JPH063278A

JPH063278A - 基板外観検査装置

Info

Publication number: JPH063278A
Application number: JP4158126A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Tsuchisaka; 新一土坂
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1994-01-11
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JP3255709B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、被検査基板の表面全体に斑なくＰ偏
光又はＳ偏光の照明光を選択的に照射して、Ｓ／Ｎ比の
高い基板観察を行うことができる基板外観検査装置を提
供する。【構成】被検査基板１の表面にＰ偏光又はＳ偏光の照明
光を照射する照射手段３と、被検査基板１を保持する保
持手段５と、この保持手段５を照明光軸を含み被検査基
板１に垂直な面内で回動させる傾斜機構７とを備える。
照射手段３は、照明光を発光する光源９と、この光源９
から発光された照明光を集束させるフレネルレンズ１１
と、このフレネルレンズ１１を介して導光された照明光
に対して選択的にＰ偏光又はＳ偏光の光学的特性を与え
て基板表面に照明する第１の偏光板１３とを備え、ま
た、保持手段５には、被検査基板１を透過した照明光を
消光させる第２の偏光手段１９が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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
表面の外観が検査されている。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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
装置では、偏光観察は行われていなかった。けだし、照
明光路内に偏光板を介在させた場合、基板表面に到達し
得る光量は約３０％低下するため、結果、ごみ及び傷等
の異物から発生する散乱光の光強度も低下してしまい目
視による観察が困難になってしまうといった問題が生じ
るからである。

【０００４】また、従来の装置において、被検査基板
は、基板保持台によって照明光軸に対して任意の角度に
回転・揺動するように制御されている。このため、偏光
板を介してＰ偏光成分を有する偏光照明を照射した場合
でも、被検査基板が回転・揺動して偏光照明の光軸に対
する角度が変化すると、結果的に、基板表面にはＰ偏光
とＳ偏光が合成した照明が施されることになり、偏光板
の介在が無意味になってしまうといった問題がある。更
に、偏光照明の場合、基板表面の反射率が照射角度に対
応して大きく変化するため、安定した基板外観目視観察
ができ難いといった問題もある。

【０００５】また、従来では、基板表面に存在するごみ
及び傷等の異物から発生する散乱光を（背景光とは、散
乱光を除いた基板表面等から直接反射され反射光をい
う。）いかに際立たせるかに重点が置かれていた。

【０００６】このため、従来、異物から発生する散乱光
の量を増加させるための対策としては、被検査基板に照
射される照明光の光量を増加させる点にのみ注目がさ
れ、散乱光と背景光との比（即ち、Ｓ／Ｎ比）を向上さ
せる点については、全く考慮されていなかった。せいぜ
い、基板保持台の表面を黒く塗って背景光の発生を抑え
る程度であった。

【０００７】近年、被検査基板を照明光の光軸に対して
所定角度だけ回動させて、目視による基板表面の外観観
察を行う装置と（特願平３−２６６３０７号明細書参
照）、適宜選択的に光学的特性の異なる照明光を基板表
面全体に斑なく照射して、基板表面の外観観察を行う装
置と（特願平４−３１９２２号明細書参照）が開発され
ている。これら装置では、被検査基板の表面全体に照明
光を照射して、Ｓ／Ｎ比の高い基板表面観察を行うこと
が要求されているが、今だ実用化には至っていない。

【０００８】本発明は、このような要求に対応するため
になされ、その目的は、被検査基板の表面全体に斑なく
Ｐ偏光又はＳ偏光の照明光を選択的に照射して、Ｓ／Ｎ
比の高い基板観察を行うことができる基板外観検査装置
を提供することにある。

【０００９】

【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、本発明の基板外観検査装置は、被検査基板を
照明するための照明光を発光する光源と、この光源から
発光した前記照明光をＰ偏光又はＳ偏光に選択的に変換
する第１の偏光手段と、この第１の偏光手段を介して偏
光が施された前記照明光の光路中に前記被検査基板を保
持する保持台と、Ｓ偏光照明の場合に、前記被検査基
板の表面に存在する異物から発生した散乱光のみを透過
する第２の偏光手段と、前記保持台を前記照明光軸を含
み前記被検査基板に垂直な面内で回動させる傾斜機構と
を備える。

