JP2006145272A - 周期性パターンムラ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周期性のあるパターン、例えばブラックマトリクスのムラを安定的に、高精度に撮像、検出可能で、ワークに対して汚染のない検査装置を提供する。
【解決手段】光軸に平行な撮像側平行光学系と、画像を撮像する手段の撮像部と、検査対象基板を載置し、位置の認知と、Ｘ軸及びＹ軸方向に駆動する手段のＸＹステージと、光軸の上下方向及び前記ＸＹステージの左右平行方向及び光軸で回転する上下左右回転駆動部と、該駆動部の先端に固定した、照明光の光軸に平行な照明側平行光学系の照明をする手段の斜め透過照明部と、前記撮像部及びＸＹステージ及び透過照明部を管理し、周期性パターンのムラの検査の工程を逐次処理する手段の処理部と、クリーンユニットを備えた検査装置であって、少なくとも前記逐次処理する手段が、前記斜め透過光の照明を行うことで生じる、周期性パターンでの回折光の撮像を含周期性パターンムラ検査装置。
【選択図】図１

Description

本発明は周期性パターンを有する製品におけるムラ検査装置に関する。

従来の周期性パターンのムラ検査では、同軸の透過照明や平面照明（例えば、特許文献１、２参照）を用いて透過光画像を撮像し、各々の画像での光の強度（明るさ）を比べてムラ部と正常部とを視認する方法である。そのため、元々ムラ部と正常部との光の強度差が少ない、すなわち、コントラストが低い画像をその強度差の処理方法を工夫することで、差を拡大してムラ部の抽出し、検査を行っている。

しかし、上記従来技術においては、格子状の周期性パターンのブラックマトリクスのムラ、特に開口部の大きいブラックマトリクスのムラの撮像において、ムラ部と正常部でのコントラストの向上が望めず、強度差の処理を工夫したとしても、元画像のコントラストが低い画像の場合の検査では、目視での官能検査方法より低い検査能力しか達成できない問題がある。なお、周期性パターンとは、一定の間隔（以下ピッチと記す）を持つスリットのパターンの集合体を称し、例えば、１本のパターンが所定ピッチで配列したストライプ状の周期性パターン、又は開口部のパターンが所定ピッチで配列したマトリクス状の周期性パターン等である。

一方、微細な表示、と明るい画面の電子部品の増加により、前記周期性パターンでは、微細化、又は開口部比率アップへの傾向が進んでいる。将来、更に開口部の大きい高開口率の、より超微細形状のブラックマトリクス用の周期性パターンのムラ検査の方法及びその装置が必要となる。すなわち、従来の光の振幅による光の強度（明るさ）の強弱のみの出力では限界である。

他方、特にＣＣＤやＣＭＯＳ、ＬＣＤといった撮像用や表示用のカラーフィルター等の製作に用いられるフォトマスクの周期性パターン部においては、従来から目視による外観検査が行なわれている。このような人間による外観検査は熟練度が必要ではあるが、極微細な欠陥部を発見することが可能であることから、広く実施されている。

これは、人間の視覚はコントラストの変動に敏感であることを活用しているのだが、このコントラスト変動も一点の欠陥では発見が難しく、ある程度の幅において連続的に発生する場合に非常に感度良く認識することができるという人間の目の錐体の特性を利用している。

そして、人間の目では絶対に見ることの出来ない、超微細形状の大きさの欠陥を、平行光の光を斜めから当てて観察することにより、回折（散乱）などの現象から欠陥が強調されて確認できることを経験的に学んで実施しているのである。

このとき、先にも述べたようにミクロレベルでの一点欠陥は発見が難しいが、必ずしも一点の欠陥は（例えば一辺が数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の欠陥）不良品となるわけではない。ミクロレベルでの検査は顕微鏡にて別途おこなっており、この検査にて不良品として判定される閾値を超えなければ問題はないと判断される。ただし、このような顕微鏡を用いた検査で不良品と判定されないものでも、先に述べたような連続的な不良に関しては、人間は非常に感度良く知覚することが可能なのである。従って、ミクロレベルでの検出力を上げることと、目視検査では判断すべきポイントが異なるのである。

しかし、このような人間による目視検査では見逃しや個人差があり、良品不良品の判定基準が明確でないという問題点を抱えていた。

また、フォトマスクのような製品の検査を行う際には清浄な空間で検査を実施する必要があるが、実際には全ての環境が検査に適しているとは言えず、検査をすることで、逆に欠陥の原因を増やしてしまうという問題点がある。

