JP2008064666A - 外観検査装置の基板保持機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ミクロ検査における基板の振動を抑制すると共にマクロ検査の邪魔にならない。
【解決手段】外観検査装置の基板保持機構は、枠状のステージ３に基板２を載置して、基板を目視観察するマクロ検査と拡大観察するミクロ検査とを行う。ステージ３の開口部に設けた桟１７及び固定ピン１７ａとは別に、基板を支持する支持ピン２５と、支持ピン２５を固定した支持バー２４とを設け、支持バー２４を一対のコンベアのベルトに連結し、基板に対して進退させる。マクロ検査時には支持バーと支持ピンはステージの枠状部３ｂに隠れる退避位置に保持し、ミクロ検査時には支持バーと支持ピンは基板の欠陥Ｋまたはその近傍を裏面から支える。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板や半導体基板等の各種の基板、好ましくは大型基板を検査する外観検査装置における基板保持機構に関する。

従来、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）といったフラットパネルディスプレイの分野では、フラットパネルディスプレイ製造工程において、ガラス基板を製造し、欠陥検査が行われている。欠陥検査手法として基板上のゴミ等の異物やキズ等の欠陥を目視で検査するマクロ検査と高倍率の撮像カメラで撮像してモニター等で拡大観察するミクロ検査とがある。
これらの検査に際して、観察すべき基板の表面に照明光を照射する落射照明や基板の裏面から照明光を照射する透過照明を選択的に用いて欠陥の有無や欠陥を観察するようにしている。
ところで、近年、ガラス基板等が大型化して一辺が２ｍを越えるような大型サイズのものが出現しており、このような大型基板は薄型であるため剛性が小さくなっている。このような基板を検査する場合、基板を水平に支持するために基板を載置する四角枠形状の基板ホルダの開口部に棒状の桟が所定間隔に架けられ、各桟には基板を裏面から支えるピン部材が植設されている。

この場合、桟の本数が多いと基板を透過観察する際に桟が邪魔になるため、必要最小限の本数しか取付けられなかった。また、外観検査装置には除振器が取付けられているが、このような構成を採用しても、外観検査装置に備えられたモータやその他の周辺機器等の影響によって大型基板が微小振動したり撓んだりすることを抑止できなかった。
基板をマクロ観察する場合には、目視で観察するために基板が微小振動しても観察に悪影響を与えることは少ないが、ミクロ観察する場合、モニター画面で基板を拡大観察するために微小な振動であっても認識できるために観察に支障を来す欠点があった。
このような問題を改善するために例えば下記特許文献１、２に記載された基板保持装置が提案されている。特許文献１に記載された外観検査装置の基板保持装置では、基板を載置するための基板ホルダの開口部下部を閉塞する剛性の高い板状の透明平板を固定し、透明平板の上面に複数のピンを立設させることで基板を支持するようにしている。
また、特許文献２に記載された基板保持装置では、基板ホルダの開口部に並設して架け渡した複数の桟において、隣接する桟の間や桟と基板ホルダの枠状部との間に棒状の振動吸収部材を直線状に配置することで基板を支持している。
特開２０００−７１４６号公報 特開２００４−２８１９０７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の基板保持装置では、マクロ検査において基板の表面を落射照明したり基板裏面から透過照明して観察する場合に、基板上だけでなく透明平板上でも照明光を反射させたりや乱反射させるために基板の検査に支障を来すという不具合があった。また、特許文献２に記載の基板保持装置では、透明平板での反射や乱反射は生じないが、振動を抑止するためにピンを支える桟に加えて振動吸収部材が設けられているため、マクロ検査における透過光を遮断する範囲が増大する欠点が生じる。
また、マクロ検査においては基板を１８０度反転させて基板裏面を検査することが仕様上要求されているために、透明平板や桟及び振動吸収部材が目視検査の障害になる欠点がある。

