JP2008180578A - 周期性パターンのムラ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】周期性パターンのムラを安定的、高精度に撮像、検出可能な周期性パターンムラ検査装置を提供する。
【解決手段】検査対象基板が持つ周期性パターンのムラの検査装置であって、検査対象基板を載置しＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構とその移動量及び現在位置の検知機構を備えたＸＹステージと、検査対象基板の周期性パターンに略平行光かつ斜め透過光の照明を個別に行う複数光源と、検査対象基板に対して平行な二次元平面内で、前記光源の各々を個別に移動させる光源移動手段と、光源の各々の向きを個別に変えられる光源角度調整手段と、ＸＹステージを挟んで光源の反対側に配置され、斜め透過光照明された周期性パターンからの回折光を撮像するラインセンサカメラを用いた撮像手段と、前記ＸＹステージ、光源、光源移動手段、光源角度調整手段、撮像手段の動作の制御と、検査画像への画像処理を行う、処理手段を備える。
【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けるムラ検査装置に関するものである。

フォトマスクの周期性パターン（以下、ＰＭパターンと呼ぶ）のムラ検査では、同軸の透過照明や平面照明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している。そのため、ＰＭパターンにおいては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、周期性パターンとは、一定の周期（以下ピッチとも云う）で配列しているスリットのパターンの集合体を称し、例えば、細長いスリットのパターンが所定の間隔で１次元的に配列しているストライプ状の周期性パターン、又は、ブラックマトリクスの開口部のように、スリットのパターンが所定の間隔で２次元的に配列しているマトリクス状（格子状）の周期性パターン等がある。

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ＰＭ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、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る。

そこで、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、周期性パターンムラ検査装置を提供することを目的として、照明光が被検査物に照射され、周期構造によって生じる透過回折光を画像検査する、例えば特許文献１の様な検査装置が提案された。

しかし、このような回折光を用いた検査方法においては、撮像手段に面撮像の手法を用いた場合、回折現象に起因する照明範囲内での２次元的な色分布や、照明部に起因する強度分布が検査画像内に生じ、検査に影響を与えてしまう。

回折現象に起因する２次元的な色分布が検査画像に生じるとは、例えば図３（ａ）の様に検査対象パターン５１を有する被検査基板５０上に、照明側平行光学系１１より斜めに照明を行った時に、撮像手段３１としてエリアセンサカメラなどの２次元的な撮像手段を用いていた場合、現実的に平行光学系に残る非平行な成分や照明の照度分布などの影響により、得られる検査画像が図３（ｂ）の画像５２の様に、一つの画像内に２色あるいはそれ以上の色変化分布（得られる画像がモノクロの場合は強度変化分布）を持つ画像になる事である。

また、前に記した通りＰＭパターンは微細化への傾向が進んでいるため、撮像手段において十分細かい解像力が求められており、市場に出回っている一般的なエリアセンサカメラで必要十分な解像力と撮像面積を得ようとした場合、莫大なコストを要する。

以下に公知文献を記す。
特開２００６‐２０８０８４号

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ＰＭパターンのブラックマトリクスムラを安定的、高精度に撮像、検出可能で、さらに高速に検出が可能な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。

本発明において上記課題を解決するために、まず請求項１の発明では、検査対象基板が持つ周期性パターンのムラの検査をする検査装置であって、
前記検査対象基板を載置し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構を具備し、その移動量及び現在位置を検知する機構を備えたＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上の検査対象基板の周期性パターンに対して、略平行光かつ斜め透過光の照明を個別に行う複数の光源と、
前記ＸＹステージ上の検査対象基板に対して平行な二次元平面内で、前記光源の各々を個別に移動させる光源移動手段と、
前記光源の各々の向きを、個別に変えることが可能な光源角度調整手段と、
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、ラインセンサカメラを用いた撮像手段と、
前記ＸＹステージ、光源、光源移動手段、光源角度調整手段、撮像手段の動作の管理及び制御と、前記撮像手段によって得られた検査画像への画像処理を行う、処理手段を備えた周期性パターンのムラ検査装置としたものである。

また請求項２の発明では、前記撮像手段が、その光軸を回転中心として回転する手段を具備する請求項１記載の周期性パターンムラ検査装置としたものである。

また請求項３の発明では、前記光源により照明される範囲を、前記ラインセンサカメラを用いた撮像手段での１列分のラインスキャン時の撮像範囲のみに制限する手段を具備する請求項２記載の周期性パターンのムラ検査装置としたものである。

