JP4708292B2 - 基板検査装置及び基板検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、光が透過する基板に傷や異物等の欠陥が存在するか否かを検査する基板検査装置及び基板検査方法に係り、特に露光用マスク等に用いられる板厚の大きな基板を検査するのに好適な基板検査装置及び基板検査方法に関する。

表示用パネルとして用いられる液晶ディスプレイ装置のＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板やカラーフィルタ基板、プラズマディスプレイパネル用基板、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示パネル用基板等の製造は、フォトリソグラフィー技術により基板上にパターンを形成して行われる。その際、基板の表面に傷や異物等の欠陥が存在すると、パターンが良好に形成されず、不良の原因となる。このため、従来、基板検査装置を用いて、基板の表面の傷や異物等の欠陥の検査が行われていた。

基板の製造工程では、基板の内部に異物が混入したり気泡が発生したりすることがある。従来、表示用パネルの製造に用いられるガラス基板やプラスチック基板等の光が透過する基板の検査では、この様な基板の内部の欠陥が、基板の表面の欠陥と合わせて検出されていた。特許文献１には、基板の表面又は内部の異物により散乱された散乱光から、基板の表面の異物と内部の異物とを弁別する技術が開示されている。
特開２００５−２０１８８７号公報

表示用パネルの製造に用いられる基板は板厚が小さいので、基板の内部の欠陥は、基板の表面に近い位置に存在する。これに対し、例えば、露光用マスクに用いられる基板は板厚が５ｍｍ〜２０ｍｍ程度と大きく、基板の内部の欠陥は、基板の表面から離れた深い位置にも存在する可能性がある。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、基板の表面又は内部の異物により散乱された散乱光を基板の真上で受光するため、基板の表面付近の欠陥しか検出することができなかった。

本発明の課題は、基板の内部の欠陥を、基板の表面からの深さに関わらず検出することである。さらに、本発明の課題は、検出した基板の内部の欠陥について、基板の表面からの深さを検出することである。

本発明の基板検査装置は、光線の焦点を光が透過する基板の表面に合わせ、光線を基板の表面へ斜めに照射しながら、光線を移動して光線による基板の走査を行う投光系と、複数の光ファイバーを束ねた受光部を有し、基板の裏面側に配置され、基板の表面又は内部の欠陥により散乱されて基板を透過した散乱光を受光する受光系と、受光系の焦点位置を基板の内部に合わせる焦点調節手段と、受光部が受光した散乱光の形状的特徴から、基板の内部の欠陥を検出する検出手段とを備えたものである。

また、本発明の基板検査方法は、基板の裏面側に配置された、複数の光ファイバーを束ねた受光部を有する受光系の焦点位置を基板の内部に合わせ、光線の焦点を光が透過する基板の表面に合わせ、光線を基板の表面へ斜めに照射しながら、光線を移動して光線による基板の走査を行い、基板の表面又は内部の欠陥により散乱されて基板を透過した散乱光を受光部で受光し、受光した散乱光の形状的特徴から、基板の内部の欠陥を検出するものである。

光線の焦点を光が透過する基板の表面に合わせ、光線を基板の表面へ斜めに照射すると、光線の一部は基板の表面で反射され、一部は基板の内部へ透過する。基板の内部へ透過した光線は、基板の表面から離れるに従って広がり、その一部は基板の裏面で反射され、一部は基板の裏面から基板の外へ射出される。

基板の表面に欠陥が存在する場合、光線を移動して光線による基板の走査を行うと、基板の表面へ照射された光線が欠陥により散乱され、散乱光が発生する。この散乱光が、基板を透過して、基板の裏面側に配置された受光系で受光される。複数の光ファイバーを束ねた受光部で受光された散乱光は、欠陥の形状をほぼそのまま表した形状となる。

