JP2007033372A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の外観検査を行う際に、種々の形態を有する欠陥を観察できる外観検査装置を提供する。
【解決手段】 外観検査装置は、被検査基板Ｗを支持するステージ４を有し、被検査基板Ｗと平行に移動し拡大画像を取得するミクロ画像取得ユニット１２を備えている。ミクロ画像取得ユニット１２は、顕微鏡１５と、固定ユニット１６を介して着脱されるデジタルカメラ１７とを有し、デジタルカメラ１７を固定ユニット１６から取り外したときには、任意の位置から被検査基板Ｗの画像を取得することが可能になる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、基板の外観を検査する外観検査装置に関する。

液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイを製造する際には、ガラス基板上にフィルタなどのパターンが形成される。このようなフラットパネルディスプレイの製造工程では、外観検査装置でガラス基板の外観を目視で検査して、膜むらや異物の付着といった欠陥の有無を調べ（マクロ検査）、その欠陥を装置に設置された顕微鏡で詳細に観察して検査する（ミクロ検査）工程がある。このような検査工程に用いられる従来の外観検査装置には、例えば、マクロ照明用ユニットによる面光源をホルダ上の被検査基板の表面に照射し、被検査基板表面の反射光の変化を観察者の目視観察により欠陥部として検出し、被検査基板上の欠陥部を固定されたテレビカメラで撮像し、画像処理で欠陥の位置座標を検出し、その座標データをもとに被検査基板上の欠陥部をミクロ観察ユニットの対物レンズの観察範囲に自動的に移動させ、接眼レンズによるミクロ観察が行えるようにして、観察作業の負担軽減を図ったものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１１１２５３号公報（第６図）

基板に照射される照明光は、パターン上での光の回折や干渉によって様々な方向に反射されるため、欠陥の見え方も場所によって異なる。したがって、従来のように予め定められた方向から基板の画像を取得するだけでは、欠陥を発見できないことがあった。特に、近年大型化された基板では、基板に近接した位置で確認できる欠陥の他に、基板から離れた位置から観察しないと発見し難い欠陥もある。しかし、従来の外観検査装置では、このような種々の欠陥を任意の位置から観察し、画像を取得することができなかった。そこで、基板から離れた位置からも欠陥の画像を取得できるようにし、かつその画像と顕微鏡によるミクロ画像とを一緒に表示したり、記録したり、欠陥の位置を特定できるようにしたりして活用し易くすることが望まれていた。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、基板の外観検査を行う際に、任意の位置から取り込んだマクロ画像及びミクロ画像を活用し易くすることにより、検査の効率化を図ることである。

上記の課題を解決する本発明は、被検査基板を保持するステージと、前記被検査基板上の欠陥の拡大画像であるミクロ画像を取得するミクロ画像取得ユニットと、前記ミクロ画像取得ユニットを前記被検査基板に対して平行に移動自在に支持するガイド手段と、ミクロ画像よりも相対的に低倍率なマクロ画像を任意の位置から取得可能なマクロ画像取得ユニットと、前記ミクロ画像取得ユニット及び前記マクロ画像取得ユニットで取得した画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする外観検査装置とした。

この外観検査装置では、ミクロ画像取得ユニットによって被検査基板上の欠陥の拡大画像であるミクロ画像を取得し、マクロ画像取得ユニットで相対的に低倍率のマクロ画像を取得することができる。ミクロ画像取得ユニットは、ガイド手段によって被検査基板に対して平行移動するので、マクロ画像の撮像位置から被検査基板上での欠陥位置を特定することができる。これに対して、マクロ画像取得ユニットは、任意の位置からの撮像が可能なので、欠陥が見易い位置での撮像が可能である。

本発明によれば、被検査基板の一部を拡大したミクロ画像と、ミクロ画像よりも低倍率で任意の位置から撮像されたマクロ画像とを取得し、表示することが可能である。したがって、取得したミクロ画像とマクロ画像とを活用することが容易になるので、検査作業の効率が向上する。

