JP4848263B2 - 板状部材検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハや液晶パネル等の板状部材の検査装置に関し、特に、板状部材の反り量等を検査する検査装置に関するものである。

プラズマディスプレイや液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどのＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）には、ガラス基板等のパネル部材（板状部材）が用いられており、その製造過程において薄膜を成膜するが、ガラス基板と薄膜との熱膨張係数の差により、ガラス基板に反りが生じる。

この反りは、パターニングプロセス中においては光学系の焦点ズレ、成膜プロセス、ＣＭＰ（Chemical mechanical polishing）プロセス又は剥離プロセスにおいては平坦化、に影響を与え、不良品発生の原因となっている。このようなことから、ＦＰＤの製造の過程において、不良品発生を防ぐべく、板状部材の反り量などの欠陥の有無を検査したりする品位検査をする必要がある。

従来、基板検査装置は、特許文献１や特許文献２に示すように、フラットな載置台上にガラス基板を載置して、レーザ変位計で形状の測定を行っているものがある。

しかしながら、ガラス基板の大型化に伴って、成膜により生じる基板の反り量が自重による撓み量に埋もれてしまい、データ測定が不可能になってしまうという問題がある。

つまり、成膜されたガラス基板をフラットな載置台に載置すれば、その反りにより載置台から浮いている部分があるはずであるが、ガラス基板が大型であれば、その自重による撓みにより、その部分が載置台に接触してしまい、その結果、ガラス基板が全体的に載置台の上面に接触してしまう。これでは、成膜による反り量を測定することができない。

近時では、第６世代、第７世代、第７．５世代、第８世代と称されるように、ＦＰＤの大型化に伴うパネル部材の大型化（第６世代では１８５０ｍｍ×１５００ｍｍ、第７世代では２２００ｍｍ×１９００ｍｍ、第７．５世代では１９５０ｍｍ×２２５０ｍｍ、第８世代では、２２００ｍｍ×２５００ｍｍ）によって、ますます成膜による反り量の検査が困難になってきている。
特開２００４−１５１１０２号公報 特開２０００−９６６１号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、大型化しつつある半導体ウエハや液晶パネル等の板状部材の反り量を簡単且つ確実に測定することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る板状部材検査装置は、板状部材を水平に載置するための載置台と、前記載置台に載置された板状部材に光を照射する光照射部と、光が照射された板状部材からの反射光を検出する光検出部と、前記光検出部からの光検出信号を受け付けて、前記板状部材に生じる反り量を算出する演算部と、を備え、前記載置台が、その上面に設けられ、前記板状部材の下面に接触して、その板状部材を水平に支持する互いに離間した複数の突出支持部を備えており、前記演算部が、成膜加工が施された板状部材の反り量と成膜加工が施されていない板状部材の反り量との差を算出し、さらにその差から前記突出支持部の支持反力の曲げモーメント影響を除去して、前記成膜加工が施された板状部材における成膜加工により生じる反り量を算出するものであることを特徴とする。

このようなものであれば、板状部材が自重により撓んでも、水平な載置台に全体的に接触することを防ぐことができるので、板状部材の反り量を簡単且つ確実に測定することができる。

演算部の反り量計算を簡単にするためには、前記突出支持部が長尺状をなし、互いに平行に配置されていることが望ましい。

さらに、演算部の反り量計算を簡単にするためには、前記突出支持部が等間隔に設けられていることが望ましい。

載置される板状部材に傷を付けないようにするためには、前記突出支持部の先端部が曲面加工されていることが望ましい。

加工による反り量を算出するための演算部の具体的な実施の態様としては、前記演算部が、前記基準となる基準板状部材の測定結果から得られた反り量から、前記基準となる板状部材に所定の加工を施した加工板状部材の測定結果から得られた反り量、及び前記支持部の支持反力の曲げモーメントによる反り量を差し引くことにより、前記加工板状部材における前記加工による反り量を算出するものであることが望ましい。

