JP2001519890A

JP2001519890A - 透明な構造における三次元の欠陥位置を検出するための技術

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Publication number: JP2001519890A
Application number: JP51444197A
Authority: JP
Inventors: ヘンリイ，フランソア・ジェイ; ブライアン，マイケル・エイ
Original assignee: フォトン・ダイナミクス・インコーポレーテッド
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 2001-10-23
Anticipated expiration: 2016-10-04
Also published as: WO1997013140A1; US5790247A; KR19990064058A; JP3892906B2

Abstract

(57)【要約】起こりそうないくつかの形態の欠陥、すなわち表面上の粒子、表面中のかき傷、バルク材（１２７）中の欠陥等の異常（１１９、１３５、１３７、１３９、１４３）を検出するための方法（５００）である。この検査方法は２種類の照明を必要とし、これらの照明は互いに別々に用いることもできれば、同時に用いこともできる。これら２種類の照明は、欠陥監視ツールが検査軸沿いに欠陥の形態と欠陥の位置を識別することが可能なだけの十分な差違をもって異常を強調表示する。これらの照明方法は、プレート（１０２）が光パイプとして用いられる直接内部照明（１１４）と、外部照明（１１７）である。直接内部照明では、線光源として配列されたフレア状端部を有する光ファイバフィードがプレート（１０２）のエッジ（１２３）に連接される。外部照明では、光源（１１７）は鋭角、好ましくはかすめ角でいずれかの表面（１２１）に指向される。照明された表面上の塵埃粒子のような異常は、表面上のそれらの粒子は内部照明による弱いエバネッセント波結合のみによって他とは異なる仕方で光を散乱させるので、直接内部照明によるよりもはるかに効率的に外部前面照明によって光を散乱させる。

Description

【発明の詳細な説明】透明な構造における三次元の欠陥位置を検出するための技術本発明は、たとえば大型フラットパネルディスプレイ構造で使用することのできる構造の検査のための欠陥監視ツール及びこれに関連した方法に関するものである。より詳しくは、本発明は、フラットパネルディスプレイ用のガラスプレートの検査に関連した実施形態の形で例示説明する。しかしながら、本発明はほとんど全ての形態の透明媒質の製造に適用することができるということは認められるところであろう。液晶表示装置(LCD)等のようなフラットパネルディスプレイの需要は急速に伸び続けている。たとえば、ポケットTV、ノート型パソコン、エンジニアリングワークステーション、高品位テレビ(HDTV)等のような消費者品目では、このようなディスプレイが用いられる。このディスプレイに対する持続的需要に基づいて、業界では最新の製造ラインを新設するために多大な資本投下を行っている。しかしながら、これらの最新の製造ラインは、依然として上記のようなフラットパネルディスプレイの最終試験及び検査を人間のテストオペレータに頼っている。テストオペレータは、欠陥の有無について各ディスプレイを目視検査してディスプレイの合否を決定する。検査の質及び検査が完璧かどうかは、欠陥を有し、合格か不合格として特徴付けられたディスプレイの限定されたサンプルを用いて訓練されたデストオペレータによって左右される。検査結果は非常に主観的で誤りが生じやすく、種々の製造プロセスを監視、制御し、またそれらのプロセスの質を改善するのに効果的かつ効率的に用いることはできない。フラットパネルディスプレイ製造の効果的なプロセス監視と制御は、自動検査機械による定量的検査方法によって可能になった。最初の先駆的な自動検査機械の一つの例としては、１９９２年に本願の譲受人であるフォトン・ダイナミクス（Photon Dynamics，Inc.）(PDI)社によって開発されたものがある。この最初の自働検査機械は、フラットパネルディスプレイの高品位検査を人間のテストオペレータではなく機械を用いて行うことができたという点で、先駆的なものである。この高品位検査は、完成された薄膜トランジスタ素子が作り込まれたフラットパネルディスプレイについて実施された。業界では、現在これらのフラットパネルディスプレイの製造に使用されるガラスプレート中の欠陥を検出するための効果的な技術が要望されている。ガラスプレートは、一般に前面と裏面を有する。薄膜トランジスタは前面に作り込まれるので、前面は実質的に無欠陥あるいは無異常でなければならない。しかしながら、プレートの裏面上及びバルク媒質中には、比較的多くの欠陥があってもよい。従って、バルク媒質及び／または裏面の欠陥しか持たないガラスプレートと前面に何らかの欠陥があるプレートとを分けなければならない。人間のテストオペレータは、ガラスプレートの検査時にこれらの前面における欠陥の有無について検査することがしばしばある。テストオペレータは、各ガラスプレートの欠陥について目視検査を行い、その欠陥の如何によってガラスプレートの合否を決定する。検査の質及び検査が完璧かどうかは、欠陥を有し、合格か不合格として特徴付けられたディスプレイの限定されたサンプルを用いて訓練されたテストオペレータによって左右される。検査結果は非常に主観的で誤りが生じやすく、ガラスプレートに用いられる種々の製造プロセスを監視し、制御し、またそれらのプロセスの質を改善するのに効果的かつ効率的に用いることはできない。