JP2006292487A - ムラ検査装置およびムラ検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ムラ検査装置において光学フィルタの透過波長帯を精度良く調整する。
【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、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機構５、ステージ２を移動する移動機構２１、および、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。波長帯切替機構５は、複数の光学フィルタ５１、および、各光学フィルタ５１の傾きを変更するフィルタチルト機構を備える。ムラ検査装置１では、フィルタチルト機構により選択光学フィルタ５１ａの光路に対する傾きを変更することにより、選択光学フィルタ５１ａの透過波長帯を精度良く調整することができる。その結果、選択波長帯を膜９２の特性に合わせて調整することにより、膜厚ムラをの検出精度を向上することができる。
【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干渉縞を明確化することにより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、狭帯域フィルタは、同一の透過波長帯となるように製造されていてもフィルタ毎に僅かな中心波長のずれ等の製造誤差があるため、複数の装置間でフィルタの透過波長帯を精度良く一致させることは困難である。また、市販の狭帯域フィルタは通常、２０〜３０ｎｍの間隔をあけて中心波長が決められているため、任意の中心波長の狭帯域フィルタを入手することが難しく、薄膜の種類や膜厚に合わせて最適な狭帯域フィルタにより検査することができない場合が多い。

特許文献１の表面欠陥検査装置では、狭帯域フィルタを切り替えることによりムラ検出の感度を向上することはできるが、各狭帯域フィルタの透過波長帯を調整することはできない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、ムラ検査装置において光学フィルタの透過波長帯を精度良く調整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取得するセンサと、前記光出射部から前記センサに至る光路上に配置されるとともに特定の波長帯の光を透過する光学フィルタと、前記光学フィルタの前記光路に対する傾きを変更するフィルタチルト機構と、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、前記センサおよび前記光学フィルタに対して相対的に移動する移動機構とを備える。

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、前記フィルタチルト機構が、前記所定の方向を向く軸を中心として前記光学フィルタを回動する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のムラ検査装置であって、前記光学フィルタとは異なる波長帯の光を透過するもう１つの光学フィルタと、前記光学フィルタおよび前記もう１つの光学フィルタのうち前記光路上に配置されてい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、前記もう１つの光学フィルタの前記光路に対する傾きを前記光学フィルタとは個別に変更するもう１つのフィルタチルト機構とをさらに備える。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のムラ検査装置であって、前記光学フィルタとは異なる波長帯の光を透過するもう１つの光学フィルタと、前記光学フィルタおよび前記もう１つの光学フィルタのうち前記光路上に配置されてい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さらに備え、前記フィルタチルト機構が、前記光学フィルタを前記もう１つの光学フィルタと共に傾ける。

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、前記センサが、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、請求項１ないし６のいずれかに記載のムラ検査装置であって、前記膜が、前記基板の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、主面上に光透過性の膜が形成されている基板を経由しつつ光出射部からセンサに至る光路上に配置されるとともに特定の波長帯の光を透過する光学フィルタを傾けて前記光学フィルタの前記光路に対する傾きを変更する工程と、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前記光出射部から、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前記センサにより、前記膜にて反射された、または、前記膜を透過した後の前記特定の波長帯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工程とを備える。

本発明では、光学フィルタの透過波長帯を精度良く調整することができる。請求項２の発明では、膜厚ムラの検出精度の低下を防止することができる。請求項３および４の発明では、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、主面９１（以下、「上面９１」という。）上に膜９２が形成された基板９を上面９１を上側（図１中の（＋Ｚ）側）に向けて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から出射されて膜９２にて反射された後の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にて受光され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。なお、図１では、図示の都合上、波長帯切替機構５の一部を断面にて示す（図９および図１０についても同様）。

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の上面９１に沿うとともに移動方向に垂直な線状光に変換して基板９の上面９１上の膜９２へと導く照明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から出射されて基板９の上面９１上の膜９２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、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種類の円板状の光学フィルタ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。

