JP2002082068A - 透明基板検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘアライン傷などのように照明ビームの照射
方向に対して方向性を有するような傷であってもその存
在を確実に検出できるようにする。 【解決手段】 照明手段は、光源１００，２００から出
射された光ビームを複数のレンズ手段１０１〜１０４，
２０１〜２０４を用いて傷検出用の細長い楕円形状の照
明ビームとしてガラス基板４０に照射する。結像手段
は、ガラス基板４０に照射された照明ビームの散乱光又
は反射光を検出レンズ１０を用いて結像し、その像を受
光素子手段３０で検出する。このとき、照明手段は、ガ
ラス基板４０上の照射ビームの長手方向に対してそれぞ
れ異なる角度で交差するように４方向から照明ビームを
照射する。４方向から照明ビームを照射することによっ
て、照明ビームとヘアライン傷の長手方向の交差角を±
２５度以内の４５度とすることができるので、ヘアライ
ン傷などのように照明ビームの照射方向に対して方向性
を有するような傷であってもその存在を確実に検出する
ことができる。

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、透明基板、例え
ば液晶ディスプレイの製造工程においてガラス基板に傷
がないか異物が付着していないかなどを検査する透明基
板検査装置に関する。

【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が押し進められている。液晶ディス
プレイには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）
型、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔ
ｉｃ）型、及びＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒ）型などの種類がある。

【０００３】透明基板検査装置は、このような液晶ディ
スプレイに使用されるガラス基板に微小な傷や異物など
が存在しないか否かを検出するものであり、ガラス基板
に斜下方からレーザビームを照射し、傷や異物によって
発生した散乱光や反射光を上方より観察し、傷や異物の
存在を検出するものである。このような透明基板検査装
置は、照明光源として、半導体レーザ光源（ＬＤ）を用
いている。半導体レーザ光源は、近視野パターンと遠視
野パターンの両方で光量のバラツキを有する。

【０００４】近視野パターンは、半導体レーザ光源の共
振器から比較的近い点のレーザビームの振幅強度分布で
あり、図１（Ａ）に示すような特性を示す。図１（Ａ）
において、横軸はレーザ発光点位置［μｍ］を、縦軸は
光量の相対強度を現す。図１（Ａ）から明らかなよう
に、半導体レーザ光源の発光点間距離が１６０〜１８０
［μｍ］の場合、その全域に渡って光量の強度分布がば
らついていることが理解できる。

【０００５】遠視野パターンは、半導体レーザ光源の共
振器から相当遠い点で見られるレーザビームの振幅強度
分布であり、図１（Ｂ）に示すような特性を示す。図１
（Ｂ）において、横軸はレーザ発光点からの放射角度
（θ平行方向）を、縦軸は光量の相対強度を現す。図１
（Ｂ）から明らかなように、半導体レーザ光源の放射角
度が約０度付近で谷の形状の極小値を示し、その両側、
角度数度の付近で極大値を示すような光量の相対強度分
布のばらつきを示すことが理解できる。

【０００６】従来は、このような半導体レーザ光源を照
明光源として用い、一般的な照明部構成であるクリティ
カル照明やケラー照明を構成していた。図２は、一般的
なクリティカル照明構成の一例を示すものである。この
クリティカル照明構成は、半導体レーザ光源２１から出
射したレーザビームを補助集光レンズ２２で平行光束と
し、絞り２４を通過させてコンデンサレンズ２３に送り
込む。コンデンサレンズ２３は、平行光束をコンデンサ
レンズ２３の後側焦点付近すなわち検出点２５付近に半
導体レーザ光源２１の発光点の像を結像する。従って、
検出点２５では、図１（Ａ）に示すような近視野パター
ンによる光量の強度分布のばらつきが現れていた。

【０００７】図３は、一般的なケラー照明構成の一例を
示すものである。このケラー照明構成は、半導体レーザ
光源３１の発光点ａ１，ｂ１，ｃ１の像ａ２，ｂ２，ｃ
２がコンデンサレンズ３３の前側焦点位置に作成され、
補助集光レンズ３２に近接して設けられた視野絞り３４
の像が検出点３５に一致させられ、検出点３５にて照明
ビームが平行光となるように構成されたものである。こ
のケラー照明構成によれば、検出点３５で図１（Ｂ）に
示すような遠視野パターンによる光量の強度分布のばら
つきが現れていた。

【０００８】ガラス基板検査装置は、これらの照明部構
成を用いて、レーザビームをθ平行方向にレンズで拡大
し、欠陥検査に必要な検出点視野として長さ（長径）が
５０〜６０［ｍｍ］、幅（短径）が約２００［μｍ］の
細長い楕円形状の照明ビームを形成し、ガラス基板の下
側から約１０度の傾斜角で照射していた。図４は、クリ
ティカル照明を用いて構成されたガラス基板検査装置の
概略を示す図であり、光学系の構成を検出用照明ビーム
の長径方向から見た図である。図において光学系は照明
光学部と検出光学部とからなる。照明光学部は半導体レ
ーザ光源２１、補助集光レンズ２２、コンデンサレンズ
２３及び全反射ミラー８から構成される。検出光学部は
遮光板９、検出レンズ１０及びＣＣＤ受光素子３０から
構成される。

