(57)【要約】      （修正有）【課題】基板上に塗布された樹脂膜の厚みムラの検査を行うのに際して膜厚が厚い部分と薄い部分を見分けることが出来る膜厚ムラ検査装置を提供する。【解決手段】基板上に塗布された樹脂膜２の厚みムラを検査する膜厚ムラ検査装置１であって、基板を保持するステージ４と、樹脂膜２に所定波長域の光を照射する光照射部５と、樹脂膜２から発せられる蛍光の強度分布を画像として取得する撮像部６と、ステージ４、光照射部５および撮像部６の動作を制御するとともに、撮像部６が取得した画像信号を処理する機能を有する制御部７とを備え、制御部７が、撮像部６が取得した蛍光強度分布から、樹脂膜２の厚みが薄い部分と、厚い部分を特定する。【選択図】図２
2017020880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に塗布された樹脂膜の厚みムラを検査する膜厚ムラ検査装置であって、
前記基板を保持するステージと、
前記樹脂膜に所定波長域の光を照射する光照射部と、
前記樹脂膜から発せられる蛍光の強度分布を画像として取得する撮像部と、
前記ステージ、前記光照射部および前記撮像部の動作を制御するとともに、前記撮像部が取得した画像信号を処理する機能を有する制御部とを備え、
前記制御部が、前記撮像部が取得した蛍光強度分布から、前記樹脂膜の厚みが薄い部分と、厚い部分を特定する機能を有している膜厚ムラ検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の膜厚ムラ検査装置であって、
前記撮像部は、撮像装置と、前記樹脂膜から前記撮像装置に至る光路上に配置される撮像部光学フィルタを備え、
前記撮像部光学フィルタが、前記樹脂膜から発せられる蛍光の波長域を透過する一方で、前記光照射部から照射される光の波長域を遮断する特性を有している膜厚ムラ検査装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の膜厚ムラ検査装置であって、
前記光照射部が、光源と、光源と前記樹脂膜に至る光路上に配置される光照射部光学フィルタを備え、
前記光照射部光学フィルタが、前記樹脂膜から発せられる蛍光の波長域を遮断する特性を有している膜厚ムラ検査装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の膜厚ムラ検査装置であって、
前記光照射部が樹脂膜に照射する光の波長がの３９０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内であって、
前記撮像部が５５０ｎｍより短い波長を遮断する特性を有している膜厚ムラ検査装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の膜厚ムラ検査装置であって、
前記撮像装置にＴＤＩカメラを用い、
前記撮像部と前記光照射部に対し、前記ステージを相対的に移動させながら撮像することで蛍光画像分布を得る膜厚ムラ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に塗布された樹脂膜の厚みムラを検査する膜厚ムラ検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配線基板等の基板上にレジスト膜等の樹脂膜を塗布する場合、厚みムラが生じることがある。この厚みムラが許容範囲を超えると、後工程の処理条件や最終製品の品質に悪影響を及ぼすことがある。このため、基板上に塗布された樹脂膜の膜厚ムラの検査が従来より行われている。
【０００３】
膜厚ムラの検査として、特許文献１に記載されているような、基板上の樹脂膜に単色光を照射し、膜厚の違いによって生じる干渉縞を目視、あるいは撮像して合否を判定する方法が従来より知られている。
【０００４】
干渉縞を撮像して、膜厚ムラを検査する装置の一例を図８に示す。図８の光干渉式膜厚ムラ検査装置１００では、光源１０５から発せられる光を光学フィルタ１０６により単波長化して（光源１０５がナトリウムランプのような単波長光源なら光学フィルタ１０６は不要）、基板３上の樹脂膜２に照射し、樹脂膜２からの反射光をカメラ１０７が撮像する構成となっている。ここで、樹脂膜２からの反射光強度は、樹脂膜表面２ａでの反射光および樹脂膜裏面２ｂ（基板３側）での反射光が干渉し、樹脂膜２の膜厚Ｔと反射光強度ＰＲの関係で図９のような関係になり、基板３上の面内で膜厚２の変化があれば干渉縞が発生する。このため、撮像画像中の干渉縞により膜厚変化の有無が判る。すなわち、膜厚ムラを検査することが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３２９４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基板上に塗布した樹脂膜に厚みムラが生じた場合、厚みムラが生じた原因を解析して、塗布工程等で具体的な対策を施す必要がある。このため、厚みムラが生じている状態、すなわち膜厚が厚い部分と薄い部分を把握しておく必要がある。
