JP4201410B2

JP4201410B2 - 非接触薄膜検査装置

Info

Publication number: JP4201410B2
Application number: JP35639698A
Authority: JP
Inventors: 覚酒井; 護俊安藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-12-15
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2018-12-15
Also published as: JP2000180370A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学検査技術、特に薄膜上の外形エッチング加工、薄膜のパターンの検査を行う際に用いる標準パターンに対して有効に適用することのできる非接触光学薄膜検査装置に関する。
近年、電子機器の高密度化に伴い、機器の内部のプリント板についても高密度配線を目的とした微細パターンの開発や、各種の電子部品についても極小部品の開発が盛んになっている。プリント板等の微細パターンをもった製品の製造工程においては、配線パターンの欠け、断線や短絡などの二次的な欠陥を検出するためのパターン検査が必須である。また極小部品にあっては、その動的特性を決定するエッチング等で加工された各部の幅・寸法を高精度で計測することが求められている。このようなパターン検査や高精度計測は、配線パターンの微細化や、その製品の生産量の増大に伴い、もはや作業者による目視検査や、精密計測機での機械的な高精度計測では製造者の要求を十分満足させることは困難となっている。そのため、検査対象に対して非接触でかつ高速自動検査を行える、光学的検査装置の開発が強く求められている。さらに、検査の対象が数十μｍの厚さの薄膜である場合は、高精度計測を行う際の基準となる計測標準パターンのパターン形成面が、テーブルから数十μｍの位置にある点に留意が必要であり、かつパターン周辺の部品が環境変化に強い材質、構造であることが必要である。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、高密度計測を行う装置には、その計測の確からしさを国際的な取り決めに基づいて保証するため、標準パターンが付属されている。その主なものは、基板の材質がガラスで、その基板の表面にクロムなどを蒸着することによってパターンを形成したものである。そして、そのパターンの幅を国際標準に基づいた測定によって保証した標準パターンとなっている。また、標準パターンは、ユニット様になっており、測定時にユニットごと装置に取付けられる構造のものが殆どで、装置に永久的に固定されていることは希であった。
【０００３】
従来技術において標準パターンの基板のように、材質としてガラスを用いるのは、環境変化に強いことがその理由であるが、その場合、数ｍｍの厚さを有するガラスであることが条件になっている。一方、薄膜を対象とした検査の場合には、数ｍｍの厚さを有する標準パターンを使用した場合、薄膜の表面と従来からの標準パターンであるガラスの表面とでは、数ｍｍの高さの違いが生ずることになる。実際の薄膜検査時の光学系と標準パターンによって校正を行う時の光学系の条件とを一致させるためには、レンズ、カメラ等のセンサ、照明からなる光学系を上下方向に移動させパターン面に対する距離を調整するための手段が必要となる。
【０００４】
図１は従来技術による非接触光学薄膜検査装置を斜視図で示すもので、図１（ａ）は標準パターンの校正時の状態を示し、図１（ｂ）は薄膜の検査時の状態を示す。検知光学系１０は、カメラ等のセンサ１１とレンズ１２からなる。標準パターン部材２０や薄膜２１等の被測定対象を載せるテーブル１３には、下方からの照明光を通過させる穴１４が設けられている。前述のように、標準パターン部材２０は数ｍｍの厚さを有するガラス基板の表面にクロムでパターンを形成したものである。一方、薄膜２１はその厚さが数十μｍ程度のもので、標準パターンの校正時と薄膜の検査時とで、光学系１０から被測定対象の表面までの距離の違いを修正するために、光学系１０はテーブル１３に対して上下方向に移動可能となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来技術においては、薄膜の表面と標準パターンのガラス基板の表面との高さの違いを調整し、薄膜検査時の光学系と標準パターンによって校正を行う時の光学系の条件を一致させるためには、レンズ、カメラ等のセンサ、照明からなる光学系を上下方向に移動させる手段が必要であった。
