JP2000121570A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 結像レンズのレンズ歪みや取付誤差、基板の
傾きなどに起因した受光素子面の倍率誤差による比較位
置ずれを減少させる。 【解決手段】 基板上のパターンをレンズ系を介してＣ
ＣＤ受光素子１１上に結像する。画像データ供給手段は
ＣＣＤ受光素子１１からの信号に基づいた一連の第１の
画像データを供給する。遅延手段１４は第１の画像デー
タを遅延データに相当する画素数分だけ遅延させる。サ
ブピクセル補正手段１５はピッチとの間の位相ずれに相
当する位相ずれデータに基づいたサブピクセル補正処理
を第１及び第２の画像データに施し、第３及び第４の画
像データを出力する。データ供給手段は、画像データ供
給手段から供給される第１の画像データが受光素子手段
１１上の結像がレンズ系のどの領域に対応する結像であ
るのかに応じて修正の施された遅延データ及び位相ずれ
データを遅延手段及びサブピクセル補正手段に供給す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶ディスプレ
イの製造工程においてガラス基板上に形成された電極パ
ターンやフィルタパターンの欠陥や、このガラス基板上
に異物が付着していないかなどを検出する欠陥検査装置
に係り、特にパターン比較方式によって欠陥を検出する
際の受光素子面における倍率誤差を補正した欠陥検査装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉ
ｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、ＣＲＴ（Ｃ
ａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）に比べて薄型化、軽
量化が可能であるため、ＣＴＶ（Ｃｏｌｏｒ Ｔｅｌｅ
ｖｉｓｉｏｎ）やＯＡ機器等のディスプレイ装置として
採用され、画面サイズも１０型以上の大形化が図られ、
より一層の高精細化及びカラー化が押し進められてい
る。液晶ディスプレイには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎ
ｅｍａｔｉｃ）型、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅ
ｄ Ｎｅａｔｉｃ）型、及びＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌ
ｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型などの種類がある。これ
らの液晶ディスプレイの中で、特にカラー液晶ディスプ
レイは、各画素電極に対応してパターン化されたカラー
フィルタ基板が張り合わせられている。このカラーフィ
ルタ基板と画素電極基板とによって、液晶ディスプレイ
のカラー表示が可能である。

【０００３】欠陥検査装置は、このカラーフィルタ基板
及び画素電極基板上に発生する様々な欠陥（例えば黒色
欠陥、突起欠陥、ピンホール欠陥、色抜け欠陥、パター
ン欠陥など）を検出するものである。従来の欠陥検査装
置は、カラーフィルタ基板上に形成されたフィルタパタ
ーン及び画素電極基板上に形成された電極パターンなど
が繰り返し性（周期性）を有することを利用して様々な
欠陥を検出している。図２は、パターン比較方式によっ
て欠陥検査を行う場合の受光素子（ＣＣＤ）１１と結像
レンズ２２と基板２３との位置関係を示す図である。図
から明らかなように基板２３上のフィルタパターンは結
像レンズ２２を介してＣＣＤ受光素子１１上に結像す
る。パターン比較方式は、基板上に設けられているＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタパターン
と、これらの各カラーフィルタの色混合を防止するため
に設けられたブラックマトリクス（ＢＭ）パターンが交
互に繰り返して配列されていること、すなわちパターン
の周期性に注目して、隣接する同色パターン同士を順次
比較して、その差画像（濃淡情報）から各種の欠陥を検
出する方式である。

【０００４】図４は従来の欠陥検査装置の概略構成を示
す図である。ＣＣＤ受光素子１１は、４０００〜５００
０画素程度のものであり、１画素当たりのサイズが約１
２．２〔μｍ〕である。ＣＣＤ受光素子１１は基板２３
からの透過光又は反射光を受光する。ＣＣＤ受光素子１
１の出力映像はＡ／Ｄ変換器１２によって８ビットのデ
ィジタルデータ（濃淡情報）に変換され、ＦＩＦＯメモ
リ１３に取り込まれる。このとき、検査ステージ（図示
せず）が約２５〔μｍ〕移動するので、ＣＣＤ受光素子
１１からは次のエリアの映像信号がＦＩＦＯメモリ１３
に取り込まれる。これと同時にＦＩＦＯ１３からは前の
エリアの第１画像データｆ（ｘ）が出力され、次段の遅
延回路（シフトレジスタ）１４からはパターンピッチ分
遅延した第２画像データｇ（ｘ）がそれぞれ、サブピク
セル補正回路１５に出力される。

