JP2006208084A - 周期性パターンのムラ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周期性パターンに発生するスジ状ムラを安定的、高精度に撮像、検出可能なムラ検査装置を提供する。
【解決手段】基板を水平に保持し、基板を二次元平面視野内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構を備えたＸＹステージ21と、基板の周期性パターンに対して斜め透過照明を個別に行う４つの光源11A-11Dと、ＸＹステージを挟んで光源の反対側に配置され、斜め透過照明された周期性パターンにおける回折光を撮像する撮像手段31と、基板に対して光源の各々を二次元平面視野内で個別に移動させる移動手段13と、光源が移動されたときに、周期性パターンに対して光源から斜め透過光があたるように移動手段と連動して光源の向きを変えさせる姿勢変更手段12と、周期性パターンに対して光源による斜め透過照明の入射角度が変わるように、移動手段および姿勢変更手段の動作をそれぞれ設定する光学条件４軸設定手段40a-40cとを備える。
【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いてパターンのムラを検査するための検査装置に係り、特にカラーテレビのブラウン管に用いられるアパーチャグリル、フォトマスク、カラーフィルタ等の基板に周期的に形成されているパターンに生じるスジ状ムラを高精度に検出できる周期性パターンの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）を用いて透過率画像を撮像し、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、上記の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ヘの傾向が進んでいる。将来、更に開口部の大きいより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り、ムラを明瞭に検出することができない。
特開２００２−１４８２１０号公報 特開２００２−３５０３６１号公報

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであって、周期性のあるパターン、例えばブラックマトリクスムラを安定的、高精度に撮像、検出可能な、周期性パターンのムラ検査装置を提供することを目的とする。

本発明に係る周期性パターンのムラ検査装置は、矩形基板上の周期性パターンに発生するスジ状ムラを検査するための周期性パターンのムラ検査装置であって、前記基板を実質的に水平に保持し、該基板を二次元平面視野内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構を備えたＸＹステージ(21)と、前記ＸＹステージ上の基板の周期性パターンに対して斜め透過光の照明を個別に行う４つの光源(11A-11D)と、前記ＸＹステージを挟んで前記光源の反対側に配置され、前記光源によって斜め透過光照明された前記周期性パターンにおける回折光を撮像する撮像手段(31)と、前記ＸＹステージ上の基板に対して前記光源の各々を二次元平面視野内で個別に移動させる移動手段(13)と、前記移動手段によって前記光源が移動されたときに、検査対象となる前記周期性パターンに対して前記光源から斜め透過光の照明があたるように、前記移動手段と連動して前記光源の向きを変えさせる姿勢変更手段(12)と、検査対象となる前記周期性パターンに対して前記光源による斜め透過光の照明の入射角度が変わるように、前記移動手段および前記姿勢変更手段の動作をそれぞれ設定する光学条件４軸設定手段(40a-40c)と、を具備することを特徴とする。

請求項１の発明では、光学条件４軸設定手段によって４つの光源の光学的条件（光の波長、光の強度分布、光の入射角度、投光の向き、投光照明エリアの面積、焦点深度など）をそれぞれ個別に設定する。具体的には、被検体の周期性パターンに対応して光源ごとに移動手段および姿勢変更手段をどのように動作させるかを実証試験等によって予め把握しておき、このデータをレシピとして保存しておく。そして、実際に検査を行う際に、被検体の周期性パターンに応じて最適のレシピを選択し、選択して呼び出した設定データに従って４つの光源の光学的条件をそれぞれ個別に設定する。周期性パターンの形状は基本的に矩形が多く、また描画ムラも描画水平方向と描画垂直方向（描画直交方向）とに周期的に生じることが多いために、フォトマスクに対して描画水平方向および描画垂直方向においてそれぞれ対向する方向から照明する４軸を基本として投光する。

検査光が周期性パターンに入射すると、周期性パターンのナイフエッジ部分（変位部あるいは変曲部）およびスジ状ムラにおいて光が回折して、それらの回折光をそれぞれ検出することにより欠陥としてのスジ状ムラが検出される。

光の回折に関して、周期性パターンの正常部では、ある特定の方向に強力な透過光が形成される。一方、スジ状ムラ部では、特定方向のみに回折光が出ずにパターン形状及びピッチ間隔に応じていろいろの方向に種々の強さで回折光が生じる。これらの回折光を含む光学検出データに基づき画像処理と解析を繰り返し行い、スジ状ムラを検出し表示する。

次に、スジ状ムラで発生する回折光を画像処理し解析する場合について簡単に説明する。例えば、図１０に示すような被検体基板５０から周期性パターンエリア５２のみの二次元画像データを切り出し、図１１に示すように切り出した二次元画像データに対して積算データ６１を計算する。次いで、積算データ６１から注目点を対象とする積算移動平均データ６２を計算する。ここで、移動平均計算可能範囲６４は変更可能となっている。しかし、この積算移動平均データ６２は、注目点を中心とする移動平均を計算していることから、その両端部分６３で計算することが不可能である。このため計算不可能な両端部分６３については、移動平均計算可能範囲６４の両端のデータに基づく最小二乗法により最端部の最小二乗法による移動平均計算可能範囲６４を計算する。