上記に鑑みて、ガラスプレートの欠陥を検出するための簡単で費用効果が高く、かつ信頼性に優れた技術に対する要望がしばしばあるということは理解できよう。発明の概要本発明によれば、透明媒質中の異常を検出するための方法及び装置を含む技術が得られる。この技術は、２種類の照明、すなわち外部照明と内部照明を有する広範囲欠陥監視ツールを用いて、たとえばガラス基板等の透明媒質中の異常及びそれらの異常の相対位置を強調表示するものである。本発明の一実施態様においては、起こりやすい数種類の欠陥、すなわち表面上の粒子付着、表面のかき傷、及びバルク材料中の欠陥のような異常を検査するための方法が得られる。この検査方法では、欠陥監視ツールが検査軸にそって欠陥の種類と位置を識別することができるよう十分な差をもって異常を強調表示する２種類の照明を使用する。それらの照明方法は、プレートを「光パイプ」として用いる直接内部照明、及び外部前面照明である。直接内部照明においては、線光源として配列されたフレア状端部を有する光ファイバフィードがプレートのエッジに連接されている。外部照明では、光源は鋭角、好ましくはかすめ入射角でプレートの１つの表面に当たるよう指向される。照明された表面上の塵埃粒子のような異常は、表面上のそれらの粒子は内部照明による弱いエバネッセント波結合のみによって他とは異なる仕方で光を散乱させるので、直接内部照明によるよりもはるかに効率的に外部前面照明によって光を散乱させる。本発明の別の実施態様においては、焦点位置を検査ターゲットであるプレートの面の上下に交互に置いて行うわずか２回の測定で検査軸沿いの異常の位置を測定することができる。検査軸沿いの異なる仕方で照明された、あるいは異なる距離で照明されたこれらの位置からの信号レベルの差を用いて、検査軸沿いの異常の種類と位置が求められる。また、本発明によれば、光学像エリア欠陥監視ツールによって第１の表面上、第２の表面上、及び透明な平面状媒質中の欠陥の位置を検出するための装置が得られる。この装置は、検査軸に対してある角度で平面状媒質を照明することによって外部及び内部の光学異常を強調表示するための光源を有する。検査軸は平面状媒質に対し，て実質的に直交する。ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラは、互いに動作する関係に画像処理プロセッサと接続されている。このＣＣＤカメラ及び画像処理プロセッサは、平面状媒質の中心から離れている第１の垂直方向位置にある異常の第１の画像を平面状媒質の第１の側の第１の焦点外れ位置で取り込み、その第１の画像をたとえばｘ−ｙ、ｒ−θ等の２次元位置における第１の事象として認識する。また、ＣＣＤカメラ及び画像処理プロセッサは、平面状媒質の中心から離れた第２の垂直方向位置の同じ異常の第２の画像を平面状媒質に対して第１の側と反対側である第２の側の第２の焦点外れ位置で取り込み、その第２の画像を２次元位置における第２の事象として認識する。画像処理プロセッサは、第１及び第２の画像をさらに処理して、それぞれ対応する第１の信号レベル及び第２の信号レベルを発生する。これらの第１の信号レベルと第２の信号レベルとの差が検査軸沿いの異常のｚ軸方向位置を表す。本発明のさらに他の実施態様によれば、ガラスプレートに内部及び外部照明を供給するための手段が得られる。この場合のガラスプレートに起こりうる異常としては、溝状傷、亀裂、付着粒子、気孔等がある。プレートは、前面、裏面及びこれらの間にある媒質を有する透明媒質である。この媒質は１より大きい屈折率を有する。また、プレートは、前面、媒質、裏面の境界に沿って形成されるエッジを有する。エッジに光カップリング（たとえば光ファイバフレア等）が取り付けられる。光カップリングはエッジに光を供給する。この光はエッジから媒質に進入し、媒質を通って進行する。光の一部はプレートの前面及び裏面て内面反射するが、他の一部は、媒質中に異常があると、その異常から散乱する。この散乱光が、前面を通って放出され、ＣＣＤカメラによって検出される。さらに、本発明の装置は、前面に第２の光を投じる外部照明手段を有する。この第２の光は、媒質の前面に異常があると、その異常から散乱する。図面の簡単な説明図１は、本発明による装置の該略図である。図２は、図１の装置用のＣＣＤカメラの配列を示す概略図である。図３は、図１の光カップリングを示す概略側面図である。図４は、図３の光カップリングを示す概略断面図である。図５は、本発明による方法を図解した概略フローチャートである。図６は、本発明による方法のもう一つの実施形態を図解した概略フローチャートである。図７は、本発明によるプレート及びその焦点外れ位置を示す側面図である。図８は、本発明によるプレートのｚ軸方向における異常の輝度測定値をプロットしたグラフである。図９は、プレート位置に対する差の光強度の簡略化した図である。図１０は、本発明によるフィルター方法を図解した一連の説明図である。実施形態の説明図１は、たとえば広範囲欠陥監視ツールのような本発明の検査装置１００を示す。図示の検査装置１００は、もっぱら例示説明のためのものであり、特許請求の範囲の記載に基づく本発明の範囲を限定するものではない。図示の検査装置１００はガラスプレートのような透明プレート１０２を有する。このプレートはスライドテーブル１０１上で位置決めされ、プレートを正しい位置に固定するよう引き下ろされる蝶番式フレーム１０３が設けられている。スライドテーブル１０１は、複数のＣＣＤ型カメラのような複数のカメラ１０５の下方にあるｘ−ｙ平面内でプレートを容易に位置決めすることができるようになっている。