JPH09236532A

JPH09236532A - 基板表面性検査方法および検査装置

Info

Publication number: JPH09236532A
Application number: JP4184896A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Suzuki; 幸一郎鈴木; Masaki Fukuhara; 正樹福原; Hiroshi Ikeda; 浩池田
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】簡便な方法で正確に基板表面の濡れ性を評価
する。【解決手段】温湿度の調節された室内で、検査対象物
である基板８をスピンテーブル４上に水平に装着・固定
し、モータ２によりこれを回転する。このとき、最初は
低速で回転させながら、ノズル５より基板８上に所定量
の液体を供給する。その後、液体の供給を停止し、高速
で回転させて、所定時間経過後回転を停止させる。そし
て、停止した基板８の表面をカメラ６で撮影し、画像解
析機７で自動的に処理して、基板８表面への液滴の残留
状態を判別し、これに基づいて基板表面の濡れ性を評価
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクのマス
タリングに用いるガラス基板や、磁気ディスク用基板、
あるいは半導体素子の製造に用いるシリコン基板等の基
板表面の特性を検査する方法および装置に関し、特に、
基板表面の濡れ性を検査する方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクのスタンパを製造するマスタ
リング工程に用いるガラス基板や、磁気ディスク用基
板、あるいは半導体素子の製造に用いるシリコン基板な
どには、基板表面の濡れ性等の所定の表面性が要求され
る。例えば、光ディスクのマスタリングに用いるガラス
基板を繰り返し再利用して多数回使用する場合、前回使
用した際に塗布されたフォトレジストやその下地として
塗布されたプライマーが基板表面に残留していると、次
回に塗布する薬液に対する濡れ性が低下し、極端な場合
には、塗布液が部分的にはじかれて基板全体に塗布でき
ないという不良を生じることがある。このように、濡れ
性に乏しい基板は、その後の処理を施す上で不適当であ
るため、事前の検査で不良基板として選別しておく必要
がある。

【０００３】従来、このような基板表面の濡れ性を検査
する方法として、基板表面への液滴の接触角を測定する
方法が知られている。この方法は、水平に保たれた基板
の表面に所定量の液体を供給して、形成される液滴の表
面が基板と接する部分で、液滴表面と基板面とのなす接
触角を測定するものであり、濡れ性が高いほど接触角が
小さくなることを利用して、基板の濡れ性を評価するこ
とが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の基板表面の濡れ性を評価する方法は、基板１
枚１枚を水平に保ち、その上に少量の液体を供給して形
成される液滴が基板と接する部分で、液滴表面と基板面
とがなす接触角を目盛り付きの顕微鏡を用いて測定しな
ければならず、複雑で、大量の基板の全数検査には不向
きであった。このため、基板表面の濡れ性をインライン
（例えば、スタンパ製造ラインの製造工程の流れ）中で
測定することができず、製造ラインとは別の工程を設け
て測定する必要があり、製造工程を効率化するための障
害になるといった問題点があった。

【０００５】さらに、上述の方法では、検査後の基板上
に液滴の跡がそのまま残るので、使用前に基板を再度洗
浄しなければならないという問題点もあった。また、濡
れ性の低下は、不純物分子が基板表面全体に極めて薄く
均一に付着することによって基板表面の化学的状態が変
化した場合にも引き起こされる。このような表面状態の
変化は、従来の傷検査機等を用いてその外観から検出す
ることがさらに困難であるため、基板表面の濡れ性を容
易に評価することのできる手法が要請されていた。

【０００６】本発明はこのような従来の問題点に鑑み、
簡便かつ確実に基板表面の濡れ性を検査する方法および
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために、基板の濡れ性の違いを簡便に検出する方法を検
討した結果、所定の温湿度等の環境下で前記基板の表面
に所定の液体を供給し、前記基板を所定の回転数で所定
の時間回転させると、濡れ性の良い基板は液滴の飛散と
蒸発とによって乾燥するのに対し、悪い基板には液滴が
残留するため、回転後に基板表面に残留した液滴の有無
により前記基板の濡れ性の良否を判別できることがわか
った。

【０００８】そこで、請求項１に係る発明では、所定の
環境下で基板の表面に所定の液体を所定量供給し、前記
基板を所定の回転数で所定時間回転させ、該回転の停止
後、前記基板表面への液滴の残留状態により前記基板表
面の濡れ性を判別する。すなわち、本発明によれば、温
湿度等の調整された環境下で基板表面に液体を供給した
後に、スピンドライと呼ばれる方法で、基板回転の条件
を適当な値に設定して基板乾燥を行えば、十分な濡れ性
を有する基板は乾燥し、濡れ性の不十分な基板上には液
滴が残留することから、基板表面の濡れ性を評価する。

