JP2601942Y2 - 基板外観検査装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、例えばウェハ又は液晶
ガラス板等の基板の外観を検査するためのスポット照明
装置を備えた基板外観検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の装置では、被検査基板の
表面に観察用照明光を照射して、基板表面から反射した
反射光の光学的変化を目視観察することによって、基板
表面の外観検査が行われている。被検査基板の表面に、
ごみ及び傷等の異物が存在している場合、この異物から
散乱光が発生して、基板表面から反射した反射光に強度
差が生じる。観察者は、かかる強度差を検知して基板表
面に存在する異物の目視観察を行う。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】最近、本願出願人は特
願平４−１３２５７７号明細書（未公開）中に示すよう
に、基板の種類を問わず、マクロ観察とミクロ観察との
切換えを短時間且つ高精度に行うことができると共に、
マクロ観察時に発見された基板上の複数の欠陥部分を連
続且つ高精度にミクロ観察することができるコンパクト
な基板外観検査装置を出願した。

【０００４】かかる装置は、図８に示すように、単一の
装置本体１に、マクロ観察系３と、ミクロ観察系５と、
これら観察系３、５の間を移動して被検査基板１５をマ
クロ観察系３又はミクロ観察系５の観察領域内に位置付
ける機能を有するスケール付きＸ−Ｙステージ７と、マ
クロ観察系３及びミクロ観察系５相互間の相対座標を表
示する座標表示装置９とを備えている。

【０００５】Ｘ−Ｙステージ７は、装置本体１の下部に
Ｘ方向に延出して設けられた一対のガイド１１上に摺動
自在に載置されており、このＸ−Ｙステージ７の一側に
設けられたステージハンドル１３によってＸ方向あるい
はＹ方向に移動可能に構成されている。

【０００６】マクロ観察系３は、装置本体１の上部であ
って、Ｘ方向一端側に一対のガイド１１に対面して配置
されており、Ｘ−Ｙステージ７によってマクロ観察系３
の観察領域内に位置付けられた被検査基板１５の表面全
体に亘って斑なくマクロ照明光を照明するマクロ照明ユ
ニット１７と、かかる被検査基板１５上にスポット照明
光を照明するスポット照明装置１９とを備えている。

【０００７】ミクロ観察系５は、装置本体１の上部であ
ってＸ方向他端側に一対のガイド１１に対面して配置さ
れており、倍率の異なる複数の対物レンズ２１が交換可
能に取付けられた回転式レボルバ２３と例えば三眼鏡筒
２５とを有する顕微鏡２７を備えている。

【０００８】座標表示装置９は、顕微鏡２７の対物光軸
及びスポット照明装置１９のスポット位置相互のＸ−Ｙ
ステージ７上における相対座標を表示する機能を有して
おり、Ｘ軸アドレスカウンタ２９とＹ軸アドレスカウン
タ３１とを備えている。

【０００９】このような装置では、マクロ観察系３にお
いて発見された被検査基板１５の欠陥部分を順次スポッ
ト照明位置（Ｓ）に整合させ、その都度、フットスイッ
チ３３を押圧して座標表示装置９に座標入力した後は、
被検査基板１５をＸ−Ｙステージ７に乗せたままで、座
標表示装置９のカウンター値を確認するだけで、簡単且
つ高精度に、ミクロ観察系５の対物光軸下に欠陥部分を
整合させることができる。

【００１０】スポット照明装置１９は、赤色発光ダイオ
ードから出射された赤色レーザー光をレンズを介して被
検査基板１５上にスポット結像させる機能を有する。ま
た、レーザーダイオードからビーム径の細いレーザー光
を、直接、被検査基板１５上に照射させるように構成す
ることも可能である。一般に、マクロ照明光は、グリー
ン光若しくは白色光が適用されているので、スポット照
明光は、これと異なる色の光が用いられている。

