JP2011203132A - 外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
光学素子の欠陥を精度よく確認することができる外観検査装置を提供すること
【解決手段】
本発明の外観検査装置は、基板７の欠陥を検出する外観検査装置であって、前記基板７の平面に対してそれぞれ斜めに光を照射するとともに前記基板７を挟んで配置された複数の低倍率カメラ用光源３と、これらの低倍率カメラ用光源３の光軸と交差する方向に光軸を有するとともに、前記低倍率カメラ用光源３から照射されて前記基板７から反射または透過する光を撮像する低倍率カメラ４と、前記基板７の平面に対して垂直に光を照射する高倍率カメラ用光源５と、この高倍率カメラ用光源５の光軸と同一の光軸を有するとともに前記高倍率カメラ用光源５から照射されて前記基板７で反射された光を撮像する高倍率カメラ６と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学基板の欠陥を検出する外観検査装置に関する。

従来、光学素子の製造時などに発生する光学素子の光学面の傷や塵の付着による欠陥の有無の判定は、光学素子の有効領域範囲内においてカメラで撮像し、この撮像された画像を画面上に表示し、これをオペレーターが目視確認することでなされている。そして、特許文献１〜５に記載のように、このような目視確認により特定された欠陥について、光学素子の合否判定を行う外観検査装置が知られている。

特許文献１には、光学デバイスを１台のカメラにより撮影し、その撮影画像を光学デバイスの外形領域および有効領域を示す枠画像とともに表示する外観検査装置が記載されている。
特許文献２には、検査テーブルと、この検査テーブルと相対的に移動可能な撮像装置を有する検査ヘッドと、撮像装置から入力された画像と予め入力されている基準画像とを比較して検査対象物の良否を判定する判定装置とを備えた外観検査装置が記載されている。
特許文献３には、水晶基板に斜めに光を照射し、その光を水晶基板に垂直に配置された撮像系により暗視野中で観察する水晶基板検査方法が記載されている。

特許文献４には、複数のＬＥＤと、これらＬＥＤにそれぞれ対応させて配置したシリンドリカルレンズとを具備した、光が検査対象物の表面一定領域に集まるように設定した表面検査用照明装置が記載されている。
特許文献５には、複数の被検体を並べて被検体に光を照明しながら撮像して得られた画像から欠陥を評価し、被検体の各々に対応付けて評価をそれぞれ表示する外観検査システムが記載されている。

特開２００８−１３９２３５号 特開平１０−０６８６１５号 特開２００２−２７７４０３号 特開２００４−３５４０４７号 特開２００８−２４９５６９号

しかしながら、特許文献１に記載のものは、カメラが低倍率のもののみであり、基板の欠陥の大きさを判定する精度が不十分である。
また、仮にカメラを高倍率のものにした場合は、基板平面全体を一度に撮像することができないため、基板全体を撮像するためにカメラまたは基板を移動させる必要があり、欠陥のない基板箇所についても撮像するので、検査工程時間が延びてしまう。

特許文献２に記載のものは、撮像装置を有する検査ヘッドが移動するので、検査ヘッドを移動させると、撮像装置と光源との位置関係が変化してしまうため、欠陥検出精度を欠く。
特許文献３に記載のものは、１台の撮像系により水晶基板を観察するので、特許文献１と同様、低倍率カメラのみでは基板の欠陥の大きさを判定する精度が不十分であり、高倍率カメラのみでは欠陥のない基板箇所についても撮像するので検査工程時間が延びてしまう。

特許文献４に記載のものは、光源の利用効率を高めた表面検査用照明装置であり、撮像するカメラ等は従来の構成を用いるため、上述する特許文献１の課題を有する。
特許文献５に記載のものは、複数の被検体を同時に検査する外観検査システムであり、その検査手法や構成は従来と同様であり、上述する特許文献１の課題を有する。