基板の内部に欠陥が存在する場合、光線を移動して光線による基板の走査を行うと、基板の内部へ透過した光線が欠陥により散乱されて、散乱光が発生する。また、基板の内部へ透過して基板の裏面で反射された光線が欠陥により散乱されて、散乱光が発生する。これらの散乱光が、基板を透過して、基板の裏面側に配置された受光系で受光される。複数の光ファイバーを束ねた受光部で受光された散乱光は、欠陥の形状に関わらず、縦横に広がった十字形状となる。本発明では、この散乱光の形状的特徴から、基板の内部の欠陥を検出する。基板の裏面側に配置された受光系により、基板を透過した散乱光を受光するので、基板の表面付近の欠陥だけでなく、基板の表面から離れた深い位置にある欠陥も検出される。

さらに、本発明の基板検査装置は、焦点調節手段が、受光系の焦点位置を基板の表面から異なる深さに変更し、検出手段が、受光部が受光した散乱光の形状及び強度の違いから、基板の内部の欠陥の基板の表面からの深さを検出するものである。また、本発明の基板検査方法は、受光系の焦点位置を基板の表面から異なる深さに変更して、光線による基板の走査及び受光部による散乱光の受光を行い、受光した散乱光の形状及び強度の違いから、基板の内部の欠陥の基板の表面からの深さを検出するものである。

基板の内部の欠陥が基板の表面付近にある場合、基板の内部へ透過して欠陥により散乱される光線は、広がりが小さく密度が高い。そのため、受光される散乱光は、十字形状の広がりが小さく、強度が大きい。基板の内部の欠陥が基板の中ほどにある場合、基板の内部へ透過して欠陥により散乱される光線は、ある程度の広がりを有し、密度が余り高くない。そのため、受光される散乱光は、十字形状の広がりが大きく、強度が余り大きくない。基板の内部の欠陥が基板の裏面付近にある場合、基板の内部へ透過して欠陥により散乱される光線は、広がりが大きいが密度が低いため、散乱光は余り受光されない。そのため、受光される散乱光は、十字形状の広がりが小さく、強度が小さい。この様な散乱光の形状及び強度の違いから、基板の内部の欠陥の基板の表面からの深さを検出する。

本発明によれば、複数の光ファイバーを束ねた受光部で受光した散乱光の形状的特徴から、基板の内部の欠陥を、基板の表面からの深さに関わらず検出することができる。

さらに、本発明によれば、複数の光ファイバーを束ねた受光部で受光した散乱光の形状及び強度の違いから、基板の内部の欠陥の基板の表面からの深さを検出することができる。

図１は、本発明の一実施の形態による基板検査装置の概略構成を示す図である。基板検査装置は、検査テーブル５、投光系、角度検出器１５、上受光系、下受光系、アンプ２４，３４、欠陥検出回路２５，３５、焦点調節機構４０、焦点調節制御回路４１、基板移動機構５０、基板移動制御回路５１、ＣＰＵ６０、及びメモリ７０を含んで構成されている。

検査対象の基板１が、検査テーブル５上に搭載されている。検査テーブル５には、図面横方向に伸びる基板支持部が、図面奥行き方向に２つ平行に配置されている。各基板支持部は、図面横方向の長さに渡って、基板１に接触する傾斜面を有する。基板１を検査テーブル５に搭載したとき、基板支持部の傾斜面が基板１の向かい合う二辺の底に接触して、検査テーブル５は基板１をその向かい合う二辺だけで支持する。

検査テーブル５に搭載された基板１の上方には、走査部１０及びミラー１４からなる投光系が配置されている。図２は、走査部の上面図である。走査部１０は、レーザー光源１１、レンズ１２、及びポリゴンミラー１３を含んで構成されている。レーザー光源１１は、検査光となるレーザー光線を発生する。レンズ１２は、レーザー光源１１から発生されたレーザー光線を集光し、基板１の表面に焦点が合う様に収束する。レンズ１２で集光されたレーザー光線は、ポリゴンミラー１３で反射されて、図１のミラー１４へ照射される。ミラー１４は、走査部１０から照射されたレーザー光線を、基板１の表面へ斜めに照射する。このとき、ポリゴンミラー１３が図２の矢印方向へ回転することにより、ミラー１４から基板１の表面へ照射されるレーザー光線が図１の図面奥行き方向へ移動して、レーザー光線による基板１の走査が行われる。本実施の形態では、一例として、走査範囲を１８０〜２００ｍｍ程度とする。