具体的な検査対象としては、前記基準板状部材が、成膜されていないリファレンス基板であり、前記加工板状部材が、成膜された成膜基板であることが考えられる。

このように構成した本発明によれば、たとえ大型の板状部材であっても、板状部材が自重により撓んで載置台に全体的に接触することを防ぐことができるので、簡単且つ確実にその反り量を測定することができる。

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は、本実施形態に係る板状部材検査装置１の全体斜視図であり、図２は、載置台３の断面図を示す図である。

本実施形態に係る板状部材検査装置１は、ＦＰＤに用いられる例えば第６世代、第７世代等のガラス基板Ｗ等に対応してその反り量及び応力等の測定を行えるようにしたものであって、図１に示すように、床上に設置される矩形板状をなすベース２と、そのベース２上を水平長手方向（以下Ｘ軸方向とも言う）に移動可能に設けた載置台３と、前記ベース２上に長手方向と直交して跨るように設けた門型をなすヘッド支持体４と、前記ヘッド支持体４によって長手方向と直交する水平方向（以下Ｙ軸方向とも言う）及び鉛直方向（以下Ｚ軸方向とも言う）に移動可能に支持させた検査機器支持用ヘッド５と、その検査機器支持用ヘッド５に取り付けられた検査機器６と、その検査機器６からの検出信号に基づいて所定の演算を行う演算装置７と、を備えている。そして、載置台３の移動と検査機器支持用ヘッド５との移動によって、載置台３上に載置したガラス基板等の板状部材（フラットなパネル部材）Ｗの品位検査を行えるようしてある。

ベース２は、Ｘ軸方向寸法がおおよそ４９００ｍｍ、Ｙ軸方向寸法がおおよそ２３００ｍｍの大きさをなす板状のベース本体２１と、そのベース本体２１を支える伸縮可能な複数のベース支持脚２２とを備えており、各ベース支持脚２２の長さを調整することで床の不陸に拘わらずベース本体２１を水平に保てるように構成したものである。

載置台３は、その上面に検査対象となるガラス基板等のガラス基板Ｗを載置するものであり、ベース本体２１に設けたレール部材２３によってＸ軸方向にスライド可能に支持されている。

そして、本実施形態の載置台３は、その上面に互いに離間した複数の突出支持部３１を備えている。

突出支持部３１は、図１及び図２に示すように、載置台３上面に設けられ、ガラス基板Ｗの下面に接触して、そのガラス基板Ｗを水平に支持するものであり、長尺状をなし、互いに平行に配置されている。また、計算の簡単化のため等間隔に設けられている。

それぞれの突出支持部３１は、さらにＸ軸方向に略垂直、つまり、Ｙ軸方向にほぼ平行に配置される。その高さは、ガラス基板Ｗが載置されたときに、ガラス基板Ｗの自重による撓みの最下点が、載置台３の上面に接触しない程度の高さである。

また、特に図２に示すように、その断面が、先端に行くに従って幅が小さくなる形状をなし、その先端部３１ａは、曲面加工されている。これにより、ガラス基板Ｗが載置されたときに、先端部３１ａが板状部材を傷つけないようにしている。

ヘッド支持体４は、ベース２の長手方向一端部に固定されるもので、ベース本体２１の各長辺部分から起立する一対の脚部材４１と、それら脚部材４１の上端にＹ軸方向に沿って横架させた横架材４２とを備えている。

検査機器支持用ヘッド５は、前記横架材４２の上面に設けたレール部材４３によってＸ軸方向にスライド可能に支持されたヘッド基部５１と、そのヘッド基部５１に鉛直方向にスライド可能に支持されたヘッド本体５２とを備えたものである。このヘッド本体５２には、検査機器６を着脱可能に取り付けることができる。

検出機器６は、載置台３に載置されたガラス基板Ｗに光を照射する光照射部６１と、光が照射されたガラス基板Ｗからの反射光を検出する光検出部６２とを備えている。具体的には、レーザ変位計であり、その機器構成は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等のレーザ光源等からなる光照射部６１と、位置検出センサ（ＰＳＤ）等の光検出部６２とを備えた一体型のものである。このようにレーザ変位形６を用いているので、非接触、非破壊で高精度な測定を容易に行うことができる。