【００１０】

【作用】光源から発光した照明光は、第１の偏光手段を
介してＰ偏光又はＳ偏光に選択的に変換された後、保持
台上に保持された被検査基板に照射される。Ｐ、Ｓ各偏
光は、ガラス表面での反射、異物の散乱光に関して異な
る特性を持っているので、この特性を利用し、Ｐ偏光照
明では、散乱光と背景光とのＳＮ比を高め、Ｓ偏光の場
合は、第２の偏光手段により、異物の散乱光のみを取り
出す。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例に係る基板外観検査
装置について、図１ないし図４を参照して説明する。な
お、本実施例の装置には、ガラス製の被検査基板がセッ
トされているものとする。まず、Ｐ偏光とＳ偏光の観察
用照明光の特性について図２ないし図４を参照して説明
する。

【００１２】図２（ａ）には、空気中で被検査基板１
（屈折率ｎ＝１．５）の滑らかなガラス表面にＰ偏光又
はＳ偏光の照明光を照射した際の入射角（θ）と反射率
（ｒ）との関係が示されている。

【００１３】ここで、図２（ｂ）及び図３（ａ）に示す
ように、Ｐ偏光の照明光を被検査基板１に照射しつつ被
検査基板１を傾斜させて、照明光軸に対する角度を変化
させていくと、反射角（θ₁）と屈折角（θ₂）とで成
す角が９０°になるとき反射率は０（ゼロ）となり、ｔａｎθ＝ｎ（ｎ＝１．５） …（１）の関係がある。このときの入射角（θ）をブリュースタ
角（θ_B）という。図４は、Ｐ、Ｓ偏光がごみ及び傷等
の異物Ｃに当った場合の散乱光の分布である。

【００１４】このように、照明光がブリュースタ角（θ
_B）で被検査基板１の表面に入射した場合、被検査基板
１の表面に存在するごみ及び傷等の異物Ｃから発生する
散乱光のみが観察者の目Ｄに届き、他の照明光は、基板
表面を透過して被検査基板１に吸収される。このため、
観察者の目Ｄには、基板表面に存在する異物Ｃの像のみ
が投影される。

【００１５】しかし、図３（ａ）及び図４に示すよう
に、ブリュースタ角（θ_B）は、実際、式（１）を用い
て演算すると、５５°程度の入射角となる。このため、
図４の散乱分布と観察者の目Ｄの位置から、異物Ｃから
発生する散乱光は観察者に見づらいものとなる。

【００１６】一方、図３（ｂ）及び図４に示すように、
ブリュースタ角（θ_B）よりも小さい角度（θ₃）の場
合、室内光及び背景光の光があっても、異物Ｃから発生
する散乱光の分布が観察者側に強くなり、且つ、ガラス
表面反射が自然光照明より小さいので、異物Ｃのコント
ラストが上昇する。

【００１７】また、背景光としては、被検査基板１の裏
面から反射した裏面反射光Ｅも、その一因となるが、図
２（ｂ）に示すように、被検査基板１の表面に照射され
る照明光の入射角（θ）に対する裏面反射率は、図２
（ａ）に示された特性と同一特性となる。

【００１８】次に、Ｓ偏光の照明光を被検査基板１に照
射した場合、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、入射角
（θ）が小さいうちはＰ偏光と変わらないが、入射角
（θ）が１５°を越える辺りから、Ｐ偏光に比べて反射
率（ｒ）が上昇する。また、図４より基板表面に存在す
る異物Ｃから発生する散乱光の散乱強度も上昇する。

【００１９】しかし、保持板表面から反射する背景光の
光強度も上昇して、結果的に、視野の背景が明るくなり
異物Ｃのコントラストが低下すると共に、観察者の目Ｄ
には不要な強い光が届き始める。

【００２０】このようなＰ偏光及びＳ偏光の特性を考慮
すると、観察用照明光としてＰ偏光を用いた方が、被検
査基板１の表面に存在するごみ及び傷等の異物Ｃから発
生する散乱光を他の光に対して際立たせることができる
点でＳ偏光よりも有利である。しかし、Ｐ偏光は、散乱
光の散乱強度がＳ偏光の場合に比べて弱くなる点で不利
である。

【００２１】そこで、本実施例の基板外観検査装置は、
被検査基板１の表面に存在するごみ及び傷等の異物Ｃか
ら発生する散乱光を他の光に対して際立たせて、異物Ｃ
の検出能力を向上させるために、Ｐ偏光及びＳ偏光の互
いの利点を生かした基板観察が行えるように構成されて
いる。図１には、本実施例の基板外観検査装置の構成が
概略的に示されている。

【００２２】図１に示すように、本実施例の基板外観検
査装置は、被検査基板１の表面にＰ偏光又はＳ偏光の照
明光を照射する照射手段３と、被検査基板１を保持する
保持手段５と、この保持手段５を照明光軸を含み被検査
基板１に垂直な面内で回動させる傾斜機構７とを備えて
いる。

