JP6086277B2 - パターン検査装置及びそれに使用する照明光学系 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に形成されたパターンの形成状態を検査するパターン検査装置に関し、特に平面内の任意の方向に形成されたパターンの形成状態を高コントラストで検査可能にするパターン検査装置及びそれに使用する照明光学系に係るものである。

従来、この種のパターン検査装置は、パターンとしての線状ペーストに略直交するスリット光を照射し、スリット光が線状ペーストを横切る状態のスリット光をスリット光照射方向に対して傾斜する方向から撮影し、撮影されたスリット光の像を基準データと照合することによりペースト塗布性状の良否を判定するようになっていた（例えば、特許文献１参照）。

この場合、検査カメラの視野領域内において線状ペーストを横切るスリット光の像は、直線像部と湾曲像部と直線像部とが一連となっており、このとき、ペースト塗布性状は良好であると判定される。一方、検査カメラの視野領域内においてスリット光の像が全体に直線的に連続しているときには、塗布ペーストに断線があり、ペースト塗布性状は不良であると判定される。

上記スリット光は、一般に、光源から放射された光を例えば石英ロッドで散乱させた後、シリンドリカルレンズにより一軸方向にのみ絞り、該軸と直交する方向には発散さて形成される（例えば、特許文献２参照）ので、スリット光の長軸方向には光軸に対して大きく傾いた角度成分の光線が存在することになる。したがって、このようなスリット光に照射される部分のコントラストは低下するが、その結果、線状ペーストを横切るスリット光の像は途中で途切れることなく線状に繋がった状態で観察することができる。それ故、スリット光の像に基づいてペースト塗布性状の良否を判定する上記従来技術の線状パターン検査装置においては、上記のようなスリット光が有効である。

特開２０００−１５１６３号公報 特開２００６−３８４７７号公報

しかし、上記スリット光のような光軸に対して大きく傾いた角度成分の光線を含む光を照明光として使用した場合には、検査カメラで撮影された像のコントラストが低下し、線状パターンをその周辺部と明確に区別して検出することが難しいという問題がある。例えば、図８に示すように、例えばカラーフィルタ基板４に照射する照明光の光線の光軸Ｌ_axに対する最大角度θが検査カメラの画角θ₂の半角θ₂／２よりも大きい場合に、照明領域全体に亘って上記角度θの光線が照射するため、断面略半円形状の線状パターン（例えばシールライン５）の表面で反射されて検査カメラに取り込まれる光線の反射領域は、照明光の最大角度θの光線によって略制限され、後述の本発明の照明光学系を使用した場合に比べて広い。そのため、検査カメラで撮影された線状パターンの周辺部に対するコントラストが低下し、線状パターンの形成状態の検査において断線等の欠陥を見逃してしまうなどの誤検出が発生し易いという問題がある。

特に、インクジェット法を用いてカラーフィルタ基板上にパターン形成されたブラックマトリクス上に塗布された線状パターンとしてのシールラインにおいては、撮影画像のコントラストがより低下して上記誤検出がより発生し易くなるという問題がある。また、面状パターンにおいても、コントラストの低下により、エッジの乱れやパターン内の傷等が検出し難くなり、エッジ乱れや傷等の不良を見逃してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、パターンの形成状態を高コントラストで検査可能にするパターン検査装置及びそれに使用する照明光学系を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるパターン検査装置は、基板上に形成されたパターンの形成状態を検査するパターン検査装置であって、前記パターンを撮影する検査カメラと、光強度分布が均一化された散乱光を射出端面より射出するガラス板と、該ガラス板の前記射出端面の中心部に前焦点を合致させて配置され、直交二軸方向に集光する第１の集光レンズと、前記検査カメラの撮影領域に前記第１の集光レンズを射出した前記照明光を照射させる直交二軸方向に集光する第２の集光レンズとを光の進行方向上流から下流に向かってこの順に配置し、前記検査カメラの撮影領域を照明する照明光学系と、を備え、前記照明光学系は、前記基板に照射される照明光の光線の光軸に対する最大角度が前記検査カメラの画角の半角に等しくなるようにされると共に、照明領域の中心部に集光する光線の光軸に対する角度が前記最大角度よりも小さくなるように構成されたものである。

さらに、前記第２の集光レンズは、前記第１の集光レンズよりもサイズが大きくされ、前記第１の集光レンズを射出した光軸に平行な光線が前記第２の集光レンズにより照明領域の中心部に集光するようにされたものである。

