JP2008076216A

JP2008076216A - 周期性パターンのムラ検査装置

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Publication number: JP2008076216A
Application number: JP2006255497A
Authority: JP
Inventors: Masashi Gunjima; 政司郡嶋
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: JP5200353B2

Abstract

【課題】高い検出精度を有する周期性パターンのムラ検査装置及びムラ検査方法を提供す
る。
【解決手段】周期性パターンが形成された基板上の撮像対象エリアを少なくとも２つのエリアに分割し、前記基板下に左右上下の４箇所設置された光源の光量を個別に調整する。次に撮像エリア外描画部による底面反射が生じないように、前記基板の下のステージに前記基板の左右上下の４軸方向に平行に、それぞれ独立かつ単独で駆動する、照明光を遮蔽する遮蔽板を４つ設置し、撮像対象外エリア外描画部を覆うようにそれぞれの遮蔽板を移動させ、調整した輝度レベルで各分割エリアをそれぞれ撮像し、撮像した分割画像データをそれぞれ取り込み、取り込んだ分割画像の大きさに応じた条件で互いにつなぎ合わせて合成し、該合成画像を用いてスジ状ムラを判定する、擬似欠陥除去手段を具備するスジ状ムラの検査方法及び検査装置を提供する。
【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いてパターンのムラを検査するための方法及び装置に係り、特にカラーテレビのブラウン管に用いられるアパーチャグリル、フォトマスク、カラーフィルタ等の基板に周期的に形成されているパターンに生じるスジ状ムラを高精度に検出できる周期性パターンのムラ検査方法及び検査装置に関する。

カラーテレビのブラウン管に用いられるアパーチャグリル、フォトマスク、カラーフィルタ等の基板の周期性パターン（以下、ＰＭパターンと呼ぶ）のムラ検査では、同軸の透過照明や平面照明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している。そのため、ＰＭパターンにおいては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、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、ＰＭ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り、ムラを明瞭に検出することができない。

そこで、カラーフィルターレジストの塗布ムラ検査に実績のあるプロジェクション法等の技術をＰＭパターンのムラ検査技術に応用する試みがなされている。例えば、特許文献１には、ラプラシアンフィルタを用いた画像処理により欠陥を強調して検出する方法が提案されている。

しかしながら特許文献１の方法では、ＰＭパターンのスジ状ムラを判定する際に、光の回折現象によって生じる擬似欠陥をスジ状ムラとして誤判定しやすく、検査精度が高いものとは言い難い。そこで、パターンが周期的に形成された基板の撮像対象エリアを２つに分割し、光源を調整した後撮像し、撮像された画像データを互いにつなぎ合わせて合成し、該合成画像を用いて、該基板上のスジ状ムラを判定する方法が考えられる。

すなわち、まず、光源の位置や角度を変えて２枚の画像を撮像し、例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、その画像をそれぞれ２つに分割して分割画像（Ａ１、Ａ２）と（Ｂ１、Ｂ２）を得る。

その際、基板上の撮像対象エリア外にあるアライメントマークや製品情報記号など（以下、撮像画像対象エリア外描画部と呼ぶ）により、撮像対象エリア内に擬似欠陥が発生する場合がある。

このとき光源を調整することにより、図４（ａ）、（ｂ）のように擬似欠陥が発生する領域が境界線Ｃのどちらか片側で、しかも擬似欠陥が発生する領域が２枚の画像での間で逆になるように出来れば、例えば図４（ｃ）のように擬似欠陥のない分割画像Ｂ１及びＡ２を合成することにより、擬似欠陥を除去した合成画像（Ｂ１、Ａ２）を得ることができる。

しかし、図５（ａ）のように分割画像Ａ１およびＡ２の両方に擬似欠陥が発生している場合には、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、擬似欠陥を除去した合成画像を得ることができない。
特開平９−２６４７３０号公報

