JP2010249844A

JP2010249844A - 基板検査装置および基板観察装置

Info

Publication number: JP2010249844A
Application number: JP2010178403A
Authority: JP
Inventors: Junichi Saito; 純一斉藤; Keiichi Tanizawa; 恵一谷澤
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2010-11-04

Abstract

【課題】基板上に塗布された着色膜に生じる微小な濃度変動を光学フィルターによって強調することでＳ／Ｎ比を向上させ、きわめて小さな濃度変動の良否判定を行う基板検査装置および基板観察装置を提供すること。
【解決手段】撮像素子をもつカメラ２２と、基板を把持するステージと、ステージ後方から基板を照明する照明手段２４と、カメラのシャッターを制御する制御手段と、カメラの撮像レンズ又は／及び照明手段の前面に、基板の光透過率の低い波長域のみを透過する光学フィルター２１と、カメラから得られた画像を蓄積、保存する記録手段と、画像を元に良否判定を行う判定手段とを有すること。
【選択図】図２

Description

本発明は、平面状基板の全面に一様に、または全面に多面付け状態で塗布された、本来均一濃度であることが期待される着色膜の、微小な濃度変動による不良を感度良く検査する基板検査装置および基板観察装置に関するものである。

平面状基板に塗布された着色膜の濃度変動を検査する基板検査装置や、濃度変動を観察する基板観察装置は、２次元ＣＣＤカメラを用いて基板を一括撮像して画像を得た後、画像の中の着色膜の存在しない部分にマスクをかけて判定処理もしくは画像表示を行うといったものである。

特開平１０−１８５７６３号公報

基板上に塗布された着色膜にはその製法に起因して、濃度の変化した領域が発することがある。この濃度変動がきわめて小さい場合、レンズのシェーディング、光源の照度不均一、撮像素子のバックグラウンドノイズなどとの区別が不可能で、従来の技術では、きわめて小さな濃度変動の良否判定もしくは観察をすることが難しかった。

本発明は、このような従来の問題に鑑みなされたものであり、その課題とするところは、基板上に塗布された着色膜に生じる微小な濃度変動を光学フィルターによって強調することでＳ／Ｎ比を向上させ、きわめて小さな濃度変動の良否判定を行う基板検査装置および基板観察装置を提供することにある。

本発明は、２種類の着色膜が重ねられて形成されている基板を検査対象とする基板検査装置であって、
ＣＣＤ撮像素子またはＣＭＯＳ撮像素子をもつカメラと、
該カメラの光軸と垂直に配置された、基板を把持するステージと、
前記カメラが基板面内の任意の一部分を撮像可能となるように、カメラとステージとを相対移動させる駆動手段およびその制御手段と、
該ステージ後方から基板を照明する照明手段と、
カメラのシャッターを制御する制御手段と、
カメラの撮像レンズ又は／及び照明手段の前面に配置され、基板に形成された２種類の着色膜のいずれか一方に対しては光透過率が高く、もう一方に対しては光透過率が低い波長域の光のみを透過する光学フィルターと、
カメラから得られた画像を蓄積、保存する記録手段と、
該画像を元に良否判定を行う判定手段と、を有することを特徴とする基板検査装置である。

また、本発明は、２種類の着色膜が重ねられて形成されている基板を観察対象とする基板観察装置であって、
ＣＣＤ撮像素子またはＣＭＯＳ撮像素子をもつカメラと、
該カメラの光軸と垂直に配置された、基板を把持するステージと、
前記カメラが基板面内の任意の一部分を撮像可能となるように、カメラとステージとを相対移動させる駆動手段およびその制御手段と、
該ステージ後方から基板を照明する照明手段と、
カメラのシャッターを制御する制御手段と、
カメラの撮像レンズ又は／及び照明手段の前面に配置され、基板に形成された２種類の着色膜のいずれか一方に対しては光透過率が高く、もう一方に対しては光透過率が低い波長域の光のみを透過する光学フィルターと、
カメラから得られた画像を観察者に提示する表示手段と、を有することを特徴とする基板観察装置である。

また、本発明は、２種類の着色膜が交互に配置されている基板を検査対象とする基板検査装置であって、
ＣＣＤ撮像素子またはＣＭＯＳ撮像素子をもつカメラと、
該カメラの光軸と垂直に配置された、基板を把持するステージと、
前記カメラが基板面内の任意の一部分を撮像可能となるように、カメラとステージとを相対移動させる駆動手段およびその制御手段と、
該ステージ後方から基板を照明する照明手段と、
カメラのシャッターを制御する制御手段と、
カメラの撮像レンズ又は／及び照明手段の前面に配置され、基板に配置された２種類の着色膜のどちらに対しても光透過率が低い波長域の光のみを透過する光学フィルターと、
カメラから得られた画像を蓄積、保存する記録手段と、
該画像を元に良否判定を行う判定手段と、を有することを特徴とする基板検査装置である。

