JP2006119112A - 検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
LCD 用等の基板上に生成される透明電導膜パターンの膜厚が薄くなるにつれ、パターンエッジ部でのコントラストが減少し、従来技術では測定が困難になって来た。このような透明電導膜部分とそれ以外の部分のコントラストを増大させ、膜厚の小さい透明電導膜パターンの寸法測定を容易に実現する技術を提供する。
【解決手段】
照明ユニットに可視光以下の領域に高い輝度を有する光を発生するランプと可視光以上の長波長成分を遮断する光学フィルタを具備して、透明電導膜部分とそれ以外の部分のコントラストを増大させ、膜厚の小さい透明電導膜パターンの寸法測定を容易に実現した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板上に形成されたパターンの寸法を顕微鏡で拡大して透明電導膜パターンの寸法を測定する寸法測定装置、等の検査装置に利用される。

基板（例えば、LCD（ Liquid Crystal Display ）基板）の寸法測定装置は、ガラス等の基板（試料）上に形成されたパターンに照明光を照射して得られるパターン像を顕微鏡で拡大し、その画像を CCD（ Charge Coupled Device ）カメラで撮像して得られるパターン像を画像処理して、寸法を測定する検査装置である。

試料に照明光を照射する方式には、顕微鏡から同軸落射で照射しその反射光から得られる画像を処理する反射照明方式と、顕微鏡に対し、試料の裏側から照明光を照射し、その透過光から得られる画像を処理する透過照明方式がある。しかし、LCD 基板の寸法測定では、両方の照明方式を実現する手段を具備し、被検査対象のパターンに応じて使い分けることが一般的に行われる。
LCD 用の基板の製造過程においては、目的のパターンを生成するためのレジスト膜パターンや生成された金属膜、透明または半透明膜の寸法を測定している。

これらのパターンの寸法測定は、従来技術として図８に示す構成で実現していた。図６は、従来の測定装置の略構成を示すブロック図である。1 は反射照明方式の照明ユニット、3 は投光管、2 は照明ユニット 1 から出力される照明を投光管 3 に導く光ファイバ、4 は透過照明方式の照明ユニット、6 は透過照明ヘッド、5 は照明ユニット 4 から出力される照明を透過照明ヘッド 6 に導く光ファイバ、7 はレボルバ、8 は対物レンズ、9 は試料、10 はレーザオートフォーカスユニット、11 と 12 はレンズ、13 は自動調光ユニット、14 はCCD カメラ、15 は画像処理ユニット、20 は透過照明ヘッド 6 内のミラー、21 は投光管 3 内のハーフミラー、22 はレーザオートフォーカスユニット 10 内のハーフミラー、23 は照明ユニット 1 のランプ、24 は照明ユニット 4 のランプである。なお、顕微鏡は、少なくとも、照明ユニット 1 ，4 、光ファイバ 2 ，5 、投光管 3 、透過照明ヘッド 6 、透過照明ヘッド 6 に取付けられたミラー 20 、レボルバ 7 、レボルバ 7 に取付けられた対物レンズ 8 、レーザオートフォーカスユニット 10、ハーフミラー 21 ，22 、レンズ 11 ，12 、及び試料 9 を固定する試料台（図示しない）から略構成される。

図８において、同軸落射照明用の照明ユニット 1 から照射された光は、光ファイバ 2 を通して投光管 3 のハーフミラー 21 、対物レンズ 8 を介して試料 9 に照射される。なお、照明ユニット 1 内のランプ 23 は、例えばハロゲンランプ等の白色光を発生するランプである。
試料 9 から反射した光は、投光管 3 のハーフミラー 21 、レーザオートフォーカスユニット 10 のハーフミラー 22 を通過した後、レンズ11 及び 12 を通過することによって CCD カメラ 14 の撮像面に結像される。

レーザオートフォーカスユニット 10 は、試料 9 から反射する反射光を処理して自動的に顕微鏡のフォーカスを合わせるものである。また顕微鏡と CCD カメラ 14 の間には自動調光ユニット 13 が設置され、この自動調光ユニット 13 により CCD カメラ 14 に入射する光の量を一定量に制御している。
またレボルバ 7 は、対物レンズ 8 を切り換え、倍率を変更するために使用される。

