JP2015219085A - 基板検査装置 - Google Patents

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洋行 上田
善洋 橘
Yoshihiro Tachibana
善洋 橘
彰秀 今村
Akihide Imamura
彰秀 今村
年弘 木村
Toshihiro Kimura
年弘 木村
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Abstract

【課題】検査対象基板が薄くなっても、表裏分離して検査精度を維持できる、光学的検査装置を提供する。
【解決手段】基板保持部2と、照明部3と、撮像部4と、検査部を備え、前記照明部は、基板Wの第1の面に対して所定の角度をなして照明光を照射するように配置されており、前記撮像部は、前記基板の第1の面側に設定された第1面側検査対象領域を当該第1の面側から観察する基板第1面側撮像部と、前記基板の第1の面と正対する反対側の第2の面側に設定された第2面側検査対象領域を前記第1の面側から撮像する基板第2面側撮像部とを備え、前記第1面撮像部は、前記基板の第1の面に対して所定の角度をなして第1面側検査対象領域を撮像するように配置されており、前記第2面撮像部は、前記基板の第2の面に対して所定の角度をなして第2面側検査対象領域を撮像するように配置されている、基板検査装置1である。
【選択図】図1

Description

本発明は、ガラス基板などの透明体の表面側又は裏面側に付着した異物や傷などの欠陥の有無を光学的に検査する装置に関する。
従来の液晶パネルの表面欠陥検査では、表面側と裏面側のそれぞれに検出光学系を対称的に配置し、表面側の欠陥と裏面側の欠陥とを別々に検査している。(例えば、特許文献1)。
また、検査対象基板に対して斜め方向からライン状の照明光を照射し、検査対象基板の厚みよりも小さい焦点深度の結像光学系を基板表面に対して90度の受光角度に配置し、検査対象基板の表面側と裏面側を混同することなく、一度に検査できる技術が実用化されている(例えば、特許文献2)。
図4は、従来の基板検査装置の一例を示す外観図である。従来の基板検査装置1zは、検査対象となる基板Wzの検査対象領域Rzに向けて照明部3から照明光32を照射し、検査対象領域Rzから放出された散乱光を、基板Wzの上方に備えられた観察部4zの撮像カメラ42zを用いて撮像し、撮像した画像に基づいて検査を行っている。なお、基板Wzは、基板載置台20の上に保持されており、基板載置台20は、装置フレーム11z上に取り付けられたX軸ステージ61とY軸ステージ62の上に取り付けられており、XY方向に所定の速度で移動し、所定の位置に停止することができる。また、撮像カメラ42zは、基板Wzの検査対象領域Rzの法線と光軸方向が一致するように(つまり、基板Wzの表面に対して垂直方向に)、連結部材15zを介して装置フレーム11zに取り付けられている。そのため、基板Wzと撮像部4zとを相対させながら、基板Wz全体を複数回分割スキャンして撮像・検査をしている。
特開平3−189491号公報 特許4104924号公報
検査対象基板の表面側及び裏面側に付着した異物や傷などの欠陥の有無を迅速に検査したい場合、特許文献1に示す様な、検査用の光学系を表面側と裏面側に2組配置する装置構成では、検査装置自体のコストアップやサイズアップとなってしまう。
一方、特許文献2に示す様な、検査用の光学系を1つとし、検査対象基板の表面側及び裏面側を分離して検査できる装置を用いても、検査対象基板がますます薄くなると基板の表面側と裏面側と分離すること(つまり、表裏分離)が困難になる。
図5は、従来の基板検査装置を用いて基板の表裏面を検査する様子を示す概念図であり、検査対象となる基板に照明光を照射して基板に付着した異物で乱反射した散乱光を撮像する様子と、撮像した散乱光の強度を複合的に図示したものである。なお、図5(a)は、従来より検査対象とされてきた基板Wz(厚み:tz)について検査する様子が示されており、図5(b)は、従来より薄い基板W(厚み:t)について検査する様子が示されている。照明部から照射された照明光32zは、基板Wz,Wの表面側に付着した異物X1、基板Wz,Wの裏面側に付着した異物X2の表面でそれぞれ乱反射し、それらの散乱光が、撮像部4zの撮像カメラ42zにて撮像される。