【０００６】
光学系を上下移動させる場合には、それぞれの光学部品の位置の再現性を高めるために、標準パターンや薄膜を載せるステージは、高精度に加工されていることが必要がある。薄膜を対象とする検査装置では、対象を高速に移動することは薄膜であるという性質上、製品が破れる、曲がるなどの欠陥の原因となるために避けるべきことである。そのため、光学系を例えば検査対象のある位置まで移動させることが多かった。特に使用するセンサがラインセンサ型のカメラである場合には、等速度で光学系を動かす必要がある。これらの場合、光学系の調節用にステージが多くなること、また、重くなることは、不利である。さらに光学系の倍率を変える必要のない対象の場合には、レンズに調整用のステージを付ける必要がなく、光学系を上下移動させる目的は校正のみとなる。
【０００７】
光学系全体を上下させない場合には、ガラスの厚さ分のピントの異なる位置での校正となるため、実際の薄膜検査時とは条件が異なる光学系のもとでの校正となり、実際の検査時との間で誤差を生ずる原因となる。
そこで、本発明は、光学系を移動させる必要性を最小限に抑え、従来どおりの安定性を持つ標準パターン及び薄膜の非接触検査装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、基板上にパターンニングされた面を有する標準パターン部材と、前記標準パターン部材を保持するホルダと、前記ホルダ及び薄膜状の検査対象を設置可能なテーブルと、前記テーブル上の前記薄膜状の検査対象及び前記標準パターン部材を光学的に計測するセンサを含む光学系とを備え、前記ホルダは、前記センサから前記標準パターン部材までの距離と、前記センサから前記薄膜状の検査対象までの距離との差を、前記センサの焦点深度内に収まるように、前記標準パターン部材を前記テーブルに設置する手段を有し、前記テーブルは、照明光を透過させることができ且つ前記標準パターン部材を保持したホルダを前記テーブルに設置した時、前記標準パターン部材を内部に設置できる穴を有することを特徴とする非接触薄膜検査装置が提供される。
【０００９】
図２に本発明の原理を示すように、この発明による標準パターン部材は、厚さ数ｍｍのガラスのような透明基板の上にクロム等の遮光材で蒸着等によりパターンニングしたものである。薄膜の外形エッチング検査を行う場合、その画像で最も良いコントラストが得られる照明方法は、透過照明である。この透過照明方式は、外形の幅などを高精度で計測する装置に最も多く用いられている照明方式である。この場合、テーブルには、計測対象を下方から照明する照明光を透過させるために穴を設けることが多い。
【００１０】
標準パターン部材は、ガラスの表面に例えばクロム蒸着など従来と同様な方式で標準パターンを形成したものである。厚さも従来どおりガラス材質の安定性を損なわない数ｍｍ程度のものである。このパターンをホルダでユニットにして、標準パターン校正時に穴にガラスの標準パターン部材を入れる。ホルダは穴の上部にてテーブルに引っ掛かる構造になっており、ガラス基板はホルダとテーブルによってテーブルからの高さが一定に決められる。テーブルからの高さは検査対象である薄膜の厚さに相当するようホルダの加工によって調整する。
【００１１】
ホルダはテーブルの穴を跨ぐようにして該ホルダの両側部でテーブルに支持される。或いは、ホルダは穴の片側でテーブルに支持される。
ホルダは、センサの光軸に対して標準パターン部材が傾斜した状態となるように、標準パターン部材を設置するステージを具備する。この場合において、ステージは、センサの光軸に対する標準パターン部材の傾斜角が可変となる手段を具備する。また、この場合において、センサの光軸に対する標準パターン部材の傾斜角を計測することで、標準パターン部材上の合焦点位置を計測する手段を具備する。
【００１２】
本発明によれば、薄膜の検査時と標準パターン部材の校正時で光学系を上下方向に移動させることなしに校正を行うことが可能である。同じように光学系を上下方向に移動させることなしに穴を持つテーブルの傾き測定、焦点位置の測定、穴を持つ複数のテーブルの高さの測定が可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図２に第１実施形態を示す。標準パターン部材２０自体は従来例と同じもので、厚さ数ｍｍのガラスのような透明基板の表面にクロム蒸着等の遮光材でパターンニングしたものである。
【００１４】
