JP2007024733A - 基板検査装置及び基板検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の表面の欠陥と内部の欠陥とを、１回の検査工程で効率良く弁別する。
【解決手段】光学系１０の検査光投光系は、検査光を基板１の裏面へ斜めに照射する。ＣＣＤラインセンサー２１を含む第１の受光系は、検査光が基板１の表面又は内部の欠陥により散乱された散乱光を、基板１の表面に焦点を合わせて受光する。ＣＣＤラインセンサー２２を含む第２の受光系は、検査光が基板１の表面又は内部の欠陥により散乱された散乱光を、基板１の内部に焦点を合わせて受光する。信号処理回路６０は、第１の受光系が受光した散乱光と第２の受光系が受光した散乱光との強度の違いから、基板１の表面の欠陥と内部の欠陥とを弁別する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示用パネル等の製造に用いられるガラス基板やプラスチック基板等の欠陥を検出する基板検査装置及び基板検査方法に係り、特に透明な基板の表及び内部の欠陥を検出するのに好適な基板検査装置及び基板検査方法に関する。

表示用パネルとして用いられる液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板やカラーフィルタ基板、プラズマディスプレイパネル用基板、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示パネル用基板等の製造は、フォトリソグラフィー技術により、ガラス基板やプラスチック基板等の基板上にパターンを形成して行われる。その際、基板に傷や異物等の欠陥が存在すると、パターンが良好に形成されず、不良の原因となる。このため、欠陥検査装置を用いて、基板の傷や異物等の欠陥の検査が行われている。

欠陥検査装置は、レーザービーム等の検査光を基板へ照射し、基板からの反射光又は散乱光を受光して、基板の傷や異物等の欠陥を検出するものである。欠陥検査装置を用いたガラス基板の検査において、検出された欠陥が傷や異物等のいずれであるかを判定する方法として、特許文献１に記載の技術が知られている。また、検出された欠陥がガラス基板の表面と裏面のいずれに存在するかを識別する方法として、特許文献２に記載の技術が知られている。
特開平９−２５７６４２号公報 特開平９−２５８１９７号公報

ガラス基板の製造工程では、ガラス基板の内部に異物が混入したり気泡が発生したりすることがある。欠陥検査装置による検査では、この様なガラス基板の内部の欠陥が、ガラス基板の表面の欠陥と合わせて検出される。検出された欠陥について、従来、特許文献１に記載の技術を用いて気泡を判定することは可能であったが、ガラス基板の表面の異物と内部の異物とを弁別することはできなかった。

これに対し、本出願人により、特願２００４−１７１６０５号において、光学系の焦点位置をガラス基板の表面に合わせて散乱光を受光する第１の検査工程と、光学系の焦点位置をガラス基板の内部に合わせて散乱光を受光する第２の検査工程とを含み、第１の検査工程で受光した散乱光と第２の検査工程で受光した散乱光との強度の違いから、ガラス基板の表面の異物と内部の異物とを弁別するガラス基板の検査方法が提案されている。この検査方法では複数回の検査工程が必要となり、基板の表面及び内部の欠陥をより効率良く検査することのできる装置及び方法が望まれていた。

本発明の課題は、基板の表面の欠陥と内部の欠陥とを、１回の検査工程で効率良く弁別することである。

本発明の基板検査装置は、検査光を基板へ照射する投光系と、検査光が基板の表面又は内部の欠陥により反射又は散乱された光を、基板の表面に焦点を合わせて受光する第１の受光系と、検査光が基板の表面又は内部の欠陥により反射又は散乱された光を、基板の内部に焦点を合わせて受光する第２の受光系と、第１の受光系が受光した光と第２の受光系が受光した光との強度の違いから、基板の表面の欠陥と内部の欠陥とを弁別する処理手段とを備えたものである。

また、本発明の基板検査方法は、検査光を基板へ照射し、検査光が基板の表面又は内部の欠陥により反射又は散乱された光を、第１の受光系により基板の表面に焦点を合わせて受光すると同時に、第２の受光系により基板の内部に焦点を合わせて受光し、第１の受光系が受光した光と第２の受光系が受光した光との強度の違いから、基板の表面の欠陥と内部の欠陥とを弁別するものである。