図２に示すように、各光学フィルタ５１は円環状のフィルタ枠５４の内側に取り付けられており、フィルタ枠５４と共に光学フィルタ５１の中心を通るフィルタ回転軸５５（図２中に一点鎖線にて示す。）を中心として回転可能に支持されている。フィルタ回転軸５５は、光学フィルタ５１が基板９から受光部４へと至る光路上に配置された状態（すなわち、選択光学フィルタ５１ａとされた状態）において、光出射部３からの線状光の伸びる方向である図１中のＹ方向を向くように設けられる。

図３は、波長帯切替機構５の選択光学フィルタ５１ａ近傍を拡大して示す正面図であり、選択光学フィルタ５１ａおよびフィルタ枠５４の外側の部位についてはその断面を示す。図３に示すように、波長帯切替機構５は、選択光学フィルタ５１ａの基板９から受光部４（図１参照）へと至る光路９０（図３中に一点鎖線にて示す。）に対する傾きを変更するフィルタチルト機構５６をさらに備える。波長帯切替機構５では、フィルタチルト機構５６により選択光学フィルタ５１ａの光路９０に対する傾きが変更されることにより、基板９からの反射光に対する選択光学フィルタ５１ａの透過波長帯（すなわち、選択波長帯）が変更される。

フィルタチルト機構５６は、フィルタ枠５４の下端部に当接するマイクロメータ５６１、および、フィルタ枠５４の上端部に取り付けられた弾性体であるバネ５６２を備える。波長帯切替機構５では、マイクロメータ５６１によりフィルタ枠５４の下端部が押し出されることにより、選択光学フィルタ５１ａがフィルタ枠５４と共にフィルタ回転軸５５を中心として図３中の時計回りに回動し、これにより、選択光学フィルタ５１ａの光路９０に対する傾きが変更される。また、マイクロメータ５６１が元の状態に戻されることにより、収縮状態のバネ５６２の反発力により選択光学フィルタ５１ａが反時計回りに回動し、これにより、選択光学フィルタ５１ａが光路９０に垂直な状態に戻される。

フィルタチルト機構５６により選択光学フィルタ５１ａが光路９０に対して傾けられると、基板９からの反射光に対する選択光学フィルタ５１ａの透過波長帯の中心波長が短波長側にシフトされる。図４は、選択光学フィルタ５１ａの光路９０に対する傾斜角度と透過波長帯の中心波長の短波長側へのシフト量との関係を示す図である。なお、選択光学フィルタ５１ａの傾斜角は、図３中の選択光学フィルタ５１ａが光路９０に対して垂直な状態を０°とする。

図４中の複数の点３０１は、選択光学フィルタ５１ａを傾けて計測した透過波長帯の中心波長のシフト量であり、線３０２は、シフト量の計測値の近似直線である。図３に示すように、波長帯切替機構５では、選択光学フィルタ５１ａが１°傾けられることにより、透過波長帯が約０．５ｎｍだけ短波長側にシフトされる。

また、波長帯切替機構５では、図２に示すように、５つの光学フィルタ５１のそれぞれに対してフィルタチルト機構５６が設けられており、これにより、各光学フィルタ５１の光路９０（図３参照）に対する傾きが他の光学フィルタ５１とは個別に変更される。

図１に示すように、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、基板９からラインセンサ４１に至る光路上であってラインセンサ４１と波長帯切替機構５の選択光学フィルタ５１ａとの間に配置される集光レンズ４２を備える。集光レンズ４２は、光出射部３から出射されて基板９の上面９１上において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ラインセンサ４１に向けて集光する。ラインセンサ４１は、集光レンズ４２により集光されるとともに結像され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。

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５および図６は、ムラ検査装置１による検査の流れを示す図である。図１に示すムラ検査装置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、検査対象である膜９２の材質や膜厚等の特性に対して適切な透過波長帯を有する選択光学フィルタ５１ａが光路上に配置された状態で、必要に応じて選択光学フィルタ５１ａのフィルタチルト機構５６により作業者が選択光学フィルタ５１ａを傾け、選択光学フィルタ５１ａの基板９からラインセンサ４１に至る光路に対する傾きが変更される（あるいは、予め傾きが変更されている。）。これにより、選択光学フィルタ５１ａの透過波長帯の中心波長が短波長側にシフトされ、選択波長帯が膜９２の膜厚ムラの検出に対してより適切な範囲となるよう調整される（ステップＳ１１）。

