JP2000180373A - 欠陥検査方法及び欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広範囲の検査対象領域を高分解能で測定でき
るようにする。 【解決手段】 被検査物であるガラス基板３１からの光
を、光軸が互いに略平行に設定された複数のレンズ３２
ｂよりなるレンズアレイ３２により取り出し、取り出し
た光を、空間フィルタ（ハイパスフィルタ）３３を通し
て、結像レンズ３４によりＣＣＤカメラ３５の受光領域
に集中して結像させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体（被検査物）
の表面もしくは内部にある微小な欠陥や付着物（広い意
味で欠陥に相当）などを検出する欠陥検査方法、及び、
この方法の実施に使用する欠陥検査装置に係り、特にガ
ラス基板などのように薄い板状の物の検査に好適な欠陥
検査方法及び欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】メモリ素子のような規則的な繰り返しパ
ターンを持つ検査対象に対し、平行光を照明し、対象物
体からの反射回折光をレンズにより検出すると、その物
体のパターンに応じたフーリエ変換像がレンズの後側焦
点面に形成されることが知られている。

【０００３】図５は欠陥検出の原理を示す光学系の一例
を示す。図５において、１は被検査物、２は対物レン
ズ、３はハーフミラー、４は空間フィルタ、５は画像検
出器である。ハーフミラー３は、被検査物１と対物レン
ズ２の間に配置され、照明光６を被検査物１に向けて反
射すると同時に、被検査物１に当たって反射した光を対
物レンズ２へ向けて透過する。空間フィルタ４は、検査
対象のパターンに応じたパターンを有しており、対物レ
ンズ２の後側焦点面（フーリエ変換面）に配置されてい
る。従って、規則的な対象パターンからの回折光が空間
フィルタ４にて遮光され、不規則な欠陥７からの回折光
のみが、選択的に対物レンズ２の像面８に結像される。
従って、その結像面に置いた画像検出器５により、欠陥
のみの画像信号を得ることができる。

【０００４】図６はＩＣマスクの欠陥を検査するための
光学系の例を示す。図６において、１１はレーザ、１２
はコリメータ、１３はダイクロイックミラー、１４は緑
色フィルタランプ、１５はコリメータ、１６は被検査物
であるＩＣマスク、１７はフーリエ変換用の対物レン
ズ、１８は緑色の方向性フィルタ（空間フィルタ）、１
９は結像レンズ、２０は再結像面である。ＩＣマスク１
６は大部分が縦と横の直線成分からできているので、方
向性フィルタ１８でこの成分を遮断する。これにより、
欠陥部分の成分のみが再結像面２０に結像される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の欠陥検査のため
の光学系は上述のように構成されていたが、対物レンズ
２、１７が単レンズにより構成されていたので、１μｍ
以下の欠陥のような微小な欠陥を検出するためにレンズ
の倍率を大きくすると、検査対象面積（検査領域）を小
さくせざるを得なくなり、全体の検査に長時間を要する
という問題があった。

【０００６】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、広範囲の検査対象を高分解能で
比較的安価に測定することのできる欠陥検査方法、並び
に欠陥検査装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の欠陥検
査方法は、被検査物の検査領域にある欠陥を光学的な画
像検出手段を用いて検出する欠陥検査方法において、検
査領域からの光を、光軸が互いに略平行に設定された複
数のレンズよりなるレンズアレイにより取り出し、該レ
ンズアレイの各レンズにより取り出された光を、結像レ
ンズにより前記画像検出手段の受光領域に集中して結像
させ、該像に応じた検出手段の信号により欠陥を検出す
ることを特徴とする。

【０００８】この発明では、複数のレンズよりなるレン
ズアレイにより、被検査物の各部分の像が別々にフーリ
エ変換される。そして、別々にフーリエ変換された像が
再び結像レンズにより逆フーリエ変換されることで、検
出手段の１つの受光領域に集中して結像される。従っ
て、被検査物の各部分の像が検出手段の受光領域内に全
て重ね合わせた状態で結像されることになり、一箇所で
も欠陥があれば、重ね合わさった像の中から、欠陥の像
が検出される。つまり、対物レンズをレンズアレイにす
ることで、１つの検出手段でありながら、大面積の検査
領域を高い分解能で一度に検査することが可能となる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１におけるレン
ズアレイと結像レンズとの間に、欠陥に関する情報のみ
を通過させる空間フィルタを配置し、レンズアレイの各
レンズにより取り出された光を空間フィルタによりフィ
ルタリングしてから結像レンズに導入することを特徴と
する。