【０００９】スピンドライによる基板乾燥法は、基板を
回転させることにより基板上の液体が遠心力により基板
の外周部に移動し、さらに基板の外周端から基板を離れ
外周方向に飛散することと、基板上の液体が蒸発するこ
ととにより基板が乾燥するものである。この際、基板が
十分な濡れ性を有する場合には、遠心力により基板から
離脱しなかった基板上の液体は薄く広がり、表面積が大
きいために即座に蒸発し、基板が乾燥する。

【００１０】これに対し、基板の濡れ性が乏しいと、液
体の表面張力によって基板上の液体は液滴となる。この
液滴の大きさが小さいと、液滴に加わる遠心力が小さく
なり、液滴が基板上に留まってしまう。また、このよう
な液滴は相対的に表面積が小さくなるため、蒸発速度も
遅くなり、結局スピンドライ終了後も基板上に残留する
ことになる。

【００１１】また、基板の回転が停止した状態で液体を
供給した場合、基板の微妙な傾斜などで液体が広がらな
い部分が生じたり、一方、基板が高速で回転している状
態で供給した場合には、液体が即座に放射状に飛散し、
やはり基板表面全体に行き渡らないおそれがある。そこ
で、液体供給時の基板回転速度は液体の基板表面での広
がりを考慮して定めるのが望ましい。一般に、前記液体
の供給は、請求項２に係る発明のように、前記基板を液
体の飛散を目的とする前記所定の回転数よりも、液体の
基板表面での広がりが得られる低い回転数で回転させつ
つ行うことが効果的である。これにより、供給された液
体は、適度な遠心力で基板表面全体に確実に広がる。

【００１２】また、請求項３に係る発明では、基板の表
面に所定の液体を所定量供給する液体供給手段と、前記
基板を所定の回転数で所定時間回転させる基板回転手段
と、を含んで構成され、前記基板回転手段による回転停
止後の基板表面への液滴の残留状態により、目視で基板
の濡れ性を判別することが可能となる。さらに、請求項
４に記載の発明のように、前記基板回転手段による回転
後の基板表面への液滴の残留状態を判別する残留液滴判
別手段を設けることにより判別操作を含めた濡れ性検査
工程を自動化できる。

【００１３】このような残留液滴判別手段の具体例とし
ては、例えば、請求項５に係る発明のように、前記基板
表面を撮像するカメラと、該カメラの出力を画像処理し
て前記基板表面への液滴の残留状態を検出する画像解析
機とを含んで構成することができ、検出データの処理・
管理まで自動的に行える。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の検査装置の構成の
一例を示す概略図である。ハウジング１内の中央部に
は、基板回転手段として、モータ２の出力軸３の上端部
に取り付けられて水平面内を回転可能なスピンテーブル
４が設置されている。また、ハウジング１内には、液体
供給手段としてのノズル５が、スピンテーブル４の上面
に載置された検査対象物の上に液体を吐出するように設
けられている。

【００１５】残留液滴判別手段としてのカメラ６はスピ
ンテーブル４の上方に配設され、その出力は画像解析機
７に接続されている。この装置は温湿度等の環境条件が
調節された室内、例えばクリーンルームに設置して使用
される。まず、検査対象物である基板８を、水平になる
ようにスピンテーブル４上に装着・固定し、続いて、モ
ータ２を回転することにより、基板８をその板面に垂直
な軸（好ましくは基板の中心軸）を中心として回転す
る。

【００１６】最初はスピンテーブル４を低速で回転させ
ながら、ノズル５より基板８上に、基板８の表面が均一
に濡れる程度の所定量の液体を供給する。基板の回転に
伴う遠心力でこの液体を基板表面全体に広げるために
は、基板の中央付近に液体を供給するのが望ましい。ま
た、スピンテーブル４には、その円周方向に複数枚の基
板を回転中心に関して対称になるように並べて固定し、
同時に処理するようにしてもよいが、この場合、各基板
の最も回転中心に近い位置に液体を供給するとよい。

【００１７】液体の供給を終了したら、スピンテーブル
４を所定の高速回転に到達させる。このとき、回転の加
速度が極端に大きいと、液体が回転の接線方向に加速さ
れて一気に飛散してしまい、濡れ性の正確な判別ができ
ないおそれがあるので、所定値以下の加速度とし、さら
には一定の加速度とすることが好ましい。そして、基板
の高速回転を所定時間保持した後、回転を停止させる。
次に、停止した基板８の表面をカメラ６で撮影し、これ
を画像解析機７で、液滴の残留による反射率の違いなど
により、液滴の残留する画素数をカウントするなどして
自動的に処理し、基板８表面への液滴の残留状態を判別
する。そして、この結果に基づいて濡れ性の良否を評価
して、基板を選別する。液滴の残留が無い場合には濡れ
性が良好であると判定し、その基板は良品として次工程
に送られる。一方、液滴の残留が認められた場合には濡
れ性が不十分であると判定し、別途、原因の解析を行
う。