製品の検査をクリーンルームにて行った場合にも、このクリーンルームのクリーン度が条件を満たしていなければワークの汚染は避けられない。

また、検査装置を箱型の壁にて密閉することにも問題がある。装置製作の段階で発生した不純物は密閉空間から逃げることが出来ずに、やはりワークは汚染される。仮に極めてクリーン度の高い作業環境と部材にて検査装置を組み上げたとしても、一度汚染されたワークを投入した段階でこの検査装置内部は汚染され、次に検査を行うワークも汚染されるという問題がある。

以下に公知文献を記す。
特開２００２−１４８２１０号公報 特開２００２−３５０３６１号公報

本発明は上記のような従来技術の問題点に鑑みて、周期性のあるパターン、例えばブラックマトリクスのムラを安定的に、高精度に撮像、検出可能で、さらにワークに対して不純物で汚染させることのない周期性パターンムラ検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る発明は、撮像装置により撮像された周期性パターンのムラの検査をする検査装置において、光軸に平行な撮像側平行光学系を備え、画像を撮像する手段を具備する撮像部と、検査対象基板を載置し、位置の認知と、Ｘ軸及びＹ軸方向に駆動する手段を具備するＸＹステージと、光軸の上下方向及び前記ＸＹステージの左右平行方向及び光軸で回転する上下左右回転駆動部と、該駆動部の先端に固定した、照明光の光軸に平行な照明側平行光学系の照明をする手段を具備する斜め透過照明部とを備え、前記撮像部及びＸＹステージ及び透過照明部を管理し、周期性パターンのムラの検査の工程を逐次処理する手段を具備する処理部を備え、測定対象物の汚染、及び擬似欠陥を防ぐ機能を有するカバー、及びクリーンユニットを備えた周期性パターンのムラの検査をする検査装置であって、少なくとも前記逐次処理する手段が、前記斜め透過光の照明を行うことで生じる、周期性パターンでの回折光の撮像を含むことを特徴とする周期性パターンムラ検査装置である。

上記のような本発明の検査装置によれば、周期性パターンブラックマトリクスのムラのみを安定的、高精度に検出可能となる。

さらに、原画像自体がムラが強調されている画像となるため、ムラのモニター用装置としての利用も有効となる。

また、検査機内部は常にクリーンな環境が保たれるので、検査機が原因の不良をなくし
、検査データの信頼性も向上する。

本発明の外観検査装置を用いたことにより、検査時間が短縮され、検査効率が向上する効果がある。

本発明の外観検査装置を一実施形態に基づいて以下説明する。

図１は、本発明の周期性パターンムラの検査装置の機能構成を示す概念図である。図１に示すように、斜め透過照明部１０と、透過照明が可能なＸＹステージ部２０と、撮像するための撮像部３０と、撮像された画像を強調処理し、ムラ部を判定、さらに強調された画像を人がムラを認識しやすい様に表示する機能を有する処理部４０から構成されている。

斜め透過照明部１０では、上下方向や左右方向及び回転する自由自在に高さ方向を変える上下左右回転駆動部１２を配置され、該駆動部の先端に固定した照明側平行光学系１１の照明が設けられており、様々な角度、方向からの照明が可能となっている。すなわち、斜め透過照明部１０では、様々な角度、方向から、平行光学系１１の透過照明が設定できる。さらに、前記照明が複数台配置され、その照明の点灯を切り換える（点光源の変更）ことや、検査対象基板との距離、又は照明光の入射角、方向を切り換えることができる。

ＸＹステージ部２０では、検査対象基板をＸＹステージ部の所定の位置に載置する。前記ＸＹステージ部は、測定機能を持ち、位置の認知して、検査対象基板の検査開始位置に装置の光軸を重ねる。Ｘ軸及びＹ軸方向に駆動する手段を用いて、予め設定した動作手順に従ってＸＹステージをＸ軸及びＹ軸方向に駆動する。

