JP4883762B2 - ムラ検査装置およびムラ検査方法 - Google Patents

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。

また、特許文献２では、カラーブラウン管用のシャドウマスクの光透過率のムラ検査において、シャドウマスクの一方の主面側から光を照射して他方の主面側から撮像した画像の階調データに対して、メディアンフィルタにより平滑化処理を行って平滑化データを求め、階調データを平滑化データにより除算して算出した規格化データに基づいて検出すべきムラが強調されたシャドウマスクの画像を表示することにより、目視検査の簡略化、および、検査精度の向上を図る技術が開示されている。
特開２００２−２６７４１６号公報 特許第３３３５５０３号公報

ところで、特許文献１の表面欠陥検査装置では、膜厚ムラを精度良く検出するために、狭帯域フィルタを切り替えて被検体を複数回撮像する必要がある。しかしながら、複数の狭帯域フィルタでは、透過波長帯以外の光学的特性（例えば、空間的均一性や厚さの均一性）も僅かながら互いに異なっているため、狭帯域フィルタを切り替えた場合、ラインセンサカメラにより取得される画像のシェーディング特性が僅かに異なってしまう。また、ラインセンサカメラの複数の受光素子の感度にも僅かなばらつきがあり、さらには、狭帯域フィルタを切り替えることによりラインセンサカメラに入射する光の波長帯が変更されると受光素子の感度のばらつきの程度も変わってしまう。

膜厚ムラを検査する装置では、通常、撮像された基板の画像に対して各画素の値（輝度値）の変動を強調する画像処理（例えば、特許文献２に開示されている画像処理）が行われるため、膜厚ムラに起因する各画素の値の変動のみならず、受光素子の感度のばらつきによる画素の値の変動までもが強調されてしまい、検出すべきムラのＳ／Ｎ比（信号／雑音比）が低下してムラの検出精度が低下してしまう。また、基板の撮像にラインセンサが利用されている場合には、受光素子の感度のばらつきによる画素の値の変動が、撮像された画像においてラインセンサの移動方向に平行なスジとして表れてしまい、このようなスジと膜厚ムラの１つであるスジムラとを区別することは非常に困難である。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、膜厚ムラを精度良く検出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特定の波長帯の光を複数の受光素子にて受光して前記主面からの前記特定の波長帯の光の強度分布を出力するセンサと、前記特定の波長帯または前記光出射部から前記センサに至る光学系の状態に対応する光学条件を複数の光学条件の間で切り替える光学条件切替手段と、前記センサの各受光素子に対して前記複数の光学条件にそれぞれ関連づけられた複数の補正情報を記憶する補正情報記憶部と、前記複数の補正情報から前記光学条件切替手段にて選択された光学条件に関連づけられた前記各受光素子の補正情報を選択、前記センサからの出力に基づいて生成された前記基板の上面の２次元画像である元画像の各画素の値を前記補正情報に基づいて補正することにより補正済画像を生成する出力補正部と、前記補正済画像に対して前記膜の膜厚変動に起因する画素の値の差を強調する処理を行って強調画像を生成する強調処理部と、前記強調画像に基づいて前記膜の膜厚ムラを検出するムラ検出部とを備える。

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、前記光出射部が複数の波長帯の光を含む光を出射し、前記光学条件切替手段が、前記複数の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と、前記複数の光学フィルタのうち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一の光学フィルタを他の光学フィルタに切り替えることにより前記特定の波長帯を変更する光学フィルタ切替機構とを備え、前記複数の光学条件が、前記複数の波長帯のそれぞれを前記特定の波長帯とする光学条件を含む。

請求項３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、前記光学条件切替手段が、偏光子と、前記偏光子を前記光出射部から前記センサに至る光路上の位置と前記光路から離れた位置との間で移動する偏光子移動機構とを備え、前記複数の光学条件が、前記偏光子が前記光路上に配置されている状態に対応する光学条件、および、前記偏光子が前記光路上から退避している状態に対応する光学条件を含む。

請求項４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、前記光出射部が、複数の光源要素から互いに異なる複数の波長帯の光を個別に出射可能であり、前記光学条件切替手段が、前記光出射部を制御して出射される光の波長帯を切り替えることにより前記特定の波長帯を変更し、前記複数の光学条件が、前記複数の波長帯のそれぞれを前記特定の波長帯とする光学条件を含む。

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、前記複数の補正情報のそれぞれが、前記センサの前記各受光素子からの出力値を変換する２次以上の関数である。

請求項６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、前記複数の補正情報のそれぞれが、前記センサの前記各受光素子からの出力値を変換するルックアップテーブルである。

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、前記センサが、前記膜にて反射された後の前記特定の波長帯の光を受光する。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のムラ検査装置であって、前記基板の前記主面に沿う所定の移動方向に前記保持部を前記光出射部および前記センサに対して相対的に移動する移動機構をさらに備え、前記光出射部が、光源と、前記光源からの光を前記移動方向に垂直な線状光に変換して前記主面へと導く光学系とを備え、前記センサが、前記線状光の前記基板上における照射領域にて反射された前記特定の波長帯の光の強度分布を前記保持部の移動に同期して繰り返し取得するラインセンサである。

請求項９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、前記複数の補正情報を取得する補正情報取得部をさらに備え、前記補正情報取得部が、膜厚ムラの影響を受けない環境下にて前記光出射部から光を出射し、露光量を変更しつつ前記特定の波長の光を前記センサにて受光して複数の出力を取得する工程と、前記複数の出力に基づいて、前記センサの前記各受光素子からの出力値を露光量に対応する値へと変換する補正情報を求める工程と、前記複数の光学条件のそれぞれにおいて、前記複数の出力を取得する工程と前記補正情報を求める工程とを繰り返す工程とを実行する。