【０００９】半導体レーザ光源２１は、波長が約８００
［ｎｍ］、発光点サイズが約２００［μｍ］、θ平行方
向の放射角が約６度、θ直角方向の放射角が約４０度の
レーザビームを出射する。補助集光レンズ２２は、半導
体レーザ光源２１から出射された光束を平行光束とし、
コンデンサレンズ２３に送り込む。コンデンサレンズ２
３は、平行光束をコンデンサレンズ２３の後側焦点付近
すなわち検出点２５であるガラス基板４０付近に全反射
ミラー８を介して半導体レーザ光源２１の発光点の像を
結像する。遮光板９は、検出レンズ１０の光の入射する
位置に、ガラス基板４０の表面で散乱又は反射しなかっ
た光（直接光）を遮光するものである。従って、ガラス
基板４０の表面で散乱又は反射しなかった光（直接光）
は、その遮光板９によって遮られ、ＣＣＤ受光素子３０
に結像することはなく、ガラス基板４０の表面で散乱又
は反射した光のみが、検出レンズ１０を通過してＣＣＤ
受光素子３０に結像する。なお、クリティカル照明に代
えて、前述のケラー照明を用いた場合も同じである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ガラス基板検査装置
は、ガラス基板に斜下方からレーザビームを照射し、傷
や異物によって発生した散乱光や反射光を上方より観察
し、傷や異物の存在を検出することができる。ところ
が、欠陥検査に必要な検出点視野として長さ（長径）が
５０〜６０［ｍｍ］、幅（短径）が約２００［μｍ］の
細長い楕円形状の照明ビームを形成し、ガラス基板の下
側から約１０度の傾斜角で照射している関係上、細長い
傷いわゆるヘアライン傷と呼ばれるものに対して、方向
性を持つという問題があった。図５は、図４のガラス基
板４０上に方向性を持ったヘアライン傷５５〜５８が存
在する場合における細長い楕円形状の照明ビーム５０と
ヘアライン傷５５〜５８との関係を示す図である。照明
ビーム５０は図４に示されるように右下斜め方向から左
上斜め方向に向かって照射されているものとする。従っ
て、図５においては照明ビームの照射方向は、右方向か
ら左方向に向かう水平方向となる。このような照明ビー
ム５０が照射されているガラス基板上に図５（Ａ）〜
（Ｄ）のようにそれぞれ方向性を持ったヘアライン傷５
５〜５８が存在する場合、その傷によるＣＣＤ受光素子
３０の信号出力は、図６に示すようになる。図６は、照
明ビーム５０とヘアライン傷の長手方向の交差角を横軸
に示した場合におけるＣＣＤ受光素子３０の信号出力レ
ベルを示す図である。

【００１１】図５（Ａ）は、照明ビームとヘアライン傷
５５の長手方向が平行（０度）の場合すなわち交差角０
度の場合を示し、図５（Ｂ）は照明ビーム５０とヘアラ
イン傷５６の長手方向が約１０度で交差し、図５（Ｃ）
は照明ビーム５０とヘアライン傷５７の長手方向が約２
０度で交差し、図５（Ｄ）は照明ビーム５０とヘアライ
ン傷５８の長手方向が約３０度で交差している場合を示
している。図６から明らかなように、照明ビーム５０と
ヘアライン傷の長手方向の交差角が小さい場合は、ＣＣ
Ｄ受光素子３０の信号出力レベルは大きく、ヘアライン
傷を確実に検出することが可能であるが、その交差角が
±２５度よりも大きくなると、ＣＣＤ受光素子３０の信
号出力レベルが急激に低下し、もはやヘアライン傷を検
出することができないという問題がある。

【００１２】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、ヘアライン傷などのように照明ビームの照射方
向に対して方向性を有するような傷であってもその存在
を確実に検出することのできる透明基板検査装置を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された透
明基板検査装置は、光源から出射された光ビームを複数
のレンズ手段を用いて傷検出用の細長い楕円形状の照明
ビームとして被検査試料に照射する照明手段と、前記被
検査試料に照射された前記照明ビームの散乱光又は反射
光を検出レンズを用いて結像し、その像を受光素子手段
で検出する結像手段とを備えた透明基板検査装置におい
て、前記照明手段は、前記被検査試料上の前記照射ビー
ムの長手方向に対してそれぞれ異なる角度で交差する少
なくとも４方向から前記照明ビームを照射するように構
成されたものである。ヘアライン傷のように照明ビーム
に対して方向性を有する傷の場合、照明ビームとヘアラ
イン傷の長手方向の交差角が約±２５度以内であれば、
受光素子手段から出力される信号出力レベルによってそ
の傷の存在を確認することができる。従って、４方向か
ら照明ビームを照射することによって、照明ビームとヘ
アライン傷の長手方向の交差角を±２５度以内の４５度
とすることができるので、ヘアライン傷などのように照
明ビームの照射方向に対して方向性を有するような傷で
あってもその存在を確実に検出することができるように
なる。