本発明を実施するための最良の形態について以下に説明する。
（第１の実施の形態）
図１に第１の実施の形態に係る外観検査装置の概略構成を示す。外観検査装置１は、床面に設置される装置本体２を有し、装置本体２には、回動駆動機構３によってステージ４が起き上がり自在に支持されている。このステージ４上には、ガラス基板やカラーフィルタ、半導体ウェハなどの被検査基板Ｗが載置される。ステージ４には、位置決めピン５，６と、吸着機構（不図示）とが設けられており、被検査基板Ｗを位置決めして保持できるようになっている。また、装置本体２の上部には、マクロ照明部８が設けられている。マクロ照明部８は、ステージ４上の被検査基板Ｗを上方から照明するもので光源、ミラー、レンズなどの光学系から構成されている。なお、マクロ照明部８は、液晶散乱板（電源のＯＮ、ＯＦＦによって透過散乱の切り替えができる液晶板）とフレネルレンズを備え、液晶散乱板を透過に切り替えることにより、収束光を被検査基板Ｗに対して照射できるものとしても良い。収束光で被検査基板Ｗを照明すると、装置本体２の前面側に立つ検査者Ｐが被検査基板Ｗ上の異物欠陥を目視で観察し易くなる。

さらに、装置本体２には、Ｙ軸ガイド１０（ガイド手段）が斜めに架け渡されている。Ｙ軸ガイド１０の傾斜角度は、検査位置に起き上がらせたときの被検査基板Ｗと略平行になるように設定されている。このＹ軸ガイド１０の下端部と上端部とは、一対のＸ軸ガイド１１（ガイド手段）にそれぞれ移動自在に取り付けられている。Ｘ軸ガイド１１は、Ｙ軸ガイド１０と直交するように配置されている。そして、Ｙ軸ガイド１０には、基板表面の拡大画像（ミクロ画像）を取得するためのミクロ画像取得ユニット１２がＹ軸ガイド１０の長手方向にスライド自在に取り付けられている。したがって、ミクロ画像取得ユニット１２は、被検査基板Ｗを起き上がらせたときに、被検査基板Ｗの上方を、被検査基板Ｗの表面に平行に移動させることができる。なお、このときにＸ軸ガイド１１に平行な方向をＸ方向とし、Ｙ軸ガイド１０に平行な方向をＹ方向とする。

ここで、ミクロ画像取得ユニット１２は、顕微鏡１５と、顕微鏡１５に固定ユニット１６を介して着脱自在なデジタルカメラ１７とから構成される。顕微鏡１５は、デジタルカメラ１７による基板表面のミクロ画像が撮像できるように射出側の焦点距離が無限遠になるような拡大光学系を有している。デジタルカメラ１７は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を備えるもので、固定ユニット１６から取り外した状態では、任意の位置から被検査基板の全体画像（マクロ画像）を取得可能なマクロ画像取得ユニットとなる。なお、マクロ画像は、ミクロ画像よりも広い範囲が収まった画像であれば良く、必ずしも被検査基板Ｗの全体が収まる画像でなくても良い。

固定ユニット１６には、データ転送ケーブル１８が引き込まれており、デジタルカメラ１７を固定ユニット１６に装着した状態でデジタルカメラ１７側のデータ転送コネクタ１７ａにデータ転送ケーブル１８を接続することができる。データ転送ケーブル１８は、顕微鏡１５をＹ方向に移動させるようにＹ軸ガイド１０に沿って設けられたキャタピラ１９ａ内と、Ｙ軸ガイド１０をＸ方向に移動させるようにＸ軸ガイド１１に沿って設けられたキャタピラ１９ｂ内とを通って、図３に示す制御ユニット２０に接続されている。

制御ユニット２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリなどから構成されており、図１に示す外観検査装置１を一括して制御する装置である。制御ユニット２０には、デジタルカメラ１７の他に、ステージ制御ユニット２５、マクロ照明制御ユニット２６、ガイド制御ユニット２７、Ｘ座標読取ユニット２８、Ｙ座標読取ユニット２９、画像格納手段３０、操作ユニット３１、及び表示手段３２が接続されている。

