JP3657345B2

JP3657345B2 - 膜厚検査装置

Info

Publication number: JP3657345B2
Application number: JP10543096A
Authority: JP
Inventors: 尚士神津
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JPH09292207A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣウェハや液晶パネルなどの製造プロセスにおいて基板面に塗布されたレジストなどの膜厚検査に用いられる膜厚検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、液晶パネルの製造プロセスにおいて、基板表面に塗布したレジストに膜厚のむらなどがあると、エッチング後にパターン線幅などに不良を生じることが知られており、このため、これらレジストを塗布した基板について、エッチング前に膜厚検査を行うようにしている。
【０００３】
しかして、従来の膜厚検査装置では、分光測光を応用した光学式のものが主流であり、光学顕微鏡に分光器を取り付け、標本面からの反射光の分光特性を測定することで、レジストの膜厚を測定するようにしている。
【０００４】
図７は、このような原理を採用した膜厚検査装置の概略構成を示すもので、照明用光源１からの照明光をハーフミラー２および対物レンズ３を通してレジストを塗布した基板などの標本４面に照射し、この標本４面からの反射光を対物レンズ３、ハーフミラー２よりプリズム５を通して接眼レンズ６に与えるとともに、さらに測光絞り７、２次光カットフィルター８を通して回折格子９で分光しミラー１０を介してラインセンサ１１に取り込み、標本４について、例えば図８に示すような分光特性を得るようにしている。
【０００５】
そして、このような膜厚検査装置において、標本４の膜厚ｄは、下式により算出される。
ｄ＝Ｎ／４・（λ1 ・λ2 ）／（ｎ（λ1 ）・λ2 −ｎ（λ2 ）・λ1 ）
ここで、λ1 、λ2 は、入射した光の波長、ｎ（λ1 ）は、λ1 での屈折率、ｎ（λ2 ）は、λ2 での屈折率、Ｎは、λ1 とλ2 の間に存在する極大、極小の数である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような膜厚検査装置によると、標本４上での膜厚測定は、一回に一つのポイントの測定しかできないため、広い面積を有する標本４面について測定を行い膜厚分布を得ようとすると多大の時間がかかり実用的でなくなるという問題点があった。
【０００７】
このことは、近年、ＩＣウェハは、８インチから１２インチへと移行し、また、液晶パネルに用いられるガラス基板についても３２０×４００ｍｍから５５０×６５０ｍｍに移行する傾向とともに、ますます広い面積の膜厚分布の情報も簡単に得られる膜厚検査装置の出現が望まれている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、広い面積の膜厚分布の情報を簡単に得られる膜厚検査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検査対象物に対して波長の異なる単色光を選択的に照射する光源手段と、前記光源手段からの光を略平行な光束として前記被検査対象物面に対して照射するレンズと、前記被検査対象物の干渉像を撮像する撮像手段と、前記光源手段により選択された波長の異なる各単色光ごとに前記撮像手段により取り込まれた干渉像を画像処理して前記被検査対象物の膜厚に対応する分光特性を求める画像処理手段とを具備し、前記画像処理手段は、前記光源手段により選択された波長の異なる各単色光により照射された前記被検査対象物からの反射光量に対してＲＧＢカラー信号を生成し、それぞれ生成されたＲＧＢカラー信号を重ね合せて表示部に膜厚に応じたカラー画像を表示することを特徴とする。
【０００９】
また、前記表示部は、前記膜厚に応じたカラー画像に対する色見本を表示することを特徴とする。
さらに、前記光源手段は、白色光源と、この白色光源から出射された光を異なる干渉波長に変換する複数の干渉フィルタとからなることを特徴とする。
【００１０】
この結果、本発明によれば、被検査対象面に形成されるコーティング膜やレジスト膜などの膜厚に対し広範囲の膜厚分布が簡単に得られ、更に膜厚分布をカラー表示して膜厚状態を一見して観察することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態の膜厚検査装置の概略構成を示している。図において、２１は白色光源で、この白色光源２１には、干渉光源としてハロゲンランプなどを用いている。
【００１２】