透過照明方式によって測定する場合には、透過照明用の照明装置 4 から照射された光が、光ファイバ 5 を通して透過照明ヘッド 6 のミラー 20 を介して試料 9 に照射される。なお、照明ユニット 4 内のランプ 24 は、例えばハロゲンランプ等の白色光を発生するランプである。
照射された光は、試料 9 の透明または半透明の部分を透過し、対物レンズ 8に入射し、上記と同様に CCD カメラ 14 に結像される。
結像された像は、CCD カメラ 14 で撮像され、映像信号に変換されて試料 9 の画像として、映像信号画像処理ユニット 15 に出力される。

映像信号画像処理ユニット 15 は、入力された画像を画像処理し、所定のパターンの寸法を測定する。なお、照明ユニット 1 ，4 、投光管 3 、レーザオートフォーカスユニット10 、レボルバ 7 、及び、自動調光ユニット 13 は、測定条件を変更するため等により、画像処理ユニット 15 により制御される。
本構成において、照明ユニット 1 及び 4 の照明ランプは、図９に示すような、白色光に近い連続スペクトルを持ちかつ安価な、ハロゲンランプが一般的に使用される。図９は、照明ユニット 1 または 4 の照明ランプ 23 または 24 に使用する光源の発生する光のスペクトルの一例を示す図。
上述の技術は、例えば、特許文献１に記載されている。
特開２００３−２７９３１８号公報

例えば、LCD 用等の基板においては、生成されるパターンとして透明電導膜（透明導電膜）があるが、このような可視光領域で透明な材質のパターンでは、従来は、透明電導膜のパターンエッジ部で反射した光が顕微鏡に入射せず暗くなる作用を利用してパターンエッジ部で測定を行っていた。 この場合、透明電導膜が厚ければ、パターンエッジ部でのコントラストが大きいので、十分測定できた。しかし、最近の材料コスト低減やパターンの微細化等により、透明電導膜が薄くなるにつれ、パターンエッジ部でのコントラストが減少し、従来技術では測定が困難になって来た。
本発明の目的は、上記のような問題を解決し、透明電導膜部分とそれ以外の部分のコントラストを増大させ、膜厚の小さい透明電導膜パターンの寸法測定を容易に実現するものである。

上記の目的を達成するため、本発明の第１の様態による検査装置は、基板上に形成されたパターンの寸法を顕微鏡で拡大して寸法を測定する寸法測定装置において、可視光以下の波長領域のスペクトルを有したランプと、可視光より長い波長領域の光成分を遮断する光学フィルタを具備する。
第１の様態による上述の光学フィルタは、略 600 nm以下の波長の光のみを透過させる。
第１の様態による上述のランプは、略 600 nm 以下の波長で少なくとも１つの輝線を有する。
第１の様態による上述の検査装置は、反射照明と透過照明の少なくともいずれか１つを使用する。
第１の様態による上記ランプは、略 400 nm 、450 nm 、550 nm 、580 nm 付近で少なくとも１つの輝線を有する。
第１の様態による上記光学フィルタは、少なくとも１つの輝線を有する。

また、本発明の第２の様態による検査装置は、基板上に形成されたパターンの寸法を顕微鏡で拡大して寸法を測定する検査装置において、所定の波長領域内に輝線を有したランプと、所定の波長領域の光成分を通過する光学フィルタとを具備する。
第２の様態による上述の光学フィルタが通過する所定の波長領域は、上記ランプが輝線を有する所定波長領域と少なくとも重なる。
第２の様態による上記ランプと上記光学フィルタを複数備え、検査する試料の種類に応じていずれかのランプまたはいずれかの光学フィルタに切り換える。
第２の様態による検査装置は、反射照明と透過照明の少なくともいずれか１つを使用する。