請求項１０に記載の発明は、請求項９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前記特定の波長帯の光を受光し、前記膜厚ムラの影響を受けない環境において、前記保持部が基板に代えてミラーまたは拡散板を保持する。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のムラ検査装置であって、前記基板の前記主面に沿う所定の移動方向に前記保持部を前記光出射部および前記センサに対して相対的に移動する移動機構をさらに備え、前記光出射部が、光源と、前記光源からの光を前記移動方向に垂直な線状光に変換して前記主面へと導く光学系とを備え、前記センサが、前記線状光の前記基板上における照射領域にて反射された前記特定の波長帯の光の強度分布を前記保持部の移動に同期して繰り返し取得するラインセンサである。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載のムラ検査装置であって、前記複数の出力を取得する工程において、一の露光量に対して前記ミラーまたは拡散板を移動しつつ複数の仮出力の取得が繰り返され、前記複数の仮出力から前記一の露光量に対応する最終の出力が求められる。

請求項１３に記載の発明は、請求項９ないし１２のいずれかに記載のムラ検査装置であって、前記補正情報を求める工程において、前記各受光素子からの前記複数の出力に対応する複数の出力値のうち所定の上限値と下限値との間の出力値のみが利用される。

請求項１４に記載の発明は、請求項９ないし１３のいずれかに記載のムラ検査装置であって、前記補正情報を求める工程において、前記複数の出力に基づいて前記露光量に対応する値と前記各受光素子からの出力値との関係を示す近似曲線が求められ、前記各受光素子からの前記複数の出力に対応する複数の出力値から前記近似曲線との残差が閾値よりも大きい出力値が除かれた上で前記補正情報が取得される。

請求項１５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、ムラ検査に利用される光の波長帯または光学系の状態に対応する光学条件を複数の光学条件から選択する工程と、基板の主面に形成されている光透過性の膜に向けて光を出射する工程と、前記膜にて反射された、または、前記膜を透過した後の特定の波長帯の光を複数の受光素子にて受光して前記主面からの前記特定の波長帯の光の強度分布をセンサから出力する工程と、前記センサの各受光素子に対して前記複数の光学条件にそれぞれ関連づけられた複数の補正情報から、選択された前記光学条件に関連づけられた前記各受光素子の補正情報を選択し、前記センサからの出力に基づいて生成された前記基板の上面の２次元画像である元画像の各画素の値を補正することにより補正済画像を生成する工程と、前記補正済画像に対して前記膜の膜厚変動に起因する画素の値の差を強調する処理を行って強調画像を生成する工程と、前記強調画像に基づいて前記膜の膜厚ムラを検出する工程とを備える。

本発明では、膜厚ムラを精度良く検出することができる。請求項１０および１１の発明では、容易に補正情報を取得することができる。請求項１２ないし１４の発明では、補正情報の精度を向上することができる。

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の構成を示す正面図である。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の上面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、膜９２が形成された主面９１（以下、「上面９１」という。）を上側（図１中の（＋Ｚ）側）に向けて基板９を保持するステージ２、ステージ２に保持された基板９の上面９１に向けて光を出射する光出射部３、光出射部３から出射されて基板９の上面９１上の膜９２にて反射された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が受光す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。

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の移動方向に垂直な線状光に変換して基板９の上面９１へと導く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の上面にて反射しなかった光は、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。また、波長帯切替機構５は、選択光学フィルタ５１ａを複数の光学フィルタ５１の間で切り替えることにより、膜厚ムラの検査に関連する光学的な条件である選択波長帯を、複数の光学フィルタ５１の透過波長帯の間で切り替える光学条件切替機構といえる。

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、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との間に設けられて基板９からの反射光をラインセンサ４１へと導くレンズ４２を備える。ラインセンサ４１は、光出射部３から出射されて基板９上における照射領域の膜９２にて反射された線状光のうち、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）を取得する。

検査部７は、ラインセンサ４１からの出力（すなわち、ラインセンサ４１の各ＣＣＤからの出力値の集合）を受け付ける出力受付部７１、および、出力受付部７１にて受け付けられたラインセンサ４１からの出力を補正する（すなわち、各ＣＣＤからの出力値をそれぞれ補正する）出力補正部７２を備える。ムラ検査装置１では、基板９を移動しつつラインセンサ４１により基板９からの反射光の強度分布が繰り返し取得され、検査部７により基板９の上面９１の２次元画像が生成される。出力補正部７２では、ラインセンサ４１からの出力が補正されて補正済みの２次元画像が生成される。検査部７は、出力補正部７２により生成された補正済みの２次元画像に対して膜厚の変動に起因する画素の値の差を強調する画像処理（すなわち、強調処理）を行う強調処理部７３、および、強調処理された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７４をさらに備える。

検査部７は、また、ラインセンサ４１の各ＣＣＤに対して上記複数の光学条件（すなわち、波長帯切替機構５の複数の光学フィルタ５１の透過波長帯）にそれぞれ関連づけられた複数の補正情報を取得する補正情報取得部７５、および、補正情報取得部７５により取得された複数の補正情報を記憶する補正情報記憶部７６をさらに備える。補正情報記憶部７６に記憶される複数の補正情報は、ラインセンサ４１の各ＣＣＤに関して、ＣＣＤの感度のばらつき等の影響を含んだＣＣＤからの出力値（以下、「入力画素値」という。）を、感度誤差がない理想的なＣＣＤにおける実際の露光量に対応する画素の値（以下、「補正画素値」という。）へと変換する２次関数である。

出力補正部７２では、補正情報記憶部７６に予め記憶されている複数の補正情報から、波長帯切替機構５にて選択された光学条件（すなわち、選択波長帯）に関連づけられた各ＣＣＤの補正情報が選択され、当該補正情報に基づいてラインセンサ４１からの出力が補正される。

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３および図４は、ムラ検査装置１による検査の流れを示す図である。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、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Ｓ１１）。続いて、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、上面９１上の直線状の照射領域（以下、「線状照射領域」という。）に照射され（ステップＳ１２）、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にて反射し、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ラインセンサ４１により受光され（ステップＳ１３）、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Ｓ１４）。ラインセンサ４１の各ＣＣＤからの入力画素値は、検査部７へと送られて出力受付部７１にて受け付けられる（ステップＳ１５）。

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Ｓ１３に戻って反射光のうちの選択波長帯の光の受光、線状照射領域における選択波長帯の光の強度分布の取得および出力受付部７１による入力画素値の受け付け（ステップＳ１３〜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Ｓ１３〜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ステージ２の移動に同期して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の出力受付部７１では、出力受付部７１に蓄積されたラインセンサ４１からの出力が時系列順に配列されて基板９の上面９１全体の２次元画像（ラインセンサ４１により取得された補正前の画像であり、以下、「元画像」という。）が生成される（ステップＳ２１）。