次に、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Ｓ１２）。そして、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、基板９の上面９１上の線状照射領域に照射され（ステップＳ１３）、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にて反射され、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集光レンズ４２を介してラインセンサ４１により受光され（ステップＳ１４）、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Ｓ１５）。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Ｓ１６）、検査終了位置まで移動していない場合には、ステップＳ１４に戻って反射光のうちの選択波長帯の受光および線状照射領域における選択波長帯の強度分布の取得（ステップＳ１４，Ｓ１５）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Ｓ１４〜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Ｓ１７）。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２次元画像（以下、「元画像」という。）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、元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（以下、「強調画像」という。）が生成される（ステップＳ２１）。

生成された強調画像は、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、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Ｓ２２）。

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、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（元画像および強調画像）にも画素の値にムラが生じる。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（元画像および強調画像）において画素の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の膜厚が図７中の線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Ｓ２３）、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Ｓ２３１）。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、必要であれば、あるいは、予めフィルタチルト機構５６により新たな選択光学フィルタ５１ａの光路に対する傾きが変更されて選択波長帯が調整され、移動機構２１によりステージ２が検査開始位置に戻されて再び基板９およびステージ２の移動が開始される（ステップＳ１１，Ｓ１２）。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、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Ｓ１３〜Ｓ１７）。

そして、検査部７の画像生成部７１により、基板９の上面９１の強調画像が生成され（ステップＳ２１）、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Ｓ２２）。２回目の膜厚ムラの検出が終了すると（ステップＳ２３）、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高感度に検出することができ、膜厚ムラを精度良く検出することができる。

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、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。

ところで、ムラ検査装置１では、フィルタチルト機構５６により選択光学フィルタ５１ａの基板９からラインセンサ４１に至る光路に対する傾きを変更することにより、基板９からの反射光に対する選択光学フィルタ５１ａの透過波長帯（すなわち、選択波長帯）を精度良く調整することができる。その結果、選択波長帯を膜９２の材質や膜厚等の特性に合わせて調整することにより、膜厚ムラをの検出精度を向上することができる。また、複数台のムラ検査装置において、選択光学フィルタの透過波長帯に製造誤差（例えば、中心波長において３ｎｍ程度の誤差）がある場合であっても、中心波長が最も短い選択光学フィルタに他の装置の選択光学フィルタの透過波長帯を合わせることにより、選択光学フィルタの透過波長帯を精度良く一致させることができ、複数台の装置間の個体差を除去して安定した検査を実現することができる。

波長帯切替機構５では、複数の光学フィルタ５１のそれぞれに対してフィルタチルト機構５６が設けられているため、各光学フィルタ５１の光路に対する傾きを個別に変更することにより、各光学フィルタ５１の透過波長帯を膜９２の特性に合わせて個別に調整することができる。ムラ検査装置１では通常、複数枚の同種類の基板９の膜厚ムラが連続的に検査されるが、検査に利用される２つの光学フィルタ５１の透過波長帯が個別に調整可能であるため、光学フィルタ５１の傾きの変更は１枚目の基板９の検査時のみでよく、その後は、傾きの変更は不要となる。このように、ムラ検査装置１では、複数枚の基板９の膜厚ムラを連続的に検査する場合に、光学フィルタ５１の透過波長帯の調整に係る作業を簡素化することができる。

波長帯切替機構５では、選択光学フィルタ５１ａが光出射部３からの線状光が伸びる方向であるＹ方向を向くフィルタ回転軸５５を中心として回動することにより、選択光学フィルタ５１ａに入射する線状光の全長に亘って、線状光の選択光学フィルタ５１ａに対する入射角が一定とされる。これにより、線状光の中央部と両端部とにおいて、選択光学フィルタ５１ａに対する入射角のわずかな差異による透過波長帯の僅かなずれが防止され、膜厚ムラの検出精度の低下を防止することができる。

ムラ検査装置１では、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。また、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３に示すムラ検査装置１のフィルタチルト機構５６に代えて、図９に示すようにフィルタホイール５２をフィルタ回転軸５５ａを中心として回動するフィルタチルト機構５６ａが設けられる。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。