【００１８】尚、基板に要求される特性が親水性か親油
性かにより、基板上に供給する液体の種類を変えて使い
分けるとよい。特に、親水性のものには基板の濡れ性に
影響を与える不純物混入のおそれがない純水が、親油性
のものには各種アルカン類の液体（例えば、ｎ- ヘキサ
ン、ｎ- ヘプタン）等が好ましく用いられる。そして、
使用する液体の粘度や沸点などに応じて、濡れ性の良い
基板と不十分な基板とで残留液滴に明確な差が生じるよ
うに環境条件の設定を最適化すれば、判別を容易にでき
る。

【００１９】また、上述の装置では、基板の板面に垂直
な軸を中心として回転する構成としたが、板面に水平な
軸を中心に回転させるようにしてもよく、このような場
合でも液体をスプレー状に噴霧するような構成とすれば
基板表面全体に液体を供給することが可能である。ま
た、残留液滴判別手段のカメラ６としては、ＣＣＤカメ
ラや撮像管を用いることができるほか、従来の外観検査
装置を用いてもよい。基板上に残留した液滴の有無は目
視により判別することもできるため、本発明は必ずしも
残留液滴判別手段を設ける必要はないが、これを設けた
場合には、目視による判別に関する作業者の熟練を必要
とせず、再現性のよい判別を自動的に行うことができ
る。

【００２０】次に、以下の２種類の試料について、条件
を変えてスピンドライした時の試料表面への液滴の残留
状態を比較し、本発明の方法により基板表面の濡れ性を
容易に判定できることを示す。〔試料１〕：光ディスクのマスタリング用ガラス基板
（ソーダライムガラス製、直径 160mm、厚さ 1.6mm）を
水洗し、１％Ｎ-(２- アミノエチル)-３- アミノプロ
ピルトリメトキシシラン水溶液をプライマーとして塗布
した。これを、水洗およびスピンドライした後、フォト
レジスト液（シプレイ社製 S-1805 を同社シンナーEBR1
0Aで27体積％に希釈）を膜厚約170nm 回転塗布（スピン
コート）し、80℃のオーブンで20分間ベーキングした。
この基板のレジスト塗布面の純水接触角を測定（試料数
２枚、１枚あたり８箇所測定）したところ、図２に示す
ように、49.4度から67.0度の範囲だった。これを濡れ性
の不十分な試料とした。

【００２１】〔試料２〕：試料１に用いたものと同じ新
品のガラス基板を用いた。この基板の純水接触角を測定
（試料数２枚、１枚あたり８箇所測定）したところ、図
３に示すように、 3.2度から 7.8度の範囲だった。これ
を濡れ性の良好な試料とした。まず、基板の回転時間と
液滴の残留との関係を上記２種類の試料について調べ
た。試料を、23℃、50％RHの温湿度に保たれたクリーン
ルーム内で、スピンナー（エイブル社製 ASS-303）に水
平に装着し、最初 100rpm で30秒間回転させ、その間に
基板上に100cc の純水を分液ロートから供給した。続い
て、回転数を毎秒100rpmの加速度で1000rpm まで増加さ
せ、1000回転に10〜 240秒の間の所定時間保った後、毎
秒100rpm回転数を低下させ、回転が停止した時点で基板
表面に残留した水滴の有無を観察した。スピンナーへの
基板の装着には両面粘着テープを用いた。

【００２２】表１に、濡れ性不十分な試料（試料１）と
濡れ性良好な試料（試料２）とについて、1000rpm に保
った時間と基板上に残留した水滴の有無との関係を示
す。

【００２３】

【表１】

【００２４】試料２では1000rpm での回転時間が30秒以
上では基板表面に水滴が残らない。これに対し、試料１
では1000rpm での回転時間が 180秒以下のときは、すべ
ての場合、基板表面（特に中心付近）に直径１mm程度の
大きさの水滴の残留が認められた。次に、1000rpm での
回転時間を90秒に固定して、試料１および試料２につい
て各５回ずつ同様の試験を行ったが、試料１では５回と
も水滴の残留が認められ、試料２では５回とも水滴の残
留は認められなかった。

【００２５】このように、濡れ性の良い基板と不十分な
基板との残留液滴に明らかな差が生じるような基板の回
転時間を設定すれば、本発明の方法により基板表面の濡
れ性を簡便に判別することが可能となる。次いで、基板
面に水平な軸を中心に基板を回転させ、純水を基板上に
噴霧して供給した場合の、基板の回転時間と液滴の残留
との関係を前述の２種類の試料について調べた。