本発明により、従来技術では得られなかった透明電導膜を可視化することができるため、従来技術で出来なかった透明電導膜のパターンエッジ部の明暗差からエッジを検出し寸法測定を行うことができる。本発明は透明導電膜パターンを有する LCD 基板等の基板の寸法測定に有効である。

本発明の実施例は、可視光域以下の短い波長領域にかけて透明電導膜の透過率が低下する特性を利用し、照明ユニットから照射する光を透明電導膜の透過率が低下する波長域に限定することにより、透明電導膜部分とそれ以外の部分のコントラストを増大させ、寸法測定を可能にする。
このため、本発明の実施例は、従来の連続スペクトルを有するランプから輝線スペクトルを有する、例えば水銀キセノンランプやメタルハライドランプに変更し、更に、ランプから発せられる輝線スペクトルの内、透明電導膜の透過率が低下する波長域のみ透過させる光学フィルタを追加したものである。
例えば、水銀キセノンランプやメタルハライドランプを使用した場合、透明導電膜の透過特性が図４のグラフIのようになる場合、その透過率が低下し、輝線が見られる 450 nm 付近の波長を有する光を用いるか、透明導電膜の透過特性が図４のグラフIIのようになる場合、その透過率が低下し、輝線が見られる 550 nm 付近の波長を有する光を用いるものである。

以下この発明の第一の実施例を図１から図５により説明する。
図１は、本発明の第一の実施例の寸法測定装置の略構成を示すブロック図である。また図２は、第一の実施例による照明ユニット 1′及び 4′に使用するランプ（光源）の発生する光のスペクトルの一例を示す図である。また図３は、第一の実施例による照明ユニット 1′及び 4′に使用する光学フィルタの透過特性図である。また図４のグラフIは、試料 9 の透明電導膜の透過特性の一例を示す図である。また図５は、本発明を用いた時の効果を説明するための図である。
図１において、従来の図８と同じ機能のユニットには同じ参照番号を付した。その他、1′は反射照明方式の照明ユニット、4′は透過照明方式の照明ユニット、23′は照明ユニット 1′のランプ、24′は照明ユニット 4′のランプ、16 は光学フィルタ、17 はフィルタ切り換え機構である。

照明ユニット 1′及び 4′は、例えば、水銀キセノンランプやメタルハライドランプ等、略 400 nm 乃至 600 nm の間の波長領域（例えば、405 nm 、436 nm 、546 nm 、578 nm ）に輝線を有するランプ 23′及び 24 ′を内蔵し、照明ユニットの出射部付近に透明電導膜の透過率が低下する波長域のみ透過させる（例えば、450 nm より長い波長を遮断する）光学フィルタ 16 が配置される。光学フィルタ 16 は、フィルタ切り換え機構 17 に実装され、図４のグラフIのような透過特性を有する透明電導膜で形成されたパターンの寸法測定を行う時に、光学フィルタ 16 に切り換えられる。

照明ユニット 1′または 4′のランプから照射された光は、光学フィルタ 16 を通過する際、図３に示す光学フィルタの透過特性に従い、450 nm の波長より短い波長領域に輝線を有す光のみ透過する。こうして照明ユニット 1′から照射された光は、光ファイバ2 を通して、投光管 3 のハーフミラー 21 を介して試料 9 に照射されるか、または、照明ユニット 4′から照射された光が、光ファイバ5 を通して、透過照明ヘッド 6 のミラー 20 を介して試料 9 に照射される。

照射された光は、同軸落射照明であれば試料 9 からの反射光が、また、透過照明であれば試料 9 からの透過光が、対物レンズ 8 に入射し、従来例で述べたことと同様に、CCD カメラ 14 に結像する。
CCD カメラ 14 が撮像した試料 9 のパターン画像は、映像信号として画像処理ユニット 15 に出力され、画像処理ユニット 15 は、入力された映像信号を基に画像処理を行い、パターンの寸法を測定する。
ここでレーザオートフォーカスユニット 10 、自動調光装置 13 、レボルバ 7 、対物レンズ 8 、ハーフミラー 21 ，22 、レンズ 11 ，12 、及び、画像処理ユニット 15 は、従来例と同様に動作する。なお、画像処理ユニット 15 の制御対象は、従来例に加えて、フィルタ切り換え機構 17 の制御がある。