【００１４】請求項２に記載された透明基板検査装置
は、請求項１において、前記照明手段が、前記被検査試
料上の前記照射ビームの長手方向に対して、α度、α＋
４５度、α＋９０度、α＋１３５度の角度で交差するよ
うな４方向から前記照明ビームを照射するように構成さ
れているものである。これは、被検査試料上の照射ビー
ムの長手方向に対して交差する４方向の照明ビームの交
差角度を具体的に限定したものであり、或る１つの照明
ビームが被検査試料上の照射ビームの長手方向に対して
約２２．５度の角度で交差するように照射されると、残
りの３つの照明ビームは約６７．５度、約１１２．５
度、約１５５．５度の角度で交差するように照射される
ことになる。

【００１５】請求項３に記載された透明基板検査装置
は、請求項２において、前記照明手段が、２個の光源か
ら出射される光ビームをそれぞれ補助的に集光する第１
及び第２の補助集光レンズ手段と、 前記第１及び第２
の補助集光レンズ手段によって結像された前記２個の光
源の光ビームをそれぞれ前記楕円形状の長径方向に引き
伸ばし、短径方向に集光するように構成された第１及び
第２の引き伸ばしレンズ手段と、前記第１及び第２の引
き伸ばしレンズ手段を通過した光ビームをそれぞれ分割
する第１及び第２の分割手段と、前記第１及び第２の分
割手段によって分割された４本の光ビームを前記被検査
試料上で前記楕円形状の照明ビームとし、前記検出レン
ズの瞳に向かう収束光となるように集光する第１及び第
２の集光レンズ手段と、前記第１及び第２の集光レンズ
手段を通過した前記４本の光ビームを前記被検査試料上
の所定位置にそれぞれ照射させる第１から第４までの反
射鏡手段とを含んで構成されているものである。２個の
光源の各点から出射した光ビームは、ケラー照明構成と
同じように第１及び第２の補助集光レンズ手段によって
一旦結像される。そして、この結像されたそれぞれの光
源の像の短径方向の光は、第１及び第２の引き伸ばしレ
ンズ手段によってケラー照明構成の場合と同様にほぼ平
行光束に集束される。一方、結像された光源の像の長径
方向の光は、第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段によ
って発散する方向に引き伸ばされる。第１及び第２の引
き伸ばしレンズ手段によって引き伸ばされた光は、第１
及び第２の分割手段によってそれぞれ分割され、４本の
光ビームとなる。この４本の光ビームは、第１及び第２
の集光レンズによって検出レンズの瞳に向かう収束光と
なるように集光され、被検査試料上に傷検出用の細長い
楕円形状の照明ビームとして照射される。このとき、第
１から第４までの反射鏡手段が４本の光ビームを反射し
てそれぞれの所定位置に照射させる。これによって、レ
ーザ光源の各点から出射したレーザ光は、被検査試料上
のそれぞれ異なる部分に照射されるようになるため、遠
視野パターンの影響を打ち消すことができ、照明強度を
ほぼ一様にすることができる。また、レーザ光源の像
は、無限遠ではないが、かなり遠方にできるため、クリ
ティカル照明で問題となっていた照明むらも生じること
はない。

【００１６】請求項４に記載された透明基板検査装置
は、請求項３において、前記第１及び第２の分割手段
が、前記第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段を通過し
た光ビームをハーフミラー及び反射鏡を用いて分割する
ように構成されているものである。これは、第１及び第
２の分割手段の構成を具体的に限定したものである。

【００１７】請求項５に記載された透明基板検査装置
は、請求項３において、前記第１及び第２の引き伸ばし
レンズ手段が、前記レーザ光の短径方向に集光する凸シ
リンドリカルレンズと、前記レーザ光の長径方向に対し
て作用し、長径方向の長さを前記第１及び第２の集光レ
ンズ手段の口径に合わせて引き伸ばす凹シリンドリカル
レンズとから構成されているものである。これは、第１
及び第２の引き伸ばしレンズの構成を具体的に限定した
ものである。長径方向と短径方向のそれぞれに対して作
用するシリンドリカルレンズを用いることによって、集
光と拡散を実現したものである。

【００１８】請求項６に記載された透明基板検査装置
は、請求項１から５までのいずれか１において、前記照
明手段が、前記光ビームの前記被検査試料上における短
径方向の幅を約２００［μｍ］、長径方向の長さを約５
０〜６０［ｍｍ］にするものである。これは、照明手段
によって形成される傷検出用の細長い楕円形状の照明ビ
ームの具体的大きさを規定したものである。

【００１９】請求項７に記載された透明基板検査装置
は、請求項３から６までのいずれか１において、前記照
明手段は、前記光源の各点から出射した光が前記被検査
試料上の全範囲の約１０分の１程度を照射するものであ
る。これは、最も遠視野パターンの影響を少なくし、照
明強度を全範囲でほぼ一様にすることができる場合を具
体的に規定したものである。