従来の基板Wzであれば、表面側の異物X1,裏面側の異物X2の散乱光の強度はそれぞれ干渉し合わないため、分離した状態で検出することができた。しかし、従来より薄い基板Wでは、表面側の異物X1,裏面側の異物X2の散乱光の強度はそれぞれ干渉するため、表裏分離して検査精度を維持することが困難となる。
そこで、本発明は、検査対象基板が薄くなっても、表裏分離して検査精度を維持できる、光学的な検査装置を提供することを目的とする。
以上の課題を解決するために、本発明に係る一態様は、
基板保持部と、照明部と、撮像部と、検査部を備え、
前記照明部は、前記基板の第1の面に対して所定の角度をなしてライトシート状の照明光を照射するように配置されており、
前記撮像部は、
前記基板の第1の面側に設定された第1面側検査対象領域若しくは前記基板の第1の面と正対する反対側の第2の面側に設定された第2面側検査対象領域を、当該基板の第1の面側から撮像する撮像部とを備え、
前記撮像部は、前記基板の第1の面の法線に対して所定の角度をなして配置されて
いる、基板検査装置である。
この構成によれば、基板の表面側を撮像して取得した画像であれば、基板の裏面側の状態に影響を受けず、所定の検査を行うことができる。或いは、基板の裏面側を撮像して取得した画像であれば、基板の表面側の状態に影響を受けず、所定の検査を行うことができる。
また、本発明に係る別の一態様は、
基板保持部と、照明部と、撮像部と、検査部を備え、
前記照明部は、前記基板の第1の面に対して所定の角度をなしてライトシート状の照明光を照射するように配置されており、
前記撮像部は、
前記基板の第1の面側に設定された第1面側検査対象領域を当該第1の面側から観察する基板第1面側撮像部と、
前記基板の第1の面と正対する反対側の第2の面側に設定された第2面側検査対象領域を前記第1の面側から撮像する基板第2面側撮像部とを備え、
前記基板第1面撮像部及び前記基板第2面撮像部は、前記基板の第1の面の法線に対して所定の角度をなして第1面側検査対象領域を撮像するように配置されている、基板検査装置である。
この構成によれば、基板の表面側と裏面側とを別々に同時に撮像でき、基板の表面側を撮像して取得した画像は、基板の裏面側の状態に影響を受けず、所定の検査を行うことができる。一方、基板の裏面側を撮像して取得した画像は、基板の表面側の状態に影響を受けず、所定の検査を行うことができる。
検査対象基板が薄くなっても、表裏分離して検査精度を維持できる。
本発明を具現化する形態の一例を示す外観図。 本発明を具現化する基板検査装置を用いて、従来よりも薄い基板の表裏面を検査する様子を示す概念図。 本発明を構成する基板保持部のバリエーションを示す断面図。 従来の基板検査装置の一例を示す外観図。 従来の基板検査装置を用いて基板の表裏面を検査する様子を示す概念図。
本発明を実施するための形態について、図を用いながら説明する。
図1は、本発明を具現化する形態の一例を示す外観図である。
図1には、基板を撮像した画像に基づいて光学的な検査を行う基板検査装置1について、各構成機器の斜視図と、画像取得して検査に必要な構成のブロック図が複合的に記載されている。なお、各図においては、直交座標系の3軸をX、Y、Zとし、XY平面を水平面、Z方向を鉛直方向とする。特にZ方向は矢印の方向を上とし、その逆方向を下と表現する。また、検査対象となる基板Wは、第1の面S1と、第1面に対向する第2の面S2があり、第1の面S1側を第1面側又は表面側と呼び、それと対向する第2の面S2側を第2面側又は裏面側と呼ぶ。
本発明を具現化する形態の一例に係る基板検査装置1は、基板保持部2と、照明部3と、撮像部4と、検査部5を備えて構成されている。さらに、基板検査装置1は、必要に応じて相対移動部6を備えた構成としても良い。
基板保持部2は、検査対象となる基板Wを保持するものである。
具体的には、基板保持部2は、基板載置台20により構成することができる。基板載置台20は、基板Wの外形寸法より少し内側が空洞若しくは凹んだ断面形状をしている。また、基板載置台20は、基板Wの外形寸法より少し外側に位置決め用基準ピン21が備えられている。或いは、図3に示して後述するような構成であっても良い。