【０００５】一般に、パターンピッチＰ〔μｍ〕は、Ｃ
ＣＤ受光素子１１の１画素のサイズａ（約１２．２〔μ
ｍ〕）の整数倍でなく、位相ずれε〔μｍ〕を生ずるも
のである。従って、第１画像データｆ（ｘ）と第２画像
データｇ（ｘ）との差分の絶対値にはこの位相ずれεに
起因した差信号レベルΔＶというノイズが発生する。従
って、この差信号レベルΔＶと同程度の欠陥は検出が困
難であるという問題があった。そこで従来はサブピクセ
ル補正と呼ばれる処理を行って、位相ずれεに起因する
差信号レベルΔＶを低減している。すなわち、図５
（Ａ）に示すようにＣＣＤ受光素子１１のｊ＋１番目の
画素にパターンピッチＰ〔μｍ〕のエッジが位置し、そ
れが位相ずれε〔μｍ〕となる。すなわち、ＣＣＤ受光
素子１１の１画素のサイズをａ、パターンピッチＰに対
応した画素数（整数）をｊ個とすると、パターンピッチ
Ｐは、Ｐ＝ａ×ｊ＋εと表現される。

【０００６】サブピクセル補正回路１５ではＣＣＤ受光
素子１１の各画素の輝度データ、すなわち画像データｆ
（ｘ），ｇ（ｘ）をこの位相ずれε〔μｍ〕を考慮して
補正している。これによって、前述の差信号レベルΔＶ
を低減している。すなわち、サブピクセル補正回路１５
はＦＩＦＯ１３からの第１画像データｆ（ｘ）と遅延回
路（シフトレジスタ）１４からの第２画像データｇ
（ｘ）をそれぞれ入力し、これらに所定の演算（サブピ
クセル補正）処理を行う。

【０００７】すなわち、ｉ番目の画像データに対して、
次式を適用し、その輝度データを求めている。 Ｆ（ｉ）＝ｆ（ｉ）＋ｅ×｛ｆ（ｉ−１）−ｆ（ｉ＋
１）｝ ここで、ｅはｋ×（ε／ａ）である。ここでｋはレンズ
の特性などにより決定する１以下の係数である。

【０００８】上式をＣＣＤ受光素子１１の各画素に対応
したＦＩＦＯ１３からの第１画像データｆ（ｘ）と遅延
回路（シフトレジスタ）１４からの第２画像データｇ
（ｘ）に適用（演算処理）することによって、サブピク
セル補正が施され、補正後の第１画像データＦ（ｘ）と
第２画像データＧ（ｘ）が差画像演算回路１６に出力さ
れる。このサブピクセル補正処理によって差信号レベル
ΔＶの影響がなくなり、隣接パターンの比較差信号の正
確な値を求めることができるようになる。

【０００９】差画像演算回路１６は第１画像データＦ
（ｘ）と第２画像データＧ（ｘ）の差分の絶対値Ｖを演
算する。欠陥判定回路１７は差画像演算回路１６からの
差分の絶対値Ｖがしきい値よりも大きいかどうかの判定
を行い欠陥の判定を行う。この差分の絶対値Ｖは隣接パ
ターンの比較差信号であり、理想的な条件の下では、ゼ
ロである。ところが、この差分の絶対値がしきい値より
も大きい場合には欠陥と判定され、その差分の符号変化
に基づいてピンホール欠陥なのかパターン欠陥なのかが
判別可能になっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】サブピクセル補正は結
像レンズ２２の全ての領域において、図５（Ａ）のよう
にＣＣＤ受光素子１１のｊ＋１番目の画素にパターンピ
ッチＰ〔μｍ〕のエッジが位置し、それが位相ずれε
〔μｍ〕となる場合には有効な補正処理である。図５
は、結像レンズの歪みによってパターンピッチのエッジ
がＣＣＤ受光素子上でどのような位置ずれを生じて現れ
るのかを示す図である。すなわち、結像レンズ２２によ
る結像が歪みなく理想的に行われる場合には非常に有効
であるが、実際には結像レンズ２２の歪みに起因する受
光素子面における倍率誤差よって、結像レンズ２２の特
定部分においては図５（Ｂ）の縮小歪みのようにパター
ンピッチのエッジが受光素子１１のｊ番目に現れたり、
図５（Ｃ）の拡大歪みのように受光素子１１のｊ＋２番
目に現れたり、また、位相ずれ量εもまちまちの値とな
り、隣接パターンの比較位置にずれが生じることにな
る。このような比較位置のずれを検査時にリアルタイム
に補正するには、回路規模が大きく高価となるため好ま
しくない。だからといって、比較位置のずれたままサブ
ピクセル補正を行っても差信号レベルΔＶを有効に低減
することができなくなる。また、このような受光素子面
における倍率誤差は結像レンズの取付誤差や基板の傾き
などにも起因するものである。