本発明は、このような実情に鑑みて、ミクロ検査における基板の振動を抑制すると共にマクロ検査の邪魔にならない基板保持機構を提供することを目的とする。

本発明による外観検査装置の基板保持機構は、枠状のステージに基板を載置して、該基板を目視観察するマクロ検査と基板を拡大観察するミクロ検査とを行うようにした外観検査装置において、ステージ内で基板を支持する支持部材と、該支持部材に基板を支持する支持位置と基板から退避した退避位置とを選択的に取らせる進退手段とを備え、マクロ検査時には支持部材は退避位置に保持され、ミクロ検査時には支持部材は支持位置に保持されるようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、基板をマクロ検査する際には支持部材が基板から退避しているために観察の邪魔にならず、またミクロ検査する際には支持部材で基板を支持するため、周辺の機器等の影響によって基板が振動したり撓むのを抑制した状態で拡大観察できる。

また、進退手段は、支持部材を保持する保持部材と、該保持部材を基板に対して移動させる作動部材とを備えていて、該作動部材によって保持部材を基板に対して進退させるようにしてもよい。
マクロ観察時に、支持部材と保持部材を基板から外すことでステージの枠状部に重ねて基板全体を遮られることなく観察でき、ミクロ観察時には作動部材によって保持部材を基板上に持ち来たして支持部材で基板を支えることができる。

また、ミクロ検査時に基板の一部領域を拡大観察するために基板に対して移動する拡大検査部と、基板を挟んで拡大検査部と反対側に配設されている支持部材を拡大検査部の移動に連動して拡大検査部に対応する位置に移動させる制御手段とを更に備えていることが好ましい。
ミクロ検査時に、拡大検査部を基板上の一部領域に持ち来せば、制御手段によってその座標を読み取り、連動して支持部材を基板上の一部領域に対向する位置に移動させて基板を裏面側から支えることができる。
また支持部材は、基板を支えるピン部材を出没作動させるアクチュエータであってもよく、ピン部材がアクチュエータに没した状態でステージ等に干渉することなく支持部材を移動でき、ピン部材が突出した状態で基板を支えることができる。

また、本発明による外観検査装置の基板保持機構において、進退手段は、開口部に架設された桟に設けられていて該桟に対して支持部材を支持位置と桟の裏面に退避した退避位置との間で回動させる回動機構であってもよい。
この場合には、支持部材による基板の支持領域が制限されるが、比較的簡単な構成となり、支持部材による基板の支持領域とその周辺領域での振動や撓みを抑制できる。
なお、支持部材は基板に設けられた欠陥の位置または欠陥に近接する位置で裏面から基板を支持する。
支持部材によって基板を欠陥の位置で支えることで振動や撓みを確実に抑制した状態でミクロ検査でき、欠陥に近接する位置で支えることで欠陥付近における基板の振動等を抑制すると共に欠陥の透過光を妨げないのでより明瞭で精度の良い検査を行える。
また、進退手段は、開口部内で移動可能な保持部材に設けられていて、該保持部材に対して支持部材を支持位置と下方に退避した退避位置との間で突没させる突没機構であってもよい。

本発明の外観検査装置の基板保持機構によれば、マクロ検査時には支持部材が基板から退避するために基板検査の邪魔にならず、ミクロ検査時には支持部材で基板を支持するために基板の振動や撓み等を抑制して詳細な検査を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の第一実施形態による外観検査装置を図１乃至図６により説明する。
図１は本発明の第一実施形態による外観検査装置の要部説明図、図２はステージの平面図、図３は裏面図、図４は図２に示すステージのＡ−Ａ線縦断面図、図５は支持ピンを突出させた状態の図４と同様な図、図６は図５の部分拡大図である。
図１に示す外観検査装置１は、床面に設置される装置本体１ａを有していて、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）等に用いるガラス基板等の薄型の基板２をステージ３に載置させて外観検査するものである。基板２は例えば２ｍ×２ｍ以上の大型の四角形板状とする。ステージ３は図２に示すように四角形枠形状に形成され、その開口部１６の周縁部には基板２を吸着保持するための真空吸着孔３ａが所定間隔で設けられている。

