness measuring apparatus 1A includes a control computer 110, a monitor 120 that displays an image taken by the CCD camera 30, and an operation panel (keyboard) for inputting commands from the operator to the control computer 110. , Mouse, etc.).
- the X stage 90, the Y stage 100, and the Z stage 80 are controlled by the XYZ stage controller 112 based on a command from the control computer 110.
- the light source 180 is controlled by the illumination controller 116 based on a command from the control computer 110.
- the piezo stage 170 is provided between the observation optical system 20 and the interference objective lens 160.
- the piezo stage 170 is controlled by the piezo stage controller 114 based on a command from the control computer 110 and moves the interference objective lens 160 in the Z-axis direction.
- the piezo stage 170 can be positioned with higher accuracy than the Z stage 80.
- the position in the Z-axis direction is specified by the position of the piezo stage 170 and the position of the Z stage 80.
- the film thickness measurement using the film thickness measuring apparatus 1A shown in FIG. 12 is described with reference to FIGS. 9 to 11 except for the step of applying a material (S110, S220) onto the substrate in FIGS.
- a material S110, S220
- 1 fine coating device 1A film thickness measuring device, 2,20 observation optical system, 2a observation barrel, 3,30 camera, 3a imaging surface, 4 cutting laser device, 5 coating mechanism, 6 curing light source, 7 substrate, 8, 80 Z stage, 9, 90 X stage, 10, 100 Y stage, 11, 110 control computer, 12, 120 monitor, 13 operation panel, 15 movable plate, 15a through hole, 16, 39, 160 interference objective lens 17 coating unit, 18 coating needle, 19 tank, 31 lens, 32 reference mirror, 33 beam splitter, 34 incident light source, 35 filter switching device, 36 filter, 37 half mirror, 38 imaging lens, 112 XYZ stage controller, 114 Piezo stage controller, 116 lighting controller Roller, 170 piezo stage, 180 light source.
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Abstract