次に、積算データ６１と積算移動平均データ６２との差分を計算し、図１２に示すように差分データ７１を得る。この差分データ７１に閾値７２を設け、閾値７２を超えるものをスジ状ムラであると判定する。

但し、最小二乗法により移動平均を求めた両端部分６３については、あくまでも最小二乗法による予測値であるため、誤差が生じることが予想される。これに対応するために、最小二乗法による移動平均計算可能範囲６４の閾値７２とは別個の値７３を設定可能とする。このようにスジ状ムラに特化した検査方法とすることで、スジ状ムラを高精度に検出することが可能となる。

請求項２の発明では、さらに、検査対象の周期性パターンおよび顧客仕様のうちの少なくとも一方に応じて前記光源、前記移動手段および前記姿勢変更手段をそれぞれ個別に設定し、それらの個別に設定した光学条件を保存する軸別個別設定・保存機能を付加している。軸別個別設定・保存機能を付加することによって、そのサンプルや得意先の要望に合わせて光学系の条件を光源ごとに軸別に設定でき、得意先の要望に沿ったきめ細かな検査をすることが可能となる。また、本機能を用いて光学条件を個別に設定することにより、擬似欠陥のレベルをおとしたり（擬似欠陥レベルの低減効果）、判別や分離に利用したりすることも可能となる。

本発明の検査装置が光の回折現象をマクロ的に捉える装置であるため、回折現象に大きく影響を与える投光角度（光の入射角）や光の波長に依存する部分が大きい。しかし、フォトマスクの周期性パターンはまさに多種多様であり、パターンが様々であること、およびスジ状ムラの程度がサンプルによって大きく異なることから、光学条件を一定の固定した条件に設定することは困難である。このため、そのサンプルに合わせた光学系の条件を設定することが必要になってくる。そこで、軸別個別設定・保存機能を用いてそのサンプルや得意先の要望に合致した光学条件を軸別に設定することで、きめ細かな検査を提供できる。

請求項３の発明では、さらに、基本的なスジ状ムラを検出する基準条件を設定するとともに、前記基準条件のみでは検出することができないスジ状ムラを検出する複数の参考条件をそれぞれ設定し、周期性パターンに生じたスジ状ムラの状態に応じて前記基本条件から前記参考条件に切り替える基準条件・参考条件設定機能を付加している。基準条件・参考条件設定機能を付加することによって、得意先の要望に応じたきめ細かな検査が可能になるばかりでなく、基準条件だけでは検出することができなかったスジ状ムラをも検出することが可能となる。

フォトマスクの周期性パターンはまさに多種多様であり、パターンが様々であること、およびスジ状ムラの程度がサンプルによって大きく異なることから、光学条件を一定の固定した条件に設定することは困難である。このため、そのサンプルに合わせた光学系の条件を設定することが必要になってくる。しかし、パターンと欠陥レベルが分からない状態での条件設定は不可能である。

そこで、基本的なムラを検出可能な基準条件を設定しておき、この基準条件を用いて全てのサンプルを測定し、数値化を行う際はこの基準条件を用いて行えば、数値化の基準がずれることが無い。ただし、基準条件だけでは検出しきれないスジ状ムラについては複数の測定条件（参考条件）を用いて検査する。すなわち、図９に示すように、あらかじめ複数の測定条件を準備しておき、それら全ての条件を選択的に用いて検査を実行することができる。このようにすることで得意先の要望に応じたきめ細かな検査が可能になり、さらに基準条件だけでは検出することができなかったスジ状ムラをも検出することができるようになる。

請求項４の発明は、さらに、照明光の輝度ピークを前記撮像手段の光軸から所定距離だけシフトさせたところで前記撮像手段に撮像させる照明中心位置調整機能を付加している。この照明中心位置調整機能は、上記の軸別個別設定・保存機能のうち個別の条件設定可能な光学系の設定項目の１つである。本発明の検査装置ではテレセントリックレンズを使用した直線的な光源を用いるが、このタイプの光源は輝度ムラや照度ムラがあるので撮像画像に影響を受けることがある。例えば、照明光が強く、そのピーク値が高すぎると、画面上で白抜けしてしまい欠陥を識別することができなくなることがある。そこで、図１３に示すように、照明光のピーク８１を撮像エリア５６の中心線５８の位置から意図的にずらして輝度変化のなだらかな裾の部分を用いて検査する。本機能を付加することによって、光源の照度ムラや輝度ムラを除去できるようになり、コントラストの良好な画像を表示させることができる。

