JP4175766B2

JP4175766B2 - 透明基板検査装置

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Publication number: JP4175766B2
Application number: JP2000271765A
Authority: JP
Inventors: 健二愛甲; 正臣武田; 昇加藤; 良一田村
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: JP2002082068A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、透明基板、例えば液晶ディスプレイの製造工程においてガラス基板に傷がないか異物が付着していないかなどを検査する透明基板検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）は、ＣＲＴ（ＣａｔｈｏｄｅＲａｙＴｕｂｅ）に比べて薄型化、軽量化が可能であるため、ＣＴＶ（ＣｏｌｏｒＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）やＯＡ機器等のディスプレイ装置として採用され、画面サイズも１０型以上の大形化が図られ、より一層の高精細化が押し進められている。液晶ディスプレイには、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）型、ＳＴＮ（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）型、及びＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型などの種類がある。
【０００３】
透明基板検査装置は、このような液晶ディスプレイに使用されるガラス基板に微小な傷や異物などが存在しないか否かを検出するものであり、ガラス基板に斜下方からレーザビームを照射し、傷や異物によって発生した散乱光や反射光を上方より観察し、傷や異物の存在を検出するものである。このような透明基板検査装置は、照明光源として、半導体レーザ光源（ＬＤ）を用いている。半導体レーザ光源は、近視野パターンと遠視野パターンの両方で光量のバラツキを有する。
【０００４】
近視野パターンは、半導体レーザ光源の共振器から比較的近い点のレーザビームの振幅強度分布であり、図１（Ａ）に示すような特性を示す。図１（Ａ）において、横軸はレーザ発光点位置［μｍ］を、縦軸は光量の相対強度を現す。図１（Ａ）から明らかなように、半導体レーザ光源の発光点間距離が１６０〜１８０［μｍ］の場合、その全域に渡って光量の強度分布がばらついていることが理解できる。
【０００５】
遠視野パターンは、半導体レーザ光源の共振器から相当遠い点で見られるレーザビームの振幅強度分布であり、図１（Ｂ）に示すような特性を示す。図１（Ｂ）において、横軸はレーザ発光点からの放射角度（θ平行方向）を、縦軸は光量の相対強度を現す。図１（Ｂ）から明らかなように、半導体レーザ光源の放射角度が約０度付近で谷の形状の極小値を示し、その両側、角度数度の付近で極大値を示すような光量の相対強度分布のばらつきを示すことが理解できる。
【０００６】
従来は、このような半導体レーザ光源を照明光源として用い、一般的な照明部構成であるクリティカル照明やケラー照明を構成していた。図２は、一般的なクリティカル照明構成の一例を示すものである。このクリティカル照明構成は、半導体レーザ光源２１から出射したレーザビームを補助集光レンズ２２で平行光束とし、絞り２４を通過させてコンデンサレンズ２３に送り込む。コンデンサレンズ２３は、平行光束をコンデンサレンズ２３の後側焦点付近すなわち検出点２５付近に半導体レーザ光源２１の発光点の像を結像する。従って、検出点２５では、図１（Ａ）に示すような近視野パターンによる光量の強度分布のばらつきが現れていた。
【０００７】
図３は、一般的なケラー照明構成の一例を示すものである。このケラー照明構成は、半導体レーザ光源３１の発光点ａ１，ｂ１，ｃ１の像ａ２，ｂ２，ｃ２がコンデンサレンズ３３の前側焦点位置に作成され、補助集光レンズ３２に近接して設けられた視野絞り３４の像が検出点３５に一致させられ、検出点３５にて照明ビームが平行光となるように構成されたものである。このケラー照明構成によれば、検出点３５で図１（Ｂ）に示すような遠視野パターンによる光量の強度分布のばらつきが現れていた。
【０００８】
ガラス基板検査装置は、これらの照明部構成を用いて、レーザビームをθ平行方向にレンズで拡大し、欠陥検査に必要な検出点視野として長さ（長径）が５０〜６０［ｍｍ］、幅（短径）が約２００［μｍ］の細長い楕円形状の照明ビームを形成し、ガラス基板の下側から約１０度の傾斜角で照射していた。図４は、クリティカル照明を用いて構成されたガラス基板検査装置の概略を示す図であり、光学系の構成を検出用照明ビームの長径方向から見た図である。図において光学系は照明光学部と検出光学部とからなる。照明光学部は半導体レーザ光源２１、補助集光レンズ２２、コンデンサレンズ２３及び全反射ミラー８から構成される。検出光学部は遮光板９、検出レンズ１０及びＣＣＤ受光素子３０から構成される。