元画像が生成されると、補正情報取得部７５により取得されて補正情報記憶部７６に予め記憶されているラインセンサ４１の各ＣＣＤに関する複数の補正情報から、選択光学フィルタ５１ａの選択波長帯に関連づけられた補正情報が出力補正部７２により選択される。そして、出力補正部７２により、選択された補正情報に基づいて元画像の各画素に対する補正が行われ（すなわち、ラインセンサ４１からの出力が補正され）、元画像から、ハロゲンランプ３１、選択光学フィルタ５１ａおよびレンズ４２のシェーディング特性による影響、並びに、ラインセンサ４１の各ＣＣＤのばらつきの影響（例えば、総階調数８ｂｉｔの画素において１％以下、すなわち、１〜２階調の誤差）が除去された補正済画像が生成される（ステップＳ２２）。なお、補正情報取得部７５による補正情報の取得については後述する。

続いて、元画像および補正済画像がディスプレイ等の表示装置に表示された後、強調処理部７３により、膜厚変動に起因する画素の値の差を強調する画像処理（例えば、補正済画像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、補正済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画素の値の変動を除去する等の処理）が補正済画像に対して行われて強調画像が生成される（ステップＳ２３）。強調画像は、必要に応じてディスプレイ等に表示され、さらに、検査部７のムラ検出部７４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Ｓ２４）。

図５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５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５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、ラインセンサ４１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により生成された基板９の上面９１の２次元画像（元画像、補正済画像および強調画像）にも画素の値のムラが生じる。ムラ検査装置１では、検査部７のムラ検出部７４により、上面９１の強調画像における各画素の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５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６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５および図６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、検査部７により生成された２次元画像において画素の値がほとんど変動せず、ムラ検出部７４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Ｓ２５）、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Ｓ２５１）。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、移動機構２１によりステージ２が検査開始位置に戻され、再びステージ２の移動が開始される（ステップＳ１１）。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ステージ２の移動に同期して繰り返し取得されて検査部７へと送られた後、ステージ２の移動が停止される（ステップＳ１２〜Ｓ１７）。

そして、検査部７の出力受付部７１により、基板９の上面９１の元画像が生成され（ステップＳ２１）、出力補正部７２により、補正情報記憶部７６に予め記憶されている補正情報に基づいて元画像が補正されて補正済画像が生成される（ステップＳ２２）。続いて、強調処理部７３により、補正済画像に強調処理が行われて強調画像が生成され（ステップＳ２３）、ムラ検出部７４により、強調画像における画素の値のばらつきの程度から膜厚ムラが検出される（ステップＳ２４）。２回目の膜厚ムラの検出が終了すると（ステップＳ２５）、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、膜厚ムラを精度良く検出することができる。

次に、ムラ検査装置１の補正情報取得部７５による補正情報の取得について説明する。ムラ検査装置１では、図７に示すように、基板９に代えてステージ２上に保持されたミラー９０に光出射部３から光が照射され、ミラー９０からの反射光を受光したラインセンサ４１からの出力に基づいて補正情報が取得される。図８および図９は、補正情報取得部７５による補正情報の取得の流れを示す図である。補正情報が取得される際には、まず、膜９２が形成された基板９に代えて均一な反射率を有するミラー９０がステージ２上に保持され（ステップＳ３１）、膜厚ムラの検査時と同様に、ミラー９０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Ｓ３２）（図８および図９中に記載した「拡散板」については後述する。）。

続いて、ステージ２上にミラー９０が保持されるた状態で、すなわち、膜９２の膜厚ムラの影響を受けない環境下にて、光出射部３から線状光が出射され、ミラー９０の主面９０１上の線状照射領域に照射される（ステップＳ３３）。光出射部３からの光はミラー９０にて反射し、波長帯切替機構５の選択光学フィルタ５１ａを透過した後、受光部４へと導かれる。受光部４では、選択波長帯の光がラインセンサ４１により受光され（ステップＳ３４）、ミラー９０上の線状照射領域からの反射光の強度分布が取得される（ステップＳ３５）。このとき、ラインセンサ４１による線状照射領域の撮像時間、すなわち、線状照射領域からの反射光のラインセンサ４１における露光時間は１ｍｓｅｃとされる。ラインセンサ４１からの出力（以下、後述の「平均出力」と区別するために「仮出力」という。）は、検査部７へと送られて出力受付部７１にて受け付けられる（ステップＳ３６）。

ムラ検査装置１では、制御部８により、ラインセンサ４１による撮像回数（すなわち、反射光の強度分布の取得回数）が所定の撮像回数（以下、「設定回数」という。）に達したか否かが判断され（ステップＳ３７）、撮像回数が設定回数に等しくなるまで、ステップＳ３４に戻ってミラー９０上の線状照射領域からの反射光の強度分布がステージ２の移動に同期して繰り返し取得され、ラインセンサ４１からの仮出力が出力受付部７１にて受け付けられる（ステップＳ３４〜Ｓ３７）。

このように、ムラ検査装置１では、ラインセンサ４１における露光時間が１ｍｓｅｃという条件下にて、換言すれば、露光時間１ｍｓｅｃの場合のラインセンサ４１における露光量に対して、ミラー９０を移動しつつラインセンサ４１からの仮出力の取得が設定回数だけ繰り返され、設定回数に等しい個数の仮出力が出力受付部７１にて受け付けられて図１０に示すように補正情報取得に利用される矩形状の第１画像１１１が生成される（ステップＳ３８）。第１画像１１１のＹ方向の画素数はラインセンサ４１のＣＣＤの個数と等しく、Ｘ方向の画素数は設定回数に等しい（後述の第２画像１１２〜第１０画像１２０についても同様）。

第１画像１１１が生成されると、図７に示す制御部８により、所定の個数（本実施の形態では、１０個）の補正情報取得用の画像が生成されたか否かが判断される（ステップＳ４１）。次の画像の取得が必要な場合には、ラインセンサ４１の露光時間が変更され（ステップＳ４１１）、ステップＳ３４に戻り、ミラー９０を移動しつつラインセンサ４１からの仮出力の取得が設定回数だけ繰り返されて図１０に示す第２画像１１２が生成される（ステップＳ３４〜Ｓ３８）。

