JP2007003376A - 周期性パターンムラ検査装置および周期性パターン撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像装置により撮像された周期性パターンのムラの検査をする検査装置において外乱光および光源の散乱光の影響を除去した周期パターンムラ検査装置を提供する。
【解決手段】撮像側平行光学系３１を備え画像を撮像する手段を具備する撮像部３０と、検査対象基板５０を載置し、Ｘ軸及びＹ軸方向に駆動する手段を具備するＸＹステージ２０と、先端に固定した照明側平行光学系１１が設けられ照明側平行光学系を、ＸＹステージに載置した検査対象基板に対し上下方向角度及び平行方向に駆動が可能でありかつ載置した検査対象基板に対して照明の照射位置が一定である様に制御可能な照明光源を備えた照明駆動部１２を具備する斜め透過照明部２０と、照射側平行光学系とＸＹステージの間に配された偏光フィルター３５’及び反射防止膜３６’と、ＸＹステージと撮像側平行光学系の間に配された偏光フィルタ３５ー及び反射防止膜３６とを具備したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は周期性パターンを有する製品におけるムラ検査装置および周期性パターン撮像方法に関するものである。

従来の周期性パターンのムラ検査では、同軸の透過照明や平面照明（例えば、特許文献１、２参照）を用いて透過率画像を撮像し、各々の画像での光の強度（明るさ）を比べてムラ部と正常部とを視認する方法である。そのため、元々ムラ部と正常部との光の強度差が少ない、すなわち、コントラストが低い画像をその強度差の処理方法を工夫することで、差を拡大してムラ部の抽出し、検査を行っている。

しかし、上記従来技術においては、格子状の周期性パターンのブラックマトリクスのムラ、特に開口部の大きいブラックマトリクスのムラの撮像において、ムラ部と正常部でのコントラストの向上が望めず、強度差の処理を工夫したとしても、元画像のコントラストが低い画像の場合の検査では、目視での官能検査方法より低い検査能力しか達成できない問題がある。なお、周期性パターンとは、一定の間隔（以下ピッチと記す）を持つスリットのパターンの集合体を称し、例えば、１本のパターンが所定ピッチで配列したストライプ状の周期性パターン、又は開口部のパターンが所定ピッチで配列したマトリクス状の周期性パターン等である。

一方、微細な表示と明るい画面の電子部品の増加により、前記周期性パターンでは、微細化、又は開口部比率アップへの傾向が進んでいる。将来、更に開口部の大きいより微細形状のブラックマトリクス用の周期性パターンのムラ検査の方法及びその装置が必要となる。すなわち、従来の光の振幅による光の強度（明るさ）の強弱のみの出力では限界である。

そこで、周期性のあるパターン、例えばブラックマトリクスムラを安定的、高精度に撮像、検出可能な、周期性パターンムラ検査装置を提供することを目的として、特許文献３の様な検査装置が提案された。撮像装置により撮像された周期性パターンのムラの検査をする検査装置において、光軸に平行な撮像側平行光学系を備え、画像を撮像する手段を具備する撮像部と、検査対象基板を載置し、位置の認知と、Ｘ軸及びＹ軸方向に駆動する手段を具備するＸＹステージと、光軸の上下方向及び前記ＸＹステージの左右平行方向及び光軸で回転する上下左右回転駆動部と、該駆動部の先端に固定した光軸に平行な照明側平行光学系の照明をする手段を具備する斜め透過照明部とを備え、前記撮像部及びＸＹステージ及び透過照明部を管理し、周期性パターンのムラの検査の工程を逐次処理する手段を具備する処理部を備えた周期性パターンのムラの検査をする検査装置であって、斜め透過光の照明を行うことで生じる、周期性パターンでの回折光を撮像することを特徴とする周期性パターンムラ検査装置が考えられた。
しかし、これでも周期性のあるパターン、例えばカラーフィルタの様な画像の差異が少なく、しかもみだりに精度を向上させることにより外乱光や光源の散乱などで誤検出が多くなることを防ぐ様にはなっておらず、安定的、高精度に撮像、検出可能な、周期性パターンムラ検査装置が求められていた。