【０００９】
半導体レーザ光源２１は、波長が約８００［ｎｍ］、発光点サイズが約２００［μｍ］、θ平行方向の放射角が約６度、θ直角方向の放射角が約４０度のレーザビームを出射する。補助集光レンズ２２は、半導体レーザ光源２１から出射された光束を平行光束とし、コンデンサレンズ２３に送り込む。コンデンサレンズ２３は、平行光束をコンデンサレンズ２３の後側焦点付近すなわち検出点２５であるガラス基板４０付近に全反射ミラー８を介して半導体レーザ光源２１の発光点の像を結像する。遮光板９は、検出レンズ１０の光の入射する位置に、ガラス基板４０の表面で散乱又は反射しなかった光（直接光）を遮光するものである。従って、ガラス基板４０の表面で散乱又は反射しなかった光（直接光）は、その遮光板９によって遮られ、ＣＣＤ受光素子３０に結像することはなく、ガラス基板４０の表面で散乱又は反射した光のみが、検出レンズ１０を通過してＣＣＤ受光素子３０に結像する。なお、クリティカル照明に代えて、前述のケラー照明を用いた場合も同じである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ガラス基板検査装置は、ガラス基板に斜下方からレーザビームを照射し、傷や異物によって発生した散乱光や反射光を上方より観察し、傷や異物の存在を検出することができる。ところが、欠陥検査に必要な検出点視野として長さ（長径）が５０〜６０［ｍｍ］、幅（短径）が約２００［μｍ］の細長い楕円形状の照明ビームを形成し、ガラス基板の下側から約１０度の傾斜角で照射している関係上、細長い傷いわゆるヘアライン傷と呼ばれるものに対して、方向性を持つという問題があった。図５は、図４のガラス基板４０上に方向性を持ったヘアライン傷５５〜５８が存在する場合における細長い楕円形状の照明ビーム５０とヘアライン傷５５〜５８との関係を示す図である。照明ビーム５０は図４に示されるように右下斜め方向から左上斜め方向に向かって照射されているものとする。従って、図５においては照明ビームの照射方向は、右方向から左方向に向かう水平方向となる。このような照明ビーム５０が照射されているガラス基板上に図５（Ａ）〜（Ｄ）のようにそれぞれ方向性を持ったヘアライン傷５５〜５８が存在する場合、その傷によるＣＣＤ受光素子３０の信号出力は、図６に示すようになる。図６は、照明ビーム５０とヘアライン傷の長手方向の交差角を横軸に示した場合におけるＣＣＤ受光素子３０の信号出力レベルを示す図である。
【００１１】
図５（Ａ）は、照明ビームとヘアライン傷５５の長手方向が平行（０度）の場合すなわち交差角０度の場合を示し、図５（Ｂ）は照明ビーム５０とヘアライン傷５６の長手方向が約１０度で交差し、図５（Ｃ）は照明ビーム５０とヘアライン傷５７の長手方向が約２０度で交差し、図５（Ｄ）は照明ビーム５０とヘアライン傷５８の長手方向が約３０度で交差している場合を示している。図６から明らかなように、照明ビーム５０とヘアライン傷の長手方向の交差角が小さい場合は、ＣＣＤ受光素子３０の信号出力レベルは大きく、ヘアライン傷を確実に検出することが可能であるが、その交差角が±２５度よりも大きくなると、ＣＣＤ受光素子３０の信号出力レベルが急激に低下し、もはやヘアライン傷を検出することができないという問題がある。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、ヘアライン傷などのように照明ビームの照射方向に対して方向性を有するような傷であってもその存在を確実に検出することのできる透明基板検査装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る透明基板検査装置の第１の特徴は、光源から出射された光ビームを複数のレンズ手段を用いて傷検出用の細長い楕円形状の照明ビームとして被検査試料に照射する照明手段と、前記被検査試料に照射された前記照明ビームの散乱光又は反射光を検出レンズを用いて結像し、その像を受光素子手段で検出する結像手段とを備えた透明基板検査装置において、前記照明手段は、前記被検査試料上の前記照射ビームの長手方向に対してそれぞれ異なる角度で交差する少なくとも４方向から前記照明ビームを照射するように構成されたことにある。ヘアライン傷のように照明ビームに対して方向性を有する傷の場合、照明ビームとヘアライン傷の長手方向の交差角が約±２５度以内であれば、受光素子手段から出力される信号出力レベルによってその傷の存在を確認することができる。従って、４方向から照明ビームを照射することによって、照明ビームとヘアライン傷の長手方向の交差角を±２５度以内の４５度とすることができるので、ヘアライン傷などのように照明ビームの照射方向に対して方向性を有するような傷であってもその存在を確実に検出することができるようになる。
【００１４】