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、短形基板上の周期性パターンの撮像対象エリア外の描画部で擬似欠陥を発生させると予測される箇所を遮蔽板で覆うことにより、擬似欠陥の発生を防止し、高い検出精度を有する周期性パターンのムラ検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、矩形基板上の周期性パターンに発生するスジ状ムラを検査するための周期性パターンのムラ検査装置であって、前記基板を実質的に水平に保持し、該基板を二次元平面視野内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構を備えたＸＹステージと、前記ＸＹステージ上の基板の周期性パターンに対して斜め透過光の照明を個別に行う４つの光源と、前記ＸＹステージを挟んで前記光源の反対側に配置され、前記光源によって斜め透過光照明された前記周期性パターンにおける回折光を撮像する撮像手段と、
前記ＸＹステージ上の基板に対して前記光源の各々を二次元平面視野内で個別に移動させる移動手段と、前記移動手段によって前記光源が移動されたときに、検査対象となる前記周期性パターンに対して前記光源から斜め透過光の照明があたるように、前記移動手段と連動して前記光源の向きを変えさせる姿勢移動手段と、前記基板の撮像対象エリア外の部分に前記光源からの照明光をあてないように前記基板と前記光源との間の前記基板の周囲４方向に配置され、それぞれ独立に移動可能な４枚の遮蔽板と、前記基板上の撮像対象エリアを少なくとも２つのエリアに分割し、前記ＸＹステージと前記光源との相対位置関係を調整するとともに前記光源の光量を個別に調整することにより前記分割エリアの各々の輝度レベルを調整し、調整した輝度レベルで前記撮像手段により各分割エリアをそれぞれ撮像し、撮像した分割画像データをそれぞれ取り込み、取り込んだ分割画像を互いにつなぎ合わせて合成し、該合成画像を用いてスジ状ムラを判定することを特徴とする周期性パターンのムラ検査装置を提供することである。これにより擬似欠陥が発生せず、高い精度で周期性パターンのムラを判定することができる。

本発明では、撮像対象エリア外描画で擬似欠陥を発生させると予測される部分に照明光があたらないように遮蔽する遮蔽板で覆い、撮像対象エリアだけに照明光を照射し、調整した輝度レベルで各分割エリアをそれぞれ撮像し、撮像した分割画像データをそれぞれ取り込み、取り込んだ分割画像撮像エリアの大きさに応じた条件で互いにつなぎ合わせて合成し、該合成画像を用いてスジ状ムラを判定することで高い検出精度を有する周期性パターンのムラ検査装置を提供することが可能となった。

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明の周期性パターンのムラ検査装置は、本発明者らが特許文献１に記載された光学条件４軸設定機能、軸別個別設定・保存機能、基準条件・参考条件設定機能、照明中心位置調整機能、画像合成による擬似欠陥除去機能等をすべて有しており、これらの基本的な機能の他にさらに、基板上の撮像対象エリア外にアライメントマークや製品情報などがあって疑似欠陥が発生すると予測される部位を遮蔽する機構を追加の機能として判定条件内に備えている。

図１に示すように、ムラ検査装置は、斜め透過照明部１０、ＸＹステージ部２０、撮像部３０、処理部４０、遮蔽板６０を備えている。処理部４０は、撮像部３０により撮像された画像を強調処理し、ムラであるか否かを判定し、さらに強調された画像をオペレータが認識しやすいようにムラを表示する機能を有している。

斜め透過照明部１０は４つのランプ１１Ａ〜１１Ｄを備えている。各ランプ１１Ａ〜１１Ｄは、姿勢変更手段としての首振り機構１２および移動手段としてのリニアスライダ１３によってリニアガイド１４上にそれぞれ可動に支持されている。リニアガイド１４は平面視野内で互いに直交するように配置された各２本のＸガイドおよびＹガイドからなるものである。２本のＸガイドのうちの片方には第１のランプ１１ＡがＸ方向にスライド走行可能に設けられ、他方には第２のランプ１１ＢがＸ方向にスライド走行可能に設けられている。また、２本のＹガイドのうちの片方には第３のランプ１１ＣがＹ方向にスライド走行可能に設けられ、他方には第４のランプ１１ＤがＹ方向にスライド走行可能に設けられている。