【００１１】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、結像レンズのレンズ歪みや取付誤差、基板の傾
きなどに起因した受光素子面の倍率誤差による比較位置
ずれを減少することのできる欠陥検査装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る欠陥検
査装置は、基板上に形成された所定ピッチのパターンを
結像するレンズ系と、前記パターンの結像を前記レンズ
系を介して受光する受光素子手段と、前記受光素子手段
からの信号に基づいた一連の第１の画像データを供給す
る画像データ供給手段と、前記第１の画像データを遅延
データに相当する画素数分だけ遅延させた第２の画像デ
ータを出力する遅延手段と、前記ピッチとの間の位相ず
れに相当する位相ずれデータに基づいたサブピクセル補
正処理を前記第１及び第２の画像データに施し、第３及
び第４の画像データを出力するサブピクセル補正手段
と、前記画像データ供給手段から供給される前記第１の
画像データが前記受光素子手段の受光領域のどこに位置
するデータであるかに応じた前記遅延データ及び前記位
相ずれデータを供給するデータ供給手段と、前記第３及
び第４の画像データの差画像に基づいて前記パターンの
欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたものである。

【００１３】従来は、遅延手段に供給される遅延データ
及びサブピクセル補正手段に供給される位相ずれデータ
は欠陥検査を行う間、固定された値であった。これに対
して、この発明では、画像データ供給手段から供給され
る第１の画像データが受光素子手段の受光領域のどこに
位置するデータなのか、すなわち、受光素子手段上の結
像がレンズ系のどの領域に対応する結像であるのかに応
じて、データ供給手段はそのレンズ系の各領域のレンズ
歪みに応じて修正の施された遅延データ及び位相ずれデ
ータを遅延手段及びサブピクセル補正手段に供給してい
る。これによって、レンズ歪みを有する結像レンズを用
いた場合でも、そのレンズ歪みに起因した受光素子面に
おける倍率誤差による比較位置ずれの影響の少ないパタ
ーン比較方式による欠陥検査を行うことができる。ま
た、結像レンズの取付誤差や基板の傾きに起因する受光
素子面における倍率誤差による比較位置ずれの影響に対
しても同様の効果がある。

【００１４】出願時の請求項２に記載された本発明に係
る欠陥検査装置は、前記請求項１に記載の欠陥検査装置
の一実施態様として、前記データ供給手段を、基準パタ
ーンに基づいて前記遅延データ及び前記位相ずれデータ
を順次可変制御して、最適な差画像データが得られる遅
延データ及び位相ずれデータを前記受光素子の受光領域
毎に予め記憶している記憶手段から順次読み出して供給
するようにしたものである。この発明は遅延データ及び
位相ずれデータの作成方法に関する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
１に従って説明する。図１は、本発明に係る欠陥検査装
置の概略構成を示す図であり、図１において図４と同じ
構成のものには同一の符号が付してあるので、その説明
は省略する。本発明の実施の形態に係る欠陥検査装置が
図４のものと異なる点は、結像レンズ２２を複数ブロッ
クＢ１〜Ｂｎに区分し、その区分毎に遅延回路１４に供
給する画素数データｊｖ１〜ｊｖｎを画素数メモリ１８
に、サブピクセル補正回路１５に供給する位相ずれデー
タｋｖ１〜ｋｖｎを位相ずれメモリ１９にそれぞれ予め
記憶しておき、これらの値をＣＰＵ２０によって欠陥検
査処理時にリアルタイムに読み出して、供給するように
した点である。

【００１６】図２に示すように、結像レンズ２２を複数
ブロックＢ１〜Ｂｎに区分する。これ伴って、ＣＣＤ受
光素子１１の各画素も区分される。例えば、結像レンズ
２２をブロックＢ１〜Ｂ５０の５０個の領域に区分する
場合、ＣＣＤ受光素子１１の画素数が５０００個であれ
ば、結像レンズ２２の１個のブロックに相当する画素数
は１００個となる。この１００個の画素が結像レンズ２
２の１個のブロックに相当する画素数となる。また、画
像メモリ１８には５０個の画素数データｊｖ１〜ｊｖ５
０が記憶され、位相ずれメモリ１９には５０個の位相ず
れデータｋｖ１〜ｋｖ５０が記憶されることになる。こ
れらの画素数データｊｖ１〜ｊｖｎ及び位相ずれデータ
ｋｖ１〜ｋｖｎの演算方法については後述する。

