JP4664463B2

JP4664463B2 - 基板検査装置

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Publication number: JP4664463B2
Application number: JP2000070852A
Authority: JP
Inventors: 孝明大西
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2020-03-14
Also published as: JP2001264266A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶表示装置の液晶基板やカラーフィルタ、素ガラスなどの検査対象に付着したごみ、傷、むらなどを検査する基板検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８はミクロ観察装置における照明系と観察系との構成図である。検査対象である液晶基板１は、図示しないステージ上に載置され、このステージの駆動により例えば矢印イ方向に移動可能となっている。この液晶基板１の上方には、ミクロ観察装置本体に対してフレーム（門）２が設けられている。このフレーム２には、照明装置３と観察系としての画像読取装置４とが設けられている。
【０００３】
照明装置３は、同軸落射方式により照明光を液晶基板１の面上に照射するもので、光源５を備えている。この照明装置３は、同軸落射を行うために、照明光の光路上にミラー６を配置し、かつこのミラー６の反射光路上にビームスプリッタ７を配置したものとなっている。このビームスプリッタ７は、反射方向及び透過方向が画像読取装置４の光軸と同軸となっている。なお、照明装置３は、例えば液晶基板１の幅方向をカバーする長さのライン状の照明光を液晶基板１に照射するものとなっている。
【０００４】
画像読取装置４は、液晶基板１からの反射光による液晶基板１の面上の画像を逐次取り込み、その画像信号を図示しない画像処理ユニットに送るものとなっている。この画像読取装置４は、撮像系レンズ８及びラインセンサ９を備えている。なお、画像読取装置４は、例えば液晶基板１の幅方向をカバーするライン長さに形成されている。
【０００５】
このような構成であれば、照明装置３から照明光が出力されると、この照明光は、ミラー６及びビームスプリッタ７で反射して移動中の液晶基板１の面上に照射される。この液晶基板１からの反射光は、ビームスプリッタ７を透過して画像読取装置４のラインセンサ９に入射する。
【０００６】
この画像読取装置４は、ラインセンサ９で液晶基板１の面上の画像を逐次取り込み、その画像信号を図示しない画像処理ユニットに送る。この画像処理ユニットは、画像読取装置４からの画像信号を取り込んで画像処理し、液晶基板１上のごみ、傷、しみ、むら、配線の短絡や断線などの欠陥を検査する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、液晶基板１には、厚さの異なるものが複数存在するので、ある厚さの液晶基板１に対して焦点が合っていたとしても、厚さの異なる液晶基板１に交換すると焦点深度がずれてしまい、再度焦点合せを行わなければならない。この焦点合せは、液晶基板１の厚さに応じて、液晶基板１を載置するステージを含む基板支持部により高さ調整して対応したり、又は画像読取装置４を昇降動作させて対応している。
【０００８】
しかしながら、基板支持部により高さ調整する方法では、基板支持部を含むユニット全体が大型化するばかりでなく、高精度な高さ調整が要求されるためにその要求に応じることが困難となる。
【０００９】
画像読取装置４を昇降動作させる方法では、光学系パーツを追加したり、又は高精度な高さ調整機構を追加する必要がある。
【００１０】
なお、ミクロ観察装置に用いられている画像読取装置（ラインセンサ９）４は、オートフォーカス（ＡＦ）機能を備えておらず、仮にＡＦ機能を備えたとしても液晶基板１の検査時にリアルタイムに追従させるのは困難である。
【００１１】
従って、基板支持部により高さ調整する方法又は画像読取装置４を昇降動作させる方法で高さを調整し、かつフォーカシングしなければ複数の厚さの液晶基板１の検査に対応できない。いずれにしてもかかる高さ調整は、高精度で行う必要がある。
【００１２】
そこで本発明は、複数の厚さの検査対象に対して焦点深度を高精度に対応できる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】