本発明の目的は、光学素子の欠陥を精度よく確認することができる外観検査装置を提供することにある。

［適用例１］
本適用例に係る外観検査装置は、基板の欠陥を検出する外観検査装置であって、前記基板の平面に対してそれぞれ斜めに光を照射するとともに前記基板を挟んで配置された複数の低倍率カメラ用光源と、これらの低倍率カメラ用光源の光軸と交差する方向に光軸を有するとともに、前記低倍率カメラ用光源から照射されて前記基板から反射または透過する光を撮像する低倍率カメラと、前記基板の平面に対して垂直に光を照射する高倍率カメラ用光源と、この高倍率カメラ用光源の光軸と同一の光軸を有するとともに前記高倍率カメラ用光源から照射されて前記基板で反射された光を撮像する高倍率カメラと、を備えることを特徴とする。

上記適用例に係る外観検査装置では、低倍率カメラと高倍率カメラとを備えているので、低倍率カメラにより基板の平面全体を撮像して欠陥の有無およびその箇所を確認し、その後、確認した欠陥の箇所を高倍率カメラにて撮像することで欠陥の詳細を確認することができる。このため、低倍率カメラで基板全体を確認し、欠陥がある場合、その箇所を高倍率カメラで詳細を確認するだけで、基板の欠陥の有無およびその箇所、さらにその欠陥の詳細、例えば、欠陥の形状、大きさ等を確認することができる。よって、基板全体は確認できるが欠陥の詳細が確認できない、もしくは、欠陥の詳細は確認できるが基板全体を確認するのに時間を要し、検査工程時間が延びるなどのおそれがない。
したがって、上記適用例に係る外観検査装置では、効率的かつ精度よく基板の欠陥を確認することができる。

［適用例２］
本適用例に係る外観検査装置では、前記低倍率カメラと前記高倍率カメラとでそれぞれ撮像された画像データを並列して表示する表示装置を備えることが好ましい。

上記適用例に係わる外観検査装置では、低倍率カメラと高倍率カメラとのそれぞれの画像データを表示する表示装置を備えているので、一つの装置だけで撮像した画像をその場で確認することができる。よって、検査作業性がよく、容易に基板の欠陥を確認することができる。

［適用例３］
本適用例に係る外観検査装置では、前記高倍率カメラで撮像された画像データに基づいて前記基板の表面の欠陥の大きさを演算するとともに前記欠陥の大きさが許容範囲か否かを判定する判定部を有することが好ましい。

上記適用例に係る外観検査装置では、高倍率カメラで撮像された画像データに基づいて欠陥の大きさを演算するとともにその大きさが許容範囲か否かを判定する判定部を有するので、画像データから容易に基板の合否判定を行うことができ、外観検査の作業性がよく、検査工程時間を短縮することができる。

［適用例４］
本適用例に係る外観検査装置では、検出された前記欠陥の最大寸法が１０μｍ未満の場合は前記基板を合格品と判定し、検出された前記欠陥の最大寸法が１０μｍ以上の場合は前記基板を不合格品と判定する合否判定手段を備えることが好ましい。

上記適用例に係る外観検査装置では、検出された欠陥の最大寸法が１０μｍ未満の場合は基板を合格品と判定し、検出された欠陥の最大寸法が１０μｍ以上の場合は基板を不合格品と判定する合否判定手段をそなえているので、画像データから容易に基板の合否判定を行うことができ、作業性がよく、検査工程時間を短縮することができる。

［適用例５］
本適用例に係る外観検査装置では、前記低倍率カメラ用光源または前記高倍率カメラ用光源の少なくとも一つがＬＥＤであることが好ましい。

上記適用例に係る外観検査装置では、低倍率カメラ用光源または高倍率カメラ用光源の少なくとも一つがＬＥＤであるので、蛍光灯等を光源とした場合に比べて、高輝度かつ長
寿命である。高輝度な光源により欠陥の確認がより一層容易かつ正確に行え、さらに、光源の交換作業等の頻度が低く抑えられ、メンテナンスの観点からも有意である。

