JP5521283B2 - 基板検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、表面にストライプ状のパターンが形成された光透過性の基板を検査する装置に関する。

光透過性基板（例えばフラットパネルディスプレイのパネルなど）の表面に形成されたストライプ状のパターン（例えば電極など）を光学的に検査する装置がある。この装置は、透過照明を用いて検査を行うものであり、形成された電極の欠落やショートによるフラットパネルディスプレイの表示の異常を防ぐため、その製造工程中の検査に用いられる。

図１１は、従来の基板検査装置の概略図である。

図１１において、透過照明光源１からの光は、光透過性の被検査基板２に照射される。そして、被検査基板２のパターン３が形成されていない箇所を透過した光は、レンズ系４を介して撮像装置５に入射する。また、被検査基板２のパターン３が形成されている箇所については、パターン３が透過照明光源１からの光を遮るため、暗い画像として撮像装置５で撮像される。そして、撮像装置５に接続された評価装置（図示せず）にて、これらの画像を評価することで、被検査基板２のパターン３の検査を行う。

ここで、検出されるパターン３の欠陥として、パターン３がショートしているものがある。これについて、図１２を用いて説明する。

図１２（ａ）は、正常状態のパターンを有する撮像画像を示す図であり、図１２（ｂ）は、ショート状態のパターンを有する撮像画像を示す図である。

図１２（ａ）と図１２（ｂ）を比較すると明らかなように、パターン３がショートしている場合は、ショート箇所６として撮像画像に表れる。このように、マスター画像（ここでは、図１２（ａ）の画像）との比較を行うことで、パターン３の検査を行う。

このようなパターン検査において、特に、フラットパネルディスプレイの検査では、パターンの欠陥とそれ以外の欠陥とを区別して検査する。この場合は、パターンが形成された面の反対側の面（以下、裏面）の異物や傷をできる限り検出しないようにしてパターンのみを検査する必要がある。その場合の検査の一例として、複数の透過照明光源を用いて裏面の異物を強調させることで、その異物を画像データから除外し、パターンの欠陥のみを取り出して検査するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

図１３は、特許文献１に記載の基板検査装置の概略図である。

図１３に示すように、透過照明光源１とは別に、被検査基板２と平行に近い角度の光を照射するための２つの水平照明光源７ａ、７ｂを設けている。この水平照明光源７ａ、７ｂを設けることで、被検査基板２の裏面（パターン３が形成されていない透過照明光源１側の面）の異物８を目立たせながら撮像装置５で撮像することができる。そして、強調された異物８を画像処理により除外することで、異物８を除外した状態でパターン３のみの検査を可能とする。
特開２００２−２１４１５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の検査では、パターンが形成された面（パターン形成面）の反対側の面（裏面）の異物をデータから除外するための処理が必要な場合がある。また、裏面の異物の強調され具合によっては、パターン形成面のパターン欠陥なのか裏面の異物なのかを判別できず、画像データから異物を正確に除外できない場合がある。

本発明は、これら従来の課題を解決するためのものであり、複雑な処理を必要とせずに、光透過性基板のパターンの欠陥を正確に検査することを目的とする。

本発明は、前述の従来の課題を解決するためのものであり、ライン状の光を照射する照明部とラインセンサとを互いの長軸方向が平行になるように配置し、前記照明部と前記ラインセンサとの間に基板載置部を配置し、前記基板載置部に載置された光透過性基板の透過画像に基づいて処理部で前記光透過性基板の検査を行う検査装置であって、前記照明部は、前記光透過性基板の裏面に垂直な方向から光を照射する第１光源と、前記第１光源の光軸に対し２°以上３０°以下の角度を設けた光軸を有する第２光源とから構成され、前記第２光源と前記基板載置部との間に光散乱係数が０．７以上の拡散板が配置され、前記第２光源の光量は、前記第１光源の光量の５０％以下であることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、複雑な処理を必要とせずに、光透過性基板のパターンの欠陥を正確に検査することができる。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一構成には同一符号を付し、説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の基板検査装置の概略図であり、図２は、図１のＡの方向から見た基板検査装置の概略図である。

図１、２において、パターン１５が形成された光透過性の被検査基板１６は、基板載置台（図示せず）に載置されており、透過照明光源１７とレンズ系１８との間に配置される。そして、透過照明光源１７（第１光源）および斜め照明光源１９（第２光源）から照射された光が、被検査基板１６を透過し、レンズ系１８を介して撮像装置２０に入射する構成となっている。撮像装置２０は、透過照明光源１７の長手方向と平行に配置されたラインセンサ２１と画像処理を行う処理部（図示せず）とを備える。また、ライン状の光を照射する透過照明光源１７としてＮＤ（減光）フィルタを有するハロゲン光源を用い、同じくライン状の光を照射する斜め照明光源１９としてハロゲン光源を用いる。