【００２０】請求項８に記載された透明基板検査装置
は、請求項４において、前記第１及び第２の集光レンズ
手段は、半円形状のレンズで構成され、前記第１及び第
２の分割手段によって分割された前記光ビームを光軸中
心から上下方向に外れた位置を通過させて前記被検査試
料上で前記楕円形状の照明ビームとし、前記検出レンズ
の瞳に向かう収束光となるように集光するものである。
これは、集光レンズ手段の構成を具体的に限定したもの
であり、４本の照明ビームのうち２本を第１の集光レン
ズ手段で集光し、残りの２本を第２の集光レンズ手段で
集光する。このとき、それぞれの照明ビームは集光レン
ズの光軸中心から上下方向に外れた位置を通過するの
で、集光レンズの形状を円形にすると、両者が干渉して
しまうので、ここでは、半円形状のレンズで集光レンズ
を構成することにした。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を添
付図面に従って説明する。図７は、長さ（長径）が約５
０〜６０［ｍｍ］、幅（短径）が約２００［μｍ］の細
長い楕円形状の検出用照明ビームをガラス基板４０に照
射し、その散乱光や反射光に基づいて、ガラス基板４０
上の傷や異物の存在を検出するガラス基板検査装置を立
体的に示した斜視図である。図８及び図９は、このガラ
ス基板検査装置の概略構成を示す図であり、図８はこの
ガラス基板検査装置の光学系の構成を検出用照明ビーム
の長径方向から見た図であり、図９はこの光学系の構成
を検出用照明ビームの短径方向から見た図である。この
ガラス基板検査装置の光学系は、照明光学部と検出光学
部とからなるが、図７及び図９では検出光学系について
は図示を省略してある。この実施の形態に係るガラス基
板検査装置の特徴は、検出用照明ビームをそれぞれ４５
度ずつ方向の異なる４方向から別々にガラス基板に照射
するようにした点である。

【００２２】照明光学部は、半導体レーザ光源１００，
２００、非球面コリメートレンズ１０１，２０１、平凸
レンズ１０２，２０２、凸シリンドリカルレンズ１０
３，２０３、凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４、
ハーフミラー１０５，２０５、反射鏡１０６〜１０８，
２０６〜２０８、平凸レンズ１１０，１１１，２１０，
２１１及び台形型全反射ミラー１２０，１２１，２２
０，２２１から構成される。検出光学部は遮光板９、検
出レンズ１０及びＣＣＤ受光素子３０から構成される。

【００２３】半導体レーザ光源１００，２００は、波長
が約８００［ｎｍ］、発光点サイズが約２００［μ
ｍ］、θ平行方向の放射角が約６度、θ直角方向の放射
角が約４０度のレーザビームを出射する。非球面コリメ
ートレンズ１０１，２０１及び平凸レンズ１０２，２０
２は、半導体レーザ光源１００，２００から出射された
光束を凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３の前側で
集光させ、ケラー照明のように一旦半導体レーザ光源１
００，２００の像を形成させる補助集光レンズとしての
役割をする。凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３
は、照明ビームの短径方向に対して作用し、検出点にお
ける短径方向の幅を２００［μｍ］にするものであり、
補助集光レンズ（非球面コリメートレンズ１０１，２０
１及び平凸レンズ１０２，２０２）を通過した光をさら
に集光させる。なお、凸シリンドリカルレンズ１０３，
２０３は、照明ビームの長径方向に対しては作用しない
ようになっている。凹シリンドリカルレンズ１０４，２
０４は、照明ビーム長径方向に対して作用し、長径方向
の長さを平凸レンズ１１０，１１１，２１０，２１１か
らなる大口径集光レンズの口径に合わせて引き伸ばす。
なお、凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４は、照明
ビームの短径方向に対して作用しないようになってい
る。ここでは、凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３
及び凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４のことを引
き伸ばしレンズと呼ぶ。

【００２４】ハーフミラー１０５，２０５、反射鏡１０
６〜１０８，２０６〜２０８は、半導体レーザ光源１０
０，２００から出射されたレーザ光の光軸に対してそれ
ぞれ４５度の傾斜を持って配置され、引き伸ばしレンズ
（凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３及び凹シリン
ドリカルレンズ１０４，２０４）を通過した照明ビーム
をそれぞれ分割して２系統の照射ビームを作成するもの
である。すなわち、ハーフミラー１０５，２０５は、引
き伸ばしレンズ（凸シリンドリカルレンズ１０３，２０
３及び凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４）を通過
した照明ビームの半分を反射鏡１０７，２０７側に通過
させ、残りの半分を照明ビームの長径方向に配置された
反射鏡１０６，２０６側に反射する。反射鏡１０６，２
０６は、ハーフミラー１０５，２０５で反射された照射
ビームを半導体レーザ光源１００，２００から出射され
たレーザ光の光軸と同じ方向に全反射する。一方、反射
鏡１０７，２０７は、ハーフミラー１０５，２０５を通
過して来た照射ビームを反射鏡１０８，２０８側に全反
射し、反射鏡１０８，２０８は、その照射ビームを半導
体レーザ光源１００，２００から出射されたレーザ光の
光軸と同じ方向に全反射する。これによって、引き伸ば
しレンズ（凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３及び
凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４）を通過した照
明ビームは別々の２系統の照明ビームに分割される。な
お、図９では、反射鏡１０６，２０６，１０８，２０８
が同じ位置に配置されているように示してあるが、実際
は、反射鏡１０６と反射鏡１０８との間の距離の方が反
射鏡２０６と反射鏡２０８との間の距離よりも大きくな
っている。