【００１１】しかしながら、上述したスポット照明装置
１９では、対物レンズ２１の対物倍率変化に対応してス
ポット径を変化させることができないため、ミクロ観察
系５の観察視野内に欠陥部分を高精度に位置付けること
が困難になるという問題がある。更に、上述した装置で
は、観察者は、かなり斜めの位置からスポットを見るこ
とになるため、欠陥部分をスポット内に高精度に整合さ
せることが困難になると共に、特に、欠陥部分を座標入
力する際、欠陥部分がスポットの中心に正確に位置付け
られたか否かの判断が困難になるという問題がある。

【００１２】本考案は、このような問題点を解決するた
めになされ、その目的は、基板上の欠陥部分を高精度に
検知することが可能な基板外観検査装置を提供すること
にある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本考案の基板外観検査装置は、被検査基板上
にマクロ照明光を照明し、反射光の光学的変化から前記
被検査基板に存在する欠陥部分を検知するマクロ観察系
と、このマクロ観察系によって検知された前記欠陥部分
を拡大して観察するミクロ観察系と、

【００１４】前記マクロ照明光が照明された領域内に、
前記ミクロ観察系にセットされた対物レンズの倍率に対
応してスポット径を可変させて照明可能に構成されたス
ポット照明装置と、このスポット照明装置によって前記
被検査基板上に形成されたスポットを真上またはほぼ真
上から検知可能に構成された撮像手段とを備える。

【００１５】

【作用】マクロ照明光が照明された領域内に、スポット
照明装置によって、ミクロ観察系にセットされた対物レ
ンズの倍率に対応してスポット径を変化させて照明す
る。このとき形成されたスポットは、撮像手段によっ
て、その真上またはほぼ真上から検知される。

【００１６】

【実施例】以下、本考案の原理について説明した後、こ
の原理を適用した実施例について説明する。

【００１７】図１には、本考案の原理図が示されてお
り、本原理の基本構成には、グリノー型と称する双眼実
体顕微鏡（特公昭４３−２３９１３号公報参照）が適用
されている。

【００１８】図１に示すように、第１の像位置３５に配
置されたファイバ照明端３７から出射した光は、予め被
検査基板４７上におけるスポット径（φｄ2)を考慮した
径（φｄ1)に規定された絞り３９を通過した後、第１の
結像レンズ４１、第１のズームレンズ系４３及び第１の
対物レンズ群４５を介して被検査基板４７上に集光され
る。

【００１９】被検査基板４７から反射した反射光は、第
２の対物レンズ群４９、第２のズームレンズ系５１を介
して光軸上に固定された第１の偏光板５３を透過し、第
２の結像レンズ５５及び光軸を中心に回転可能に構成さ
れた第２の偏光板５７を経た後、第２の結像位置５９に
設けられたクロス６１を介してＴＶ用結像レンズ６３に
導光され、ＴＶ撮像管６５に結像される。なお、第１及
び第２のズームレンズ系４３、５１は、１倍〜４倍まで
の４倍ズームとして構成されている。

【００２０】また、固定された第１の偏光板５３に対し
て第２の偏光板５７を回転可能に構成することによっ
て、任意な割合に光量を調節することが可能となる。即
ち、マクロ照明は、明るいほど欠陥部分が良く見えるた
め、その照度は１０万ルクスを越える場合がある。この
ような明るい照明が行われると、その照明中に落射させ
るスポット照明光の照度も同程度のレベルが必要とな
り、この結果、ＴＶ撮像管６５の許容光量を越えた光量
の光が導光されてしまう。そこで、第１の偏光板５３に
対して第２の偏光板５７を所定量だけ回転させることに
よって、ＴＶ撮像管６５に入射させる光量を所望の値に
調節している。なお、これら偏光板５３、５７の代わり
に、例えば、ＮＤフィルタ（図示しない）を光路中に挿
入したり、あるいは、光路中に可変ＮＤ板（図示しな
い）を配置し、このＮＤ板を所定量だけ回転させても同
様の効果を奏する。なお、上述した基本構成として、実
公昭５６−１４４９１号公報に開示されたガリレオ型の
光学系を適用することも可能である（図示しない）。