ステージ制御ユニット２５は、ステージ４及び回動駆動機構３の制御を行うもので、ステージ４の姿勢を水平位置から垂直近くまで起き上がらせた検査位置まで回動制御すると共に、位置決めピン５の駆動及び被検査基板Ｗの真空吸着の制御を行う。なお、ステージ制御ユニット２５は、検査位置を中心にステージ４を回動方向に揺動させる揺動制御を実施させることもできる。マクロ照明制御ユニット２６は、マクロ照明部８に設けられており、被検査基板Ｗを照明する明るさや、照射角度、散乱孔、収束光の切り替えを制御する。ガイド制御ユニット２７は、Ｙ軸ガイド１０及びＸ軸ガイド１１の移動を制御する。

さらに、Ｘ座標読取ユニット２８及びＹ座標読取ユニット２９は、ミクロ画像取得ユニット１２による観察位置のＸ座標及びＹ座標をそれぞれ検出するもので、Ｘ座標読取ユニット２８はＹ軸ガイド１０のＸ方向の移動量を検出し、Ｙ座標読取ユニット２９はミクロ画像取得ユニット１２のＹ方向の移動量を検出するように構成されている。画像格納手段３０は、デジタルカメラ１７で取得したミクロ画像やマクロ画像を保存する記憶装置である。操作ユニット３１は、検査者Ｐの操作を受け付けるもので、照明の明るさや、照射角度、ステージ４の回動角度などの操作が可能で、スイッチやボタン、ジョイスティックなどから構成されている。表示手段３２は、例えばディスプレイからなり、ミクロ画像取得ユニット１２で取得したミクロ画像や、デジタルカメラ１７で取得したマクロ画像、画像格納手段３０に格納されている画像や、欠陥座標、欠陥の検査結果などが表示可能になっている。

次に、外観検査装置１の作用について説明する。
まず、不図示のロボットで被検査基板Ｗが水平位置に保持されているステージ４上に載置する。ステージ制御ユニット２５によって位置決めピン５が駆動し、対向して配置されている位置決めピン６とで挟み込むようにして、被検査基板を所定位置に整列させる。さらに、吸着機構で被検査基板Ｗを真空吸着する。これによって、被検査基板Ｗがステージ４に保持されるので、ステージ制御ユニット２５が回動駆動機構３を駆動させてステージ４を検査位置まで起き上がらせる。さらに、マクロ照明制御ユニット２６が、操作ユニット３１で設定された明るさ及び照射角度で被検査基板Ｗを上方から照明する。この状態で、観察者Ｐは、被検査基板Ｗの表面を目視で検査し、欠陥の有無を調べる。欠陥が発見されない場合や、外観検査が終了したときには、ステージ４を水平位置に戻し、吸着を解除してから被検査基板Ｗを搬出する。

ここで、検査者Ｐが検査位置にある被検査基板Ｗを目視で観察した結果、欠陥が発見された場合には、ミクロ画像取得ユニット１２、デジタルカメラ１７を用いてを欠陥の画像を取得する。
欠陥が広範囲の膜むらなど、被検査基板Ｗから少し離れた位置から、かつ特定の角度でのみ確認できる場合には、デジタルカメラ１７を固定ユニット１６から取り外す。そして、図４に示すように、欠陥が最も良く確認できる位置からデジタルカメラ１７で被検査基板Ｗの撮影をする。このときに取得されるマクロ画像Ｄ１は、被検査基板Ｗを斜め前方から引いた状態で撮像した画像になり、被検査基板Ｗの表面には膜むらの存在を示す干渉縞が確認できる。このマクロ画像Ｄ１は、デジタルカメラ１７のメモリに格納され、デジタルカメラ１７が固定ユニット１６に装着されたときに、データ転送コネクタ１７ａからデータ転送ケーブル１８を通して制御ユニット２０に自動的に転送される。制御ユニット２０は、デジタルカメラ１７からマクロ画像Ｄ１の画像データを取り込んだら、画像格納手段３０に格納する。

