JP4020916B2

JP4020916B2 - 基板検査装置

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Publication number: JP4020916B2
Application number: JP2005036363A
Authority: JP
Inventors: 勝松本
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: JP2005164610A

Description

本発明は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のガラス基板などの欠陥検査に用いられる基板検査装置に関するものである。

従来、ＬＣＤに用いられるガラス基板の欠陥検査には、ガラス基板表面に照明光を当て、その反射光の光学的変化から基板表面の傷などの欠陥部分を観察するマクロ観察と、マクロ観察で検出された欠陥部分を拡大して観察するミクロ観察を切り替えて可能にしたものがある。

そこで、従来、特許文献１に開示されるように、Ｘ、Ｙ方向に水平移動可能にしたＸ−Ｙステージに対応させてマイクロ観察系とミクロ観察系を設け、Ｘ−Ｙステージ上に被検査基板を載置した状態から、Ｘ−ＹステージをＸ、Ｙ方向の２次元方向に移動して被検査基板の検査部位をマイクロ観察系またはミクロ観察系の観察領域に位置させることで、被検査基板面の欠陥部分に対するマクロ観察またはミクロ観察を可能にしたものがある。

また、特許文献２に開示されるように、対物レンズの光軸に直交する平面上の交差するＸ−Ｙ方向の一方向にステージを水平移動させるとともに、他方向に対物レンズを移動させることで、ステージ上の試料の全範囲を観察可能にしたものもある。
特開平５−３２２７８３号公報特開平５−１２７０８８号公報

ところで、最近、ＬＣＤの大型化にともないガラス基板のサイズは、ますます大型化の傾向にあるが、特許文献１は、このような大型サイズのガラス基板の欠陥検査において、Ｘ−ＹステージをＸ、Ｙ方向の２次元方向に水平移動するようになっていることから、基板面積の４倍もの移動範囲が必要となり、このため、基板サイズの大型化とともに、装置の大型化を免れない。また、ガラス基板上の欠陥部分を特定するスポット照明は、基板全面をカバーするためＸ−Ｙステージの中心付近に位置せざるをえないことから、スポット照明は、観察者から遠く離れることとなり、微小な傷に対する目視による位置決めが困難になっている。

また、特許文献２は、ステージの移動をＸ−Ｙ方向の一方向のみにできるので、上記従来のものに比べて小型化できるが、それでもステージが水平に配置されているため基板面積の２倍もの移動範囲が必要となり、さらなる小型化を望むことは無理である。また、Ｘ−Ｙ方向の他方向に移動可能とした対物レンズは、リレーレンズを介してベース上で観察鏡筒に取り付けた接眼レンズに連繋され、接眼レンズの位置を固定した状態で、対物レンズのみを移動可能としているため、対物レンズにより観察される試料上の欠陥位置が接眼レンズでの観察位置から遠く離れることがある。

このことは、例えば、試料上の欠陥部を目視観察による確認を行いながら欠陥部にスポット照明を合致させる場合や、接眼レンズによるミクロ観察を行うような場合に、観察者は、試料上の遠く離れた欠陥部の位置まで移動して欠陥状態を目視観察で確認し、再び接眼レンズ位置まで戻って観察像を確認するようになるため、面倒な動きが必要となり、欠陥部分の正確な観察に支障をきたすばかりか、観察者に多大な労力を強いるという問題があった。また、このようなことは、最近の試料であるガラス基板の大型化にともない観察者の移動する距離は一層大きくなり、さらに大きな問題になっている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、正確な欠陥部観察を行うことができるとともに、観察作業の軽減化を実現できる基板検査装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、対物レンズにより取り込まれた被検査基板の観察像を伝送するリレー光学系を有するミクロ観察ユニットにより被検査基板を検査する基板検査装置において、前記被検査基板を保持し一方向に直線移動可能に設けられた基板保持手段と、
前記基板保持手段の移動方向と直交する方向に前記基板保持手段を跨ぐように架設された橋型ガイドと、前記橋型ガイドの水平部に沿って直線移動可能に設けられ、前記被検査基板の表面に対して垂直に配置された対物レンズを有する対物レンズユニットと、前記対物レンズユニットの光軸を中心に回転自在に連結された第１のリレー光学系と、前記第１のリレー光学系に対して屈曲可能に回転自在に連結された第２のリレー光学系と、前記第２のリレー光学系の端部に対して回転自在に連結された接眼ユニットとを備え、前記基板保持手段を前記一方向に直線移動させ、かつ前記対物レンズユニットを前記基板保持手段の移動方向と直交する方向に直線移動させることにより前記被検査基板全面を前記対物レンズで走査可能にするとともに、前記第１のリレー光学系及び前記第２のリレー光学系を介して前記接眼ユニットを任意の位置に移動可能にしたことを特徴としている。