【００２１】図１に示されたような構成において、ま
ず、顕微鏡の対物レンズ（図示しない）の対物倍率が５
倍に設定されている場合、顕微鏡の接眼レンズの視野数
をφ２５ｍｍとすると、実視野（Ｄ）は、 Ｄ＝接眼レンズの視野数／対物倍率 という関係から、被検査基板４７上において、φ５ｍｍ
の実視野（Ｄ）を像として得ることが可能となる。

【００２２】このとき、被検査基板４７上の欠陥部分
が、この実視野（Ｄ）内に位置付けられていれば顕微鏡
検査に支障は来さないが、装置の誤差や位置合わせ精度
等を考慮すると、被検査基板４７上には、φ４ｍｍ程度
のスポットを形成することが好ましい。そこで、第１の
ズームレンズ系４３のズーム倍率を１倍に調整し、絞り
３９の径（φｄ1)をφ４ｍｍに設定する。この結果、フ
ァイバ照明端３７から出射した光は、被検査基板４７上
に、φ４ｍｍ程度の径（φｄ2)を有するスポットとして
集光されることになる。

【００２３】このとき、被検査基板４７から反射した反
射光は、第２の対物レンズ４９から第２の偏光板５７を
経て第２の結像位置５９に像を結ぶが、このとき、第２
のズームレンズ系５１は、第１のズームレンズ系４３と
同期して作動するので、第２の結像位置５９に形成され
る像の径（φｄ3)は、常時、スポット径（φｄ2)即ちφ
４ｍｍに一致する。

【００２４】このことは、ＴＶ撮像管６５に対しても一
定径となるため、ＴＶモニタ８３（図２参照）上には、
クロス６１と共にスポット径の大きさの変化しない鮮明
な画像が形成される。

【００２５】また、顕微鏡の対物レンズの対物倍率が２
０倍に設定されている場合、顕微鏡の接眼レンズの視野
数をφ２５ｍｍとすると、被検査基板４７上において、
スポット径（φｄ2)がφ１．２５ｍｍの実視野（Ｄ）を
像として得ることが可能となる。しかし、装置の誤差等
を考慮すると、φ１ｍｍ程度のスポット径（φｄ2)が好
ましい。そこで、第１のズームレンズ系４３のズーム倍
率を４倍に調整する。このとき、絞り３９の径（φｄ1)
は、当初のφ４ｍｍのままである。

【００２６】この結果、ファイバ照明端３７から出射し
た光は、被検査基板４７上に、φ１ｍｍ程度の径（φｄ
2)を有するスポットとして集光されることになり、ＴＶ
モニタ８３（図２参照）上には、クロス６１と共にスポ
ット径の大きさの変化しない鮮明な画像が形成される。

【００２７】このように本原理によれば、絞り３９の径
（φｄ1)を変化させることなく、第１及び第２のズーム
レンズ系４３、５１を調整するだけで、顕微鏡の対物倍
率に対応した大きさのスポットを被検査基板４７上に形
成することができると共に、ＴＶ撮像管６５を介して基
板上のスポット位置をほぼ真上から確認することができ
る。

【００２８】図２には、上述した原理が適用された一実
施例に係る基板外観検査装置の構成が示されており、マ
クロ観察系６７と、ミクロ観察系６９と、マクロ観察系
６７とミクロ観察系６９との間を移動して、被検査基板
７３をマクロ観察系６７又はミクロ観察系６９の観察視
野内に配置可能に構成された移動ステージ７１と、が設
けられている。

【００２９】マクロ観察系６７には、例えばガラス基板
等の被検査基板７３上にマクロ照明光を照明可能に構成
されたマクロ照明装置７５と、マクロ照明光が照明され
た照野径７７内に、上述した原理に基づくスポット照明
光を照明可能に構成された光学系を備えたスポット照明
装置７９とが設けられている。