これらは、透過照明光源１７と被検査基板１６との距離Ｌ１が１６５ｍｍとなり、被検査基板１６とレンズ系１８との距離Ｌ２が３５ｍｍとなり、斜め照明光源１９と被検査基板１６との距離Ｌ３が約４３ｍｍとなるように配置されている。

なお、本実施の形態では、被検査基板１６の裏面（透過照明光源１７側）に傷２２が形成されていると仮定しており、この裏面の傷２２にて乱反射して減少する光量を、斜め照明光源１９を用いて増強し、裏面の傷２２の影響を軽減させることを目的とするものである。

ここで、透過照明光源１７、斜め照明光源１９について説明する。

図３は、図１の透過照明光源１７の光のバラツキを示す図である。

図３において、透過照明光源１７から出射される光２３は、光軸上の光線２４ａが最も強く（光量が高く）、それに比較して斜め方向に向かう光線２４ｂが弱くなる光のバラツキを有している。また、斜め照明光源１９から出射される光も、透過照明光源１７とほぼ同様の光のバラツキを有している。

続いて、本発明の目的である、裏面の傷２２の影響を軽減させる方法について検討する。

まず、本実施の形態では、斜め照明光源１９を用いて裏面の傷２２のみの光量を増強させるために、裏面の傷２２が無い場合は光量に影響が無いようにする必要がある。そのため、裏面の傷２２が無い場合に光量に影響が出ない条件について検討する。

図４は、図２の被検査基板１６付近の要部拡大図である。

ここで、図４に示すように、被検査基板１６の表面と略垂直な透過照明光源１７の光軸と斜め照明光源１９の光軸とが成す角度を照射角度θ１とし、レンズ系１８の集光角度を表す集光半角θ２とする。

裏面の傷２２が無い場合に光量に影響しないためには、使用するレンズ系１８のＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）から導出される集光半角θ２よりも、照射角度θ１が大きくなる必要がある。これは、照射角度θ１が集光半角θ２以下だと、斜め照明光源１９から直進する光がレンズ系１８に入射するため、裏面の傷２２が無い場合でも光量に影響が出てしまうためである。ここで、レンズ系１８のＮＡは、レンズ系１８への入射角をθとし、レンズ系１８の屈折率をｎとすると、ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθで求めることができる。

本実施の形態では、ＮＡ＝０．０３２のレンズ系１８を用いているため、集光半角θ２＝１．８３度（≒ｓｉｎ^-1（ＮＡ））となり、照射角度θ１が約２度以上となることが望ましい。また、被検査基板１６に斜め照明光源１９が物理的に干渉することで著しく検査精度が低下するため、装置の構成上の制約から、照射角度θ１は最大で８５度程度が限界だと考えられる。

続いて、斜め照明光源１９を用いた場合の裏面の傷２２の光量の増強の程度について検討する。本実施の形態の基板検査装置を用いて検査を行った結果を図５に示す。

図５は、実施の形態１の基板検査結果を示す図である。

図５において、被検査基板１６のパターン１５が形成されていない領域を撮像した箇所（Ｐ２）の階調を１００とした場合、被検査基板１６の表面（撮像装置２０側）のパターン１５に遮られた箇所（Ｐ１）の階調は約１０となり、被検査基板１６の裏面（透過照明光源１７側）に傷２２がある箇所（Ｐ３）の階調が約８０となる。この結果から、階調が０〜４０の箇所を被検査基板１６の表面のパターン１５または異物がある箇所だと判定し、階調が４０〜１００の箇所を被検査基板１６の裏面に傷（本実施の形態では傷２２）がある箇所だと判定する。

続いて、本実施の形態で行った様々な条件での検査結果について説明する。

図６は、実施の形態１の照射角度毎の階調と光量との関係を示す図である。

図６は、透過照明光源１７の光軸と斜め照明光源１９の光軸とが成す照射角度θ１が、２０°、３０°、４５°、６０°の場合のそれぞれにおいて、縦軸に階調比率（傷階調とガラス階調）を取り、横軸に斜め照明光源１９の光量設定値（透過照明光源１７の光量に対する光量の比率）を取ったものである。本実施の形態においては、被検査基板１６のパターン１５の欠陥と裏面の傷２２とを区別するために必要な階調比率（傷階調／ガラス階調）を８０％以上としているため、図６において、その条件について検討する。

図６から明らかなように、本実施の形態において、照射角度θ１が２０°、３０°、４５°、６０°のそれぞれにおいて、光量を調整することで階調比率が８０％の条件を作ることが可能である。しかしながら、被検査基板１６を連続して複数検査する場合を考えると、あまり強い光量を連続して照射することが好ましくないため、斜め照明光源１９の光量設定値が５０％以下になることが望ましい。この条件から検討すると、本実施の形態においては、照射角度が２°以上４５°以下の場合が最適な条件となる。