本発明によれば、観察者は、同じ場所に居ながらにして、接眼レンズを覗くことによる顕微鏡観察と、接眼レンズから目を離しての目視観察を交互に行うことができ、欠陥部の目視での状態と見比べながら顕微鏡観察を行うことにより欠陥部の状態を正確に把握することができ、さらに、観察者の不必要な動きをなくすことで、観察作業の軽減化も実現できる。

また、観察者は顕微鏡観察の際の位置を、例えば、欠陥部の目視観察を行い易い場所にするなど観察位置を任意の場所に設定することができる。さらに、被検査基板表面に対するマクロ照明の照射条件を観察者に最も合った状態に設定することができ、精度の高い欠陥検出を行うことができる。

まず、本発明の実施の形態を説明する上で必要な参考例について述べる。
図１は、かかる参考例としての基板検査装置の概略構成を示している。図において、１は架台で、この架台１には、ベース２を傾斜して支持している。この場合、ベース２の傾斜面は、４５°〜重力方向に対してほぼ平行に近い状態の間で傾斜するようになっている。図示例では、６０°に傾斜させてある。

そして、このベース２の傾斜面に、被検査基板保持手段としてホルダ３を設けている。このホルダ３は、ＬＣＤに用いられるガラス基板のような大型の被検査基板４を載置保持するもので、ここでは、被検査基板４の下端を位置決めピン５にて支持し、さらにベース２の傾斜面上で交差するＸ−Ｙ方向の一方向、ここではＹ方向に直線移動できるようになっている。また、ベース２には、ホルダ３のＹ方向の位置座標を検出するＹスケール６を設けている。

ベース２には、ホルダ３を跨いで、ホルダ３の移動方向と直交する方向にＸガイド７を設けている。このＸガイド７は、スポット照明８を有するミクロ観察ユニット９をＸガイド７に沿って、上述したＸ−Ｙ方向の他方向、ここではＸ方向に移動可能に支持している。ここで、スポット照明８は、レーザあるいは光学的に集光された可視光をホルダ３上の被検査基板４表面に投光するものである。この投光による被検査基板４表面の反射光は、後述するマクロ照明用ユニット１１の反射光より明るくなっており、マクロ観察中でも目視観察できるようになっている。また、ミクロ観察ユニット９は、対物レンズ９１と接眼レンズ９２を有する顕微鏡機能を備えたもので、観察者は、接眼レンズ９２により対物レンズ９１より得られる観察像を観察できるようになっている。この場合、ミクロ観察ユニット９の対物レンズ９１と接眼レンズ９２は近接して配置されている。また、Ｘステージ７には、ミクロ観察ユニット９のＸ方向の位置座標を検出するＸスケール１０を設けている。

一方、架台１の上方には、マクロ照明用ユニット１１を設けている。このマクロ照明用ユニット１１は、大径のレンズを有し、ホルダ３上の被検査基板４面を均一に照明するようにしている。つまり、このようなマクロ照明用ユニット１１による面光源をホルダ３上の被検査基板４表面を均一に照明し、観察者の目視観察により被検査基板４表面での反射光の変化を欠陥部として検出している。具体的には、基板の膜厚の斑や透明膜上のピンホール、膜下のごみなどによる干渉パターンを観察者の目視により観察して欠陥部を認識するようにしている。

そして、このように構成した基板検査装置本体１００に制御部１２を接続している。この制御部１２は、Ｙスケール６およびＸスケール１０からの位置座標の管理、ミクロ観察ユニット９、スポット照明８およびホルダ３の移動制御を行うもので、さらにスポット照明８の照射範囲とミクロ観察ユニット９の観察範囲のそれぞれの中心間の相対距離を予め記憶していて、スポット照明８の照射範囲を被検査基板４上の欠陥部に位置させた状態で所定の指示を与えることにより、Ｙスケール６およびＸスケール１０のデータから欠陥部の位置座標が記憶部１２１に記憶され、この位置座標とスポット照明８の照射範囲とミクロ観察ユニット９の観察範囲のそれぞれの中心間の相対距離データに基づいて、被検査基板４上に指定された欠陥部がミクロ観察ユニット９の対物レンズ９１の観察範囲に合致するように移動制御する。

次に、このように構成した基板検査装置の動作を説明する。まず、観察者は、図示しないジョイスティックやキーボードにより制御部１２に指示を与え、ホルダ３を上方に移動させてＸガイド７から離すとともに、ミクロ観察ユニット９、スポット照明８をＸガイド７の端部まで移動させてホルダ３から離す。図１は、この状態を示している。