図１においてステージ３は回動駆動機構４に取付けられていて、その回転軸５を中心に起き上がり状態と水平状態を取り得るように回動可能に支持されている。ステージ３は回動駆動機構４に設けた反転軸６によって回転可能に支持され、基板２の表面と裏面を観察可能とされている。起き上がり状態に保持されるステージ３に対向する位置には、拡大検査手段８が配設されている。拡大検査手段８は、顕微鏡にデジタルカメラが取付けられてなる拡大検査部９と、拡大検査部９をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能な互いに直交するレール部材からなるガイド機構１０とで構成されている。

また、装置本体１ａの上部には、水平状態に保持されたステージ３の基板２と起き上がり状態に保持された基板２を落射照明可能な第一照明手段１２が取付けられている。装置本体１ａの側部には起き上がり状態に保持されたステージ３の基板２を透過照明するための第二照明手段１３が取付けられている。
図２において、ステージ３には、載置される基板２の各角部を位置決めしてアライメントする複数組の整列部材１５が設けられている。また、ステージ３の枠内に設けられた開口部１６には棒状の桟１７が開口部１６の対向する内壁同士に取付けられている(図４参照）。桟１７はステージ３に載置された基板２がその重量で撓むのを抑制するためのものであり、基板２の透過観察や反転させて裏面を観察する際に極力邪魔にならないように必要最小限の数だけ(図では２本)所定間隔で取付けられている。
また各桟１７には基板２を支えるための適宜数(図では４本）の固定ピン１７ａ、…が植設されており、これによって基板２の撓みを抑制できる。

次に基板保持機構１１について説明する。
図３に示すステージ３の裏面において、ステージ３の四辺を形成する枠状部３ｂ、…のうちの例えばステージ３の桟１７と略直交する一対の枠状部３ｂ、３ｂにはそれぞれ板状の保護部材１８，１８が設けられ、その内側にはコンベア２０，２０が略平行に配設されている。各コンベア２０は両端に設けた一対のスプロケット２１ａ、２１ｂ間に無端状のベルト２２が巻回され、対向する二つのコンベア２０，２０のスプロケット２１ａ、２１ａはシャフト２３で連結され、シャフト２３の一端には駆動源としてモータＭ１が連結されている。
そして、二つのベルト２２、２２には支持バー２４が連結され，桟１７と略平行に配設されている。支持バー２４には１または複数(図では３本）の支持ピン２５がステージ３に略直交する方向に取付けられている。モータＭ１を正逆駆動することで周回運動する一対のベルト２２、２２によって支持バー２４が開口部１６内に進出し、枠状部３ｂに後退する。

また、支持ピン２５はアクチュエータとして例えばエアシリンダ等を備えて、図５及び図６に示すように外筒２５ａに対してピン部材としてのシリンダロッド２５ｂが出没可能とされている。シリンダロッド２５ｂが外筒２５ａから所定距離突出した状態で、ステージ３に載置された基板２を裏面から支えて基板２の振動や撓みを抑制することができる。支持ピン２５はシリンダロッド２５ｂが外筒２５ａ内に収容された状態で、支持バー２４と共に桟１７やステージ３に干渉することなく移動可能となる。
そして、支持バー２４と支持ピン２５は制御手段２６によって（或いは手動操作でもよい）移動及び出没可能とされている。制御手段２６は支持バー２４及びモータＭ１と拡大検査部９とに電気的に接続されており、拡大検査部９の移動に連動してその座標位置を読み取ることで支持バー２４を対向する位置に移動可能としている。
外観検査装置１による基板２のマクロ検査に際しては支持バー２４はステージ３の枠状部３ｂの裏面に退避し、ミクロ検査に際しては支持バー２４は開口部１６内に進出して支持ピン２５を基板２の検査すべき欠陥Ｋの位置またはその近傍で基板２を支えることになる。
なお、本実施形態による基板保持機構１１において、コンベア２０，２０と支持バー２４とモータＭ１等は進退手段を構成する。