【００１７】まず、この実施の形態では、画素数データ
ｊｖ１〜ｊｖｎ及び位相ずれデータｋｖ１〜ｋｖｎの算
出基準となるフィルタパターン及び電極パターンの印刷
された基準パターン基板を用いて次のような処理を行
う。この基準パターン基板にはパターンピッチＰ＝３０
０〔μｍ〕のパターンが印刷されているものとする。Ｃ
ＣＤ受光素子１１の１画素のサイズａは約１２．２〔μ
ｍ〕とする。この結果、Ｐ／ａ＝ｊ＋ｋ（ｊ：整数部，
ｋ：小数部）のｊは２４となり、ｋは約０．６となる。
ここで、ｊはパターンピッチに対応する画素数であり、
ｋはパターンピッチＰとＣＣＤ受光素子の位相ずれ画素
端数である。スイッチ２２をオン状態に設定して、この
ｊ＋ｋの値を±１の範囲内において０．１刻みで変化さ
せて、サブピクセル補正回路１５によるサブピクセル補
正処理を行う。そして、このサブピクセル補正処理によ
って得られた第１画像データＦ（ｘ）と第２画像データ
Ｇ（ｘ）に基づいて差画像演算回路１６は、その差分の
絶対値Ｖを求める。差画像演算回路１６から出力される
差分の絶対値Ｖはスイッチ２２を介して最小値検出回路
２１に取り込まれる。

【００１８】すなわち、画素数ｊと画素端数ｋを中心に
±１画素の範囲（ｊ−１〜ｊ＋１）で０．１刻みで画素
端数ｋを変化させた図３に示すようなテーブルを作成す
る。図３は最小値検出回路２１によって作成される差分
の絶対値の総和（ΣＶ）１〜（ΣＶ）２１を記録したテ
ーブルの内容を示す図である。図３のテーブルの第１行
の画素数ｊｖがｊ−１で画素端数ｋｖがｋのときの差分
の絶対値Ｖを結像レンズ２２の第１ブロックＢ１に属す
る全画素に対して行う。すなわち、前述のように第１ブ
ロックＢ１に相当する画素数が１００個の場合だと１０
０個分に相当する差分の絶対値Ｖが算出され、その総和
が（ΣＶ）１となり、第１ブロックＢ１の値として記録
される。以下同様にして、画素端数ｋの値を０．１刻み
で変化させながら、その差分の絶対値の総和（ΣＶ）２
〜（ΣＶ）２１を算出する。以上の処理を残りの全ての
ブロックＢ２〜Ｂｎについて行う。このようにして算出
された差分の絶対値の総和（ΣＶ）１〜（ΣＶ）２１の
中から、各ブロックにおいて、最も小さな総和ＭｉｎΣ
｜Ｖ｜を最小値検出回路２１で検出する。ＣＰＵ２０
は、最小値検出回路２１によって検出された最小総和Ｍ
ｉｎΣ｜Ｖ｜に対応する画素数ｊｖと画素端数ｋｖを第
１ブロックの画素数データｊｖ１及び位相ずれデータｋ
ｖ１として画素数メモリ１８及び位相ずれメモリ１９に
それぞれ記憶する。以下、同様にして、他のブロックＢ
２〜Ｂｎについても画素数データｊｖ２〜ｊｖｎ及び位
相ずれデータｋｖ２〜ｋｖｎを画素数メモリ１８及び位
相ずれメモリ１９に記憶する。

【００１９】以上の処理が終了した時点でスイッチ２２
をオフ状態に設定し、通常の欠陥検査処理を行う。この
とき、ＣＰＵ２０は、画素数メモリ１８及び位相ずれメ
モリ１９から各ブロックに対応した画素数データｊｖ１
〜ｊｖｎ及び位相ずれデータｋｖ１〜ｋｖｎを順次読み
出して、遅延回路１４及びサブピクセル補正回路１５に
供給する。画素数メモリ１８は各ブロックＢ1 〜Ｂｎを
アドレスとした画素数データｊｖ（ｊ−１，ｊ，ｊ＋１
のいずれか）を記憶しており、ＣＰＵ２０からのアドレ
スに応じた画素数データｊｖ１〜ｊｖｎを遅延回路１４
に出力する。例えば、図５（Ｂ）の縮小歪みに相当する
ブロックではｊ−１の画素数データｊｖが、拡大歪みに
相当するブロックではｊ＋１の画素数データｊｖが、そ
れ以外のブロックではｊの画素数データｊｖがそれぞれ
出力されることになる。位相ずれメモリ１９は、結像レ
ンズ２２のブロックＢ１〜Ｂｎをアドレスとした位相ず
れデータｋｖ（０から０．９までの０．１刻みの値）を
記憶しており、ＣＰＵ２０からのアドレスに応じた位相
ずれデータｋｖ１〜ｋｖｎをサブピクセル補正回路１５
に出力する。