照明部3は、基板Wの上に設定された検査対象領域に向けて照明光を照射するものである。さらに、照明部3は、基板Wの第1の面S1の法線H1に対して所定の角度をなして前記照明光を照射するように配置されている。つまり、基板Wの第1の面S1に対して、
斜め方向から照明光が照射される。
具体的には、照明部4は、半導体レーザやLED、ランプ光源などを用いたものが例示でき、レンズやミラーなどを介して照明光が検査対象領域に向けて照射される。より具体的には、半導体レーザを用いた場合であれば、シリンドリカルレンズなどを介し、ライトシート状の照明光として照射する構成が例示できる。また、照明部4から照射される照明光は、図1に示す様に、直接検査対象領域に照射しても良いし、反射ミラーなどで反射させてから検査対象領域に照射しても良い。
撮像部4は、検査対象領域を撮像するものである。そして、撮像部4は、基板Wの第1の面S1側に設定された第1面側検査対象領域若しくは基板Wの第2の面S2側に設定された第2面側検査対象領域を、第1の面S1側から観察するものである。そして、基板第1面撮像部4は、前記基板の第1の面S1に対して所定の角度θ1をなして第1面側検査対象領域V1を撮像するように配置されている。つまり、基板Wの第1の面S1に対して、斜め方向から検査対象領域が撮像される。
具体的には、撮像部4は、撮像カメラ42と、レンズ43とを含んで構成されている。より具体的には、撮像カメラ42は、撮像素子44として、CCD,CMOSなどのエリアセンサやラインセンサ、TDIセンサを備えたものが例示できる。そして、撮像カメラ42は、撮像素子44で受光した像に対応した映像信号や画像データを外部へ出力することができる。図1には、撮像素子49として、ラインセンサを備えた構成が示されている。
なお、撮像部4は、基板Wの第1の面S1若しくは基板Wの第2の面のどちらか一方に焦点を合わせて撮像する構成としておく。
例えば、撮像部4は、基板Wとの距離が固定された状態で装置フレーム11に取り付けられた構成としておく。そうすることで、撮像部4は、基板Wの第1の面S1若しくは基板Wの第2の面のどちらか一方について検査をすることができる。
或いは、撮像部4は、撮像位置を変更する機構(例えば、カメラ位置変更部)を介して装置フレーム15に取り付けられた構成としても良い。この場合、カメラ位置変更部は、基板Wの厚み、基板Wの屈折率及び撮像カメラ42が法線H1に対して斜めに取り付けられている所定の角度θ1から算出される光路の差分がシフト移動できる構成としておく。このシフト移動の方向は、基板Wの厚み、基板Wの屈折率、撮像カメラ42が法線H1に対して斜めに取り付けられている所定の角度θ1、並びに、撮像部4のレンズ43の作動距離(いわゆるワーキングディスタンス)により算出される。
なお、カメラ位置変更部の具体的な構成としては、上述のシフト移動の方向に延びるガイドレール、ボールねじ及び手回し用ハンドルを備えた手動アクチュエータや、前記手回しハンドルに代えて回転モータを備えた電動アクチュエータなどが例示できる。なお、上述のアクチュエータは上述のシフト移動方向(つまり、1軸方向)にのみ移動する機構だけでなく、基板Wの表面と平行な方向(X方向)と厚み方向(Z方向)に(つまり、2軸方向に)移動する機構であっても良い。
撮像部4は、この様な構成のカメラ位置変更部を介して取り付けられているので、段取り替えにより、基板Wの第1の面S1若しくは第2の面S2を選択し、どちらか一方の検査対象領域に焦点を合わせて検査することができる。
検査部5は、撮像部4で撮像した画像に基づいて基板Wの表面状態を検査するものである。このとき、検査部5は、基板Wの第1の面S1又は第2の面S2について、撮像し、それらの表面状態を検査する。具体的には、検査部5は、いわゆる画像処理装置(ハードウェア)と画像処理プログラム(ソフトウェア)により構成することができる。そして、撮像カメラ42や撮像カメラ47から出力された映像信号や画像データは、画像処理装置IMに入力された後、検査部5では、所定の画像処理を行いつつ、予め設定された検査基準に基づく検査が行われる。