（実施の形態２）
図７は、実施の形態２の基板検査装置の概略図である。

本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、透過照明光源１７と被検査基板１６との間に、拡散板２５を配置している点である。

本実施の形態では、被検査基板１６の裏面と表面とを区別する目的で拡散板２５を設けているため、拡散板２５は、光線反射率が低く、光散乱係数が０．７以上の材料が望ましい。本実施の形態では、厚さ２ミリのメタクリル樹脂製の拡散板を用いている。これらは、透過照明光源１７と拡散板２５との距離Ｌ４が５ｍｍ、拡散板２５と被検査基板１６との距離Ｌ５が１８０ｍｍ、被検査基板１６とレンズ系１８との距離Ｌ６が４００ｍｍとなるように配置されている。

図８は、図７のＢの方向から見た基板検査装置の概略図である。

図８に示すように、透過照明光源１７は被検査基板１６の裏面に対して垂直に近い角度で光を照射する位置に配置され、斜め照明光源１９は被検査基板１６の裏面に対して斜め方向から光を照射する位置に配置されている。

図９は、図８の被検査基板１６付近の要部拡大図である。

図９に示すように、それぞれの光源からの光がより多くの散乱成分を持った光２６となり、散乱成分を増加させることができる。本実施の形態を用いることで、実施の形態１より更に正確に被検査基板１６の表面のパターン欠陥を検出することが可能になる。

なお、本実施の形態のように、拡散板２５を一枚だけ使用する場合は、拡散板２５に対して斜め照明光源１９の照射角度θ１が７０°以上になると極端に反射率が増加し、透過光の光量が減少するため、斜め照明光源１９の照射角度θ１は７０°以下であることが好ましい。

図１０は、実施の形態２の拡散板の別配置における照射状態を示す図である。

図１０に示すように、透過照明光源１７の出射位置に拡散板２７を設置し、斜め照明光源１９の出射位置に拡散板２８を設置すれば、照射角度θ１が７０°以下と言う制限を解消することができる。

なお、本発明においては、被検査基板として表面にパターンを有する光透過性の基板について説明したが、同様の効果を奏するものにおいては、これに限定するものではない。

本発明を用いることで光透過性基板のパターンのみの検査を可能とするため、フラットパネルディスプレイのパターン検査に用いることができる。

実施の形態１の基板検査装置の概略図 図１のＡの方向から見た基板検査装置の概略図 図２の被検査基板１６付近の要部拡大図 図１の透過照明光源１７の光のバラツキを示す図 実施の形態１の基板検査結果を示す図 実施の形態１の照射角度毎の階調と光量との関係を示す図 実施の形態２の基板検査装置の概略図 図７のＢの方向から見た基板検査装置の概略図 図８の被検査基板１６付近の要部拡大図 実施の形態２の拡散板の別配置における照射状態を示す図 従来の基板検査装置の概略図 （ａ）正常状態のパターンを有する撮像画像を示す図、（ｂ）ショート状態のパターンを有する撮像画像示す図 特許文献１に記載の基板検査装置の概略図

符号の説明

１５ パターン
１６ 被検査基板
１７ 透過照明光源
１８ レンズ系
１９ 斜め照明光源
２０ 撮像装置
２２ 傷

Claims (6)

1. ライン状の光を照射する照明部とラインセンサとを互いの長軸方向が平行になるように配置し、前記照明部と前記ラインセンサとの間に基板載置部を配置し、前記基板載置部に載置された光透過性基板の透過画像に基づいて処理部で前記光透過性基板の検査を行う検査装置であって、
   前記照明部は、前記光透過性基板の裏面に垂直な方向から光を照射する第１光源と、前記第１光源の光軸に対し２°以上３０°以下の角度を設けた光軸を有する第２光源とから構成され、
   前記第２光源と前記基板載置部との間に光散乱係数が０．７以上の拡散板が配置され、
   前記第２光源の光量は、前記第１光源の光量の５０％以下であること
   を特徴とする基板検査装置。
2. 前記第２光源は、前記光透過性基板の裏面に傷がある場合に当該傷の影響で減少する前記第１光源の光量を増強して裏面の傷の影響を軽減させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の基板検査装置。
3. 前記処理部は、傷が裏面のみにある光透過性基板の表面に形成されたパターンを前記透過画像に基づいて検査を行うこと
   を特徴とする請求項１又は２に記載の基板検査装置。
4. 前記第１光源がＮＤフィルタを有すること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板検査装置。
5. 前記第２光源は、前記光透過性基板の裏面に傷がある場合に当該傷の影響で減少する前記第１光源の光量を増強して、裏面に傷がない場合と同等の光量を前記ラインセンサに受光させること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板検査装置。
6. 前記第１光源および前記第２光源の出射口に、光散乱係数が０．７以上の拡散板をそれぞれ配置したこと
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板検査装置。