図９に示すように、ムラ検査装置１ａの波長帯切替機構５では、フィルタチルト機構５６ａがフィルタ回転モータ５３のフィルタホイール５２とは反対側に取り付けられており、フィルタチルト機構５６ａがＹ方向を向くフィルタ回転軸５５ａを中心として図９中の時計回りに回動することにより、フィルタ回転モータ５３およびフィルタホイール５２も時計回りに回動する。これにより、選択光学フィルタ５１ａが他の光学フィルタ５１と共に傾けられ、選択光学フィルタ５１ａの基板９からラインセンサ４１に至る光路に対する傾斜角度が変更されて選択波長帯（すなわち、基板９からの反射光に対する選択光学フィルタ５１ａの透過波長帯）も変更される。

第２の実施の形態に係るムラ検査装置１ａによる膜厚ムラの検査の流れは、第１の実施の形態とほぼ同様であり、以下、図５および図６を参照しつつ説明する。ムラ検査装置１ａにより膜９２の膜厚ムラの検査が行われる際には、まず、フィルタチルト機構５６ａにより選択光学フィルタ５１ａの傾きが自動的に変更されて選択波長帯の調整が行われる（ステップＳ１１）。続いて、基板９およびステージ２の移動が開始され、光出射部３から線状の白色光が出射されて基板９上の線状照射領域に照射される（ステップＳ１２，Ｓ１３）。

光出射部３からの光は、基板９の上面９１にて反射され、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選択波長帯の光のみが取り出されて受光部４へと導かれる。受光部４では、波長帯切替機構５からの選択波長帯の光がラインセンサ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選択波長帯における強度分布が取得されて検査部７の画像生成部７１へと送られる（ステップＳ１４，Ｓ１５）。

ムラ検査装置１ａでは、ステージ２が検査終了位置に到達するまで（ステップＳ１６）、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ることにより、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（ステップＳ１４〜Ｓ１６）。その後、基板９およびステージ２の移動、並びに、照明光の照射が停止され（ステップＳ１７）、画像生成部７１により強調画像が生成されるとともに上面９１上に形成された膜９２の膜厚ムラが検出される（ステップＳ２１，Ｓ２２）。

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において選択光学フィルタ５１ａが切り替えられることにより選択波長帯が変更され（ステップＳ２３，Ｓ２３１）、ステップＳ１１に戻って必要に応じて選択光学フィルタ５１ａの傾きが自動的に変更された後、２回目の膜厚ムラの検出が行われる（ステップＳ１１〜Ｓ１７，Ｓ２１〜Ｓ２３）。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でも、第１の実施の形態と同様に、選択波長帯を変更して２回の膜厚ムラの検出を行うことにより、膜厚ムラを精度良く検出することができる。また、フィルタチルト機構５６ａにより、選択光学フィルタ５１ａの光路に対する傾きを変更することにより、第１の実施の形態と同様に、選択光学フィルタ５１ａの基板９からの反射光に対する透過波長帯（すなわち、選択波長帯）を精度良く調整することができる。その結果、選択波長帯を膜９２の特性に合わせて調整することにより、膜厚ムラの検出精度を向上させることができ、さらに、複数台のムラ検査装置において選択波長帯を精度良く一致させることができる。ムラ検査装置１ａも、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の波長帯切替機構５では、特に、１つのフィルタチルト機構５６ａにより複数の光学フィルタ５１の光路に対する傾きが一体的に変更されるため、複数の光学フィルタ５１に対して透過波長帯の調整を行う機構を簡素化することができる。また、第１の実施の形態と同様に、選択光学フィルタ５１ａが光出射部３からの線状光が伸びる方向であるＹ方向を向くフィルタ回転軸５５ａを中心として回動することにより、線状光の選択光学フィルタ５１ａに対する入射角が線状光の全長に亘って一定とされ、膜厚ムラの検出精度の低下を防止することができる。