以下に特許文献および先行の特許出願を記す。
特開２００２−１４８２１０号公報 特開２００２−３５０３６１号公報 特願２００３−３８７５７４号

本発明では上記のような従来技術の問題を解決するものであり、周期性のあるパターン、例えばブラックマトリクスムラを安定的、高精度に撮像、最適条件で検出可能な、周期性パターンムラ検査装置における外乱光および光源の散乱光の影響を除去した周期パターンムラ検査装置および周期性パターン撮像方法を提供することを目的とする。

本発明は係る課題に鑑みなされたものであり、請求項１に係る本発明は、撮像装置により撮像された周期性パターンのムラの検査をする検査装置において、撮像側平行光学系を備え画像を撮像する手段を具備する撮像部と、検査対象基板を載置し、位置の認知と、Ｘ軸及びＹ軸方向に駆動する手段を具備するＸＹステージと、先端に固定した照明側平行光学系が設けられ、照明側平行光学系を、ＸＹステージに載置した検査対象基板に対し上下方向角度及び平行方向に駆動が可能であり、かつ載置した検査対象基板に対して照明の照射位置が一定である様に制御可能な照明光源を備えた照明駆動部を具備する斜め透過照明部と、照射側平行光学系とＸＹステージの間に配された偏光フィルター及び反射防止膜と、ＸＹステージと撮像側平行光学系の間に配された偏光フィルター及び反射防止膜と、を備え、前記撮像部及びＸＹステージ及び透過照明部を管理し、周期性パターンのムラの検査の工程を逐次処理する手段を具備する処理部を備えた周期性パターンのムラの検査をする検査装置であって、斜め透過光の照明を行うことで生じる、周期性パターンでの回折光を撮像することを特徴とする周期性パターンムラ検査装置としたものである。

本発明では、斜め透過照明により周期性パターンでの回折光を捕らえることで、周期性パターン、例えばブラックマトリクスの微妙な変動を画像化している。すなわち、従来の光の振幅による光の強度（明るさ）の強弱のみの１成分から、本発明では従来と同様の光の振幅と、新規の光の位相との２成分で行える利点がある。光の回折では、正常部ではある特定の方向に強力な透過光が形成され、ムラ部では特定方向のみに回折が生じる誤差異を本発明では活用するが、本発明では、照射側平行光学系とＸＹステージの間に配された偏光フィルター及び反射防止膜と、ＸＹステージと撮像側平行光学系の間に配された偏光フィルター及び反射防止膜と、を備えることで、外乱光および光源の散乱光の影響を除去し、より強調する事ができる。

本発明の請求項２の発明は、２つの偏光フィルターは、照明側平行光学系から撮像側平行光学系への光軸に対し、偏光面が同じ向きであるように備えられていることを特徴とする請求項１記載の周期性パターンムラ検査装置としたものである。

本発明は、ＸＹステージと撮像側平行光学系の間に配された撮像画像用の偏光フィルター及び反射防止膜及び、照射側平行光学系とＸＹステージの間に配された透過光源用の偏光フィルター及び反射防止膜で、撮像画像及び透過光源を一定方向振幅光線へ偏光するフィルターを具備する光学系を備えることで、より均一な測定光源を形成し、外乱光および光源の散乱防止機能を有する周期性パターンムラ検査装置である。

以下に図を用いて、外乱光および光源の散乱防止の作用例を説明する。

図６は、従来の検査装置で、照射側平行光学系１１から出射し、ＸＹステージ上の測定対象物を経由し、撮像側平行光学系３１に入射する光の経路を示す部分説明図である。

硝子板６１とその表面に設けたマスクパターン６２からなる測定対象物に、単純に斜め背面から照明を行った場合、状況により図のように、透過照明光がマスクパターン６２の
マスクエッジ６３にて硝子板６１表面から裏面へ反射し、再び裏面で再反射し、表面に写りだされる場合がある。この際反射により表面に現れるマスクエッジがスジ上疑似欠陥として現れることがあった。マスク表面と裏面での反射したマスクエッジの写り込み光６４は二度の反射により振幅が変化しているが、そのままでは撮像結果６５にはマスクエッジの写り込み光６４が現れて疑似欠陥となってしまった。