撮像部３０では、光軸に平行な撮像側平行光学系３１から構成され、画像を撮像する手段、例えば、ＣＣＤカメラ、画像のデータ化及びデータ保存送信等の役割を分担する。

前述した手段を備えた周期性パターンのムラの検査をする検査装置では、周期性パターンを撮像することができ、その画像データにより、その特徴抽出することができる。第一の特徴抽出では、検査対象基板へ照明光軸に平行光で、入射角をある透過照明光を照射する方法であり、斜め透過光の照明を行うことで生じる、周期性パターンでの回折光を撮像することを特徴とする周期性パターンムラ検査装置である。周期性パターンの正常部では、スリット部（又は開口部）の形状・ピッチが一定となるために互いに干渉し、一定の方向に強い回折光が生じ、ムラ部では、スリット部（又は開口部）の形状・ピッチが不安定となるために形状・ピッチに応じて、色々な方向に、種々の強さで回折光が生じる。この様に構成された本周期性パターンムラの検査装置において、斜め透過照明部１０から照射された光が、周期性パターンのブラックマトリクスの検査対象基板５０の開口部にて回折され、その回折光が画像として撮像部３０に捕らえられる。次に、第二の特徴抽出では、入射角を変更する方法であり、入射角が９０°より小さくすると観察環境が替わり、スリット部（又は開口部）の形状・ピッチの差違が強調される効果があり、位相を少しずつ変化させる照明により回折光の差違が更に強調される。

前記検査対象基板５０にて回折される回折光は、ブラックマトリクスの微妙な変動により、回折角に変化をもたらすため、前記撮像部３０に捕らえられた画像はブラックマトリクスの変動に起因するムラ部を強調した画像となる。さらに、斜め透過照明部１０及び撮像部３０に平行光学系を用いることで、回折光の変動をより正確に強調した画像が捕らえられる。

また、第三の特徴抽出では、照明光の位置を変更する方法であり、複数設置された照明を順次点灯すること、又は、照明光と検査対象基板５０との距離を変更等により、様々な方向性をもつムラに対して最適な画像が取得可能となる。

処理部４０では、前記撮像部３０及びＸＹステージ２０及び透過照明部１０を管理し、周期性パターンのムラの検査の工程を逐次処理する手段を統括管理する。さらに、処理部４０では、撮像部３０から画像のデータを受け取り、該データを所定のデータ処理手順により画像の特徴を抽出（以下特徴抽出と記す）すること、予め登録した正常（良品）画像のデータの特徴と比較し、その差分を算出し、良否の判定する。なお、周期性パターンムラの検査の工程を逐次処理する手段（フロー図）は図２に示した。フロー図は、開始〜終了まで（順番に１〜２３まで）逐次処理される。

次に、処理部４０の特徴抽出及び照合比較の解析手法を説明する。上述したように、本発明では、経験的に習得した回折、又は透過照明光源の照度の変化、点光源の変更、照射角の変更等による撮像画像の、回折現象又はコントラスト比を集約し、データベース化した手法である。最初に、正常（良品）画像、例えばブラックマトリクスのデータの特徴を解析し、その特徴を詳細に抽出し、正常画像の特徴を登録する。次に、経験した異常画像の特徴を撮像条件、例えば回折、又は透過照明光源の照度の変化、点光源の変更、照射角の変更等毎に回折現象又はコントラスト比の特徴抽出し、異常画像の特徴を登録する。以上により、本発明の特徴抽出のデータベースが完成する。次に、撮像部３０の極低倍率レンズを用いて、周期性パターンムラの検査工程を逐次処理し、領域分割により、正常画像の特徴の一様性に基づいて、画像を重複しない連続領域に分割処理する。すなわち、一つの撮像エリア毎に、特徴抽出し、正常画像の特徴と照合比較し、一致エリアのみ正常として登録する。登録漏れのエリア、すなわち、異常画像エリアは、ある種の属性、例えば異常画像の特徴毎に分類し、その撮像画像及び位置座標、欠陥名等を付与し一時登録する。前記正常画像の、又は異常画像の特徴は、常時更新し、より高精度のデータベースとする最適化が望ましい。なお、特徴抽出及び照合比較の解析手法では、一つの撮像エリアの面積は主要な条件であり、前記極低倍率レンズの倍率は、適宜最適化することが重要となる。

図２に示したフロー図において、周期性パターンムラの検査の工程を逐次処理する手段では、ｂ６の撮像条件設定、すなわち、ｂ７の倍率設定〜ｂ８照明条件設定を初期条件としているが、限定せずに一つの撮像エリア毎に自動変更、例えば、前記第一から第三の照射条件まで、順次変更して撮像することもできる。さらに、撮像した画像データと、特徴抽出のデータベースとの照合比較は、並列処理することも可能な処理システムを備えている。