【００２６】23℃、50％RHの温湿度に保たれたクリーン
ルーム内で、図４に示すようにＡ矢印の方向に前記試料
１の基板11を24枚収納したコンテナ12を、リンサードラ
イヤー装置（コクサン社製 SPD-180RN）の基板回転軸13
に、回転軸が各基板の板面に水平になるように取り付け
た。そして、最初、 500rpm で30秒間回転させ、その間
に６lit/min の供給量で30秒間純水を各基板表面全体に
行き渡るようにノズルから噴霧した。続いて、回転数を
2500rpm まで増加させて、この回転数で所定時間保ち
（第１スピン）、次いで回転数を1500rpm にまで低下さ
せて、この回転数で所定時間保った（第２スピン）後、
回転スイッチを切って回転を停止させ、各基板の表面に
残留した水滴の有無を観察した。この操作を第１スピン
と第２スピンとの時間を変えて繰り返して行った。各回
転条件と基板表面への水滴残留との関係を表２に示す。

【００２７】また、試料２についても上記操作に準じて
実施した。結果は表３に示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】表２と表３とに示した結果からわかるよう
に、試料１と試料２とで基板表面への水滴の残留に差が
生じる回転条件があり、特に「第１スピン： 120秒、第
２スピン： 150秒付近」や、「第１スピン： 240秒、第
２スピン：30秒以上」といった回転条件では明らかな差
を生じ、濡れ性の判別が容易である。

【００３１】このように、板面に水平な軸を中心に回転
させた場合でも、液体を噴霧するなどして基板表面全体
に行き渡らせ、適切な回転条件を用いることによって、
本発明の方法により基板の濡れ性を判別できることが明
らかになった。この場合、コンパクトな装置で多数枚を
同時に処理できるという利点もある。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明によれば、スピンドライの応用による簡便な方法によ
り基板表面の濡れ性を評価でき、これにより濡れ性の不
十分な基板を予め排除して、次工程での不良発生を防止
できるという効果がある。また、スピンドライを用いて
いるため、濡れ性の良好な基板表面には液体が残留する
ことはなく、検査後の特別な後処理を必要とせずに次工
程に移すことができるという効果もある。

【００３３】また、請求項２に係る発明によれば、基板
表面へ供給した液体が、全体に広がることなく一方向に
流出したり、一気に飛散したりすることがなく、適度な
遠心力で表面の濡れ性に基づき基板表面全体に均一に広
がるので、基板表面全体にわたって濡れ性の検査を行う
ことができるという効果がある。また、請求項３に係る
発明によれば、大量の基板を迅速に検査できるので、イ
ンライン中での実施が可能になり、製造工程の効率化を
図れるという効果がある。

【００３４】また、請求項４に係る発明によれば、基板
表面の検査工程を容易に自動化することができ、より効
率化することができるという効果がある。また、請求項
５に係る発明によれば、市販のカメラと画像解析機とを
組み合わせることにより容易に実施でき、検査データの
処理および管理も簡単にできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一構成例を示した概略図

【図２】濡れ性の不十分な試料と水滴との関係を示し
た図

【図３】濡れ性の良い試料と水滴との関係を示した図

【図４】板面に水平な軸を中心に回転させる場合を説
明する概略図

【符号の説明】

１ハウジング２モータ３出力軸４スピンテーブル５ノズル６カメラ７画像解析機８基板 11 基板 12 コンテナ 13 基板回転軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ１１Ｂ 7/26 7303−5ＤＧ１１Ｂ 7/26 // Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｌ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の環境下で基板の表面に所定の液体を
所定量供給し、前記基板を所定の回転数で所定時間回転
させ、該回転の停止後、前記基板表面への液滴の残留状
態により前記基板表面の濡れ性を判別することを特徴と
する基板表面性検査方法。
【請求項２】前記液体の供給は、前記基板を前記所定の
回転数よりも低い回転数で回転させつつ行うことを特徴
とする請求項１記載の基板表面性検査方法。
【請求項３】基板の表面に所定の液体を所定量供給する
液体供給手段と、前記基板を所定の回転数で所定時間回転させる基板回転
手段と、を含んで構成され、前記基板回転手段による回転停止後
の基板表面への液滴の残留状態により前記基板表面の濡
れ性を判別することを特徴とする基板表面性検査装置。
【請求項４】前記基板回転手段による回転停止後の基板
表面への液滴の残留状態を判別する残留液滴判別手段を
設けたことを特徴とする請求項３記載の基板表面性検査
装置。
【請求項５】前記残留液滴判別手段は、前記基板表面を
撮像するカメラと、該カメラの出力を画像処理して前記
基板表面への液滴の残留状態を検出する画像解析機とを
含んで構成されることを特徴とする請求項４記載の基板
表面検査装置。