図１において、ＣＰＵ６０は、基板移動制御回路５１へ基板１の移動を指示する。基板移動制御回路５１は、ＣＰＵ６０の指示により、基板移動機構５０を駆動する。基板移動機構５０は、例えば直動モータを含んで構成され、検査テーブル５を図面横方向へ移動する。基板移動機構５０が検査テーブル５を移動することにより、検査テーブル５に搭載された基板１が矢印に示す基板移動方向へ移動され、投光系からのレーザー光線が基板１の図面横方向の長さに渡って照射される。従って、検査テーブル５の一回の移動により、図面奥行き方向に走査範囲の幅だけ基板１の検査が行われる。そして、投光系を図示しない移動機構により図面奥行き方向へ移動し、レーザー光線による基板１の走査及び検査テーブル５の移動を繰り返すことにより、基板１全体の検査が行われる。投光系を図面奥行き方向へ移動する際は、上受光系及び下受光系を、投光系と一緒に移動する。

なお、検査ステージ５を移動する代わりに、投光系を図面横方向へ移動することにより、基板１と投光系とを、投光系の走査方向と直交する方向へ相対的に移動してよい。その場合も、上受光系及び下受光系を、投光系と一緒に移動する。

基板１へ斜めに照射されたレーザー光線の一部は基板１の表面で反射され、一部は基板１の内部へ透過する。基板１の内部へ透過したレーザー光線は、基板１の表面から離れるに従って広がり、その一部は基板１の裏面で反射され、一部は基板１の裏面から基板１の外へ射出される。基板１の表面又は内部に欠陥が存在する場合、基板１の表面へ照射されたレーザー光線又は基板１の内部へ透過したレーザー光線が欠陥により散乱され、散乱光が発生する。

基板１の表面側において、基板１の表面で反射されたレーザー光線の光軸から外れた位置に、上受光系が配置されている。上受光系は、レンズ２１、受光部２２、及び光電子倍増管２３を含んで構成されている。レンズ２１は、基板１からの散乱光を集光し、受光部２２へ照射する。レンズ２１の焦点位置は、基板１の表面に合っている。受光部２２は、複数の光ファイバーを束ねて構成され、レンズ２１で集光した散乱光を受光して光電子倍増管２３の受光面へ導く。光電子倍増管２３は、受光面で受光した散乱光の強度に応じた検出信号を出力する。光電子倍増管２３の検出信号は、アンプ２４で増幅され、欠陥検出回路２５へ入力される。

基板１の表面の欠陥により発生した散乱光は、基板１の内部の欠陥により発生した散乱光よりも、上受光系の受光部２２で受光される強度が大きい。欠陥検出回路２５は、アンプ２４で増幅された検出信号の強度から、基板１の表面の欠陥を検出する。

基板１の裏面側において、基板１の裏面から基板１の外へ射出されたレーザー光線の光軸から外れた位置に、下受光系が配置されている。下受光系は、レンズ３１、受光部３２、及び光電子倍増管３３を含んで構成されている。図３は、下受光系を横から見た図である。レンズ３１は、基板１からの散乱光を集光し、受光部３２へ照射する。レンズ３１の焦点位置は、後述する焦点調節機構４０により、基板１の内部に合っている。受光部３２は、複数の光ファイバー３２ａを束ねて構成され、レンズ３１で集光した散乱光を受光して光電子倍増管３３の受光面へ導く。光電子倍増管３３は、受光面で受光した散乱光の強度に応じた検出信号を出力する。図１において、光電子倍増管３３の検出信号は、アンプ３４で増幅され、欠陥検出回路３５へ入力される。