そして、この白色光源２１の前面に、フィルタ回転ユニット２２を配置している。このフィルタ回転ユニット２２は、回転円板２２１の周縁部に沿って複数の穴部２２２を設け、これら穴部２２２に干渉フィルター２２３を設けている。そして、回転円板２２１の回転操作により所望の干渉フィルター２２３を光源２１の光路上に選択的に位置させることで、各干渉フィルター２２３に応じた複数の単色光を取り出し可能にしている。
【００１３】
この場合、白色光源２１の光路上に位置させる干渉フィルター２２３は、干渉波長が５００〜７００ｎｍの中から最適なものを選択するようになるが、基板に塗布された膜厚が、所定の基準膜厚を中心に変動するような場合は、その膜厚が最も感度よく検出される干渉波長のものを選択するようになる。また、事前に被検査対象が定まらない場合は、干渉波長を５００ｎｍから３０ｎｍずつ、半値幅（光を通すバンド幅）が１０ｎｍの干渉フィルタを１０個用い、この中からコントラストの最も良くなるものを選択的に使用するようにする。
【００１４】
このようなフィルタ回転ユニット２２を通した光を、光ファイバ２３を介してフロスト２４に与える。このフロスト２４は、光ファイバ２３からの光を拡散光に変換するものである。
【００１５】
そして、このフロスト２４からの拡散光をハーフミラー２５で反射してコリメートレンズ２６に導き、ここで、平行光に変換して、被検査対象であるレジストなどを塗布した基板２７面を均一な光として一括照射するようにしている。
【００１６】
この場合、基板２７上に照射された光は、基板表面に塗布された薄膜の上面と下面で反射し、膜厚に依存した干渉像を形成する。
この干渉像は、コリメートレンズ２６、ハーフミラー２５を通し、さらにズームレンズ２８を通してＣＣＤカメラ２９に結像するようにしている。このＣＣＤカメラ２９には、解像度の優れたモノクロカメラが用いられている。
【００１７】
ＣＣＤカメラ２９には、カメラコントローラ３０を接続し、さらに、カメラコントローラ３０に画像処理装置３１を接続している。
画像処理装置３１は、干渉フィルタ２２３ごとにＣＣＤカメラ２９に結像される各干渉画像を蓄積するとともに、膜厚の分光特性を求め、さらに、この分光特性から膜厚に応じたＲＧＢのカラー信号生成して出力するようにしている。
【００１８】
そして、この画像処理装置３１からのカラー信号を表示部３２に与え、基板２７面の膜厚に応じた疑似カラー映像を表示するようにしている。
なお、３３は、パソコン３３で、画像処理装置３１からの画像信号を取り込むとともに、所定の処理を行うもので、この処理結果をモニタ３４に表示するようにもしている。
【００１９】
図２は、画像処理装置３１の概略構成を示している。
画像処理装置３１は、画像バス３１１にＡＤ変換器３１２、画像メモリ３１３、プロセッサユニット３１４、ＣＰＵユニット３１５、画像メモリ群３１６、Ｒ画像メモリ３１７、Ｇ画像メモリ３１８、Ｂ画像メモリ３１９を接続し、これらＲ画像メモリ３１７、Ｇ画像メモリ３１８、Ｂ画像メモリ３１９にそれぞれＤＡ変換器３２０、３２１、３２２を接続している。
【００２０】
ここで、ＡＤ変換器３１２は、ＣＣＤカメラ２９から入力される画像信号を８ビット（２５６階調）のデジタル信号に変換するものである。画像メモリ３１３は、ＡＤ変換器３１２でデジタル化された画像信号を記憶するための汎用の画像メモリである。ＣＰＵユニット３１５は、外部制御信号（コマンド）に応じて疑似カラー信号を生成するための画像処理を行うものである。プロセッサユニット３１４は、ＣＰＵユニット３１５に送られた外部制御信号（コマンド）により階調圧縮、二値化、ヒストグラムなどの画像処理を行うものである。画像メモリ群３１６は、画像バス３１１を介して画像データの入替えが可能であり、ＣＰＵユニット３１５に外部制御信号（コマンド）を与えることによりデータ転送を行うものである。Ｒ画像メモリ３１７、Ｇ画像メモリ３１８、Ｂ画像メモリ３１９は、疑似カラー化されたＲＧＢの画像信号を各別に記憶するもので、これらＲ画像メモリ３１７、Ｇ画像メモリ３１８、Ｂ画像メモリ３１９に記憶された画像信号を、ＤＡ変換器３２０、３２１、３２２を介してアナログ信号に変換し、ＲＧＢカラー映像信号として出力するようにしている。
【００２１】
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
いま、白色光源２１より照明光が出射されると、この照明光は、フィルタ回転ユニット２２で選択された第１の干渉フィルター２２３を通して単色光として取り出され、光ファイバ２３を介してフロスト２４に導かれ、コリメートレンズ２６により平行光に変換されて、被検査対象であるレジストなどを塗布した基板２７面に均一光として一括照射される。
【００２２】