【００３０】スポット照明装置７９は、赤色レーザー光
を出射可能に構成された半導体レーザー（ＬＤ）８１
と、照野径７７内のスポット照明部ＰをＴＶモニタ８３
上に表示させる第１のＴＶ撮像管８５（図１に示すＴＶ
撮像管６５に対応する）とを備えており、スポット照明
部Ｐのスポット径を後述するミクロ観察系６９の対物倍
率変化に対応して変化させる機能を有している。

【００３１】同図では、被検査基板７３上に約φ１５０
ｍｍの照野径７７を有するマクロ照明光が照明され、こ
の照野径７７内に、赤色のスポット照明光が落射されて
いる状態が示されている。ミクロ観察系６９には、顕微
鏡８７と、この顕微鏡８７で観察された像をＴＶモニタ
８３上に表示させる第２のＴＶ撮像管８９とが設けられ
ている。

【００３２】このような構成において、観察者は、ま
ず、マクロ照明装置７５から被検査基板７３上に照明さ
れたマクロ照明光の下で欠陥部分を見つけた場合、移動
ステージ７１を介して被検査基板７３を移動して、発見
された欠陥部分をスポット照明下に位置付ける。

【００３３】このとき被検査基板７３上に形成されたス
ポット照明部Ｐのスポット径は、ミクロ観察系６９にセ
ットされた対物倍率に対応して変化する観察視野サイズ
に規定されており、ＴＶモニタ８３には、クロス１１５
（図４参照）の入ったスポット照明部Ｐをほぼ真上から
見た像が映し出される。なお、このクロス１１５は、図
１に示すクロス６１に対応する。

【００３４】観察者は、ＴＶモニタ８３を見ながら移動
ステージ７１を微動して、欠陥部分をスポット照明部Ｐ
に整合させて、例えば入力スイッチ９１をＯＮして座標
入力する。そして、他の欠陥部分についても、同様の手
順でその位置を順次入力する。

【００３５】このとき、ＴＶモニタ８３には、スポット
照明部Ｐをほぼ真上から見た像が映しだされているた
め、欠陥部分をスポット照明部Ｐの中央に高精度に位置
付けることが可能となり、欠陥部分の座標を高精度に入
力することができる。

【００３６】このように複数の欠陥部分の位置を入力し
た後、例えば観察スイッチ９３をＯＮすると、移動ステ
ージ７１が作動して、被検査基板７３をミクロ観察系６
９に搬送し、ここで被検査基板７３に存在した複数の欠
陥部分を、順次、顕微鏡８７にセットされた対物光軸下
に位置付ける。

【００３７】本実施例では、ミクロ観察系６９にセット
された対物倍率に対応して変化する観察視野サイズのス
ポット照明部Ｐに欠陥部分を整合させてその位置座標を
入力しているため、対物光軸下における欠陥部分は、ミ
クロ観察系６９の観察視野内に高精度に位置付けられ
る。この結果、直ちに、欠陥部分のミクロ観察像を第２
の撮像管８９を介してＴＶモニタ８３上に鮮明に映し出
すことができる。

【００３８】上述した装置には、投光側と結像側の２つ
の構成が含まれているが、この理由としては、いわゆる
シングルズームといわれる光学系では、ハーフミラーや
フレア除去用の偏光板によってスポット光量が著しく低
下するのを防止するためである。なお、上述したスポッ
ト照明と同様な効果を奏する装置としては、特公昭４３
−２３９１３に開示された同軸照明装置が知られてい
る。

【００３９】図３に示すように、この同軸照明装置にお
いて、第１の光源９５から第１のコンデンサレンズ９７
を介して導光された光は、第１の偏光子９９によって偏
光された後、第１の光線分割器１０１で反射され、第１
のズームレンズ系４３及び第１の対物レンズ群４５を介
して被検査基板４７上に集光される。