次に、被検査基板４をホルダ３上で位置決めピン５に支持させるとともに、ホルダ３の傾斜面に被検査基板４を載置し、図示しない吸着手段などにより被検査基板４を確実に保持した後、欠陥検査を開始する。

この場合、図２に示すように、マクロ照明用ユニット１１によりホルダ３上の被検査基板４表面を均一に照明する。そして、この状態から、被検査基板４の膜厚の斑や透明膜上のピンホール、膜下のごみなどによる干渉パターンを観察者の目視により観察して、欠陥部を認識する。

この場合、マクロ照明用ユニット１１は、被検査基板４の幅寸法よりも広い範囲を照明しているが、被検査基板４の長さ寸法より狭い範囲ならば、ホルダ３をベース２で上下動させて被検査基板４全面を網羅する。

次に、観察者が目視により被検査基板４上の欠陥部を認識すると、ホルダ３をベース２に沿って上下動するとともに、ミクロ観察ユニット９をＸガイド７に沿って左右に移動することにより、被検査基板４上の欠陥部をスポット照明８のスポット照射範囲に位置させる。そして、この状態から、観察者がキー操作を行い、制御部１２に所定の指示を与えると、Ｙスケール６およびＸスケール１０のデータに基づいて欠陥部の位置座標が求められ記憶部１２１に記憶される。続いて、制御部１２は、この位置座標データと予め記憶しているスポット照明８の照射範囲とミクロ観察ユニット９の観察範囲のそれぞれの中心間の相対距離のデータを用いて、ホルダ３およびミクロ観察ユニット９を移動制御し、目視確認した被検査基板４上の欠陥部をミクロ観察ユニット９の対物レンズ９１の観察範囲まで移動させる。個々の欠陥部に対してマクロ観察の直後にミクロ観察する場合には、スポット照明８により欠陥位置を指定した状態で、ホルダ３をスポット照明８とレンズ９１の距離だけ移動させることにより、欠陥部を対物レンズ９１の観察範囲に合致させることができる。これにより、観察者は、ミクロ観察ユニット９の接眼レンズ９２を覗くことにより、対物レンズ９１を介して得られる被検査基板４上の欠陥部を顕微鏡観察できることになる。

また、再び、図示しないキー操作によりマクロ観察を指示すると、被検査基板４上の欠陥部は、スポット照明８の照射範囲に戻され、干渉パターンによる再確認が行える。そして、続けて、他の欠陥部観察する場合には、上述した操作を繰り返すことになる。

その後、欠陥検査が終了したならば、観察者は、再び図示しないジョイスティックやキーボードにより制御部１２に所定の指示を与え、ホルダ３をＸガイド７の上方に移動させ、さらにミクロ観察ユニット９、スポット照明８をＸガイド７の端部に移動させてホルダ３から被検査基板４を交換できるように初期位置に復帰させる。

そして、被検査基板４のホルダ３上の吸着を解除した状態で基板４を垂直またはこれに近い角度まで引き起こして、ホルダ３から取り除く。このホルダ３から取り除く際は、被検査基板４の下端は、位置決めピン５に支持され、落下する危険がないので、基板４の両端に持ち変えることもできる。

従って、このようにすれば被検査基板４上の欠陥部をスポット照明８のスポット照射範囲に位置させるのに、被検査基板４を載置したホルダ３をベース２に沿って上下動しながら、ミクロ観察ユニット９をＸガイド７に沿って左右に移動するようになるので、ホルダ３の移動は、被検査基板４面積の２倍程度にでき、さらにホルダ３を傾斜させることにより設置面積を小さくでき、装置の大型化を最小限に止めることができる。

また、被検査基板４上の欠陥部をスポット照明８の照射範囲に位置させた状態から、さらに被検査基板４上の欠陥部をミクロ観察ユニット９の対物レンズ９１の観察範囲に移動させるようになるが、この状態では、被検査基板４上の欠陥部近傍にミクロ観察ユニット９の接眼レンズ９２が位置されることから、観察者は、同じ場所に居ながらにして、接眼レンズ９２を覗くことによる顕微鏡観察と接眼レンズ９２から目を離しての目視観察を交互に行うことができるので、欠陥部の目視での状態と見比べながら顕微鏡観察を行うことにより欠陥部の状態を正確に把握することができ、さらに、観察者の不必要な動きをなくすことで、観察作業の労力の軽減を実現できる。しかも、ホルダ３を傾斜させることにより、特に、重力方向に対してほぼ平行に近い状態で傾斜させることで、被検査基板４が観察者に近接して欠陥部が見易くなるとともに、スポット照明の位置決めも正確にでき、さらに、ホルダ３に保持される被検査基板４は、観察者の目の高さで目視観察や顕微鏡観察ができるので、さらに作業性を向上することができる。