以下この作用について説明する。
透明電導膜の透過特性は、図４に示すように、可視領域ではほぼ 80 ％の透過特性を示すが、可視領域より短波長側で急激に透過特性が低下する。

従って、反射照明方式の場合、透明電導膜が反射率の高い金属膜上に存在する場合には、450 nm の波長より短い波長領域の光のみを試料 9 の上部から照射すると、透明電導膜の無い部分（金属膜部分）は高い反射率のために反射光量が多いが、透明電導膜部分は照射された光が一旦、透明電導膜に入射後、金属膜上で反射し、再び電導膜を通って出射するあいだに減衰するため、反射光量が少ない（低反射率となる）。
このため透明電導膜の無い部分と透明電導膜部分の明暗差が大きくなり、パターンエッジ部の明暗差に基づいてエッジを検出し寸法測定を行うことができる。

ガラス基材上に直接透明電導膜が存在する場合には、ガラス基材の反射率自身は低いが、上記と同様の原理で透明電導膜が存在する部分がより暗くなるため、パターンエッジ部の明暗差からエッジを検出し寸法測定を行うことができる。即ち、透明電導膜の下にはガラス基材があるため、ガラス基材で反射する光量がどちらも同じとしても、直接ガラス基材に入射して反射する光量に比べて、透明電導膜を通過して出射する光量は、透過率が 100 ％（可視領域でも 80 ％）以下）であるため、小さくなる。

更に、透過照明方式の場合、450 nm の波長より短い波長領域の光のみを試料 9 の下部から透過照射すると、ガラス基材部は高透過特性を持つため明るいが、透明電導膜が存在する部分は透過率が低いため暗くなる。このため透明電導膜の無い部分と透明電導膜部分の明暗差が生じ、パターンエッジ部の明暗差からエッジを検出し寸法測定を行うことができる。

図５によって、本発明を実施して得られた画像と従来技術で得られた画像とを比較して説明する。画像を取得するための試料は、全て同じ物を使っている。
図５において、(a) は照明ユニットに従来のハロゲンランプを使用した場合の画像であり、試料は同じ物を使い、金属膜上の透明電導膜、ガラス基材上の透明電導膜ともに全く明暗差が生じないため、エッジを検出し寸法測定を行うことが難しい。(b) は照明ユニットにメタルハライドランプを用いた場合の画像であり、(a) と比べると金属膜上の透明電導膜の明暗差が生じるようになったものの、ガラス基材上の透明電導膜についてはほとんど明暗差が生じない。このため、エッジを検出し寸法測定を行うことが難しい。(c) は照明ユニットにメタルハライドランプを使用し、かつ、光学フィルタを加えたことにより得られた画像である。金属膜上の透明電導膜、ガラス基材上の透明電導膜ともに明暗差が生じ、パターンエッジ部の明暗差からエッジを検出し寸法測定を行うことが容易に実現できる。

図５(c) の画像は、メタルハライドランプを内蔵した照明ユニットと図３に示す透過特性を持った光学フィルタを組み合わせた一例であるが、これに限定されるものではない。例えば、紫外線領域のみを透過させる光学フィルタを使用し、照明ユニットに水銀キセノンランプを使用すれば、紫外線領域の照明を照射することになるため、透明電導膜の透過特性がさらに低くなり、より明暗差のある画像が得られる。
光源として、連続スペクトルを持つランプの光を光学フィルタで特定波長切り出すことも考えられるが、この場合は、光量が不足する欠点があるが、輝線を有すランプを用いれば、特定波長の光を効率的に取り出すことができ、検査に必要な光量を得ることができる。