【００４０】被検査基板４７から反射した反射光は、第
２の対物レンズ群４９、第２のズームレンズ系５１を介
して第２の光線分割器１０３に照射され、その一部の反
射光は、第２の光線分割器１０３を透過して、第２の検
光子１０５に照射される。この第２の検光子１０５の偏
光軸は、第１の偏光子９９の偏光軸と平行に規定されて
いるため、反射光は、第２の検光子１０５を透過して第
２の接眼鏡１０７に照射される。しかしながら、第２の
光源１０９から第２のコンデンサレンズ１１９及び第２
の偏光子１２１を介して導光された光は、第２の検光子
１０５を透過できる光に対して反対方向に偏光されてい
るため、第２の対物レンズ群４９及び第２のズームレン
ズ系５１のレンズ面から上方に反射される光は、いずれ
も第２の検光子１０５で遮光される。第１の検光子１１
１についても同様の作用となるため、ここではその説明
は省略する。なお、符号１１３は、第１の接眼鏡であ
る。

【００４１】かかる同軸照明装置では、第１及び第２の
接眼鏡１０７、１１３を直接覗く場合には、有効である
が、鏡基が図２のように大きい場合一般には用途性は低
い。また、試料を照射するスポット光量が著しく低下す
るため、本装置には適用できない。

【００４２】ところで、図２及び図４に示すように、第
１のＴＶ撮像管８５（図１に示す撮像管６５に対応す
る）及びＴＶ光学系（例えば、図１に示すＴＶ用結像レ
ンズ６３、第２の対物レンズ群４９及び第２のズームレ
ンズ系５１等に対応する）にける視野数をφ２０ｍｍと
すると、マクロ観察においてＴＶモニタ８３上に映し出
されるスポット照明部Ｐは、被検査基板７３上に、スポ
ット径（φｄ2)がφ４ｍｍのスポットとして形成され
る。このため、スポット照明部Ｐは、ＴＶモニタ８３の
中心に比較的小さなスポットとして現れる。そこで、ス
ポット照明部ＰをＴＶモニタ８３で全体に拡大すること
を考えると、ＴＶ光学系の倍率を５倍にすればよいこと
になる。しかし、これでは実視野が小さくなり実体顕微
鏡光学系を用いる意味がなくなる。

【００４３】そこで、本実施例において、スポット照明
部Ｐのスポット径（φｄ2)と同径又は若干大きなＮＤフ
ィルタ（例えば、Ｃｒコート１２３）が、クロス１１５
の中心付近にコートされている。

【００４４】図５には、例えば、中心付近にスポット径
（φｄ2)よりも若干大きいＣｒコート１２３が施された
クロス１１５を第２の結像位置５９（図１参照）に配置
した状態が示されている。なお、他の構成は、図１に示
す構成と同様であるため図示しない。

【００４５】このように構成すると、図６に示すよう
に、スポット照明部Ｐにおいて、スポット外周部には、
スポット内部に比べて暗くなった輪帯Ｐ1 （図中斜線で
示す）が形成される。このとき、スポット照明部Ｐの輪
帯Ｐ1 の内部には、スポット照明装置７９の落射照明像
が、輪帯Ｐ1 の外部には、マクロ照明による偏斜照明像
がほぼ同一の明るさに調整され、スポット照明部Ｐの外
部でも基板のパターン１１７が確認できるようになり、
暗い輪帯Ｐ1 の内部に位置付けられた欠陥部分（図中、
符号×で示す）の検出精度を向上させることができる。

【００４６】なお、この輪帯Ｐ1 の幅（Ｌ）は、 Ｌ＝｛（Ｃｒコートの径）−（スポット径）｝／２ という関係から導き出すことができる。

【００４７】このように本実施例の基板外観検査装置
は、絞り３９の径（φｄ1)を変化させることなく、第１
及び第２のズームレンズ系４３，５１を調整するだけ
で、ミクロ観察系６９の対物倍率変化に対応して変化す
る観察視野サイズのスポットを被検査基板４７上に形成
することができる。この結果、ミクロ観察系６９の観察
視野内に基板上の欠陥部分を高精度に位置付けることが
可能となる。しかも、基板上におけるスポット位置をほ
ぼ真上から確認することができるため、欠陥部分の座標
を高精度に入力することができる。