第１の受光系では、基板の表面の欠陥については、焦点が合っているため、散乱光の受光効率が高く、受光される散乱光の強度が大きい。基板の内部の欠陥については、焦点が合っていないため、散乱光の受光効率が低く、受光される散乱光の強度が小さい。一方、第２の受光系では、基板の表面の欠陥については、焦点が合っていないため、散乱光の受光効率が低く、受光される散乱光の強度が小さい。基板の内部の欠陥については、焦点が合っているため、散乱光の受光効率が高く、受光される散乱光の強度が大きい。第１の受光系が受光した光と第２の受光系が受光した光との強度の違いから、基板の表面の欠陥と内部の欠陥とを弁別するので、基板の表面の欠陥と内部の欠陥とが、１回の検査工程で効率良く弁別される。

さらに、本発明の基板検査装置は、第１の受光系が、検査光が基板の表面又は内部の欠陥により反射又は散乱された光を集光し及び結像させるレンズ群と、レンズ群を通過した光を分割する分割手段と、分割手段で分割された光の一方を基板の表面に焦点を合わせて受光する第１の受光素子とを有し、第２の受光系が、前記レンズ群と、前記分割手段と、前記分割手段で分割された光の他方を基板の内部に焦点を合わせて受光する第２の受光素子とを有するものである。

また、本発明の基板検査方法は、検査光が基板の表面又は内部の欠陥により反射又は散乱された光を集光し及び結像させるレンズ群と、レンズ群を通過した光を分割する分割手段とを、第１の受光系及び第２の受光系に共通に設け、第１の受光系では、第１の受光素子により分割手段で分割された光の一方を基板の表面に焦点を合わせて受光し、第２の受光系では、第２の受光素子により分割手段で分割された光の他方を基板の内部に焦点を合わせて受光するものである。

検査光が基板の表面又は内部の欠陥により反射又は散乱された光を集光し及び結像させるレンズ群と、レンズ群を通過した光を分割する分割手段とを、第１の受光系及び第２の受光系に共通に設けることにより、高価なレンズ群を第１の受光系と第２の受光系とで共用することができ、装置構成が簡単となる。

本発明によれば、基板の表面の欠陥と内部の欠陥とを、１回の検査工程で効率良く弁別することができる。

さらに、本発明によれば、検査光が基板の表面又は内部の欠陥により反射又は散乱された光を集光し及び結像させるレンズ群と、レンズ群を通過した光を分割する分割手段とを、第１の受光系及び第２の受光系に共通に設けることにより、高価なレンズ群を第１の受光系と第２の受光系とで共用することができ、装置構成を簡単にすることができる。

図１は、本発明の一実施の形態による基板検査装置の概略構成を示す図である。本実施の形態は、検査光が基板の欠陥により散乱された散乱光から、基板の表面又は内部の欠陥を検出する基板検査装置の例を示している。基板検査装置は、光学系１０、ＸＹ移動機構３０、ＸＹ移動制御回路３１、焦点調節機構４０、焦点調節制御回路４１、信号変換回路５０、信号処理回路６０、ＣＰＵ７０、及び出力装置８０を含んで構成されている。

図示しない検査ステージに搭載された基板１の上下に、光学系１０が配置されている。光学系１０は、焦点調整用の焦点調節用投光系、検査光を基板１へ照射する検査光投光系、焦点調整用の反射光検出系、及び基板１からの散乱光を受光する受光系を含んで構成されている。焦点調節用投光系、焦点調整用の反射光検出系及び受光系は基板１の上方に配置され、検査光投光系は基板１の下方に配置されている。

焦点調節用投光系は、レーザー光源１１ａ、レンズ１２ａ，１３ａ、及びミラー１４を含んで構成されている。レーザー光源１１ａは、レーザー光を発生する。レンズ１２ａは、レーザー光源１１ａから発生されたレーザー光を集光する。レンズ１３ａは、レンズ１２ａで集光されたレーザー光を集束させ、ミラー１４を介して基板１の表面へ斜めに照射する。焦点調節用投光系から基板１の表面へ照射されたレーザー光源は、入射角度が大きいため、そのほとんどが基板１の表面で反射する。