なお上述の実施例では、特に、反射照明と透過照明との区別をつけず説明をしている部分が多いが、反射照明と透過照明とを同時に使用して検査したり、またいずれか１つを使用して検査しても良い。
更に、フィルタ切り換え機構 17 によって、可視光以上の長波長領域の光を遮断しないで使用する場合と、これを遮断する光学フィルタを使用する場合とを切替えて使用して検査することでも良い。また光学フィルタの遮断波長領域を複数具備して切替え制御し、領域の組合わせで検査するようにしても良い。
また更に、光学フィルタの組合わせと、反射照明と透過照明の組合わせを、組合わせて使用して検査することも可能である。

図１、図４のグラフII、図６及び図７を参照して、本発明による第二の実施例を説明する。図４のグラフIIは、第二の実施例に使用される試料9′（図６参照）の透明電導膜の透過特性図であり、図６は第二の実施例の寸法測定装置の概構成を示すブロック図であり、図７は第二の実施例による光学フィルタ 16′（図６参照）の透過特性図である。

第二の実施例は、透明電導膜が図４のグラフIIのような透過特性を有する試料 9′を使用し、第一の実施例は略 450 nm の波長以下の光のみを透過させる光学フィルタ 16 を採用したが、略 550 nm 以下の波長を有する光のみを透過させる光学フィルタ 16′を採用すること以外は同一である。従って、以下の第二の実施例の説明において、第一の実施例と同じ部分はその説明を省略する。
図１を参照すれば、光学フィルタ 16′はフィルタ切り換え機構 17′によって照明ユニット 1′または 4′の出射部付近に配置される。

このような構成によって、照明ユニット 1′または 4′のランプ 23′または 24′から照射された光は、光学フィルタ 16′を通過する際、図７に示す光学フィルタの透過特性に従い、550 nm 波長付近の波長領域に輝線を有す光のみ透過する。こうして照明ユニット 1′から照射された光のうち、550 nm 波長付近の光のみが、光ファイバ 2 を通して、投光管 3 のハーフミラー 21 を介して試料 9′に照射されるか、または、照明ユニット 4′から照射された光のうち、550 nm 波長付近の光のみが、光ファイバ 5 を通して、透過照明ヘッド 6 のミラー 20 を介して試料 9′に照射される。

照射された光は、同軸落射照明であれば試料 9′からの反射光が、また、透過照明であれば試料 9′からの透過光が、対物レンズ 8 に入射し、従来例で述べたことと同様に、CCD カメラ 14 に結像する。
CCD カメラ 14 が撮像した試料 9′のパターン画像は、映像信号として画像処理ユニット 15 に出力され、画像処理ユニット 15 は、入力された映像信号を基に画像処理を行い、パターンの寸法を測定する。
ここでレーザオートフォーカスユニット 10 、自動調光装置 13 、レボルバ 7 、対物レンズ 8 、ハーフミラー 21 ，22 、レンズ 11 ，12 、及び、画像処理ユニット 15 は、図１の実施例と同様に動作する。

以下この作用について説明する。
透明電導膜の透過特性は、図４のグラフIIのようになるので
、透明電導膜が反射率の高い金属膜上に存在する場合には、550 nm 近傍の波長領域の光のみを試料 9′の上部から照射すると、透明電導膜の無い部分（金属膜部分）は高い反射率のために反射光量が多いが、透明電導膜部分は照射された光が一旦、透明電導膜に入射後、金属膜上で反射し、再び電導膜を通って出射するあいだに減衰するため、反射光量が少ない（低反射率となる）。
このため透明電導膜の無い部分と透明電導膜部分の明暗差が大きくなり、パターンエッジ部の明暗差に基づいてエッジを検出し寸法測定を行うことができる。

ガラス基材上に直接透明電導膜が存在する場合には、ガラス基材の反射率自身は低いが、上記と同様の原理で透明電導膜が存在する部分がより暗くなるため、パターンエッジ部の明暗差からエッジを検出し寸法測定を行うことができる。
更に、550 nm の波長領域の光のみを試料 9′の下部から透過照射すると、ガラス基材部は高透過特性を持つため明るいが、透明電導膜が存在する部分は透過率が低いため暗くなる。このため透明電導膜の無い部分と透明電導膜部分の明暗差が生じ、パターンエッジ部の明暗差からエッジを検出し寸法測定を行うことができる。

