JP2911619B2

JP2911619B2 - 周期性パターンの表面欠陥検査方法および装置

Info

Publication number: JP2911619B2
Application number: JP6295291A
Authority: JP
Inventors: 稔中西; 渡辺一生
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JPH05302820A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシャドウマスク等周期開
口を有する試料の表面欠陥を検査する方法および装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、単位パターンが周期的に配列され
ている工業製品の欠陥検査は様々な方法が提案され、そ
のうち試料面に対して垂直方向から見える欠陥に関して
は、カメラで撮影したビデオ信号を調べてパターン認識
を行う方法、欠陥のないパターンを同様に撮影して得ら
れた信号と比較する等の手段により欠陥を検出する方
法、あるいはコヒーレント光を照射した時の周期性パタ
ーンの光の回折現象を利用する方法等が知られている
が、斜光検査については、従来、人間の目視により行わ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】周期開口を有する試料
において、孔の欠けによる表面欠陥は斜光を目視で観察
することにより比較的発見し易い欠陥であるが、人間が
検査することに起因する見逃しが生ずるという問題があ
る。試料に対して垂直方向から見える欠陥に関しては、
検査方法が既に多数提案されているものの、斜光検査に
関しては効果的手法が提案されておらず、検査の全自動
化の障害の１つとなっているのが実情である。

【０００４】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、検査精度の向上および検査の全自動化の実現性を高
めることが可能な周期性パターンの表面欠陥検査方法お
よび装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、試料を光源で
照明し、透過光を線状領域撮影手段により検出して画像
信号から周期性パターンの欠陥を検出する方法におい
て、前記線状領域撮影手段により透過光を斜め方向から
検出し、線状の領域を撮影することにより表面欠陥を検
出する周期性パターンの表面欠陥検査方法、および試料
を照明する線状の光源と、試料に対して光源と反対側に
配置され、光源より照明された試料からの透過光を検出
する線状領域撮影手段と、線状領域撮影手段で試料を見
込む仰角を変える仰角可変機構と、線状領域撮影手段で
見る試料の位置を変える位置移動機構と、線状領域撮影
手段で試料を見る方向を変える方向可変機構と、線状領
域撮影手段を駆動するコントローラと、線状領域撮影手
段より取り込んだ信号を処理して欠陥を検出する信号処
理手段と、仰角可変機構、位置移動機構および方向可変
機構を駆動制御する駆動制御手段と、コントローラ、信
号処理手段、駆動制御手段を統括制御し、マンマシーン
インタフェース機能を有する制御コンピュータとから構
成される周期性パターンの表面欠陥検査装置を特徴とし
ている。

【０００６】

【作用】本発明は、線状のセンサを用い、試料またはセ
ンサを一軸方向へ移動させながら、センサの試料を見込
む仰角を常に最適角になるようにコントロールし、線状
光源で照明したときの試料からの斜め透過光を取り込
み、取り込んだ画像信号に対して微分処理等の画像処理
を施して表面欠陥を検出し、また試料またはセンサを回
転させて各方向からの検査を行うことにより、周期開口
を有する試料の斜光検査を自動化し、検査精度を向上さ
せ、検査の全自動化の実現性を高めることが可能とす
る。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の表面欠陥検査装置の一実施例
を示す図、図２は平行光検出光学系を示す図である。図
中、１はＣＣＤラインセンサカメラ、２は線状光源、３
はレンズ、５は回転ステージ、６は一軸移動ステージ、
７は試料、８は保持支柱、９はカメラコントローラおよ
び信号処理装置、１０はコントローラ、１１は制御コン
ピュータ、１３はカメラスライド装置、１４は仰角可変
装置、１５はガラス板である。