ムラ検査装置１では、ラインセンサ４１の露光時間が１ｍｓｅｃから１０ｍｓｅｃまで１ｍｓｅｃ毎に変更される（ステップＳ４１，Ｓ４１１）。そして、このようにラインセンサ４１における露光量を変更しつつ補正情報取得用の画像の生成が１０回繰り返され、各露光時間における露光量に対応する第１画像１１１〜第１０画像１２０が順次生成される（ステップＳ３４〜Ｓ４１）。ムラ検査装置１では、ミラー９０を低速（例えば、２〜３ｍｍ／ｓｅｃ）にて移動させつつミラー９０からの反射光が受光されて第１画像１１１〜第１０画像１２０が生成されるため、万一ミラーに傷や汚れ、ムラや異物の付着があった場合であっても、このような傷等による反射光の不具合等の影響を抑制することができる。第１画像１１１〜第１０画像１２０の生成が終了すると、ミラー９０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る（ステップＳ４２）。

続いて、検査部７の補正情報取得部７５により、第１画像１１１〜第１０画像１２０のそれぞれにおいて、ラインセンサ４１の各ＣＣＤに対応する複数（すなわち、設定回数に等しい個数）の出力値（すなわち、画素の値）が平均されて平均出力値が求められる。換言すれば、補正情報取得部７５により、露光時間１ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃにおける露光量のそれぞれに対して、ラインセンサ４１からの仮出力から各露光量に対応する最終の平均出力（すなわち、各ＣＣＤからの平均出力値の集合）が求められる（ステップＳ４３）。

露光時間１ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃにおける露光量に対応する１０個の平均出力が取得されると、ラインセンサ４１の各ＣＣＤについて、露光量と平均出力値との関係が求められる。図１１は、１つのＣＣＤに注目して、露光量とＣＣＤからの平均出力値との関係を示す図である。図１１中の複数の点１３１は、各露光量における平均出力値を示す。線１３２は、露光量と平均出力値との関係を示す２次の近似曲線であり、以下、「近似曲線１３２」という。

近似曲線１３２を求める際には、図１１中に線１３３にて示す上限値（露光量の変化に対する平均出力値の変化の割合が急激に小さくなる境界値であり、例えば、総階調数８ｂｉｔにおける２４０）と線１３４にて示す下限値（例えば、平均出力値に含まれるノイズの割合が大きくなる境界値であり、総階調数８ｂｉｔにおける１０）との間の平均出力値のみが利用される。補正情報取得部７５（図７参照）では、上限値と下限値との間の平均出力値に対して最小自乗法による近似が行われ、近似曲線１３２が求められる。そして、補正情報取得部７５により、近似曲線１３２の横軸である露光量のスケールが適宜変換されて補正画素値とされることにより近似曲線１３２が規格化され、図１２に示すように、補正画素値と各ＣＣＤからの平均出力値との関係を示す規格化曲線１３５が求められる（ステップＳ４４）。このとき、規格化曲線１３５の傾きが約４５°となるように規格化が行われるため、規格化曲線１３５では、補正画素値の最大値および最小値が、平均出力値の最大値および最小値（図１１中の上限値１３３および下限値１３４）にほぼ等しくされる。

規格化曲線１３５が求められると、規格化曲線１３５を求める際に利用された複数の点１３６（すなわち、近似曲線１３２を求める際に利用された図１１中の上限値１３３および下限値１３４の間の点１３１に対応する。）について、各点１３６と規格化曲線１３５との残差が求められる。そして、残差が所定の残差閾値（例えば、総階調数８ｂｉｔにおける５階調分）よりも大きい点１３６にて示す平均出力値がある場合には、当該平均出力値が除かれた上で、残りの平均出力値に対して再度最小自乗法による近似が行われる。これにより、ラインセンサ４１の各ＣＣＤに関する補正情報が、ｉ番目のＣＣＤからの出力値である入力画素値をｘ（ｉ）、ＣＣＤの露光量に対応する補正画素値をｙ（ｉ）として数１に示すように求められ（ステップＳ４５）、補正情報記憶部７６に記憶される（ステップＳ４６）。

数１中の係数Ａｎ（ｉ，ｋ）（ｋ：０〜２）は、入力画素値と補正画素値との関係を示す係数である。数１により、ＣＣＤからの入力画素値を補正画素値に変換することができる。

上述の元画像を補正して補正済画像を生成する工程（図４：ステップＳ２２）では、上記補正情報を利用して、元画像の各画素の値をＸ（ｉ，ｊ）、補正済画像の対応する画素の値をＹ（ｉ，ｊ）として数２または数３に示す式により、元画像の画素の値Ｘ（ｉ，ｊ）から補正済画像の画素の値Ｙ（ｉ，ｊ）が求められる。数２および数３中のｉは、数１と同様にｉ番目のＣＣＤに対応する画素であることを示し、ｊはラインセンサ４１の移動方向においてｊ番目の列の画素であることを示す。

このように、ラインセンサ４１からの複数の平均出力に基づいて、光路上に配置された１つの光学フィルタ５１（すなわち、選択光学フィルタ５１ａ）について、ラインセンサ４１の各ＣＣＤからの入力画素値を補正画素値に変換する補正情報が求められると、制御部８により、波長帯切替機構５の全ての光学フィルタ５１について補正情報が求められたか否かが確認され（ステップＳ４７）、まだ補正情報が求められていない次の光学フィルタ５１がある場合には、選択光学フィルタ５１ａが次の光学フィルタ５１に変更される（ステップＳ４７１）。

そして、ステップＳ３２に戻り、ミラー９０およびステージ２の移動、並びに、照明光の照射が開始され、ラインセンサ４１により基板９上の線状照射領域からの反射光の強度分布がステージ２の移動に同期して露光量を変更しつつ繰り返し取得され、ラインセンサ４１からの出力が出力受付部７１に送られて第１画像１１１〜第１０画像１２０（図１０参照）が生成される（ステップＳ３２〜Ｓ４１，Ｓ４１１）。続いて、ミラー９０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、補正情報取得部７５により、露光時間１ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃにおける露光量に対応する１０個の平均出力が取得され、さらに、ラインセンサ４１の各ＣＣＤについて、各ＣＣＤからの入力画素値を補正画素値に変換する補正情報が求められて補正情報記憶部７６に記憶される（ステップＳ４２〜Ｓ４６）。