このスライドテーブルによってプレートをカメラに対して相対的にｘ−ｙ方向に変位させることができる。あるいは、カメラをｘ−ｙステージに搭載して、カメラをプレートに対して相対的に動かすようにする。もしくは、複数のカメラを使用して、観測角を大きくすることもできる。ｘ−ｙステージは、プレートをｘ軸方向及び／またはｙ軸方向に動かすことができる適切なものであれば、任意のベースユニットを用いることができる。また、ステージは、ｘ軸方向及び／またはｙ軸方向の連続移動が可能なものであってもよい。好まし，くは、ｘ−ｙステージは、ｘ軸方向及びｙ軸方向に選択された単位で増分による移動が可能とする。あるいは、ロボットを用いてプレートをｘ −ｙ方向に移動させるようにしてもよい。ｚ軸方向の動作は連続移動モードで行われるか、アクチュエータを用いて選択されたｚ軸位置で行われる。アクチュエータは２段または多段アクチュエータの形のものであってもよい。ｚ軸方向の動作はステップモードで行うことも可能である。ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸方向の正確な増分単位が各特定の用途によることはもちろんである。他のいくつかの実施形態においては、ステージはｚ軸方向に移動するが、検査時にはｘ−ｙ方向には調整されない。さらに他のいくつかの実施形態では、カメラはプレートに対して相対的にｚ軸方向に調整可能である。ＣＣＤカメラは、通常の高解像度ＣＣＤ型カメラから選択することができる。このようなＣＣＤカメラの一例としては、コダック(Kodak)社製のKAF1600のようなメガピクセルＣＣＤアレイを用いることができる。一実施形態においては、いくつかのＣＣＤカメラを同様のＣＣＤカメラのアレイ構造にまとめるか、連結して使用する。このようにいくつかのＣＣＤカメラをまとめた形で使用すると、より少ない数のプレート前面のスナップ写真を用いてより大きい表面積の検査が可能になる。図２に示すように、同様のＣＣＤカメラを他の同様のＣＣＤカメラと一つにまとめることによって、同様のＣＣＤカメラのアレイ構造（たとえば４カメラアレイ）を形成することができる。一実施形態においては、各ＣＣＤカメラは１Ｋピクセル×１Ｋピクセルアレイを用いて１００mm×１００mmのプレート表面領域２０１の像を撮影する。これらの４つのＣＣＤカメラは、全体で表面ガラスの２００mm×２００mmの表面領域２０３の画像を取り込むことができる。このような４つの同様のＣＣＤカメラのグループを４グループひとまとめにして、１６個の同様のＣＣＤカメラからなるアレイ構造を形成することができる。このような１６個のＣＣＤカメラをさらにアレイ構造にまとめることによって、６４個の同様のＣＣＤカメラのアレイを形成することができる。好ましくは、これらのカメラ１０５は検査装置の上部ボディ１０７に収納する。図１には、モニタ１０９、画像処理プロセッサ１１０、コンピュータ１１１、キーボード１１３も示してある。画像処理プロセッサ１１０は、従来の種々の高性能プロセッサから選択することができる。このようなプロセッサの例としては、データチューブ(DATACUBE)社製のMV200がある。このプロセッサは、とりわけ、記憶容量が大きく、フレキシブルなアレイ処理ができるという特徴がある。好ましくは、画像処理プロセッサは、複数のＣＣＤカメラ等のために複数の入出力ポートを備えている。もちろん、使用するプロセッサの種類は用途によって決まる。本発明の装置は、プレート１０２に内部エッジ照明を供給する光源１１４を有する。光カップリング（またはコネクタ）１１５は、プレートのエッジに結合または取り付けられていて、光源１１４からプレート１０２のエッジに光を供給する。図３は、図１のプレート及び光カップリング１１５の概略側面図である。この側面図は、単に例示説明のためのものであり、本願特許請求の範囲に基づく本発明の範囲を限定するものではない。光源１１４は光ビームをコネクタ１１５中に放出する。光は、拡散光、あるいは平行光線等である。このような光源の一例としては、石英タングステン・ハロゲン(QTH)またはキセノンがあるが、これら以外も使用可能である。この光源はシリコンＣＣＤの感度と適合性のある可視域からIR域までの波長範囲（４５０〜５００nm）を有する光を供給する。好ましくは、波長は約６００nm以下とする。もちろん、光源の種類は用途によって決まる。プレート１０２は、前面１２１、外側エッジ１２３、及びその他の構成部分を有する。プレートはガラスプレート等のような透明プレートである。この透明プレートは、多くの場合、実質的に平面の前面１２１を有するが、他の形状を有することもあり得る。このようなガラスプレートの一例としては、コーニング(Cor ning，Inc.)社によってコーニング(Corning)7059ガラスの商品名の下に製造されているものがある。このガラスは、しばしばフラットパネルディスプレイ等の製造に使用される。このガラスプレートは約１．５の屈折率及び１．１mm乃至０．７mmの厚さを有する。もちろん、ガラスプレートは、屈折率が周囲に対して１より大きい比較的透明な任意の構造または媒質を用いることができる。図４は、図３のプレート１０２及び光カップリングのより詳細な断面図である。この断面図は、もっぱら例示説明のためのものであり、本願特許請求の範囲に記載する本発明の範囲を限定するものではない。この概略断面図には、プレート１０２及び光カップリング１１５が図示されている。このカップリングの一例としては、光ファイバの利用技術で用いられるような光フレアがある。このカップリングをプレートの一端部にしっかり係合することによって、この光源からの光は、実質的に反射することなくプレートのエッジ１２３を通ってプレートの内部へ進入する。