また、本発明は、２種類の着色膜が交互に配置されている基板を観察対象とする基板観察装置であって、
ＣＣＤ撮像素子またはＣＭＯＳ撮像素子をもつカメラと、
該カメラの光軸と垂直に配置された、基板を把持するステージと、
前記カメラが基板面内の任意の一部分を撮像可能となるように、カメラとステージとを相対移動させる駆動手段およびその制御手段と、
該ステージ後方から基板を照明する照明手段と、
カメラのシャッターを制御する制御手段と、
カメラの撮像レンズ又は／及び照明手段の前面に配置され、基板に配置された２種類の着色膜のどちらに対しても光透過率が低い波長域の光のみを透過する光学フィルターと、
カメラから得られた画像を観察者に提示する表示手段と、を有することを特徴とする基板観察装置である。

以上詳細に説明した通り、本発明の基板検査装置および基板観察装置によれば、レンズのシェーディング、光源の照度不均一、撮像素子のバックグラウンドノイズなどによる影響を排して、基板上の着色膜に生じる微小な濃度変化をＳ／Ｎ比を向上させて捕らえることが可能となり、微小な濃度変動の良否判定や観察を行うことが可能となるという効果を奏する。

着色膜が塗布された基板の断面図である。参考例における基板検査装置の概念を示す斜視図である。参考例における着色膜と光学フィルターの波長別透過特性を表すグラフである。参考例の検査装置制御のフローを示す説明図である。実施例１における基板検査装置の概念を示す斜視図である。実施例１における着色膜と光学フィルターの波長別透過特性を表すグラフである。（ａ）は、基板の全面に１面付けで着色膜が塗布された説明図である。（ｂ）は、基板の全面に多面付け状態で着色膜が塗布された説明図である。

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。

本発明による基板検査装置および基板観察装置は、基板上に塗布された着色膜の、光透過率の低い波長域のみを透過する光学フィルターを用いることで濃度変動が強調される原理にもとづいている。以下にその原理を説明する。

図１は、着色膜が塗布された基板の断面図であり、基板（１０）、着色膜（１１）および入射する光（１２ａ、１２ｂ）を示している。着色膜の濃度変動は膜厚（Ｔ）の微小な変化が原因であるので図１の膜厚の厚くなった部分（ΔＴ）が濃度変動に相当する。

基板に塗布された着色膜に、着色膜の透過率の低い波長の光（１２ａ）が入射した場合には、図１（ａ）に示すように、光は大部分が吸収されて減衰し、出てくる光の量は（ｄ1）および（ｄ'1）となる。

一方、透過率の高い波長の光（１２ｂ）が入射した場合には、図１（ｂ）に示すように、光はほとんど減衰せず、出てくる光の量は（ｄ2）および（ｄ'2）となる。

図１（ａ）、（ｂ）では、光量を表す線の傾斜がすなわち光量の減衰率を表すことになるので、同じ膜厚の変化であっても減衰率が大きいほど透過光量に対する影響は大きくなることがわかる。したがって、濃度変動部分と正常部分の光量比はｄ'1／ｄ1＞ｄ'2／ｄ2となるので、透過率の低い波長の光を用いることで濃度変動が強調されることがわかる。

式で表すと、単位厚さ当たりの透過率をＤ（０＜Ｄ＜１）、膜厚をＴとすると正常部分の透過光量はＤ^T、濃度変動部分の透過光量はＤ ^(T+ΔT)、したがって透過光量の比は
Ｄ ^(T+ΔT)／Ｄ ^T＝Ｄ ^ΔT
となり、膜厚変動ΔＴが一定（０＜ΔＴ＜１）の場合、透過光量の比はＤが小さいほど１から大きく外れる、すなわち濃度変動が強調されることになる。

また、従来の方法では検出が困難であった膜厚変動が極めて小さい場合（０＜ΔＴ≪１）、Ｄが０に極めて近い値をとった時に急激にＤ ^ΔTは１から大きく外れることもわかる。したがって、透過率が極めて低い波長のみを透過するフィルターを使用することがＳ／Ｎ比向上に対する鍵となる。

以上の説明では入射光が特定の波長を持つとしてきたが、入射光が白色光のような各種波長の光を含むものであって、カメラ側で光学フィルターによって特定の波長のみを選択した場合でも全く同様の議論が成り立つ。

カメラ視野に対して基板が大きく一括で撮像することが不可能な場合は、カメラが基板面内の任意の一部分を撮像可能となるようにカメラとステージとを相対移動させうる駆動手段およびその制御手段とを有する構成とし、駆動手段を移動した後、カメラのシャッターを切り画像を記録手段に保存するかもしくは表示手段に出力することを繰り返して基板全面を検査または観察できるようにする。