さらにまた、前記照明光学系は、前記照明光の光線の光軸に対する最大角度が前記検査カメラの画角の半角に等しくなるように前記第２の集光レンズを前記第１の集光レンズに対して位置決め調整可能に構成されたものである。

そして、前記パターンは、インクジェット法を用いてカラーフィルタ基板上にパターン形成されたブラックマトリクス上に塗布されたシールラインである。

また、本発明による照明光学系は、基板上に形成されたパターンの形成状態を検査カメラにより撮影して検査するパターン検査装置に使用する照明光学系であって、光強度分布が均一化された散乱光を射出端面より射出するガラス板と、該ガラス板の前記射出端面の中心部に前焦点を合致させて配置され、直交二軸方向に集光する第１の集光レンズと、前記検査カメラの撮影領域に前記第１の集光レンズを射出した前記照明光を照射させる直交二軸方向に集光する第２の集光レンズとを光の進行方向上流から下流に向かってこの順に配置して備え、前記基板に照射する照明光の光線の光軸に対する最大角度が前記検査カメラの画角の半角に等しくなるようにすると共に、照明領域の中心部に集光する光線の光軸に対する角度が前記最大角度よりも小さくなるように前記第２の集光レンズを前記第１の集光レンズに対して位置決め調整可能に構成されたものである。

請求項１に係るパターン検査装置の発明によれば、輝度分布が略均一な撮影画像により、平面内の任意の方向に形成されたパターンの形成状態を高コントラストで検査することができる。したがって、パターンの形成状態の検査において断線やパターンエッジの乱れ、傷等の欠陥を見逃してしまうなどの誤検出の発生を抑制することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、照明光の光線が一軸方向にのみ絞られ、該軸と直交する方向には発散される照明光学系を使用した従来技術のパターン検査装置と違って、二つの集光レンズにより基板に照射される照明光の光線の光軸に対する最大角度を直交二軸方向に制御することができる。したがって、パターンの形成状態をより高コントラストで検査することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、照明領域の略中心部には、検査カメラの画角の半角よりも光軸に対する最大角度が小さい光線を照射させることができ、パターンの形成状態をより一層高コントラストで検査することができる。

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、第２の集光レンズを第１の集光レンズに対して位置調整するだけで、照明光の光線の光軸に対する最大角度を検査カメラの画角の半角に略等しくでき、照明光の光線の角度調整が容易である。

そして、請求項５に係る発明によれば、インクジェット法を用いてカラーフィルタ基板上にパターン形成されたブラックマトリクス上に塗布されたシールラインも、その周辺部と明確に区別して検出することができる。したがって、上記シールラインの欠陥検査を容易に行なうことができる。

また、請求項６に係る照明光学系の発明によれば、平面内の任意の方向に形成されたパターンの形成状態を高コントラストで検査可能にすることができる。したがって、パターン検査装置に使用すれば、パターンの形成状態の検査において断線やエッジの乱れ等の欠陥を見逃してしまうなどの誤検出の発生を抑制することができる。

本発明によるパターン検査装置の第１の実施形態を示す正面図、（ｂ）は左側面図である。 本発明によるパターン検査装置を使用して検査されるカラーフィルタ基板の一構成例を示す平面図である。 本発明による照明光学系の概略構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 本発明の照明光学系により照明したときの線状ペースト表面で反射され、検査カメラに取り込まれる光の反射領域を示す説明図である。 線状ペーストの撮影画像であり、（ａ）は本発明の照明光学系による撮影例であり、（ｂ）は照明光の開口数が検査カメラの開口数よりも大きい照明光学系による撮影例である。 本発明によるパターン検査装置の第２の実施形態を示す正面図である。 本発明の照明光学系により照明したときの面状パターンのエッジ近傍部の撮影画像例を示す図であり、（ａ）は面状パターンのエッジ近傍部の断面図で、（ｂ）は撮影画像例である。 照明光の開口数が検査カメラの開口数よりも大きい照明光学系により照明したときの線状ペースト表面で反射され、検査カメラに取り込まれる光の反射領域を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるパターン検査装置の第１の実施形態を示す概略構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図である。このパターン検査装置は、基板上に形成されたパターンの形成状態を検査するもので、ステージ１と、検査カメラ２と、照明光学系３と、を備えて成る。なお、以下の説明においては、上記基板がインクジェット法を用いてブラックマトリクスをパターン形成したカラーフィルタ基板４である場合について述べる。