ムラ検査装置１では、全ての光学フィルタ５１について、ラインセンサ４１からの複数の平均出力が取得されて補正情報が求められ、補正情報記憶部７６に記憶されることが繰り返されることにより、各光学フィルタ５１に関連づけられた補正情報の取得が終了する（ステップＳ４７）。なお、補正情報取得部７５により求められたラインセンサ４１の各ＣＣＤからの入力画素値を各ＣＣＤにおける露光量に対応する補正画素値へと変換する補正情報は、必ずしも数１に示す数式として補正情報記憶部７６に記憶される必要はなく、予め入力画素値と補正画素値との関係が計算されてルックアップテーブルが作成され、当該ルックアップテーブルが補正情報として補正情報記憶部７６に記憶されてもよい。

ムラ検査装置１では、補正情報取得部７５による補正情報の取得において、図７に示すミラー９０に代えて拡散板が用いられてもよい。この場合、ステージ２上に保持された拡散板に光出射部３から光が照射され、拡散板からの反射光を受光したラインセンサ４１からの出力に基づいて補正情報が取得される。補正情報の取得の流れは、ミラー９０を用いる場合と同様である（図８および図９参照）。ムラ検査装置１では、ミラー９０および拡散板のいずれを用いて取得した補正情報を利用しても膜厚ムラを検査することができる。

特に、表面が比較的粗い膜９２（例えば、基板９にて反射された光に含まれる散乱光の正反射光に対する割合が１％以上となる膜９２）が形成された基板９の膜厚ムラの検査を行う場合には、拡散板を用いて取得した補正情報を利用して検査することにより、膜厚ムラをより精度良く検出することができる。また、表面が比較的平滑な膜９２（例えば、基板９にて反射された光に含まれる散乱光の正反射光に対する割合が１％未満となる膜９２）が形成された基板９の膜厚ムラの検査を行う場合は、ミラー９０を用いて取得した補正情報を利用して検査することにより、膜厚ムラをより精度良く検出することができる。

以上に説明したように、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の透過波長帯（すなわち、複数の光学条件）に関連づけられた複数の補正情報が、補正情報記憶部７６に記憶されている。そして、波長帯切替機構５により選択光学フィルタ５１ａが変更された場合、ハロゲンランプ３１、選択光学フィルタ５１ａおよびレンズ４２等の光学系のシェーディング特性による影響、並びに、選択波長帯の変更に伴うラインセンサ４１のＣＣＤ感度のばらつきの影響が、選択波長帯（すなわち、選択された光学条件）に対応する補正情報に基づいて補正された後、検査部７のムラ検出部７４により膜厚ムラの検査が行われる。このように、ムラ検査装置１では、出力補正部７２により光学系のシェーディング特性による影響やラインセンサ４１のＣＣＤ感度のばらつきの影響が除去されるため、選択光学フィルタ５１ａを変更しつつ膜厚ムラをより精度良く（すなわち、高いＳ／Ｎ比（信号／雑音比）にて）検出することができる。特に、補正済画像が生成される際に、ラインセンサ４１のＣＣＤ感度のばらつきによるスジが生じないため、スジ状の膜厚ムラも精度良く検出することができる。

ムラ検査装置１では、また、光出射部３から線状光を出射し、線状光に対して垂直な方向に移動する基板９からの反射光を、ラインセンサ４１により基板９の移動に同期して受光することにより、基板９に対する光の入射角を上面９１全体において一定とすることができる。これにより、膜厚ムラの検出において入射角による反射率への影響を考慮する必要がないため、膜厚ムラの検出処理を簡素化することができる。また、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。さらには、露光量とＣＣＤからの平均出力値との関係を示す近似曲線１３２が規格化されて補正画素値と平均出力値との関係を示す規格化曲線１３５が求められ、さらに、規格化曲線１３５に基づいて各ＣＣＤからの入力画素値を補正済画像に変換する補正情報が求められるため、元画像から容易に補正済画像を生成してディスプレイ等に表示することができる。

補正情報取得部７５では、膜厚ムラの影響を受けない環境下にて補正情報が求められることにより、補正情報を適切に取得することができる。また、ラインセンサ４１における各露光量において、ラインセンサ４１からの複数の仮出力から平均出力が取得され、平均出力に基づいて補正情報が求められるため、補正情報の精度を向上することができる。さらには、基板９に代えてステージ２上に保持されたミラー９０または拡散板を利用することにより、補正情報を容易に取得することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るムラ検査装置について説明する。図１３は、第２の実施の形態に係るムラ検査装置の光出射部３ａの一部を拡大して示す側面図である。第２の実施の形態に係るムラ検査装置では、図１に示すムラ検査装置１から波長帯切替機構５が省略されるとともに、光出射部３に代えて光出射部３ａ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１３に示すように、光出射部３ａは、図１に示す光出射部３のハロゲンランプ３１に代えて、互いに異なる波長帯の光を出射する２つの光源要素３１ａ，３１ｂ（例えば、発光ダイオード等の半導体発光素子）を石英ロッド３２の（＋Ｙ）側に備える。第２の実施の形態に係るムラ検査装置では、制御部８により光出射部３ａが制御されて光源要素３１ａ，３１ｂが個別に点灯されることにより、互いに異なる波長帯の線状光が光出射部３ａから個別に出射可能とされる。換言すれば、制御部８は、点灯する光源要素を光源要素３１ａ，３１ｂの間で切り替えることにより、光出射部３ａから出射される光の波長帯を切り替えて受光部４にて受光される光の波長帯（すなわち、選択波長帯）を変更し、膜厚ムラの検査に関連する光学的な条件である選択波長帯を、複数の光源要素３１ａ，３１ｂからの光の波長帯の間で切り替える光学条件切替機構である。