演算装置７は、光検出部６２から検出信号を取得して、ガラス基板Ｗの反り量及び／又は応力を測定するものであり、その機器構成は、図３に示すように、ＣＰＵ７０１、内部メモリ７０２、入出力インタフェース７０３、ＡＤ変換器７０４等からなる汎用又は専用のコンピュータであり、前記内部メモリ７０２の所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵ７０１やその周辺機器等が作動することにより、図４に示すように、検出信号受付部７１、演算部７２、リファレンスデータ格納部Ｄ１等として機能する。

検出信号受付部７１は、光検出部６２から検出信号を受け付けて、その検出信号を演算部７２に出力するものである。

演算部７２は、検出信号を受け付けて、ガラス基板Ｗの反り量及び応力を算出して、その演算結果を図示しないディスプレイ等に出力するものである。演算部の機能については、後述する。

リファレンスデータ格納部Ｄ１は、前記演算部７２が算出した成膜加工が施されていないリファレンス基板Ｗ（ベアガラス基板）を突出支持部３１上に載置して検査したときの反り量等を示すリファレンスデータを格納するものである。

以下に、演算部７２の機能を、成膜による反り量及び応力の算出手順とともに詳述する。

演算部７２は、まず、成膜加工が施されていないガラス基板であるリファレンス基板Ｗの自重による反り（撓み）量を算出する。具体的には、演算部７２は、所定基準面からの変位を測定し、その全測定点に関して、Ｆｉｔｔｉｎｇ（最小二乗法近似）を行いリファレンス基板Ｗの曲率Ｒ_Ｓを算出する。その曲率Ｒ_Ｓをリファレンスデータとしてリファレンスデータ格納部Ｄ１に出力する。

次に、演算部７２は、上記と同様に、成膜加工を施したガラス基板である成膜基板Ｗを同様の方法で測定し、成膜基板Ｗの曲率Ｒ_ｆを算出する。ここで、算出した曲率Ｒ_ｆは、「自重による反り（撓み）量」、「成膜により生じる反り量」及び「突出支持部３１の支持反力の曲げモーメントにより生じる反り量」を含む値である。

そして、リファレンス基板Ｗ及び成膜基板Ｗそれぞれから算出した曲率Ｒ_Ｓ及び曲率Ｒ_ｆから以下の（式１）を用いて、成膜基板Ｗの測定結果に含まれる、「自重による反り（撓み）量」を差分演算する。

この結果、成膜基板Ｗの反り量は、「成膜により生じる反り量」及び「突出支持部３１の支持反力の曲げモーメントにより生じる反り量」の合計値となる。

次に、演算部７２は、予め入力されたガラス基板Ｗの大きさ及び密度により、突出支持部３１の支持反力を算出し、その支持反力による曲げモーメントＭを算出する。そして、その曲げモーメントＭから「曲げモーメントにより生じる反り量」を算出して、成膜基板Ｗの測定結果に含まれる、「曲げモーメントにより生じる反り量」を差分演算する。これにより、演算部７２は、成膜基板Ｗの「成膜により生じた反り量」を算出する。

さらに、以上により算出した「成膜により生じた反り量」を曲率Ｒにした値を、薄膜の物性値（ヤング率、ポアソン比等）とともに、以下の（式２）に示すＳｔｏｎｅｙの式に代入することにより、曲率Ｒを応力σに換算する。（式２）において、Ｅはガラス基板のヤング率、ｈはガラス基板の厚み、ν_ｆはガラス基板のポアソン比、ｔ_ｆは膜厚である。

次に、本実施形態に係る板状部材検査装置１を用いて、第４．５世代（７３０ｍｍ×９２０ｍｍ）のガラス基板Ｗを測定した場合の測定結果を図５に示す。成膜基板Ｗは、透明導電膜（ＩＴＯ膜）が成膜されたものであり、その膜厚は２０００Åである。図５から本実施形態の板状部材検査装置１により、成膜による反り量が測定できることがわかる。