基板１の表面に欠陥が存在する場合、基板１の表面へ照射されたレーザー光線が欠陥により散乱され、散乱光が発生する。この散乱光が、基板１を透過して、基板１の裏面側に配置された下受光系で受光される。複数の光ファイバー３２ａを束ねた受光部３２で受光された散乱光は、欠陥の形状をほぼそのまま表した形状となる。また、基板１の内部へ透過して基板１の裏面で反射され、再び基板１の表面へ到達したレーザー光線が欠陥により散乱され、散乱光が発生する。基板１の板厚が大きいとき、この散乱光は、レーザー光線が基板１の表面へ照射された位置からかなり離れた位置で発生し、下受光系で受光されない。

基板１の内部に欠陥が存在する場合、基板１の内部へ透過したレーザー光線が欠陥により散乱されて、散乱光が発生する。また、基板１の内部へ透過して基板１の裏面で反射されたレーザー光線が欠陥により散乱されて、散乱光が発生する。これらの散乱光が、基板１を透過して、基板１の裏面側に配置された下受光系で受光される。複数の光ファイバー３２ａを束ねた受光部３２で受光された散乱光は、欠陥の形状に関わらず、縦横に広がった十字形状となる。本実施の形態では、この散乱光の形状的特徴から、基板１の内部の欠陥を検出する。基板１の裏面側に配置された下受光系により、基板１を透過した散乱光を受光するので、基板１の表面付近の欠陥だけでなく、基板１の表面から離れた深い位置にある欠陥も検出される。

さらに、本実施の形態では、下受光系の焦点位置を基板１の表面から異なる深さに変更して、基板１の検査を複数回行い、複数の光ファイバー３２ａを束ねた受光部３２で受光した散乱光の形状及び強度の違いから、基板１の内部の欠陥の基板１の表面からの深さを検出する。

図１において、ＣＰＵ６０は、焦点調節制御回路４１へ下受光系の焦点位置の変更を指示する。焦点調節制御回路４１は、ＣＰＵ６０の指示により、焦点調節機構４０を駆動する。焦点調節機構４０は、例えばパルスモータを含んで構成され、レンズ３１及び受光部３２を上下に移動する。焦点調節機構４０がレンズ３１及び受光部３２を上下に移動することにより、下受光系の焦点位置が基板１の表面から異なる深さに変更される。以下、下受光系の焦点位置を、基板１の表面付近に合わせた場合、基板１の中ほどに合わせた場合、及び基板１の裏面付近に合わせた場合について説明する。

図４（ａ）は、欠陥が基板の表面付近にある状態を示す図である。また、図５は、下受光系の焦点位置を基板の表面付近に合わせた状態を示す図である。図４（ａ）に示す様に、基板１の内部の欠陥２が基板１の表面付近にある場合、基板１の内部へ透過して欠陥２により散乱されるレーザー光線は、広がりが小さく密度が高い。そのため、図５に示す様に、下受光系の焦点位置を基板の表面付近に合わせると、複数の光ファイバー３２ａを束ねた受光部３２で受光される散乱光は、図８に示す様になる。

図８は基板の表面付近にある欠陥による散乱光の形状及び強度を示す図であって、図８（ａ）は走査範囲の上端部にある欠陥の場合、図８（ｂ）は走査範囲の中央部にある欠陥の場合、図８（ｃ）は走査範囲の下端部にある欠陥の場合である。図中、白い丸は強度が小さい散乱光を示し、薄い丸は強度が中程度の散乱光を示し、濃い丸は強度が大きい散乱光を示す。図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す様に、受光される散乱光は、十字形状の広がりが小さく、中心部の強度が大きい。