本発明は撮像手段としてラインセンサカメラを用いることにより、検査対象基板を載置したステージを駆動しながら、該検査対象基板の所定の１次元的な領域を連続的に撮像し、得られた１次元的な画像をつなぎ合わせて２次元の検査画像を得る。さらに、２次元的な色分布や強度分布を排する形での撮像系の配置と、照明範囲の限定により高精度な検査画像を得ることができる。

従って、本発明におけるムラ検査装置では回折光画像を面撮像した場合に生じる２次元的な色分布や強度分布をラインセンサカメラを用いる事で排し、ムラの検出を高精度に行うことができる。また、一般的にラインセンサカメラはエリアセンサカメラに比べ一方向に配列されている画素数が非常に多いため、検査に必要十分な解像度や撮像面積といった条件を容易に実現出来る。

以下に本発明の第１の実施形態を説明する。

図１は本実施形態の周期性パターンムラ検査装置の概略構成図である。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、被検査基板５０の画像を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作業者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。なお、本装置は外光や迷光を極力低減させた暗環境かつ被検査基板への異物付着を防ぐクリーン環境内で稼動される事が望ましい。

斜め透過照明部１０では、リニアガイド１４上のリニアスライダ１３に、上下左右回転駆動部１２が配置され、該駆動部の先端には照明側平行光学系１１の照明が設けられている。それによってＸＹステージ部２０上の被検査基板５０に対して、様々な角度、方向からの透過照明が可能となっている。

さらに、前記照明は複数台（１１Ａ〜１１Ｄ）配置されており、その各照明について、点灯と消灯の切り換え、検査対象基板５０との距離および照明光の入射方向の調節が、個別に可能である。また欠陥の検出能力を向上させるための、波長選択フィルタ等の光学系部材を追加する事も可能である。

ＸＹステージ部２０では、検査対象基板５０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、位置を認知して、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は、画像を撮像する手段としてのラインセンサカメラカメラ３１と、光軸に平行な撮像側平行光学系３２から構成される。ラインセンサカメラ３１の性能は、目的に合わせて最適な物を選定する事が望ましい。また、複数台の性能の異なるラインセンサとセンサ切り替え機構を具備する事により、使用センサの切り替えで検査毎に最適なセンサを選択するようにしても良い。
また、撮像側平行光学系３２は倍率調整機能や絞りの自動調整機能等の機能を具備していても良い。

処理部４０では、撮像部３０及びＸＹステージ２０及び透過照明部１０の動作を管理及び制御する。さらに、処理部４０では、撮像部３０から画像データを受け取り、該画像データに対して所定のデータ処理を行い、該画像データの特徴量の数値化を行い、良否を判定する。前記データ処理手順としては、シェーディング補正等のノイズ除去処理や、画像のフィルタリング処理等による特徴強調、プロジェクション法等による特徴抽出、及びそれらの複合処理等が挙げられる。また、前記画像データの特徴量としては、注目画素の周囲画素との輝度差や、その輝度差が設定された閾値を超える画素群の面積などが挙げられる。

図２は、本実施形態の周期性パターンムラ検査装置における処理の流れを示したもので、ステップＳ１〜Ｓ１６の処理が順次実行される。各ステップでの処理内容の説明を以下に示す。

電源の投入や光源の点灯など、装置全体の立ち上げを行う（Ｓ１）。

検査条件設定前の初期条件設定を行う（Ｓ２）。

ステージ２１を、Ｓ２で設定した初期条件設定の位置まで移動する（Ｓ３）。

ステージ２１上の所定の位置に、被検査基板５０を載置する（Ｓ４）。

設定された検査開始位置にステージ２１を移動する（Ｓ５）。

斜め透過照明部１０の照明１１Ａ〜１１Ｄについて、光量の設定、上下角度、左右角度、及び被検査基板への投光位置の設定（駆動部１２〜１４）、またその他の光学部材の条件を設定する（Ｓ６）。

検査時に用いる撮像部３０の撮像倍率等を設定する（Ｓ７）。

上記のステップＳ４〜Ｓ７による検査条件の設定が終了した後、ＸＹステージを所定の動作に従って動かしながら、ラインスキャン撮像を繰り返すことで、画像データの取得を行う。この時、ＸＹステージの動作はラインセンサカメラの受光画素の配列方向に垂直に動かす事は言うまでも無い。

また、被検査基板５０の全面の画像を得るためにステージの往復が必要な場合は、撮像は、順逆両方向のステージ移動時に行っても良いし、順方向のステージ移動時のみでも良い。

また、同一範囲での撮像を複数回繰り返し、複数の検査画像を取得しても良い。前記の複数回の撮像の繰り返しを行う場合には、撮像毎に斜め透過照明部及び撮像部の設定を異なる設定に変更し、複数の異なる検査条件下での検査画像を取得しても良い（Ｓ８〜Ｓ９）。