リニアスライダ１３は、リニアガイド１４に駆動可能に係合するとともに、首振り機構１２を介してランプ１１Ａ〜１１Ｄを支持している。さらに、各ランプ１１Ａ〜１１Ｄは点灯と消灯を切り換える（点光源の変更）手段を備えており、検査対象基板との距離、又は照明光の入射角、方面を切り換えることが出来る。

首振り機構１２は、超小型モータと、モータ回転駆動軸に連結された水平軸と、ランプ１１Ａ〜１１Ｄとともに水平軸まわりに旋回するホルダを備えている。各ランプ１１Ａ〜１１Ｄは、モータ駆動によって図４に示すように首振り動作する。これによりランプ１１Ａ〜１１Ｄからの光の投光角度θが様々に変わり、様々な角度と方向からの照明が可能となっている。また、各ランプ１１Ａ〜１１Ｄには、所望の波長の光を透過させる光学フィルタを着脱可能に装着できるようになっている。光学フィルタは光の波長に１対１に対応して準備され、顧客仕様や検査レシピが変更されるごとにそれに対応して所望の光学フィルタに交換出来るようになっている。

ランプ１１Ａ〜１１Ｄにはテレセントリックレンズを含む平行光学系を備えた直線的な光源を用いる。このタイプの光源は輝度ムラや照度ムラがあり、照明強度が高いと撮像画像に影響を受けることがある。本実施形態の検査装置では、輝度ムラや照度ムラを防止するための対策として照明中心位置調整機能を付加している。

ＸＹステージ部２０では、検査対象基板としてのマスク５０をＸＹステージ２１上の所定の位置に載置し保持する。ＸＹステージ部２０は、測定機能を有し、位置を認知して、マスク５０の検査開始位置に装置の光軸を重ねる。ＸＹステージ２１は、Ｘ駆動機構２２およびＹ駆動機構によって水平面内でＸ方向とＹ方向とにそれぞれ移動可能に支持されている。

撮像部３０では、光軸に平行な撮像側平行光学系３１から構成され、画像を撮像する手段、例えば、ＣＣＤ付きカメラ、画像のデータ化及びデータ保存送信等の役割を分担する。撮像側平行光学系３１は、検査対象パターン５１を所望の倍率（拡大または縮小、等倍も含む）で撮像できるような光学系または投影光学系を含むものである。

処理部４０は、撮像部３０及びＸＹステージ部２０及び透過照明部１０を統括的に管理するとともに、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も統括管理するものである。処理部４０は、ＣＰＵ及びメモリを有するパソコン本体４１と、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイからなる表示部４２と、キーボード入力部４３とで構成されている。処理部４０では、撮像部３０から撮像した画像データを受け取り、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、良否を判定する。

撮像対象エリアに照明光を当てたくない場合に使用する遮蔽板６０は、照明光を透過させない材質の部材、例えば、ステンレス、鉄などの金属やプラスチックなどの樹脂から構成されている。
また前記基板がセットされているＸＹステージ２１の下に、マスク５０の外枠の左右上下の４方向に平行に、それぞれ独立に移動可能な遮蔽板６０を４つ設置する。

これにより遮蔽板６０は、例えば画像対象エリアを縦に二分する中心線Ｃと平行にスライドさせる事で、撮像対象エリアの縦方向の画像検出領域を選択することが可能となり、もう一方の遮蔽板６０は前記中心線Ｃと直角方向にスライドさせる事で撮像対象エリアの水平方向の撮像対象エリアを選択することが可能となる。

さらに、撮像対象エリア以外に照明光をあてたくない場合に使用する遮蔽板６０は縦方向及び水平方向をそれぞれモータ制御によって独立かつ任意の位置で停止することが可能な構造となっており、撮像画面を観察しながら所望する撮像対象エリアを選択することが可能となる。これにより当然、撮像対象エリア外描画部を覆うようにそれぞれの遮蔽板６０を移動することで、撮像対象エリア外描画部による多重反射像の発生を防ぐことも出来る。