図４（ｂ）は、欠陥が基板の中ほどにある状態を示す図である。また、図６は、下受光系の焦点位置を基板の中ほどに合わせた状態を示す図である。図４（ｂ）に示す様に、基板１の内部の欠陥２が基板１の中ほどにある場合、基板１の内部へ透過して欠陥２により散乱されるレーザー光線は、ある程度の広がりを有し、密度が余り高くない。そのため、図６に示す様に、下受光系の焦点位置を基板の中ほどに合わせると、複数の光ファイバー３２ａを束ねた受光部３２で受光される散乱光は、図９に示す様になる。

図９は基板の中ほどにある欠陥による散乱光の形状及び強度を示す図であって、図９（ａ）は走査範囲の上端部にある欠陥の場合、図９（ｂ）は走査範囲の中央部にある欠陥の場合、図９（ｃ）は走査範囲の下端部にある欠陥の場合である。図中、白い丸は強度が小さい散乱光を示し、薄い丸は強度が中程度の散乱光を示す。図９（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す様に、受光される散乱光は、十字形状の広がりが大きく、強度が余り大きくない。

図４（ｃ）は、欠陥が基板の裏面付近にある状態を示す図である。また、図７は、下受光系の焦点位置を基板の裏面付近に合わせた状態を示す図である。図４（ｃ）に示す様に、基板１の内部の欠陥２が基板１の裏面付近にある場合、基板１の内部へ透過して欠陥２により散乱されるレーザー光線は、広がりが大きいが密度が低いため、散乱光は余り受光されない。そのため、図７に示す様に、下受光系の焦点位置を基板の裏面付近に合わせると、複数の光ファイバー３２ａを束ねた受光部３２で受光される散乱光は、図１０に示す様になる。

図１０は、基板の裏面付近にある欠陥による散乱光の形状及び強度を示す図であって、図１０（ａ）は走査範囲の上端部にある欠陥の場合、図１０（ｂ）は走査範囲の中央部にある欠陥の場合、図１０（ｃ）は走査範囲の下端部にある欠陥の場合である。図中、白い丸は強度が小さい散乱光を示し、薄い丸は強度が中程度の散乱光を示す。図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す様に、受光される散乱光は、十字形状の広がりが小さく、強度が小さい。

図１において、欠陥検出回路３５は内部メモリを有し、内部メモリには基板１の内部の様々な深さや大きさの欠陥について、検出信号のパターンが予め記憶されている。欠陥検出回路３５は、アンプ３４で増幅された検出信号を、内部メモリに予め記憶された検出信号のパターンと比較して、基板１の内部の欠陥を検出すると共に、基板１の内部の欠陥の基板１の表面からの深さを検出する。

角度検出器１５は、走査部１０のポリゴンミラー１３の回転角度を検出する。基板移動制御回路５１は、基板移動機構５０への駆動信号から、検査テーブル５の図面横方向の位置を把握する。ＣＰＵ６０は、投光系の図面奥行き方向の位置、角度検出器１５の検出結果及び基板移動制御回路５１からの位置情報に基づき、レーザー光線が照射されている基板１の表面の位置を検出し、欠陥検出回路２５，３５の検出結果と検出した位置とをメモリ７０に記憶する。

以上説明した実施の形態によれば、複数の光ファイバー３２ａを束ねた受光部３２で受光した散乱光の形状的特徴から、基板１の内部の欠陥２を、基板１の表面からの深さに関わらず検出することができる。

さらに、以上説明した実施の形態によれば、複数の光ファイバー３２ａを束ねた受光部３２で受光した散乱光の形状及び強度の違いから、基板１の内部の欠陥２の基板１の表面からの深さを検出することができる。

本発明を用いて、露光用マスク等に用いられる板厚の大きな基板を検査することにより、従来は検出することのできなかった、基板の内部の基板の表面から離れた深い位置に存在する欠陥を検出することが可能となる。また、基板の内部の欠陥の基板の表面からの深さを、露光用マスクの修正やメンテナンスのためのデータとして利用することが可能となる。