本発明は、検査対象を照明する光源と、撮像レンズと、前記光源により照明された前記検査対象を前記撮像レンズを通して撮像するラインセンサとを備え、基準となる板厚の前記検査対象に対して前記撮像レンズの焦点距離が設定された画像読取装置と、前記光源からの照明光の反射方向及び透過方向が前記画像読取装置の光軸と同軸となるように配置される光路分割手段と、前記撮像レンズと前記検体対象との間の観察光軸上に差し替え可能に設けられ、前記基準となる板厚の前記検査対象と当該検査対象とは異なる板厚の前記検査対象との板厚差に応じて前記撮像レンズの焦点位置を補正する光路長切替部材と、前記光路長切替部材を前記観察光軸上に前記検査対象の板厚情報に基づいて挿脱させる光路長切替機構と、を具備したことを特徴とする基板検査装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図８と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００１７】
図１は本発明を適用したフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の一種である液晶ディスプレイの液晶基板を検査する基板検査装置の構成図である。検査対象である液晶基板１は、ステージ１０上に載置されている。このステージ１０は、ステージ駆動部１１の駆動によって矢印イ方向に所定の速度で移動するものとなっている。
【００１８】
本装置本体のベースに取り付けられた門型のフレーム２には、同軸落射方式を構成するようにライン状の照明装置３及びラインセンサからなる画像読取装置４が設けられている。
【００１９】
これら照明装置３及び画像読取装置４の具体例を図２に示す。照明装置３は、各光源１２の間にツインランプ１３を設けた構成となっている。このツインランプ１３の長さは、例えば液晶基板１の幅方向の長さをカバーする長さとなっている。このツインランプ１３に代えて、光源から発せられる光を複数の光ファイバー、シリンドリカルレンズで偏平状光線に変換するラインファイバー照明装置を用いることも可能である。
【００２０】
画像読取装置４は、１つの又は複数のラインセンサカメラ１４をライン状に配列したものとなっている。本実施の形態では、図２に示すようにラインセンサカメラ１４を液晶基板１の幅方向の長さをカバーできるように４台数配置し、これらラインセンサカメラ１４の画像取込口にはそれぞれレンズ１５が取付けられている。
【００２１】
照明装置３は、光源制御部１２の制御により光源５の明るさが制御されるようになっている。又、画像読取装置４から出力される画像信号は、Ａ／Ｄ変換器１６によりディジタルデータに変換されて画像処理ユニット１７に送られている。
【００２２】
この画像処理ユニット１７は、画像読取装置４から出力された画像信号を取り込んで画像処理し、液晶基板１上のごみ、傷、しみ、むら、配線の短絡や断線などの欠陥をミクロ検査する機能を有している。
【００２３】
メインパーソナルコンピュータ１８は、液晶基板１に対するミクロ検査の一連の動作を制御するもので、光源制御部１２に対して明るさ制御指令を発すると共に、ステージ駆動部１１に対して駆動指令を発し、かつ画像処理ユニット１７に対して画像処理指令を発する機能を有している。
【００２４】
上記フレーム２には、光路長切替機構１９が設けられている。この光路長切替機構１９は、複数ある液晶基板１の厚さに対応させて液晶基板１の像が画像読取装置４の焦点位置を補正する平行平面光透過体からなる光路長切替部材２０を、液晶基板１と画像読取装置４内の撮像系レンズ８との間の観察光軸上に挿脱する機能を有している。
【００２５】
具体的に光路長切替機構１９は、例えばエアーシリンダにより光路長切替部材２０を、液晶基板１と撮像系レンズ８との間の観察光軸上に挿脱するものとなっている。
【００２６】
光路長切替部材２０は、画像読取装置４が図２に示すように複数（４台）のラインセンサカメラ１４をライン状に配列した構成であれば、図３に示すように支持板２１に同数４個の光路長切替部材２０−１〜２０−４を各ラインセンサカメラ１４の位置に対応してライン状に配列したユニット２３となっている。
【００２７】
この光路長切替部材２０を備えれば、この光路長切替部材２０を挿入しないときの液晶基板１の厚さと、光路長切替部材２０を挿入したときの液晶基板１の厚さとの２種類の液晶基板１の厚さに対応して画像読取装置４の焦点位置を補正することが出来る。