基板上の透明材料の膜厚を測定する方法であって、基板上には第1の基板表面には第1の対象物(透明材料)が塗布され、第2の基板表面には第2の対象物(透明材料)が塗布されている。方法は、第1の対象物が塗布されてない位置における前記第1の基板表面に対する前記第1の対象物の表面の第1の相対高さを測定する工程と、第1の対象物の裏面に対する第1の対象物の表面の第2の相対高さを測定する工程と、第1の相対高さと第2の相対高さとに基づいて透明材料の屈折率を算出する工程(S10)とを含む。方法は、さらに、第2の対象物の裏面に対する第2の対象物の表面の第3の相対高さと、算出された屈折率とを用いて、第2の対象物の膜厚を測定する工程(S20)を含む。
Description
本発明は、測定装置、塗布装置、および膜厚測定方法に関し、より特定的には、塗布された透明材料の膜厚を検出するための技術に関する。
先端径が数十μmの塗布針、ならびにスポット径が数μm~数十μmのレーザ光を用いて微細なパターンの正確な加工および修正を行なう技術が知られている(特許文献1~3)。このうち、塗布針を用いた加工技術は、比較的粘度の高い材料を塗布することができる。そのため、たとえば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、センサなどの半導体デバイスの電子回路パターン等を形成するために、10μm以上の比較的厚みのある膜の形成にも利用されている。
また、近年では、電子部品の配線パターンの微細化が進み、より高度の信頼性が望まれる分野にもこのような加工技術が適用されつつあり、塗布した材料の膜厚および体積を検査することが望まれている。
透明材料の膜厚を検出する方法としては、特開2008-286630号公報(特許文献4)に示されるような、白色干渉法を用いた検出方法が知られている。白色干渉法は、白色干渉計を用いて、透明材料の表面の反射光による干渉光と、透明膜の裏面の反射光による干渉光とを観察し、各干渉光の干渉光強度のピーク間の距離(測定膜厚t’)、透明材料の屈折率(n)とに基づいて、実際の膜厚(t)を以下の式(1)とから算出する検出法である。
t=t’/n ・・・(1)
特許文献4に記載された手法においては、材料の屈折率nが予めわかっていることが必要である。そのため、使用する材料の製造者に屈折率を予め問い合わせたり、屈折率を測定するための別個の装置を準備したりする必要がある。
特許文献4に記載された手法においては、材料の屈折率nが予めわかっていることが必要である。そのため、使用する材料の製造者に屈折率を予め問い合わせたり、屈折率を測定するための別個の装置を準備したりする必要がある。
また、複数の材料を混合して用いる場合には、混合比率の違いによって屈折率が変化することが懸念される。また、温度や湿度などの使用環境が変化することによっても屈折率は変化し得る。そのため、膜厚を精度よくかつ高速に検出するためには、実際の膜厚測定に近い条件での屈折率を取得することが必要となる。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、塗布された透明材料の膜厚を、高速かつ高精度に測定することである。
本発明による測定装置は、基板表面に塗布された透明材料の対象物の膜厚を測定する測定装置である。測定装置は、白色光を出射する光源と、対物レンズと、撮像装置と、位置決め装置と、制御装置とを備える。対物レンズは、光源から出射された白色光を二光束に分離し、一方の光束を対象物に照射するとともに他方の光束を参照面に照射し、対象物からの反射光と参照面からの反射光とを干渉させて干渉光を得るように構成される。撮像装置は、対物レンズによって得られた干渉光を撮影する。位置決め装置は、対象物に対して対物レンズを光軸方向に相対移動させる。制御装置は、光源、撮像装置、および位置決め装置を制御し、撮像装置で撮影された画像における干渉光のピーク強度に基づいて、対象物の高さを測定するように構成される。第1の基板表面には第1の対象物が塗布され、第2の基板表面には第2の対象物が塗布されている。制御装置は、第1の対象物が塗布されてない位置における第1の基板表面に対する第1の対象物の表面の第1の相対高さと、第1の対象物の裏面に対する第1の対象物の表面の第2の相対高さとに基づいて、透明材料の屈折率を算出する。制御装置は、第2の対象物の裏面に対する第2の対象物の表面の第3の相対高さと、算出された屈折率とを用いて、第2の対象物の膜厚を測定する。
好ましくは、第1の基板表面と第2の基板表面は、異なる基板上にある。
好ましくは、第1の基板表面と第2の基板表面は、同じ基板上にある。
好ましくは、第1の基板表面と第2の基板表面は、同じ基板上にある。
本発明による塗布装置は、基板表面に透明材料を塗布するように構成された塗布機構と、上述の測定装置とを備える。
好ましくは、塗布機構は塗布針を含み、塗布針の先端部に透明材料を付着させ、塗布針の先端部、または、塗布針の先端部に付着された透明材料を基板表面に接触させることによって、透明材料を基板表面に塗布する。
好ましくは、制御装置は、塗布機構によって第2の基板表面に透明材料を塗布後、当該基板を固定したままで、第2の対象物の膜厚を測定する。