具体的には、検査部5では、画像に含まれる輝点を検出し、それぞれの輝点の輝度情報や占有画素数などから異物としての粒径を判定し、ラベリング処理し、どれくらいの大きさの粒径の異物が何個存在するかを検査(いわゆる異物検出検査)が行われる。
相対移動部6は、検査対象となる基板Wに対して、照明部3及び撮像部4を相対的に移動させるものである。
具体的には、相対移動部6は、いわゆるXYステージを用いて具現化することができ、装置フレーム11上に取り付けられてスライダーをX方向に所定の速度で移動させ所定の位置で静止させるX軸ステージ61と、X軸ステージ61のスライダー上に取り付けられてスライダーをY方向に所定の速度で移動させ所定の位置で静止させるY軸ステージ62を備えて構成されている。Y軸ステージ62のスライダー上には、基板載置台20が取り付けられている。そうすることで、基板載置台20に載置された基板Wに対して、照明部3と撮像部4とを相対移動させることができ、基板W全体を複数回分割スキャンして撮像・検査することができる。
また、必要に応じて、Y軸ステージ62のスライダーと基板載置台20との間には、回転テーブル機構を備えた構成であっても良い。そうすることで、基板Wの角度を変更することができ、基板Wの位置ずれ修正をしたり、基板の撮像・検査や受取・受渡などの方向を90度、180度、270度と変更したりすることができる。
図2は、本発明を具現化する基板検査装置を用いて、従来よりも薄い基板の表裏面を検査する様子を示す概念図であり、検査対象となる基板に照明光を照射して基板に付着した異物で乱反射した散乱光を撮像する様子と、撮像した散乱光の強度を複合的に図示したものである。照明部から照射された照明光32は、基板Wの表面側に付着した異物X1、基板WW(厚み:t)の裏面側に付着した異物X2の表面でそれぞれ乱反射し、それらの散乱光が、撮像部4の撮像カメラ42にて撮像される。この場合、観察部4が、基板Wの表面側(つまり、第1の面S1側)の法線H1に対して所定の角度θ1をなして配置されている。
なお、本発明を適用するにあたり、ライトシート状の照明光の厚み32t(つまり、XZ方向の幅)は、検査対象となる基板Wの厚さの1/3以下(好ましくは、1/4以下)に設定しておく。これは、照明光の厚みを基板Wの厚さに対して十分に薄くしておくことで、同一面(第1の面の検査時なら第1の面)や反対側(第1の面の検査時なら第2の面)に存在する他の異物からの散乱光が同時に撮像されることを防止し、所望の検査結果を得ることができる。
この様な構成をしているため、基板検査装置1を用いて検査することで、基板の表面側(つまり、第1の面S1側)を撮像して取得した画像は、基板の裏面側(つまり、第2の面S2側)の状態に影響を受けずに所定の検査を行うことができる。さらに、基板の裏面側(つまり、第2の面S2側)を撮像して取得した画像は、基板の表面側(つまり、第1の面S1側)の状態に影響を受けず、所定の検査を行うことができる。そのため、検査対象基板が薄くなっても、表裏分離して検査精度を維持できる。
[別の形態]
上述では本発明を具現化する形態として、撮像部4に一組の撮像カメラ42とレンズ43とを備えた構成の基板検査装置1を例示した。しかし、以下に示す様な構成の基板検査装置1Bを用いても、本発明を具現化することができる。
つまり、基板検査装置1Bは、基本的な構成が基板検査装置1と同様であるが、撮像部4、検査部5に代えて、撮像部4B、検査部5Bを備えた構成となっている。そして、撮像部4Bは、基板第1面側撮像部41と、基板第2面側撮像部46とを別々に備えた構成となっている。
基板第1面側撮像部41は、基板Wの第1の面S1側に設定された第1面側検査対象領域を当該第1の面S1側から観察するものである。そして、基板第1面撮像部41は、前記基板の第1の面S1の法線H1に対して所定の角度θ1をなして第1面側検査対象領域V1を撮像するように配置されている。
基板第2面側撮像部46は、基板Wの第1の面S1と正対する反対側の第2の面S2側に設定された第2面側検査対象領域を前記第1の面S1側から撮像するものである。そして、基板第2面撮像部46は、前記基板の第1の面S1の法線H1に対して所定の角度θ1をなして第2面側検査対象領域V2を撮像するように配置されている。