以上の様にして得られた検査画像に対して、処理部４０にてシェーディング補正等のノイズ除去処理、画像フィルタリング等による特徴強調処理、プロジェクション法等による特徴抽出処理等の各種データ処理を行い、検査画像の特徴量を数値化し、被検査基板の良否判定及び結果出力を行う（Ｓ１０〜１４）。

これらの手順により被検査基板の検査が終了した後、ステージより被検査基板を搬出し、装置全体の立ち下げを行い、本装置の周期性パターンムラ検査の全工程が終了する（Ｓ１５〜Ｓ１６）。

以上の各工程の動作は、対人操作装置４３による操作ないしは予め組み込まれたプログラムによって実行され、これらの経過情報や出力結果が情報表示装置４２に表示される。

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、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。

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検査対象基板５０の周期性パターンにて回折され、その回折光が画像として撮像部３０に捉えられる。開口部より回折された光は、スリット部（または開口部）の形状・ピッチの差違が強調される効果があり、入射角度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幅や間隙幅に微妙な変動があると、回折角が変化するため、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捉えられる。

また、検査画像の撮像にラインセンサカメラを用いることにより、現実的には照明部や撮像部の平行光学系に残る非平行な光線成分に起因する照明範囲内での２次元的な色分布や、照明部に起因する強度分布を、撮像される検査画像から排し、高精度にムラを検出する事が可能となる。さらに、連続的なラインスキャンにより高速で検査画像を取得する事ができる。

このようにして前記撮像部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。

以上の様に本発明の第１の実施形態によれば、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、高速に検出可能となる。

次に本発明の第２の実施形態について説明する。

本実施形態の周期性パターンムラ検査装置の概略は、図１に示した第１の実施形態とほとんど同様であるが、撮像部３０はその光軸を回転中心とする回転機構を具備している点が異なっている。

また、本実施形態の周期性パターンムラ検査装置における処理の流れも、第１の実施形態の場合とほとんど同様であるが、図２のステップＳ７の撮像条件設定において、撮像部の回転角度の設定が行われる点が異なっている。

本実施形態においては、斜め透過照明部１０から照射された光が、検査対象基板５０の周期性パターン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に捉えられる。この時、前記回転機構によりラインセンサカメラの受光画素の配列方向が、照明範囲内での色変化や強度変化の強い方向に対して垂直になるように、ラインセンサカメラを配置する。照明範囲内での色変化や強度変化の強い方向とは、具体的には照明の投光方向である。

ラインセンサカメラの受光画素の配列方向と、照明範囲内での色変化や強度変化の強い方向の関係について図３を用いて説明する。図３（ａ）において照明側平行光学系１１より照射された光線１５は検査対象パターン５１が有する周期構造により回折を起こし、特定の方向の回折光が撮像側平行光学系３２によって集光され、撮像手段３１にて結像される。

この時、撮像手段３１としてエリアセンサカメラなどの２次元的な撮像手段を用いていた場合、得られる検査画像は図３（ｂ）の画像５２の様に、一つの画像内に２色あるいはそれ以上の色変化分布（得られる画像がモノクロの場合は強度変化分布）を持つ画像になる。

２次元的な撮像手段により得られる画像５２内の色分布は、パターン５１の持つ周期性、撮像部３０や斜め透過照明部１０の光学条件や設定によって変わってくるが、一般的に回折の原理に従って周期性パターンの鉛直方向に対して０度より大きい角度を持つ軸、すなわち投光方向（図３中ではＸ軸方向）に沿って変化が強い分布となる。以下の説明では、画像５２内において長波長側の色５３と短波長側の色５４の２色による分布が存在する図面にて説明を行う。

撮像手段３１にラインセンサカメラ等の１次元的な撮像手段を用いた場合、この面内分布の内、一方向の分布を排する事が可能である。しかし図４（ａ）に示すように、スキャン範囲３４が色分布の変化方向の強い方向と平行になるように前記回転機構を用いてセンサ素子を配置した場合、得られる検査画像５５は色分布を残した画像になる。

一方、図４（ｂ）に示すように、スキャン範囲３４が色分布の変化方向の強い方向と垂直になるようにセンサ素子を配置した場合は、得られる画像５５は色分布を低減させた画像となる。ただし、上記の説明例に限らず、面内の分布の変化が投光方向以外の方向のほうが強い場合は、その強い方向と垂直になるようにセンサ素子を配置する事が望ましい。