［適用例６］
本適用例に係る外観検査装置では、前記基板を載置するステージと、このステージを前記基板の平面内で移動する移動機構とを備えたことが好ましい。

上記適用例に係る外観検査装置では、ステージと、このステージを基板の平面内で移動する移動機構とが備えられているので、ステージを動かすだけで、基板に対する低倍率カメラおよび高倍率カメラの撮像位置を変更することができる。したがって、低倍率カメラおよび高倍率カメラ並びに低倍率カメラ用光源および高倍率カメラ用光源等を移動させる必要がなく、外観検査装置の構成を簡素なものとすることができる。
また、低倍率カメラおよび高倍率カメラ並びに低倍率カメラ用光源および高倍率カメラ用光源等を移動させると位置調整が煩雑となるが、上記適用例であればこのようなおそれもなく、検査作業性にも優れている。

本発明の一実施形態における外観検査装置の概略図である。 本実施形態における外観検査装置を説明するための構成概略図である。 本実施形態における外観検査装置を用いた外観検査方法を説明するためのブロック図である。 本実施形態における外観検査装置の画像表示部の画像の一例を示した図である。 本実施形態における欠陥の最大寸法を算出する方法を説明するための概略図である。

〔外観検査装置の構成〕
本発明の一実施形態における外観検査装置について以下に図面に基づいて説明する。
図１から図３に基づいて、外観検査装置について説明する。
図１には、本実施形態における外観検査装の概略図が示されている。図２には、本実施形態における外観検査装置を説明するための構成概略図が示されている。図３には、本実施形態における外観検査装置を用いた外観検査方法を説明するためのブロック図が示されている。
図１に示すように、外観検査装置１は、筐体１１と、この筐体１１を下方から移動可能に支持するキャスター１２と、被検査体である基板としての光学基板７を載置するステージ２と、光学基板７の平面に対して斜めに光を照射する低倍率カメラ用光源３と、この低倍率カメラ用光源３から照射され、光学基板７を反射または透過した光を撮像する低倍率カメラ４と、光学基板７の平面に対して垂直に光を照射する高倍率カメラ用光源５と、この高倍率カメラ用光源５から照射された光が入射する高倍率レンズ９と、この高倍率レンズ９を透過した光が入射した光学基板７から反射した光を撮像する高倍率カメラ６と、を備えている。なお、低倍率カメラ４は、その画像倍率が例えば３倍のものを用いて、高倍率カメラは、その画像倍率が例えば９０倍のものを用いる。

また、ステージ２は、任意の直交する２方向に移動可能なＸＹステージ２１と、このＸＹステージ２１の上面に載置されるステージ２の中央を中心に回動可能なθステージ２２とを備えている。そして、これらＸＹステージ２１とθステージ２２とは、それぞれの中心部が同軸上になるように配置され、中央周辺において光が透過可能にそれぞれＸＹ空洞部２１１、θ空洞部２２１を有している。
さらに、低倍率カメラ用光源３は、ステージ２上方において光学基板７の平面に対し、斜め方向の光軸を有する長尺形状の第一低倍率カメラ用光源３１と、ステージ２下方において光学基板７の平面に対し、斜め方向の光軸を有する第二低倍率カメラ用光源３２とを備えている。また、これら第一低倍率カメラ用光源３１および第二低倍率カメラ用光源３２は、それらの光源にＬＥＤを採用している。

また、低倍率カメラ４は、ステージ２の上方であって、第一低倍率カメラ用光源３１の有する光軸が光学基板７に反射する際、反射光軸上でない位置で、かつ、第二低倍率カメラ用光源３２の有する光軸が光学基板７を透過する透過光軸上でない位置に配置される。
さらに、高倍率カメラ用光源５は、ステージ２の中央、すなわち、光学基板７の中央上方に配置され、光学基板７に垂直に光を照射する。そして、高倍率カメラ６は、ステージ２の上方であって、高倍率カメラ用光源５が光学基板７に照射した光の反射光軸上に配置される。なお、高倍率カメラ用光源５は、その光源にハロゲンランプや水銀ランプ等を採用することができ、さらに、ＬＥＤを採用してもよい。

図２に示すように、合否判定手段としての画像解析装置８は、低倍率カメラ４および高倍率カメラ６が撮像した画像データを表示する表示装置８１と、オペレーターの操作により自在に駆動制御可能な駆動指令部８２と、画像切替や後述する合否判定基準の入力等に用いられる操作入力ボタン８３とを備えている。
ステージ２は、駆動指令部８２からの信号に基づいてＸＹステージ２１およびθステージ２２をそれぞれ駆動させるＸＹステージ駆動制御部２１Ａおよびθステージ駆動制御部２２Ａを備えている。