本発明の一実施の形態による基板検査装置の概略構成を示す図である。 走査部の上面図である。 下受光系を横から見た図である。 図４（ａ）は欠陥が基板の表面付近にある状態を示す図、図４（ｂ）は欠陥が基板の中ほどにある状態を示す図、図４（ｃ）は欠陥が基板の裏面付近にある状態を示す図である。 下受光系の焦点位置を基板の表面付近に合わせた状態を示す図である。 下受光系の焦点位置を基板の中ほどに合わせた状態を示す図である。 下受光系の焦点位置を基板の裏面付近に合わせた状態を示す図である。 基板の表面付近にある欠陥による散乱光の形状及び強度を示す図であって、図８（ａ）は走査範囲の上端部にある欠陥の場合、図８（ｂ）は走査範囲の中央部にある欠陥の場合、図８（ｃ）は走査範囲の下端部にある欠陥の場合である。 基板の中ほどにある欠陥による散乱光の形状及び強度を示す図であって、図９（ａ）は走査範囲の上端部にある欠陥の場合、図９（ｂ）は走査範囲の中央部にある欠陥の場合、図９（ｃ）は走査範囲の下端部にある欠陥の場合である。 基板の裏面付近にある欠陥による散乱光の形状及び強度を示す図であって、図１０（ａ）は走査範囲の上端部にある欠陥の場合、図１０（ｂ）は走査範囲の中央部にある欠陥の場合、図１０（ｃ）は走査範囲の下端部にある欠陥の場合である。

符号の説明

１ 基板
２ 欠陥
５ 検査テーブル
１０ 走査部
１１ レーザー光源
１２ レンズ
１３ ポリゴンミラー
１４ ミラー
１５ 角度検出器
２１，３１ レンズ
２２，３２ 受光部
２３，３３ 光電子倍増管
２４，３４ アンプ
２５，３５ 欠陥検出回路
３２ａ 光ファイバー
４０ 焦点調節機構
４１ 焦点調節制御回路
５０ 基板移動機構
５１ 基板移動制御回路
６０ ＣＰＵ
７０ メモリ

Claims (4)

1. 光線の焦点を光が透過する基板の表面に合わせ、光線を基板の表面へ斜めに照射しながら、光線を移動して光線による基板の走査を行う投光系と、
   複数の光ファイバーを束ねた受光部を有し、基板の裏面側に配置され、基板の表面又は内部の欠陥により散乱されて基板を透過した散乱光を受光する受光系と、
   前記受光系の焦点位置を基板の内部に合わせる焦点調節手段と、
   前記受光部が受光した散乱光の形状的特徴から、基板の内部の欠陥を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする基板検査装置。
2. 前記焦点調節手段は、前記受光系の焦点位置を基板の表面から異なる深さに変更し、
   前記検出手段は、前記受光部が受光した散乱光の形状及び強度の違いから、基板の内部の欠陥の基板の表面からの深さを検出することを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
3. 基板の裏面側に配置された、複数の光ファイバーを束ねた受光部を有する受光系の焦点位置を基板の内部に合わせ、
   光線の焦点を光が透過する基板の表面に合わせ、光線を基板の表面へ斜めに照射しながら、光線を移動して光線による基板の走査を行い、
   基板の表面又は内部の欠陥により散乱されて基板を透過した散乱光を受光部で受光し、
   受光した散乱光の形状的特徴から、基板の内部の欠陥を検出することを特徴とする基板検査方法。
4. 受光系の焦点位置を基板の表面から異なる深さに変更して、光線による基板の走査及び受光部による散乱光の受光を行い、
   受光した散乱光の形状及び強度の違いから、基板の内部の欠陥の基板の表面からの深さを検出することを特徴とする請求項３に記載の基板検査方法。

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