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。また、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１０はムラ検査装置１ｂの構成を示す正面図である。図１０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ないし図３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、白色光を出射するハロゲンランプ３１、ステージ２ａの移動方向に垂直な図１０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、波長帯切替機構５の選択光学フィルタ５１ａを透過して選択波長帯の光に変換された後、受光部４のラインセンサ４１により受光される。

また、ムラ検査装置１ｂでは、第１の実施の形態と同様に、波長帯切替機構５の選択光学フィルタ５１ａが、上面９１上に光透過性の膜９２が形成されている基板９を経由しつつ光出射部３からラインセンサ４１に至る光路上に配置されており、フィルタチルト機構５６（図３参照）により選択光学フィルタ５１ａが傾けられることにより、選択光学フィルタ５１ａの光路に対する傾きが変更されて選択波長帯が調整される。

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、選択波長帯を精度良く調整することができるため、膜厚ムラの検出精度を向上することができる。また、複数台のムラ検査装置において選択波長帯を精度良く一致させることができる。

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、基板９を保持するステージは、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。

上記実施の形態に係るムラ検査装置では、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。

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光源要素が線状光を出射する光源として設けられてもよい。

波長帯切替機構５は、光出射部３からラインセンサ４１に至る光路上に配置されるのであれば、必ずしも基板９と受光部４との間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。

フィルタチルト機構は、上述の構成以外の様々な構成とされてよく、例えば、第１および第３の実施の形態に係るフィルタチルト機構５６では、各光学フィルタ５１のフィルタ回転軸５５の端部にステッピングモータが接続され、制御部８の制御によりステッピングモータが回転されることにより、光学フィルタ５１が回動されて光路に対する傾きが自動的に変更されてもよい。また、フィルタチルト機構による光学フィルタ５１の回転方向は、例えば、図３中における反時計回りであってもよい。

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上面９１の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図である。 波長帯切替機構を示す図である。 選択光学フィルタ近傍を拡大して示す図である。 光学フィルタの傾斜角度と透過波長帯のシフト量との関係を示す図である。 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。 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 光出射部
９ 基板
２１ 移動機構
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
５５，５５ａ フィルタ回転軸
５６，５６ａ フィルタチルト機構
９０ 光路
９１ 上面
９２ 膜
Ｓ１１〜Ｓ１７，Ｓ２１〜Ｓ２３，Ｓ２３１ 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、
   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取得するセンサと、
   前記光出射部から前記センサに至る光路上に配置されるとともに特定の波長帯の光を透過する光学フィルタと、
   前記光学フィルタの前記光路に対する傾きを変更するフィルタチルト機構と、
   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、前記センサおよび前記光学フィルタに対して相対的に移動する移動機構と、
   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、
   前記フィルタチルト機構が、前記所定の方向を向く軸を中心として前記光学フィルタを回動することを特徴とするムラ検査装置。
3. 請求項１または２に記載のムラ検査装置であって、
   前記光学フィルタとは異なる波長帯の光を透過するもう１つの光学フィルタと、
   前記光学フィルタおよび前記もう１つの光学フィルタのうち前記光路上に配置されてい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、
   前記もう１つの光学フィルタの前記光路に対する傾きを前記光学フィルタとは個別に変更するもう１つのフィルタチルト機構と、
   をさらに備えることを特徴とするムラ検査装置。
4. 請求項１または２に記載のムラ検査装置であって、
   前記光学フィルタとは異なる波長帯の光を透過するもう１つの光学フィルタと、
   前記光学フィルタおよび前記もう１つの光学フィルタのうち前記光路上に配置されてい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、
   をさらに備え、
   前記フィルタチルト機構が、前記光学フィルタを前記もう１つの光学フィルタと共に傾け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、
   前記センサが、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. 請求項１ないし６のいずれかに記載のムラ検査装置であって、
   前記膜が、前記基板の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。
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、
   主面上に光透過性の膜が形成されている基板を経由しつつ光出射部からセンサに至る光路上に配置されるとともに特定の波長帯の光を透過する光学フィルタを傾けて前記光学フィルタの前記光路に対する傾きを変更する工程と、
   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前記光出射部から、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前記センサにより、前記膜にて反射された、または、前記膜を透過した後の前記特定の波長帯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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