図３に示すように、低倍率画像は、低倍率カメラ４により撮像された画像データが低倍率画像データ処理手段８１１Ａにより処理され、低倍率画像表示部８１１に表示される。
高倍率画像は、高倍率カメラ６により撮像された画像データが高倍率画像データ処理手段８１２Ａにより処理され、高倍率画像表示部８１２に表示される。また、高倍率画像データ処理手段８１２Ａにより処理された画像データは、合否判定部８４にも送信される。
この合否判定部８４は、受信した画像データに基づき合格か否か比較する比較部８４１と、合否基準等の情報を記憶する記憶部８４２と、画像データから欠陥の大きさ等を算出する演算部８４３とを備えている。そして、比較部８４１は、合否が判定されると、その結果を表示装置８１の合否判定表示部８１３に表示する。

次に、図４に基づいて表示装置８１について説明する。
図４には、本実施形態における外観検査装置の画像表示部の画像の一例を示した図が示されている。
図４に示すように、表示装置８１は、矩形状のディスプレイ８１０と、このディスプレイ８１０の右半分に表示される低倍率画像表示部８１１と、ディスプレイ８１０の左半分に表示される高倍率画像表示部８１２と、この高倍率画像表示部８１２の左上隅に表示される合否判定表示部８１３とを備えている。

低倍率画像表示部８１１には、光学基板の欠陥Ｆが表示され、この欠陥Ｆを拡大表示すべく、欠陥Ｆを内包する高倍率画像領域Ｖが示されている。この高倍率画像領域Ｖにおいて拡大された画像が、高倍率画像表示部８１２である。この高倍率画像表示部８１２には、拡大された欠陥Ｆが表示され、肉眼でその形状や大きさが確認できる。さらに図示しない合否判定部において、欠陥Ｆの形状や大きさを算出し、合格基準を満たすか否か判定され、その結果が、合否判定表示部８１３に表示される。この合否判定表示部８１３には、例えば、図のように合格品である場合には「○」が表示され、不合格品の場合には「×」が表示される。

図５に基づいて欠陥の形状や大きさを算出する算出方法の概要について説明する。
図５には、本実施形態における欠陥の最大寸法を算出する方法を説明するための概略図が示されている。
図５に示すように、高倍率画像データは、図示しない演算部において、メッシュ状のピクセルごとに識別され、斜線により示した欠陥Ｆが表示されるピクセルの個数に基づいてその大きさを算出する。例えば、図にあるように、欠陥の横寸法Ｌ１が５つのピクセルにわたっており、縦寸法Ｌ２が４つのピクセルにわたっているので、これより、欠陥の最大寸法Ｌ_ｍａｘを、正方形ピクセル一辺長さを単位寸法Ｌとして算出すると、Ｌ_ｍａｘ＝｛（５Ｌ）^２＋（４Ｌ）^２｝^１/２＝（４１Ｌ^２）^１/２となる。演算部では、このようにして欠陥Ｆの寸法を算出する。そして、得られた最大寸法Ｌ_ｍａｘが例えば、１０μｍ以下であれば合格品として図示しない合否判定表示部に例えば「○」と表示され、不合格品であれば「×」と表示される。

〔外観検査装置の動作〕
次に、図１から図４に基づいて外観検査装置の動作について説明する。
外観検査装置１は、θステージ２２に光学基板７を載置することで、光学基板７の欠陥の有無や、欠陥が確認された際、当該光学基板７が合格品であるか不合格品であるかを低倍率カメラ４と高倍率カメラ６とを用いて判断するようになっている。具体的には、高倍率カメラ６で撮像された画像データに基づいて欠陥の最大寸法を算出し、例えば、１０μｍ以下であれば合格品といった具合に合否判定を行う。