この発明に係る透明基板検査装置の第２の特徴は、前記第１の特徴に記載の透明基板検査装置において、前記照明手段が、前記被検査試料上の前記照射ビームの長手方向に対して、α度、α＋４５度、α＋９０度、α＋１３５度の角度で交差するような４方向から前記照明ビームを照射するように構成されていることにある。これは、被検査試料上の照射ビームの長手方向に対して交差する４方向の照明ビームの交差角度を具体的に限定したものであり、或る１つの照明ビームが被検査試料上の照射ビームの長手方向に対して約２２．５度の角度で交差するように照射されると、残りの３つの照明ビームは約６７．５度、約１１２．５度、約１５５．５度の角度で交差するように照射されることになる。
【００１５】
この発明に係る透明基板検査装置の第３の特徴は、前記第２の特徴に記載の透明基板検査装置において、前記照明手段が、２個の光源から出射される光ビームをそれぞれ補助的に集光する第１及び第２の補助集光レンズ手段と、前記第１及び第２の補助集光レンズ手段によって結像された前記２個の光源の光ビームをそれぞれ前記楕円形状の長径方向に引き伸ばし、短径方向に集光するように構成された第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段と、前記第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段を通過した光ビームをそれぞれ分割する第１及び第２の分割手段と、前記第１及び第２の分割手段によって分割された４本の光ビームを前記被検査試料上で前記楕円形状の照明ビームとし、前記検出レンズの瞳に向かう収束光となるように集光する第１及び第２の集光レンズ手段と、前記第１及び第２の集光レンズ手段を通過した前記４本の光ビームを前記被検査試料上の所定位置にそれぞれ照射させる第１から第４までの反射鏡手段とを含んで構成されていることにある。２個の光源の各点から出射した光ビームは、ケラー照明構成と同じように第１及び第２の補助集光レンズ手段によって一旦結像される。そして、この結像されたそれぞれの光源の像の短径方向の光は、第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段によってケラー照明構成の場合と同様にほぼ平行光束に集束される。一方、結像された光源の像の長径方向の光は、第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段によって発散する方向に引き伸ばされる。第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段によって引き伸ばされた光は、第１及び第２の分割手段によってそれぞれ分割され、４本の光ビームとなる。この４本の光ビームは、第１及び第２の集光レンズによって検出レンズの瞳に向かう収束光となるように集光され、被検査試料上に傷検出用の細長い楕円形状の照明ビームとして照射される。このとき、第１から第４までの反射鏡手段が４本の光ビームを反射してそれぞれの所定位置に照射させる。これによって、レーザ光源の各点から出射したレーザ光は、被検査試料上のそれぞれ異なる部分に照射されるようになるため、遠視野パターンの影響を打ち消すことができ、照明強度をほぼ一様にすることができる。また、レーザ光源の像は、無限遠ではないが、かなり遠方にできるため、クリティカル照明で問題となっていた照明むらも生じることはない。
【００１６】
この発明に係る透明基板検査装置の第４の特徴は、前記第３の特徴に記載の透明基板検査装置において、前記第１及び第２の分割手段が、前記第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段を通過した光ビームをハーフミラー及び反射鏡を用いて分割するように構成されていることにある。これは、第１及び第２の分割手段の構成を具体的に限定したものである。
【００１７】
この発明に係る透明基板検査装置の第５の特徴は、前記第３の特徴に記載の透明基板検査装置において、前記第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段が、前記レーザ光の短径方向に集光する凸シリンドリカルレンズと、前記レーザ光の長径方向に対して作用し、長径方向の長さを前記第１及び第２の集光レンズ手段の口径に合わせて引き伸ばす凹シリンドリカルレンズとから構成されていることにある。これは、第１及び第２の引き伸ばしレンズの構成を具体的に限定したものである。長径方向と短径方向のそれぞれに対して作用するシリンドリカルレンズを用いることによって、集光と拡散を実現したものである。
【００１８】
この発明に係る透明基板検査装置の第６の特徴は、前記第１から第５までのいずれか１の特徴に記載の透明基板検査装置において、前記照明手段が、前記光ビームの前記被検査試料上における短径方向の幅を約２００［μｍ］、長径方向の長さを約５０〜６０［ｍｍ］にすることにある。これは、照明手段によって形成される傷検出用の細長い楕円形状の照明ビームの具体的大きさを規定したものである。
【００１９】
この発明に係る透明基板検査装置の第７の特徴は、前記第３から第６までのいずれか１の特徴に記載の透明基板検査装置において、前記照明手段は、前記光源の各点から出射した光が前記被検査試料上の全照射範囲の約１０分の１程度を照射することにある。これは、最も遠視野パターンの影響を少なくし、照明強度を全照射範囲でほぼ一様にすることができる場合を具体的に規定したものである。