また、被検査基板Ｗに近接しないと確認できないような小さい欠陥Ｆは、デジタルカメラ１７を顕微鏡１５に接続させた状態で撮像する。この際には、操作ユニット３１でＸ軸ガイド１１及びＹ軸ガイド１０を移動させ、欠陥位置に顕微鏡１５の視野を合わせる。このときに取得される欠陥Ｆの画像は、ミクロ画像Ｄ２に示すようになる。ミクロ画像Ｄ２の画像データは、データ転送コネクタ１７ａ、データ転送ケーブル１８、制御ユニット２０を通じて表示手段３２に表示されるので、検査者Ｐはこの画像を確認してから操作ユニット３１を操作し、ミクロ画像Ｄ２を取り込む。ミクロ画像Ｄ２の画像データは、画像格納手段３０に格納される。このとき、Ｘ座標読取ユニット２８及びＹ座標読取ユニット２９で取得する顕微鏡１５のＸ座標及びＹ座標を、欠陥位置の座標データとしてミクロ画像Ｄ２の画像データと関連付けて画像格納手段３０に格納する。

さらに、制御ユニット２０は、デジタルカメラ１７で取り込んだ画像を表示手段３２に表示させて、各種の解析を行わせることが可能である。ここで、図５に表示手段に表示される画面の一例を示す。
図５に示す欠陥画像表示部４０は、被検査基板Ｗを特定する情報として基板ＩＤの表示欄４１を有すると共に、画像が拡大表示される拡大表示部４２を有している。この拡大表示部４２には、被検査基板Ｗの全体像を示す画像であって、実際にフラットパネルディスプレイとして使用される部分（セルやチップ）の画像４３と、欠陥の存在を示す欠陥位置表示４４とが表された基板マップ表示がなされている。
拡大表示部４２の側方には、欠陥座標表示部４５が設けられており、１つの欠陥位置表示４４を指定したときにその座標が数値で表示されるようになっている。Ｘ座標及びＹ座標は被検査基板Ｗの所定位置（例えば、右隅など）を基準とした値として表示される。欠陥座標表示部４５の上方には、拡大表示部４２に表示される画像を拡大・縮小する拡大ボタン４６及び縮小ボタン４７が設けられている。さらに、拡大表示部４２の下方には、画像格納手段３０に格納されているミクロ画像Ｄ２や、マクロ画像Ｄ１が小サイズの画像で一覧表示される欠陥画像サムネイル表示部４８が設けられている。欠陥画像サムネイル表示部４８には、スクロールバー４９が付与されており、多数の画像が表示可能になっている。

このような欠陥画像サムネイル表示部４８は、拡大表示部４２と関連付けられている。
例えば、操作ユニット３１を操作して拡大表示部４２中の特定の欠陥位置表示４４を指定したときには、欠陥画像サムネイル表示部４８でその欠陥位置に相当するミクロ画像Ｄ２が強調表示される。このような表示制御は、制御ユニット２０においてミクロ画像Ｄ２と欠陥位置の座標データとの関連付けが行われることによって実現されている。なお、図５において強調表示は、ミクロ画像Ｄ２の枠の色を変化させたものになっているが、点滅などの種々の形態を用いることができる。

また、操作ユニット３１を操作して欠陥画像サムネイル表示部４８中の特定のミクロ画像Ｄ２を指定したときには、拡大表示部４２でそのミクロ画像Ｄ２の撮像位置に対応する欠陥位置表示４４が強調表示される。さらに、欠陥画像サムネイル表示部４８で特定のミクロ画像Ｄ２を選択して拡大ボタン４６により拡大表示を指示したときには、拡大表示部４２に基板マップ表示の代わりに、そのミクロ画像Ｄ２が拡大して表示される。また、マップ表示に戻すときには、ボタン４７により行われる。なお、欠陥画像サムネイル表示部４８でマクロ画像Ｄ１の拡大表示が指示された場合には、拡大表示部４２にマクロ画像Ｄ１が拡大して表示されると共に、欠陥画像サムネイル表示部４８中のマクロ画像Ｄ１が強調表示される。ここで、図５の欠陥画像表示画面にマップ拡大ボタンとマップ縮小ボタンを設けても良い。例えば、マップ画面上に欠陥が近くに重なっているときに、画面上でクリックしにくい場合がある。このようなときに、マップ拡大ボタンでマップを拡大表示できれば、欠陥をクリックし易くなる。