外観検査方法としては、先ず、光学基板７をθステージ２２に載置する。そして、第一低倍率カメラ用光源３１および第二低倍率カメラ用光源３２により光学基板７を照射し、その反射光および透過光を低倍率カメラ４で撮像する。これにより、低倍率カメラによる光学基板７全体の画像データを低倍率画像表示部８１１に表示させる。
また、高倍率カメラ用光源５により光学基板７を照射し、その反射光を高倍率カメラ６で撮像する。これにより、高倍率カメラ６による光学基板７全体の画像データを低倍率画像表示部８１１に表示させる。

この際、低倍率画像表示部８１１において、光学基板７に欠陥Ｆを確認した場合、高倍率画像領域Ｖが欠陥Ｆを内包するように、ＸＹステージ２１およびθステージ２２を駆動指令部８２により駆動させる。これにより、高倍率画像表示部８１２に拡大された欠陥Ｆの画像が表示されることとなる。
そして、高倍率画像表示部８１２に表示された欠陥Ｆは、演算部８４３によりその最大寸法が算出される。このとき、例えば、欠陥Ｆの最大寸法が１０μｍ以下の場合、光学基板７を合格品と判定するよう記憶部８４２に記憶させている場合、算出された最大寸法が記憶部８４２の判定基準を満たすか否か比較部８４１において比較されて合否判定がなされる。そして、その合否判定結果は、合否判定表示部８１３において、例えば、合格品である場合「○」というように表示され、不合格品であれば「×」というように表示される。

本実施形態では、以下の作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、低倍率カメラ４と高倍率カメラ６とを備えているので、低倍率カメラ４により光学基板７の平面全体を撮像して欠陥Ｆの有無およびその箇所を確認し、その後、確認した欠陥Ｆの箇所を高倍率カメラ６にて撮像することで欠陥Ｆの詳細を確認することができる。このため、低倍率カメラ４で光学基板７の全体を確認し、欠陥Ｆがある場合、その箇所を高倍率カメラ６で詳細を確認するだけで、光学基板７の欠陥Ｆの有無およびその箇所、さらにその欠陥Ｆの詳細、例えば、欠陥Ｆの形状、大きさ等を確認することができる。よって、光学基板７の全体は確認できるが欠陥Ｆの詳細が確認できない、もしくは、欠陥Ｆの詳細は確認できるが光学基板７の全体を確認するのに時間を要し、検査工程時間が延びるなどのおそれがない。
したがって、本実施形態では、効率的かつ精度よく光学基板７の欠陥Ｆを確認することができる。

（２）本実施形態では、低倍率カメラ４と高倍率カメラ６とのそれぞれの画像データを表示する表示装置８１を備えているので、一つの外観検査装置１だけで撮像した画像をその場で確認することができる。よって、検査作業性がよく、容易に光学基板７の欠陥Ｆを確認することができる。

（３）本実施形態では、検出された欠陥Ｆの最大寸法Ｌ_ｍａｘが１０μｍ未満の場合は光学基板７を合格品と判定し、検出された欠陥Ｆの最大寸法Ｌ_ｍａｘが１０μｍ以上の場合は光学基板７を不合格品と判定する合否判定部８４を備えているので、画像データから容易に光学基板７の合否判定を行うことができ、作業性がよく、検査工程時間を短縮することができる。

（４）本実施形態では、低倍率カメラ用光源３および高倍率カメラ用光源５がＬＥＤであるので、蛍光灯等を光源とした場合に比べて、高輝度かつ長寿命である。また、高輝度な光源により欠陥Ｆの確認がより一層容易かつ正確に行え、さらに、光源の交換作業等の頻度が低く抑えられ、メンテナンスの観点からも有意である。

（５）本実施形態では、ＸＹステージ２１およびθステージ２２が、それぞれＸＹステージ駆動制御部２１Ａおよびθステージ駆動制御部２２Ａにより光学基板７の平面内で移動するので、ＸＹステージ２１およびθステージ２２を動かすだけで、光学基板７に対する低倍率カメラ４および高倍率カメラ６の撮像位置を変更することができる。したがって、低倍率カメラ４および高倍率カメラ６並びに低倍率カメラ用光源３および高倍率カメラ用光源５等を移動させる必要がなく、外観検査装置１の構成を簡素なものとすることができる。
また、低倍率カメラ４および高倍率カメラ６並びに低倍率カメラ用光源３および高倍率カメラ用光源５等を移動させると位置調整が煩雑となるが、本実施形態であればこのようなおそれもなく、検査作業性にも優れている。