請求項５の発明は、さらに、検査結果データおよび検査面画像データとともに光学条件の設定値をレシピとしてデータベースに保存し、保存したデータを選択して呼び出し、当該検査結果および検査面画像を呼び出したデータと照合するデータベース機能・再検査機能を付加している。データベース機能・再検査機能を付加することによって、上述した各種機能（１．光学条件４軸設定機能、２．軸別個別設定・保存機能、３．基準条件・参考条件設定機能、４．照明中心位置調整機能）で設定してきた光学条件の設定値等をレシピとして保存し、これとともに検査結果および検査画像をデータベースに保存する。例えば、図１４に示すような入力・表示パネル画面を用いて種々多様なデータをデータベースに保存する。また、図１４に示す画面を用いて必要な入力操作を行うことにより、保存された履歴データから任意のデータを選択し、すでに実績のある検査画像や検査結果を容易に確認することができる。また、履歴データを呼び出した後に、再検査を実行すれば、保存されたレシピから再度同じ光学条件や判定条件を呼び出し、そしてさらに検査エリアを呼び出して過去に実績のある検査とまったく同じ検査手法で検査することが可能となる。このようにして再現性の高い検査を行うことができるようになる。

請求項６に係る発明は、４つの光源が点灯と消灯を個別に切り換えることができるようにしている。この機能は軸別個別設定・保存機能に含まれる具体的な機能の１つである。基板に対して光源を移動させ、投光角度を様々に変え、スジ状ムラの検出に必要な光源のみを点灯し、不要な光源は消灯する。こうすることで周囲から余計な光が撮像エリアに侵入しなくなり、欠陥の検出に必要な光のみが撮像エリアに投光され、検査の精度が向上する。

請求項７に係る発明は、４つの光源が所望の波長の光を透過させる光学フィルタを着脱可能にそれぞれ有するものとし、顧客仕様や検査レシピに応じて光学的条件の１つである照明光の波長を種々変えることができるようにしている。この機能は光学条件４軸設定機能に含まれる具体的な機能の１つである。顧客仕様等に基づいて所望の光の波長を設定し、設定波長に合致する光学フィルタを光源に装着して検査を行う。その後、別の顧客仕様等に従って検査を行う場合は、その別の顧客仕様に基づく他の波長光を設定し、前回の検査に用いた光学フィルタを光源から取り外し、前記他の設定波長に合致する他の光学フィルタに交換して検査を行う。

本発明によれば、光学条件４軸設定機能によって光源ごとに個別に光学条件を設定するため、スジ状ムラを安定的かつ高精度に撮像し検出することができる。また、軸別個別設定・保存機能を付加することによって、そのサンプルや得意先の要望に合わせて光学系の条件を光源ごとに軸別に設定でき、得意先の要望に沿ったきめ細かな検査をすることができ、また擬似欠陥のレベルをおとしたり（擬似欠陥レベルの低減効果）、判別や分離に利用したりすることも可能となる。また、基準条件・参考条件設定機能を付加することによって、パターンと欠陥レベルが分からない状態であっても、得意先の要望に応じたきめ細かな検査が可能になるばかりでなく、基準条件だけでは検出することができなかったスジ状ムラをも検出することが可能となる。また、照明中心位置調整機能を付加することによって、光源の照度ムラや輝度ムラを除去できるようになり、コントラストの良好な画像を表示させることができるようになる。さらに、データベース機能・再検査機能を付加することによって、再現性の高い検査を行うことができるようになる。

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１に示すように、本発明の周期性パターンのムラ検査装置は、斜め透過照明部１０と、透過照明される被検体基板５０を可動支持する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、ムラであるか否かを判定し、さらに強調された画像をオペレータが認識しやすいようにムラを表示する機能を有する処理部４０とを具備している。

斜め透過照明部１０は４つの光源１１Ａ〜１１Ｄを備えている。各光源１１Ａ〜１１Ｄは、姿勢変更手段としての首振り機構１２および移動手段としてのリニアスライダ１３によってリニアガイド１４上にそれぞれ可動に支持されている。リニアガイド１４は平面視野内で互いに直交するように配置された各２本のＸガイドおよびＹガイドからなるものである。２本のＸガイドのうちの一方には第１の光源１１ＡがＸ方向にスライド走行可能に設けられ、他方には第２の光源１１ＢがＸ方向にスライド走行可能に設けられている。また、２本のＹガイドのうちの一方には第３の光源１１ＣがＹ方向にスライド走行可能に設けられ、他方には第４の光源１１ＤがＹ方向にスライド走行可能に設けられている。リニアスライダ１３は、リニアガイド１４に駆動可能に係合するとともに、首振り機構１２を介して光源１１Ａ〜１１Ｄを支持している。さらに、各光源１１Ａ〜１１Ｄは点灯と消灯を切り換える（点光源の変更）手段を備えており、検査対象基板との距離、又は照明光の入射角、方面を切り換えることができるようになっている。