この実施の形態によれば、デジタルカメラ１７を顕微鏡１５に着脱自在に設けたので、顕微鏡１５を通したミクロ画像Ｄ２の取得が可能であると共に、離れた位置からのマクロ画像Ｄ１の取得が可能になる。しかも、デジタルカメラ１７は任意の位置から画像取得が可能なので、特定の位置で発見し易い欠陥の情報を記録することが可能になる。したがって、欠陥を確実に捉えることが可能になるので、欠陥の分析が容易になる。また、デジタルカメラ１７の着脱によって欠陥のミクロ画像Ｄ２の取得と、被検査基板Ｗのマクロ画像Ｄ１の取得が可能になるので、１つの装置でミクロ検査とマクロ検査とが可能になる。したがって、従来のようにマクロ検査用の装置と、ミクロ検査用の装置とが別々の場合に比べて、装置スペースを縮小することができ、装置導入のコストも低減できる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態では、固定ユニットから取り外したデジタルカメラを支持する支持アームを備えることを特徴とする。その他の構成及び作用は第１の実施の形態と同じである。

図６に示すように、支持アーム６１は、装置本体２に固定された多関節ロボットでありその基部は、鉛直軸回りに回転自在になっている。基部からは、アームが延び、先端部にはデジタルカメラを着脱自在な固定ユニットＡが取り付けられている。固定ユニットＡには、不図示のデータ転送ケーブルが接続されており、デジタルカメラ１７の画像データを制御ユニット２０に伝送可能になっている。さらに、支持アーム６１の各関節は、制御ユニット２０によって駆動制御されると共に、関節の回動角度を検出するエンコーダなどが設けられており、デジタルカメラ１７の位置を３次元の座標で特定できるようになっている。

この実施の形態の作用について説明する。デジタルカメラ１７をミクロ画像取得ユニット１２の固定ユニット１６から取り外したときには、支持アーム６１の固定ユニットＡに装着する。そして、操作ユニット３１で欠陥が良く見える位置にデジタルカメラ１７を移動させ、マクロ画像Ｄ１を取得する。マクロ画像Ｄ１のデータは、固定ユニットＡ、データ転送ケーブル、制御ユニット２０を介して画像格納手段３０に格納される。この際に、撮像時のデジタルカメラ１７の位置をセンサで取得した座標に換算し、この座標にマクロ画像Ｄ１の画像データを関連付けて格納する。これによって、このマクロ画像Ｄ１を表示手段３２の拡大表示部４２に表示させたときには、撮像時のデジタルカメラ１７の座標が座標表示部４５に数値で表示されるようになる。

この実施の形態によれば、デジタルカメラ１７を自由な姿勢で支持する支持アーム６１を備えるので、マクロ画像Ｄ１の取得が容易になる。また、支持アーム６１を備えることによって、撮像位置の再現性を高めることができ、他の被検査基板の外観検査を行うときに同じ位置で撮像することができるので、特定の欠陥を速やかに検査することが可能になる。また、撮像する位置として、１つ以上の位置を予めティーチングしておくと、自動でマクロ画像Ｄ１の取り込みが可能になるので、作業効率が向上する。

ここで、支持アーム６１にデータ転送ケーブルを設けずに、デジタルカメラ１７がミクロ画像取得ユニット１２側の固定ユニット１６に装着されたときのみ、画像データが制御ユニット２０に転送されるようにしても良い。

（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について説明する。この実施の形態では、ミクロ画像取得ユニットとミクロ画像取得ユニットとが独立の構成することを特徴とする。なお、前記の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図７に示すように、Ｙ軸ガイド１０には、ＣＣＤを備える実体顕微鏡７１（ミクロ画像取得ユニット）がＹ方向に移動自在に設けられている。さらに、この実体顕微鏡７１とは別に、マクロ画像取得ユニットとしてのみ使用されるデジタルカメラ１７が設けられている。実体顕微鏡７１から取り込まれるミクロ画像Ｄ２は、制御ユニット２０の画像取り込み部２０ａに入力され、実体顕微鏡７１の座標、つまり欠陥位置の座標と関連付けられて、画像格納手段３０に格納される。また、デジタルカメラ１７のマクロ画像Ｄ１の画像データは、有線又は無線で制御ユニット２０の画像取り込み部２０ｂに入力され、画像格納手段３０に格納される。