尚、上記実施例では、可視光以下の短い波長領域での光源及びフィルタの切り換えについて説明した。しかし、上記実施例のほか、種々の波長領域に輝線を有する光源の組合わせ、及び、可視光より波長が短いまたは長い波長領域の光を通過しないフィルタあるいは所定の波長領域に光を通過するフィルタの組合わせは、電導膜の種類に応じて、光源またはフィルタの少なくとも１つを切り換えて使用することができる。
また、透明電導膜に限らず、種々の材料、種々の製法で作られた膜パターンにも適用できる。

以上述べたように、本発明によって、透明電導膜を可視化することができるため、従来技術で出来なかった透明電導膜のパターンエッジ部の明暗差からエッジを検出し寸法測定を行うことができる。従って、本発明は透明導電膜パターンを有する LCD 基板等の基板の寸法測定に有効である。

本発明の第一の実施例の寸法測定装置の略構成を示すブロック図。 本発明の第一の実施例の照明ユニットに使用する光源の発生する光のスペクトルの一例を示す図。 本発明の第一の実施例の照明ユニットに使用する光学フィルタの透過特性図。 試料の透明電導膜の透過特性の一例を示す図。 本発明を用いた時の効果の一例を説明するための図。 本発明の第二の実施例の寸法測定装置の略構成を示すブロック図。 本発明の第二の実施例の照明ユニットに使用する光学フィルタの透過特性図。 従来の測定装置の略構成を示すブロック図。 従来の照明ユニットに使用する光源の発生する光のスペクトルの一例を示す図。

符号の説明

1，1′：照明ユニット、 2：光ファイバ、 3：投光管、 4，4′：照明ユニット、 5：光ファイバ、 6：透過照明ヘッド、 7：レボルバ、 8：対物レンズ、 9，9′：試料、 10：オートフォーカスユニット、 11，12：レンズ、 13：自動調光ユニット、 14：CCD カメラ、 15：画像処理ユニット、 16，16′：光学フィルタ、 17，17′：フィルタ切り換え機構、 20：ミラー、 21，22：ハーフミラー、 23，23′，24，24′：ランプ。

Claims (10)

1. 基板上に形成されたパターンの寸法を顕微鏡で拡大して寸法を測定する寸法測定装置であって、可視光以下の波長領域のスペクトルを有したランプと、可視光より長い波長領域の光成分を遮断する光学フィルタとを具備したことを特徴とする検査装置。
2. 請求項１記載の検査装置において、上記光学フィルタは、略600nm以下の波長の光のみを透過させることを特徴とする検査装置。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の検査装置において、上記ランプは、略600nm以下の波長で少なくとも１つの輝線を有したランプであることを特徴とする検査装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の検査装置において、反射照明と透過照明の少なくともいずれか１つを使用して検査することを特徴とする検査装置。
5. 請求項３に記載の検査装置において、上記ランプは、略400nm、450nm、550nm、580nmの付近で少なくとも１つの輝線を有することを特徴とする検査装置。
6. 請求項５に記載の検査装置において、上記光学フィルタは、少なくとも１つの輝線を有する波長の光を透過させることを特徴とする検査装置。
7. 基板上に形成されたパターンの寸法を顕微鏡で拡大して寸法を測定する寸法測定装置であって、所定の波長領域内に輝線を有したランプと、所定の波長領域の光成分を通過する光学フィルタとを具備したことを特徴とする検査装置。
8. 請求項７記載の検査装置において、上記光学フィルタが通過する所定の波長領域は、上記ランプが輝線を有する所定波長領域と少なくとも重なることを特徴とする検査装置。
9. 請求項７または請求項８のいずれかに記載の監査装置において、上記ランプと上記光学フィルタを複数備え、検査する試料の種類に応じていずれかのランプまたはいずれかの光学フィルタに切り換えることを特徴とする検査装置。
10. 請求項７または請求項８のいずれかに記載の検査装置において、反射照明と透過照明の少なくともいずれか１つを使用して検査することを特徴とする検査装置。