本発明の一実施形態においては、カップリングからの光はプレートのエッジ１２３を通って進入して、プレートの前面１２１と裏面１２５との間にあるバルク媒質１２７中を進行する。前面１２１及び裏面１２５は、プレートのエッジに進人する光のための「光パイプ」として機能する。光パイプのように、光の相当部分は前面及び裏面の内側で反射し、バルク媒質中を進行する。一実施形態においては、光はほとんど全部が最初の反射後内面で内面反射する。好ましくは、この最初の反射は排除領域１３３で起こるようにする。特に、光の一部は、プレートの排除領域１３３にまで広がっているカップリング壁１３１で反射することが望ましい。カップリング壁は、ステンレス鋼、被覆鋼またはアルミニウム、上質の合金等で形成された安定な基準（またはボール）材上に吸光性材料で形成することができる。これらの材料は、プレートにしっかり取り付けるのに十分な構造強度を有するものであり、また吸光性によって光カップリングからバルク媒質の外へ出る光を吸収することができる。全内面反射によって反射した光は媒質中をｘ−ｙ方向に進行する。反射光は、ｘ−ｙ方向に進行する際、前面及び裏面で内面反射するということは理解できよう。しかしながら、プレート媒質中に全内面反射を妨げるような異常または事象があると、光は前面または裏面を通って散乱させられる。この散乱は、裏面１２５、バルク媒質１２７、及び前面１２１の異常１３５、１３７、及び１３９からそれぞれ矢印で示してある。好ましくは、光の相当部分が、ＣＣＤカメラの１つで検出されるように前面を通って散乱するようにする。このＣＣＤカメラは、光の強度値が通常のバックグラウンドの強度に対して増加したことを読み取ることによって事象または異常があることを検出する。しかしながら、プレート表面１２１上の事象１４３は、内面反射光からの散乱はほとんど生じさせない。従って、バルクガラス媒質中の異常を前面上の異常に対して選択的に検出することができる。好ましくは、このエッジ照明技術を用いて約０．１〜１mmより小さい異常がＣＣＤカメラの１つによって検出されるようにする。一実施形態においては、本発明の装置は、図１に示すように、プレートの前面を照明するための外部光源１１７も具備する。この外部光源は、前面に入射する平行光線ビームを発生する。一実施形態の場合、平行光線ビームは、前面法線に対して約７０°乃至約８０°の範囲の角度で前面に入射することができる。好ましくは、平行光線ビームは、前面法線に対して９０°の角度で前面に入射する。この実施形態では、照明光源が暗視野照明光源となる浅い角度とし、正反射光がＣＣＤカメラに全く取り込まれない。ほとんど全ての実施形態においては、この角度は前面法線に対して鋭角をなし、また、この角度が前面上の異常１１８から散乱を生じさせるのに十分なかすめ入射角をなす場合もときどきある。この例では、異常は粒子である。もちろん、具体的な入射角は個々の用途によって決まる。光源は、石英タングステン・ハロゲン、キセノンあるいは水銀アーク灯のような前面を照明するために適切なものであれば、どのような照明手段であってもよい。たとえば、水銀光源は、約２５３．７nmの波長を持つ光を発生することができる。光源は、任意にレンズを取り付けたものであってもよい。このレンズは、光源及びその照明光をプレートの前面に合焦させるのに用いることができる。他の実施形態においては、光源は複数の光源からなるものでもよい。これらの複数の光源は、プレートの前面に対して異なる入射角で配置し、前面上の異常からの散乱量を大きくするように調節することができる。また、光源と共にフィルタを用いることによって、異常からの散乱量を大きくすることもできる。もちろん、具体的に使用する光源は用途によって決まる。この外部照明は、異常から散乱を生じさせるよう前面の表面に対して選択的に投じられる。詳しく言うと、前面に入射した照明光は、その入射角に基づいてこの前面で反射する。しかしながら、前面上に異常があると、それによって入射照明光が散乱する。図１に矢印で示すような散乱光は、周囲環境、通常は空気を通って進行する。いずれかのＣＣＤカメラが、その散乱光を通常のバックグラウンドの光強度より高い光強度の形で検出する。このように光強度が増大していることが、異常、たとえば粒子、細片、かき傷、溝状傷、気孔等の存在を示す。一実施形態においては、前面照明は、エバネッセント波結合、より詳しく言うと、欠陥近傍の電界歪みのために、単独で用いて前面上の異常を照明することができる。前面照明だけを使用することによって、バルクガラス媒質または裏面の異常に対して前面上の異常を選択的に検出することができる。本発明によって最小寸法が約０．１〜１mm以下の異常を検出することができる。たとえば、フラットパネルディスプレイに使用されるガラスプレートの検査では、前面上のこのような異常の存在を認識することが重要である。本発明の別の実施形態においては、外部照明と内部エッジ照明を共に使用する。これらの実施形態は、たとえば裏面、前面及びバルク媒質等、プレート全体を通じて異常を強調表示する。強調表示された異常はＣＣＤカメラによって検出される。もちろん、用途に応じて他の形態の照明を用いることもできる。本発明による方法は、本発明の照明技術を用いて異常または欠陥を認識するための構成を有する。本発明の方法は、簡単に下記のように要約することができる。 (1)プレートホルダーにプレートを取り付ける。 (2)前面照明またはエッジ照明あるいはこれらの両方を同時に用いる照明技術によってプレートを照明する。 (3)ＣＣＤカメラを用いてプレートを観測し、異常の画像を取り込む。 (4)異常の画像をスレッショルド処理して、事象を探索する。 (5)座標系（たとえばｘ−ｙ、ｒ−θを用いてそれらの事象を記憶する。 (6)各事象について図心を決定する。 (7)事象を類別する。この方法の詳細を図５を参照して説明する。しかしながら、ここで説明する方法は本発明の一例にしか過ぎず、本願特許請求の範囲の記載に基づく本発明の範囲を限定する意味で解釈すべきではない。当業者であれば、本願特許請求の範囲に記載する発明を実施するための他の技術を想到することができよう。全体として符号５００で示す図示の方法は、一般に、プレートホルダーにプレートを取り付けるステップ（ステップ５０１）を含む。このプレートはホルダー上にしっかり載置される。このプレートは、クランプを用いて動かないようにステージに固定する。このようにプレートを動かないようしっかり固定して載置すると、以後の測定ステップで正確な光強度測定を行うのに役立つ。次に、本発明の方法はプレートを照明するステップ５００に進む。このプレートは、本発明の照明技術を用いて照明される。好ましくは、プレートの前面に入射する外部照明と、プレートの側面から供給される内部照明を用いることができる。このステップは、外面及び内部の光学異常を強調表示する。これらの光学異常には、かき傷、細片、付着粒子、溝状傷、気孔等がある。プレートの画像はＣＣＤカメラによって取り込まれる（ステップ５０５）。ＣＣＤアレイがプレート全体をカバーできない場合は、ｘ−ｙステージを用いてもよい。しかしながら、十分な数のカメラを用いる場合は、ｘ−ｙステージは不要である。これらのＣＣＤカメラは、異常の画像を取り込む。それらの画像は、画像処理プロセッサへ転送され、画像処理プロセッサは画像をコンピュータメモリに記憶される画像に変換する。これらの画像の取り込み及び記憶には従来の画像処理技術を用いることができる。もちろん、これに用いる技術は用途によって決まる。画像は、次に、スレッショルド処理される（ステップ５０７）。コンピュータに接続された画像処理プロセッサが、それらのスレッショルド処理された画像を事象を定義するための選択された基準と比較する。それらの定義済み事象は、たとえば不合格品等、検査基準に適合しない事象であってもよい。各事象は、たとえばｘ−ｙ、ｒ−θ等の座標系における位置と共にコンピュータメモリに記憶される（ステップ５０８）。この記憶ステップは、実際には各事象をその位置と共にファイルする。次に、標準的な画像処理技術を用いて、各事象毎に図心が決定される（ステップ５１１）。この画像処理技術の一例としては、ピーク検出・画像エロージョン法がある。しかし、用途に応じてこれ以外の方法を用いることも可能である。次に、ステップ５１３で事象が類別される。このステップは、同じ特徴を有する事象を選択的にいくつかのグループに類別する。たとえば、ある選択された寸法を持つ事象は１つのカテゴリに入れられる。また、前面上にある事象は別のカテゴリに入れられる。用途に応じてこれ以外の類別方式を用いることも可能である。本発明の他，の態様においては、プレート中の欠陥または異常の位置を認識するための技術が得られる。この位置は、前面上でも、バルク媒質中でも、裏面でもよい。一実施形態においては、本発明の方法は簡単に下記のように要約することができる。 (1)プレートをプレートホルダー上に載置する（ＣＣＤアレイがプレート全体をカバーできない場合は、ｘ−ｙステージを使用する）。 (2)プレ・ートのｚ軸方向位置を第１の焦点外れ位置に調節する。 (3)プレートの前面を外部照明する。 (4)観測する。 (5)プレートのバルク媒質を内部照明する。 (6)観測する。 (7)プレートのｚ軸方向位置を第２の焦点外れ位置に調整する。 (8)プレートの前面を外部照明する。 (9)観測する。 (10)プレートのバルク媒質を内部照明する。 (11)観測する。 (12)第１の焦点外れ位置で得られた画像と第２の焦点外れ位置で得られた画像と比較する。 (13)上記比較ステップの結果に基づいて異常の位置を認識する。 (14)異常をそれらの位置、たとえば上部または下部等の位置に基づいて類別する。 (15)それらの異常の位置に基づいて、選択的にフィルタを適用する。 (16)必要に応じて、他のｘ−ｙ領域に移行する。この方法の詳細を図６を参照して説明する。しかしながら、ここで説明する方法は、本発明の一例に過ぎず、本願特許請求の範囲の記載に基づく本発明の範囲を限定する意味で解釈してはならない。当業者ならば、これらの特許請求の範囲に記載する発明を実施するための他の技術、変形態様、あるいは修正態様を想到することができよう。特に、外部照明ステップ(3)は内部照明ステップ(5)なしで行うことができ、内部照明ステップ(5)は外部照明ステップ(3)なしで行うことができる。あるいは、ステップ(3)及び(5)は、バルク媒質がこれらの内部及び外部ステップ(3)と(5)を同時に用いて照明されるように行うこともできる。さらに、上に説明した技術は、前述の本発明の実施形態及び／または説明態様のいずれかを用いて実施される。全体を符号６００で示す図示の方法は、プレートをプレートホルダーまたはｘ −ｙステージに取り付けるステップ（ステップ６０１）を含む。このプレートはステージにしっかり載置シフトレジスタエル。このプレートは、クランプを用いて動かないようにステージに固定される。このようにプレートをしっかり固定すると、以後の観測ステップで正確な光強度観測を行うのに役立つ。ステージは、一般にプレートの選択された部分がＣＣＤカメラに対して焦点外れとなる選択された位置である第１の焦点外れ位置までｚ軸方向にプレートを調整あるいは下降させる。この第１の焦点外れ位置は、一般に、プレートの前面の真上の位置である。あるいは、ＣＣＤカメラはプレートに対して相対的に調整される。