具体的には、基板第1面撮像部41は、上述の撮像部4と同様の、撮像カメラ42と、レンズ43とを含んで構成され、基板第2面撮像部46は、撮像カメラ42と同様の撮像カメラ47と、レンズ43と同様のレンズ48とを含んで構成されている。
なお、基板Wの品種替えがなければ(つまり、厚みと屈折率とが一定であれば)、基板第1面側撮像部41の撮像カメラ42と、基板第2面側撮像部46の撮像カメラ47とは、互いに固定された状態にしておく。一方、基板Wの品種切替がある(つまり、厚み若しくは屈折率が一定でない)場合には、撮像カメラ42,47の少なくともどちらか一方が、基板Wの厚み方向に位置を変更する機構を介して装置フレーム15に取り付けられた構成としても良い。
この形態の場合、検査部5Bは、基本的な構成は上述の検査部5と同様であるが、基板Wの第1の面S1と第2の面S2の双方を撮像し、それらの表面状態を検査する構成としておく。
[別の形態]
上述では、検査対象となる基板に対して照明部3及び撮像部4を相対的に移動させる相対移動部6を備え、
撮像部4は、相対的に移動させる方向と直交する方向に所定の長さを有するラインセンサを備え、
照明部3は、ラインセンサで撮像する検査対象領域に対してライトシート状の照明光を照射するものである構成について示した。
この構成であれば、解像度の高いラインセンサを用いて検査を行うことができ、照明光線の照射範囲を最小限にすることができるため、コストダウンやサイズダウンが容易となる。さらに、同一面(第1の面の検査時なら第1の面)や反対側(第1の面の検査時なら第2の面)に存在する他の異物からの散乱光を同時に撮像してしまうことに起因して、所望の検査結果を正しく得ることができないと言う不具合を防ぐことができるので、より好ましい形態と言える。
しかし、本発明を具現化する上では、この形態に限らず、下記の様な構成として良い。
つまり、撮像部4にはエリアセンサを用い、照明部3は、エリアセンサーで撮像する検査対象領域を含む範囲に照明光を照射する構成である。この場合、検査対象となる基板Wに対して照明部3と撮像部4とを相対移動させながら、照明光をストロボ発光させて撮像を繰り返す(いわゆる、分割撮像)構成、若しくは、照明光を連続照射しながら、断続的に撮像を行う(これも、分割撮像の一類型)構成とする。或いは、相対移動部を備えず、検査対象領域Rをエリアセンサーカメラを用いて一括で撮像する構成としても良い。
[別の形態]
なお、本発明を具現化する上で、照明部3は、照明光が基板Wの第1の面S1の法線H1に対して10〜20度の範囲内で照射されるように配置されており、撮像部4の撮像カメラ42は、基板Wの第1の面S1の法線H1に対する角度θ1が40〜80度の範囲内に設定されて、検査対象領域を観察する様に配置されていることが好ましい。
撮像部4の設定角度θ1は、90度より小さくなるなるにつれ、表裏分離特性が向上する。しかし、小さく(傾斜)しすぎると、第1の面S1での表面反射成分が増えてしまい、第2の面S2の検査に必要な光量が低下してしまう。そのため、撮像部4を傾斜させる角度θ1は、上述の範囲内が好ましい。
この様な構成にしておくことで、正反射の影響を受けず、散乱光を正確に撮像することができる。さらに、第2の面側の検査を行う際に、光量低下を招くこともなく、表裏分離して検査精度を維持できる。
なお、撮像部4Bとして、基板第1面側撮像部41と、基板第2面側撮像部46とを別々に備えた構成であれば、撮像カメラ42,47がいずれも、基板Wの第1の面S1の法線H1に対する角度が40〜80度の範囲内に設定し、検査対象領域を観察する様に配置されていることが好ましい。
[別の形態]
なお、基板保持部2は、上述の様な構成に限らず、図3に示す様な、基板載置台20B,20Cなどにより構成することができる。図3は、本発明を構成する基板保持部のバリエーションを示す断面図である。
図3(a)は、上述の基板載置台20の断面図である。基板載置台20は、基板Wの検査対象となる面の下方に凹み22が設けられている。そして、基板載置台20は、基板Wの外周部を下方から支える構成をしている。
図3(b)に示す基板載置台20Bは、位置決め基準ピン21に代えて、基板外周部に凹み23がある、いわゆる、落とし込み構造をしている。なお、上述の基板載置台20と同様、基板Wの検査対象となる面の下方には凹み22が設けられている。