第２の実施の形態に係るムラ検査装置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３および図４を参照しつつ説明する。まず、基板９およびステージ２の移動が開始され、光出射部３ａにおいて光源要素３１ａのみが点灯され、光源要素３１ａに対応する波長帯の線状光が光出射部３ａから出射されて基板９上の線状照射領域に照射される（ステップＳ１１，Ｓ１２）。

光出射部３ａからの光は、基板９の上面９１にて反射されて受光部４のラインセンサ４１により受光され、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の出力受付部７１にて受け付けられる（ステップＳ１３〜Ｓ１５）。そして、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ステージ２の移動に同期して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Ｓ１３〜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、出力受付部７１により元画像が生成される（ステップＳ１７，Ｓ２１）。

続いて、補正情報記憶部７６に予め記憶されている複数の補正情報から選択波長帯（すなわち、光源要素３１ａからの光の波長帯）に関連づけられた補正情報が選択され、出力補正部７２により、選択された補正情報に基づいて元画像の各画素に対する補正が行われて補正済画像が生成される（ステップＳ２２）。次に、強調処理部７３により、補正済画像に対して強調処理が行われて強調画像が生成され、ムラ検出部７４により、強調画像に基づいて１回目の膜厚ムラの検出が行われる（ステップＳ２３，Ｓ２４）。

１回目の膜厚ムラの検出が終了すると、制御部８により光源要素３１ａが消灯されるとともに光源要素３１ｂが点灯されて選択波長帯が変更され（ステップＳ２５，Ｓ２５１）、ステージ２が検査開始位置に戻された後、２回目の膜厚ムラの検出が行われる（ステップＳ１１〜Ｓ２４）。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による膜厚ムラの検出処理が終了する（ステップＳ２５）。

次に、第２の実施の形態に係るムラ検査装置の補正情報取得部７５による補正情報の取得について説明する。第２の実施の形態に係るムラ検査装置における補正情報の取得の流れは、第１の実施の形態とほぼ同様であり、以下、図８および図９を参照しつつ説明する。まず、均一な反射率を有するミラー９０（図７参照）がステージ２上に保持された後、ミラー９０およびステージ２の移動が開始される（ステップＳ３１，Ｓ３２）。

続いて、光源要素３１ａに対応する波長帯の線状光が光出射部３ａから出射されてミラー９０上の線状照射領域に照射され、ミラー９０からの反射光が受光部４のラインセンサ４１により受光され、強度分布が取得されて検査部７の出力受付部７１にて受け付けられる。そして、ラインセンサ４１による撮像回数が設定回数に等しくなるまで、ミラー９０上の線状照射領域からの反射光の強度分布がステージ２の移動に同期して繰り返し取得され、ラインセンサ４１からの仮出力が出力受付部７１にて受け付けられて第１画像１１１が生成される（ステップＳ３３〜Ｓ３８）。

第２の実施の形態に係るムラ検査装置では、ラインセンサ４１の露光時間（すなわち、露光量）が変更されつつ（ステップＳ４１，Ｓ４１１）、各露光時間における露光量と対応する第１画像１１１〜第１０画像１２０が順次生成される（ステップＳ３４〜Ｓ４１，Ｓ４１１）。続いて、ミラー９０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、各露光量に対応する平均出力が求められて補正画素値とラインセンサ４１の各ＣＣＤからの平均出力値との関係を示す規格化曲線１３５（図１２参照）が求められる（ステップＳ４２〜Ｓ４４）。そして、規格化曲線１３５に基づいて各ＣＣＤに関する補正情報が求められて補正情報記憶部７６に記憶される（ステップＳ４５，Ｓ４６）。

光源要素３１ａに対応する補正情報の取得が終了すると、第２の実施の形態に係るムラ検査装置では、図９中のステップＳ４７，Ｓ４７１に代えて、次の光源要素が存在するか否かが判断され、光出射部３ａにおいて点灯する光源要素の光源要素３１ｂへの変更が行われる。そして、ラインセンサ４１からの複数の平均出力が取得されて補正情報が求められ、補正情報記憶部７６に記憶されることが繰り返されることにより、補正情報取得部７５による補正情報の取得が終了する（ステップＳ３２〜Ｓ４７）。第２の実施の形態に係るムラ検査装置でも、第１の実施の形態と同様に、補正情報の取得においてミラー９０に代えて拡散板が利用されてもよい。

以上に説明したように、第２の実施の形態に係るムラ検査装置でも、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。第２の実施の形態に係るムラ検査装置では、光学系のシェーディング特性による影響、特に、光源要素３１ａ，３１ｂの光学特性（例えば、両光源要素から出射される光の強度分布のムラ）による影響、および、光源要素３１ａ，３１ｂの切り替えに伴うラインセンサ４１のＣＣＤ感度のばらつきの影響が出力補正部７２により除去されるため、膜厚ムラをより精度良く検出することができる。また、第１の実施の形態と同様に、線状光を出射する光出射部３ａおよびラインセンサ４１により、基板９に対する光の入射角を上面９１全体において一定とすることができるため、膜厚ムラの検出を簡素化することができる。

補正情報取得部７５でも、第１の実施の形態と同様に、膜厚ムラの影響を受けない環境下にて補正情報が求められることにより、補正情報を適切に取得することができる。また、ラインセンサ４１からの複数の仮出力から求められる平均出力に基づいて補正情報が求められるため、補正情報の精度を向上することができる。さらには、ミラー９０または拡散板を利用することにより、補正情報を容易に取得することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態に係るムラ検査装置１ａについて説明する。図１４は、ムラ検査装置１ａの構成を示す正面図である。図１４に示すように、ムラ検査装置１ａは、偏光子６１および偏光子移動機構６２を備える。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。

偏光子６１および偏光子移動機構６２は、ステージ２上に保持された基板９と波長帯切替機構５との間に配置され、偏光子６１を光路に平行な中心軸を中心に回動する偏光子移動機構６２により、偏光子６１が、光出射部３から受光部４のラインセンサ４１に至る光路上の位置と光路から離れた位置（図１４中に二点鎖線にて示す。）との間で移動する。偏光子６１が光路上に配置されている状態では、基板９の上面９１に形成された膜９２からの反射光が、偏光子６１を透過することにより偏光光とされる。換言すれば、偏光子移動機構６２は、偏光子６１を光出射部３からラインセンサ４１に至る光路に対して進退させることにより、光出射部３からラインセンサ４１に至る光学系の状態に対応する光学条件を、偏光子６１が光路上に配置されている状態に対応する光学条件、および、偏光子６１が光路上から退避している状態に対応する光学条件の間で切り替える光学条件切替機構である。