【００２５】大口径集光レンズは、４枚の平凸レンズ１
１０，１１１，２１０，２１１で構成されている。平凸
レンズ１１０と平凸レンズ１１１とで一つの大口径集光
レンズが構成され、平凸レンズ２１０と平凸レンズ２１
１とでもう一つの大口径集光レンズが構成されている。
以下、集光レンズ１１０と表すときは、平凸レンズ１１
０と平凸レンズ１１１とで構成される大口径集光レンズ
のことを意味し、集光レンズ２１０と表すときは、平凸
レンズ２１０と平凸レンズ２１１とで構成される大口径
集光レンズのことを意味するものとする。

【００２６】図１０は、大口径集光レンズをガラス基板
４０側から見た図である。図において、右側が集光レン
ズ１１０であり、左側が集光レンズ２１０である。集光
レンズ１１０，２１０は、その中心Ｏ１，Ｏ２を含む半
円形状をしている。反射鏡１０６，１０８で反射された
照明ビームは、右側の集光レンズ１１０の中心Ｏ１の上
下方向の所定位置に照射され、反射鏡２０６，２０８で
反射された照明ビームは、左側の集光レンズ２１０の中
心Ｏ２の上下方向の所定位置に照射され、それぞれの集
光レンズ１１０，２１０によって集束される。

【００２７】集光レンズ１１０，２１０は、それぞれの
照明ビームを検出レンズ１０の瞳付近に集光する。この
とき、検出点であるガラス基板４０における照明ビーム
は、検出レンズ１０の瞳へ向かう集束光となるように構
成される。すなわち、検出光学部では、検出レンズ１０
の欠陥検出効率を確保するために、照明ビームの集光が
瞳中心となるように構成される。検出点４５すなわちガ
ラス基板４０は、検出レンズ１０の瞳と集光レンズ１１
０，２１０との中間位置であって、その集光光路中に設
置される。なお、検出レンズ１０の瞳に向かう集束光と
なるのは、長径方向の照明ビームだけであり、短径方向
の照明ビームはガラス基板４０上に集束するように構成
される。このようにしてガラス基板４０上には、長さ
（長径）が約５０〜６０［ｍｍ］、幅（短径）が約２０
０［μｍ］の細長い楕円形状の検出用照明ビームが照射
される。

【００２８】なお、集光途中の照明ビームは、図１０に
示した点線の正八角錐の底面のそれぞれの頂点８１〜８
４付近で正八角錐の頂点８０に向かうように、台形型全
反射ミラー１２０，１２１，２２０，２２１によって反
射させられる。正八角錐の頂点８０が検出点４５を含む
ガラス基板４０表面に対応する。従って、ガラス基板４
０表面すなわち検出点４５には、正八角錐の底面のそれ
ぞれの頂点８１〜８４の４方向からそれぞれ照明ビーム
が同時に照射されることになる。各照明ビームの照射角
度は、それぞれ４５度の整数倍の角度で交差するように
構成されている。

【００２９】すなわち、頂点８１から頂点８０に向かう
照明ビームに対して、頂点８２から頂点８０に向かう照
明ビームは４５度の角度で、頂点８３から頂点８０に向
かう照明ビームは９０度（４５度×２）の角度で、頂点
８４から頂点８０に向かう照明ビームは１３５度（４５
度×３）の角度で、それぞれ交差している。従って、ガ
ラス基板４０の表面に対しては、４５度ずつ方向の異な
る４本の照明ビームが照射されることになる。従って、
ガラス基板４０上のヘアライン傷は、いずれかの照明ビ
ームによって容易に検出することができるようになる。

【００３０】図１１は、この実施の形態のガラス基板検
査装置によってできるガラス基板４０上の細長い楕円形
状の照明ビーム６０とガラス基板４０上に存在するヘア
ライン傷６１〜６８との関係を示す図である。図１２
は、この実施の形態に係る照明ビーム６０とヘアライン
傷６１〜６８の長手方向の交差角を横軸に示した場合に
おけるＣＣＤ受光素子３０の信号出力レベルの特性を示
す図である。この実施の形態に係るガラス基板検査装置
では、図１０に示すように、４５度ずつ方向の異なる４
本の照明ビーム８１０〜８４０がガラス基板４０に照射
されている。従って、図１１（Ａ）〜（Ｈ）に示すよう
にそれぞれ角度の異なるヘアライン傷６１〜６８がガラ
ス基板４０上に存在する場合、その傷によるＣＣＤ受光
素子３０の信号出力は、図１２に示すようになる。