これを防止するために、マスクエッジの写り込み光が二度の反射により透過光とは異なる偏光面の振幅光となってしまうこと利用する。すなわち、透過光源出射後に偏光フィルタで偏光面を揃え、撮像部前の偏光フィルターを、照明側平行光学系から撮像側平行光学系への光軸に対し、偏光面がその偏光面と同じ向きであるようにすることにより、偏光面の異なるマスクエッジの写り込み光を除去することが出来る実際的な手段を供給するものである。

本発明の請求項３の発明は、偏光フィルター及び反射防止膜は、照明側平行光学系から撮像側平行光学系までの光学系で、外乱光発生による外乱を防止することを特徴とする請求項１または２記載の周期性パターンムラ検査装置としたものである。

本発明は、撮像画像及び透過光源の偏光フィルター及び反射防止膜で、撮像画像及び透過光源へ、反射防止機能を有する偏光フィルターを具備する光学系を備えることで、レンズおよび偏光フィルターの表面反射光を防止し、散乱光を防止する事でそれに起因する誤検出を防止する。そして、外乱光および光源の散乱防止機能を有する周期性パターンムラ検査装置とするものである。

本発明の請求項４の発明は、前記斜め透過光の照明を行うことで生じる周期性パターンでの回折光を撮像し、その時の周期性パターン強度分布から、最適な撮像条件を探査し自動的に最適光学条件を設定する最適光学条件設定手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の周期性パターンムラ検査装置としたものである。

本発明は、周期性のあるパターン、例えばブラックマトリクスムラを安定的、高精度に撮像、検出可能な、外乱光および光源の散乱防止機能を有する周期性パターンムラ検査装置とするものである。

すなわち、本発明の周期性パターンムラ検査装置を用い、ある所定のパターンで形成されたブラックマトリクスのムラの検査の最適光学条件をもとめ、この条件で設定することにより、このパターンで形成された他のブラックマトリクスのムラを最適条件でムラの検査を実施できる。

請求項５に係る本発明は、透明基材上に周期性パターンを備えた撮像対象に対し、撮像部で平行に画像を撮像する周期性パターン撮像方法において、撮像対象の背面斜めから偏光フィルターを介した平行な照明を行い、撮像部前面にて周期性パターンの端部映り込みを防止用偏光フィルター及び反射防止膜を備えて撮像することを特徴とする周期性パターン撮像方法を提供するものである。

本発明の周期性パターン撮像方法は、以下の作用効果を有するものである。単純に斜め背面から照明を行った場合、状況により、測定対象がものによっては、透過照明光が測定対象物の表面及び裏面へ反射し、表面に設けたマスクパターンの端部は、すなわちマスクエッジが裏面で再反射し、裏面に映し出される場合があり、この再反射により表面に現れるマスクエッジが筋状の疑似欠陥として現れることがあったが、マスク表面と裏面での反射したマスクエッジの写り込み光は二度の反射により偏光方向が変化しているので、透過光とは別な振幅光となってしまうので、撮像部前の偏光フィルターにより疑似欠陥を除去
することが出来る。

本発明は以上のような構成であるから、周期性のあるパターン、例えばブラックマトリクスムラを安定的、高精度に撮像、最適条件で検出可能な、周期性パターンムラ検査装置における外乱光および光源の散乱光の影響を除去した周期パターンムラ検査装置および周期性パターン撮像方法とすることがてきる。

図１は本発明の周期性パターンムラ検査装置の機能構成の例を斜視で示す説明図である。

図に示すように斜め透過照明部１０と透過照明が可能なＸＹステージ部２０と、照明側平行光学系１１の照射光と直角に配置された偏光フィルター３５及び、反射防止膜３６と、撮像する為の撮像部３０と、撮像側平行光学系３１の受像部と直角に配置された偏光フィルター３５’及び、反射防止膜３６’と、撮像された画像を強調処理し、ムラ部を判定、さらに強調された画像を人がムラと認識しやすい様に表示する機能を有する処理部４０から構成されている。なお、照明側平行光学系１１、偏光フィルター３５及び反射防止膜３６については、図１（ｂ）に示した。