首振り機構１２は、超小型モータと、モータ回転駆動軸に連結された水平軸と、光源１１Ａ〜１１Ｄとともに水平軸まわりに旋回するホルダとを備えている。各光源１１Ａ〜１１Ｄは、モータ駆動によって図４に示すように首振り動作する。これにより光源１１Ａ〜１１Ｄからの光の投光角度θが様々に変わり、様々な角度と方向からの照明が可能となっている。また、各光源１１Ａ〜１１Ｄには、所望の波長の光を透過させる光学フィルタを着脱可能に装着できるようになっている。光学フィルタは光の波長に１対１に対応して準備され、顧客仕様や検査レシピが変更されるごとにそれに応じて所望の光学フィルタに交換されるようになっている。

光源１１Ａ〜１１Ｄにはテレセントリックレンズを含む平行光学系を備えた直線的な光源を用いる。このタイプの光源は輝度ムラや照度ムラがあり、照明強度が高いと撮像画像に影響を受けることがある。本実施形態の検査装置では、輝度ムラや照度ムラを防止するための対策として照明中心位置調整機能を付加している。

ＸＹステージ部２０では、検査対象基板としてのマスク５０をＸＹステージ２１上の所定の位置に載置し保持する。ＸＹステージ部２０は、測定機能を有し、位置を認知して、マスク５０の検査開始位置に装置の光軸を重ねる。ＸＹステージ２１は、Ｘ駆動機構２２およびＹ駆動機構によって水平面内でＸ方向とＹ方向とにそれぞれ移動可能に支持されている。

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付きカメラ、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。撮像側平行光学系３１は、検査対象パターン５１を所望の倍率（拡大または縮小、等倍も含む）でプロジェクション撮像できるように投影光学系を含むものである。

処理部４０は、撮像部３０及びＸＹステージ部２０及び透過照明部１０を統括的に管理するとともに、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も統括管理するものである。さらに、処理部４０では、撮像部３０から撮像した画像データを受け取り、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比較し、その差分を算出し、良否を判定する。なお、周期性パターンムラの検査の工程を逐次処理するフローチャートを図３に示して後述する。

次に、図２を参照して検査装置の制御系の概要を説明する。

本発明の検査装置は５つのサブシステム４０ａ〜４０ｅによって構成されている。データ入力部４０ａは、センサ部４１１、照明部４１２、位置固定部４１３および位置制御部４１４を備えている。センサ部４１１は、位置検出用の位置センサ、移動距離検出用の距離センサ（エンコーダやカウンタを含む）および輝度検出用の光感知センサなど複数のセンサを有する。データ処理部４０ｂは、データ入力部４０ａのセンサ部４１１から入力される撮像データを処理する画像処理部４１５と、処理したデータを管理するデータ管理部４１６と、を備えている。センサ部４１１の各センサからは検出信号が画像処理部４１５に随時送られるようになっている。画像処理部４１５は、処理部４０のパソコン４１の機能の一部としてもよいし、パソコン４１とは別に独立した処理ユニットとしてもよい。

照明部４１２は、光源１１Ａ〜１１Ｄをコントロールするものである。

位置固定部４１３は、ＸＹステージ部２０をコントロールするものである。

位置制御部４１４は、光源１１Ａ〜１１Ｄの首振り機構１２およびリニアスライダ１３を個別にコントロールするものである。

マシンインターフェイス部４０ｃは、検査対象となるマスク５０を搬送する搬送機構（図示せず）等の外部装置との間でデータの送受信を行う機械連動部４１７と、マスクの受け渡しを行う自動給排部４１８と、を備えている。

ヒューマンインターフェイス部４０ｅは、データ処理部４０ｂで処理された処理画像を表示する情報表示部４２と、オペレータとの間で情報のやりとりを行う対人操作部４３と、を備えている。

システムバス４０ｄは、ヒューマンインターフェイス部４０ｅと他のサブシステム４０ａ〜４０ｃとの間をインターフェイスしてデータ送受信させるものである。

次に、図３を参照して周期性パターンのムラ検査手順について概略説明する。

メインスイッチをＯＮして装置を起動させ、検査を開始する（工程Ｓ１）。所定の初期条件を設定し、すべての初期条件が揃ったところでその設定動作を終了する（工程Ｓ２）。

Ｘ駆動機構２２およびＹ駆動機構２３を駆動させ、ＸＹステージ２１をホーム位置から使用位置まで移動させる（工程Ｓ３）。マスク５０をＸＹステージ２１上に載置する（工程Ｓ４）。次いで、ＸＹステージ２１ごとマスク５０を検査開始位置まで移動させ、検査対象となる周期性パターン５１を撮像エリア５６に位置させる（工程Ｓ５）。