【００３１】すなわち、図１１（Ａ）に示すように照明
ビーム６０とヘアライン傷６１の長手方向が平行（０
度）の場合、ヘアライン傷６１によって頂点８１から頂
点８０に向かう照明ビーム８１０及び頂点８２から頂点
８０に向かう照明ビーム８２０に対応した散乱光が発生
するので、ＣＣＤ受光素子３０からは両方の照明ビーム
８１０，８２０の散乱光に対応した信号出力が現れる。
ここで照明ビーム６０は、それぞれの照明ビーム８１０
〜８４０の合成ビームのことである。図１１（Ｂ）に示
すように照明ビーム６０とヘアライン傷６２の長手方向
が約２２．５度で交差している場合、ヘアライン傷６２
によって頂点８２から頂点８０に向かう照明ビーム８２
０に対応した散乱光のみが発生するので、ＣＣＤ受光素
子３０からはその照明ビーム８２０の散乱光に対応した
信号出力が現れる。

【００３２】図１１（Ｃ）に示すように照明ビーム６０
とヘアライン傷６３の長手方向が約４５度で交差してい
る場合、ヘアライン傷６３によって頂点８２から頂点８
０に向かう照明ビーム８２０及び頂点８３から頂点８０
に向かう照明ビーム８３０に対応した散乱光が発生する
ので、ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８２
０，８３０の散乱光に対応した信号出力が現れる。図１
１（Ｄ）に示すように照明ビーム６０とヘアライン傷６
４の長手方向が約６７．５度で交差している場合、ヘア
ライン傷６４によって頂点８３から頂点８０に向かう照
明ビーム８３０に対応した散乱光のみが発生するので、
ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８３０の散乱
光に対応した信号出力が現れる。

【００３３】図１１（Ｅ）に示すように照明ビーム６０
とヘアライン傷６５の長手方向が約９０度で交差してい
る場合、ヘアライン傷６５によって頂点８３から頂点８
０に向かう照明ビーム８３０及び頂点８４から頂点８０
に向かう照明ビーム８４０に対応した散乱光が発生する
ので、ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８３
０，８４０の散乱光に対応した信号出力が現れる。図１
１（Ｆ）に示すように照明ビーム６０とヘアライン傷６
６の長手方向が約１１２．５度で交差している場合、ヘ
アライン傷６６によって頂点８４から頂点８０に向かう
照明ビーム８４０に対応した散乱光のみが発生するの
で、ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８４０の
散乱光に対応した信号出力が現れる。

【００３４】図１１（Ｇ）に示すように照明ビーム６０
とヘアライン傷６７の長手方向が約１３５度で交差して
いる場合、ヘアライン傷６７によって頂点８４から頂点
８０に向かう照明ビーム８４０及び頂点８１から頂点８
０に向かう照明ビーム８１０に対応した散乱光が発生す
るので、ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８４
０，８１０の散乱光に対応した信号出力が現れる。図１
１（Ｈ）に示すように照明ビーム６０とヘアライン傷６
８の長手方向が約１５５．５度で交差している場合、ヘ
アライン傷６８によって頂点８１から頂点８０に向かう
照明ビーム８１０に対応した散乱光のみが発生するの
で、ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８１０の
散乱光に対応した信号出力が現れる。すなわち、ＣＣＤ
受光素子３０からは図１２に示すような各照明ビーム８
１０〜８４０を合成した信号波形８００が出力されるの
で、方向性を持った細長い傷（ヘアライン傷）６１〜６
８であっても、その存在を確実に検出することができ
る。

【００３５】この実施の形態では、検出レンズ１０の光
の入射する位置に、ガラス基板４０の表面で散乱又は反
射しなかった光（直接光）を遮光するための遮光板９が
設けられている。従って、ガラス基板４０の表面で散乱
又は反射しなかった光（直接光）は、その遮光板９によ
って遮られ、ＣＣＤ受光素子３０に結像することはな
く、ガラス基板４０の表面で散乱又は反射した光のみ
が、検出レンズ１０を通過してＣＣＤ受光素子３０に結
像する。なお、検出レンズ１０は、複数のレンズ群の組
み合わせで構成される。

【００３６】本発明に係るガラス基板検査装置の照明光
学部の構成が従来のケラー照明構成とどのように異なる
のか、その詳細について説明する。まず、ケラー照明構
成の場合には、図３に示すように、半導体レーザ光源３
１の各点ａ１，ｂ１，ｃ１から出射したレーザ光は、補
助集光レンズ３２によって各点ａ２，ｂ２，ｃ２で一旦
結像される。そして、この結像された各点ａ２，ｂ２，
ｃ２の像の光をコンデンサレンズ３３によって、平行光
束として検出点３５（ガラス基板）に照射している。従
って、コンデンサレンズ３３によって、半導体レーザ光
源３１の像は無限遠にできるためクリティカル照明で問
題となっていた照明むらが生じることはない。