【００２０】
この発明に係る透明基板検査装置の第８の特徴は、前記第４の特徴に記載の透明基板検査装置において、前記第１及び第２の集光レンズ手段は、半円形状のレンズで構成され、前記第１及び第２の分割手段によって分割された前記光ビームを光軸中心から上下方向に外れた位置を通過させて前記被検査試料上で前記楕円形状の照明ビームとし、前記検出レンズの瞳に向かう収束光となるように集光することにある。これは、集光レンズ手段の構成を具体的に限定したものであり、４本の照明ビームのうち２本を第１の集光レンズ手段で集光し、残りの２本を第２の集光レンズ手段で集光する。このとき、それぞれの照明ビームは集光レンズの光軸中心から上下方向に外れた位置を通過するので、集光レンズの形状を円形にすると、両者が干渉してしまうので、ここでは、半円形状のレンズで集光レンズを構成することにした。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を添付図面に従って説明する。図７は、長さ（長径）が約５０〜６０［ｍｍ］、幅（短径）が約２００［μｍ］の細長い楕円形状の検出用照明ビームをガラス基板４０に照射し、その散乱光や反射光に基づいて、ガラス基板４０上の傷や異物の存在を検出するガラス基板検査装置を立体的に示した斜視図である。図８及び図９は、このガラス基板検査装置の概略構成を示す図であり、図８はこのガラス基板検査装置の光学系の構成を検出用照明ビームの長径方向から見た図であり、図９はこの光学系の構成を検出用照明ビームの短径方向から見た図である。このガラス基板検査装置の光学系は、照明光学部と検出光学部とからなるが、図７及び図９では検出光学系については図示を省略してある。この実施の形態に係るガラス基板検査装置の特徴は、検出用照明ビームをそれぞれ４５度ずつ方向の異なる４方向から別々にガラス基板に照射するようにした点である。
【００２２】
照明光学部は、半導体レーザ光源１００，２００、非球面コリメートレンズ１０１，２０１、平凸レンズ１０２，２０２、凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３、凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４、ハーフミラー１０５，２０５、反射鏡１０６〜１０８，２０６〜２０８、平凸レンズ１１０，１１１，２１０，２１１及び台形型全反射ミラー１２０，１２１，２２０，２２１から構成される。検出光学部は遮光板９、検出レンズ１０及びＣＣＤ受光素子３０から構成される。
【００２３】
半導体レーザ光源１００，２００は、波長が約８００［ｎｍ］、発光点サイズが約２００［μｍ］、θ平行方向の放射角が約６度、θ直角方向の放射角が約４０度のレーザビームを出射する。非球面コリメートレンズ１０１，２０１及び平凸レンズ１０２，２０２は、半導体レーザ光源１００，２００から出射された光束を凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３の前側で集光させ、ケラー照明のように一旦半導体レーザ光源１００，２００の像を形成させる補助集光レンズとしての役割をする。凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３は、照明ビームの短径方向に対して作用し、検出点における短径方向の幅を２００［μｍ］にするものであり、補助集光レンズ（非球面コリメートレンズ１０１，２０１及び平凸レンズ１０２，２０２）を通過した光をさらに集光させる。なお、凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３は、照明ビームの長径方向に対しては作用しないようになっている。凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４は、照明ビーム長径方向に対して作用し、長径方向の長さを平凸レンズ１１０，１１１，２１０，２１１からなる大口径集光レンズの口径に合わせて引き伸ばす。なお、凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４は、照明ビームの短径方向に対して作用しないようになっている。ここでは、凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３及び凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４のことを引き伸ばしレンズと呼ぶ。
【００２４】