本発明は、基板表面に塗布された透明材料の対象物の膜厚を測定する方法である。第1の基板表面には第1の対象物が塗布され、第2の基板表面には第2の対象物が塗布されている。上記方法は、第1の対象物が塗布されてない位置における第1の基板表面に対する第1の対象物の表面の第1の相対高さを測定する工程と、第1の対象物の裏面に対する第1の対象物の表面の第2の相対高さを測定する工程と、第1の相対高さと第2の相対高さとに基づいて透明材料の屈折率を算出する工程と、第2の対象物の裏面に対する第2の対象物の表面の第3の相対高さおよび算出された屈折率を用いて、第2の対象物の膜厚を測定する工程とを含む。
好ましくは、第1~第3の相対高さは、白色干渉法を用いて測定される。
本発明によれば、基板表面に塗布された透明材料の膜厚を、高速かつ高精度に測定することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
[全体構成]
図1は、この発明の実施の形態の代表例として膜厚測定機能を備えた微細塗布装置1の全体構成を示す斜視図である。
[全体構成]
図1は、この発明の実施の形態の代表例として膜厚測定機能を備えた微細塗布装置1の全体構成を示す斜視図である。
図1を参照して、微細塗布装置1は、観察光学系2、CCD(Charge-Coupled Device)カメラ3、カット用レーザ装置4、塗布機構5、および硬化用光源6から構成される塗布ヘッド部と、この塗布ヘッド部を塗布対象の基板7に対して垂直方向(Z軸方向)に移動させるZステージ8と、Zステージ8を搭載してX軸方向に移動させるXステージ9と、基板7を搭載してY軸方向に移動させるYステージ10と、微細塗布装置1全体の動作を制御する制御用コンピュータ11と、CCDカメラ3によって撮影された画像などを表示するモニタ12と、制御用コンピュータ11に作業者からの指令を入力するための操作パネル13とを備える。
観察光学系2は、照明用の光源を含み、基板7の表面状態や、塗布機構5によって塗布された透明材料の状態を観察する。観察光学系2によって観察される画像は、CCDカメラ3により電気信号に変換され、モニタ12に表示される。カット用レーザ装置4は、観察光学系2を介して基板7にレーザ光を照射して金属膜などを除去する。
塗布機構5は、たとえば接着剤などの透明材料を基板7上に形成する。硬化用光源6は、たとえばCO2レーザを含み、塗布機構5によって塗布された透明材料にレーザ光を照射して硬化させる。
なお、微細塗布装置1の構成は一例であり、たとえば、観察光学系2などを搭載したZステージ8をXステージ9に搭載し、さらにXステージ9をYステージ10に搭載し、Zステージ8をXY方向に移動可能とするガントリー方式と呼ばれる構成でもよく、観察光学系2などを搭載したZステージ8を、基板7に対してXY方向に相対的に移動可能な構成であればどのような構成でもよい。
次に、複数の塗布針18を用いた塗布機構5の例について説明する。図2は、観察光学系2および塗布機構5の要部を示す斜視図である。図2を参照して、観察光学系2および塗布機構5は、可動板15と、倍率の異なる複数(たとえば5個)の対物レンズ16と、異なる種類の透明材料を塗布するための複数(たとえば5個)の塗布ユニット17とを備える。
可動板15は、観察光学系2の観察鏡筒2aの下端と基板7との間で、X軸方向およびY軸方向に移動可能に設けられている。また、可動板15には、それぞれ5個の対物レンズ16に対応する5個の貫通孔15aが形成されている。
5個の貫通孔15aは、Y軸方向に所定の間隔で、可動板15の下面に固定されている。5個の塗布ユニット17は、それぞれ5個の対物レンズ16に隣接して配置されている。可動板15を移動させることにより、所望の塗布ユニット17を塗布位置上方に配置することが可能となっている。
図3(A)~(C)は、図2のA方向から要部を見た図であり、透明材料の塗布動作を示す図である。
塗布ユニット17は、塗布針18とタンク19とを含む。
まず、図3(A)に示すように、所望の塗布ユニット17の塗布針18を塗布位置上方に位置決めする。このとき、塗布針18の先端部は、タンク19内の透明材料内に浸漬されている。
まず、図3(A)に示すように、所望の塗布ユニット17の塗布針18を塗布位置上方に位置決めする。このとき、塗布針18の先端部は、タンク19内の透明材料内に浸漬されている。
次いで、図3(B)に示すように、塗布針18を下降させてタンク19の底の孔から塗布針18の先端部を突出させる。このとき、塗布針18の先端部には透明材料が付着している。
次に、図3(C)に示すように、塗布針18およびタンク19を下降させて塗布針18の先端部を塗布位置に接触させ、透明材料を塗布する。この後、図3(A)の状態に戻る。
複数の塗布針18を用いた塗布機構5は、この他にも様々な技術が知られているため詳細な説明を省略する。たとえば特許文献2(特開2009-122259号公報)などに示されている。微細塗布装置1は、たとえば図2に示すような機構を塗布機構5として用いることによって、複数の透明材料のうちの所望の透明材料を用いて塗布することができ、また、複数の塗布針18のうち所望の塗布径の塗布針18を用いて透明材料を塗布することができる。