そして、この照明光により、基板２７表面に膜厚に依存した干渉像が形成されると、この干渉像は、コリメートレンズ２６、ハーフミラー２５を通し、さらにズームレンズ２８を通してＣＣＤカメラ２９に結像され、このＣＣＤカメラ２９からの画像信号が画像処理装置３１に取り込まれる。
【００２３】
同様にして、フィルタ回転ユニット２２で干渉波長の異なる第２および第３の干渉フィルター２２３に切り替えられ、これら第２および第３の干渉フィルター２２３を通した単色光による干渉像がＣＣＤカメラ２９に結像され、これら画像信号も画像処理装置３１に取り込まれる。
【００２４】
これらＣＣＤカメラ２９からの画像信号は、画像処理装置３１のＡＤ変換器３１２により８ビット（２５６階調）のデジタル信号に変換されて、画像メモリ３１３に一旦蓄積され、その後、外部制御信号（コマンド）に応じたＣＰＵユニット３１５による画像処理により干渉像から膜厚に対応する分光特性が求められ、さらに、分光特性から膜厚に応じたカラー信号が生成される。
【００２５】
この場合、例えば、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような膜厚サンプルＡ、Ｂ、Ｃに対する分光特性が与えられ、これら分光特性から、第１乃至第３の干渉フィルタ２２３として、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍの各干渉波長のものを順に切り替えて使用したとすると、各膜厚サンプルＡ、Ｂ、Ｃに対する干渉像の反射光量から、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようなＲＧＢのカラー信号が生成され、それぞれＲ画像メモリ３１７、Ｇ画像メモリ３１８、Ｂ画像メモリ３１９に記憶されるようになる。
【００２６】
つまり、いま、図３（ａ）に示す膜厚サンプルＡに対して、５００ｎｍの干渉フィルタ２２３を通った単色光より得られた反射光量をＢ（ブルー）で表示し、６００ｎｍの干渉フィルタ２２３を通った単色光より得られた反射光量をＧ（グリン）で表示し、７００ｎｍの干渉フィルタ２２３を通った単色光より得られた反射光量をＲ（レッド）で表示するものとすると、図４（ａ）に示すようなＲＧＢのカラー信号が生成され、同様に、図３（ｂ）に示す膜厚サンプルＢに対して、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍの各干渉フィルタ２２３を通った単色光より得られた反射光量をそれぞれＢ（ブルー）、Ｇ（グリン）、Ｒ（レッド）で表示するものとすると、図４（ｂ）に示すＲＧＢのカラー信号が生成され、さらに、図３（ｃ）に示す膜厚サンプルＣに対して、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍの各干渉フィルタ２２３を通った単色光より得られた反射光量をそれぞれＢ（ブルー）、Ｇ（グリン）、Ｒ（レッド）で表示するものとすると、図４（ｃ）に示すＲＧＢのカラー信号が生成される。
【００２７】
そして、これら図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す各ＲＧＢのカラー信号は、Ｒ画像メモリ３１７、Ｇ画像メモリ３１８、Ｂ画像メモリ３１９より読み出されＤＡ変換器３２０、３２１、３２２を介してアナログ信号に変換され、ＲＧＢカラー映像信号として、表示部３２に送られ、ここで重ね合わされることで、表示部３２に、膜厚分布として疑似カラー表示されることになる。
【００２８】
図５は、このようにして得られた膜厚分布の表示例を示すもので、この場合、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す各ＲＧＢのカラー信号の重ね合わせにより膜厚サンプルＡ部分は、濃い紫、膜厚サンプルＢ部分は、薄い紫、膜厚サンプルＣ部分は、黄緑で表示され、さらに膜厚Ａと膜厚Ｂの間に位置する膜厚部分は、膜厚Ａと膜厚Ｂの中間色で表示される。
【００２９】
なお、このような膜厚分布を表示する表示部３２の表示画面に、膜厚に対応した色見本３２０１を表示するようにすれば、表示部３２の表示画面上の膜厚分布をさらに見易いものにできる。
【００３０】
従って、このようにすれば白色光源２１の光路中に挿入される干渉波長の異なる第１乃至第３の干渉フィルタ２２３を順に切り替え、これら干渉フィルタ２２３より取り出される単色光をレジストなどを塗布した基板２７面に照射し、この基板２７面の干渉像に応じた反射光量をＣＣＤカメラ２９より取り込むとともに、画像処理装置３１により各干渉フィルタ２２３に対応して色指定されたＲＧＢの各カラー信号をＣＣＤカメラ２９より取り込んだ反射光量に対応させて生成し、これらＲＧＢのカラー信号を表示部３２にて重ね合わせて表示することで、基板２７面の膜厚分布を疑似カラー表示するようにしている。これにより、基板２７面に形成されるコーティング膜やレジスト膜などの膜厚分布の疑似カラー表示を、基板２７全体について簡単に得られ、この表示の内容から膜厚状態を一見して観察することができるので、ＩＣ用の大型ウェハや液晶パネルなどの製造プロセスにおける膜厚管理が簡単になり、製品の歩止まりを一段と向上させることができる。また、従来の分光測光を応用した光学式の膜厚検査装置と比べて、構成が簡単にできるので、価格的にも安価にできる。