【００２３】照射手段３は、照明光を発光する光源９
と、この光源９から発光された照明光を集束させるフレ
ネルレンズ１１と、このフレネルレンズ１１を介して導
光された照明光に対して所定の光学的特性を与えて被検
査基板１の表面に照明する第１の偏光板１３とを備えて
いる。この第１の偏光板１３は、受光した照明光に対し
て適宜選択的にＰ偏光又はＳ偏光の光学的特性を与える
機能を有している。

【００２４】保持手段３は、被検査基板１よりも広範囲
な保持面１５ａを有する保持台１５と、この保持台１５
の保持面１５ａ上に突設された複数の吸着保持部１７と
を備えている。被検査基板１を保持台１５上に載置する
と、被検査基板１は、その裏面に当接した複数の吸着保
持部１７によって吸着保持される。この結果、被検査基
板１は、保持台１５上に固定される。

【００２５】傾斜機構７は、保持台１５の一端側に取り
付けられており、かかる一端側を中心に保持台１５の他
端側を図中矢印Ａ方向に揺動させる機能を有している。
傾斜機構７を駆動して保持台１５を揺動させることによ
って、保持台１５上に固定された被検査基板１は、照明
光軸Ｂに対して所定の角度（具体的には、０度〜４０度
の範囲）に傾斜される。

【００２６】また、本実施例の基板外観検査装置は、保
持台１５の保持面１５ａ上に第２の偏光板１９を備えて
いる。第２の偏光板１９は、被検査基板１を透過した照
明光の偏光方向に対してクロスニコルとなるように、調
節可能に構成されている。

【００２７】更に、本実施例の基板外観検査装置は、観
察者の目Ｄの前に第３の偏光板２１を備えている。第３
の偏光板２１は、被検査基板１の表面及び裏面から反射
した反射光の偏光方向に対してクロスニコルとなるよう
に、調節可能に構成されている。

【００２８】以下、本実施例の基板外観検査装置の動作
について図１を参照して説明する。まず、Ｐ偏光の照明
光を用いて基板外観の検査を行う場合、図１に示すよう
に、光源９から発光された照明光は、フレネルレンズ１
１及び第１の偏光板１３を介してＰ偏光に変換されて、
被検査基板１の表面に照射される。このとき、傾斜機構
７を駆動させて保持台１５の傾きを図中矢印Ａ方向に変
化させて、被検査基板１の照明光軸Ｂに対する傾斜角度
を変化させる。

【００２９】被検査基板１からは、基板表面に存在する
ごみ及び傷等の異物Ｃから発生する散乱光と、基板表面
から直接反射した反射光と、基板裏面から反射した裏面
反射光Ｅ（図２（ｂ）参照）とが発生する。

【００３０】また、被検査基板１を透過した照明光は、
保持台１５上に設けられた第２の偏光板１９に照射され
る。このとき、照明光の偏光方向に対してクロスニコル
（かかる場合は、Ｐ偏光に対してクロスニコル）に第２
の偏光板１９を調節する。この結果、被検査基板１を透
過した照明光は、かかる第２の偏光板１９で打消され、
保持台１５の保持面１５ａからの背景光の発生が防止さ
れる。

【００３１】本実施例の基板外観検査装置には、観察者
の目Ｄの前に第３の偏光板２１が配置されており、この
第３の偏光板２１を被検査基板１から反射した反射光
（基板表面及び裏面の双方からの反射光）の偏光方向
（Ｐ偏光）に対してクロスニコルに調節する。この結
果、被検査基板１の表面及び裏面から反射した反射光
は、かかる第３の偏光板２１で遮光され、観察者の目Ｄ
には、被検査基板１の表面に存在する異物Ｃから発生し
た散乱光のみが投影される。

【００３２】従って、Ｐ偏光照明では、観察に無益な被
検査基板１の表面、裏面及び保持台１５の保持面１５ａ
から反射する反射光を遮光することができるため、観察
者の目Ｄに優しく且つごみ及び傷等の異物Ｃから発生す
る散乱光を際立たせることができる。この結果、被検査
基板１の表面に存在する異物Ｃの検出能力を向上させる
ことができる。

【００３３】更に、Ｐ偏光照明として集束光照明を用い
て、反射光の集光点近傍に目Ｄを位置付けた場合でも、
反射光が直接目に入らないため、目Ｄのくらみを引き起
こすことなくＳ／Ｎ比の高い基板観察を行うことができ
る。

【００３４】なお、Ｐ偏光の照明光を用いた場合、被検
査基板１に照射される照明光の入射角（θ）が一定の範
囲内（１５°ないし４０°程度）となるように保持台１
５を制御することによって、散乱光の光強度とガラス表
面からの反射光の比を大きくできるため、第３の偏光板
２１は必ずしも必要ではない。