ハーフミラー１０５，２０５、反射鏡１０６〜１０８，２０６〜２０８は、半導体レーザ光源１００，２００から出射されたレーザ光の光軸に対してそれぞれ４５度の傾斜を持って配置され、引き伸ばしレンズ（凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３及び凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４）を通過した照明ビームをそれぞれ分割して２系統の照射ビームを作成するものである。すなわち、ハーフミラー１０５，２０５は、引き伸ばしレンズ（凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３及び凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４）を通過した照明ビームの半分を反射鏡１０７，２０７側に通過させ、残りの半分を照明ビームの長径方向に配置された反射鏡１０６，２０６側に反射する。反射鏡１０６，２０６は、ハーフミラー１０５，２０５で反射された照射ビームを半導体レーザ光源１００，２００から出射されたレーザ光の光軸と同じ方向に全反射する。一方、反射鏡１０７，２０７は、ハーフミラー１０５，２０５を通過して来た照射ビームを反射鏡１０８，２０８側に全反射し、反射鏡１０８，２０８は、その照射ビームを半導体レーザ光源１００，２００から出射されたレーザ光の光軸と同じ方向に全反射する。これによって、引き伸ばしレンズ（凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３及び凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４）を通過した照明ビームは別々の２系統の照明ビームに分割される。なお、図９では、反射鏡１０６，２０６，１０８，２０８が同じ位置に配置されているように示してあるが、実際は、反射鏡１０６と反射鏡１０８との間の距離の方が反射鏡２０６と反射鏡２０８との間の距離よりも大きくなっている。
【００２５】
大口径集光レンズは、４枚の平凸レンズ１１０，１１１，２１０，２１１で構成されている。平凸レンズ１１０と平凸レンズ１１１とで一つの大口径集光レンズが構成され、平凸レンズ２１０と平凸レンズ２１１とでもう一つの大口径集光レンズが構成されている。以下、集光レンズ１１０と表すときは、平凸レンズ１１０と平凸レンズ１１１とで構成される大口径集光レンズのことを意味し、集光レンズ２１０と表すときは、平凸レンズ２１０と平凸レンズ２１１とで構成される大口径集光レンズのことを意味するものとする。
【００２６】
図１０は、大口径集光レンズをガラス基板４０側から見た図である。図において、右側が集光レンズ１１０であり、左側が集光レンズ２１０である。集光レンズ１１０，２１０は、その中心Ｏ１，Ｏ２を含む半円形状をしている。反射鏡１０６，１０８で反射された照明ビームは、右側の集光レンズ１１０の中心Ｏ１の上下方向の所定位置に照射され、反射鏡２０６，２０８で反射された照明ビームは、左側の集光レンズ２１０の中心Ｏ２の上下方向の所定位置に照射され、それぞれの集光レンズ１１０，２１０によって集束される。
【００２７】
集光レンズ１１０，２１０は、それぞれの照明ビームを検出レンズ１０の瞳付近に集光する。このとき、検出点であるガラス基板４０における照明ビームは、検出レンズ１０の瞳へ向かう集束光となるように構成される。すなわち、検出光学部では、検出レンズ１０の欠陥検出効率を確保するために、照明ビームの集光が瞳中心となるように構成される。検出点４５すなわちガラス基板４０は、検出レンズ１０の瞳と集光レンズ１１０，２１０との中間位置であって、その集光光路中に設置される。なお、検出レンズ１０の瞳に向かう集束光となるのは、長径方向の照明ビームだけであり、短径方向の照明ビームはガラス基板４０上に集束するように構成される。このようにしてガラス基板４０上には、長さ（長径）が約５０〜６０［ｍｍ］、幅（短径）が約２００［μｍ］の細長い楕円形状の検出用照明ビームが照射される。
【００２８】
なお、集光途中の照明ビームは、図１０に示した点線の正八角錐の底面のそれぞれの頂点８１〜８４付近で正八角錐の頂点８０に向かうように、台形型全反射ミラー１２０，１２１，２２０，２２１によって反射させられる。正八角錐の頂点８０が検出点４５を含むガラス基板４０表面に対応する。従って、ガラス基板４０表面すなわち検出点４５には、正八角錐の底面のそれぞれの頂点８１〜８４の４方向からそれぞれ照明ビームが同時に照射されることになる。各照明ビームの照射角度は、それぞれ４５度の整数倍の角度で交差するように構成されている。
【００２９】
すなわち、頂点８１から頂点８０に向かう照明ビームに対して、頂点８２から頂点８０に向かう照明ビームは４５度の角度で、頂点８３から頂点８０に向かう照明ビームは９０度（４５度×２）の角度で、頂点８４から頂点８０に向かう照明ビームは１３５度（４５度×３）の角度で、それぞれ交差している。従って、ガラス基板４０の表面に対しては、４５度ずつ方向の異なる４本の照明ビームが照射されることになる。従って、ガラス基板４０上のヘアライン傷は、いずれかの照明ビームによって容易に検出することができるようになる。
【００３０】
図１１は、この実施の形態のガラス基板検査装置によってできるガラス基板４０上の細長い楕円形状の照明ビーム６０とガラス基板４０上に存在するヘアライン傷６１〜６８との関係を示す図である。図１２は、この実施の形態に係る照明ビーム６０とヘアライン傷６１〜６８の長手方向の交差角を横軸に示した場合におけるＣＣＤ受光素子３０の信号出力レベルの特性を示す図である。この実施の形態に係るガラス基板検査装置では、図１０に示すように、４５度ずつ方向の異なる４本の照明ビーム８１０〜８４０がガラス基板４０に照射されている。従って、図１１（Ａ）〜（Ｈ）に示すようにそれぞれ角度の異なるヘアライン傷６１〜６８がガラス基板４０上に存在する場合、その傷によるＣＣＤ受光素子３０の信号出力は、図１２に示すようになる。