上記ステージ１は、例えば上面１ａからエアを噴出及び吸引して、図２に示すような矩形状の基板の周縁部に線状ペーストとしてのシールライン５を形成したカラーフィルタ基板４を一定量だけ浮上させた状態で保持するものであり、図示省略の搬送機構により、上記カラーフィルタ基板４の図１に示す矢印Ａ方向に平行な両端縁部を保持して矢印Ａ方向に搬送するようになっている。又は、ステージ１の矢印Ａ方向に平行な両端縁部に沿って設けたベルトコンベヤによりカラーフィルタ基板４の両端縁部を保持して搬送してもよく、他の搬送機構により搬送してもよい。

上記ステージ１の上方には、検査カメラ２が配設されている。この検査カメラ２は、カラーフィルタ基板４の線状パターンとしてのシールライン５を撮影して断線等の欠陥を検出するためのものであり、矢印Ａで示す基板搬送方向と交差する方向に複数の受光素子を一直線状に並べたラインカメラである。

上記ステージ１から検査カメラ２に向かう光路がハーフミラー６で分離された光路上には、照明光学系３が配設されている。この照明光学系３は、検査カメラ２の撮影領域を照明するものであり、光強度分布が均一化された散乱光から、カラーフィルタ基板４に照射する照明光の光線の光軸Ｌ_axに対する最大角度θ₁が検査カメラ２の画角θ₂の半角θ₂／２に許容範囲内で略等しくなるように調整されてカラーフィルタ基板４に照射する光線と、光軸Ｌ _ax に対する角度が最大角度θ ₁ よりも小さくなるように絞られて照明領域の中心部に照射する光線とを同時に得る構成とされている。

詳しくは、上記照明光学系３は、図３に示すように、図示省略の光源から放射された光を後述のガラス板８まで導く光ファイバ７と、光ファイバ７を射出した光を内面で無限反射させて射出端面８ａにおける光強度分布を均一化させる、例えば石英板等からなる扁平なガラス板８と、ガラス板８を射出した散乱光を直交二軸方向に絞り込む第１の集光レンズとしてのコンデンサレンズ９と、検査カメラ２の撮影領域に照明光を照射させる第２の集光レンズとしてのフレネルレンズ１０とを光源から放射された光の進行方向上流から下流に向かってこの順に配置して備えると共に、フレネルレンズ１０のサイズがコンデンサレンズ９のサイズよりも大きくされ、コンデンサレンズ９を射出した光軸Ｌ_axに平行な光線がフレネルレンズ１０により照明領域の略中心部に集光するように形成されたもので、照明光の光線の光軸Ｌ_axに対する最大角度θ₁が検査カメラ２の画角θ₂の半角θ₂／２に許容範囲内で略等しくなるようにフレネルレンズ１０がコンデンサレンズ９に対して位置決め調整されて本発明の照明光学系を構成している。

ここで、ガラス板８は、光軸Ｌ_axに直交する断面形状がステージ１の上面１ａに平行な面内にて基板搬送方向（矢印Ａ方向）に交差する方向に長軸を有する長方形を成すように形成されている。

また、コンデンサレンズ９は、その前焦点をガラス板８の射出端面８ａの略中心部に略合致させて配置されている。

さらに、フレネルレンズ１０は、その光軸を中心として、断面形状がステージ１の上面１ａに平行な面内にて基板搬送方向（矢印Ａ方向）に交差する方向に長軸を有し、該長軸と直交する短軸方向の寸法がコンデンサレンズ９の直径に略等しい略長方形を成すように加工形成されている。

次に、このように構成された線状パターン検査装置の動作について説明する。
先ず、カラーフィルタ基板４がステージ１上に載置され、図示省略の搬送機構により基板の両端縁部が保持されてカラーフィルタ基板４が図１に示す矢印Ａ方向に搬送される。同時に、照明光学系３の光源が点灯されて検査カメラ２の撮影領域が照明される。