このように構成した本実施形態に係る板状部材検査装置１によれば、互いに離間した複数の突出支持部３１によりガラス基板Ｗを水平に支持しているので、ガラス基板Ｗが突出支持部以外とは接触しないので、ガラス基板Ｗの自重による撓みにより、成膜による生じた反りが打ち消されず、リファレンス基板Ｗと成膜基板Ｗとの測定結果を差し引くことにより、成膜により生じた反りを簡単且つ確実に測定することができる。したがって、大型ガラス基板Ｗの成膜により生じる反り量が測定可能となり、その反り量を各製造装置にフィードバックすることができ、歩留まりを向上させることができる。

また、突出支持部３１によるガラス基板Ｗを支持する構成とすることにより、ガラス基板Ｗが突出支持部３１から受ける支持反力の曲げモーメントＭによる反り量が問題となるが、本実施形態では、その曲げモーメントＭを測定結果から差し引くようにしているので、曲げモーメントＭによる反り量を除去することができる。これにより、一層確実に成膜による生じる熱応力に起因した反り量を算出することができる。

さらに、突出支持部３１が、Ｘ軸方向に垂直に、且つそれぞれの突出支持部３１が、等間隔に平行に設けられているので、反り量の算出を簡単にすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。

例えば、前記実施形態の板状部材検査装置１は、ＦＰＤ用のガラス基板Ｗを検査するものであったが、その他の板状部材の反り量及び／又は応力等を検査するものであっても良い。例えば、シリコン基板Ｗに代表されるような半導体ウエハの応力測定にも適用することができる。

また、突出支持部３１に関して言うと、長尺状に限られず、例えば、針形状をなすものであっても良い。また、環状のものを同心円状に設けるようにしても良い。

さらに、前記実施形態では、突出支持部３１が４本であったが、２本、３本又は５本以上であっても良い。突出支持部３１の本数は、検出機器６の分解能に応じて適宜設定することができる。

加えて、突出支持部３１は、載置台３に一体成型されたものであっても良いし、載置台３に図示しない取付部材により取り付けるものであっても良い。載置台３に取り付けるものであれば、既存の基板検査装置などの板状部材検査装置１を用いて、大型の板状部材の反り量などを測定することができるようになる。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る板状部材検査装置の全体斜視図（ただし情報処理装置は模式的に示してある）。 同実施形態における載置台の断面図。 同実施形態における演算装置の機器構成図。 同実施形態における演算装置の機能構成図。 同実施形態における測定結果を示す図。

符号の説明

１ ・・・板状部材検査装置
Ｗ ・・・板状部材
３ ・・・載置台
６１ ・・・光照射部
６２ ・・・光検出部
７２ ・・・演算部
３１ ・・・突出支持部
３１ａ・・・先端部

Claims (6)

1. 板状部材を水平に載置するための載置台と、
   前記載置台に載置された板状部材に光を照射する光照射部と、
   光が照射された板状部材からの反射光を検出する光検出部と、
   前記光検出部からの光検出信号を受け付けて、前記板状部材に生じる反り量を算出する演算部と、を備え、
   前記載置台が、その上面に設けられ、前記板状部材の下面に接触して、その板状部材を水平に支持する互いに離間した複数の突出支持部を備えており、
   前記演算部が、成膜加工が施された板状部材の反り量と成膜加工が施されていない板状部材の反り量との差を算出し、さらにその差から前記突出支持部の支持反力の曲げモーメント影響を除去して、前記成膜加工が施された板状部材における成膜加工により生じる反り量を算出するものであることを特徴とする板状部材検査装置。
2. 前記突出支持部が、長尺状をなし、互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項１記載の板状部材検査装置。
3. 前記突出支持部が等間隔に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の板状部材検査装置。
4. 前記突出支持部の先端部が曲面加工されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の板状部材検査装置。
5. 前記演算部が、前記成膜加工が施されていない板状部材の反り量から、前記成膜加工が施された板状部材の反り量、及び前記突出支持部の支持反力の曲げモーメントによる反り量を差し引くことにより、前記成膜加工が施された板状部材における成膜加工により生じる反り量を算出するものであることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の板状部材検査装置。
6. 前記反り量が曲率により示される請求項１、２、３、４又は５記載の板状部材検査装置。