ホルダ３０は略矩形の枠状に形成され、中心部に開口３１を有し、下面は精密に加工されている。このホルダ３０の下面に標準パターン部材２０の上面が接するように、標準パターン部材２０がホルダ３０に取付けられる。ホルダ３０の両側部分はテーブル１３上に載っており、標準パターン部材２０の位置する中央部は穴１４の内部に配置される。テーブル１３の穴１４の下方には照明装置１５があり、標準パターン部材２０が下方から照明され、上方にある光学系（図示せず）にて測定される。この実施形態では、パターンが形成されている標準パターン部材２０の上面とテーブル１３の上面の高さ位置関係がユニットを構成するホルダ３０によって一定の関係、即ち同一面に固定される。したがって、標準パターンの校正時と、薄膜の検査時とでカメラの焦点を一致させるために光学系を上下移動させる必要がなくなる。なお、薄膜は図１（ｂ）と同様にテーブル１３上に載置して計測されるが、薄膜の厚さについては、わずか数十μｍであることから、カメラの焦点深度内に収まり光学系の上下方向の調整を必要としない。
【００１５】
図３に第２実施形態を示す。ホルダ３０は、テーブル１３に載る両側のステージ部３２と、中央部の標準パターン部材の搭載部３３からなり、搭載部３３は両側ステージ部３２に対して上下方向に移動可能となっている。即ち、搭載部３３の一方の脇には、ステージ部３２に固定された側板３４があり、この側板３４には、高さ調整用のねじ３５が取付けられている。このねじ３５を回転することにより、標準パターン部材２０を載せた搭載部３３の底板を側板３４に対して上下移動させる構造である。この底板３３は下方からの照明光の透過を妨げないように枠状になっており、標準パターン部材２０の下面の周囲部分を支持する構造となっている。このような構造によりテーブル１３の上面と標準パターン部材２０の上面の高さ位置関係を任意に調整可能である。したがって、標準パターン部材２０の校正時と薄膜の検査時とで、光学系を上下に移動させることなく、測定対象である標準パターン部材２０の表面と薄膜面との高さ位置関係を調整して、焦点を一致させる。
【００１６】
図４に第３実施形態を示す。この実施形態は、図２及び図３に示した実施形態のホルダ３０がテーブル１３の穴１４の両側でテーブル１３と密着しているのに対し、片側だけでテーブル１３に密着するようにして片持ちばりの形態で標準パターン部材２０を支持するものである。特に、この実施形態は図２の実施形態に対応する。また、この実施形態では、例えば１つの穴１４の周囲に複数のテーブル１３が設けられている場合において、そのテーブル１３間に段差（図示せず）がある場合には、基準とするテーブルを明確にした上で計測をすることができる。
【００１７】
図５に第４実施形態を示す。この実施形態は、図４の実施形態と同様に、ホルダ３０の片側だけでテーブル１３に密着するようにして片持ちばりの形態で標準パターン部材２０を支持するものである。特に、この実施形態は図３の実施形態に対応する。また、この実施形態では、同一光学系が動作する範囲の複数のテーブルについてそれぞれねじ３５で高さを調整してピントを合わせた時に、標準パターンの高さを記録することで複数のテーブルの間の高さの違い（段差）を計測することが可能である。なお、標準パターンの高さはステージの値を読み取ることで計測可能である。
【００１８】
図６に第５実施形態を示す。（ａ）は正面から見た斜視図、（ｂ）は側面からみた斜視図、（ｃ）は標準パターン部材が傾いている場合のセンサからの信号出力を示し、（ｃ）はセンサに対して標準パターンの傾きがなくなった時の信号出力を示す。この実施形態では、標準パターン部材２０を保持するホルダ３０の一方の側に側板３５があって、調節ねじ３５をもった上下機構を有し、高さ調整ステージを構成する。ホルダ３０の他方の側は標準パターン部材２０を固定的に保持する。したがって、ねじ３５を回転しさせることで、標準パターン部材２０を傾斜させることができる。この標準パターンにピントを合わせることによって光学系の例えばラインセンサのような画像センサに対するステージの傾き角度を計測することが可能である。即ち、センサに対して標準パターンが傾いている場合は、センサからの出力が変化して（ｃ）のような波形となる。センサに対する標準パターンの傾きがなくなった場合は、センサからの出力が均一で（ｄ）のような波形となる。
【００１９】
図７に第６実施形態を示す。（ａ）は斜視図、（ｂ）はセンサからの信号出力を示す。この実施形態では、センサ（図示せず）に対して最初から一定角度傾けたステージを使用する。このように標準パターンの傾きと高さ位置を予め規定しておくと、（ｂ）に示すように、ピントが合っている位置では信号出力が高く、ピントが合っていない位置では信号出力が低くなるので、出力の高いセンサからの信号によってピントが合っている位置が分かり、テーブルとの高さ関係を計測することができる。
【００２０】