【００３７】ところが、半導体レーザ光源３１の光点ａ
１から出射したレーザ光は、検出点３５上の部分ａ３−
ａ４を一様に照射し、光点ｂ１から出射したレーザ光
は、検出点３５上の部分ａ３−ａ４と同じ部分ｂ３−ｂ
４を一様に照射する。同様に、光点ｃ１から出射したレ
ーザ光も、検出点３５上の部分ａ３−ａ４，ｂ３−ｂ４
と同じ部分ｃ３−ｃ４を一様に照射する。従って、前述
したように、図１（Ｂ）に示すような半導体レーザ光源
３１の有する遠視野パターンの影響が顕著に現れる。

【００３８】これに対して、本発明に係るガラス基板検
査装置の照明光学部においては、図９に示すように半導
体レーザ光源１００，２００の各点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１か
ら出射したレーザ光は、ケラー照明構成と同じように補
助集光レンズ（非球面コリメートレンズ１０１，２０１
及び平凸レンズ１０２，２０２）によって各点Ａ２，Ｂ
２，Ｃ２で一旦結像される。そして、この結像された像
の短径方向の照明ビームは凸シリンドリカルレンズ１０
３，２０３によってケラー照明構成の場合と同様にほぼ
平行光束に集束される。一方、結像された像の長径方向
の照明ビームは凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３
をそのまま通過し、凹シリンドリカルレンズ１０４，２
０４によって発散する方向に引き伸ばされる。凹シリン
ドリカルレンズ１０４，２０４によって引き伸ばされた
照明ビームは、集光レンズ１１０，２１０によって集光
され、ガラス基板４０上の検出点４５に照射される。

【００３９】従って、半導体レーザ光源１００，２００
の各点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１から出射したレーザ光は、一旦
各点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２で結像し、ガラス基板４０上の検
出点４５のそれぞれ異なる部分Ａ３−Ａ４，Ｂ３−Ｂ
４，Ｃ３−Ｃ４に照射されるようになっている。このよ
うな構成によって、半導体レーザ光源１００，２００の
像は、無限遠ではないが、かなり遠方にできるため、ク
リティカル照明で問題となっていた照明むらが生じるこ
とはない。また、この照明構成だと、前述したように、
図１（Ｂ）に示すような半導体レーザ光源１００，２０
０の有する遠視野パターンの影響を打ち消すことがで
き、照明強度をほぼ一様にすることができる。なお、図
では、半導体レーザ光源１００，２００の各点から出射
した光が検出点４５上の全範囲の約８分の１を照射する
場合を示しているが、実際は検出点４５上の全範囲の約
１０分の１程度を照射するように構成することによっ
て、最も遠視野パターンの影響を少なくし、照明強度を
全範囲でほぼ一様にすることができるという効果があ
る。

【００４０】なお、上述の実施の形態では、補助集光レ
ンズを非球面コリメートレンズ１０１，２０１及び平凸
レンズ１０２，２０２で構成し、引き伸ばしレンズを凸
シリンドリカルレンズ１０３，２０３及び凹シリンドリ
カルレンズ１０４，２０４で構成し、集光レンズを２枚
の平凸レンズ１１０，１１１，２１０，２１１でそれぞ
れ構成する場合について説明したが、これは一例であ
り、本発明の目的とする照明を行うことができるのであ
れば、これ以外の組合せで構成してもよいことは言うま
でもない。また、上述の実施の形態では、ガラス基板に
ついて説明したが、プラスチック基板等の透明なもので
あってもよい。さらに、上述の実施の形態では、４方向
から照明ビームを照射する場合について説明したが、こ
れ以上の方向から照射してもよいことはいうまでもな
い。上述の実施の形態では、２個の光源から４方向の照
明ビームを作成する場合について説明したが、４個の光
源を用いて４方向の照明ビームを作成してもよい。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、ヘアライン傷などのよ
うに照明ビームの照射方向に対して方向性を有するよう
な傷であってもその存在を確実に検出することができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 半導体レーザ光源が示す近視野パターン及び
遠視野パターンの特性を示す図である。

【図２】 一般的なクリティカル照明構成の一例を示す
図である。

【図３】 一般的なケラー照明構成の一例を示す図であ
る。

【図４】 クリティカル照明を用いて構成された従来の
ガラス基板検査装置の概略を示す図である。

【図５】 図４のガラス基板上に方向性を持ったヘアラ
イン傷が存在する場合における細長い楕円形状の照明ビ
ームとヘアライン傷との関係を示す図である。

【図６】 従来のガラス基板検査装置において、照明ビ
ームとヘアライン傷の長手方向の交差角を横軸に示した
場合のＣＣＤ受光素子の信号出力レベルを示す図であ
る。

【図７】 この発明に係るガラス基板検査装置を立体的
に示した斜視図である。

【図８】 図７のガラス基板検査装置の光学系の構成を
検出用照明ビームの長径方向から見た図である。

【図９】 図７のガラス基板検査装置の光学系の構成を
検出用照明ビームの短径方向から見た図である。

【図１０】 図７の大口径集光レンズをガラス基板側か
ら見た図である。

【図１１】 図７のガラス基板検査装置によってできる
ガラス基板上の細長い楕円形状の照明ビームとガラス基
板上に存在するヘアライン傷との関係を示す図である。

【図１２】 図７のガラス基板検査装置において、照明
ビームとヘアライン傷の長手方向の交差角を横軸に示し
た場合のＣＣＤ受光素子の信号出力レベルの特性を示す
図である。