なお、本実施の形態においては、塗布針18による塗布機構5を用いる微細塗布装置に膜厚測定機能を一体に組込んだ例について説明しているが、材料の塗布機構としては、たとえばインクジェットやディスペンサ等他の機構を用いてもよい。
[膜厚測定の原理]
次に、白色干渉法を用いた透明材料の膜厚測定の原理について説明する。図4は、観察光学系2の光学素子の配置図である。観察光学系2は、落射光源34と、フィルタ切換装置35と、ハーフミラー37と、結像レンズ38と、ミラウ型干渉対物レンズ39とを含む。ミラウ型干渉対物レンズ39は、レンズ31、参照鏡32、およびビームスプリッタ33を含む。
次に、白色干渉法を用いた透明材料の膜厚測定の原理について説明する。図4は、観察光学系2の光学素子の配置図である。観察光学系2は、落射光源34と、フィルタ切換装置35と、ハーフミラー37と、結像レンズ38と、ミラウ型干渉対物レンズ39とを含む。ミラウ型干渉対物レンズ39は、レンズ31、参照鏡32、およびビームスプリッタ33を含む。
ミラウ型干渉対物レンズ39は、二光束干渉対物レンズの一種である。ミラウ型干渉対物レンズ39の焦点位置での干渉光強度が最大になることを利用し、Zステージ8を基板7に対してZ軸方向に相対的に移動させながら干渉光の画像を得る。複数の画像について、画素ごとに干渉光強度が最大になるZステージ8のZ軸方向の位置を求めることによって、透明材料の表面,裏面ならびに基板表面の高さ(z座標)を検出する。この高さ測定方法は、数μm以下の微小な高さの検出に適している。なお、透明材料の裏面とは、換言すれば、透明材料と液体材料との境界面であり、透明材料が塗布された箇所における基板表面のことである。
ミラウ型干渉対物レンズ39は、観察光学系2に含まれる照明用の光源から出射された白色光を二光束に分離して一方を対象物の表面に照射するとともに、他方を参照面に照射することにより、対象物の表面からの反射光と、参照面からの反射光とを干渉させるものである。
また、観察光学系2に含まれる照明用の光源としては白色光源を用いる。白色光源を用いた場合、レーザなどの単一波長の光源を用いる場合とは異なり、ミラウ型干渉対物レンズ39の焦点位置でのみ干渉光強度が最大になる。このため、透明材料の高さを測定するのに適している。
落射光源34の出射部にフィルタ切換装置35によってフィルタ36を備える。
落射光源34を出射した光がフィルタ36を通過すると、中心波長λ(nm)の白色光が得られる。
落射光源34を出射した光がフィルタ36を通過すると、中心波長λ(nm)の白色光が得られる。
フィルタ36を通過した光は、ハーフミラー37でレンズ31の方向に反射される。レンズ31に入射した光は、ビームスプリッタ33で基板7の方向に通過する光と参照鏡32の方向に反射する光とに分けられる。基板7の表面で反射した光と参照鏡32の表面で反射した光とは再びビームスプリッタ33で合流し、レンズ31で集光される。この後、レンズ31から出た光は、ハーフミラー37を通過した後、結像レンズ38を経てCCDカメラ3の撮像面3aに入射する。
通常は、Zステージ8によりミラウ型干渉対物レンズ39を光軸方向に移動させて基板7の表面反射光と参照鏡32の表面反射光との間に光路長差を生じさせる。そして、Zステージ8によりミラウ型干渉対物レンズ39を移動させながら上記光路長差により発生する干渉光をCCDカメラ3で撮像する。この干渉光の強度、すなわち明るさは基板7からの反射光と参照鏡32からの反射光との光路長が等しいとき最大となる。また、このとき基板7の表面に焦点が合っている。
なお、Zステージ8の他に、基板7自身をテーブルで上下させたり、ミラウ型干渉対物レンズ16と観察光学系2との連結部にピエゾステージを取り付けることによってミラウ型干渉対物レンズ39の位置を上下させてもよい。
なお、本実施の形態では、ミラウ型干渉対物レンズを用いたが、マイケルソン型やリニーク型の干渉対物レンズを用いてもよい。
図5に示されるように、基板上に屈折率nの透明材料が塗布されている場合、ミラウ型干渉対物レンズ39を光軸方向に移動させて走査すると、塗布した透明材料の表面と裏面とで焦点が合うため、干渉光の強度のピークが2つ現れる。
透明材料の表面に対応する干渉強度のピークが現れるZステージ8の位置がZaであり、裏面に対応する干渉強度のピークが現れるZステージ8の位置がZbである場合を考える。この場合、2つのピークの測定位置から算出される見かけ上の膜厚はt’=|za-zb|となる。
ここで、屈折率n,膜厚tの物質を通過する光が進む距離はn×tであるため、2つのピークの測定位置から算出された膜厚がt’である場合、これらの間には、t’=n×tの関係が成立する。したがって、透明材料の実際の膜厚tは、以下の式(2)によって算出することができる。
t=t’/n=|za-zb|/n ・・・(2)
[本実施の形態における透明材料の膜厚測定]
(膜厚測定における課題)
白色干渉法を用いた透明材料の膜厚測定においては、上記の式(2)のように、測定対象の透明材料の屈折率の情報が必要となる。透明材料の屈折率が公知かつ不変のものであれば、それを定数として記憶しておくことで、正しい膜厚を算出することができる。