【００２８】
又、２種類以上の液晶基板１の厚さに対応するためには、図４に示すように４個を１組とする光路長切替部材を液晶基板１の厚さの種類に対応させて複数組（ｎ）配列すればよい。これら光路長切替部材２０−１〜２０−４…ｎ−１〜ｎ−４は、図中横方向の各ライン別に液晶基板１の厚さに対応し光路長が異なる板厚となっている。
【００２９】
ここで、光路長切替部材２０を、液晶基板１と撮像系レンズ８との間の観察光軸上に挿脱したときの光路長補正について図５(a)(b)を参照して説明する。
【００３０】
画像読取装置４の焦点距離が短い場合には、屈折率の高い光路長切替部材２０を、液晶基板１と撮像系レンズ８との間に挿入し、画像読取装置４の焦点距離を長くすることが好ましい。
【００３１】
例えば、図５に示す各光路長切替部材２０−１〜２０−４の厚みをｔ、各屈折率をｎ’、ミクロ観察装置が設置されるのを空気中と仮定して空気の屈折率を「１」と近似すると、各光路長切替部材２０−１〜２０−４を液晶基板１と撮像系レンズ８との間に挿入したときの焦点距離が長くなる距離をΔとすると、次式(1)が成立する。
【００３２】
ｔ＝Δ・ｎ／（ｎ−１） …(1)
この式(1)が成立することを証明すると、図５(a)に示すように各光路長切替部材２０−１〜２０−４を挿入すべき厚みｔなる１次元空間に、同図(b)に示すように屈折率ｎの各光路長切替部材２０−１〜２０−４を挿入すると、これら光路長切替部材２０−１〜２０−４中の光路はｔ・ｎの真空長に相当するので、空気換算（屈折率ｎ’）では、図５(a)(b)から次式(2)及び(3)が成立する。
【００３３】
ｆ／ｎ’＝（ｆ＋Δ−ｔ）／ｎ’＋ｔ／ｎ …(2)
よって、各光路長切替部材２０−１〜２０−４の厚みｔについて求めると、
ｔ＝Δ・ｎ（ｎ−ｎ’） …(3)
が得られる。ｎ’＝１を代入すれば、上記式(1)が導き出せる。
【００３４】
従って、焦点位置が設定されたある検査対象、例えば厚さ０．７ｍｍの液晶基板１から厚さ０．５ｍｍの液晶基板１に差し替えられると、撮像系レンズ８の主点から液晶基板１までの距離Δが０．２ｍｍだけ長くなり、この液晶基板１の板厚差Δが画像取込装置４の焦点位置の補正量となる。
【００３５】
上記式(1)から
Δ＝ｔ｛（ｎ−１）／ｎ｝ …(4)
が導かれるので、
０．２＝ｔ｛（ｎ−１）／ｎ｝ …(5)
が成立する。
【００３６】
各光路長切替部材２０−１〜２０−４の屈折率ｎは、例えばＢＳＬ７を採用すると、ｎ＝１．５１６３３であるので、これを上記式(5)に代入すると、各光路長切替部材２０−１〜２０−４の厚みｔは、
ｔ＝０．５８７
となる。同様にして、基準となる液晶基板１に対する板厚の異なる各種液晶基板の板厚差Δから各種液晶基板に対応する光路長切替部材の厚みｔを求める。
【００３７】
上記メインパーソナルコンピュータ１８は、焦点位置が設定された基準となる液晶基板１に対して厚さの異なる複数種類の液晶基板１の厚さに対応して挿入すべき例えば各光路長切替部材２０−１〜２０−４の厚みとの関係を記憶し、差し替えられる液晶基板１の厚さ情報に応じて光路長切替機構１９に対して光路長切替部材の切替指令を発する機能を有し、厚さ情報は予め入力されている基板データであってもよいし、液晶基板１の厚さを直接計測したデータであってもよい。この光路長切替部材の切替指令では、最も厚い液晶基板１基準として順次薄い液晶基板１に対応する光路長切替部材２０−１〜２０−４の順序で切り替えてもよいし、対象となる液晶基板１に対応する板厚の光路長切替部材２０−１〜２０−４を選択的に切り替えるようにしてもよい。
【００３８】
次に、上記の如く構成された装置の作用について説明する。
【００３９】
メインパーソナルコンピュータ１８は、液晶基板１の全面に対するミクロ検査の一連の動作を制御するために、光源制御部１２に対して明るさ制御指令を発すると共に、ステージ駆動部１１に対して駆動指令を発し、かつ画像処理ユニット１７に対して画像処理指令を発する。これにより、ステージ１０上に載置されている液晶基板１は、ステージ駆動部１１の駆動により矢印イ方向に所定の速度で移動する。
【００４０】
この状態に、照明装置３の光源５から発せられたライン状照明光は、ミラー６及びビームスプリッタ７で反射して移動中の液晶基板１の面上に照射される。この液晶基板１からの反射光は、再びビームスプリッタ７を透過して画像読取装置４に入射する。
【００４１】