上記の実施形態では、いずれもテーブル１３の下方からの透過光を利用しているが、反射光学系（図示せず）を使用する標準パターン部材の場合は、基板にガラスのような透明材質のものを用いなくてもよい。反射光学系による検査装置において、本発明の標準パターン部材を使用する場合は、標準パターン用に検査装置の一部に穴を設けることによって、使用が可能となる。
【００２１】
ステージ付の標準パターン部材の場合は、ステージによって高さ位置を変える毎にピントの観察を行うことで焦点深度の測定が可能になる。
上記の実施形態の各ステージはその機能を全て付けても良いし、一部の機能を付けることで機能を限定させてもよい。
また、上記第６実施形態において、傾斜角度をステージによって調整できるようにしておいてもよい。
【００２２】
また、上記第１又は第３実施形態において、図８に示す第７実施形態のように、ユニットでテーブルの穴に入る部分にクリップ様の構造４０を設け、そこに実際の薄膜検査対象２１をはめ込むことで標準パターン部材２０の高さと薄膜検査対象２１の高さを一致させる構造としてもよい。
以上、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能であることに留意すべきである。
【００２３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、標準パターン部材をホルダを使用して保持することで検査時と校正時で光学系を上下移動させる必要がなく、従来は必要であった校正のための光学系上下移動機構を設ける必要性がなくなった。このため、光学系の部品点数を減少できること、重量の軽減できること、さらにそのことで高速検査のためのステージ速度を得るためのステージのパワーを低く抑えることに大いに寄与することとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による非接触光学薄膜検査装置を示すもので、（ａ）は標準パターンの校正時の状態、（ｂ）は薄膜の検査時の状態を示す。
【図２】本発明の第１実施形態を斜視図で示す。
【図３】本発明の第２実施形態を斜視図で示す。
【図４】本発明の第３実施形態を斜視図で示す。
【図５】本発明の第４実施形態を斜視図で示す。
【図６】本発明の第５実施形態を示すもので、（ａ）は正面から見た斜視図、（ｂ）は側面から見た斜視図、（ｃ）及び（ｄ）はセンサからの出力を示す。
【図７】本発明の第６実施形態を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）はセンサからの出力を示す。
【図８】本発明の第７実施形態を斜視図で示す。
【符号の説明】
１０…検知光学系
１１…センサ
１２…レンズ
１３…テーブル
１４…穴
１５…照明
２０…標準パターン部材
２１…薄膜
３０…ホルダ
３１…開口
３２…外枠
３３…底板
３４…側板
３５…調整ねじ

Claims

基板上にパターンニングされた面を有する標準パターン部材と、
前記標準パターン部材を保持するホルダと、
前記ホルダ及び薄膜状の検査対象を設置可能なテーブルと、
前記テーブル上の前記薄膜状の検査対象及び前記標準パターン部材を光学的に計測するセンサを含む光学系とを備え、
前記ホルダは、前記センサから前記標準パターン部材までの距離と、前記センサから前記薄膜状の検査対象までの距離との差を、前記センサの焦点深度内に収まるように、前記標準パターン部材を前記テーブルに設置する手段を有し、
前記テーブルは、照明光を透過させることができ且つ前記標準パターン部材を保持したホルダを前記テーブルに設置した時、前記標準パターン部材を内部に設置できる穴を有することを特徴とする非接触薄膜検査装置。
前記ホルダは前記穴を跨ぐようにして、前記ホルダの両側部で前記テーブルに支持されることを特徴とする請求項１に記載の非接触薄膜検査装置。
前記ホルダは前記穴の片側で前記テーブルに支持されることを特徴とする請求項１に記載の非接触薄膜検査装置。
前記ホルダは、前記センサの光軸に対して前記標準パターン部材が傾斜した状態となるように、前記標準パターン部材を設置するステージを具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非接触薄膜検査装置。
前記ステージは、前記センサの光軸に対する前記標準パターン部材の傾斜角が可変となる手段を具備することを特徴とする請求項４に記載の非接触薄膜検査装置。
前記センサの光軸に対する前記標準パターン部材の傾斜角を計測することで、前記標準パターン部材上の合焦位置を計測する手段を具備することを特徴とする請求項４又は５に記載の非接触薄膜検査装置。