JP5268094B2

JP5268094B2 - カラー照明を用いた検査装置

Info

Publication number: JP5268094B2
Application number: JP2008179784A
Authority: JP
Inventors: 宗敏沼田
Original assignee: Lossev Technology Corp
Current assignee: Lossev Technology Corp
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: JP2010019657A

Description

本発明は、シリコンウェハ等の鏡面状の検査面に存在する凹凸状の欠陥や汚れ等を、カラー照明を用いて検査する装置に関する。

図２に示すように、検査対象物例えば帯状シート３１の欠陥検査には、カラーラインＴＶカメラ３３と、それぞれが赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）に発光する３色の棒状のライン光源３４、３５、３６と、ハーフミラー３７とを用いた検査装置が用いられている。ライン光源３５は、ハーフミラー３７を介して帯状シート３１の検査面３２の法線方向から検査面３２に対して光を照射し、ライン光源３４、３６は、ライン光源３５の光路を挟んで斜め方向から検査面３２に対して光を照射し、カラーラインＴＶカメラ３３は、検査面３２の法線方向から矢印方向に走行する帯状シート３１の検査面３２を撮像し、得られた画像信号を画像処理装置３８に送る。

検査面３２に欠陥がなく平坦な場合、カラーラインＴＶカメラ３３に入光する光は、真上から照射するライン光源３５の反射光が最も強く、ライン光源３４、３６の反射光はライン光源３５の反射光よりも弱くなるため、撮像した画像上でライン光源３５の色がもっとも濃く観察される。これに対し、検査面３２に欠陥、例えば半球状の欠陥穴が存在する場合、光を反射する欠陥穴表面の微小角の違いにより各ライン光源の光の反射角に変化が生じ、カラーラインＴＶカメラ３３に入光する各色の反射光の強弱が変化するため、撮像した画像上で欠陥穴は平坦な場合の色とは異なる色で着色されたように観察される。このように、画像上でのＲ、Ｇ、Ｂの濃度の変化から検査面３２の欠陥を容易に検出することができる。このとき、斜め方向から照射するライン光源（ライン光源３４、３６）の入射角を大きくとれば、欠陥部における反射光の濃淡がより大きく表れ、検査装置の欠陥検出分解能を高めることができる。

しかし、鏡面状の検査面を有する検査対象物を検査する場合、例えばシリコンウェハ等の表面を検査する場合、ライン光源の光は検査面３２で鏡面反射し、光がほとんど拡散しないので、ライン光源３４、３６の入射角を大きくとると、ライン光源３５の反射光以外はカラーラインＴＶカメラ３３に入らなくなり、複数のカラー光源を利用した欠陥検査ができなってしまう。

また、カラーラインＴＶカメラ３３がすべてのライン光源の反射光を受光できるように
ライン光源３４、３６の入射角を小さくとったりすることもできるが、カラーラインＴＶカメラ３３の視野、ハーフミラー３７との干渉を避けなければならず、小さくできる角度にも限界がある。

一方、検査対象物３１の法線に対し、光軸を傾けたカラーラインＴＶカメラ３３とこれと対向する方向に同じ入射角をもつライン光源３５を配置するという方法がある。このときハーフミラー３７は使わず、ライン光源３４とライン光源３６はライン光源３５をはさんで隣接かつ平行に配置され、ライン光源３５の検査対象物３１への入射角よりもライン光源３４の入射角がわずかに小さく、ライン光源３６の入射角がわずかに大きくなるように配置する。このとき、スペクトル（分光特性）の波長では離れている赤色光源と、青色光源とを互いに隣接して配置したりすると、撮像した画像上で赤色に反応する画素、青色に反応する画素の赤色成分、青色成分とが混合してしまい、どのライン光源に反応する画素かを正確に検出しにくくなるという問題が生じる。さらに、得られた画像信号には必ずノイズが含まれ、Ｒ、Ｇ、Ｂの濃度比率にもノイズが含まれ不安定となることから、この問題はさらに顕著となる。また、カメラの光軸が検査面に対して傾いているため、フォーカスを合わせにくいという問題もある。
特許第３５８５２２２号公報特許第３５８５２２５号公報