この画像読取装置４は、入射した液晶基板１の面上の画像を逐次取り込み、その画像信号を出力する。この画像信号は、Ａ／Ｄ変換器１６によりディジタル画像信号に変換されて画像処理ユニット１７に送られる。
【００４２】
この画像処理ユニット１７は、ディジタル信号を取り込んで画像処理し、液晶基板１の全面上のごみ、傷、しみ、むら、配線の短絡や断線などの欠陥をミクロ検査する。又、この画像処理ユニット１７は、ごみ、傷、しみ、むら、配線の短絡や断線などの欠陥の位置やサイズの情報を得、この情報を基に欠陥の数が規定値を超えたり、大きな欠陥が検出されると、その液晶基板１をＮＧ（ノーグッド）判定する。
【００４３】
次に、ステージ１０上の液晶基板１が厚さの異なる別の液晶基板１に差し替えられると、メインパーソナルコンピュータ１８は、次に差し替えられる液晶基板１の厚さに応じた光路長切替部材２０の切替指令を光路長切替機構１９に対して発する。この光路長切替部材２０の切替指令は、最も厚い液晶基板１に対応する光路長切替部材を基準として順次薄い液晶基板１に対応する光路長切替部材の順序で切り替える。
【００４４】
光路長切替機構１９は、差し替えられる液晶基板１の厚さに応じた光路長切替部材、例えば図３に示す屈折率の高い光路長切替部材２０−１〜２０−４をエアーシリンダの動作により液晶基板１と撮像系レンズ８との間に挿入する。
【００４５】
例えば画像読取装置４の倍率が高倍率で焦点距離が短い場合、撮像系レンズ８が液晶基板１に接触する可能性があるが、例えば図３に示す屈折率の高い光路長切替部材２０−１〜２０−４を、液晶基板１と撮像系レンズ８との間に挿入すると、画像読取装置４の焦点距離を長くするように作用する。このように画像読取装置４の焦点距離が長くなるように作用すれば、画像読取装置４の撮像系レンズ８に干渉することなく、画像読取装置４の焦点位置を対象とする液晶基板１の検査面に合わせることができる。
【００４６】
従って、光源５から発せられた照明光は、ミラー６及びビームスプリッタ７で反射して差し替えられた液晶基板１の面上に照射され、その反射光が画像読取装置４に入射する。この画像読取装置４は、入射した液晶基板１の面上の画像を逐次取り込み、その画像信号を出力する。この画像信号は、Ａ／Ｄ変換器１６によりディジタル画像信号に変換されて画像処理ユニット１７に送られる。
【００４７】
この画像処理ユニット１７は、ディジタル画像信号を取り込んで画像処理し、差し替えられた液晶基板１の全面上のごみ、傷、しみ、むら、配線の短絡や断線などの欠陥をミクロ検査し、かつこれら欠陥の位置やサイズの情報を基に欠陥の数が規定値を超えたり、大きな欠陥が検出されると、その液晶基板１をＮＧ判定する。
【００４８】
このように上記一実施の形態においては、液晶基板１の厚さに対応した光路長切替部材２０を、液晶基板１と画像読取装置４の撮像系レンズ８との間に挿入するようにしたので、異なる厚さの液晶基板１に差し替えられてもステージ１０を昇降させたり、画像読取装置４を昇降動作させることなく、液晶基板１と画像読取装置４との間隔を変更せずにそのままの状態で、画像取込装置４の焦点位置を補正することができる。これにより、ミクロ観察装置に用いられている画像読取装置４にＡＦ機能が備えられていなくても、液晶基板１の板厚に応じた光路長切替部材２０に切り替えだけで、液晶基板１の検査時に液晶基板１の面にフォーカスをリアルタイムに合せることが可能となる。
【００４９】
又、光路長切替部材２０−１〜２０−４の切替は、最も厚い液晶基板１に対応する光路長切替部材を基準として順次薄い液晶基板１に対応する光路長切替部材の順序で切り替えるので、液晶基板１と画像読取装置４の撮像系レンズ８との接触を避けることができる。
【００５０】
なお、本発明は、上記一実施の形態に限定されるものでなく次の通りに変形してもよい。
【００５１】
例えば、液晶基板１と画像読取装置４の撮像系レンズ８との間への光路長切替部材２０の挿脱は、図６に示すように矢印ロ方向に移動させたり、又は矢印ハ方向に移動させるようにすればよい。
【００５２】
又、光路長切替部材は、例えばラインセンサカメラが１台で対応できる場合には、図７に示すように円形の支持板２２に光路長の異なる複数の光路長切替部材、例えば光路長切替部材２０−１〜２０−４を同一円周上に配列したユニット２３としてもよい。この光路長切替機構２３であれば、中心軸２４で回転させることにより液晶基板１の厚さに対応した光路長切替部材２０−１〜２０−４のうち対応する１つを液晶基板１と撮像系レンズ８との間に挿入するものとなる。
【００５３】