このとき、照明光学系３のガラス板８の射出端面８ａを射出した光のうち、短軸方向に散乱した光線は、図３（ａ）に示すようにコンデンサレンズ９により絞られて光軸Ｌ_axに略平行な光線となってフレネルレンズ１０に入射し、フレネルレンズ１０によって光軸Ｌ_axに対する最大角度θ₃となるように絞られてカラーフィルタ基板４上の照明領域の略中心部に照射する。また、ガラス板８の射出端面８ａを射出した光のうち、その長軸方向に散乱した光線は、図３（ｂ）に破線で示すようにコンデンサレンズ９により適度に絞られてフレネルレンズ１０に入射し、フレネルレンズ１０によって予め調整された最大角度θ₁（＝θ₂／２）でカラーフィルタ基板４に照射する。さらに、同図（ｂ）に実線で示すように、ガラス板８の光軸Ｌ_ax近傍部から放射された光線は、コンデンサレンズ９で光軸Ｌ_axに略平行な光線とされた後、フレネルレンズ１０により光軸Ｌ_axに対する最大角度θ₃（＜θ₁）となるように絞られてカラーフィルタ基板４上の照明領域の略中心部に照射する。

一方、検査カメラ２によって、カラーフィルタ基板４上の基板搬送方向（矢印Ａ方向）と交差する方向の一次元画像が一定の時間間隔で撮影され、夫々バッファメモリーに記憶される。その後、上記一次元画像は、バッファメモリーから１ライン毎に逐次読み出されて図示省略の制御手段で画像処理され、グレーレベルの二次元画像が生成される。

生成されたグレーレベルの二次元画像は、一定の閾値で２値化処理される。これにより、シールライン５は黒、背景は白として表わされる。その後、２値化処理された二次元画像データに基づいてシールライン５が検出されると、該二次元画像データに対して１ライン毎に順次、基板搬送方向と交差する方向にサーチされ、シールライン５の欠陥検出の動作が実行される。

例えば、基板搬送方向に伸びるシールライン５の場合は、上記サーチにより、一連の白の途中に黒が検出されると、シールライン５は良好と判定される。一方、白が連続して検出され、黒が検出されない場合には、シールライン５に断線の欠陥があると判定される。

また、基板搬送方向と交差する方向に伸びるシールライン５の場合、上記サーチにより、黒が連続して検出され、白が検出されないときは、シールライン５は良好と判定され、一連の黒の途中に白が検出されると、シールライン５に断線の欠陥があると判定される。このように、カラーフィルタ基板４を矢印Ａ方向に一定速度で搬送しながら、シールライン５の塗布状態の検査が実行される。

ここで、本発明の照明光学系３においては、照明領域の略中心部には、光線が直交二軸方向に絞られると共に、検査カメラ２の画角θ₂の半角θ₂／２（＝θ₁）よりも小さい最大角度θ₃で照射しているので、図４に示すように、断面略半円形状のシールライン５の表面５ａで反射されて検査カメラ２の撮像レンズに取り込まれる光線の反射領域は、照明領域の略中心部に集光する最大角度θ₃の光線によって略制限され、図４に示す点Ｐ_１と点Ｐ_２に挟まれた領域となる。この反射領域は、図８に示すような、従来の照明光学系による光軸Ｌ_axに対する最大角度θ₁が検査カメラ２の画角θ₂の半角θ₂／２よりも大きい光線による反射領域（図８に示す点Ｑ_１と点Ｑ_２とに挟まれた領域）よりも狭くなっている。なお、本発明の照明光学系３は、θ₁＜θ₂／２となるように形成してもよいが、この場合、検査カメラ２による撮影画像が画面中央部で明るく周辺部で暗くなるため、線状パターンの検査がし難くなるおそれがある。したがって、好ましくは、撮影画像の輝度分布が略均一となるθ₁＝θ₂／２とするのがよい。

したがって、本発明の線状パターン検査装置によれば、検査カメラ２で撮影された画像は、図５（ａ）に示すようにシールライン５とその周辺部との間の輝度差が大きくなりコントラストが高くなる。それ故、検査カメラ２によって取得された画像を２値化処理した際、シールライン５をその周辺部と明確に区別して検出することが可能となり、シールライン５の欠陥検出が容易になる。

因みに、図５（ａ）の撮影画像は、照明領域の略中心部に集光する光線の最大角度θ₃がθ₂／２（＝θ₁）よりも小さくなるように構成された本発明の照明光学系において、上記照明領域の略中心部に集光する光線（図３において実線で示す光線を参照）の開口数ＮＡ（＝ｓｉｎθ₃）が基板搬送方向及びそれと交差する方向で共に０．０４１となるように形成された照明光学系３を使用して基板搬送方向に伸びるシールライン５を撮影したものであり、このときのシールライン５とその周辺部との間の輝度差は１２５ｄｉｇ（ｄｉｇｉｔ（デジット）の略。データを０〜２５５（２の８乗）の数値で表し、輝度値の最大値を２５５として実際の輝度値を表現したもの）であった。