本実施形態による外観検査装置１の基板保持機構１１は上述の構成を備えており、次に作用を説明する。
先ず外観検査装置１において、検査すべき基板２を水平状態のステージ３に載置し、整列部材１５で基板２の位置決めを行い、真空吸着孔３ａで吸着保持する。この状態で、先ず基板２のマクロ検査を行う場合、支持バー２４は図３に示すように開口部１６から退避させてステージ３の枠状部３ｂの裏面に保持する。この状態で或いは起き上がり状態で第一照明手段１２からの落射照明によって基板２の表面を目視観察する。また基板２を透過観察する場合には、基板２を保持するステージ３を回動駆動機構４によって回転軸５回りに回動させて起き上がり状態に保持し、第二照明手段１３によって透過照明下で基板２を透過観察する。その際、拡大検査手段８の拡大検査部９とガイド機構１０を基板２から退避させておくとよい。
更に、基板２の裏面を観察する場合には、ステージ３を回動駆動機構４の反転軸６回りに１８０度反転させて上述の場合と同様に水平状態または起き上がり状態で観察すればよい。

次に、マクロ検査で検出した欠陥Ｋについてミクロ観察する場合には、起き上がり状態に保持したステージ３に対して拡大検査部９をガイド機構１０によってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて基板２の欠陥Ｋに対向する位置に持ちきたす。これと同時に拡大検査部９の座標位置を制御手段２６で読み取り、拡大検査部９の移動に連動して基板保持機構１１のモータＭ１を駆動し、支持バー２４をコンベア２０，２０のベルト２２、２２に連動して開口部１６内に移動させる。
そして、例えばキズや異物等の欠陥Ｋが図２に示す位置にあるとして、欠陥Ｋ上に拡大検査部９をセットすると、制御手段２６によって拡大検査部９の座標位置にほぼ重なるライン上に支持バー２４を移動し停止させる。次に支持バー２４に取付けられた各支持ピン２５、…においてシリンダロッド２５ｂを突出させると、シリンダロッド２５ｂは基板２の欠陥Ｋに重なるか欠陥Ｋ近傍のライン上で基板２を裏面から支えることになる。

ここで、支持ピン２５は支持バー２４の所定位置に固定されているため、シリンダロッド２５ｂは必ずしも欠陥Ｋの真下に位置しないが、近傍にあればよい。例えば基板２を支える支持ピン２５がその接触点を基準として周囲半径ａｍｍの範囲内で微小振動や撓みを抑えられるとすれば、支持バー２４に設ける支持ピン２５は距離２ａｍｍの間隔で設置すればよい。半径ａの寸法は基板２の大きさや板厚等で定まる。
これによって確実に欠陥Ｋについて振動や撓みを抑止された状態で拡大検査部９によって拡大画像を撮像でき、モニター画面上で観察できる。特に透過観察する場合には、欠陥Ｋの真下より多少ずらした位置を支持ピン２５で基板２を支える方が透過光を照射する上で好ましい。
なお、ミクロ観察する欠陥Ｋの位置が桟１７に重なる位置またはその近傍の場合には、拡大検査部９の移動に関わらず、その座標位置に支持バー２４を移動させずに退避状態に保持してもよい。

上述のように本実施形態による外観検査装置１によれば、マクロ検査においては支持バー２４及び支持ピン２５がステージ３の枠状部３ｂ裏面に退避した状態にあるために落射及び透過照明下での観察の邪魔にならず、ミクロ検査においては観察すべき基板２の欠陥Ｋに重なるライン上またはその近傍に支持バー２４を進出させて支持ピン２５で欠陥Ｋの位置またはその近傍を支えるために基板２の微小振動やたわみを抑制して精度良く観察・検査を行える。

第一実施形態による外観検査装置１の基板保持機構１１の変形例として、支持バー２４に１本の支持ピン２５を設け、図示しないモータ等の駆動源によって支持ピン２５を支持バー２４に沿って摺動可能に配設してもよい。
このような構成を採用すれば、支持ピン２５はコンベア２０，２０の長手方向とこれに直交する支持バー２４の長手方向、即ちＸ−Ｙ方向に摺動可能となる。そして、制御手段２６によって、欠陥Ｋに対応する座標位置に移動する拡大検査部９と連動して支持ピン２５を同一座標位置に移動させるように制御できる。これによって、支持ピン２５を確実に拡大検査部９で撮像する基板２上の欠陥Ｋの裏面に位置させて支持できる。
また、支持ピン２５の停止位置を基板２の欠陥Ｋの座標より若干ずれた位置に座標を設定すれば、透過照明下でミクロ検査する場合に透過光を遮断しないため、より良好な透過拡大観察を行える。