【００４８】なお、本考案は、上述した実施例の構成に
限定されることはなく、例えば、図７に示すように、第
２の対物レンズ群４９、第２のズームレンズ系５１を介
してＴＶ撮像管６５に至る光軸が、被検査基板４７に対
して垂直方向になるように構成し、スポット位置を真上
から確認することも可能である。

【００４９】このような構成では、被検査基板４７上の
パターン１１７（図６参照）から発生する乱反射光のみ
をＴＶ用結像レンズ６３に導光させることができるた
め、例えば、クロス６１に対してＣｒコート１２３（図
５参照）等を施す必要は無くなる。また、スポット位置
を真上から確認することができるため、さらに欠陥部分
の座標を高精度に入力することができる。

【００５０】

【考案の効果】本考案は、ミクロ観察系の対物倍率変化
に対応して変化する観察視野サイズのスポットを被検査
基板上に形成することができる。この結果、ミクロ観察
系の観察視野内に基板上の欠陥部分を高精度に位置付け
ることが可能となる。しかも、基板上におけるスポット
位置をスポット真上またはほぼ真上から確認することが
できるため、欠陥部分をスポット中心に高精度に位置付
けることが可能となり、欠陥部分の座標を高精度に入力
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の原理の構成を概略的に示す図。

【図２】図１に示す原理が適用された本考案の一実施例
に係る基板外観検査装置の構成を概略的に示す図。

【図３】特公昭４３−２３９１３に開示された同軸照明
装置を示す図。

【図４】マクロ観察においてＴＶモニタ上に映し出され
たスポット照明部の部分を拡大して示す図。

【図５】中心付近にスポット径よりも若干大きいＣｒコ
ートが施されたクロスを第２の結像位置に配置した状態
を示す図。

【図６】被検査基板上に形成されたスポット照明部にお
いて、スポット外周部に、スポット内部に比べて暗くな
った輪帯が形成されている状態を示す図。

【図７】本考案の変形例に係る基板外観検査装置の構成
を示す図。

【図８】特願平４−１３２５７７号明細書中に開示され
た基板外観検査装置の構成を示す図。

【符号の説明】

６７…マクロ観察系、６９…ミクロ観察系、７３…被検
査基板、７９…スポット照明装置、８３…ＴＶモニタ、
８５…第１のＴＶ撮像管、Ｐ…スポット照明部。

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査基板上にマクロ照明光を照射して
   検知された欠陥部分を特定するスポット照明位置に整合
   させて座標データを入力し、この座標データに基づいて
   ミクロ観察系の対物光軸下に前記欠陥部分を整合させる
   基板外観検査装置において、 前記ミクロ観察系の対物レンズより低倍の拡大対物レン
   ズと撮像手段からなる低倍顕微鏡をマクロ照明領域内の
   前記被検査基板の面に対して垂直又は略垂直となるよう
   に配置すると共に、 前記低倍顕微鏡の観察領域を照明する照明光学系の光軸
   を前記低倍顕微鏡の光軸に対して所定の角度に配置し、 前記低倍顕微鏡の照明光学系により前記マクロ照明領域
   内に照射されたスポット照明光を前記欠陥位置を特定す
   るスポット照明光としたことを特徴とする基板外観検査
   装置。
2. 【請求項２】 前記低倍顕微鏡と前記照明光学系は、光
   学的に同一に構成された対物レンズとズームレンズ及び
   結像レンズからなる一対の光学系を対称に配置し、一方
   の光学系の入射側に照明光源を設け、他方の光学系の出
   射側に撮像手段を設けたことを特徴とする請求項１に記
   載の基板外観検査装置。