又、液晶基板１のミクロ観察に限らず、カラーフィルタや素ガラスなどの検査対象に付着したごみ、傷、むらなどを検査するためにも適用できる。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、複数の厚さの検査対象に対して焦点深度を高精度に対応できる基板検査装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる基板検査装置の一実施の形態を示す構成図。
【図２】本発明に係わる基板検査装置の一実施の形態における照明装置及び画像読取装置の具体例を示す図。
【図３】本発明に係わる基板検査装置の一実施の形態における光路長切替部材の構成図。
【図４】本発明に係わる基板検査装置の一実施の形態における光路長切替部材を複数配列した構成図。
【図５】本発明に係わる基板検査装置の一実施の形態における光路長切替部材を挿脱したときの光路長補正を示す模式図。
【図６】本発明に係わる基板検査装置の一実施の形態における光路長切替部材の挿脱方向を示す図。
【図７】本発明に係わる基板検査装置の一実施の形態における光路長切替部材の変形列を示す構成図。
【図８】従来のミクロ観察装置における照明系と観察系との構成図。
【符号の説明】
１：液晶基板
２：フレーム（門）
３：照明装置
４：画像読取装置
５：光源
６：ミラー
７：ビームスプリッタ
８：撮像系レンズ
９：ラインセンサ
１０：ステージ
１１：ステージ駆動部
１２：光源制御部
１３：ツインランプ
１４：ラインセンサカメラ
１５：マクロレンズ
１６：Ａ／Ｄ変換器
１７：画像処理ユニット
１８：メインパーソナルコンピュータ
１９：光路長切替機構
２０，２３：光路長切替部材
２０−１〜２０−４：光路長切替部材
２０−１〜２０−４…ｎ−１〜ｎ−４：光路長切替部材

Claims

検査対象を照明する光源と、
撮像レンズと、前記光源により照明された前記検査対象を前記撮像レンズを通して撮像するラインセンサとを備え、基準となる板厚の前記検査対象に対して前記撮像レンズの焦点距離が設定された画像読取装置と、
前記光源からの照明光の反射方向及び透過方向が前記画像読取装置の光軸と同軸となるように配置される光路分割手段と、
前記撮像レンズと前記検体対象との間の観察光軸上に差し替え可能に設けられ、前記基準となる板厚の前記検査対象と当該検査対象とは異なる板厚の前記検査対象との板厚差に応じて前記撮像レンズの焦点位置を補正する光路長切替部材と、
前記光路長切替部材を前記観察光軸上に前記検査対象の板厚情報に基づいて挿脱させる光路長切替機構と、
を具備したことを特徴とする基板検査装置。
前記光路長切替部材は、前記撮像レンズの焦点位置が設定された前記基準の検査対象と当該検査対象とは異なる板厚の前記検査対象毎との板厚差に対応して前記焦点距離を補正する屈折率を有する平行平面光透過体からなることを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
前記光路長切替部材は、前記撮像レンズの焦点位置が設定された最も厚い前記検査対象を基準とし、この基準の前記検査対象と当該検査対象よりも板厚の異なる薄い前記検査対象との板厚差に対応して前記焦点距離を補正する平行平面光透過体からなることを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
前記光路長切替機構は、前記板厚の異なる複数種類の前記検査対象の板厚情報に基づいて前記光路長切替部材の切替指令を発するコンピュータに接続され、このコンピュータからの前記切替指令により前記検査対象に対応する前記光路長切替部材を前記観察光路上に挿脱させることを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
前記コンピュータは、前記板厚の異なる前記各検査対象に対応して前記観察光路上に挿入される前記光路長切替部材との関係を記憶し、前記観察光路上に差し替えられた前記検査対象の板厚情報に対応する前記光路長切替部材の前記切替指令を前記光路長切替機構に発することを特徴とする請求項４記載の基板検査装置。
前記検査対象はステージに載置され、このステージ及び前記画像読取装置を前記撮像レンズの光軸方向に移動させることなく固定した状態で、前記観察光軸上に前記光路長切替部材を挿入することで板厚の異なるそれぞれの前記検査対象の検査面に前記撮像レンズの焦点位置を合わせることを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。