【００３１】
すなわち、図１１（Ａ）に示すように照明ビーム６０とヘアライン傷６１の長手方向が平行（０度）の場合、ヘアライン傷６１によって頂点８１から頂点８０に向かう照明ビーム８１０及び頂点８２から頂点８０に向かう照明ビーム８２０に対応した散乱光が発生するので、ＣＣＤ受光素子３０からは両方の照明ビーム８１０，８２０の散乱光に対応した信号出力が現れる。ここで照明ビーム６０は、それぞれの照明ビーム８１０〜８４０の合成ビームのことである。図１１（Ｂ）に示すように照明ビーム６０とヘアライン傷６２の長手方向が約２２．５度で交差している場合、ヘアライン傷６２によって頂点８２から頂点８０に向かう照明ビーム８２０に対応した散乱光のみが発生するので、ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８２０の散乱光に対応した信号出力が現れる。
【００３２】
図１１（Ｃ）に示すように照明ビーム６０とヘアライン傷６３の長手方向が約４５度で交差している場合、ヘアライン傷６３によって頂点８２から頂点８０に向かう照明ビーム８２０及び頂点８３から頂点８０に向かう照明ビーム８３０に対応した散乱光が発生するので、ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８２０，８３０の散乱光に対応した信号出力が現れる。図１１（Ｄ）に示すように照明ビーム６０とヘアライン傷６４の長手方向が約６７．５度で交差している場合、ヘアライン傷６４によって頂点８３から頂点８０に向かう照明ビーム８３０に対応した散乱光のみが発生するので、ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８３０の散乱光に対応した信号出力が現れる。
【００３３】
図１１（Ｅ）に示すように照明ビーム６０とヘアライン傷６５の長手方向が約９０度で交差している場合、ヘアライン傷６５によって頂点８３から頂点８０に向かう照明ビーム８３０及び頂点８４から頂点８０に向かう照明ビーム８４０に対応した散乱光が発生するので、ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８３０，８４０の散乱光に対応した信号出力が現れる。図１１（Ｆ）に示すように照明ビーム６０とヘアライン傷６６の長手方向が約１１２．５度で交差している場合、ヘアライン傷６６によって頂点８４から頂点８０に向かう照明ビーム８４０に対応した散乱光のみが発生するので、ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８４０の散乱光に対応した信号出力が現れる。
【００３４】
図１１（Ｇ）に示すように照明ビーム６０とヘアライン傷６７の長手方向が約１３５度で交差している場合、ヘアライン傷６７によって頂点８４から頂点８０に向かう照明ビーム８４０及び頂点８１から頂点８０に向かう照明ビーム８１０に対応した散乱光が発生するので、ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８４０，８１０の散乱光に対応した信号出力が現れる。図１１（Ｈ）に示すように照明ビーム６０とヘアライン傷６８の長手方向が約１５５．５度で交差している場合、ヘアライン傷６８によって頂点８１から頂点８０に向かう照明ビーム８１０に対応した散乱光のみが発生するので、ＣＣＤ受光素子３０からはその照明ビーム８１０の散乱光に対応した信号出力が現れる。すなわち、ＣＣＤ受光素子３０からは図１２に示すような各照明ビーム８１０〜８４０を合成した信号波形８００が出力されるので、方向性を持った細長い傷（ヘアライン傷）６１〜６８であっても、その存在を確実に検出することができる。
【００３５】
この実施の形態では、検出レンズ１０の光の入射する位置に、ガラス基板４０の表面で散乱又は反射しなかった光（直接光）を遮光するための遮光板９が設けられている。従って、ガラス基板４０の表面で散乱又は反射しなかった光（直接光）は、その遮光板９によって遮られ、ＣＣＤ受光素子３０に結像することはなく、ガラス基板４０の表面で散乱又は反射した光のみが、検出レンズ１０を通過してＣＣＤ受光素子３０に結像する。なお、検出レンズ１０は、複数のレンズ群の組み合わせで構成される。
【００３６】
本発明に係るガラス基板検査装置の照明光学部の構成が従来のケラー照明構成とどのように異なるのか、その詳細について説明する。まず、ケラー照明構成の場合には、図３に示すように、半導体レーザ光源３１の各点ａ１，ｂ１，ｃ１から出射したレーザ光は、補助集光レンズ３２によって各点ａ２，ｂ２，ｃ２で一旦結像される。そして、この結像された各点ａ２，ｂ２，ｃ２の像の光をコンデンサレンズ３３によって、平行光束として検出点３５（ガラス基板）に照射している。従って、コンデンサレンズ３３によって、半導体レーザ光源３１の像は無限遠にできるためクリティカル照明で問題となっていた照明むらが生じることはない。