【符号の説明】

１００，２００ 半導体レーザ光源 １０１，２０１ 非球面コリメートレ
ンズ １０２，２０２ 平凸レンズ １０３，２０３ 凸シリンドリカルレ
ンズ １０４，２０４ 凹シリンドリカルレ
ンズ １０５，２０５ ハーフミラー １０６〜１０７，２０６〜２０７ 反射鏡 １１０，１１１，２１０，２１１ 平凸レンズ １２０，１２１，２２０，２２１ 台形型全反射ミラー ９ 遮光板 １０ 検出レンズ ３０ ＣＣＤ受光素子 ４５ 検出点 ４０ ガラス基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 昇 東京都渋谷区東３丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 田村 良一 東京都渋谷区東３丁目16番３号 日立電子 エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 2G051 AA73 AB01 AB02 BA01 BA06 BA10 BB07 CA03 CA04 CB01 CB05 2H088 FA11 HA01 MA20 2H090 JB02 JC18

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から出射された光ビームを複数のレ
   ンズ手段を用いて傷検出用の細長い楕円形状の照明ビー
   ムとして被検査試料に照射する照明手段と、 前記被検査試料に照射された前記照明ビームの散乱光又
   は反射光を検出レンズを用いて結像し、その像を受光素
   子手段で検出する結像手段とを備えた透明基板検査装置
   において、 前記照明手段は、前記被検査試料上の前記照射ビームの
   長手方向に対してそれぞれ異なる角度で交差する少なく
   とも４方向から前記照明ビームを照射するように構成さ
   れていることを特徴とする透明基板検査装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記照明手段は、前記被検査試料上の前記照射ビームの
   長手方向に対して、α度、α＋４５度、α＋９０度、α
   ＋１３５度の角度で交差するような４方向から前記照明
   ビームを照射するように構成されていることを特徴とす
   る透明基板検査装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記照明手段は、 ２個の光源から出射される光ビームをそれぞれ補助的に
   集光する第１及び第２の補助集光レンズ手段と、 前記第１及び第２の補助集光レンズ手段によって結像さ
   れた前記２個の光源の光ビームをそれぞれ前記楕円形状
   の長径方向に引き伸ばし、短径方向に集光するように構
   成された第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段と、 前記第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段を通過した光
   ビームをそれぞれ分割する第１及び第２の分割手段と、 前記第１及び第２の分割手段によって分割された４本の
   光ビームを前記被検査試料上で前記楕円形状の照明ビー
   ムとし、前記検出レンズの瞳に向かう収束光となるよう
   に集光する第１及び第２の集光レンズ手段と、 前記第１及び第２の集光レンズ手段を通過した前記４本
   の光ビームを前記被検査試料上の所定位置にそれぞれ照
   射させる第１から第４までの反射鏡手段とを含んで構成
   されていることを特徴とする透明基板検査装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記第１及び第２の分割手段が、前記第１及び第２の引
   き伸ばしレンズ手段を通過した光ビームをハーフミラー
   及び反射鏡を用いて分割するように構成されていること
   を特徴とする透明基板検査装置。
5. 【請求項５】 請求項３において、 前記第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段は、 前記レーザ光の短径方向に集光する凸シリンドリカルレ
   ンズと、 前記レーザ光の長径方向に対して作用し、長径方向の長
   さを前記第１及び第２の集光レンズ手段の口径に合わせ
   て引き伸ばす凹シリンドリカルレンズとから構成されて
   いることを特徴とする透明基板検査装置。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４又は５において、 前記照明手段は、前記光ビームの前記被検査試料上にお
   ける短径方向の幅を約２００［μｍ］、長径方向の長さ
   を約５０〜６０［ｍｍ］にすることを特徴とする透明基
   板検査装置。
7. 【請求項７】 請求項３、４、５又は６において、 前記照明手段は、前記光源の各点から出射した光が前記
   被検査試料上の全範囲の約１０分の１程度を照射するこ
   とを特徴とする透明基板検査装置。
8. 【請求項８】 請求項４において、 前記第１及び第２の集光レンズ手段は、半円形状のレン
   ズで構成され、前記第１及び第２の分割手段によって分
   割された前記光ビームを光軸中心から上下方向に外れた
   位置を通過させて前記被検査試料上で前記楕円形状の照
   明ビームとし、前記検出レンズの瞳に向かう収束光とな
   るように集光することを特徴とする透明基板検査装置。