撮像部３０の撮像の条件を設定する（工程Ｓ６）。カメラ３１の倍率を設定する（工程Ｓ７）。斜め透過照明部１０の照明条件を設定する（工程Ｓ８）。これらの設定が完了すると、光源１１Ａ〜１１Ｄをスライド移動させ、首振り動作させ、撮像エリア５６に対して位置合せし、パターン５１に投光照明し、これを撮像する（工程Ｓ９）。初回の撮像画像を処理部４０のパソコン４１に取り込む（工程Ｓ１０）。次の撮像エリア（検査対象パターン）の有無を判定する（工程Ｓ１１）。

次の撮像エリア（検査対象パターン）が有ると判定した場合は、ＸＹステージ２１によりマスク５０を移動させ、次の撮像エリアをカメラ撮像エリア５６に位置させ、これを撮像する（工程Ｓ１２）。次の撮像エリアのパターン画像を処理部４０のパソコン４１に取り込む（工程Ｓ１３）。最後の撮像エリアであるか否かを判定する（工程Ｓ１４）。最後の撮像エリアであると判定した場合は、工程Ｓ１６へ進む。

最後の撮像エリアでないと判定した場合は、工程Ｓ１１に戻って、次の撮像エリアを撮像し（工程Ｓ１２）、その撮像画像を取り込み（工程Ｓ１３）、最後の撮像エリアであるか否かを再度判定する（工程Ｓ１４）。

工程Ｓ１１で次の撮像エリアが無いと判定した場合は、撮像を終了するとともに、ＸＹステージ２１の駆動を停止させ（工程Ｓ１５）、最終的に装置を停止させる（工程Ｓ２２）。

工程Ｓ１４で最後の撮像エリアであると判定した場合は、その撮像データを処理部４０へ転送し（工程Ｓ１６）、パソコン４１において画像処理する（工程Ｓ１７）。そして、画像処理した結果データを出力し（工程Ｓ１８）、その出力結果を評価判定する（工程Ｓ１９）。評価判定が完了すると、検査工程を終了する（工程Ｓ２０）。マスク５０をステージ２１から持ち上げ、搬送アームに受け渡し、チャンバから搬出する（工程Ｓ２１）。装置を停止させ、検査を終了する（工程Ｓ２２）。

次に、周期性パターンの撮像とムラ検出の概要について説明する。

周期性パターン５１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、一定の方向に強い面折光が生じ、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。

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５１のブラックマトリクスのマスク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。入射角θ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、位格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。

マスク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、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、複数設置された照明を順次点灯することで、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。

このようにして撮像部３０に捕らえられたムラ画像を、処理部４０にてムラ部抽出処理、判定処理を行う。判定されたムラ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。

図４に示すように、光学条件４軸設定機能に基づき各光源の光学的条件を設定する際に、光源／マスク相互間距離を種々変えるとともに、光源１１Ａ〜１１Ｄからパターン５１に投光される光の角度θ１〜θ４を種々変えることができる。これにより、パターン５１の形状や種類に応じて最適の検査光をパターンに投光することが可能となる。なお、投光角度θ１〜θ４は３０〜７０°の範囲とすることが望ましい。また、被検体基板であるマスクから光源の軌道までの距離Ｌは、被検体基板のサイズに応じて種々変わるものである。例えば被検体基板が大判のカラーフィルタである場合は、距離Ｌを１ｍ程度とすることが望ましく、また、被検体基板が半導体デバイス製造用フォトマスクである場合は、距離Ｌを対物レンズの性能に応じて数ｍｍから数百ｍｍ程度までとすることが望ましい。

１）光学条件４軸設定機能
光学条件４軸設定機能は、フォトマスクに対して２つの光源から水平方向（Ｘ方向）に投光するとともに、垂直方向（Ｙ方向）にも別の２つの光源から投光する際に、これら４つの光源の投光角度θまたは各光源から検査対象パターンまでの距離を所望値に設定する機能である。周期性パターン５１の形状の大部分が、図６に示すように、矩形であることから、スジ状ムラ（描画ムラ）が描画の水平方向（Ｘ方向）と垂直方向（Ｙ方向）にそれぞれ周期的に発生することが多く、そのためパターン形状に応じて欠陥を見つけ易い投光角度がいくつか存在する。例えばＴ字パターンではθ１，θ２が欠陥を見つけ易い投光角度であることを実証試験で予め把握しておき、Ｔ字パターンを含むフォトマスクを検査する場合は、レシピ条件の投光角度にθ１，θ２を設定しておくと、スジ状ムラを確実かつ効率良く検出することができる。なお、光源の数を４つとしたのは、輝度不足を解消するために、輝度の補完を考慮したほか、Ｘ方向の２光源のみ、又はＹ方向の２光源のみを用いて、切り替えるようにして測定が可能なようにしたものである。

４つの光源１１Ａ〜１１Ｄは、検査対象となるパターンから当該光源までの距離に応じてその投光角度を適宜変えることができるようになっている。なお、投光角度θそのものを直接に検出しない場合であっても、光源／パターン間の高さレベル差Ｌが判明していれば、光源／パターン間の距離を検出することにより、投光角度を求めることができる。