処理部４０では、撮像部３０からの画像データを所定のデータ処理手順により画像の特徴抽出と、予め登録した正常画像データの特徴と照合比較し、良否の判定する。

判定されたムラ部の位置やレベルをムラ画像と同時に処理部４０に表示することで、ムラのモニター用途としての利用も有効となっている。

このとき、撮像光学系は必ずしもミクロレベルでの一点欠陥（例えば一辺が数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の欠陥）の回折光のコントラスト差を検出できるレンズや高解像度カメラ、超高感度カメラを選定する必要は無い。あくまで連続的な欠陥を検出できる光学部品を選定することが可能で、安価、かつ一回の検査エリアを広く取ることが可能であり、例えば一辺が１５０ｍｍのフォトマスクを検査する為に、一回の検査エリアを３０ｍｍ角の撮像が可能な光学系を選定するとすれば、最も少ない撮像回数は２５回で全面撮像可能であり、一回の撮像につき２秒かけたとしても一面の検査時間としては１分に満たない。（検査ス
テージの能力、計算処理能力の向上で更なる高速化が可能である。）
繰り返すが、ミクロレベルでの一点欠陥（例えば一辺が数ｎｍ〜数十ｎｍ程度の欠陥）は必ずしも商品として不良になるわけではないことから、本検査装置ではあくまでも人が行う外観検査に変わる装置として設計を行ったことで、このような高速での検査を可能とすることが出来た。更に測定精度についても連続的な欠陥の検出レベルにおいては１０ｎｍレベルという極めて微小なパターン寸法欠陥を検出可能な、高精度な検査装置である。

次に図３は、本発明のワーク汚染を防止する機能構成を示した概念図である。図３に示すように、ステージ２上に検査対象基板５０を載置し、照明部１よりの照射した撮像条件下で、Ｚ軸駆動部４によりカメラを走査させ、その画像データを取り込む検査装置である。装置全体カバー６で不純物が装置内部に入り込むのを防いでいる。更に、ワーク上部にある発塵の起こり易い駆動部分には駆動部カバー９を装備する。駆動部カバーの下面には透明ガラス７を取り付け透過光を取り込む、或いはカメラ３のレンズ部のみ駆動部カバーから露出させ、その他の部分をカバーするなどの方法で駆動部からの発塵による装置内部の汚染を防止する。

このとき、装置全体カバーをしているだけでは新たに進入した不純物に対して除去機能が無いので、装置本体枠６０天井にクリーンユニット５を取り付け、クリーンな空気を常時供給して不純物を排出する。装置内部は外部に対して陽圧とし、外部からの空気はクリーンユニットのＨＥＰＡフィルター、ＵＬＰＡフィルターなどを経てクリーンな空気が供給され、装置本体枠６０床に開口部８から排気し、不純物を装置内部より除去する。

また、ハンドリングスペース６１を設けることにより、サンプルケースの開封などの作業時に汚染されることも防いでいる。

本発明の周期性パターンムラ検査装置の機能構成を示す概念図である。 本発明の周期性パターンムラの検査の工程を逐次処理するフロー図である。 本発明の検査装置の不純物での汚染を防ぐ機能機工を示す概念図である。

符号の説明

１…照明部
２…ステージ
３…カメラ
４…Ｚ軸駆動部
５…クリーンユニット
６…装置全体カバー
８…開口部
７…透明ガラス
９…駆動部カバー
１０…斜め透過照明部
１１…照明側平行光学系
１２…上下左右回転稼動部
２０…ＸＹステージ部
３０…撮像部
３１…撮像側平行光学系
４０…処理部
５０…検査対象基板
６０…装置本体枠
６１…ハンドリングスペース

Claims (1)

1. 撮像装置により撮像された周期性パターンのムラの検査をする検査装置において、光軸に平行な撮像側平行光学系を備え、画像を撮像する手段を具備する撮像部と、検査対象基板を載置し、位置の認知と、Ｘ軸及びＹ軸方向に駆動する手段を具備するＸＹステージと、光軸の上下方向及び前記ＸＹステージの左右平行方向及び光軸で回転する上下左右回転駆動部と、該駆動部の先端に固定した、照明光の光軸に平行な照明側平行光学系の照明をする手段を具備する斜め透過照明部とを備え、前記撮像部及びＸＹステージ及び透過照明部を管理し、周期性パターンのムラの検査の工程を逐次処理する手段を具備する処理部を備え、測定対象物の汚染、及び擬似欠陥を防ぐ機能を有するカバー、及びクリーンユニットを備えた周期性パターンのムラの検査をする検査装置であって、少なくとも前記逐次処理する手段が、前記斜め透過光の照明を行うことで生じる、周期性パターンでの回折光の撮像を含むことを特徴とする周期性パターンムラ検査装置。

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