一方、検査光投光系は、レーザー光源１１ｂ、及びレンズ１２ｂ，１３ｂを含んで構成されている。レーザー光源１１ｂは、検査光となるレーザー光を発生する。レンズ１２ｂは、レーザー光源１１ｂから発生された検査光を集光する。レンズ１３ｂは、レンズ１２ｂで集光された検査光を集束させ、基板１の裏面へ斜めに照射する。本実施の形態では、一例として、検査光の基板１に対する入射角θを約１０度とする。

ＸＹ移動機構３０は、ＸＹ移動制御回路３１の制御により、光学系１０をＸＹ方向へ移動する。ＸＹ移動制御回路３１は、ＣＰＵ７０からの指令に従って、ＸＹ移動機構３０を駆動する。光学系１０をＸＹ方向へ移動することにより、光学系１０の検査光投光系から照射された検査光が基板１の表面を走査し、基板１全体の検査が行われる。

なお、光学系１０を移動する代わりに、基板１を搭載する検査ステージをＸＹ方向へ移動することにより、基板１と光学系１０とを相対的に移動してもよい。

焦点調節用の反射光検出系は、ミラー１４、レンズ１５、及びＣＣＤラインセンサー１６を含んで構成されている。基板１からの反射光は、ミラー１４を介してレンズ１５に入射する。レンズ１５は、基板１からの反射光を集束させ、ＣＣＤラインセンサー１６の受光面に結像させる。

このとき、ＣＣＤラインセンサー１６の受光面における反射光の受光位置は、基板１の表面の高さによって変化する。図１に示す基板１の表面の高さを基準としたとき、基板１の表面の高さが基準より低い場合、基板１の表面で検査光が照射及び反射される位置が図面の右側へ移動し、ＣＣＤラインセンサー１６の受光面における反射光の受光位置が図面の左側へ移動する。逆に、基板１の表面の高さが基準より高い場合、基板１の表面で検査光が照射及び反射される位置が図面の左側へ移動し、ＣＣＤラインセンサー１６の受光面における反射光の受光位置が図面の右側へ移動する。

ＣＣＤラインセンサー１６は、受光面で受光した反射光の強度に応じた検出信号を焦点調節制御回路４１へ出力する。焦点調節制御回路４１は、ＣＰＵ７０からの指令に従って、ＣＣＤラインセンサー１６の検出信号から、基板１の表面からの反射光がＣＣＤラインセンサー１６の受光面の中心位置で受光される様に、焦点調節機構４０を駆動して光学系１０を移動する。焦点調節機構４０は、例えばパルスモータで構成され、焦点調節制御回路４１からの駆動パルスに応じて光学系１０を上下に移動して焦点位置を調節する。

図２は、基板の表面又は内部の欠陥による散乱光を説明する図である。検査光投光系から基板１の裏面へ照射された検査光は、入射角が小さいため、そのほとんどが実線で示す様に基板１の裏面から基板１の内部へ透過し、基板１の表面へ達して、基板１の表面から射出される。基板１の内部に欠陥が存在する場合、基板１の内部へ透過した検査光の一部が欠陥により散乱され、二点鎖線で示す散乱光が発生する。基板１の表面に欠陥が存在する場合、基板１の内部を透過して基板１の表面に達した検査光の一部が欠陥により散乱され、破線で示す散乱光が発生する。

図１において、光学系１０の受光系は、第１の受光系と第２の受光系とを含んで構成されている。第１の受光系は、集光レンズ１７、結像レンズ１８、遮光板１９、プリズム２０、及びＣＣＤラインセンサー２１を含んで構成されている。一方、第２の受光系は、集光レンズ１７、結像レンズ１８、遮光板１９、プリズム２０、及びＣＣＤラインセンサー２２を含んで構成されている。即ち、本実施の形態では、集光レンズ１７、結像レンズ１８、遮光板１９及びプリズム２０が、第１の受光系及び第２の受光系に共通に設けられている。