【００１０】この発明では、空間フィルタの働きによ
り、レンズアレイ（対物レンズ）でフーリエ変換された
各光を、欠陥などにより散乱されない光と、欠陥などに
より散乱された光に分ける。そして、空間フィルタによ
ってフィルタリングされた欠陥による光のみが、結像レ
ンズにより逆フーリエ変換されて、画像検出手段の受光
領域に集中して結像される。これにより、被検査物の各
部分にある欠陥などの像のみが、全て重ね合わせた状態
で画像検出手段に結像されることになり、一つの画像検
出手段であっても、大面積の検査領域を一度に高分解能
で検査することが可能となる。

【００１１】請求項３の発明は、前記空間フィルタとし
て高周波域の光のみを通過させるハイパスフィルタを用
い、このハイパスフィルタを、被検査物の検査領域から
の光のレンズアレイによる結像位置に配置することを特
徴とする。

【００１２】一般に欠陥部分のスペクトルは高周波成分
を持っている。従って、空間フィルタとしてハイパスフ
ィルタを用いることにより、欠陥部分のみを抽出するこ
とができる。即ち、周辺のノイズ成分を除去して、欠陥
部分だけを明るく表示させることが可能となる。特に、
レンズアレイによる結像位置にハイパスフィルタを配置
することで、フィルタリング効果を上げることができ
る。

【００１３】請求項４の発明は、前記ハイパスフィルタ
を、結像レンズの前側焦点位置に配置することを特徴と
する。

【００１４】こうすることで、ハイパスフィルタを通過
した欠陥部分の光のみを、鮮明に画像検出手段に結像さ
せることができる。

【００１５】請求項５の発明は、検査領域からの光を、
被検査物を透過した平行光または被検査物にて反射した
平行光としたことを特徴とする。

【００１６】上記の発明において、被検査物からの光は
透過光でも反射光でもよく、被検査物を透過した光をレ
ンズアレイで取り出すようにしてもよいし、あるいは、
ハーフミラーなどの光学系により反射（または透過）さ
せた光を被検査物に照射し、被検査物より反射した光
を、前記ハーフミラーを通過（または反射）させてレン
ズアレイにより取り出してもよい。請求項５の発明で
は、このとき、被検査物の検査領域からの光が、前記被
検査物を透過（または反射）し、ほぼ平行光の状態でレ
ンズアレイに入射するようにし、できるだけ鮮明な像が
得られるようにしている。なお、被検査物の検査領域の
像は、被検査物がレンズアレイを構成する各レンズの前
側焦点位置にくるようにすることが、本発明の光学系に
より前記検査領域の像を正確にフーリエ変換する上から
好ましい。

【００１７】請求項６の発明の欠陥検査装置は、被検査
物の検査領域からの光を用いて前記検査領域にある欠陥
を検出する欠陥検査装置において、検査領域からの光を
取り出すための、光軸が互いに略平行に設定された複数
のレンズよりなるレンズアレイと、レンズアレイを構成
する各レンズにより取り出された光をフィルタリングす
る空間フィルタと、空間フィルタによりフィルタリング
された各光を１点に集中して結像させる結像レンズと、
結像レンズにより結像された像に応じた信号を出力する
画像検出手段とを備え、画像検出手段の出力信号により
欠陥を検出することを特徴とする。

【００１８】この発明によれば、複数のレンズよりなる
レンズアレイにより、被検査物の各部分の像を別々にフ
ーリエ変換する。フーリエ変換した像は、空間フィルタ
でフィルタリングすることにより、欠陥などにより散乱
されない光と、欠陥などにより散乱された光に分ける。
そして、空間フィルタによってフィルタリングされた欠
陥による光のみを結像レンズで逆フーリエ変換すること
により、画像検出手段の受光領域に集中して結像させ
る。従って、被検査物の各部分にある欠陥などの像のみ
を、全て重ね合わせた状態で画像検出手段に結像させる
ことができ、一つの画像検出手段であっても、大面積の
検査領域を一度に高分解能で検査することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。ここで検査の対象とする物（被検査
物）は、厚さ１ｍｍ、直径約７５ｍｍのガラス基板であ
る。図１に本発明の検査装置の概略構成を示す。