【０００７】
ところで、光干渉で膜厚ムラを検査する方法では、図９に示すように、膜厚が厚くなる場合と薄くなる場合の何れの場合にも干渉縞が生じることが判る。このため、干渉縞を用いる方法では、膜厚が変化している箇所は判るが、厚いのか薄いのかまでは判別出来ない。例えば、図１０のように樹脂膜２に、膜厚部Ｂ２と薄膜部Ｄ２が存在する場合（上面から見た図１０（ａ）のＡ−Ａ断面図が図１０（ｂ）のようになっている）、反射光強度ＰＲの面内分布を示す反射光画像ＶＲは図１１のようになり、膜厚部Ｂ２と薄膜部Ｄ２で同様にリング状に干渉縞が現れる。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、基板上に塗布された樹脂膜の厚みムラの検査を行うのに際して膜厚が厚い部分と薄い部分を見分けることが出来る膜厚ムラ検査装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
基板上に塗布された樹脂膜の厚みムラを検査する膜厚ムラ検査装置であって、
前記基板を保持するステージと、
前記樹脂膜に所定波長域の光を照射する光照射部と、
前記樹脂膜から発せられる蛍光の強度分布を画像として取得する撮像部と、
前記ステージ、前記光照射部および前記撮像部の動作を制御するとともに、前記撮像部が取得した画像信号を処理する機能を有する制御部とを備え、
前記制御部が、前記撮像部が取得した蛍光強度分布から、前記樹脂膜の厚みが薄い部分と、厚い部分を特定する機能を有している。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の膜厚ムラ検査装置であって、
前記撮像部は、撮像装置と、前記樹脂膜から前記撮像装置に至る光路上に配置される撮像部光学フィルタを備え、
前記撮像部光学フィルタが、前記樹脂膜から発せられる蛍光の波長域を透過する一方で、前記光照射部から照射される光の波長域を遮断する特性を有している。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、
請求項１または請求項２に記載の膜厚ムラ検査装置であって、
前記光照射部が、光源と、光源と前記樹脂膜に至る光路上に配置される光照射部光学フィルタを備え、
前記光照射部光学フィルタが、前記樹脂膜から発せられる蛍光の波長域を遮断する特性を有している。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の膜厚ムラ検査装置であって、
前記光照射部が樹脂膜に照射する光の波長がの３９０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内であって、
前記撮像部が５５０ｎｍより短い波長を遮断する特性を有している。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の膜厚ムラ検査装置であって、
前記撮像装置にＴＤＩカメラを用い、
前記撮像部と前記光照射部に対し、前記ステージを相対的に移動させながら撮像することで蛍光画像分布を得る
【発明の効果】
【００１４】
本発明の膜厚ムラ検査装置により、基板上に塗布された樹脂膜の厚みムラの検査を行うのに際して膜厚が厚い部分と薄い部分を容易に見分けることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る膜厚ムラ検査装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る膜厚ムラ検査装置の機能を説明するための図である。
【図３】（ａ）本発明の一実施形態に係る膜厚ムラ検査装置で得た基板の一断面における蛍光の強度分布の一例を示す図である（ｂ）同検査装置で得た蛍光強度の面内分布の一例である。