ムラ検査装置１ａによる膜厚ムラの検査の流れは、光学フィルタ５１の選択に加えて偏光子６１が光路上に配置されるか否かが選択される点を除き、第１の実施の形態と同様である。また、ムラ検査装置１ａの補正情報取得部７５による補正情報の取得の流れについても、各光学フィルタ５１に関して、偏光子６１が光路上に配置されている状態に対応する光学条件、および、偏光子６１が光路上から退避している状態に対応する光学条件においてそれぞれ補正情報が取得される点を除き、第１の実施の形態と同様である。

ムラ検査装置１ａでは、特に、光路上における偏光子６１の有無によるラインセンサ４１のＣＣＤ感度のばらつきの影響や偏光子６１の光学特性（例えば、偏光子６１の厚さムラ）による影響が、検査部７の出力補正部７２により除去されるため、膜厚ムラをより精度良く検出することができる。

次に、本発明の第４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１５はムラ検査装置１ｂの構成を示す正面図である。図１５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１５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。

ムラ検査装置１ｂによる膜厚ムラの検査の流れは、第１の実施の形態と同様である。また、ムラ検査装置１ｂの補正情報取得部７５による補正情報の取得では、ミラー９０（図７参照）や拡散板は利用されず、光出射部３からの光が、何も保持しないで停止した状態のステージ２ａの開口を介して（すなわち、膜厚ムラの影響を受けない環境下にて）受光部４に直接照射される点を除いて第１の実施の形態と同様である。

ムラ検査装置１ｂでは、第１の実施の形態と同様に、光学系のシェーディング特性による影響やラインセンサ４１のＣＣＤ感度のばらつきの影響が、検査部７の出力補正部７２により除去されるため、膜厚ムラをより精度良く検出することができる。

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、ステージは、光出射部および受光部４に対して相対的に移動すればよく、ステージが固定され、光出射部および受光部４が、互いに固定された状態で移動されてもよい。

光出射部では、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発光ダイオードが線状光を出射する光源として設けられてもよい。

ムラ検査装置では、ハロゲンランプ３１等の光源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光源から基板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、赤外線を出射する光源が光出射部に設けられてもよい。

基板９に対する光の入射角を上面９１全体において一定とすることにより膜厚ムラの検出を簡素化するという観点からは、基板９に対して相対的に移動するラインセンサ４１により光出射部からの線状光の反射光（または、膜９２を透過した後の線状光）を受光することが好ましいが、基板９の撮像時間を短縮する必要がある場合等には、ラインセンサ４１に代えて２次元ＣＣＤセンサが受光部４に設けられてもよい。

波長帯切替機構５は、必ずしも基板９から受光部４に至る光路上に配置される必要はなく、例えば、光出射部から基板９に至る光路上に配置されてもよい。第３の実施の形態に係るムラ検査装置１ａでは、偏光子６１および偏光子移動機構６２が、波長帯切替機構５から受光部４に至る光路上に配置されてもよく、また、光出射部から基板９に至る光路上に配置されてもよい。第２の実施の形態に係るムラ検査装置では、光出射部３ａに３つ以上の光源要素が設けられることにより、３つ以上の波長帯の間で選択波長帯を切り替えることが可能とされてもよい。

また、補正画像をディスプレイ等に表示する必要がない場合、補正情報の取得において、露光量と平均出力値との関係を示す近似曲線１３２を規格化して規格化曲線１３５を求める工程は省略されてもよい。この場合、数１に示す２次関数に代えて、近似曲線１３２に基づいて露光量と平均出力値との関係を示す式が求められ、当該式が補正情報として補正情報記憶部７６に記憶されてもよい。また、補正情報記憶部７６に記憶される補正情報は、必ずしも２次関数には限定されず、３次以上の関数であってもよい。

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正面図である。 波長帯切替機構を示す図である。 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。 ムラ検査装置を示す正面図である。 補正情報の取得の流れを示す図である。 補正情報の取得の流れを示す図である。 補正情報取得に利用される画像を示す図である。 露光量とＣＣＤからの平均出力値との関係を示す図である。 補正画素値とＣＣＤからの平均出力値との関係を示す図である。 第２の実施の形態に係る光出射部の一部を拡大して示す側面図である。 第３の実施の形態に係るムラ検査装置の構成を示す正面図である。 第４の実施の形態に係るムラ検査装置の構成を示す正面図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ ムラ検査装置
２，２ａ ステージ
３，３ａ 光出射部
５ 波長帯切替機構
８ 制御部
９ 基板
２１ 移動機構
３１ ハロゲンランプ
３１ａ，３１ｂ 光源要素
３２ 石英ロッド
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
６１ 偏光子
６２ 偏光子移動機構
７２ 出力補正部
７５ 補正情報取得部
７６ 補正情報記憶部
９０ ミラー
９１ 上面
９２ 膜
１３５ 規格化曲線
Ｓ１１〜Ｓ１７，Ｓ２１〜Ｓ２５，Ｓ３１〜Ｓ３８，Ｓ４１〜Ｓ４７，Ｓ２５１，Ｓ４１１，Ｓ４７１ ステップ

Claims (15)