図７（ａ）は、基板の全面に一様に着色膜が塗布された例を、また、図７（ｂ）は、基板の全面に多面付け状態で着色膜が塗布された例を示す説明図である。着色膜が多面付けされて複数存在する場合には、各着色膜が視野の中心にくるよう駆動手段を駆動して順次検査または観察することによってレンズ収差や光源シェーディングなどの影響を各面で等しくすることができ、より望ましい結果を得ることができる。

また、基板が複数の着色膜で構成される場合には、着色膜のそれぞれについて光透過率の低い波長域のみを透過する複数の光学フィルターを設け、それを光学フィルター交換手段によって切り替えて順次画像を採取するか、もしくは複数の光学フィルターと各光学フィルターに対応する複数のカメラを設け、記録手段または表示手段に入力する画像を切り替える入力切替手段によって画像を切り替えつつ順次画像を採取する。

本発明の基板検査装置および基板観察装置によると、基板上に塗布された着色膜に生じる濃度変動を強調することでＳ／Ｎ比を向上させ、レンズのシェーディング、光源の照度不均一、撮像素子のバックグラウンドノイズなどによる影響を排して、きわめて小さな濃度変動の良否判定および観察を行うことが可能となる。

［参考例］
まず、参考例の説明を行なう。

図２は、参考例における基板検査装置の概念を示す斜視図である。基板（２３）の面内の任意の位置にカメラ（２２）を移動可能なように基板上方に配置された駆動手段（２０）は、ＸＹ２方向に移動可能な２軸直交ロボットアームである。もちろんカメラ視野と基板サイズの関係によっては駆動手段を持たない構成とすることも可能である。

駆動手段のスライダ上にはカメラが基板に向けて固定されており、カメラのレンズ先端には光学フィルター（２１）が固定されている。

一方、基板は図示せぬステージ上に固定され、更に、その下方にある照明手段（光源）（２４）によって照明されている。

本参考例では光学フィルターはカメラ側にあるものとしたが、光源（２４）上に設置することも可能である。

図３は、参考例における着色膜（Ｍ１）と光学フィルター（Ｆ１）の波長別透過特性を表すグラフである。着色膜は約６００ｎｍ以下で透過率が低いため、光学フィルターは４００〜５００ｎｍの光のみを透過するブルーダイクロイックフィルターを採用した。もちろん、光学フィルターの選択はこれに限るものではなく着色膜の透過率が低い波長のみを透過するものであれば任意に選ぶことが可能である。

図４は、参考例の検査装置制御のフローを示す説明図である。制御手段に着色膜の位置とサイズを入力することにより制御手段は駆動手段の移動量を演算し、駆動手段に移動指令を出力する。

その後、制御手段はカメラのシャッターを切り、画像データが記録手段内に保存される。参考例では画像サイズは６４０×４８０ドット、１ドットあたり２５６階調の単色データである。画像処理手段は画像が保存されたことを通知されるとこの画像を読み出し、良否判定処理を行う。このとき、画像データを記録手段ではなく表示手段に送るように構成することで基板観察装置とすることも可能である。

［実施例１］
図５は、実施例１における基板検査装置の概念を示す斜視図である。実施例２では基板、駆動手段、カメラ、ステージ、光源に関しては参考例と全く同じであるが、カメラのレンズ前面には光学フィルター切替手段（５５）が設けられ２枚の光学フィルターが切替手段上に固定されている。

図６は、実施例１における着色膜と光学フィルターの波長別透過特性を表すグラフである。着色膜１（Ｍ２）は約６００ｎｍ以下で透過率が低いため、着色膜１（Ｍ２）を検査または観察するさいには、光学フィルター１（Ｆ２）は５００〜６００ｎｍの光のみを透過するグリーンダイクロイックフィルターを採用した。

また、着色膜２（Ｍ３）は約５００ｎｍ以下および約６００ｎｍ以上で透過率が低いため、着色膜２（Ｍ３）を検査または観察するさいには、光学フィルター２（Ｆ３）は６００ｎｍ以上の光のみを透過する赤のシャープカットフィルターを採用した。

このように他方の着色膜の透過率の高い波長域に合わせた光学フィルターを選択することにより、複数の着色膜が重ねて形成されている場合でも一方の着色膜に生じた濃度変動のみを分離して検査または観察することが可能となる。

また、逆に着色膜が交互に配置されている場合、上述のような光学フィルターの選択では他方の着色膜の部分からの光はほぼ素通りの状態でカメラに届くため、その散乱光などが検査または観察に悪影響を及ぼすことが懸念される。