第１の焦点外れ位置に関しては、図面を参照して以下に説明する。次に、本発明の方法は、プレートを外部照明するステップ（ステップ６０５）に進む。このプレートは本発明の照明技術を用いて照明される。プレートの前面に入射する外部照明（または照明光）は外面の光学異常を強調表示する。これらの異常（すなわち表面異常）には、プレート前面またはその近傍にあるかき傷、細片、粒子付着、溝状傷、気孔等が含まれる。ＣＣＤカメラは、第１の焦点外れ位置での光強度を測定して（ステップ６０７）、第１の焦点外れ位置における表面異常の第１の画像を取り込む。各異常毎の特徴は、たとえばメモリに記憶するなどによって記録される。これらの特徴には、ｘ−ｙデータ、光強度測定値、焦点位置に比例した信号等のような情報が含まれる。次に、本発明による内部照明技術を用いて照明される（ステップ６０９）。一実施形態においては、内部照明はプレートの側面を通して供給される。このステップは内部の光学異常を強調表示する。これらの光学異常には、プレートのバルク媒質内の粒子付着、溝状傷、気孔等が含まれる。一部の実施形態においては、内部及び外部照明が同時に行われる。しかしながら、別の態様では、前に述べたように、これら２種類の照明を順次、すなわち異なるタイミングで行うことも可能である。ＣＣＤカメラは、第１の焦点外れ位置でプレートからの光強度を測定して（ステップ６１１）、第１の焦点外れ位置における内部異常の画像を取り込む。各内部異常毎の特徴は、たとえばメモリに記憶するなどによって記録される。これらの特徴には、ｘ−ｙデータ、光強度測定値、焦点位置に比例した信号等のような情報が含まれる。次に、ステージはプレートをｚ軸方向に第２の焦点外れ位置へ調整あるいは上昇させる（ステップ６１３）。次に、プレートに外部照明が供給され（ステップ６１５）、ＣＣＤカメラは第２の焦点外れ位置でプレートからの光強度を測定して（ステップ６１７）、第２の焦点外れ位置における表面異常の第２の画像を取り込む。このステップでは、やはり各異常の特徴（たとえばｘ軸方向位置、ｙ軸方向位置、光強度等）の特徴が記録される。好ましくは、ｘ軸方向位置及びｙ軸方向位置は同じに保たれるはずであるから、第１の焦点外れ位置と第２の焦点外れ位置とでは、各異常の光強度だけが変化することが望ましい。内部照明はプレートの側面を介して供給される（ステップ６１９）。ＣＣＤカメラは、光強度を測定して（ステップ６２１）、第２の焦点外れ位置における内部異常の第２の画像を取り込む。上記の方法は、上に説明し、さらに本願中で説明する種々の照明及び測定技術を用いて実施することができる。たとえば、ステップ６０５、６０７、６０９、及び６１１は逐次行うことができる。あるいは、ステップ６０５及び６０７をステップ６０９及び６１１なしで行うようにしてもよい。あるいは、ステップ６０９及び６１１をステップ６０５及び６０７なしで行うことも可能である。さらに他の実施形態においては、これらの変形態様にさらにステップ６１５、６１７、６１９、及び６２１を組み合わせることもできる。たとえば、上記のいずれかの変形態様を、逐次行われるステップ６１５、６１７、６１９、及び６２１と共に行うことが可能である。あるいは、ステップ６１５及び６１７をステップ６１９及び６２１なしで行うこともできる。あるいは、ステップ６１９及び６２１をステップ６１５及び６１７なしで行ってもよい。従って、この場合、外部照明と内部照明は、選択されたタイミングで同時に行われる。あるいは、外部照明と内部照明は、上に述べたように選択された異なるタイミングで行ってもよく、あるいは他方の照明方法を行うことなく、一方の照明方法だけ用いてプレートを照明することもできる。多くの場合、これらのステップは各特定の用途に応じて選択される。この実施形態の方法では、次に、第１の焦点外れ位置における画像の特徴と第２の焦点外れ位置における画像の特徴が比較され（ステップ６２３）、各異常のｚ軸方向位置が認識される（ステップ６２５）。これらの特徴には光強度測定値が含まれる。ステップ６２７では、各異常が類別され、次に異常が選択的にフィルタされて（ステップ６２９）、選択された異常が強調表示される。一部の実施形態においては、ＣＣＤカメラをさらに他の位置へ移動またはステップ移動させて（ステップ６３１）、第１及び第２の焦点外れ位置で異常の画像が取り込まれる。これらの技術に関する詳細について、以下さらに説明する。この方法の一例を図７及び８の概略図によって例示説明することができる。図７には、プレート１０２とその焦点外れ位置７０５、７０７が示されている。プレートは厚さが約１．１mmで、ガラス製である。前に述べたようにしてＣＣＤカメラ１０５と照明がプレートに対してあてがわれる。プレート１０２は、やはり前面（あるいは上面）７０１に「Ｔ」で示す異常を有し、裏面７０３に「Ｂ」で示す異常を有する。ｚ軸上のゼロ点をプレートの厚みの中心「Ｃ」にある点と定義する。ＣＣＤカメラはこのゼロ点または図示のような物点に合焦される。図８は、焦点外れ位置の異常について距離をｚ軸方向に移動させて光強度値を概略プロットしたグラフである。このゼロ点における光強度または焦点は、図８に示すように、ＣＣＤカメラに対して前面をｚ軸方向に移動させてもほとんど変化しない。ゼロ点付近では、ＣＣＤカメラは大きな視野深度を有する。ステージは、プレートを第１の焦点外れ位置へ調整する。第１の焦点外れ位置７０５（たとえばプレートの上方０．２５mm、０．５mm、１．０mm等の点）を前面の上方に符号「１」で示す。図８に示すように、光強度または焦点はＣＣＤカメラが正のｚ軸方向に移動する（たとえば１mmから３mmの点へ）に従って小さくなる。この異常に対する光強度の減少は単調である。