JP2006292412A - 表面検査装置、表面検査方法、及び基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の欠陥を、簡便かつ高い精度で検知する。
【解決手段】 基板１の表面を検査する表面検査装置１００であって、暗部と明部とを交互に平行に配列させたストライプパターンを、被検査面１ａに照射するパターン照射部３と、検知しようとする欠陥の高さと比べて浅い被写体深度で、ストライプパターンが形成された被検査面１ａの画像を撮像する撮像部４と、撮像部４により撮像された画像における暗部の像の消失を検知することにより、被検査面上の欠陥を検知する欠陥検知部６とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表面検査装置、表面検査方法、及び基板の製造方法に関する。

従来、材料のキズや歪みを検出するために光を用いた方法として、平坦な材料の表面に光を照射して、その反射光をモニタリングすることにより、表面の状態を観測することができるものがある（例えば、特許文献１参照。）。この方法は、平行に配列された直線を含むパターンからなる光を液晶基板の主表面に照射し、反射光から得られる像の歪みから主表面のうねりを検出する。
特開２００１−３０４８３４号公報

この像の歪みは、例えば、ディスプレーを介して目視により検知される。しかし、像の歪みを目視により客観的に検出するのは容易ではない。特に、主表面のうねりの周期が大きい場合、像の歪みの周期も大きくなり、検出が困難になる。

そこで、本発明は、上記の問題点を解決できる表面検査装置、表面検査方法、及び基板の製造方法を提供することを目的とする。

上記の問題点を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
（構成１）基板の表面を検査する表面検査装置であって、暗部と明部とを交互に平行に配列させたストライプパターンを、被検査面としての基板の表面に照射するパターン照射部と、検知しようとする欠陥の高さと比べて浅い被写体深度で、ストライプパターンが形成された被検査面の画像を撮像する撮像部と、撮像部により撮像された画像における暗部の像の消失を検知することにより、被検査面上の欠陥を検知する欠陥検知部とを備える。

このように構成すれば、基板の歪み、キズ等の欠陥を、簡便かつ高い精度で検知できる。また、目視により像の歪みを検出する場合等と異なり、暗部の像の消失は、客観的な検知が容易である。そのため、基板の欠陥を客観的に検知できる。また、再現性の高い検査を行なうことができる。

尚、欠陥検知部は、暗部の像の一部の消失を検知することにより、基板の欠陥を検知してもよい。検査対象の基板は、例えば、スキャナー、レーザプリンタ、又は、コピー機用の折り返しミラー等の、高度な平坦性が要求される用途に用いられる平面鏡である。検査対象の基板は、平面鏡以外の板状体、例えば液晶基板、半導体ウェハ等であってもよい。欠陥の高さとは、例えば、基板の厚み方向における凸欠陥の突出量又は凹欠陥の深さである。検知しようとする欠陥の高さと比べて浅い被写体深度とは、例えば、欠陥が存在する場合に、画像中のストライプパターンにおいて、その欠陥位置と重なる暗部の像が消失するような被写体深度である。暗部の像は、例えば、撮像部のピントが合わなくなって明部と暗部との境界がぼやけることによって消失する。

（構成２）欠陥検知部は、画像における暗部の像の間隔を予め設定された基準間隔と比較することにより、暗部の像の消失を検知する。このように構成すれば、暗部の像の消失を、容易かつ客観的に検知できる。尚、基準間隔は、例えば、暗部の像が消失していない場合の暗部の像の間隔に設定される。

（構成３）欠陥検知部は、被検査面に形成されたストライプパターンのうち、所定の領域に現れる暗部の像の本数を予め設定された基準本数と比較することにより、暗部の像の消失を検知する。このように構成すれば、暗部の像の消失を、容易かつ客観的に検知できる。尚、基準本数は、例えば、暗部の像が消失していない場合の暗部の像の本数に設定される。

（構成４）パターン照射部は、暗部の幅が明部の幅の１．１〜２倍のストライプパターンを照射する。このように構成した場合、例えばより幅広の暗部を用いる場合と比べ、より小さな欠陥が存在する場合にも暗部の像が消失することとなる。そのため、基板の欠陥をより高い精度で検知できる。