この場合にはどちらの着色膜においても透過率の低い光のみを透過する光学フィルター３（Ｆ４）を使用すればよい。図６の着色膜１（Ｍ２）および着色膜２（Ｍ３）のような透過特性の着色膜が交互に形成されているような場合には、約５００ｎｍ以下の光のみを透過する光学フィルター３（Ｆ４）を使用すればよい。

制御手段に着色膜の位置とサイズを入力することにより制御手段は駆動手段の移動量を演算し、駆動手段に移動指令を出力する。

その後、制御手段はカメラのシャッターを切り、画像データが記録手段内に保存される。続いて、光学フィルター切替手段によって光学フィルターを切り替えた後、再度制御手段はカメラのシャッターを切り、もう一方の着色膜の画像データが記録手段内に保存される。

実施例１では画像サイズは６４０×４８０ドット、１ドットあたり２５６階調の単色データが２枚である。画像処理手段は画像が保存されたことを通知されるとこの画像を読み出し、良否判定処理を行う。このとき、画像データを記録手段ではなく表示手段に送るように構成することで基板観察装置とすることも可能である。

１０、２３・・・基板
１１・・・着色膜
１２ａ、１２ｂ・・・入射する光
２０・・・駆動手段
２１・・・光学フィルター
２２・・・カメラ
２４・・・照明手段（光源）
５５・・・光学フィルター切替手段
Ｆ１・・・参考例における光学フィルターの波長別透過率
Ｆ２・・・実施例１における光学フィルター１
Ｆ３・・・実施例１における光学フィルター２
Ｆ４・・・実施例１における光学フィルター３
Ｍ１・・・参考例における着色膜の波長別透過率
Ｍ２・・・実施例１における着色膜１
Ｍ３・・・実施例１における着色膜２

Claims

ＣＣＤ撮像素子またはＣＭＯＳ撮像素子をもつカメラと、該カメラの光軸と垂直に配置された、基板を把持するステージと、該ステージ後方から基板を照明する照明手段と、カメラのシャッターを制御する制御手段と、カメラの撮像レンズ又は／及び照明手段の前面に、基板の光透過率の低い波長域のみを透過する光学フィルターと、カメラから得られた画像を蓄積、保存する記録手段と、該画像を元に良否判定を行う判定手段とを有することを特徴とする基板検査装置。
前記カメラが基板面内の任意の一部分を撮像可能となるように、カメラとステージとを相対移動させうる駆動手段およびその制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
前記光学フィルターとして、基板に塗布された複数の着色膜のそれぞれについて、光透過率の低い波長域のみを透過する複数の光学フィルターを有し、各光学フィルターを切り替える光学フィルター交換手段を有することを特徴とする請求項１、又は請求項２記載の基板検査装置。
前記光学フィルターとして、基板に塗布された複数の着色膜のそれぞれについて、光透過率の低い波長域のみを透過する複数の光学フィルターを有し、各光学フィルターに対応する複数のカメラを有し、記録手段に入力する画像を切り替える入力切替手段を有することを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載の基板検査装置。
前記光学フィルターとして、基板に塗布された複数の着色膜のすべてについて、光透過率の低い波長域のみを透過する光学フィルターを有することを特徴とする請求項１、又は請求項２記載の基板検査装置。
ＣＣＤ撮像素子またはＣＭＯＳ撮像素子をもつカメラと、該カメラの光軸と垂直に配置された、基板を把持するステージと、該ステージ後方から基板を照明する照明手段と、カメラのシャッターを制御する制御手段と、カメラの撮像レンズ又は／及び照明手段の前面に、基板の光透過率の低い波長域のみを透過する光学フィルターと、カメラから得られた画像を観察者に提示する表示手段とを有することを特徴とする基板観察装置。
前記カメラが基板面内の任意の一部分を撮像可能となるように、カメラとステージとを相対移動させうる駆動手段およびその制御手段を有することを特徴とする請求項５記載の基板観察装置。
前記光学フィルターとして、基板に塗布された複数の着色膜のそれぞれについて、光透過率の低い波長域のみを透過する複数の光学フィルターを有し、各光学フィルターを切り替える光学フィルター交換手段を有することを特徴とする請求項５、又は請求項６記載の基板観察装置。
前記光学フィルターとして、基板に塗布された複数の着色膜のそれぞれについて、光透過率の低い波長域のみを透過する複数の光学フィルターを有し、各光学フィルターに対応する複数のカメラを有し、表示手段に入力する画像を切り替える入力切替手段を有することを特徴とする請求項５、請求項６、又は請求項７記載の基板観察装置。
前記光学フィルターとして、基板に塗布された複数の着色膜のすべてについて、光透過率の低い波長域のみを透過する光学フィルターを有することを特徴とする請求項５、又は請求項６記載の基板観察装置。