ＣＣＤカメラの視野深度は上下の粒子間の移動距離より小さい。従って、前面の異常Ｔは、裏面の異常Ｂの光強度より大きい光強度値を有する。ＣＣＤカメラは、これらの異常についてプレートを観測し、この第１の焦点外れ位置における異常Ｔ及びＢの第１の画像を取り込む。次に、ｚステージは、プレートを第２の焦点外れ位置へ調整する。第２の焦点外れ位置７０７（たとえばプレートの下方０．２５mm、０．５mm、１．０mm等の距離にある点）は符号１１で示されている。ＣＣＤカメラがこの第２の焦点外れ位置に合焦されているとき、光強度または焦点は、ＣＣＤカメラの移動距離が負のｚ軸方向に増大する（たとえば−１mmから−３mmの点へ）に従って小さくなる。この関係は大まかにいって線形である。第２の焦点外れ位置における視野深度は、やはりｚ軸方向の上下の異常間の移動距離より小さい。従って、上部の異常Ｔからは比較的低い光強度値が測定または検出され、下部の異常Ｂからは比較的高い光強度値が測定または検出される。ＣＣＤカメラはこれらの異常についてプレートを観測し、異常Ｔ及びＢの第２の画像を取り込む。この実施形態の方法では、次に上記第１の画像と第２の画像が比較される。特に、第１の焦点外れ位置における上部の異常Ｔの第１の画像が第２の焦点外れ位置における上部の異常Ｔの第２の画像と比較される。この第１の画像の光強度値から第２の画像の光強度値を減じると、正の数が得られる。この正の数はプレートの上面にある異常を表しているまた、第１の焦点外れ位置における下部の異常Ｂの第１の画像が第２の焦点外れ位置における下部の異常Ｂの第２の画像と比較される。下部の異常の第１の画像の光強度値が下部の異常の第２の画像の光強度値減じられる。この減算によって、裏面にある異常を表す負の数が得られる。このように、正の数は前面上の異常を表し、負の数は裏面にある異常を表す。別の実施態様においては、第１の焦点外れ位置における異常から得られる光強度値からその第２の焦点外れ位置における同じ異常についての光強度値を減じることによって、より詳細な類別に入れることができる光強度の差が得られる。図９は、そのような光強度値の差（Ｓ）をたとえば上面、バルク媒質中、下面等のｚ軸方向位置（Ｚ）に対してプロットしたグラフである。「Ｘ１」から「Ｘｎ」までの範囲の差の値（すなわち光強度）は、前面上の異常を表すことがてきるものである。「ＹＩ」から「Ｙｎ」までの範囲の差の値は、前面の下面上にある異常を表すことができる。「Ｚ１」から「Ｚｎ」間での範囲の差の値は、バルク媒質中の異常を表すことができる。「Ａ１」から「Ａｎ」までの範囲の差の値は、裏面の下面上にある異常を表すことができる。そして、「Ｂ１」から「Ｂｎ」間での範囲の差の値は、裏面上の異常を表すことができる。本発明のもう一つの実施形態を図１０に基づいて説明する。第１の焦点外れ位置９０１で、ＣＣＤカメラは、プレートの前面上の各異常「Ｔ」及び裏面上の各異常「Ｂ」について光強度値を観測し、そのそれぞれのｘ−ｙ座標データと共に取り込む。次に、プレートは第２の焦点外れ位置９０２へ調整される。ＣＣＤカメラは、プレートを観測し、異常Ｔ及びＢの各々について光強度値をそれぞれのｘ−ｙ座標データと共に取り込む。画像処理プロセッサが、第１の焦点外れ位置と第２の焦点外れ位置における各異常の光強度を比較する。この比較ステップでは、第１の焦点外れ位置における異常の光強度値から第２の焦点外れ位置における同じ異常の光強度値が減じられる。このプロセスの結果、たとえば正及び負の複数の数が得られる。これらの数は、正の数を表す「＋」と負の数を表す［−」によって示されている。フィルタを用いて正の数９０４と負の数９０５を分離することができる。正の数はプレートの前面上にある異常に対応し、負の数はプレートの裏面上ある異常に対応する。正の数と負の数を分離することによって、各異常のｚ軸方向位置を知ることができる。以上、本発明を特定の実施形態に基づき詳細に説明した。本願の開示内容に照らして、当業者にとっては他の実施態様が自明であろう。従って、本発明は特許請求の範囲の記載に基づく以外、何ら限定されるものではない。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】もはるかに効率的に外部前面照明によって光を散乱させる。

Claims

【特許請求の範囲】１．透明な平面状媒質の第１の表面、第２の表面、及び媒質中の欠陥を光学像エリア欠陥監視ツールにより検出する方法において、平面状媒質と実質的に直交する検査軸に対してある角度で平面状媒質を照明して、外面光学異常及び内部光学異常を強調表示する照明ステップと、平面状媒質の中心から離れた第１の垂直方向位置にある異常の第１の画像を平面状媒質の第１の側にある第１の焦点外れ位置で取り込み、その第１の画像を２次元位置における第１の事象として認識する取り込みステップと、平面状媒質の中心から離れた第２の垂直方向位置にある異常の第２の画像を平面上媒質に対して第１の側と反対側である第２側にある第２の焦点外れ位置で取り込み、第２の画像を２次元位置における第２の事象として認識する取り込みステップと、第１と第２の画像を処理して、それぞれ対応する第１の信号レベル及び第２の信号レベルを生成し、第１の信号レベルと第２の信号レベルとの差が上記検査軸沿いの異常のｚ軸方向位置を表す処理ステップと、を具備した方法。２．上記処理ステップが、上記第１の信号レベルを第２の信号レベルから減じるステップを含む請求項１記載の方法。３．上記処理ステップが、第１の信号レベルを第２の信号レベルを基準としてスレッショルド処理して、異常のｚ軸方向位置を表す結果を得るステップを含む請求項１記載の方法。４．