【００３７】
ところが、半導体レーザ光源３１の光点ａ１から出射したレーザ光は、検出点３５上の部分ａ３−ａ４を一様に照射し、光点ｂ１から出射したレーザ光は、検出点３５上の部分ａ３−ａ４と同じ部分ｂ３−ｂ４を一様に照射する。同様に、光点ｃ１から出射したレーザ光も、検出点３５上の部分ａ３−ａ４，ｂ３−ｂ４と同じ部分ｃ３−ｃ４を一様に照射する。従って、前述したように、図１（Ｂ）に示すような半導体レーザ光源３１の有する遠視野パターンの影響が顕著に現れる。
【００３８】
これに対して、本発明に係るガラス基板検査装置の照明光学部においては、図９に示すように半導体レーザ光源１００，２００の各点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１から出射したレーザ光は、ケラー照明構成と同じように補助集光レンズ（非球面コリメートレンズ１０１，２０１及び平凸レンズ１０２，２０２）によって各点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２で一旦結像される。そして、この結像された像の短径方向の照明ビームは凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３によってケラー照明構成の場合と同様にほぼ平行光束に集束される。一方、結像された像の長径方向の照明ビームは凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３をそのまま通過し、凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４によって発散する方向に引き伸ばされる。凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４によって引き伸ばされた照明ビームは、集光レンズ１１０，２１０によって集光され、ガラス基板４０上の検出点４５に照射される。
【００３９】
従って、半導体レーザ光源１００，２００の各点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１から出射したレーザ光は、一旦各点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２で結像し、ガラス基板４０上の検出点４５のそれぞれ異なる部分Ａ３−Ａ４，Ｂ３−Ｂ４，Ｃ３−Ｃ４に照射されるようになっている。このような構成によって、半導体レーザ光源１００，２００の像は、無限遠ではないが、かなり遠方にできるため、クリティカル照明で問題となっていた照明むらが生じることはない。また、この照明構成だと、前述したように、図１（Ｂ）に示すような半導体レーザ光源１００，２００の有する遠視野パターンの影響を打ち消すことができ、照明強度をほぼ一様にすることができる。なお、図では、半導体レーザ光源１００，２００の各点から出射した光が検出点４５上の全照射範囲の約８分の１を照射する場合を示しているが、実際は検出点４５上の全照射範囲の約１０分の１程度を照射するように構成することによって、最も遠視野パターンの影響を少なくし、照明強度を全照射範囲でほぼ一様にすることができるという効果がある。
【００４０】
なお、上述の実施の形態では、補助集光レンズを非球面コリメートレンズ１０１，２０１及び平凸レンズ１０２，２０２で構成し、引き伸ばしレンズを凸シリンドリカルレンズ１０３，２０３及び凹シリンドリカルレンズ１０４，２０４で構成し、集光レンズを２枚の平凸レンズ１１０，１１１，２１０，２１１でそれぞれ構成する場合について説明したが、これは一例であり、本発明の目的とする照明を行うことができるのであれば、これ以外の組合せで構成してもよいことは言うまでもない。また、上述の実施の形態では、ガラス基板について説明したが、プラスチック基板等の透明なものであってもよい。さらに、上述の実施の形態では、４方向から照明ビームを照射する場合について説明したが、これ以上の方向から照射してもよいことはいうまでもない。上述の実施の形態では、２個の光源から４方向の照明ビームを作成する場合について説明したが、４個の光源を用いて４方向の照明ビームを作成してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ヘアライン傷などのように照明ビームの照射方向に対して方向性を有するような傷であってもその存在を確実に検出することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体レーザ光源が示す近視野パターン及び遠視野パターンの特性を示す図である。
【図２】一般的なクリティカル照明構成の一例を示す図である。
【図３】一般的なケラー照明構成の一例を示す図である。
【図４】クリティカル照明を用いて構成された従来のガラス基板検査装置の概略を示す図である。
【図５】図４のガラス基板上に方向性を持ったヘアライン傷が存在する場合における細長い楕円形状の照明ビームとヘアライン傷との関係を示す図である。