【００２０】サブピクセル補正回路１５は、第１画像デ
ータｆ（ｘ）と第２画像データｇ（ｘ）を入力し、これ
らのデータを位相ずれデータｋｖに基づいて補正し、補
正後の第１画像データＦ（ｘ）及び第２画像データＧ
（ｘ）を差画像演算回路１６に出力する。差画像演算回
路１６はサブピクセル補正回路１５からの第１画像デー
タＦ（ｘ）と第２画像データＧ（ｘ）の差分の絶対値Ｖ
を演算する。欠陥判定回路１７は差画像演算回路１６か
らの差分の絶対値Ｖがしきい値よりも大きいかどうかの
判定、すなわち欠陥の判定を行う。

【００２１】上述の実施の形態では、ＣＣＤ受光素子が
ライン型センサの場合について説明したが、エリア型セ
ンサの場合には、レンズブロックを２次元マトリック上
に区分けし、同様の処理を行えばよいことはいうまでも
ない。

【００２２】上述の実施の形態では、画素数データ及び
位相ずれデータを画素数ｊと画素端数ｋを中心に±１画
素の範囲（ｊ−１〜ｊ＋１）で０．１刻みで画素端数ｋ
を変化させて取得する場合について説明したが、これら
の数値は一例であり、結像レンズの性能によってはこれ
よりも少ない範囲や多い範囲について行ってもよいこと
は言うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、結像レンズのレンズ歪
みや取付誤差、基板の傾きなどに起因した受光素子面の
倍率誤差による比較位置ずれを減少することができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のレンズ歪み補正方式を適用した欠陥
検査装置の概略構成を示す図である。

【図２】 パターン比較方式によって欠陥検査を行う場
合のＣＣＤ受光素子と結像レンズと基板との位置関係を
示す図である。

【図３】 最小値検出回路によって作成される差分の絶
対値の総和（ΣＶ）１〜（ΣＶ）２１を記録したテーブ
ルの内容を示す図である。

【図４】 従来の欠陥検査装置の概略構成を示す図であ
る。

【図５】 結像レンズの歪みによってパターンピッチの
エッジがＣＣＤ受光素子上でどのような位置ずれを生じ
て現れるのかを示す図である。

【符号の説明】

１１…ＣＣＤ受光素子、１２…Ａ／Ｄ変換器、１３…Ｆ
ＩＦＯメモリ、１４…遅延回路、１５…サブピクセル補
正回路、１６…差画像演算回路、１７…欠陥判定回路、
１８…画素数メモリ、１９…位相ずれメモリ、２０…Ｃ
ＰＵ、２１…最小値検出回路、２２…スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G051 AA73 AB01 AB07 CA04 EA04 EA08 EA14 EA16 EC02 ED09 5B057 AA03 BA02 CA02 CA06 CA12 CB02 CB06 CB12 CC01 DA03 DB02 DB05 DB08 DC32

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された所定ピッチのパター
   ンを結像するレンズ系と、 前記パターンの結像を前記レンズ系を介して受光する受
   光素子手段と、 前記受光素子手段からの信号に基づいた一連の第１の画
   像データを供給する画像データ供給手段と、 前記第１の画像データを遅延データに相当する画素数分
   だけ遅延させた第２の画像データを出力する遅延手段
   と、 前記ピッチとの間の位相ずれに相当する位相ずれデータ
   に基づいたサブピクセル補正処理を前記第１及び第２の
   画像データに施し、第３及び第４の画像データを出力す
   るサブピクセル補正手段と、 前記画像データ供給手段から供給される前記第１の画像
   データが前記受光素子手段の受光領域のどこに位置する
   データであるかに応じた前記遅延データ及び前記位相ず
   れデータを供給するデータ供給手段と、 前記第３及び第４の画像データの差画像に基づいて前記
   パターンの欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたこと
   を特徴とする欠陥検査装置。
2. 【請求項２】 前記データ供給手段は、基準パターンに
   基づいて前記遅延データ及び前記位相ずれデータを順次
   可変制御して、最適な差画像データが得られる遅延デー
   タ及び位相ずれデータを前記受光素子の受光領域毎に予
   め記憶している記憶手段から順次読み出して供給するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。