【図４】（ａ）本発明の一実施形態に係る膜厚ムラ検査装置において照射光強度分布が不均一な場合に膜厚ムラが検知し難いことを説明する図である（ｂ）同強度分布が不均一な場合に得るべき蛍光の標準的な強度分布を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る膜厚ムラ検査装置の変形例の構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る膜厚ムラ検査装置の変形例の機能を説明するための図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る膜厚ムラ検査装置の別の変形例の構成を示す図である。
【図８】光干渉で膜厚ムラを検査する装置の一例である。
【図９】膜厚変化により反射光に干渉縞が現れる原理を説明する図である。
【図１０】（ａ）基板上に塗布された樹脂膜に厚い部分と薄い部分がある場合を上面から見た図である。（ｂ）同樹脂膜に厚い部分と薄い部分が存在する線状の断面図を示す図である。
【図１１】基板上に塗布された樹脂膜に厚い部分と薄い部分があるものに単色光を照射したときの反射光を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
まず、図１に示した本発明に係る一実施形態である膜厚ムラ検査装置１について説明する。なお、図２は膜厚検査装置１の機能を説明する際に用いる図であり、図１のX方向から見た様子を示している。
【００１７】
膜厚ムラ検査装置１の検査対象である樹脂膜２は基板３上に塗布されている。膜厚ムラ検査装置１は、ステージ４、光照射部５、撮像部６、および制御部７を備えている。なお、本実施形態において基板３を保持する面をＸＹ平面として、ＸＹ平面に直交する方向をＺ方向とする。
【００１８】
樹脂膜２は、エポキシやポリイミド等の樹脂を主成分としたものであり、可視域の光照射に対して極めて微弱ながら蛍光を発するものである。このため、樹脂膜２には、蛍光材を敢えて添加しなくても良い。なお、蛍光と表記しているのは、光照射を受けた分子が励起されて発する照射光より長波長の光のことであり、蛍光のみならず燐光も含むものとする。ここで、蛍光は照射された光が膜内の分子が励起されて発せられるものなので、膜厚が厚いほど励起される分子が増えて蛍光強度が増しやすい。
【００１９】
基板３は、配線基板等を形成するものであり、材質としてはガラス、セラミックス、シリコン等の無機材料を主成分とし、樹脂膜２が蛍光を発する条件において蛍光を発しない（或いは樹脂膜２に比べて極めて弱い）ものが本発明において有効である。また、金属は蛍光を発しないため、基板３上に銅等の金属配線が施されていても良い。
【００２０】
ステージ４は、図示しない平坦なテーブル上に配置されており、基板３を真空吸着等により保持する機能と、基板３を保持した状態でテーブル上をＸＹ面内で移動する機能を有している。
【００２１】
光照射部５は、樹脂膜２に所定の波長域の光を照射する機能を有している。光照射部５は、光源５１と所定波長域の光を透過させる光照射部光学フィルタ５２を構成要素としている。
【００２２】
光源５１には白色光源を用いても良いが、発光ダイオード（以下ＬＥＤ光源と記す）や半導体レーザー（以下ＬＤ光源と記す）のような単色光源を用いれば、光照射部フィルタ５２を省ける可能性がある。
【００２３】
光学フィルタ５２の機能としては、所定波長域の光を透過するとともに、（所定波長域の光を照射することで）樹脂膜２から発せられる蛍光の波長域を遮断することが必要である。すなわち、樹脂膜２から発せられる蛍光は微弱であるので、この蛍光を検出する際の外乱となる光を照射光から除外しておく必要がある。例えば、光源５１にＬＥＤ光源やＬＤ光源のような単色光源を用いた場合であっても、その発光波長に蛍光の波長域と重なる部分があったら、光照射部光学フィルタ５２を省くことは出来ない。ただし、光源５１として、発光波長が所定波長域内に含まれ、蛍光の波長域と重なるような波長を含まないものを用いたら、光照射部光学フィルタ５２を省くことが出来る。
【００２４】
所定の波長域として、蛍光強度を高めるためには短波長側であることが望ましいが、短波長域の光は樹脂膜２に悪影響を及ぼす懸念があり、特に樹脂膜２が感光性レジストの場合において紫外域の光は好ましくない。このため、所定域の波長としては可視域、すなわち３９０ｎｍより長いことが望ましい。ただし、樹脂膜２に波長が５５０ｎｍより長い光を照射しても、撮像部６が検知出来る蛍光発光が得にくくなるので好ましくない。すなわち、所定の波長域は３９０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内にあることが望ましい。