図3(c)に示す基板載置台20Cは、基板Wの下面を多数の支持ピン25で支える構成をしている。
なお、相対移動部6は、上述の様な構成に限らず、基板Wを回転ローラを用いて搬送を行う構成(いわゆる、コンベア搬送)や、ウォーキングビームと把持部を用いて搬送を行う構成(いわゆる、シャトル搬送)などであっても良い。
1 基板検査装置
2 基板保持部
3 照明部
4 撮像部
5 検査部
11 装置フレーム
15 連結部材
20 基板載置台
20B 基板載置台
20C 基板載置台
21 位置決め基準ピン
22 凹み
23 凹み
25 支持ピン
31 ライトシート照明ユニット
32 ライトシート状の照明光
32t ライトシート状の照明光の厚み
41 基板第1面側撮像部
42 撮像カメラ
42z 撮像カメラ
43 レンズ
43z レンズ
44 撮像素子
46 基板第2面側撮像部
47 撮像カメラ
48 レンズ
49 撮像素子
R 検査対象領域
W 基板
S1 基板の第1の面
S2 基板の第2の面
θ1 所定の角度(基板第1面撮像部の撮像カメラの角度)
θ2 所定の角度(基板第2面撮像部の撮像カメラの角度)
X1 異物
X2 異物

Claims (4)

  1. 検査対象となる基板を保持する基板保持部と、
    前記基板上に設定された検査対象領域に向けて照明光を照射する照明部と、
    前記検査対象領域を撮像する撮像部と、
    前記撮像部で撮像した画像に基づいて前記基板の表面状態を検査する検査部を備え、
    前記照明部は、前記基板の第1の面の法線に対して所定の角度をなしてライトシート状の照明光を照射するように配置されており、
    前記撮像部は、
    前記基板の第1の面側に設定された第1面側検査対象領域若しくは前記基板の第1の面と正対する反対側の第2の面側に設定された第2面側検査対象領域を、当該基板の第1の面側から撮像する撮像部とを備え、
    前記撮像部は、前記基板の第1の面の法線に対して所定の角度をなして配置されて
    いる、基板検査装置。
  2. 検査対象となる基板を保持する基板保持部と、
    前記基板上に設定された検査対象領域に向けて照明光を照射する照明部と、
    前記検査対象領域を撮像する撮像部と、
    前記撮像部で撮像した画像に基づいて前記基板の表面状態を検査する検査部を備え、
    前記照明部は、前記基板の第1の面の法線に対して所定の角度をなしてライトシート状の照明光を照射するように配置されており、
    前記撮像部は、
    前記基板の第1の面側に設定された第1面側検査対象領域を当該第1の面側から観察する基板第1面側撮像部と、
    前記基板の第1の面と正対する反対側の第2の面側に設定された第2面側検査対象領域を前記第1の面側から撮像する基板第2面側撮像部とを備え、
    前記基板第1面撮像部及び前記基板第2面撮像部は、前記基板の第1の面の法線に対して所定の角度をなして第1面側検査対象領域を撮像するように配置されている、
    基板検査装置。
  3. 前記基板に対して前記照明部及び前記撮像部を相対的に移動させる相対移動部を備え、
    前記撮像部は、前記相対的に移動させる方向と直交する方向に所定の長さを有するラインセンサを備え、
    前記照明部は、前記ラインセンサで撮像する検査対象領域に対して前記ライトシート状の照明光を照射するものである
    ことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の基板検査装置。
  4. 前記照明部は、照明光が前記基板の第1の面の法線に対して10〜20度の範囲内で照射されるように配置されており、
    前記撮像部は、前記基板の第1の面の法線に対する角度が40〜80度の範囲内に設定されて前記検査対象領域を観察するように配置されている
    ことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の基板検査装置。
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