【０００８】本実施例では線状領域撮影手段としてＣＣ
Ｄラインセンサカメラを用い、ステージの上から見た図
である図１（ｃ）に示すように、試料の透過光を線状に
順次取り込むために試料を一軸方向（主走査方向と直交
方向で図のｘ方向）に移動させる一軸移動ステージ６上
には、試料を様々な方向から撮影できるように試料を載
せて回転する（図のθ₂方向）回転ステージ５が配置さ
れ、さらにその上に光が透過できるように透明なアクリ
ル板やガラス板からなる透明板１５が配置されている。
一軸移動ステージ６内には全体構成を示す図１（ａ）、
一軸移動ステージの移動方向から見た図１（ｂ）に示す
ように、直流点灯の蛍光灯からなる線状光源２が配置さ
れ、下方から試料７を照明するようになっている。図２
に示すように、線状光源２により照明され試料７を透過
した光はその平行成分がレンズ３によりＣＣＤラインセ
ンサカメラ１に結像するように、レンズ３はＣＣＤライ
ンセンサカメラのレンズ１ａの焦点位置に配置されてい
る。また図１（ｂ）に示すようにＣＣＤラインセンサカ
メラ１はカメラ、レンズ、光源を支持する保持支柱８で
支持され、仰角可変装置１４によって試料面を支点に図
のθ₁方向に回転させることによって、カメラが試料を
見込む仰角を変化できるように構成されている。また、
カメラはカメラスライド装置１３により主走査方向（図
のｙ軸方向）にスライドできるように構成されていると
共に、カメラコントローラおよび信号処理装置９により
制御され、読み取った信号を処理して欠陥検出が行わ
れ、また回転ステージ５、一軸移動ステージ６、および
仰角可変装置１４はコントローラ１０により駆動制御さ
れ、カメラコントローラおよび信号処理装置９およびコ
ントローラ１０はマンマシーンインタフェースの機能も
有している制御コンピュータ１１により統括制御されて
いる。

【０００９】次に、周期パターンの表面欠陥検査方法に
ついて説明する。一軸移動ステージ６によりｘ軸方向へ
移動する試料の斜め透過光をＣＣＤラインセンサカメラ
１で１ラインづつ取り込み、走査線上の輝度分布を電気
信号に変換し、信号処理装置９に入力する。この場合、
周期パターンをＣＣＤセンサで撮影すると、パターンと
ＣＣＤの画素ピッチの間で生じるモアレが疑似欠陥信号
となり、Ｓ／Ｎを低下させる要因となるので、カメラの
フォーカスを少しぼかして撮影し、モアレを低減するよ
うにすることが好ましい。また、方向、大きさとも同じ
欠陥でもカメラの視野の中央部に位置するか、端に位置
するかでカメラに入射する光の角度が変わるため検出感
度が同一視野内で一様でなくなってしまうので、本発明
においては図２に示すようにレンズ３の焦点位置にカメ
ラレンズ１ａを配置し、試料７を透過する光の平行成分
のみがカメラレンズへ導かれるようにし、視野内での撮
影角を統一している。

【００１０】カメラ１が試料を見込む最適仰角は、図３
（ａ）に示すように、正常な孔２１では図の矢印で示す
ように光が遮られ、図３（ｂ）のように欠陥部２２が存
在する孔２３では光が遮られずに透過するような角度で
ある。なお、図４に示すようなシャドウマスクのように
同一試料内で孔３１，３２，３３の形状が変わってい
て、最適仰角が変化している場合には、カメラで撮影し
ながら図１の仰角可変装置１４により仰角が常に最適に
なるようにカメラ１、レンズ３、光源２ごと保持支柱２
１を試料と同一平面内にある軸を中心にθ₁方向に回転
させて制御する。この制御は、各孔について最適仰角を
予め求め、求めた最適仰角になるように制御コンピュー
タ１１によるプログラム制御によりコントローラ１０を
通して仰角を制御することにより行われる。

【００１１】このようにして順次カメラより取り込まれ
てくる１ライン分の撮像信号を図１（ａ）の信号処理装
置９でＡ／Ｄ変換し、２次微分等のフィルタリング処理
により欠陥部を強調し、オフセットレベル（直流レベ
ル）を一定にし、この信号を予め設定したスライスレベ
ルと比較して突出信号を欠陥信号として記録する。すな
わち、図５（ａ）に示すように、Ａ／Ｄ変換して得られ
た原画像は、通常変動するオフセットレベル上に信号が
載った形になっおり、これを２次微分等のフィルタリン
グ処理を施すことにより図５（ｂ）に示すようにオフセ
ットをほぼ０とし、スライスレベルＳによって中央の突
出した信号を欠陥として検出する。このような処理によ
りノイズの影響を受けずに正確に欠陥を検出することが
できる。