【００２０】照明用の光源としては５ｍＷのＨｅ−Ｎｅ
レーザ（図示略）を用いており、該レーザの光をスペー
シャルフィルタに通した後、約９０ｍｍφの平行光３０
としてガラス基板３１に照射する。

【００２１】この欠陥検査装置は、被検査物であるガラ
ス基板３１の欠陥を光学的に検出するものであり、ガラ
ス基板３１からの透過光の入る対物レンズとしてのレン
ズアレイ３２と、レンズアレイ３２の後ろに配された空
間フィルタ３３と、さらにその後ろに配された結像レン
ズ３４と、結像レンズ３４によって受光領域に結像され
た像を電気信号に変換するＣＣＤカメラ（画像検出手
段）３５と、ＣＣＤカメラ３５の画像信号を処理する表
示装置を備えたコンピュータ３６とから構成されてい
る。

【００２２】レンズアレイ３２は、光軸が互いに略平行
に設定された複数の屈折型レンズ３２ｂを一定ピッチで
配したものであり、リソグラフィの技術を用い石英基板
をエッチングすることにより作製されている。レンズア
レイ３２は、焦点距離１０ｍｍ、８ｍｍ□、レンズ個数
３×３のもので、その前側焦点がガラス基板３１の表面
となるように配置されている。

【００２３】レンズアレイ３２の後ろ側には、各レンズ
３２ｂの後側焦点位置に直径約３μｍφの透光孔を有す
る空間フィルタ（ハイパスフィルタとして機能）３３が
配され、その後ろに、空間フィルタ３３が前側焦点とな
るように焦点距離４４ｍｍ、直径４０ｍｍφの結像レン
ズ３４が配され、さらにその後ろに、結像レンズ３４の
後側焦点位置に位置させてＣＣＤカメラ３５が配されて
いる。そして、レンズアレイ３２の各レンズ３２ｂによ
り取り出された光を、空間フィルタ３３に通した後で、
結像レンズ３４によりＣＣＤカメラ３５の１つの受光領
域に集中して結像させるようになっている。

【００２４】画像検出のためのＣＣＤカメラ３５として
は、画素サイズ９μｍ□、有効画素数約４１００×４１
００（面積約３６ｍｍ□）のものを用いている。

【００２５】次に本発明の欠陥検査方法を上記装置の作
用として説明する。上記の装置では、レンズアレイ３２
の各レンズ３２ｂにより、ガラス基板３１の検査領域内
の各部分の像が別々にフーリエ変換される。そして、別
々にフーリエ変換された像が空間フィルタ３３を通るこ
とで、欠陥などにより散乱されない光と、欠陥などによ
り散乱された光に区別される。欠陥部分で散乱した光は
高周波成分を多く含むので、この高周波成分の光のみが
空間フィルタ（ハイパスフィルタ）３３の透光孔を通過
し、他の帯域の光は遮断される。

【００２６】空間フィルタ３３を通過した欠陥部分の情
報を含んだ光は、次に再び結像レンズ３４により逆フー
リエ変換されることで、ＣＣＤカメラ３５の受光領域に
集中して結像される。つまり、ＣＣＤカメラ３５の受光
領域内、より具体的には、撮影面上のほぼ同―点に重ね
て、検査対象各部の像が結像される。従って、レンズア
レイ３２の各レンズ３２ｂに対応した検査対象各部の一
箇所にでも欠陥があれば、重ね合わさった像の中に、欠
陥が鮮明に現れることになり、後はコンピュータ３６で
画像処理することによって、欠陥を簡単に検出すること
ができる。この場合、空間フィルタ３３によって欠陥以
外の像がカット（遮断）されるので、ＣＣＤカメラ３５
は、欠陥のみの画像を明るい状態ではっきりと撮影する
ことができる。

【００２７】このように、対物レンズをレンズアレイ３
２にすることで、１つのＣＣＤカメラ３５で、大面積の
検査領域を高い分解能で一度に検査することができる。
ちなみに、上記の装置によれば、ガラス基板３１内の５
０ｍｍ□の領域を、光学倍率４．４倍で、４回の画像取
り込みにより検査することができた。これは、同じ倍率
で個別にスキャンした場合に比べて、１／９の画像の取
り込み回数で済んだことになる。この場合の分解能は１
画素２μｍである。

【００２８】なお、上記の例では、照明光をガラス基板
３１に透過させる場合を示したが、ガラス基板３１に照
明光を当てて、その反射光をレンズアレイ３２に導くよ
うにしてもよい。透過光を利用する場合も反射光を利用
する場合も、検査領域からの光が平行光となるようにす
ればよい。