光学条件４軸設定手段によって４つの光源の光学的条件（光の波長、光の強度分布、光の入射角度、投光の向き、投光照明エリアの面積、焦点深度など）をそれぞれ個別に設定する。具体的には、被検体の周期性パターンに対応して光源ごとに移動手段および姿勢変更手段をどのように動作させるかを実証試験等によって予め把握しておき、このデータをレシピとして保存しておく。そして、実際に検査を行う際に、被検体の周期性パターンに応じて最適のレシピを選択し、選択して呼び出した設定データに従って４つの光源の光学的条件をそれぞれ個別に設定する。周期性パターンの形状は基本的に矩形が多く、また描画ムラも描画水平方向と描画垂直方向（描画直交方向）とに周期的に生じることが多いために、フォトマスクに対して描画水平方向および描画垂直方向においてそれぞれ対向する方向から照明する４軸を基本として投光する。検査光が周期性パターンに入射すると、周期性パターンの変位部あるいは変曲部およびスジ状ムラにおいて光が回折して、それらの回折光をそれぞれ検出することにより欠陥としてのスジ状ムラが検出される。光の回折に関して、周期性パターンの正常部では、ある特定の方向に強力な透過光が形成される。一方、スジ状ムラ部では、特定方向のみに回折光が出ずにパターン形状及びピッチ間隔に応じていろいろの方向に種々の強さで回折光が生じる。これらの回折光を含む光学検出データに基づき画像処理と解析を繰り返し行い、スジ状ムラを検出し表示する。

この機能により、描画の水平方向、垂直方向に周期的に現れるスジ状ムラを感度良く検出することができる。

２）軸別個別設定・保存機能
軸別個別設定・保存機能は、サンプルの状態や顧客仕様（要望事項）に応じて光学系の条件を個別に設定し、その設定条件を個別レシピとして保存する機能である。

本機能を備えることにより、種々多様なフォトマスクのパターン、欠陥レベルに対応することができるようになる。

フォトマスクの周期的パターンが種々多様であること、および検査装置は光の回折現象をマクロ的に捉える装置であることから、投光角度を回折現象によって打ち消されないような角度（強調角度）とするか、または擬似欠陥が画面上で欠陥として認識されないような角度（弱調角度）とする必要がある。スジ状ムラの検出は、回折現象に大きく影響を与える投光角度や波長に依存する部分が大きいからである。

しかし、パターンが種々多様であること、およびスジ状ムラの程度がサンプルによって大きく異なることから、光学条件を一定にすることは非常に困難である。

そこで、そのサンプルに合わせて光学系の条件を個別に設定することで、サンプルの状態や顧客の要望に適合した光学条件を個別に準備することができ、よりきめ細かに検査することが可能となる。

例えば、従来の検査装置では、図７の（ａ）に示すように、ランプＡを点灯するとＡ側短辺のエッジが画面上に擬似欠陥として明瞭に出現する。ランプＢを点灯した場合にもＢ側短辺のエッジが擬似欠陥として画面上に明瞭に出現する。

これに対して、本発明の検査装置では、光学系の条件を個別に設定しているためランプＡ，Ｂを同時に点灯させ、図７の（ｂ）に示すように、画面上で欠陥としてほとんど認められないほどに擬似欠陥の像が薄められる。なお、欠陥（スジ状ムラ）又は擬似欠陥がまったく無い場合は、グレイ画面が表示される。

図８は多重反射（底面反射）光による影（ゴースト）の発生原理を説明するための模式図である。検査光２がマスク５０に入射してパターン５１を照明すると、撮像部３０の像面３３にパターンの実像３４が結像する。一方、パターン５１からの底面反射光がマスク５０の底面によって再度反射（多重反射）され、この多重反射像が像面３３に結像して影（ゴースト）３５となる。この影（ゴースト）３５が擬似欠陥の像として像面３３上に出現すると、実像３４の合否判定の精度を低下させる原因となる。しかし、本実施形態では軸別個別設定・保存機能によって擬似欠陥像を薄めるように表示するので、検査精度が向上する。

本機能を備えることにより、擬似欠陥の判別、分離に利用することができるとともに、擬似欠陥レベルの低減に効果がある。

３）基準条件・参考条件設定機能
基準条件・参考条件設定機能は、すべてのパターンに共通の基準条件を設定するとともに、標準的な基準条件のみでは検出できない欠陥をも検出するために複数の参考条件を設定する機能である。