【００３５】次に、Ｓ偏光の照明光を用いて基板外観の
検査を行う場合、図１に示すように、光源９から発光さ
れた照明光は、フレネルレンズ１１及び第１の偏光板１
３を介してＳ偏光に変換されて、被検査基板１の表面に
照射される。このとき、傾斜機構７を駆動させて保持台
１５の傾きを図中矢印Ａ方向に変化させて、被検査基板
１の照明光軸Ｂに対する傾斜角度を変化させる。

【００３６】被検査基板１からは、基板表面に存在する
ごみ及び傷等の異物Ｃから発生する散乱光と、基板表面
から直接反射した反射光と、基板裏面から反射した裏面
反射光Ｅ（図２（ｂ）参照）とが発生する。

【００３７】Ｓ偏光の照明光を用いた場合、基板表面に
存在するごみ及び傷等の異物Ｃから発生する散乱光の光
強度はＰ偏光の照明光を用いた場合に比べて上昇する
が、反射光及び裏面反射光Ｅの夫々の光強度も上昇す
る。

【００３８】また、被検査基板１を透過した照明光は、
保持台１５上に設けられた第２の偏光板１９に照射され
る。このとき、照明光の偏光方向に対してクロスニコル
（かかる場合は、Ｓ偏光に対してクロスニコル）に第２
の偏光板１９を調節する。この結果、被検査基板１を透
過した照明光は、かかる第２の偏光板１９で打消され、
保持台１５の保持面１５ａからの背景光の発生が防止さ
れる。

【００３９】本実施例の基板外観検査装置には、観察者
の目Ｄの前に第３の偏光板２１が配置されており、この
第３の偏光板２１を被検査基板１から反射した反射光
（基板表面及び裏面の双方からの反射光）の偏光方向
（Ｓ偏光）に対してクロスニコルに調節する。この結
果、被検査基板１の表面及び裏面から反射した反射光
は、かかる第３の偏光板２１で遮光され、観察者の目Ｄ
には、被検査基板１の表面に存在する異物Ｃから発生し
た強い光強度を有するＰ成分散乱光のみが投影される。

【００４０】かかる場合、観察者の目Ｄには、真暗な視
野の中にごみ及び傷等の異物Ｃが浮き上がったように写
る。この結果、被検査基板１の表面に存在する異物Ｃに
対してＳ／Ｎ比の高い基板観察を行うができる。

【００４１】このように、本実施例の基板外観検査装置
は、被検査基板の表面全体に斑なくＰ偏光又はＳ偏光の
照明光を選択的に照射して、Ｓ／Ｎ比の高い基板観察を
行うことができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明の基板外観検査装置は、被検査基
板の表面に存在する異物から発生した散乱光のみを透過
する第２の偏光手段を備えているため、被検査基板の表
面全体に斑なくＰ偏光又はＳ偏光の照明光を選択的に照
射してＳ／Ｎ比の高い基板観察を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明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２】（ａ）は、空気中で被検査基板の滑らかなガラ
ス表面にＰ又はＳ偏光の照明光を照射した際の入射角
（θ）と反射率（ｒ）との関係を示す図、（ｂ）は、被
検査基板に対して照射された照明光の導光経路を示す
図。

【図３】（ａ）（ｂ）は、共に、Ｐ偏光の照明光を被検
査基板に照射しつつ被検査基板を傾斜させて、照明光軸
に対する角度を変化させた際に、ごみ及び傷等の異物Ｃ
から発生する散乱光の発生状態を示す図。

【図４】Ｐ偏光及びＳ偏光をごみ及び傷等の異物に照射
した際に発生する散乱光の散乱強度を示す図。

【符号の説明】

１…被検査基板、３…照射手段、５…保持手段、７…傾
斜機構、９…光源、１１…フレネルレンズ、１３…第１
の偏光板、１９…第２の偏光板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検査基板を照明するための照明光を発
光する光源と、この光源から発光した前記照明光を前記被検査基板に対
しＰ偏光又はＳ偏光に選択的に変換する第１の偏光手段
と、この第１の偏光手段を介して偏光が施された前記照明光
の光路中に前記被検査基板を保持する保持台と、前記保持台を前記照明光軸を含み前記被検査基板に垂直
な面内で回動させる傾斜機構と、を備えることを特徴と
する基板外観検査装置。
【請求項２】前記保持台には、前記被検査基板を透過
した照明光を消光させる第２の偏光手段が設けられてい
ることを特徴とする請求項１に記載の基板外観検査装
置。