上記処理ステップが、第１の信号レベルを第２の信号レベルを基準としてスレッショルド処理して、ｚ軸方向位置を上面、下面及びバルク媒質中のいずれであるかを確定するステップを含む請求項１記載の方法。５．上記照明ステップが、第１の表面を第１の表面に対して鋭角に配置された光源から照明して、表面異常から光の散乱を起こさせるステップを含む請求項１記載の方法。６．上記表面異常が、表面の細片、切り欠き、表面の気孔、表面のかき傷、及び表面の粒子を含む請求項５記載の方法。７．上記照明ステップが、光を上記平面状媒質のエッジに直接結合して、表面の粒子の照明を最小限に抑えつつバルク媒質中の異常から光の散乱を起こさせるステップをさらに含む請求項５記載の方法。８．上記バルク媒質中の異常が、バルク媒質中の気孔、バルク媒質中の亀裂、及びバルク媒質中の粒子を含む請求項７記載の方法。９．上記取り込みステップが、ＣＣＤカメラのアレイによって行われる請求項１記載の方法。 10．ガラスプレートに内部照明を供給するための装置において、前面、裏面、及びこれらの間にある媒質を有する屈折率が１より大きい透明媒質よりなる異常を有するプレートと、前面、媒質、及び裏面を互いに結合するエッジと、そのエッジに取り付けられ、光が媒質中を進行し、かつ異常で散乱するようにエッジに光を供給する光カップリングと、を具備した装置。 11．透明な平而状媒質の第１の表面、第２の表面、及び媒質中の欠陥を光学像エリア欠陥監視ツールにより検出するための装置において、平面状媒質と実質的に直交する検査軸に対してある角度で平面状媒質を照明して、外面光学異常及び内部光学異常を強調表示する光源と、互いに接続されたＣＣＤカメラ及び画像処理プロセッサで、平面状媒質の中心から離れた第１の垂直方向位置にある異常の第１の画像を平面状媒質の第１の側にある第１の焦点外れ位置で取り込み、第１の画像を２次元位置における第１の事象としで認識すると共に、平面状媒質に対して第１の側と反対側である第２側にある第２の焦点外れ位置で、平面状媒質の中心から離れた第２の垂直方向位置にある異常の第２の画像を取り込み、第２の画像を２次元位置における第２の事象として認識するＣＣＤカメラ及び画像処理プロセッサと、を具備し、上記画像処理プロセッサが、第１及び第２の画像を処理して、それぞれ対応する第１の信号レベル及び第２の信号レベルを生成し、第１の信号レベルと第２の信号レベルとの差が上記検査軸沿いの上記異常のｚ軸方向位置を表すことを特徴とする装置。 12．上記画像処理プロセッサが第１の信号レベルを第２の信号レベルから減じる請求項１１記載の装置。 13．上記画像処理プロセッサが、第１の信号レベルを第２の信号レベルを基準としてスレッショルド処理して、異常のｚ軸方向位置を表す結果を生成する請求項１１記載の装置法。 14．上記ｚ軸方向位置が、上面、下面及びバルク媒質中である請求項１１記載の装置。 15．上記光源が、第１の表面を照明するために使用される第１の光源を含み、その第１の光源が第１の表面に対して鋭角配置されていて、表面異常から光の散乱を起こさせる請求項１１記載の装置。 16．上記表面異常が、表面の細片、切り欠き、表面の気孔、表面のかき傷、及び表面の粒子を含む請求項１５記載の装置。 17．上記光源が、光を上記平面状媒質のエッジに直接結合して、表面の粒子の照明を最小限に抑えつつバルク媒質中の異常から光の散乱を起こさせる第２の光源をさらに含む請求項１５記載の装置。 18．上記バルク媒質中の異常が、バルク媒質中の気孔、バルク媒質中の亀裂、及びバルク媒質中の粒子を含む請求項１７記載の装置。 19．上記ＣＣＤカメラがＣＣＤカメラのアレイよりなる請求項１１記載の装置。 20．上記ＣＣＤカメラが６４個のＣＣＤカメラのアレイよりなる請求項１１記載の装置。 21．ｘ−ｙステージをさらに具備した請求項１１記載の装置。 22．フラットパネルディスプレイの製造方法において、フラットパネルディスプレイ用として使用されるガラスプレートをそのガラスプレートと実質的に直交する検査軸に対してある角度で照明して、外面光学異常及び内部光学異常を強調表示するステップと、上記ガラスプレートの第１の側にある第１の焦点外れ位置で、ガラスプレ− トの中心から離れた第１の垂直方向位置にある異常の第１の画像を取り込み、その第１の画像を２次元位置における第１の事象として認識するステップと、第１の側と反対のガラスプレートの第２側にある第２の焦点外れ位置て、ガラスプレートの中心から離れた第２の垂直方向位置にある異常の第２の画像を取り込み、第２の画像を２次元位置における第２の事象として認識するステップと、第１及び第２の画像を処理して、それぞれ対応する第１の信号レベル及び第２の信号レベルを生成し、第１の信号レベルと第２の信号レベルとの差が検査軸沿いの異常のｚ軸方向位置を表す処理ステップと、を具備した方法。 23．上記第１の焦点外れ位置がガラスプレートの上方約０．５mm以上の距離の位置にある請求項２２記載の製造方法。 24．上記第２の焦点外れ位置がガラスプレートの下方約０．５mm以上の距離の位置にある請求項２２記載の製造方法。 25．ガラスプレートに内部照明を供給するための装置において、前面、裏面、及びこれらの間にある媒質を有する屈折率が１より大きい透明媒質よりなるプレートを保持するのに適合するプレートホルダーと、上記前面、上記媒質、及び上記裏面を互いに結合する上記プレートのエッジ用のエッジカップリングと、上記エッジに取り付けられていて、第１の光が該媒質中を進行し、かつ媒質中に第１の異常があれば第１の異常で散乱するようにエッジに第１の光を供給する光カップリングと、前面に第２の異常があれば、第２の光がその第２の異常で散乱するように第２の光を前面上に投じる外部照明手段と、を具備した装置。