次に、図２を参照して検査装置の制御系の概要を説明する。
本発明の検査装置は５つのサブシステム４０ａ〜４０ｅによって構成されている。データ入力部４０ａは、センサ部４１１、照明部４１２、位置固定部４１３および位置制御部４１４を備えている。センサ部４１１は、位置検出用の位置センサ、移動距離検出用の距離センサ（エンコーダやカウンタを含む）および輝度検出用の光感知センサなど複数のセンサを有する。

データ処理部４０ｂは、データ入力部４０ａのセンサ部４１１から入力される撮像データを処理する画像処理部４１５と、処理したデータを管理するデータ管理部４１６と、を備えている。センサ部４１１の各センサからは検出信号が画像処理部４１５に随時送られるようになっている。画像処理部４１５は、処理部４０のパソコン４１の機能の一部としてもよいし、パソコン４１とは別に独立した処理ユニットとしてもよい。

照明部４１２は、ランプ１１Ａ〜１１Ｄをコントロールするものである。位置固定部４１３は、ＸＹステージ部２０をコントロールするものである。位置制御部４１４は、ランプ１１Ａ〜１１Ｄの首振り機構１２およびリニアスライダ１３を個別にコントロールするものである。

マシンインターフェイス部４０ｃは、検査対象となるマスク５０を搬送する搬送機構（図示せず）等の外部装置との間でデータの送受信を行う機械連動部４１７と、マスクの受け渡しを行う自動給排部４１８と、を備えている。ヒューマンインターフェイス部４０ｅは、データ処理部４０ｂで処理された処理画像を表示する情報表示部４２と、オペレータとの間で情報のやりとりを行う対人操作部４３と、を備えている。システムバス４０ｄは、ヒューマンインターフェイス部４０ｅと他のサブシステム４０ａ〜４０ｃとの間をインターフェイスしてデータ送受信させるものである。

基板の検査手順については、特許文献２と同様であるので省略する。

次に、擬似欠陥の発生原理について概要を説明する。
図３は多重反射（底面反射）光による影（ゴースト）の発生原理を説明するための模式図である。照明光２がマスク５０に入射してパターン５１を照明すると、撮像部３０の像面３３にパターンの実像３４が結像する。一方、パターン５１からの底面反射光がマスク５０の底面５０ｂによって再度反射（多重反射）され、この多重反射像が像面３３に結像して影（ゴースト）３５となる。この影（ゴースト）３５が擬似欠陥の像として画像面３３上に出現すると、実像３４の合否判定の精度を低下させる原因となる。

擬似欠陥除去方法について説明する。
図４で示すように、擬似欠陥除去の画像合成では例えば撮像対象エリアを縦に二分する中心線Ｃを境に左右に分断しＡ２画像とＢ１画像を結合することで擬似欠陥除去画像としている。しかし、図５に示すような撮像対象エリア幅Ｘが極端に狭い場合や、アライメントマーク等何らかのエリア外描画が存在する場合においては撮像対象エリアの中心Ｃに対して左右両側に擬似欠陥が発生することがある。

このような場合、撮像対象エリア外描画へ照射されている照明光を遮蔽板６０により遮断すれば、撮像対象エリア内に擬似欠陥の写り込みを防止することが出来る。

上記擬似欠陥除去方法について図６を用いて詳細に記す。
図６（ａ）は、撮像対象エリア外描画部５１により、中心線Ｃを境に分割された撮像対象エリアａ−１に擬似欠陥３５が生じていることを表している。また一方の分割された撮像対象エリアｂ−１でも別の擬似欠陥が生じている。
ここで、撮像対象エリアａ−１に発生した擬似欠陥３５は、図６（ｂ）に示すように、撮像対象エリア外描画部６２に下から照射された照明光により、撮像対象エリア外描画部６２の底面で反射した光が基板６０のガラス基板の底面で反射し、描画パターン部６４と結合して擬似欠陥を発生する。
そこで、図６（ｃ）に示すように、遮蔽板６０を移動させ、撮像対象エリア外描画部６２に下から照明光が照射されるのを防ぐと、擬似欠陥の発生を防ぐことが可能となる。