このようにしてラインセンサカメラの受光画素の配列方向を、色変化や強度変化の強い方向に対して垂直に配置して画像を撮像する事で、検査画像から２次元的な色分布や強度分布をより強力に排した検査画像を得ることができる。

以上の様に本発明の第２の実施形態によれば、２次元的な色分布や強度分布をより強力に排した検査画像を得ることができ、かつ高速な検査が可能となる。

次に本発明の第３の実施形態について説明する。

本実施形態の周期性パターンムラ検査装置は第２の実施形態と同様に、撮像部３０はその光軸を回転中心とする回転機構を具備している。また斜め透過照明部１０中の照明側平行光学系１１に照明範囲を１回のラインスキャン時のスキャン範囲のみに限定する機構が具備される。

本実施形態の周期性パターンムラ検査装置における処理の流れも、第２の実施形態と同様である。

第３の実施形態において、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に捉えられる。この時、ラインセンサカメラの受光画素の配列方向が照明の投光方向に対して垂直になるように配置し、斜め透過照明部１０から照射された光はラインスキャン時のスキャン範囲のみを照明するように照射される。

スキャン範囲のみを照明する効果について図５を用いて説明する。スキャン範囲外まで照明した場合、図５（ａ）に示すような多重反射により検査対象外のパターン５６が写りこみ、擬似欠陥５７となって検査精度を低下させる状況が生じる。しかし、スキャン範囲のみを照明することによって図５（ｂ）に示すようにこの問題を回避できる。

このようにして本発明の第３の実施形態では、ラインセンサカメラの受光画素の配列方向を色変化や強度変化の強い方向に対して垂直に配置し、スキャン範囲のみを照明することにより、検査画像から２次元的な色分布や強度分布を強力に排し、かつ多重写りこみによる擬似欠陥を排した検査画像を得ることができる。

以上の様に本発明の第３の実施形態によれば、２次元的な色分布や強度分布や、多重移りこみによる擬似欠陥を排した検査画像を得ることができ、かつ高速な検査が可能となる。

本発明によれば、フォトマスクなどの周期性パターンを有する製品において、製品に影響を与えるムラを安定的、高精度、高速に検出できる。

本発明に係る周期性パターンムラ検査装置の機能構成を示す概略図である。 本発明に係る周期性パターンムラ検査における処理動作を示すフロー図である。 本発明に係る周期性パターン撮像における色分布の概略を示す模式図である。 本発明に係る周期性パターン撮像における色分布と、ラインセンサ素子の配置方向の関係を示す概略図である。 本発明の第３の実施形態に係る照明範囲の限定の効果を示す概略図である。

符号の説明

１０…斜め透過照明部
１１Ａ〜１１Ｄ…照明
１２…上下左右回転稼動部
１３…リニアスライダ
１４…リニアガイド
１５…光線
２０…ＸＹステージ部
２１…ステージ
２２…Ｘ駆動機構
２３…Ｙ駆動機構
３０…撮像部
３１…ラインセンサカメラ
３２…撮像側平行光学系
３３…撮像側光軸
３４…スキャン範囲
４０…処理部
４１…画像処理装置
４２…情報表示装置
４３…対人操作装置
５０…被検査基板
５１…検査対象パターン
５２…２次元的な撮像手段による撮像画像
５３…色分布（長波長側）
５４…色分布（短波長側）
５５…ラインセンサカメラによる撮像画像
５６…検査対象外パターン
５７…擬似欠陥

Claims (3)

1. 検査対象基板が持つ周期性パターンのムラの検査をする検査装置であって、
   前記検査対象基板を載置し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構を具備し、その移動量及び現在位置を検知する機構を備えたＸＹステージと、
   前記ＸＹステージ上の検査対象基板の周期性パターンに対して、略平行光かつ斜め透過光の照明を個別に行う複数の光源と、
   前記ＸＹステージ上の検査対象基板に対して平行な二次元平面内で、前記光源の各々を個別に移動させる光源移動手段と、
   前記光源の各々の向きを、個別に変えることが可能な光源角度調整手段と、
   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、ラインセンサカメラを用いた撮像手段と、
   前記ＸＹステージ、光源、光源移動手段、光源角度調整手段、撮像手段の動作の管理及び制御と、前記撮像手段によって得られた検査画像への画像処理を行う、処理手段を備えた周期性パターンのムラ検査装置。
2. 前記撮像手段が、その光軸を回転中心として回転する手段を具備する請求項１記載の周期性パターンムラ検査装置。
3. 前記光源により照明される範囲を、前記ラインセンサカメラを用いた撮像手段での１列分のラインスキャン時の撮像範囲のみに制限する手段を具備する請求項２記載の周期性パターンのムラ検査装置。

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