【００２９】図２、図３はその場合の例を示す。図では
主要部のみ示している。図２の例では、ガラス基板（被
検査物）３１と、対物レンズであるレンズアレイ３２の
間にハーフミラー３８を配置し、照明光４０をハーフミ
ラー３８で反射させてガラス基板３１に導き、ガラス基
板３１で反射した光をハーフミラー３８を透過させてレ
ンズアレイ３２に導いている。

【００３０】図３の例では、ガラス基板３１とレンズア
レイ３２を直交する関係で配置すると共に、両者に４５
度の角度で向かい合うようハーフミラー３８を配置し、
照明光４０をハーフミラー３８を透過させてガラス基板
３１に照射し、ガラス基板３１で反射した光を、ハーフ
ミラー３８で反射させてレンズアレイ３２に導くように
している。

【００３１】また、上記実施の形態では、結像レンズ３
４による像を直接ＣＣＤカメラ３５で捉えるようにした
が、結像レンズ３４の像面にスクリーンを配置し、スク
リーン上の像をＣＣＤカメラ３５で撮影するようにして
もよい。

【００３２】また、上記実施の形態では、レンズアレイ
３２の焦点位置が、レンズアレイ３２を構成するレンズ
基板３２ａの外にあるような構成としたが、焦点がレン
ズ基板３２ａの表面となるように作製し、ガラス基板３
１の表面をレンズ基板３２ａに密着させるようにしても
よい。これにより測定対象であるガラス基板３１のセッ
ティング時の位置決め・位置合わせが容易になる。

【００３３】また、上記実施の形態では、同時に検査領
域の全ての部分の像が一度に結像される場合について述
べたが、例えば、１個のピンホールを設けた遮光板をガ
ラス基板３１とレンズアレイ３２との間に光軸と直交す
る方向に移動自在に設け、この遮光板のピンホールを用
いて検査対象の各部（レンズアレイ３２のレンズ３２ｂ
に対応する部分）の像を一つずつＣＣＤカメラ３５上に
結像させてもよい。こうすれば、欠陥があった場合に、
どの部分に欠陥があるかを知ることができる。ピンホー
ルを複数個設けて複数部分単位で欠陥の存在を調べるこ
ともできる。この場合の遮光板は、レンズアレイ３２と
結像レンズ３４との間に設けても同様の効果を得ること
ができる。

【００３４】また、検査対象各部に対応させて、波長の
異なる波長フィルタをレンズアレイ３２の前や後に配置
し、この波長フィルタを用いることで、色により各部の
像を区別することも可能である。

【００３５】また、波長フィルタに波長可変フィルタを
用いれば、透過波長を制御することにより、モノクロＣ
ＣＤカメラでも各部の欠陥の識別を行える。その場合の
波長可変フィルタは液晶フィルタで構成することができ
る。また、波長可変フィルタを配置する代りに、ガラス
基板３１に対する照明手段として、波長可変光源を用い
ることもできる。

【００３６】また、上記実施の形態では、レンズアレイ
３２のレンズ３２ｂとして、屈折型レンズを用いた場合
について述べたが、より高い集光効率を得るために、図
４（ａ）に示すような回折型のレンズ１１０を用いても
よい。回折型レンズを用いると、屈折型レンズに比べ、
より設計の自由度が増す。また、より良好なコントラス
トで光量変動の少ない結像が得られる軸外し光学系を用
いることもできる。図４（ｂ）はバイナリレンズ１１１
を用いた軸外し光学系の例であり、バイナリレンズ１１
１の半径Ｒを図４（ａ）のレンズ１１０の約２倍にして
レンズ面積を増大するとともに、これを分割して半円形
状とし、この半円形状のバイナリレンズ１１１を、検査
対象各部に対応する光軸が互いにほぼ平行で、光軸を結
ぶ直線上に沿って左右交互にずらして並べたものであ
る。このようにバイナリレンズ１１１を軸外し光学系の
対物レンズとして用いることによりＦナンバを大きくす
ることができ、明るく高分解能な測定を実現できる。な
お、軸外し光学系はレンズアレイ３２のうちの全部では
なく、一部とすることもできる。

【００３７】また、上記実施の形態では、結像レンズ３
４は１枚であるが、複数のレンズを組み合わせて結像レ
ンズとしてもよく、この場合、複数のレンズにより合成
された１枚の結像レンズと考えて本発明を適用すること
ができる。