斜め透過照明部１０では、ＸＹステージに載置した検査対象基板に対し上下方向角度及び平行方向（図１の本例ではＸ軸、Ｙ軸方向）に駆動が可能であり、かつ検査対象基板に対して照明の照射位置が一定である様に制御可能な照明駆動部１２を配置され、該駆動部の先端に固定した照明側平行光学系１１の照明が設けられており、検査対象基板への照明の照射位置を変えることなく様々な角度からの偏光フィルター３５を介した照明が可能となっている。すなわち、斜め透過照明部１０では、平行光学系１１と、様々な角度からの透過照明が設定できる。さらに、前記照明が複数台配置され、その照明の点灯を切り換える（点光源の変更）事で、検査対象基板への照明光の方向を切り換えることができる。

処理部４０では、前記撮像部３０及びＸＹステージ２０及び透過照明部１０を管理し、周期性パターンのムラの検査の工程を逐次処理する手段を統括管理する。さらに、処理部４０では、撮像部３０から画像のデータを受け取り、該データを所定のデータ処理手順により画像の特徴を抽出、比較し、その差分を算出し、良否の判定する。なお、周期性パターンムラの検査の工程例を逐次処理する手段（フロー図）は図２に示した。フロー図では、開始〜終了まで（順番に１〜２３まで）、逐次処理される。

まず、電源投入等装置を動作可能状態にする（ａ１：装置全体で実行する）。そしてレシピ選択等の初期条件設定を行ってから（ａ２：処理部で実行する）、原点復帰等ステージ駆動を開始する（ａ３：処理部で実行する）。次に、被検査基板をステージに載置し（ｃ４：ＸＹステージで実行する）、基板を検査開始位置まで移動する（ｃ５：ＸＹステージで実行する）。続いて検査を実行するための各種条件設定を行う。撮像位置、撮像回数等の撮像条件と撮像倍率を設定し（ｂ６、ｂ７：撮像部で実行する）、また斜め透過照明部の上下方向角度、照明点灯方向、照明強度等の照明条件を設定する（ｄ８：斜め透過照明部で実行する）。撮像エリアの撮像を行い（ｂ９：撮像部で実行する）、初回の画像を取り込む（ｂ１０：撮像部で実行する）。次ぎの撮像エリアが無い場合は（ｂ１１：撮像部で判定を実行する）、撮像終了ステージの駆動を停止し（ａ１６：処理部で実行する）、装置を停止し終了とする（ａ２３：処理部で実行する）。次ぎの撮像エリアがある場合は（ｂ１１：撮像部で判定を実行する）、そのエリアを撮像し（ｂ１２：撮像部で実行する）、画像を取り込む（ｂ１３：撮像部で実行する）。以下、繰り返して最後の撮像エリアまで撮像し画像を取りこむ（ｂ１４：撮像部で実行する）。全て撮像した場合、撮像を
処理部へ転送する（ａ１７：処理部で実行する）。画像データの加工を行い（ａ１８：処理部で実行する）、処理の結果を出力する（ａ１９：処理部で実行する）。これにより出力結果を判定する（ａ２０：処理部で実行する）。その後、検査工程を終了し（ａ２１：処理部で実行する）、被検査基板をステージから排出し（ａ２２：処理部で実行する）、装置を停止する（ａ２３：処理部で実行する）。

なお上記の記号（ａ１、ａ２、ｃ３、ｃ４・・等）で、ａは処理部関連、ｂは撮像部関連、ｃはＸＹステージ関連、ｄは斜め透過照明部関連であることを示し、数字はフローの順番を意味する。

検査対象物５０にて回折される回折光は、ブラックマトリクス等の微妙な変動により、回折角に変化をもたらすため、前記撮像部３０に捕らえられた画像はブラックマトリクス等の変動に起因するムラ部を強調した画像となる。

更に斜め透過照明部１０および撮像部３０に平行光学系を用い、該検査装置又はその周辺で発生する外乱光を排除する事で、回折光の変動をより正確に強調した画像が捕らえられる。