[本実施の形態における透明材料の膜厚測定]
(膜厚測定における課題)
白色干渉法を用いた透明材料の膜厚測定においては、上記の式(2)のように、測定対象の透明材料の屈折率の情報が必要となる。透明材料の屈折率が公知かつ不変のものであれば、それを定数として記憶しておくことで、正しい膜厚を算出することができる。
しかしながら、たとえば複数の材料を混合して塗布材料を得る場合には、各材料の混合割合によって屈折率が変化する可能性がある。また、1種類の材料であったとしても、温度や湿度などの使用環境ならびに経年変化などによって、屈折率が多少変化する場合が考えられる。特に、マイクロメートルオーダの測定を行なう場合には、算出に用いる屈折率と実際の屈折率との差が微小であっても、膜厚の測定精度に影響することが懸念される。
そこで、本実施の形態においては、実際に塗布された透明材料のうちの1つについて屈折率を測定して記憶し、記憶された屈折率を用いて、残りの透明材料の膜厚を測定する手法を採用する。なお、屈折率の測定については、たとえば、複数の透明材料が塗布された基板の場合には、当該基板を測定を開始する際に実行してもよいし、同一ロットの最初の基板についての測定の際に実行してもよい。また、同じ材料が連続して使用される場合には、毎日の始業時や所定時間ごとに測定を行なうようにしてもよい。このように、塗布された材料の屈折率を実際に測定し、測定された屈折率を用いて他の測定対象物の膜厚を測定することによって、屈折率の変化を反映して測定することができるので、膜厚の測定精度を向上させることができる。
また、1回の屈折率の測定結果を用いて、複数個の測定対象物の膜厚を測定することで、各測定対象物ごとに屈折率を測定する場合に比べて、測定時間を短縮し高速に測定を行なうことが可能となる。
(屈折率の測定)
次に、図6、図7を用いて、屈折率の測定方法について説明する。図6および図7においては、屈折率測定専用のテスト用基板に透明材料を塗布して屈折率を測定する場合を説明するが、実際の製品に塗布された透明材料のうちの1つに対して同じ手法を用いることによって屈折率を測定してもよい。
次に、図6、図7を用いて、屈折率の測定方法について説明する。図6および図7においては、屈折率測定専用のテスト用基板に透明材料を塗布して屈折率を測定する場合を説明するが、実際の製品に塗布された透明材料のうちの1つに対して同じ手法を用いることによって屈折率を測定してもよい。
図6を参照して、まず、透明材料が塗布されたテスト用のガラス基板をYステージ10上にセットする。そして、まず透明材料が塗布されていない位置O1におけるガラス基板の高さz1を干渉光のピーク位置に基づいて測定する。次に、塗布された透明材料の頂点V(塗布材料の表面)における高さz2を干渉光のピーク位置に基づいて測定する。位置O1においては、透明材料の屈折率の影響はないため、測定された2つの位置の差、すなわち、実際の基板表面に対する頂点Vの相対高さは、塗布材料の頂点Vの実際の高さh1となる。
h1=|z2-z1| ・・・(3)
次に、図7に示すように、上記の頂点Vの位置において、透明材料を通して測定されるガラス基板位置O2の高さ(すなわち、透明材料の裏面の高さ)z1’を測定する。この場合の測定においては、透明材料の屈折率が影響するため、干渉光のピークが生じる高さは、見かけ上、実際の基板表面よりも下方(Z軸の負側)の値となる。そのため、透明材料の裏面に対する表面(頂点V)の相対高さh2は、以下の式(4)となる。
次に、図7に示すように、上記の頂点Vの位置において、透明材料を通して測定されるガラス基板位置O2の高さ(すなわち、透明材料の裏面の高さ)z1’を測定する。この場合の測定においては、透明材料の屈折率が影響するため、干渉光のピークが生じる高さは、見かけ上、実際の基板表面よりも下方(Z軸の負側)の値となる。そのため、透明材料の裏面に対する表面(頂点V)の相対高さh2は、以下の式(4)となる。
h2=|z2-z1’| ・・・(4)
この相対高さh1、h2との間には、上記の式(1)の関係が成立するため、以下の式(5)によって、透明材料の屈折率nを算出することができる。
この相対高さh1、h2との間には、上記の式(1)の関係が成立するため、以下の式(5)によって、透明材料の屈折率nを算出することができる。
n=h2/h1=|z2-z1’|/|z2-z1| ・・・(5)
なお、上記の説明においては、塗布材料の頂点Vの位置における測定に基づいて屈折率を算出しているが、測定の位置はこれに限られず、塗布材料表面の任意の位置で測定してもよい。また、測定は1点の場合に限られず、複数の位置での測定の結果に基づいて、たとえば平均値を算出するようにしてもよい。
なお、上記の説明においては、塗布材料の頂点Vの位置における測定に基づいて屈折率を算出しているが、測定の位置はこれに限られず、塗布材料表面の任意の位置で測定してもよい。また、測定は1点の場合に限られず、複数の位置での測定の結果に基づいて、たとえば平均値を算出するようにしてもよい。
(塗布膜厚の検査)