【００３８】なお、本発明は空間フィルタを用いない場
合にも適用できるが、空間フィルタを用いる場合と用い
ない場合とでは欠陥像の違いは次のようになる。空間フ
ィルタを用いた上記実施の形態では、真っ暗な暗背景上
に２０〜３０％の明るさで欠陥の像が見えるのに対し、
空間フィルタを用いない場合には、１００％の明るい明
背景上に７０〜９０％の明るさで欠陥の像が検出され
る。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
レンズアレイにより被検査物の各部分を別々にフーリエ
変換し、別々にフーリエ変換した像を再び結像レンズに
より逆フーリエ変換して検出手段の１つの受光領域に集
中して結像させるようにしたので、被検査物の各部分の
像を全て重ね合わせた状態で検出手段の受光領域内に結
像させることができる。従って、一箇所でも欠陥があれ
ば、重ね合わさった像の中から、欠陥の像を容易に検出
することができる。その結果、１つの検出手段により大
面積の検査領域を高い分解能で一度に検査することがで
きる。

【００４０】また、空間フィルタを用いた場合は、レン
ズアレイでフーリエ変換された各光を、欠陥などにより
散乱されない光と、欠陥などにより散乱された光に分け
ることができるため、被検査物の各部分にある欠陥など
の像のみを、全て重ね合わせた状態で画像検出手段に結
像させることができ、欠陥だけを鮮明な画像から識別す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の欠陥検査装置の実施形態を示す概略構
成図である。

【図２】上記欠陥検査装置の照明系を変更した場合の要
部構成を示す概略図である。

【図３】図２と同様に他の照明系に変更した場合の要部
構成を示す概略図である。

【図４】対物レンズとしてのレンズアレイの別の実施形
態を示す光軸方向から見た正面図であり、（ａ）は通常
配置の光学系、（ｂ）は軸外し光学系を示す。

【図５】欠陥検査のための光学系の従来例を示す図であ
る

【図６】欠陥検査のための光学系の他の従来例を示す図
である

【符号の説明】

３１ ガラス基板（被検査物） ３２ レンズアレイ ３２ｂ レンズ ３３ 空間フィルタ（ハイパスフィルタ） ３４ 結像レンズ ３５ ＣＣＤカメラ（画像検出手段）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検査物の検査領域にある欠陥を光学的な
   画像検出手段を用いて検出する欠陥検査方法において、 前記検査領域からの光を、光軸が互いに略平行に設定さ
   れた複数のレンズよりなるレンズアレイにより取り出
   し、 該レンズアレイの各レンズにより取り出された光を結像
   レンズにより前記画像検出手段の受光領域に集中して結
   像させ、該像に応じた画像検出手段の信号により欠陥を
   検出することを特徴とする欠陥検査方法。
2. 【請求項２】前記レンズアレイと結像レンズとの間に、
   欠陥に関する情報のみを通過させる空間フィルタを配置
   し、レンズアレイの各レンズにより取り出された光を空
   間フィルタによりフィルタリングしてから結像レンズに
   導入することを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方
   法。
3. 【請求項３】前記空間フィルタとして高周波域の光のみ
   を通過させるハイパスフィルタを用い、このハイパスフ
   ィルタを、前記被検査物の検査領域からの光のレンズア
   レイによる結像位置に配置することを特徴とする請求項
   ２記載の欠陥検査方法。
4. 【請求項４】前記ハイパスフィルタを、前記結像レンズ
   の前側焦点位置に配置することを特徴とする請求項３記
   載の欠陥検査方法。
5. 【請求項５】前記検査領域からの光が、前記被検査物を
   透過した平行光または前記被検査物にて反射した平行光
   であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載
   の欠陥検査方法。
6. 【請求項６】被検査物の検査領域からの光を用いて前記
   検査領域にある欠陥を検出する欠陥検査装置において、 前記検査領域からの光を取り出すための、光軸が互いに
   略平行に設定された複数のレンズよりなるレンズアレイ
   と、 前記レンズアレイを構成する各レンズにより取り出され
   た光をフィルタリングする空間フィルタと、 前記空間フィルタによりフィルタリングされた各光を１
   点に集中して結像させる結像レンズと、 前記結像レンズにより結像された像に応じた信号を出力
   する画像検出手段とを備え、 前記画像検出手段の出力信号により欠陥を検出すること
   を特徴とする欠陥検査装置。