【００１２】この時用いるフィルタのパターンは、図６
（ａ）のような２次微分のパターンが良く、ラインセン
サ上に結像される欠陥の面積によって、図６（ｂ）のよ
うに、要素間の距離を変えてサイズを変えるようにす
る。なお、撮影から欠陥検出までの一連の動作は撮影し
ながらリアルタイムで行われる。

【００１３】なお、カメラの撮影幅が試料の幅に比べて
狭く、１度に試料幅全体の画像データを取り込めない場
合は、図１の構成の装置では試料の端から端まで１度検
査し終えた後、カメラを横方向（ｙ方向）へスライドさ
せ、再び検査を行う動作を試料全面を検査し終えるまで
繰り返すことにより行う。この場合には検査に時間を要
することになるので、高速化を図りたい場合には、図７
に示すように、ＣＣＤラインセンサカメラ１−１，１−
２，１−３のように複数のカメラをｙ方向に横１列に並
べて１度に試料７の全面を読み取れるようにして検査す
れば良い。

【００１４】そして試料全面をある方向から検査し終え
た後、図１の回転ステージ５を図１（ｃ）のθ₂方向へ
回転させ、試料を異なる方向から検査し、この動作を必
要な方向数だけ繰り返し行う。なお、前述した最適仰角
は同じ種類の試料を何枚も検査する場合には、予め最適
仰角を求めておき、検査時には求めた最適仰角に従って
検査を行うようにすれば良い。

【００１５】この最適仰角の設定方法の例を図８により
説明する。図８は横軸に仰角（°）縦軸に試料の透過光
を取り込んだ際の全画素の輝度値の平均値を示したもの
であり、仰角が大きくなる程試料を透過する光量が増加
する様子を示している。そして図４に示したシャドウマ
スクのように、同一試料内で最適仰角が変化するような
試料では撮影するライン上でも最適仰角が全て同じとは
限らないので、ライン上の各点がなるべく好条件になる
時の画素の平均値（図８のレベルＳ）の最大値（図８の
レベルＭ）に対する割合を求めておく。そして図９に示
すように、試料面内で最適仰角を求める副走査方向に垂
直なラインＬ１〜Ｌ５を決め、各ライン上でカメラで撮
影したラインの輝度平均の最大値に対する割合が先に求
めた値になるような角度を求め、これを最適仰角とす
る。そして各ライン間の最適仰角は線形補間等で補間し
て求めれば良い。また、カメラレンズに試料透過光の平
行成分を導く手段として図２に示すようにカメラレンズ
前にレンズを置く方法を説明したが、図１０に示すよう
に凹面鏡４を使用し、試料７の撮影ラインＬを透過する
光源２からの光のうち平行成分のみを凹面鏡４によって
カメラ１へ導くようにしても良い。

【００１６】なお、上記実施例では撮影装置してライン
センサカメラを使用する例について説明したが、ファク
シミリや複写機等に用いられる密着型リニアセンサを用
いれば省スペース化を図ることができる。また、上記実
施例では試料を一軸移動ステージで移動させ、回転ステ
ージで回転させるようにしたが、カメラ、レンズ、光源
をロボットに取り付け、試料を固定し、撮像系に一軸動
作および回転動作をさせるようにしても良い。

【００１７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、斜光検査
を自動化し、かつ検査精度を向上させ、検査の全自動化
の実現性を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面欠陥検査装置の一実施例を示す図
である。