尚、暗部の幅は明部の幅の１．３〜１．７倍程度であるのがより好ましい。また、検査対象の基板がスキャナー、レーザプリンタ、又は、コピー機用の折り返しミラー等に用いられる場合、明部の幅は、例えば１００〜２００μｍ程度、暗部の幅は、例えば８０〜１２０μｍ程度である。より好ましくは、明部の幅は、１２０〜１５０μｍ程度、暗部の幅は、８０〜１２０μｍ程度である。

（構成５）基板の表面を検査する表面検査方法であって、暗部と明部とを交互に平行に配列させたストライプパターンを、被検査面としての基板の表面に照射するパターン照射段階と、検知しようとする欠陥の高さと比べて浅い被写体深度で、ストライプパターンが形成された被検査面の画像を撮像する撮像段階と、撮像段階で撮像された画像における暗部の像の消失を検知することにより、被検査面上の欠陥を検知する欠陥検知段階とを備える。このようにすれば、構成１と同様の効果を得ることができる。

（構成６）基板の製造方法であって、構成５に記載の表面検査方法により基板の表面を検査する基板検査工程を備える。このようにすれば、表面品質の管理を高い精度で行うことができる。また、これにより、高度な平坦性を有する基板を製造することができる。

本発明によれば、基板の欠陥を、簡便かつ高い精度で検知できる。

以下、本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置１００の構成の一例を示す。表面検査装置１００は、基板１の表面（被検査面１ａ）の欠陥を検出するための検査装置であり、パターン照射部３、撮像部４、ディスプレー５、欠陥検知部６、及びＸ―Ｙステージ７を備える。尚、本例において、基板１は、例えばスキャナー、レーザプリンタ、又は、コピー機用の折り返しミラーとして用いられる平面鏡である。また、被検査面１ａは、基板１の鏡面である。

パターン照射部３は、暗部と明部とを交互に平行に配列させたストライプパターンを基板１の被検査面１ａに照射する投影装置であり、光源の一例であるＬＥＤ３ａ、拡散板３ｂ、及びスリット板２を有する。ＬＥＤ３ａを用いることにより、光源の立ち上がり時間を短くできる。また、光度を可変調整し得るように構成できる。更には、光源を長寿命に安定動作させることができる。尚、光源としては、ＬＥＤ３ａ以外の各種光源、例えば蛍光ランプ等を用いることもできる。

拡散板３ｂは、ＬＥＤ３ａからの光を拡散させて面光源と同様の光源を作り出すために設けられている。拡散板３ｂを用いることにより、基板１の被検査面１ａにムラなくストライプパターンを照射できる。拡散板３ｂとしては、例えば、すりガラスが用いられる。スリット板２は、光を透過する明部、及び光を遮る暗部がそれぞれ線状かつ交互に形成された板状体であり、拡散板３ｂを挟んでＬＥＤ３ａと対向して設けられる。スリット板２は、例えば、透明板又は拡散板の透光性の基板に黒色のストライプを所定の間隔で施したものである。

この構成により、スリット板２の明部を透過した光は、被検査面１ａ上に、適宜設定される照射角θ１で照射される。また、被検査面１ａ上においてスリット板２の暗部に対応する位置には、暗部の像が形成される。そのため、被検査面１ａには、スリット板２のストライプパターンと同様のストライプパターンが形成される。尚、基板１の被検査面１ａは、パターン照射部３からの照射光を、撮像部４に向かって、反射角θ１で反射する。

撮像部４は、被検査面１ａの画像を撮像する撮像装置であり、カメラ４ａ及びレンズ部４ｂを有する。カメラ４ａは、例えば各種モニタリング用のカメラであり、検知しようとする欠陥の高さと比べて浅い被写体深度で被検査面１ａを撮像するように設定されている。カメラ４ａの被写体深度は、例えば、ゲインを適宜調整しながら、絞りを明け気味にすることにより浅く設定される。レンズ部４ｂは、カメラ４ａのピントを被検査面１ａ上に合わせる。本例において、撮像部４により撮像される範囲の面積は１０ｍｍ^２である。

ここで、鏡面である被検査面１ａに照射光を照射して得られる反射光は、キズの有無、歪みの程度等の被検査面１ａの状態を反映したものとなる。つまり、被検査面１ａの状態に応じて、反射光の状態は変化する。例えば、局所的なキズや歪み等の欠陥が存在する場合、反射光の散乱（ハレーション）が生じる。