次に本発明の他の実施形態について説明するが、上述の実施形態と同一または同様な部材、部品には同一の符号を用いて説明を省略する。
図７及び図８は本発明の第二実施形態による外観検査装置の基板保持機構を示すものであり、図７はステージの平面図、図８は図７のＢ−Ｂ線縦断面図である。
本実施形態では、基板保持機構１１として第一実施形態による支持バー２４及び支持ピン２５は設けられていない。本実施形態による外観検査装置１の基板保持機構１１では、図７及び図８において、桟１７の裏面即ち基板２とは反対側に基部２７及びガイド部材２８が略Ｌ字状に設けられている。特にガイド部材２８は桟１７の長手方向に連続する板状に形成することで剛性を確保し、桟１７が自重や基板２の荷重を受けて撓むことを防止している。
そして、基部２７には基板２に対して進退可能な基板保持部３０が設けられている。基板保持部３０は１本の桟１７に１または複数(図では８個)設けられており、基部２７に取付けた支軸３１回りに例えば略９０度回動可能な支持ピン３２を備えている。支持ピン３２は支軸３１に回転可能に連結されたアーム３３と、アーム３３の先端に略直交して設置されたピン部材３４とで構成されている。

そのため、各支持ピン３２は、図８において実線で示すように基板２から退避したガイド部材２８に略平行な下方に垂下した退避位置と二点鎖線で示すように基板２と略平行で基板２の裏面に当接して支える支持位置とを選択的にとることができる。支持ピン３２はマクロ検査では退避位置、ミクロ検査では支持位置を取る。また、各桟１７に設けられた複数の支持ピン３２は図示しないモータ等の駆動源によって各支軸３１を桟１７の片側毎に一体に回動させて進退するように構成されている。なお、各基板保持部３０を個別に回動させてもよい。
また、基板保持部３０は桟１７に対して両側に配設されている(図７参照）が、片側にのみ配設してもよい。更に、図７に示すように基板保持部３０はステージ３の対向する辺をなす一対の枠状部３ｂ、３ｂにも適宜間隔で配設されている。
本実施形態では、支持ピン３２が桟１７に取付けられた位置において支持位置と退避位置を取り得るにすぎず、支持バー２４を任意位置に移動できる第一実施形態と相違するが、各支持ピン３２と各桟１７に設けた固定ピン１７ａによってそれぞれ周囲半径ａの範囲で基板２の微小振動や撓みを抑制できるため、各支持ピン３２や固定ピン１７ａをほぼ距離２ａｍｍ間隔で設定すれば基板２の任意位置にある欠陥Ｋのミクロ観察に対応できる。

本実施形態による外観検査装置１の基板保持機構１１は上述の構成を備えており、マクロ検査においては各桟１７や枠状部３ｂに設けた基板保持部３０の各支持ピン３２を図８で実線で示すように桟１７や枠状部３ｂの裏面に退避した状態でステージ３上の基板２の目視観察を行う。そのため、各基板保持部３０は落射や透過照明状態での観察の邪魔にならない。
また、ミクロ検査においては、図７に示すように、基板２上の観察すべき欠陥Ｋ近傍に位置する桟１７に取付けた各基板保持部３０を支軸３１を介して回転させ支持ピン３２を支持位置に保持することで基板２の欠陥Ｋ近傍を支える。これによってミクロ観察する基板２の欠陥Ｋ付近に微小振動や撓みを生じないため精度良く観察・検査できる。