本実施形態の装置では、基準条件・参考条件機能を利用して擬似欠陥除去機能を呼び出し、擬似欠陥除去処理を行う。オペレータは、合成画像についてムラレベル（画像上の輝度レベル）を判定し、それに基づいてスジ状ムラ欠陥の有無を判定し、評価する。この判定評価を行う際に、画面上に擬似欠陥画像（見本）をレビュー表示してオペレータが判断をすることなく、撮像した画像のみを用いて擬似欠陥を評価することができる。なお、擬似欠陥除去の機能は、レシピにて設定後に自動測定・自動判定を行うモードと、従前通りのレシピで測定した結果から、擬似欠陥と思われる画像が得られた場合に、指定エリアのみ擬似欠陥除去画像の表示・一枚判定を行う手動モードと、の２つのモードを持つものとする。自動モードでは、予めレシピとして登録されている条件（照明光の光量、カメラ倍率、投光角度等）を読み出して、それに沿って自動的に検査が実行される。

本発明は、例えばカラーテレビ用ブラウン管に用いるシャドウマスク、液晶表示パネル用のカラーフィルタ、フォトマスク、フレネルレンズなどに生じるスジ状ムラの検査に利用することができる。

本発明の検査装置の概要を示す構成ブロック斜視図。本発明の検査装置の制御系統を示すブロック図。多重反射（底面反射）光による擬似欠陥の発生原理を説明するための模式図疑似欠陥除去合成画像図その１疑似欠陥除去合成画像図その２擬似欠陥除去方法の概要を示す図

符号の説明

１０…斜め透過照明部、１１Ａ〜１１Ｄ…光源、１２…姿勢変更手段、１３…移動手段、１４…案内路、２０…ＸＹステージ部、２１…ＸＹステージ、２２…Ｘ駆動機構（移動機構）、２３…Ｙ駆動機構（移動機構）、３０…撮像部、３１…ＣＣＤカメラ（撮像手段）、３２…カメラ光軸（中心線）、３４…実像、３５、３５ａ、３５ｂ…擬似欠陥、４０…処理部、４１…パソコン、４２…表示画面、４３…キーボード、５０…マスク（撮像対象基板）、５１…撮像対象エリア外描画部、５２…スジ状ムラ、５３…周期的パターンエリア、５６…撮像対象エリア、５８…中心線（カメラ光軸）、６０…遮蔽板
Ｃ１…光源
Ｃ２…光源
Ｃ…中心線

Claims

矩形基板上の周期性パターンに発生するスジ状ムラを検査するための周期性パターンのムラ検査装置であって、
前記基板を実質的に水平に保持し、該基板を二次元平面視野内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構を備えたＸＹステージと、
前記ＸＹステージ上の基板の周期性パターンに対して斜め透過光の照明を個別に行う４つの光源と、
前記ＸＹステージを挟んで前記光源の反対側に配置され、前記光源によって斜め透過光照明された前記周期性パターンにおける回折光を撮像する撮像手段と、
前記ＸＹステージ上の基板に対して前記光源の各々を二次元平面視野内で個別に移動させる移動手段と、
前記移動手段によって前記光源が移動されたときに、検査対象となる前記周期性パターンに対して前記光源から斜め透過光の照明があたるように、前記移動手段と連動して前記光源の向きを変えさせる姿勢移動手段と、
前記基板の撮像対象エリア外の部分に前記光源からの照明光をあてないように前記基板と前記光源との間の前記基板の周囲４方向に配置され、
それぞれ独立に移動可能な４枚の遮蔽板と、
前記基板上の撮像対象エリアを少なくとも２つのエリアに分割し、前記ＸＹステージと前記光源との相対位置関係を調整するとともに前記光源の光量を個別に調整することにより前記分割エリアの各々の輝度レベルを調整し、調整した輝度レベルで前記撮像手段により各分割エリアをそれぞれ撮像し、撮像した分割画像データをそれぞれ取り込み、取り込んだ分割画像を互いにつなぎ合わせて合成し、該合成画像を用いてスジ状ムラを判定することを特徴とする周期性パターンのムラ検査装置。