そのため、ストライプパターンが形された被検査面１ａを被写体深度が浅く設定されたカメラ４ａにより撮像すると、反射光の散乱等の影響により、撮像された画像において、ストライプパターンの暗部の像が消失することとなる。また、暗部の像は、例えば、目視では検出不可能な大きさの局所的な欠陥が存在する場合でも消失する。そのため、本例によれば、ストライプパターンの暗部の像の消失を検知することにより、反射光の状態の変化を増幅して検知できる。また、これにより、基板１の欠陥を、高い精度で検知できる。

ディスプレー５は、撮像部４により撮像された画像をモニタリングするための表示装置である。ディスプレー５としては、従来公知の各種ディスプレーを用いることができる。ディスプレー５は、ストライプパターンの暗部の像の消失を目視で検知できる解像度を有するのが好ましい。このように構成すれば、ディスプレー５を介した目視によって、基板１の欠陥を検知できる。

尚、暗部の像の消失をディスプレー５を介した目視によって確認するためには、検知しようとする欠陥の高さ、及び撮像部４により撮像される範囲の面積に応じた解像度のディスプレー５を用いる必要がある。例えば、撮像部４により撮像される範囲の面積が１０ｍｍ^２程度であり、深さ０．２μｍ程度の局部歪み欠陥を検知しようとする場合、少なくとも３５万画素のカメラ４ａで撮像された画像を表示可能な解像度が必要である。

欠陥検知部６は、基板１の欠陥を自動検知する画像処理装置であり、撮像部４により撮像された画像における暗部の像の消失を検知することにより、欠陥を検知する。この自動検知は、ディスプレー５を介した目視による欠陥の検知と並行して行われてもよく、目視による欠陥の検知に代えて行われてもよい。

Ｘ―Ｙステージ７は、基板１を載置して移動させる。これにより、Ｘ―Ｙステージ７は、パターン照射部３により照射されるストライプパターンを被検査面１ａ上に亘って走査させる。このようにすれば、被検査面１ａの全体について、順次欠陥を検知することができる。

ここで、表面検査装置１００が検知可能な欠陥の大きさの設定について説明する。表面検査装置１００が検知可能な欠陥の大きさは、例えばパターン照射部３のスリット板２と基板１との位置関係により設定できる。例えば、スリット板２と基板１との距離を近くした場合、より小さな欠陥を検出するのに適した構成となる。また、スリット板２と基板１との距離を遠くした場合、より大きな欠陥を検出するのに適した構成となる。そのため、スリット板２と基板１との距離を適宜調節することによって、検出しようとする欠陥の大きさに対応できる。尚、欠陥の大きさとは、例えば、被検査面１ａに垂直な方向から見た欠陥の大きさである。

表面検査装置１００は、２対以上のパターン照射部３及び撮像部４を備えてもよい。この場合、例えば、一方のパターン照射部３のスリット板２と基板１との距離を近く、他方のパターン照射部３のスリット板２と基板１との距離を遠くするのが好ましい。このように構成すれば、小さな欠陥、及び大きな欠陥を、それぞれに適した構成により検知できる。尚、基板１に近いスリット板２に対応して設けられる撮像部４においては、レンズ部４ｂとして、例えば焦点距離５０ｍｍのレンズを用いることができる。また、基板１から遠いスリット板２に対応して設けられる撮像部４においては、レンズ部４ｂとして、例えば焦点距離１００ｍｍのレンズを用いることができる。２対以上のパターン照射部３及び撮像部４は、例えば、検出しようとする欠陥の大きさに応じて、１対ずつ切り換えて使用される。

また、２対以上のパターン照射部３及び撮像部４は、同時に使用されてもよい。この場合、欠陥検知部６は、例えば、それぞれのパターン照射部３により照射されるストライプパターンを、画像処理により分離する。尚、それぞれのパターン照射部３は、例えば、明部の幅、又は暗部の幅の少なくとも一方がそれぞれ異なるストライプパターンを照射する。このように構成すれば、画像処理によりストライプパターンを容易に分離できる。

それぞれのパターン照射部３は、例えばそれぞれ異なる色の光を発生する光源（ＬＥＤ等）を有してもよい。この場合、それぞれのパターン照射部３は、明部の色がそれぞれ異なるストライプパターンを照射することとなる。そのため、このように構成した場合も、画像処理によりストライプパターンを容易に分離できる。