なお、上述の第一実施形態において、支持バー２４を進退移動させるコンベア２０、２０に代えて、支持バー２４を他のアクチュエータ、例えばリニアモータ等の直線アクチュエータやボールねじ等で進退移動させるようにしてもよい。また支持ピン２５のエアシリンダ等を突没機構とし、シリンダロッド２５ｂを支持部材としてもよい。
また、第二実施形態において、支持ピン３２にはアーム３３に１本のピン部材３４を取付けて基板を支持可能にしたが、アーム３３の長さを大きくして複数本のピン部材３４を適宜間隔で配設してもよい（図９（ａ）参照）。また、シリンダロッド２５ｂやピン部材３４を棒状に形成したが、先端部に板状または棒状の頭部を設けた略Ｔ字形状に形成してもよく(図９（ｂ）参照）、この場合には基板２に対する振動抑止範囲を広げることができる。
また、基板２の周縁部はステージ３に支持されていて剛性が高いので枠状部３ｂに基板保持部３０を設けなくても良い。
また、本発明において基板２を支える支持ピン２５，３２の数は基板２の外形寸法や板厚による基板２の強度等に応じて適宜数に設定してよいことはいうまでもない。

本発明の第一実施形態による外観検査装置の要部説明図である。 外観検査装置におけるステージの平面図である。 外観検査装置におけるステージの裏面図である。 図２に示すステージのＡ−Ａ線縦断面図である。 支持ピンを突出させた状態の図４と同様な図である。 図５に示す支持ピンの部分拡大図である。 第二実施形態による外観検査装置のステージを示す要部平面図である。 図７におけるＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）、（ｂ）は第二実施形態による支持ピンの変形例を示す図である。

符号の説明

１ 外観検査装置
２ 基板
３ ステージ
１１ 基板保持機構
１７ 桟
１７ａ 固定ピン
２０ コンベア（作動部材；進退手段）
２４ 支持バー（保持部材；進退手段）
２５、３２ 支持ピン（支持部材）
２５ａ 外筒
２５ｂ シリンダロッド（ピン部材）
３０ 基板保持部
３１ 支軸（回動機構）
３４ ピン部材（支持部材）

Claims (7)

1. 枠状のステージに基板を載置して、該基板を目視観察するマクロ検査と基板を拡大観察するミクロ検査とを行うようにした外観検査装置において、
   前記ステージ内で基板を支持する支持部材と、該支持部材に基板を支持する支持位置と基板から退避した退避位置とを選択的に取らせる進退手段とを備え、マクロ検査時には前記支持部材は退避位置に保持され、ミクロ検査時には前記支持部材は支持位置に保持されるようにしたことを特徴とする外観検査装置の基板保持機構。
2. 前記進退手段は、前記支持部材を保持する保持部材と、該保持部材を基板に対して移動させる作動部材とを備えていて、該作動部材によって前記保持部材を基板に対して進退させるようにした請求項１に記載の外観検査装置の基板保持機構。
3. ミクロ検査時に基板の一部領域を拡大観察するために基板に対して移動する拡大検査部と、基板を挟んで前記拡大検査部と反対側に配設されている前記支持部材を前記拡大検査部の移動に連動して前記拡大検査部に対応する位置に移動させる制御手段とを更に備えてなる請求項１または２に記載の外観検査装置の基板保持機構。
4. 前記支持部材は、基板を支えるピン部材を出没作動させるアクチュエータである請求項１乃至３のいずれかに記載の外観検査装置の基板保持機構。
5. 前記進退手段は、開口部に架設された桟に設けられていて該桟に対して前記支持部材を支持位置と桟の裏面側に退避した退避位置との間で回動させる回動機構である請求項１に記載の外観検査装置の基板保持機構。
6. 前記進退手段は、開口部内で移動可能な保持部材に設けられていて、該保持部材に対して前記支持部材を支持位置と下方に退避した退避位置との間で突没させる突没機構である請求項１に記載の外観検査装置の基板保持機構。
7. 前記支持部材は基板に設けられた欠陥の位置または欠陥に近接する位置で裏面から基板を支持するようにした請求項１乃至６のいずれかに記載の外観検査装置の基板保持機構。

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