【００２５】
光照射部５が光を照射する樹脂膜２の範囲は、撮像部６の視野によって異なるが、図１においては、後述するように撮像部６の視野領域２Ｌが直線状になっている。このため、光源５１および光照射部光学フィルタは視野領域２Ｌ均一に照射する形状となっている。なお、図示はしていないが、視野領域２Ｌに光を集光するためのレンズを光源５１から樹脂膜２の光路上に配置しても良い。
【００２６】
撮像部６は、樹脂膜２から発せられる蛍光の強度分布を取得する機能を有している。撮像部６は撮像装置６１および撮像部光学フィルタ６２を構成要素としている。撮像部光学フィルタ６２は、光照射部５が樹脂膜２に照射する光の波長域を遮断する一方で、樹脂膜２が発する蛍光の波長域を透過させる機能を有している。
【００２７】
撮像装置６１は、視野内の画素毎の光強度を電気信号に変換する機能を有しており、例えば、ＣＣＤ固体撮像素子、ＭＯＳイメージセンサおよびＣＭＯＳイメージセンサなどが用いられる。撮像装置６１としては、画素が２次元配列のエリアカメラと、画素が１次元配列のラインセンサカメラの何れかを用いる。撮像装置としてラインセンサカメラを用いた場合は、図１のように視野領域２ＬがＸ方向の直線状となるが、光照射部５と撮像部６に対して、（相対的に）ステージ４をＹ方向に一定距離移動させる度に撮像を行うことにより２次元的な蛍光分布を取得することが出来る。
【００２８】
本実施形態においては、視野領域に均一な強度の光を照射する場合、２次元視野よりは１次元視野の方が装置構成的に容易であるという理由から、図１のような視野領域２Ｌとしている。直線的な視野領域２Ｌに対しては、一般的なラインセンサカメラの他に、ＴＤＩカメラ（Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  Ｃａｍｅｒａ）を適用することも可能である。ＴＤＩカメラは、視野自体は１次元であるが、２次元配列された画素を活かして受光感度を高めたものである。ＴＤＩカメラは高感度であるため微弱な光の強度を測るのに適しており、特に可視光を受けた際に発するような極めて微弱な蛍光の強度測定には好適である。
【００２９】
制御部７は、具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。制御部７は、ステージ４、光照射部５および撮像部６の機能を制御するとともに、撮像部６の撮像装置６１が取得した蛍光分布を画像信号として処理する機能を有している。
【００３０】
制御部７は、ステージ４に接続され、基板３の保持、ステージ４のＸＹ方向での移動を制御する機能を有する。制御部７は、光照射部５に接続され、光照射の方向、光源５１の点滅および点灯電力を制御する機能を有している。制御部７は、撮像部６に接続され、撮像視野の調整、撮像装置６１による画像取り込みを制御する機能を有している。また、制御部７は撮像装置６１が取得した画像を処理する機能も有している。
【００３１】
本発明に係る膜厚ムラ検査装置１では、図１に示す樹脂膜２の視野領域２Ｌに、光を照射する。ここで、視野領域２Ｌに照射するのは、図２に示すように、光源５１から発せられた後に、光照射部光学フィルタ５２を透過して、所定波長域となった光ＬＩである。ここで、所定波長域は前述のとおり３９０〜５５０ｎｍの範囲内にあることが望ましい。
【００３２】
視野領域２Ｌの樹脂膜２は、図２に示すように、光ＬＩを受けることにより、蛍光ＦＯを発する。この蛍光ＦＯは、撮像部光学フィルタ６２を透過して撮像装置６１で電気信号に変換される。なお、光ＬＩは視野領域２Ｌで一部が反射されるが、反射光は撮像光学フィルタ６２で遮断される。
【００３３】
視野領域２Ｌから発せられた蛍光ＦＯは、撮像装置６１により電気信号に変換されるがその一例を図３（ａ）に示す。図３（ａ）は、図１０（ａ）のＡ−Ａに相当する部分、すなわち図１０（ｂ）のような断面形状を有する領域を視野領域２Ｌとしたものであり、蛍光強度ＰＦは膜厚が厚い部分で強く、膜厚が薄い部分で弱くなっている。そこで、蛍光強度ＰＦに一定の範囲Ｇを設けて、蛍光強度ＰＦが範囲Ｇの上限を超える部分は膜厚が厚く、範囲Ｇの下限に満たないものは膜厚が薄いと判定することが出来る。このような判定は、撮像装置６１が取得した画像を処理する機能を有した、制御部７が行う。
【００３４】