【図６】従来のガラス基板検査装置において、照明ビームとヘアライン傷の長手方向の交差角を横軸に示した場合のＣＣＤ受光素子の信号出力レベルを示す図である。
【図７】この発明に係るガラス基板検査装置を立体的に示した斜視図である。
【図８】図７のガラス基板検査装置の光学系の構成を検出用照明ビームの長径方向から見た図である。
【図９】図７のガラス基板検査装置の光学系の構成を検出用照明ビームの短径方向から見た図である。
【図１０】図７の大口径集光レンズをガラス基板側から見た図である。
【図１１】図７のガラス基板検査装置によってできるガラス基板上の細長い楕円形状の照明ビームとガラス基板上に存在するヘアライン傷との関係を示す図である。
【図１２】図７のガラス基板検査装置において、照明ビームとヘアライン傷の長手方向の交差角を横軸に示した場合のＣＣＤ受光素子の信号出力レベルの特性を示す図である。
【符号の説明】
１００，２００半導体レーザ光源
１０１，２０１非球面コリメートレンズ
１０２，２０２平凸レンズ
１０３，２０３凸シリンドリカルレンズ
１０４，２０４凹シリンドリカルレンズ
１０５，２０５ハーフミラー
１０６〜１０７，２０６〜２０７反射鏡
１１０，１１１，２１０，２１１平凸レンズ
１２０，１２１，２２０，２２１台形型全反射ミラー
９遮光板
１０検出レンズ
３０ＣＣＤ受光素子
４５検出点
４０ガラス基板

Claims

光源から出射された光ビームを複数のレンズ手段を用いて傷検出用の細長い楕円形状の照明ビームとして被検査試料に照射する照明手段と、
前記被検査試料に照射された前記照明ビームの散乱光又は反射光を検出レンズを用いて結像し、その像を受光素子手段で検出する結像手段とを備えた透明基板検査装置において、
前記照明手段は、２個の光源から出射される光ビームをそれぞれ前記楕円形状の長径方向に引き伸ばし、短径方向に集光するように構成された第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段と、
前記第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段を通過した光ビームをそれぞれ分割する第１及び第２の分割手段と、
前記第１及び第２の分割手段によって分割された４本の光ビームを前記被検査試料上で前記楕円形状の照明ビームとし、前記検出レンズの瞳に向かう収束光となるように集光する第１及び第２の集光レンズ手段と、
前記第１及び第２の集光レンズ手段を通過した前記４本の光ビームを前記被検査試料上の所定位置にそれぞれ照射させる第１から第４までの反射鏡手段とを含み、前記被検査試料上の前記照射ビームの長手方向に対して、前記被検査試料上の前記照射ビームの中央付近を中心として前記被検査試料上でそれぞれ異なる角度で交差する少なくとも４方向から前記照明ビームを照射するように構成されていることを特徴とする透明基板検査装置。
請求項１において、
前記照明手段は、前記被検査試料上の前記照射ビームの長手方向に対して、前記被検査試料上の前記照射ビームの中央付近を中心として前記被検査試料上でα度、α＋４５度、α＋９０度、α＋１３５度の角度で交差するような４方向から前記照明ビームを照射するように構成されていることを特徴とする透明基板検査装置。
請求項１又は２において、
前記照明手段は更に、前記２個の光源から出射される光ビームをそれぞれ補助的に集光して前記第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段に導入する第１及び第２の補助集光レンズ手段を備えたことを特徴とする透明基板検査装置。
請求項１、２又は３において、
前記第１及び第２の分割手段が、前記第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段を通過した光ビームをハーフミラー及び反射鏡を用いて分割するように構成されていることを特徴とする透明基板検査装置。
請求項１、２、３又は４において、
前記第１及び第２の引き伸ばしレンズ手段は、
前記レーザ光の短径方向に集光する凸シリンドリカルレンズと、
前記レーザ光の長径方向に対して作用し、長径方向の長さを前記第１及び第２の集光レンズ手段の口径に合わせて引き伸ばす凹シリンドリカルレンズと
から構成されていることを特徴とする透明基板検査装置。
請求項１、２、３、４又は５において、
前記照明手段は、前記光ビームの前記被検査試料上における短径方向の幅を約２００［μｍ］、長径方向の長さを約５０〜６０［ｍｍ］にすることを特徴とする透明基板検査装置。
請求項１、２、３、４、５又は６において、
前記照明手段は、前記光源の各点から出射した光が前記被検査試料上の全照射範囲の約１０分の１程度を照射することを特徴とする透明基板検査装置。
請求項１、２、３、４、５、６又は７において、
前記第１及び第２の集光レンズ手段は、半円形状のレンズで構成され、前記第１及び第２の分割手段によって分割された前記光ビームを光軸中心から上下方向に外れた位置を通過させて前記被検査試料上で前記楕円形状の照明ビームとし、前記検出レンズの瞳に向かう収束光となるように集光することを特徴とする透明基板検査装置。