上記のように算出された屈折率nを、制御用コンピュータ11に記憶しておき、記憶された屈折率nを用いて実際の製品における透明材料の膜厚を測定する。具体的には、図8のように、干渉光のピーク位置に基づいて、製品の基板上に塗布された透明材料の所定の位置Pにおける表面の高さzaと、位置Pに対応する裏面の位置O3の高さzbとを測定する。この場合の、塗布材料の実際の膜厚h3は、制御用コンピュータ11に記憶された屈折率nを用いることによって、以下の式(6)を用いて算出することができる。
上記のように算出された屈折率nを、制御用コンピュータ11に記憶しておき、記憶された屈折率nを用いて実際の製品における透明材料の膜厚を測定する。具体的には、図8のように、干渉光のピーク位置に基づいて、製品の基板上に塗布された透明材料の所定の位置Pにおける表面の高さzaと、位置Pに対応する裏面の位置O3の高さzbとを測定する。この場合の、塗布材料の実際の膜厚h3は、制御用コンピュータ11に記憶された屈折率nを用いることによって、以下の式(6)を用いて算出することができる。
h3=|za-zb|/n ・・・(6)
このようにして算出された膜厚h3が、所定の公差範囲内であるか否かを判定することによって、塗布不良の有無を判定することができる。
このようにして算出された膜厚h3が、所定の公差範囲内であるか否かを判定することによって、塗布不良の有無を判定することができる。
なお、膜厚の測定は、各測定対象物に対して複数個所測定するようにしてもよい。また、基板上に複数の測定対象物がある場合、すべての測定対象物に対して測定を行なってもよいし、一部の測定対象物のみに対して測定を行なってもよい。
図9は、本実施の形態における膜厚測定の全体工程を示すフローチャートである。図9を参照して、まずステップ(以下、ステップをSと略す。)10にて、制御用コンピュータ11において、屈折率の演算処理が行なわれ、算出された屈折率が制御用コンピュータ11に記憶される。なお、上述のように、当該ステップは、テスト用基板上に塗布された材料を用いて行なわれてもよいし、実際の製品の基板に塗布された材料を用いて行なわれてもよい。
その後、S20にて、実際の製品に塗布された材料について、上述の方法によって膜厚測定処理が実行される。S20においては、たとえば、1つの基板上に塗布された複数の材料の膜厚が測定され、各材料についての塗布状態が正常であるか、異常であるかが判定される。当該判定結果は、制御用コンピュータ11に記憶される。
測定対象の材料に対する膜厚測定が完了すると、S30に処理が進められて、膜厚測定の全行程が終了したか否かが判断される。たとえば、対象ロットの基板のすべてについての膜厚測定が終了したか、あるいは、所定の作業時間(午前,午後,1日)の膜厚測定が終了したかが判断される。
すべての膜厚測定処理が完了していない場合(S30にてNO)は、処理がS20に戻されて、次の測定対象の基板についての膜厚測定が実行される。一方、すべての膜厚測定処理が完了した場合(S30にてYES)は、膜厚測定処理を終了する。
図10は、図9におけるステップS10の屈折率演算処理の詳細を説明するための図である。
図10を参照して、まず、S110にて、制御用コンピュータ11は、Yステージ10にセットされた基板上の所定位置に透明材料を塗布する。上述したように、ここでの材料の塗布は、屈折率測定用のテスト基板への塗布であってもよいし、実際の製品の基板への塗布であってもよい。
次に、S120にて、図6で説明したように、制御用コンピュータ11は、Xステージ9、Yステージ10を移動させて、透明材料が塗布されていない位置に観察光学系2を位置決めする。そして、制御用コンピュータ11は、当該位置における基板面の高さz1を、干渉光のピーク位置に基づいて測定する。
その後、制御用コンピュータ11は、S130にて、Xステージ9、Yステージ10を塗布材料の頂点付近に移動させて、干渉光のピーク位置に基づいて透明材料の表面の高さz2を測定する。そして、制御用コンピュータ11は、測定された塗布材料の表面の高さz2と、S120で測定された基板面の高さz1とに基づいて、基板面に対する塗布材料の表面の高さh1を、上述の式(3)により算出する。
S140にて、制御用コンピュータ11は、S130と同じX,Y座標位置における、塗布材料の裏面の高さz1’を干渉光のピーク位置に基づいて測定する。そして、制御用コンピュータ11は、S130で測定された塗布材料の表面の高さz2と、塗布材料の裏面の高さz1’とから、塗布材料の裏面に対する表面の高さh2を、上述の式(4)に基づいて算出する。
その後、制御用コンピュータ11は、S150にて、S130で算出した基板面に対する塗布材料の表面の高さh1と、S140で算出した塗布材料の裏面に対する表面の高さh2とから、透明材料の屈折率nを上述の式(5)を用いて演算する。演算された屈折率nは、制御用コンピュータ11内部のメモリ(図示せず)に記憶される。
図11は、図9のS20における膜厚測定処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