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、干渉波長の異なる３個の干渉フィルタ２２３を通った単色光より得られた反射光量に応じた画像を、それぞれＲ、Ｇ、Ｂで表示し、これら画像を重ね合わせることで、疑似カラー表示を得るようにしたが、この第２の実施の形態では、干渉波長の異なるｎ個（ここでは４個）の干渉フィルタを用い、これら干渉フィルタごとに、それぞれカラー画像を表示することで、疑似カラー表示画像を得るようにしている。
【００３１】
かかる第２の実施の形態では、上述した図１を援用するものとする。そして、この場合の画像処理装置３１は、第１の干渉フィルタを通った単色光より得られた反射光量からＲＧＢのカラー信号を生成し、同様にして第２から第４の干渉フィルタを通った単色光より得られた反射光量からもＲＧＢのカラー信号を生成し、これらＲＧＢのカラー信号を表示部３２の同一表示画面上に表示するようにしている。
【００３２】
つまり、図６に示すように第１の干渉フィルタを通った単色光より得られた干渉像をＲＧＢのカラー信号からなるＡカラーで表示し、第２の干渉フィルタを通った単色光より得られた干渉像をＲＧＢのカラー信号からなるＢカラーで表示し、さらに第２、第３の干渉フィルタを通った単色光より得られた干渉像をＲＧＢのカラー信号からなるＣ、Ｄカラーで表示することにより、表示部３２上に一画面分の膜厚分布疑似カラー表示画像を得られることになる。
このようにすれば、さらに微妙に異なる膜厚についても精度よく表示することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、被検査対象面に形成されるコーティング膜やレジスト膜などの膜厚に対して広範囲の膜厚分布が間単に得られる。また、膜厚分布をカラー表示することにより膜厚状態を一見して観察できるようになるので、ＩＣ用の大型ウエハや液晶パネルなどの製造プロセスにおける膜厚管理が簡単になり、製品の歩止まりを一段と向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態で用いられる画像処理装置の概略構成を示す図。
【図３】第１の実施の形態を説明するための膜厚サンプルの分光特性を示す図。
【図４】第１の実施の形態を説明するためのＲＧＢカラー信号の生成状態を示す図。
【図５】第１の実施の形態での膜厚分布の表示例を示す図。
【図６】本発明の第２の実施の形態での膜厚分布の表示例を示す図。
【図７】従来の膜厚検査装置の概略構成を示す図。
【図８】同膜厚検査装置による分光特性を示す図。
【符号の説明】
２１…白色光源、
２２…フィルタ回転ユニット、
２２１…回転円板、
２２２…穴部、
２２３…干渉フィルター、
２３…光ファイバ、
２４…フロスト、
２５…ハーフミラー、
２６…コリメートレンズ、
２７…基板、
２８…ズームレンズ、
２９…ＣＣＤカメラ、
３０…カメラコントローラ、
３１…画像処理装置、
３１１…画像バス、
３１２…ＡＤ変換器、
３１３…画像メモリ、
３１４…プロセッサユニット、
３１５…ＣＰＵユニット、
３１６…画像メモリ群、
３１７…Ｒ画像メモリ、
３１８…Ｇ画像メモリ、
３１９…Ｂ画像メモリ、
３２０、３２１、３２２…ＤＡ変換器、
３２…表示部、
３２０１…色見本、
３３…パソコン、
３４…モニタ。

Claims

被検査対象物に対して波長の異なる単色光を選択的に照射する光源手段と、
前記光源手段からの光を略平行な光束として前記被検査対象物面に対して照射するレンズと、
前記被検査対象物の干渉像を撮像する撮像手段と、
前記光源手段により選択された波長の異なる各単色光ごとに前記撮像手段により取り込まれた干渉像を画像処理して前記被検査対象物の膜厚に対応する分光特性を求める画像処理手段とを具備し、
前記画像処理手段は、前記光源手段により選択された波長の異なる各単色光により照射された前記被検査対象物からの反射光量に対してＲＧＢカラー信号を生成し、それぞれ生成されたＲＧＢカラー信号を重ね合せて表示部に膜厚に応じたカラー画像を表示することを特徴とする膜厚検査装置。
前記表示部は、前記膜厚に応じたカラー画像に対する色見本を表示することを特徴とする請求項１記載の膜厚検査装置。
前記光源手段は、白色光源と、この白色光源から出射された光を異なる干渉波長に変換する複数の干渉フィルタとからなることを特徴とする請求項１記載の膜厚検査装置。