図３は、本発明の実施の形態の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。

この場合、Ｘガイド７にスポット照明２１を有するミクロ観察ユニット２２をＸガイド７に沿って移動可能に支持している。このミクロ観察ユニット２２は、対物レンズ２２１、リレー光学系２２２および接眼ユニット２２３を有する顕微鏡機能を備えたもので、観察者は、接眼ユニット２２３によりリレー光学系２２２を介して対物レンズ２２１より得られる観察像を観察できるようになっている。リレー光学系２２２は、対物レンズ２２１と接眼ユニット２２３との間の光路を任意の方向に変えられるようにしたもので、観察者による接眼ユニット２２３での観察場所を任意に変えられるようになっている。また、接眼ユニット２２３は、接眼レンズを有するものである。リレー光学系２２２は、図４に示すように２つに分割され、対物レンズユニット（２２１）と接眼ユニット２２３とは回転部２２２ａ、２２２ｂによって接続され、上下のリレー光学系２２２は、回転部２２２ｃによって接続されている。リレー光学系２２２内のミラー２２２ｄ〜２２２ｇにより対物レンズユニット（２２１）と接眼ユニット２２３が光学的に接続されている。

しかして、このような構成によれば、リレー光学系２２２を介して接眼ユニット２２３を任意の位置に移動できるので、観察者は顕微鏡観察の際の位置を、例えば、欠陥部の目視観察を行い易い場所にするなど、観察位置を任意の場所に設定することができる。勿論、この場合も上述した第１の実施の形態と同様な効果を期待できる。また、図５に示すように対物レンズ側のリレー光学系２２２が接眼ユニット側のリレー光学系２２２の上になるように配置させることにより、２つのリレー光学系２２２の高さがキャンセルされるので、接眼ユニットと対物レンズユニットとの間の相対高さを小さくできる。

次に、本発明の他の実施の形態を説明する上で必要な他の参考例を述べる。
上述した図１では、被検査基板４上の欠陥部をスポット照明８（２１）のスポット照射範囲に位置させると、制御部１２は、さらにホルダ３およびミクロ観察ユニット９（２２）を移動制御し、目視で確認した被検査基板４上の欠陥部をミクロ観察ユニット９（２２）の対物レンズ９１（２２１）の観察範囲まで移動させ、その都度、観察者により被検査基板４上の欠陥部を顕微鏡観察するようにしたが、この他の参考例では、被検査基板４上の全ての欠陥部を目視観察したのち、これら欠陥部についてミクロ観察ユニット９（２２）による顕微鏡観察を行うようにしている。

この場合は、例えば、図１の制御部１２に記憶部１２１を接続している。その他の構成は、図１と同様なので、ここでは同図を援用して説明する。

まず、マクロ照明用ユニット１１によるマクロ照明の下で、観察者が目視により被検査基板４上の欠陥部を認識し、この認識した被検査基板４上の欠陥部をスポット照明８のスポット照射範囲に位置させる。すると、制御部１２では、この時の被検査基板４上の欠陥部位置をＹスケール６およびＸスケール１０の位置を読取り座標データとして記憶部１２１に記憶させる。

同様にして、被検査基板４上で目視観察より認識された全ての欠陥部について、スポット照明８のスポット照射範囲に位置させながら、これら欠陥部の座標データを記憶部１２１に記憶していく。

そして、被検査基板４上の全ての欠陥部の目視観察が終了したところで、観察者が制御部１２に対し所定の指示を与えると、制御部１２の記憶部１２１より最初の欠陥部の座標データが読み出される。すると、この読み出された座標データと、予め記憶しているスポット照明８の照射範囲とミクロ観察ユニット９の観察範囲のそれぞれの中心間の相対距離のデータにより、ホルダ３およびミクロ観察ユニット９がそれぞれ移動制御され、被検査基板４上の最初の欠陥部がミクロ観察ユニット９の対物レンズ９１の観察範囲まで移動させる。これにより、観察者は、ミクロ観察ユニット９の接眼レンズ９２を覗くことで、対物レンズ９１より被検査基板４上の欠陥部を顕微鏡観察できる。