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特定の波長帯の光を複数の受光素子にて受光して前記主面からの前記特定の波長帯の光の強度分布を出力するセンサと、
   前記特定の波長帯または前記光出射部から前記センサに至る光学系の状態に対応する光学条件を複数の光学条件の間で切り替える光学条件切替手段と、
   前記センサの各受光素子に対して前記複数の光学条件にそれぞれ関連づけられた複数の補正情報を記憶する補正情報記憶部と、
   前記複数の補正情報から前記光学条件切替手段にて選択された光学条件に関連づけられた前記各受光素子の補正情報を選択し、前記センサからの出力に基づいて生成された前記基板の上面の２次元画像である元画像の各画素の値を前記補正情報に基づいて補正することにより補正済画像を生成する出力補正部と、
   前記補正済画像に対して前記膜の膜厚変動に起因する画素の値の差を強調する処理を行って強調画像を生成する強調処理部と、
   前記強調画像に基づいて前記膜の膜厚ムラを検出するムラ検出部と、
   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、
   前記光出射部が複数の波長帯の光を含む光を出射し、
   前記光学条件切替手段が、
   前記複数の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と、
   前記複数の光学フィルタのうち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一の光学フィルタを他の光学フィルタに切り替えることにより前記特定の波長帯を変更する光学フィルタ切替機構と、
   を備え、
   前記複数の光学条件が、前記複数の波長帯のそれぞれを前記特定の波長帯とする光学条件を含むことを特徴とするムラ検査装置。
3. 請求項１に記載のムラ検査装置であって、
   前記光学条件切替手段が、
   偏光子と、
   前記偏光子を前記光出射部から前記センサに至る光路上の位置と前記光路から離れた位置との間で移動する偏光子移動機構と、
   を備え、
   前記複数の光学条件が、前記偏光子が前記光路上に配置されている状態に対応する光学条件、および、前記偏光子が前記光路上から退避している状態に対応する光学条件を含むことを特徴とするムラ検査装置。
4. 請求項１に記載のムラ検査装置であって、
   前記光出射部が、複数の光源要素から互いに異なる複数の波長帯の光を個別に出射可能であり、
   前記光学条件切替手段が、前記光出射部を制御して出射される光の波長帯を切り替えることにより前記特定の波長帯を変更し、
   前記複数の光学条件が、前記複数の波長帯のそれぞれを前記特定の波長帯とする光学条件を含む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、
   前記複数の補正情報のそれぞれが、前記センサの前記各受光素子からの出力値を変換する２次以上の関数であることを特徴とするムラ検査装置。
6. 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、
   前記複数の補正情報のそれぞれが、前記センサの前記各受光素子からの出力値を変換するルックアップテーブルであ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、
   前記センサが、前記膜にて反射された後の前記特定の波長帯の光を受光することを特徴とするムラ検査装置。
8. 請求項７に記載のムラ検査装置であって、
   前記基板の前記主面に沿う所定の移動方向に前記保持部を前記光出射部および前記センサに対して相対的に移動する移動機構をさらに備え、
   前記光出射部が、
   光源と、
   前記光源からの光を前記移動方向に垂直な線状光に変換して前記主面へと導く光学系と、
   を備え、
   前記センサが、前記線状光の前記基板上における照射領域にて反射された前記特定の波長帯の光の強度分布を前記保持部の移動に同期して繰り返し取得するラインセンサであることを特徴とするムラ検査装置。
9. 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、
   前記複数の補正情報を取得する補正情報取得部をさらに備え、
   前記補正情報取得部が、
   膜厚ムラの影響を受けない環境下にて前記光出射部から光を出射し、露光量を変更しつつ前記特定の波長の光を前記センサにて受光して複数の出力を取得する工程と、
   前記複数の出力に基づいて、前記センサの前記各受光素子からの出力値を露光量に対応する値へと変換する補正情報を求める工程と、
   前記複数の光学条件のそれぞれにおいて、前記複数の出力を取得する工程と前記補正情報を求める工程とを繰り返す工程と、
   を実行することを特徴とするムラ検査装置。
10. 請求項９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前記特定の波長帯の光を受光し、
    前記膜厚ムラの影響を受けない環境において、前記保持部が基板に代えてミラーまたは拡散板を保持することを特徴とするムラ検査装置。
11. 請求項１０に記載のムラ検査装置であって、
    前記基板の前記主面に沿う所定の移動方向に前記保持部を前記光出射部および前記センサに対して相対的に移動する移動機構をさらに備え、
    前記光出射部が、
    光源と、
    前記光源からの光を前記移動方向に垂直な線状光に変換して前記主面へと導く光学系と、
    を備え、
    前記センサが、前記線状光の前記基板上における照射領域にて反射された前記特定の波長帯の光の強度分布を前記保持部の移動に同期して繰り返し取得するラインセンサであることを特徴とするムラ検査装置。
12. 請求項１１に記載のムラ検査装置であって、
    前記複数の出力を取得する工程において、一の露光量に対して前記ミラーまたは前記拡散板を移動しつつ複数の仮出力の取得が繰り返され、前記複数の仮出力から前記一の露光量に対応する最終の出力が求められることを特徴とするムラ検査装置。
13. 請求項９ないし１２のいずれかに記載のムラ検査装置であって、
    前記補正情報を求める工程において、前記各受光素子からの前記複数の出力に対応する複数の出力値のうち所定の上限値と下限値との間の出力値のみが利用されることを特徴とするムラ検査装置。
14. 請求項９ないし１３のいずれかに記載のムラ検査装置であって、
    前記補正情報を求める工程において、前記複数の出力に基づいて前記露光量に対応する値と前記各受光素子からの出力値との関係を示す近似曲線が求められ、前記各受光素子からの前記複数の出力に対応する複数の出力値から前記近似曲線との残差が閾値よりも大きい出力値が除かれた上で前記補正情報が取得されることを特徴とするムラ検査装置。
15. 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、
    ムラ検査に利用される光の波長帯または光学系の状態に対応する光学条件を複数の光学条件から選択する工程と、
    基板の主面に形成されている光透過性の膜に向けて光を出射する工程と、
    前記膜にて反射された、または、前記膜を透過した後の特定の波長帯の光を複数の受光素子にて受光して前記主面からの前記特定の波長帯の光の強度分布をセンサから出力する工程と、
    前記センサの各受光素子に対して前記複数の光学条件にそれぞれ関連づけられた複数の補正情報から、選択された前記光学条件に関連づけられた前記各受光素子の補正情報を選択し、前記センサからの出力に基づいて生成された前記基板の上面の２次元画像である元画像の各画素の値を補正することにより補正済画像を生成する工程と、
    前記補正済画像に対して前記膜の膜厚変動に起因する画素の値の差を強調する処理を行って強調画像を生成する工程と、
    前記強調画像に基づいて前記膜の膜厚ムラを検出する工程と、
    を備えることを特徴とするムラ検査方法。

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