本発明の課題は、複数のカラー光源を利用して、鏡面状の検査面を有する検査対象物の欠陥を確実に検出できるようにすることである。

上記課題のもとに、本発明は、カラー照明を用いた検査装置を、検査対象物（１）の検査面（２）の法線方向に光軸を一致させて配置されるカラーラインＴＶカメラ（３）と、検査面（２）を横切るカラーラインＴＶカメラ（３）のライン状視野に対して平行に設置され、かつカラーラインＴＶカメラ（３）の光軸から離れた位置に配置される赤緑青３色の棒状のライン光源（４，５，６）と、検査面（２）とカラーラインＴＶカメラ（３）との間に配置され、ライン光源（４，５，６）の光を反射して検査面（２）に導くハーフミラー（７）とを有するものとして構成し、ハーフミラー（７）で反射した緑色ライン光源（５）の光がカラーラインＴＶカメラ（３）の光軸と同軸になるように緑色ライン光源（５）を配置し、緑色ライン光源（５）を挟んで赤色ライン光源（４）および青色ライン光源（６）を平行に並べて配置し、ハーフミラー（７）で反射した赤色ライン光源（４）の光およびハーフミラー（７）で反射した青色ライン光源（６）の光が緑色ライン光源（５）の光路を挟んで検査面（２）に対し斜め方向から照射されるようにしている。

本発明のカラー照明を用いた検査装置では、鏡面状の検査面が反射した赤緑青３色の複数のライン光源の光をカラーラインＴＶカメラが受光できるように、カラーラインＴＶカメラ、ライン光源、ハーフミラーを配置したから、鏡面状の検査面について複数のカラー光源を利用した欠陥検査ができる。これにより、鏡面状の検査面の欠陥部が撮像した画像上で着色して見えるため、微小欠陥を着実に検出できる。

カラーラインＴＶカメラの光軸から離れた位置にライン光源を配置し、ライン光源の光をハーフミラーにより反射させて検査面に照射しているから、検査面に対し法線方向からライン光源の光を照射しつつ、カラーラインＴＶカメラを検査面の法線方向に光軸を一致させて配置でき、検査面を法線方向（真上）から撮像することができる。また、カラーラインＴＶカメラを検査面の真上に配置できるから、カラーラインＴＶカメラのフォーカス等を容易に調整できる。

赤緑青３色のライン光源のうち、緑色ライン光源をその光がハーフミラーを介してカラーラインＴＶカメラの光軸と同軸に検査面に照射されるように配置し、緑色ライン光源を挟んで赤色ライン光源および青色ライン光源を平行に並べて配置し、赤色ライン光源および青色ライン光源の光がハーフミラーを介して緑色ライン光源の光路を挟んで検査面に対し斜め方向から照射されるようにしたから、すなわち、スペクトル的に最も離れている赤色ライン光源と青色ライン光源とが最も離れるようにライン光源を配置したから、カラーラインＴＶカメラの撮像画像上で赤色に反応する画素、青色に反応する画素の赤色成分、青成分とが混合してしまうことを防止できる。これにより、光源の色と照射角度とを対応させ、欠陥表面の微小角の違いをこれに対応する光源の色の違いで識別する方法において、撮像した画像上でどの色のライン光源に反応した画素かを正確に検出することができる。特に、撮像した画像上の１画素のＲＧＢ濃度比率からどのライン光源に反応したかを判断するためにライン光源の角度を求めるやり方における角度分解能のＳＮ比を高くすることができる。

図１は、本発明装置のカラー照明を用いた検査装置の一実施例を示している。カラー照明を用いた検査装置は、検査対象物１の鏡面状の検査面２を撮像するカラーラインＴＶカメラ３と、検査面２を横切るカラーラインＴＶカメラ３のライン状視野に対して平行に設置され、かつカラーラインＴＶカメラ３の光軸から離れた位置に配置される赤緑青３色の棒状のライン光源４、５、６と、検査面２とカラーラインＴＶカメラ３との間に配置され、ライン光源４、５、６の光を反射して検査面２に導くハーフミラー７とを有している。なお、検査対象物１は、図の矢印方向へ一定速度で走行している。

カラーラインＴＶカメラ３は、検査対象物１の検査面２の法線方向に光軸を一致させて配置されており、検査対象物１の検査面２を検査面２の真上から撮像し、赤、緑、青の３色のカラー映像信号を画像処理装置８に送る。カラーラインＴＶカメラ３のライン状視野は、検査対象物１の走行方向に対し直交、つまり検査対象物１の検査面２を横切るように設定されている。

各ライン光源４、５、６からの光は、それぞれのライン光源管の帯状照射窓により規制されている。これにより、一部の方向だけに照射光が照射されるようになっている。

ハーフミラー７および緑色ライン光源５は、ハーフミラー７で反射した緑色ライン光源５の光がカラーラインＴＶカメラ３の光軸と同軸に検査面２に照射されるように配置されている。すなわち、緑色ライン光源５の光は、検査面２に対し真上から照射される。本実施例では、ハーフミラー７は、その反射面とカラーラインＴＶカメラ３の光軸のなす角度が４５°となるように配置され、緑色ライン光源５は、その光軸がカラーラインＴＶカメラ３の光軸に対して直角となるように配置されている。