次に、観察者が制御部１２に対し所定の指示を与えると、記憶部１２１より２番目の欠陥部の座標データが読み出され、この座標データに基づいて、上述したと同様にして、今度は被検査基板４上の２番目の欠陥部がミクロ観察ユニット９の対物レンズ９１の観察範囲まで移動され、ミクロ観察ユニット９の接眼レンズ９２による欠陥部の顕微鏡観察が行われる。

以下、同様にして、制御部１２の記憶部１２１に記憶された被検査基板４上の各欠陥部の座標データに基づいて、ミクロ観察ユニット９の対物レンズ９１の観察範囲に被検査基板４上の各欠陥部が移動され、ミクロ観察ユニット９の接眼レンズ９２による欠陥部の顕微鏡観察が行われる。

従って、このようにすれば、最初にマクロ照明用ユニット１１によるマクロ照明の下で、目視観察により被検査基板４上の全ての欠陥部の認識を行い、これら各欠陥部の座標データを記憶部１２１に記憶しておき、この後に、記憶部１２１より各欠陥部の座標データを順に読み出しながらミクロ観察ユニット９の対物レンズ９１の観察範囲に被検査基板４上の各欠陥部を移動して、ミクロ観察ユニット９の接眼レンズ９２による顕微鏡観察を行うようにしたので、マクロ観察とミクロ観察を分け、しかもミクロ観察ユニット９でのミクロ観察を集中的に行うことができるようになり、被検査基板４上の各欠陥部のミクロ観察による状態検査をさらに精度よく行うことができる。

そして、かかる他の参考例は、図１を援用して説明したが、本発明の実施の形態を示す図３の場合についても、同様に実施できる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。

本発明を説明する上で必要な参考例の概略構成を示す図。同参考例の動作を説明するための図。本発明の実施の形態の概略構成を示す図。本発明の実施の形態に用いられるリレー光学系の概略構成を示す図。本発明の実施の形態に用いられるリレー光学系の他の変形例を示す図。

符号の説明

１…架台、２…ベース、３…ホルダ、
４…被検査基板、５…位置決めピン、
６…Ｙスケール、７…Ｘカイド、８…スポット照明、
９…ミクロ観察ユニット、９１…対物レンズ、９２…接眼レンズ、
１０…Ｘスケール、１１…マクロ照明用ユニット、１２…制御部、
１２１…記憶部、１００…基板検査装置本体、２１…スポット照明、
２２…ミクロ観察ユニット、２２１…対物レンズ、
２２２…リレー光学系、２２３…接眼ユニット、

Claims

対物レンズにより取り込まれた被検査基板の観察像を伝送するリレー光学系を有するミクロ観察ユニットにより被検査基板を検査する基板検査装置において、
前記被検査基板を保持し一方向に直線移動可能に設けられた基板保持手段と、
前記基板保持手段の移動方向と直交する方向に前記基板保持手段を跨ぐように架設された橋型ガイドと、
前記橋型ガイドの水平部に沿って直線移動可能に設けられ、前記被検査基板の表面に対して垂直に配置された対物レンズを有する対物レンズユニットと、
前記対物レンズユニットの光軸を中心に回転自在に連結された第１のリレー光学系と、
前記第１のリレー光学系に対して屈曲可能に回転自在に連結された第２のリレー光学系と、
前記第２のリレー光学系の端部に対して回転自在に連結された接眼ユニットとを備え、
前記基板保持手段を前記一方向に直線移動させ、かつ前記対物レンズユニットを前記基板保持手段の移動方向と直交する方向に直線移動させることにより前記被検査基板全面を前記対物レンズで走査可能にするとともに、前記第１のリレー光学系及び前記第２のリレー光学系を介して前記接眼ユニットを任意の位置に移動可能にしたことを特徴とする基板検査装置。
前記第１のリレー光学系は、一方の端部下側に前記対物レンズユニットを連結するとともに、他方端部下側に前記第２のリレー光学系の一方の端部上側を回転可能に連結し、前記第２のリレー光学系は、他方の端部上側に前記接眼ユニットを回転可能に連結したことを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
さらに、前記基板保持手段に保持された前記被検査基板表面に対して所定の照明角度でマクロ照明光を照射するマクロ照明ユニットを備え、
前記基板保持手段を４５°〜重力方向に対してほぼ水平に近い状態に傾斜して支持された前記被検査基板表面を前記マクロ照明ユニットにより照明し、このマクロ照明ユニットのマクロ照明光下で前記被検査基板表面の反射光の変化を目視観察して検出された前記被検査基板表面の欠陥部の位置座標を管理し、この欠陥部の位置座標に基づいて前記対物レンズの観察範囲が前記欠陥部に合致するように前記基板保持手段及び前記対物レンズユニットを移動制御することを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。