図11を参照して、S210において、透明材料が塗布される製品(基板)が、Yステージ10上にセット(固定)される。この工程は、作業者によって行なわれてもよいし、ロボットアーム等の搬送装置(図示せず)によって行なわれてもよい。なお、図9のS10の屈折率の演算が実際の製品上の塗布材料を用いて行なわれ、屈折率の演算に引き続いて、同じ基板上の塗布材料についての膜厚測定が行なわれる場合には、このS210の処理は省略される場合がある。
S220にて、制御用コンピュータ11は、基板上の予め定められた位置(たとえば、M個)に透明材料を塗布する。
透明材料の塗布が完了すると、制御用コンピュータ11は、S230にて、インデックスmを1に設定し、M個の塗布材料のうちの最初の塗布材料についての膜厚測定を開始する。
S240にて、制御用コンピュータ11は、Yステージ10上に基板を固定した状態のままで、測定対象の塗布材料の位置に観察光学系2を位置決めし、塗布材料の表面の高さzaを干渉光のピーク位置に基づいて測定する。その後、S250にて、制御用コンピュータ11は、塗布材料の裏面の高さzbを干渉光のピーク位置に基づいて測定する。
S260にて、制御用コンピュータ11は、測定された塗布材料の表面の高さ(za)および裏面の高さ(zb)と、S10で記憶された屈折率nとに基づいて、上述の式(6)を用いて塗布材料の膜厚h3を演算する。
S270にて、制御用コンピュータ11は、算出された膜厚h3が、予め定められた公差(下限:TL,上限:TH)の範囲内(TL≦h3≦TH)であるか否かを判定する。
膜厚h3が公差の範囲内である場合(S270にてYES)は、処理がS280に進められ、制御用コンピュータ11は、当該材料の塗布量が正常であると判定して、その判定結果を内部のメモリに記憶する。一方、膜厚h3が公差の範囲外である場合(S270にてNO)は、処理がS285に進められ、制御用コンピュータ11は、当該材料の塗布量が不良であると判定して、その判定結果を内部のメモリに記憶する。
その後、S290にて、制御用コンピュータ11は、インデックスmが、基板上の測定対象の材料の個数M以下(m≦M)であるか否かを判定する。換言すれば、制御用コンピュータ11は、当該基板上に、測定対象の材料が残っているかを判定する。
インデックスmがM以下の場合(S290にてYES)は、処理がS295に進められて、制御用コンピュータ11は、インデックスmの値を1だけインクリメントし(m=m+1)、S240に処理を戻して次の測定対象の材料の膜厚測定を実行する。
インデックスmがMより大きい場合(S290にてNO)は、制御用コンピュータ11は、当該基板上には、測定対象の材料が残っていないと判断し、処理を図9のルーチンに戻してS30を実行する。
なお、図には示されていないが、S270における判定の結果は、作業者に通知される。そして、不良の材料があると判定された場合には、作業者は、この判定結果に基づいて、たとえば次工程において塗布量の修正を行なう。
図9~図11で説明したように、膜厚測定に先立って、実際に塗布された材料を用いて屈折率を算出および記憶し、記憶された屈折率を用いて実際の製品における測定対象の塗布材料についての膜厚測定を行なうことによって、膜厚測定の時間を過度に延長することなく、膜厚の測定精度を向上させることができる。すなわち、基板表面に塗布された透明材料の膜厚を、高速かつ高精度に測定することができる。
[変形例]
上記の実施の形態においては、材料の塗布工程と膜厚の測定工程とが1つの微細塗布装置で行なわれる構成について説明した。しかしながら、本実施の形態の膜厚測定の手法は、必ずしも塗布工程を含む装置で行なわれる必要はなく、膜厚測定のみが実行可能な専用の測定装置に適用してもよい。
上記の実施の形態においては、材料の塗布工程と膜厚の測定工程とが1つの微細塗布装置で行なわれる構成について説明した。しかしながら、本実施の形態の膜厚測定の手法は、必ずしも塗布工程を含む装置で行なわれる必要はなく、膜厚測定のみが実行可能な専用の測定装置に適用してもよい。
図12は、実施の形態の変形例に従う膜厚測定装置1Aの概略構成図である。この膜厚測定装置1Aにおいては、材料の塗布機構が設けられておらず、膜厚測定に必要となる機器のみが設けられている。膜厚測定装置1Aは、たとえば、塗布機構のみを有する塗布装置の後工程として用いられる。
図12を参照して、膜厚測定装置1Aは、観察光学系20、CCDカメラ30、干渉対物レンズ160、ピエゾステージ170、および光源180から構成されるヘッド部を備える。膜厚測定装置1Aは、当該ヘッド部を、測定対象の基板7に対して垂直方向(Z軸方向)に移動させるZステージ80と、基板7を搭載してY軸方向に移動させるYステージ100と、Yステージ100を搭載してX軸方向に移動させるXステージ90とをさらに備える。また、膜厚測定装置1Aは、制御用コンピュータ110と、CCDカメラ30によって撮影された画像などを表示するモニタ120と、制御用コンピュータ110に作業者からの指令を入力するための操作パネル(キーボード,マウスなど)とをさらに備える。