フォトマスクの周期的パターンが種々多様であることから、検査対象パターンに見合った光学条件を設定する必要がある。検査レシピを作成するときには、パターン毎に個別に条件を設定することが望ましいが、パターンと欠陥レベルが分からない状態では条件を設定することが不可能である。そこで、基本的なムラを検出可能な基準条件を設定しておき、この基準条件を用いて全てのサンプルを測定し、数値化を行う際はこの基準条件を用いて行えば、数値化の基準がずれることが無い。ただし、基準条件だけでは検出しきれないスジ状ムラについては複数の測定条件（参考条件）を用いて検査する。

図９に示すように、基準条件のみでは検出できないか又は検出が不十分になるスジ状ムラについては、複数の参考条件１〜３のうちから最適な条件を選択し、その選択した参考条件を用いて欠陥の検出を高精度に行うことができる。

このようにすることで得意先の要望に応じたきめ細かな検査が可能になり、さらに基準条件だけでは検出することができなかったスジ状ムラをも検出することができるようになる。

４）照明中心位置調整機能
照明中心位置調整機能は、照明の中心位置をカメラ光軸から意図的にずらして輝度変化のなだらかな部分で撮像する機能である。この照明中心位置調整機能は、上記の軸別個別設定・保存機能のうち個別の条件設定可能な光学系の設定項目の１つである。本機能は、補助的な機能であり、使用したり使用しなかったりする場合があるため、オペレータはレシピ入力画面で選択ボタンを押して選択することができる。

本発明の検査装置は、テレセントリックレンズを用いた直線的な光源であるが、これらの光学系には輝度ムラや照度ムラがあるので、実際の撮像画像に影響を及ぼすことがある。例えば、照明光のピーク輝度が高すぎて明暗のコントラストが損なわれ、画面上で白抜けになって欠陥を識別できないような場合に、この機能を用いる。具体的には、図１３に示すように、照明光の輝度分布８０のピーク８１をカメラの撮像視野５６の中心線５８から意図的に所定距離だけシフトさせ、輝度変化のなだらかな裾野の部分８２で撮像する。本機能を付加することによって、光源の照度ムラや輝度ムラを除去できるようになり、コントラストの良好な画像を表示させることができる。

５）データベース機能・再検査機能
データベース機能・再検査機能は、上記１）〜４）で設定した光学条件の設定値等をレシピとして保存し、これと共に検査結果や検査画面をもデータベースに保存する機能である。データベース機能・再検査機能を付加することによって、上述した各種機能（１．光学条件４軸設定機能、２．軸別個別設定・保存機能、３．基準条件・参考条件設定機能、４．照明中心位置調整機能）で設定してきた光学条件の設定値等をレシピとして保存し、これとともに検査結果および検査画像をデータベースに保存する。

例えば、図１４に示すように、オペレータは、入力・表示パネルを用いて画面上に表示される画像を見ながら、ランプ１〜４の各条件やカメラの撮像条件など必要なレシピを入力し、変更することができる。また、図１４に示す画面を用いて必要な入力操作を行うことにより、保存された履歴データから任意のデータを選択し、すでに実績のある検査画像や検査結果を容易に確認することができる。また、履歴データを呼び出した後に、再検査を実行すれば、保存されたレシピから再度同じ光学条件や判定条件を呼び出し、そしてさらに検査エリアを呼び出して過去に実績のある検査とまったく同じ検査手法で検査することが可能となる。このようにして再現性の高い検査を行うことができるようになる。

次に、図１０〜図１２を参照して周期性パターンにおけるスジ状ムラの検査の概要を説明する。

検査対象となるマスクの矩形状の周期的パターン領域のみを切り出し、図１１に示すように、切り出した二次元画像データに対して積算データ６１を演算により求める。ここでは、図１０の縦方向（Ｙ軸方向）への積算のみについて説明するが、横方向（Ｘ軸方向）の積算データについても同様にして求めることができる。

次いで、図１１に示す積算データ６１から注目点を対象とする積算移動平均データ６２を計算する。ここでは移動平均計算可能範囲６４を変更可能としている。しかし、注目点を中心とする移動平均を計算していることから、その両端部分６３では積算移動平均データ６２を計算することが不可能であるため、これら計算不可能な両端部分６３については移動平均計算可能範囲６４の両端のデータに基づく最小二乗法を用いて積算移動平均データを計算する。

次いで、最小二乗法により積算移動平均データ６２との差分を求める。これにより図１２に示す差分データ７１を得る。顧客仕様などから決まる所定の閾値７２を設定し、閾値７２を超える差分データ７１は不合格と判定し、閾値７２を超えないものは合格と判定する。このようにしてスジ状ムラ部の合否判定を行う。

但し、最小二乗法により移動平均を求めた両端部分６３については、あくまでも最小二乗法による予測値であるため、誤差を生じるおそれがある。この対策として、両端部分６３については、移動平均計算範囲６４の閾値７２とは別個の値７３を設定可能とした。

このようにスジ状ムラに特化した検査方法によってスジ状ムラを高精度に検査することができる。

本発明の装置は、カラーテレビのブラウン管に用いられるアパーチャグリル、フォトマスク、カラーフィルタ等の基板に周期的に形成されているパターンに生じるスジ状ムラの欠陥を検出するのに用いられる。