また、複数設置された照明を順次点灯することで、様々な方向性を持つムラに対して最適な画像を得ることが出来る。

このようにして測定対象物にあらゆる条件下の透過照明を照射し、その時の回折現象を撮像する事で、肉眼では判断できなかったムラが検出可能となる。

図３は、本発明の周期性パターンムラ検査装置に係る照射側平行光学系から出射し、ＸＹステージ上の測定対象物を経由し、撮像側平行光学系に入射する光の経路を示す部分説明図である。図のように、ガラス板６１とその上面に設けたマスクパターン６２からなる測定対象物を斜め照射した場合、マスクパターン６２のマスクエッジ６３にてガラス板６１表面から裏面へ反射し、再び裏面で再反射し、表面に写し出され、この再反射により表面に現れるマスクエッジが筋状の疑似欠陥として現れる場合がある。この時、本発明の周期性パターンムラ検査装置では、マスク表面と裏面での反射したマスクエッジの写り込み光６４は二度の反射により偏光方向が変化しているのを利用して、撮像側平行光学系３１の偏光フィルタ３５’によりマスクエッジの写り込み光６４を遮断して、撮像結果６５にマスクエッジの写り込み光６４が現れないようにしたものである。

これを撮像側平行光学系３１の偏光フィルタ３５’に除去及び防止する手段として透過照明光波長を整列させるための偏光フィルター３５を照明側平行光学系１１に装着する。この場合、撮像側平行光学系３１の偏光フィルタ３５’は表面及び裏面反射によって振幅方向の変化した光を取り込まない回転角度に設定された偏光フィルター３５’が取り付けられている。すなわち、撮像側平行光学系３１の偏光フィルタ３５’と、照明側平行光学系１１の偏光フィルター３５とは、照明側平行光学系から撮像側平行光学系への光軸に対し、偏光面が同じ向きであるように備えられている
本発明では、検査対象基板に対して照明の照射位置が一定である様に制御可能な照明駆動部１２を配置されている。

この際、図４で示す例ように、検査対象部材の照射位置として、中心部を照射するよう透過照明部１０は補間動作する。つまり、照射位置を変化させずに入射角度θを変化させるには、Ｘ移動が必要となるが、これは三角関数計算プログラムを用いることで用意に補間移動を行うことが出来る。また、これらの全ては処理部４０にて制御される。
また、撮像側の偏光フィルターは測定サンプルの厚みやパターンによって変動することも
考えられるので、光軸に対して任意の回転角度に設定出来る機構としても良い。
照明側平行光学系１１及び撮像側平行光学系３１へ偏光フィルター及び反射防止膜はあらかじめ固定されていてもかまわないが、必要に応じて入れ替えることも構わない。
また、逐次検査動作を自動化する場合には必要に応じて自動的に入れ替える機構としても良い。

照明側平行光学系部及び撮像側平行光学系部へ偏光フィルター及び反射防止膜を自動的に入れ替える手段として、一例としては、平行移動方式や回転式の入れ替え手段を用いることも出来る。

本発明の他の例では、上記の例にさらに加えて、斜め透過光の照明を行うことで生じる周期性パターンでの回折光を撮像し、その時の周期性パターン強度分布から、最適な撮像条件を探査し自動的に最適光学条件を設定する最適光学条件設定手段を備えた周期性パターンムラ検査装置である。

所定のパターンが形成された検査対象基板をＸＹステージ部２０に設置し、照明側平行光学系部１１を適当な角度で斜め背面から照明を行い、撮像側平行光学系部３１で画像データを捕らえる。そのとき、図５に示すようなムラの位置とムラ強度のデータを求め、記憶する。図５は、本例の周期性パターンムラ検査装置で実測した撮像画像およびそのデータで、（ａ）は撮像画像、（ｂ）は画像データのムラの位置とムラ強度の分布図である。また、（ｂ）の分布図では、（ａ）の撮像画像の縦軸の一点について、横方向に見た位置の強度（輝度値）分布を示している。

つぎに、例えば照明角度を0.5度刻みに変化させた時の撮像画像を取り込み、同様に、それぞれの画像の図５に示すようなムラ位置とムラ強度のデータを求め、記憶する。これをあらかじめ決められた角度範囲の中で、透過照明角度を可変しながらリアルタイムに撮像し、その回折光の撮像結果を取りこみ、それぞれのムラ強度を求め、記憶する。そして各画像データの中で、ムラ強度の変化量（輝度値）が最大となった時の条件を、撮像における最適光学条件と位置づける。以上の操作を最適光学条件設定手段で行なう。これは、処理部に組み込んでも良い。