集光レンズ１７は、基板１の表面又は内部からの散乱光を集光する。このとき、遮光板１９は、基板１を透過した検査光を、レンズ１７へ入射しない様に遮断する。結像レンズ１８は、集光レンズ１７で集光された散乱光をＣＣＤラインセンサー２１の受光面の位置に結像させる。プリズム２０は、結像レンズ１８を通過した光を２つに分割し、分割した光の一方をＣＣＤラインセンサー２１へ照射し、他方をＣＣＤラインセンサー２２へ照射する。なお、プリズム２０の代わりに、ハーフミラーを用いてもよい。

第１の受光系のＣＣＤラインセンサー２１は、プリズム２０で分割された光の一方を受光し、受光した散乱光の強度に応じた検出信号を信号変換回路５０へ出力する。ここで、ＣＣＤラインセンサー２１は、その受光面が基板１の表面に対して像面となる位置に配置されている。即ち、第１の受光系は、基板１の表面に焦点が合っている。

一方、第２の受光系のＣＣＤラインセンサー２２は、プリズム２０で分割された光の他方を受光し、受光した散乱光の強度に応じた検出信号を信号変換回路５０へ出力する。ここで、ＣＣＤラインセンサー２２は、プリズム２０からの距離がＣＣＤラインセンサー２１とは異なる様に構成されている。これにより、ＣＣＤラインセンサー２２の受光面は、基板１の表面ではなく、基板１の内部の所定の深さの面に対して像面となっている。即ち、第２の受光系は、基板１の内部に焦点が合っている。

信号変換回路５０は、ＣＣＤラインセンサー２１，２２の検出信号をディジタル信号に変換して、信号処理回路６０へ出力する。信号処理回路６０は、内部メモリを備え、信号変換回路５０から入力したディジタル信号をディジタルデータとして内部メモリに記憶する。そして、信号処理回路６０は、ＣＰＵ７０の制御により、内部メモリに記憶したディジタルデータを処理して、基板１の表面又は内部の欠陥を検出する。

続いて、信号処理回路６０は、検出した基板１の表面又は内部の欠陥について、内部メモリに記憶されたディジタルデータから、表面／内部の判定を行う。これについて、図３を用いて説明する。図３は、本発明の一実施の形態による基板検査装置の動作を説明する図である。図３（ａ）は第１の受光系が散乱光を検出している状態を示し、図３（ｂ）は第２の受光系が散乱光を検出している状態を示している。なお、図３（ａ），（ｂ）では、図１の集光レンズ１７、結像レンズ１８及びプリズム２０をまとめてレンズ２３で表わしている。また、図３（ｂ）では、図３（ａ）と対比するために、散乱光の光路をプリズム２０による屈折なしに表わしている。

図３（ａ）に示す様に、第１の光学系では、基板１の表面の欠陥については、焦点が合っているため、破線で示す散乱光の受光効率が高く、ＣＣＤラインセンサー２１の受光面で受光される散乱光の強度が大きい。基板１の内部の欠陥については、焦点が合っていないため、二点鎖線で示す散乱光の受光効率が低く、ＣＣＤラインセンサー２１の受光面で受光される散乱光の強度が小さい。

一方、図３（ｂ）に示す様に、第２の光学系では、基板１の表面の欠陥については、焦点が合っていないため、破線で示す散乱光の受光効率が低く、ＣＣＤラインセンサー２２の受光面で受光される散乱光の強度が小さい。基板１の内部の欠陥については、焦点が合っているため、二点鎖線で示す散乱光の受光効率が高く、ＣＣＤラインセンサー２２の受光面で受光される散乱光の強度が大きい。

従って、第１の光学系で受光した散乱光の強度をＦ１、第２の光学系で受光した散乱光の強度をＦ２としたとき、基板１の表面の欠陥についてはＦ１＞Ｆ２となり、基板１の内部の欠陥についてはＦ１＜Ｆ２となる。本実施の形態では、Ｆ１＞Ｆ２の場合は検出された欠陥を基板１の表面の欠陥と判定し、Ｆ１＜Ｆ２の場合は検出された欠陥を基板１の内部の欠陥と判定する。信号処理回路６０は、表面／内部の判定結果のデータを、既に記憶されている検出結果のデータと関連付けて、内部メモリに記憶する。