本実施形態においてはラインセンサカメラにより視野領域２Ｌが、図１におけるＸ方向の１次元になっている。このため、基板３全面について膜厚ムラ検査を行うためには、Ｙ方向において、少なくとも検査領域（例えば、図１０（ａ）のＹ０からＹ１）が入る範囲において、ステージ４をＹ方向に一定量移動させながら、撮像装置６１が画像を取り込むように、制御部７がステージ４と撮像装置６１を制御する。なお、ステージ４を移動させる代わりに撮像部６をＹ方向に移動させても良い。なお、撮像毎にステージ４をＹ方向に一定量移動する際の移動量は、必要に応じて任意に設定して良いが、ライセンサカメラの画素数によって決まるＸ方向の分解能と同程度が望ましい。
【００３５】
ステージ４と撮像部６をＹ方向に相対移動することによって得た、蛍光の２次元強度分布の一例を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）においては、蛍光を発していない部分を黒くし、蛍光強度が増すに従い、グレーから白へと変化している。蛍光が強いと膜厚が厚く、蛍光が弱いと膜厚が薄いという特徴から、図２（ｂ）では、基板３面上において、樹脂膜２の厚い部分と薄い部分を容易に見分けることが出来る。これは、光干渉を用いる方法で得た結果（図１１）とは大きく異なる。
【００３６】
ところで、図３（ａ）において、樹脂膜３の膜厚が同じであれば、場所に係わらず蛍光強度ＰＦが同じになっているが、光源５１によっては樹脂膜２に照射する光ＬＩの強度がＸ方向で均一にならない場合がある。すなわち、視野領域２Ｌの幅（Ｘ方向）に対する光源６１の幅（Ｘ方向）によっては、視野領域２Ｌの両端側において光ＬＩが弱くなる。このような場合、光ＬＩの強度分布が蛍光ＦＯに反映される。その一例を、図１０（ａ）のＡ−Ａに相当する部分、すなわち図１０（ｂ）のような断面形状を有する領域を視野領域２Ｌとした場合について、図４（ａ）に示す。図４（ａ）では、周辺に対して蛍光強度ＰＦが強い部分と弱い部分があることは判るが、図３（ａ）のように膜厚が厚い薄いを判別するような範囲Ｇを設けることが出来ない。そこで、樹脂膜２の膜厚が同じでも蛍光強度ＰＦが場所により異なる場合においては、図３（ｂ）のような標準的な蛍光強度ＰＦの分布を得て、各場所毎に標準的な蛍光強度ＰＦとの比較で膜厚が厚いか薄いかを判定する機能を制御部７が有するようにすれば良い。
【００３７】
以上、図１の膜厚ムラ検査装置１を例に本発明の実施形態を説明してきたが、本発明の実施形態の変形例を図５に示す。図５の膜厚ムラ検査装置１１においては、光照射部５と樹脂膜２の光路上にハーフミラー８を配置し、図６に示すように、光ＬＩはハーフミラー８で反射した後に樹脂膜２に照射され、樹脂膜２が発した蛍光ＦＯはハーフミラー８を透過して撮像部６に至る構成となっている。ここで、ハーフミラー８にダイクロイックミラーを用いれば、光照射部フィルター５２と撮像部光学フィルター６２の機能をダイクロイックミラーであるハーフミラー８に担わせることも可能となる。
【００３８】
また、本発明の実施形態の別の変形例を図７に示す。図７の膜厚ムラ検査装置２１では、撮像装置６１として２次元画像を取得するエリアカメラを使用している。ここまでの説明では蛍光強度が微弱であることを前提として、撮像装置６１としてはラインセンサカメラで望ましくはＴＤＩカメラを利用するが、比較的蛍光強度が高い場合においては図７の視野領域２Ａのような２次元領域で蛍光画像を取得するエリアカメラを採用しても良い。例えば、蛍光材が含まれているような樹脂膜２を検査対象とする場合にはエリアカメラも採用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１      膜厚ムラ検査装置
２      樹脂膜
３      基板
４      ステージ
５      光照射部
６      撮像部
７      制御部
８      ハーフミラー
１０      制御部
５１      光源
５２      光照射部光学フィルタ
６１      撮像装置
６２      撮像部光学フィルタ
【図１】
2017020880.tif 000003
【図２】
2017020880.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017020880.tif 000008
【図７】
2017020880.tif 000009
【図８】
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【図９】
2017020880.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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