図２は、表面検査装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。表面検査装置１００による表面検査においては、最初に、Ｘ―Ｙステージ７に載置されている基板１の被検査面１ａに、パターン照射部３が、ストライプパターンを照射する（照射段階Ｓ１０２）。そして、予め設定された浅い被写体深度で、撮像部４が、被検査面１ａの画像を撮像する（撮像段階Ｓ１０４）。

続いて、撮像段階Ｓ１０６で撮像された画像におけるストライプパターンの暗部の像の消失を検知することにより、欠陥検知部６が、基板１の欠陥を検知する（欠陥検知段階Ｓ１０６）。そして、欠陥が検知された場合（判別段階Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、欠陥が存在する旨、及び欠陥の位置を記憶する（記憶段階Ｓ１１０）。そして、被検査面１ａの全体に対する欠陥検知の走査が完了している場合（終了判定段階Ｓ１１２）、表面検査装置１００は、基板１に対する表面検査を終了する。

ここで、欠陥検知段階Ｓ１０６において欠陥が検知されなかった場合（判別段階Ｓ１０８：Ｎｏ）、記憶段階Ｓ１１０を飛ばして終了判定段階Ｓ１１２に進む。また、終了判定段階Ｓ１１２において欠陥検知の走査が完了していないと判定された場合、撮像段階Ｓ１０４に戻り、以降の動作を繰り返す。

尚、上記の動作が行われる間、Ｘ―Ｙステージ７は、基板１を、例えば６０ｍｍ／秒程度の一定の速度で移動させる。そのため、２回目以降の撮像段階Ｓ１０４において、撮像部４は、被検査面１ａにおける異なる位置の画像をそれぞれ撮像する。このようにすれば、被検査面１ａの全体について、欠陥検知の走査を適切に行うことができる。尚、上記の基板検査を行う工程を基板１の製造工程中で行えば、基板１の表面品質の管理を高い精度で行うことができる。また、これにより、高度な平坦性を有する基板１を製造することができる。

図３は、被検査面１ａに照射されるストライプパターンの説明図である。図３（ａ）は、照射されるストライプパターンの元になるスリット板２の構成を示す。本例において、スリット板２は、交互に平行に配列することによりストライプパターンを形成している直線状の暗部２ａと明部２ｂとを有する。暗部２ａは、スリット板２における非スリット部である。明部２ｂは、スリット板２におけるスリット部である。

本例において、暗部２ａの幅ａは０．２ｍｍ、明部２ｂの幅ｂは０．３ｍｍである。暗部２ａの幅ａと明部２ｂの幅ｂとの比率は、１：１．５に設定されている。尚、この比率は特に限定されず、所望により適宜設定することができるが、例えば、１：１．１〜１：２の範囲に設定することにより、高い精度で欠陥の検知を行うことができる。

図３（ｂ）、（ｃ）は、欠陥検知部６により設定された領域Ｓに照射されたストライプパターンを示す。図３（ｂ）は、領域Ｓに欠陥が存在しない場合のストライプパターンを示す。パターン照射部３は、スリット板２の暗部２ａ及び明部２ｂに応じて、像１ａａ及び像１ａｂが並ぶストライプパターンを照射する。像１ａａは、スリット板２の暗部２ａの像である。像１ａｂは、スリット板２の明部２ｂの像である。領域Ｓ内に欠陥が存在しない場合、カメラ４ａのピントがずれる領域が存在しないため、暗部２ａの像１ａａが消失することはない。そのため、領域Ｓ内には、一定の基準間隔で並ぶ基準本数の像１ａａが並ぶ。

尚、領域Ｓは、撮像部４により撮像される画像中に、欠陥検知部６により適宜設定される。本例において、欠陥検知部６は、画像中に領域Ｓを設定し、その領域Ｓ内の欠陥を検知する。そして、一つの領域Ｓ内の欠陥検知が終了すると、画像中の異なる位置に次の領域Ｓを設定し、その領域Ｓ内の欠陥を検知する。このように、欠陥検知部６は、画像内に順次領域Ｓを設定することにより、画像全体中の欠陥を検知する。欠陥検知部６は、領域Ｓを、複数箇所に同時に設定してもよい。