最後に、ＣＰＵ７０は、信号処理回路６０の内部メモリに記憶されている検出結果のデータ及び表面／内部の判定結果のデータに基づき、検査結果をディスプレイやプリンタ等から成る出力装置８０へ出力する。検査結果の出力としては、例えば表面の欠陥の位置と内部の欠陥の位置とを別々のマップで表示してもよく、また表面の欠陥だけ検査したい場合には表面の欠陥のみを表示し、内部の欠陥だけ検査したい場合には内部の欠陥のみを表示してもよい。

以上説明した実施の形態によれば、散乱光を基板の表面に焦点を合わせて受光する第１の受光系と、散乱光を基板の内部に焦点を合わせて受光する第２の受光系とを設け、第１の受光系が受光した散乱光と第２の受光系が受光した散乱光との強度の違いから、基板の表面の欠陥と内部の欠陥とを弁別することにより、基板の表面の欠陥と内部の欠陥とを、１回の検査工程で効率良く弁別することができる。

さらに、以上説明した本発明によれば、散乱光を集光し及び結像させるレンズ群と、レンズ群を通過した光を分割するプリズムやハーフミラー等を、第１の受光系及び第２の受光系に共通に設けることにより、高価なレンズ群を第１の受光系と第２の受光系とで共用することができ、装置構成を簡単にすることができる。

本発明の一実施の形態による基板検査装置の概略構成を示す図である。 基板の表面又は内部の欠陥による散乱光を説明する図である。 本発明の一実施の形態による基板検査装置の動作を説明する図である。

符号の説明

１ 基板
１０ 光学系
１１ａ，１１ｂ レーザー光源
１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ レンズ
１４ ミラー
１５ レンズ
１６ ＣＣＤラインセンサー
１７ 集光レンズ
１８ 結像レンズ
１９ 遮光板
２０ プリズム
２１，２２ ＣＣＤラインセンサー
３０ ＸＹ移動機構
３１ ＸＹ移動制御回路
４０ 焦点調節機構
４１ 焦点調節制御回路
５０ 信号変換回路
６０ 信号処理回路
７０ ＣＰＵ
８０ 出力装置

Claims (4)

1. 検査光を基板へ照射する投光系と、
   検査光が基板の表面又は内部の欠陥により反射又は散乱された光を、基板の表面に焦点を合わせて受光する第１の受光系と、
   検査光が基板の表面又は内部の欠陥により反射又は散乱された光を、基板の内部に焦点を合わせて受光する第２の受光系と、
   前記第１の受光系が受光した光と前記第２の受光系が受光した光との強度の違いから、基板の表面の欠陥と内部の欠陥とを弁別する処理手段とを備えたことを特徴とする基板検査装置。
2. 前記第１の受光系は、検査光が基板の表面又は内部の欠陥により反射又は散乱された光を集光し及び結像させるレンズ群と、該レンズ群を通過した光を分割する分割手段と、該分割手段で分割された光の一方を基板の表面に焦点を合わせて受光する第１の受光素子とを有し、
   前記第２の受光系は、前記レンズ群と、前記分割手段と、前記分割手段で分割された光の他方を基板の内部に焦点を合わせて受光する第２の受光素子とを有することを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
3. 検査光を基板へ照射し、
   検査光が基板の表面又は内部の欠陥により反射又は散乱された光を、第１の受光系により基板の表面に焦点を合わせて受光すると同時に、第２の受光系により基板の内部に焦点を合わせて受光し、
   第１の受光系が受光した光と第２の受光系が受光した光との強度の違いから、基板の表面の欠陥と内部の欠陥とを弁別することを特徴とする基板検査方法。
4. 検査光が基板の表面又は内部の欠陥により反射又は散乱された光を集光し及び結像させるレンズ群と、レンズ群を通過した光を分割する分割手段とを、第１の受光系及び第２の受光系に共通に設け、
   第１の受光系では、第１の受光素子により分割手段で分割された光の一方を基板の表面に焦点を合わせて受光し、
   第２の受光系では、第２の受光素子により分割手段で分割された光の他方を基板の内部に焦点を合わせて受光することを特徴とする請求項３に記載の基板検査方法。

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