本発明の検査装置の概要を示す構成ブロック斜視図。 本発明の検査装置の制御系統を示すブロック図。 検査方法の手順を示すフローチャート。 検査装置を側方から見て示す図。 （ａ）は被検体と光源との位置関係を示す平面模式図、（ｂ）は被検体と光源との位置関係を示す側面模式図。 周期性パターンの一例を示す平面図。 （ａ）は従来装置で検査したときの撮像画面を模式的に示す図、（ｂ）は本発明装置で検査したときの撮像画面を模式的に示す図。 多重反射（底面反射）光による影（ゴースト）の発生原理を説明するための模式図。 基準条件・参考条件設定機能を説明するために基準条件と参考条件との関係を示す概念ブロック図。 被検体としてのマスクを模式的に示す平面図。 スジ状ムラを検査するときの演算手順を説明するための波形図。 スジ状ムラを検査するときの演算手順を説明するための別の波形図。 照明中心位置調整機能を説明するための模式図。 レシピ等の入力画面とカメラ画像等の表示画面のレイアウトを一括して示す平面模式図。

符号の説明

１０…斜め透過照明部、１１Ａ〜１１Ｄ…光源、
１２…姿勢変更手段（首振り機構）、
１３…移動手段（リニアスライダ）、１４…案内路（リニアガイド）、
２０…ＸＹステージ部、２２…Ｘ駆動機構、２３…Ｙ駆動機構、
３０…撮像部、３１…撮像側平行光学系（撮像手段、ＣＣＤカメラ）、３２…カメラ光軸（中心線）、３３…像面、３４…実像、３５…影（ゴースト）、
４０…処理部、４１…パソコン（画像処理部）、４２…ＬＣＤ（情報表示部）、４３…キイボード（対人操作部）、
５０…マスク（被検体基板）、５１…パターン、５２…スジ状ムラ、５３…周期的パターンエリア、５６…撮像エリア（検査エリア）、５８…中心線（カメラ光軸）、
６１…積算データ、６２…積算移動平均データ、６３…最小２乗法による移動平均計算範囲、６４…移動平均計算可能範囲、７１…差分データ、７２…移動平均計算可能範囲の閾値、７３…最小２乗法による移動平均計算範囲の閾値。

Claims (7)

1. 矩形基板上の周期性パターンに発生するスジ状ムラを検査するための周期性パターンのムラ検査装置であって、
   前記基板を実質的に水平に保持し、該基板を二次元平面視野内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構を備えたＸＹステージと、
   前記ＸＹステージ上の基板の周期性パターンに対して斜め透過光の照明を個別に行う４つの光源と、
   前記ＸＹステージを挟んで前記光源の反対側に配置され、前記光源によって斜め透過光照明された前記周期性パターンにおける回折光を撮像する撮像手段と、
   前記ＸＹステージ上の基板に対して前記光源の各々を二次元平面視野内で個別に移動させる移動手段と、
   前記移動手段によって前記光源が移動されたときに、検査対象となる前記周期性パターンに対して前記光源から斜め透過光の照明があたるように、前記移動手段と連動して前記光源の向きを変えさせる姿勢変更手段と、
   検査対象となる前記周期性パターンに対して前記光源による斜め透過光の照明の入射角度が変わるように、前記移動手段および前記姿勢変更手段の動作をそれぞれ設定する光学条件４軸設定手段と、
   を具備することを特徴とする周期性パターンのムラ検査装置。
2. さらに、検査対象の周期性パターンおよび顧客仕様のうちの少なくとも一方に応じて前記光源、前記移動手段および前記姿勢変更手段をそれぞれ個別に設定し、それらの個別に設定した光学条件を保存する軸別個別設定・保存機能を有することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. さらに、基本的なスジ状ムラを検出する基準条件を設定するとともに、前記基準条件のみでは検出することができないスジ状ムラを検出する複数の参考条件をそれぞれ設定し、周期性パターンに生じたスジ状ムラの状態に応じて前記基本条件から前記参考条件に切り替える基準条件・参考条件設定機能を有することを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載の検査装置。
4. さらに、照明光の輝度ピークを前記撮像手段の光軸から所定距離だけシフトさせたところで前記撮像手段に撮像させる照明中心位置調整機能を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の検査装置。
5. さらに、検査結果データおよび検査面画像データとともに光学条件の設定値をレシピとしてデータベースに保存し、保存したデータを選択して呼び出し、当該検査結果および検査面画像を呼び出したデータと照合するデータベース機能・再検査機能を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の検査装置。
6. 前記４つの光源は、点灯と消灯を個別に切り換えることができることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の検査装置。
7. 前記４つの光源は、所望の波長の光を透過させる光学フィルタを着脱可能にそれぞれ有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の検査装置。

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