Xステージ90、Yステージ100、およびZステージ80は、制御用コンピュータ110からの指令に基づいて、XYZステージコントローラ112によって制御される。光源180は、制御用コンピュータ110からの指令に基づいて、照明コントローラ116によって制御される。
ピエゾステージ170は、観察光学系20と干渉対物レンズ160との間に設けられている。ピエゾステージ170は、制御用コンピュータ110からの指令に基づいて、ピエゾステージコントローラ114によって制御され、干渉対物レンズ160をZ軸方向に移動させる。ピエゾステージ170は、Zステージ80よりも高精度に位置決めすることが可能である。ピエゾステージ170の位置とZステージ80の位置とによって、Z軸方向の位置が特定される。
なお、図12の膜厚測定装置1Aにおいて、図1の微細塗布装置1と同様の機器についての機能は基本的には同じであり、その説明は繰り返さない。
図12に示した膜厚測定装置1Aを用いた膜厚測定においては、図10および図11における基板上へ材料を塗布する工程(S110,S220)を除いては、図9~図11で説明した処理と同様の処理を行なうことによって、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 微細塗布装置、1A 膜厚測定装置、2,20 観察光学系、2a 観察鏡筒、3,30 カメラ、3a 撮像面、4 カット用レーザ装置、5 塗布機構、6 硬化用光源、7 基板、8,80 Zステージ、9,90 Xステージ、10,100 Yステージ、11,110 制御用コンピュータ、12,120 モニタ、13 操作パネル、15 可動板、15a 貫通孔、16,39,160 干渉対物レンズ、17 塗布ユニット、18 塗布針、19 タンク、31 レンズ、32 参照鏡、33 ビームスプリッタ、34 落射光源、35 フィルタ切換装置、36 フィルタ、37 ハーフミラー、38 結像レンズ、112 XYZステージコントローラ、114 ピエゾステージコントローラ、116 照明コントローラ、170 ピエゾステージ、180 光源。
Claims (8)
- 基板表面に塗布された透明材料の対象物の膜厚を測定する測定装置であって、
白色光を出射する光源と、
前記光源から出射された白色光を二光束に分離し、一方の光束を前記対象物に照射するとともに他方の光束を参照面に照射し、前記対象物からの反射光と前記参照面からの反射光とを干渉させて干渉光を得るように構成された対物レンズと、
前記対物レンズによって得られた干渉光を撮影する撮像装置と、
前記対象物に対して前記対物レンズを光軸方向に相対移動させる位置決め装置と、
前記光源、前記撮像装置、および前記位置決め装置を制御し、前記撮像装置で撮影された画像における干渉光のピーク強度に基づいて、前記対象物の高さを測定する制御装置とを備え、
第1の基板表面には第1の対象物が塗布され、第2の基板表面には第2の対象物が塗布されており、
前記制御装置は、
前記第1の対象物が塗布されてない位置における前記第1の基板表面に対する前記第1の対象物の表面の第1の相対高さと、前記第1の対象物の裏面に対する前記第1の対象物の表面の第2の相対高さとに基づいて、前記透明材料の屈折率を算出し、
前記第2の対象物の裏面に対する前記第2の対象物の表面の第3の相対高さと、算出された前記屈折率とを用いて、前記第2の対象物の膜厚を測定する、測定装置。 - 前記第1の基板表面と前記第2の基板表面は、異なる基板上にある、請求項1に記載の測定装置。
- 前記第1の基板表面と前記第2の基板表面は、同じ基板上にある、請求項1に記載の測定装置。
- 基板表面に透明材料を塗布するように構成された塗布機構と、
請求項1に記載の測定装置とを備えた、塗布装置。 - 前記塗布機構は塗布針を含み、前記塗布針の先端部に前記透明材料を付着させ、前記塗布針の先端部、または、前記塗布針の先端部に付着された前記透明材料を前記基板表面に接触させることによって、前記透明材料を前記基板表面に塗布する、請求項4に記載の塗布装置。
- 前記制御装置は、前記塗布機構によって前記第2の基板表面に前記透明材料を塗布後、当該基板を固定したままで、前記第2の対象物の膜厚を測定する、請求項4または5に記載の塗布装置。
- 基板表面に塗布された透明材料の対象物の膜厚を測定する方法であって、
第1の基板表面には第1の対象物が塗布され、第2の基板表面には第2の対象物が塗布されており、
前記方法は、
前記第1の対象物が塗布されてない位置における前記第1の基板表面に対する前記第1の対象物の表面の第1の相対高さを測定する工程と、
前記第1の対象物の裏面に対する前記第1の対象物の表面の第2の相対高さを測定する工程と、
前記第1の相対高さと前記第2の相対高さとに基づいて、前記透明材料の屈折率を算出する工程と、
前記第2の対象物の裏面に対する前記第2の対象物の表面の第3の相対高さと、算出された前記屈折率とを用いて、前記第2の対象物の膜厚を測定する工程とを含む、方法。 - 前記第1~第3の相対高さは、白色干渉法を用いて測定される、請求項7に記載の方法。
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