この実施の形態によれば、デジタルカメラ１７を着脱する手間が省けるので、検査を短時間で行うことができる。その他の効果は、第１の実施の形態と同じである。ここにおいて、デジタルカメラ１７は、図６に示すような支持アーム６１に支持させても良い。この場合には、デジタルカメラ１７を着脱する手間が省略できると共に、第２の実施の形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明は、前記の各実施の形態に限定されずに広く応用することが可能である。
例えば、ミクロ画像取得ユニット及びマクロ画像取得ユニットは、ＣＣＤを備えるものに限定されない。
また、支持アーム６１は、モータ駆動などによって自動的にデジタルカメラ１７を移動させる代わりに、手動でデジタルカメラ１７を移動可能な関節から構成されても良い。この場合においても、関節の角度を検出するセンサを設けることで、デジタルカメラ１７によるマクロ画像Ｄ１の撮像位置を検出することが可能になる。
座標データを取得する手段として、デジタルカメラ１７に発光素子を設けて、装置本体２の上部に設けたＣＣＤカメラや受光素子で、発光素子の位置を追跡してデジタルカメラの位置を演算するようにしても良い。
ガイド手段は、Ｘ軸ガイド１１、Ｙ軸ガイド１０に限定されずに多関節ロボットでも良い。この場合にミクロ画像Ｄ２の倍率を特定するために、多関節ロボットはミクロ画像取得ユニット１２を被検査基板Ｗと平行に移動させるように制御ユニット２０によって制御される。

本発明の実施の形態に係る外観検査装置の構成を示す図である。 ミクロ画像取得ユニットの構成と、マクロ画像取得ユニットの着脱を説明する図である。 外観検査装置の制御ブロック図である。 ミクロ画像取得ユニット及びマクロ画像取得ユニットの使用方法を説明する図である。 表示手段の表示の一例を示す図である。 外観検査装置の概略構成を示す図である。 外観検査装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 外観検査装置
４ ステージ
１０ Ｙ軸ガイド（ガイド手段）
１１ Ｘ軸ガイド（ガイド手段）
１２ ミクロ画像取得ユニット
１５ 顕微鏡（光学系）
１７ デジタルカメラ（マクロ画像取得ユニット）
３２ 表示手段
６１ 多関節アーム
７１ 実体顕微鏡（ミクロ画像取得ユニット）
Ｄ１ マクロ画像
Ｄ２ ミクロ画像
Ｗ 被検査基板

Claims (5)

1. 被検査基板を保持するステージと、前記被検査基板上の欠陥の拡大画像であるミクロ画像を取得するミクロ画像取得ユニットと、前記ミクロ画像取得ユニットを前記被検査基板に対して平行に移動自在に支持するガイド手段と、ミクロ画像よりも相対的に低倍率なマクロ画像を任意の位置から取得可能なマクロ画像取得ユニットと、前記ミクロ画像取得ユニット及び前記マクロ画像取得ユニットで取得した画像を表示する表示手段とを備えることを特徴とする外観検査装置。
2. 前記ミクロ画像取得ユニットは、前記マクロ画像取得ユニットと、前記マクロ画像取得ユニットが着脱自在で、前記マクロ画像取得ユニットに前記被検査基板の拡大画像を取り込ませるための光学系とを有することを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
3. 前記表示手段は、前記被検査基板のミクロ画像と、前記被検査基板のマクロ画像と、欠陥位置を示す座標とを表示することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の外観検査装置。
4. 前記マクロ画像取得ユニットを支持する多関節アームを備えることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の外観検査装置。
5. 前記多関節アームに支持された前記マクロ画像取得ユニットの位置を検出するセンサを備えることを特徴とする請求項４に記載の外観検査装置。
   
   

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