（６）本実施形態では、低倍率カメラ４は、ステージ２の上方であって、第一低倍率カメラ用光源３１の有する光軸が光学基板７に反射する際、反射光軸上でない位置で、かつ、第二低倍率カメラ用光源３２の有する光軸が光学基板７を透過する透過光軸上でない位置に配置される。このため、低倍率カメラ４に低倍率カメラ用光源３の光が過剰投射されて光学基板７が撮像できなくなるようなおそれがなく、確実に欠陥Ｆを検出することができる。

（７）本実施形態では、第一低倍率カメラ用光源３１と第二低倍率カメラ用光源３２とを複数の低倍率カメラ用光源３として備えている。このため、光学基板７の平面がコーティングされているような場合、低倍率カメラ用光源３が一台だけであると、コーティングによる反射により欠陥Ｆの乱反射が観察できないといったおそれがあるが、本実施形態では、そのようなおそれがなく、確実に光学基板７の欠陥Ｆを検出することができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
本実施形態では、低倍率カメラ用光源３および高倍率カメラ用光源５すべての光源としてＬＥＤを採用したが、これに限らない。例えば、第一低倍率カメラ用光源３１のみＬＥＤとしてもよく、光源のいずれかにＬＥＤが採用されるものであれば、いずれでもよい。
また、本実施形態では、ディスプレイ８１０が低倍率画像表示部８１１と高倍率画像表示部８１２と合否判定表示部８１３とを同時に表示する構成としたが、これに限らず、これら表示画像のいずれか一つないし二つを表示し、画像を切り替える構成としてもよい。

１…外観検査装置、３…低倍率カメラ用光源、４…低倍率カメラ、５…高倍率カメラ用光源、６…高倍率カメラ、７…光学基板（基板）、８１…表示装置、８４…合否判定部（判定部）、Ｆ…欠陥、Ｌ_ｍａｘ…最大寸法

Claims (6)

1. 基板の欠陥を検出する外観検査装置であって、
   前記基板の平面に対してそれぞれ斜めに光を照射するとともに前記基板を挟んで配置された複数の低倍率カメラ用光源と、
   これらの低倍率カメラ用光源の光軸と交差する方向に光軸を有するとともに、前記低倍率カメラ用光源から照射されて前記基板から反射または透過する光を撮像する低倍率カメラと、
   前記基板の平面に対して垂直に光を照射する高倍率カメラ用光源と、
   この高倍率カメラ用光源の光軸と同一の光軸を有するとともに前記高倍率カメラ用光源から照射されて前記基板で反射された光を撮像する高倍率カメラと、を備えることを特徴とする外観検査装置。
2. 請求項１に記載の外観検査装置において、
   前記低倍率カメラと前記高倍率カメラとでそれぞれ撮像された画像データを並列して表示する表示装置を備えることを特徴とする外観検査装置。
3. 請求項２に記載された外観検査装置において、
   前記高倍率カメラで撮像された画像データに基づいて前記基板の表面の欠陥の大きさを演算するとともに前記欠陥の大きさが許容範囲か否かを判定する判定部を有することを特徴とする外観検査装置。
4. 請求項３に記載の外観検査装置において、
   検出された前記欠陥の最大寸法が１０μｍ未満の場合は前記基板を合格品と判定し、検出された前記欠陥の最大寸法が１０μｍ以上の場合は前記基板を不合格品と判定する合否判定手段を備えることを特徴とする外観検査装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の外観検査装置において、
   前記低倍率カメラ用光源または前記高倍率カメラ用光源の少なくとも一つがＬＥＤであることを特徴とする外観検査装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載された外観検査装置において、
   前記基板を載置するステージと、このステージを前記基板の平面内で移動する移動機構とを備えたことを特徴とする外観検査装置。

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