赤色ライン光源４および青色ライン光源６は、緑色ライン光源５を挟んで平行に並べて配置されている。本実施例では、赤色ライン光源４は緑色ライン光源５の上側に配置され、青色ライン光源６は緑色ライン光源５の下側に配置され、ハーフミラー７で反射した赤色ライン光源４の光およびハーフミラー７で反射した青色ライン光源６の光は、緑色ライン光源５の光路を挟んで検査面２に対し斜め方向から照射されるようになっている。ハーフミラー７で反射した赤色ライン光源４の光の光路と、カラーラインＴＶカメラ３の光軸のなす角度（入射角）は、検査面２で反射した赤色ライン光源４の光（の拡散成分）がカラーラインＴＶカメラ３に入光するように設定される。青色ライン光源６の入射角についても同様である。なお本実施例では、赤色ライン光源４を緑色ライン光源５の上側に設置し、青色ライン光源６を緑色ライン光源５の下側に設置しているが、赤色ライン光源４と青色ライン光源６の位置関係を逆にしてもよい。つまり、緑色ライン光源５を挟んで赤色ライン光源４と青色ライン光源６とが配置されてさえいれば、それらの相対的な位置関係は問わない。

検査対象物１の検査面２が鏡面の場合、反射光の指向性が強くほとんど拡散しないため、反射光は入射角の正反射方向付近の限られた角度範囲でのみ集中して観測される。したがって、各ライン光源の反射光をカラーラインＴＶカメラ３が受光できるようにするためには、赤色ライン光源４および青色ライン光源６の光の入射角は比較的小さく取る必要がある。なお、赤色ライン光源４および青色ライン光源６の検査面２に対する入射角を微調整できるように、各ライン光源の前記帯状照射窓の位置、および各ライン光源の上下方向位置を調整できるようにしてもよい。また、ハーフミラー７の傾斜角度を調整できるようにしてもよい。

鏡面状の検査面２に欠陥がなく平坦な場合、カラーラインＴＶカメラ３に入光する光は、真上から照射する緑色ライン光源５の反射光が最も強く、赤色ライン光源４、青色ライン光源６の反射光は緑色ライン光源５の反射光よりも弱くなるため、画像上では緑色ライン光源５の色がもっとも濃く観察される。検査面２に欠陥、例えば半球状の欠陥穴が存在する場合、光を反射する欠陥穴表面の微小角の違いにより各ライン光源の光の反射角に違いが生じ、カラーラインＴＶカメラ３に入光する各色の反射光の強弱が変化するため、画像上で欠陥穴は正常な平坦の場合の色とは異なる色で着色されたように観察される。これにより、検査面２の凹凸状の欠陥を検出することができる。

また、鏡面状の検査面２上に汚れや異物がある場合、その部位では、各ライン光源の光は鏡面反射しないで拡散反射する。したがって、検査面２に汚れ等がない正常な面の場合と比べて各ライン光源の反射光の強さは全体的に弱くなる。これにより、検査面２上の汚れや異物を検出することができる。

上述した実施例では、検査対象物は直線上に走行するものを示したが、円盤状の搬送装置上に載置された検査対象物の欠陥を検出する用途にも本発明を適用できる。この場合、検査対象物の回転方向と交わるようにライン状視野を置く。

本発明によるカラー照明を用いた検査装置の斜面図である。ラインＴＶカメラを用いた一般的な欠陥検査装置の斜面図である。

符号の説明

１検査対象物
２検査面
３カラーラインＴＶカメラ
４赤色ライン光源
５緑色ライン光源
６青色ライン光源
７ハーフミラー
８画像処理装置
３１帯状シート
３２検査面
３３カラーラインＴＶカメラ
３４ライン光源
３５ライン光源
３６ライン光源
３７ハーフミラー
３８画像処理装置

Claims

検査対象物（１）の検査面（２）の法線方向に光軸を一致させて配置されるカラーラインＴＶカメラ（３）と、
検査面（２）を横切るカラーラインＴＶカメラ（３）のライン状視野に対して平行に設置され、かつカラーラインＴＶカメラ（３）の光軸から離れた位置に配置される赤緑青３色の棒状のライン光源（４，５，６）と、
検査面（２）とカラーラインＴＶカメラ（３）との間に配置され、ライン光源（４，５，６）の光を反射して検査面（２）に導くハーフミラー（７）とを有し、
緑色ライン光源（５）は、ハーフミラー（７）で反射した緑色ライン光源（５）の光がカラーラインＴＶカメラ（３）の光軸と同軸になるように配置され、
赤色ライン光源（４）および青色ライン光源（６）は、緑色ライン光源（５）を挟んで平行に並べて配置され、ハーフミラー（７）で反射した赤色ライン光源（４）の光およびハーフミラー（７）で反射した青色ライン光源（６）の光が緑色ライン光源（５）の光路を挟んで検査面（２）に対し斜め方向から照射されるようにしたことを特徴とするカラー照明を用いた検査装置。