図３（ｃ）は、領域Ｓに欠陥が存在する場合のストライプパターンを示す。カメラ４ａの被写体深度が浅く設定されているため、領域Ｓ内に欠陥が存在している場合、その欠陥の位置でピントのずれが生じる。そして、ピントのずれにより、欠陥の位置と重なる暗部２ａの像１ａａの一部又は全体が消失する。例えば、図中に点線で示した部分１ａｃに欠陥が存在する場合、この位置にあるべき暗部２ａの像１ａａの一部又は全体が消失する。その結果、欠陥の位置において、暗部２ａの像１ａａの間隔が広がることとなる。

ここで、欠陥検知部６は、例えば、画像における暗部２ａの像１ａａの間隔を予め設定された基準間隔と比較することにより、像１ａａの消失を検知する。また、暗部２ａの像１ａａが消失すると、像１ａａの本数が減少することとなる。そのため、欠陥検知部６は、例えば、被検査面１ａに形成されたストライプパターンのうち、領域Ｓに現れる暗部２ａの像１ａａの本数を予め設定された基準本数と比較することによって、像１ａａの消失を検知してもよい。

これらのように構成すれば、照射されるストライプパターンの変化に基づき、暗部２ａの像１ａａの消失を、容易かつ客観的に検知できる。また、これにより、基板１の欠陥を適切に検知できる。更には、ディスプレー５を介した目視のみにより欠陥の検知を行う場合等と比べ、処理速度を速くすると共に、測定精度をより高めることが可能となる。

以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本発明は、例えば表面検査装置に好適に利用できる。

本発明の一実施形態に係る表面検査装置１００の構成の一例を示す図である。 表面検査装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。 被検査面１ａに照射されるストライプパターンの説明図である。 図３（ａ）は、照射されるストライプパターンの元になるスリット板２の構成の一例を示す。 図３（ｂ）は、領域Ｓに欠陥が存在しない場合のストライプパターンを示す。 図３（ｃ）は、領域Ｓに欠陥が存在する場合のストライプパターンを示す。

符号の説明

１・・・基板、１ａ・・・被検査面、１ａａ・・・像、１ａｂ・・・像、１ａｃ・・・部分、２・・・スリット板、２ａ・・・暗部、２ｂ・・・明部、３・・・パターン照射部、３ｂ・・・拡散板、４・・・撮像部、４ａ・・・カメラ、４ｂ・・・レンズ部、５・・・ディスプレー、６・・・欠陥検知部、７・・・ステージ、１００・・・表面検査装置

Claims (6)

1. 基板の表面を検査する表面検査装置であって、
   暗部と明部とを交互に平行に配列させたストライプパターンを、被検査面としての前記基板の表面に照射するパターン照射部と、
   検知しようとする欠陥の高さと比べて浅い被写体深度で、前記ストライプパターンが形成された前記被検査面の画像を撮像する撮像部と、
   前記撮像部により撮像された前記画像における前記暗部の像の消失を検知することにより、前記被検査面上の欠陥を検知する欠陥検知部と
   を備えることを特徴とする表面検査装置。
2. 前記欠陥検知部は、前記画像における前記暗部の像の間隔を予め設定された基準間隔と比較することにより、前記暗部の像の消失を検知することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
3. 前記欠陥検知部は、前記被検査面に形成された前記ストライプパターンのうち、所定の領域に現れる前記暗部の像の本数を予め設定された基準本数と比較することにより、前記暗部の像の消失を検知することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
4. 前記パターン照射部は、明部の幅が暗部の幅の１．１〜２倍の前記ストライプパターンを照射することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の表面検査装置。
5. 基板の表面を検査する表面検査方法であって、
   暗部と明部とを交互に平行に配列させたストライプパターンを、被検査面としての前記基板の表面に照射するパターン照射段階と、
   検知しようとする欠陥の高さと比べて浅い被写体深度で、前記ストライプパターンが形成された前記被検査面の画像を撮像する撮像段階と、
   前記撮像段階で撮像された前記画像における前記暗部の像の消失を検知することにより、前記被検査面上の欠陥を検知する欠陥検知段階と
   を備えることを特徴とする表面検査方法。
6. 請求項５に記載の表面検査方法により基板の表面を検査する基板検査工程を備えることを特徴とする基板の製造方法。
   

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