この条件で、本発明の例の周期性パターンムラ検査装置を設定し、上記所定のパターンが形成された他の検査対象基板を検査することで、最良の条件で検査できる。

すなわち以上は、一定量ずつｎ回角度θを変化させ、その都度画像データを蓄積する。その後輝度値ピークの比較を行い最適値を算出し、後に最適θ角度で実測を行う。

また、最適光学条件の探査終了後その位置の再現がもっとも重要となるが、その装置再現性を精度良く実施するために高分解能の位置決め機能を備えたアクチュエーターや、エンコーダ機能を備えた位置決めモータなどを利用することが出来る。

本発明はカラーフィルターのブラックマトリックスや〜フィルターの画素などの周期性パターンを有する製品におけるムラ検査装置に関するものである。

本発明の周期性パターンムラ検査装置の機能構成の例を斜視で示す説明図である。 本発明の周期性パターンムラ検査装置による検査の工程例を逐次処理するフロー図である。 本発明の周期性パターンムラ検査装置の例に係る照射側平行光学系から出射し、ＸＹステージ上の測定対象物を経由し、撮像側平行光学系に入射する光の経路を示す部分説明図である。 本発明の周期性パターンムラ検査装置の例に係る検査対象部材の中心部を照射するよう透過照明部１０の補間動作の説明図である。 本発明の周期性パターンムラ検査装置の他の例に係る実測した撮像画像およびそのデータである。 従来の検査装置で、照射側平行光学系から出射し、ＸＹステージ上の測定対象物を経由し、撮像側平行光学系に入射する光の経路を示す部分説明図である。

符号の説明

１０・・・斜め透過照明部
１１・・・照明側平行光学系
１２・・・上下左右回転可動部
２０・・・ＸＹステージ
３０・・・撮像部
３１・・・撮像側平行光学系
３５、３５’・・・偏光フィルター
３６、３６’・・反射防止膜
４０・・・処理部
５０・・・検査対象部材
６１・・・ガラス板
６２・・・マスクパターン
６３・・・マスクエッジ
６４・・・マスクエッジ写り込み
６５・・・撮像結果

Claims (5)

1. 撮像装置により撮像された周期性パターンのムラの検査をする検査装置において、
   撮像側平行光学系を備え画像を撮像する手段を具備する撮像部と、
   検査対象基板を載置し、位置の認知と、Ｘ軸及びＹ軸方向に駆動する手段を具備するＸＹステージと、
   先端に固定した照明側平行光学系が設けられ、照明側平行光学系を、ＸＹステージに載置した検査対象基板に対し上下方向角度及び平行方向に駆動が可能であり、かつ載置した検査対象基板に対して照明の照射位置が一定である様に制御可能な照明光源を備えた照明駆動部を具備する斜め透過照明部と、
   照射側平行光学系とＸＹステージの間に配された偏光フィルター及び反射防止膜と、
   ＸＹステージと撮像側平行光学系の間に配された偏光フィルター及び反射防止膜と、
   を備え、前記撮像部及びＸＹステージ及び透過照明部を管理し、周期性パターンのムラの検査の工程を逐次処理する手段を具備する処理部を備えた周期性パターンのムラの検査をする検査装置であって、斜め透過光の照明を行うことで生じる、周期性パターンでの回折光を撮像することを特徴とする周期性パターンムラ検査装置。
2. ２つの偏光フィルターは、照明側平行光学系から撮像側平行光学系への光軸に対し、偏光面が同じ向きであるように備えられていることを特徴とする請求項１記載の周期性パターンムラ検査装置。
3. 偏光フィルター及び反射防止膜は、照明側平行光学系から撮像側平行光学系までの光学系で、外乱光発生による外乱を防止することを特徴とする請求項１または２記載の周期性パターンムラ検査装置。
4. 前記斜め透過光の照明を行うことで生じる周期性パターンでの回折光を撮像し、その時の周期性パターン強度分布から、最適な撮像条件を探査し自動的に最適光学条件を設定する最適光学条件設定手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の周期性パターンムラ検査装置。
5. 透明基材上に周期性パターンを備えた撮像対象に対し、撮像部で平行に画像を撮像する周期性パターン撮像方法において、撮像対象の背面斜めから偏光フィルターを介した平行な照明を行い、撮像部の前面に周期性パターンの端部写り込み防止用偏光フィルター及び反射防止膜を備えて撮像することを特徴とする周期性パターン撮像方法。