【図２】透過光の平行成分を検出する光学系を示す図で
ある。

【図３】最適仰角の求め方を説明する図である。

【図４】同一視野内で最適仰角が変化する場合の説明図
である。

【図５】ノイズを除去した欠陥検出方法を説明する図で
ある。

【図６】フィルタの構成例を示す図である。

【図７】複数のカメラを使用する場合の説明図である。

【図８】同一視野内で最適仰角が変化する際の最適仰角
の求め方を説明する図である。

【図９】試料上の撮影ラインを示す図である。

【図１０】凹面鏡を用いた透過光の平行成分を検出する
光学系を示す図である。

【符号の説明】

１…ＣＣＤラインセンサカメラ、２…線状光源、３…レ
ンズ、５…回転ステージ、６…一軸移動ステージ、７…
試料、８…保持支柱、９…カメラコントローラおよび信
号処理装置、１０…コントローラ、１１…制御コンピュ
ータ、１３…カメラスライド装置、１４…仰角可変装
置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を光源で照明し、透過光を線状領域
撮影手段により検出して画像信号から周期性パターンの
欠陥を検出する方法において、前記線状領域撮影手段に
より透過光を斜め方向から検出し、線状の領域を撮影す
ることにより表面欠陥を検出することを特徴とする周期
性パターンの表面欠陥検査方法。
【請求項２】線状領域撮影手段による斜め透過光の撮
影はフォーカスをぼかして行うことを特徴とする請求項
１記載の表面欠陥検査方法。
【請求項３】線状領域撮影手段により試料上の撮影ラ
インを見込む仰角を最適値になるように制御して撮影す
ることを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査方法。
【請求項４】前記最適仰角は線状領域撮影手段で受光
した光量の平均値から求めることを特徴とする請求項３
記載の表面欠陥検査方法。
【請求項５】線状領域撮影手段による斜め透過光の撮
影は試料または撮影手段側を回転させることによって試
料の各方向からの撮影を行うようにしたことを特徴とす
る請求項１記載の表面欠陥検査方法。
【請求項６】線状領域撮影手段によって得られた映像
信号に微分処理を施し、所定のスライスレベルを超える
ものを欠陥として検出することを特徴とする請求項１記
載の表面欠陥検査方法。
【請求項７】試料を照明する線状の光源と、試料に対
して光源と反対側に配置され、光源より照明された試料
からの透過光を検出する線状領域撮影手段と、線状領域
撮影手段で試料を見込む仰角を変える仰角可変機構と、
線状領域撮影手段で見る試料の位置を変える位置移動機
構と、線状領域撮影手段で試料を見る方向を変える方向
可変機構と、線状領域撮影手段を駆動するコントローラ
と、線状領域撮影手段より取り込んだ信号を処理して欠
陥を検出する信号処理手段と、仰角可変機構、位置移動
機構および方向可変機構を駆動制御する駆動制御手段
と、コントローラ、信号処理手段、駆動制御手段を統括
制御し、マンマシーンインタフェース機能を有する制御
コンピュータとから構成されることを特徴とする周期性
パターンの表面欠陥検査装置。
【請求項８】線状領域撮影手段はラインセンサまたは
密着型のリニアセンサであることを特徴とする請求項７
記載の表面欠陥検査装置。
【請求項９】線状の光源が直流点灯の蛍光灯であるこ
とを特徴とする請求項７記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１０】レンズまたは凹面鏡を用いた平行光撮
影光学系を備え、試料の透過光のうち平行成分のみを撮
影することを特徴とする請求項７記載の表面欠陥検査装
置。
【請求項１１】さらに線状領域撮影手段を主走査線方
向へスライドさせるセンサスライド機構を備え、線状領
域撮影手段をスライドさせて広範囲の検査を行えるよう
にしたことを特徴とする請求項７記載の表面欠陥検査装
置。
【請求項１２】線状領域撮影手段は、異なる領域をカ
バーする並列に配置された複数の線状のセンサからな
り、一度に広範囲の検査を行えるようにしたことを特徴
とする請求項７記載の表面欠陥検査装置。
【請求項１３】位置移動機構により、線状領域撮影手
段または試料を移動させながら試料の斜め透過光を取り
込むことを特徴とする請求項７記載の表面欠陥検査装
置。