一方、図５（ｂ）の撮影画像は、従来技術における照明光学系を使用して図５（ａ）と同じシールライン５を撮影したもので、詳細には、ガラス板８から放射され、シリンドリカルレンズによって取り込まれてカラーフィルタ基板４に照射する照明光の開口数ＮＡが基板搬送方向において０．０６６で、基板搬送方向と交差する方向において０．５５９（このとき、θ＞θ₂／２）であるような照明光学系を使用して撮影したものである。このときのシールライン５とその周辺部との間の輝度差は４０ｄｉｇとなって、図５（ａ）の場合に比べてコントラストが低下した。これにより、本発明の照明光学系３の効果が立証された。

なお、上記第１の実施形態においては、基板がインクジェット法を用いてブラックマトリクスをパターン形成したカラーフィルタ基板４である場合について説明したが、本発明はこれに限られず、基板は、クロム（Ｃｒ）の遮光膜によりブラックマトリクスのパターンが形成されたカラーフィルタ基板や、カラーフィルタオンアレイ（COA：Color-filter On Array）のＴＦＴ基板であってもよい。又は、線状パターンが形成されたものであれば如何なる基板であってもよく、例えば配線基板であってもよい。

図６は、本発明によるパターン検査装置の第２の実施形態を示す正面図である。この第２の実施形態は、本発明の照明光学系３と検査カメラ２とをステージ１上で交差する異なる光軸Ｌ_ax上に夫々配置したものであり、その他の特徴は第１の実施形態と同じである。このように構成された第２の実施形態によっても、本発明の目的を達成することができる。

上記第１及び第２の実施形態において、線状パターンの形成状態の検査は、基板を複数回往復搬送しながら、基板が１回搬送される毎に本発明のパターン検査装置を基板搬送方向と交差する方向にステップ移動して基板全面に亘って行ってもよく、又は基板搬送方向と交差する方向に本発明のパターン検査装置を複数台並べて配置し、基板を１回搬送するだけで基板全面の検査を行ってもよい。

以上の説明においては、パターンが線状のパターンであるある場合について述べたが、本発明はこれに限られず、面状のパターンの検査にも使用することができる。
図７は、本発明の照明光学系により照明したときの面状パターンのエッジ近傍部の撮影画像例を示す図であり、（ａ）は面状パターンのエッジ近傍部の断面図で、（ｂ）は撮影画像例である。この場合、面状パターン１１を観察すると、面状パターン１１のエッジ１１ａは、同図（ｂ）に示すように暗部として検出され、エッジ１１ａの周辺は明部として検出される。したがって、例えばエッジ１１ａの検出位置が許容範囲を超えて急激に変化した場合には、エッジ１１ａの乱れとして検出することができる。また、本来、明部が検出されるべき箇所に暗部が検出された場合には、傷付きとして判断することができ、面状パターン１１内の傷の検出にも適用することができる。

２…検査カメラ
３…照明光学系
４…カラーフィルタ基板
５…シールライン（パターン）
８…ガラス板
８ａ…射出端面
９…コンデンサレンズ（第１の集光レンズ）
１０…フレネルレンズ（第２の集光レンズ）
１１…面状パターン（パターン）
θ_１…照明光の光線の光軸に対する最大角度
θ_２…検査カメラの画角
θ_３…照明領域の略中心部に集光する光線の光軸に対する最大角度
Ｌ_ax…光軸

Claims (5)

1. 基板上に形成されたパターンの形成状態を検査するパターン検査装置であって、
   前記パターンを撮影する検査カメラと、
   光強度分布が均一化された散乱光を射出端面より射出するガラス板と、該ガラス板の前記射出端面の中心部に前焦点を合致させて配置され、直交二軸方向に集光する第１の集光レンズと、前記検査カメラの撮影領域に前記第１の集光レンズを射出した前記照明光を照射させる直交二軸方向に集光する第２の集光レンズとを光の進行方向上流から下流に向かってこの順に配置し、前記検査カメラの撮影領域を照明する照明光学系と、
   を備え、
   前記照明光学系は、前記基板に照射される照明光の光線の光軸に対する最大角度が前記検査カメラの画角の半角に等しくなるようにされると共に、照明領域の中心部に集光する光線の光軸に対する角度が前記最大角度よりも小さくなるように構成されたことを特徴とするパターン検査装置。
2. 前記第２の集光レンズは、前記第１の集光レンズよりもサイズが大きくされ、前記第１の集光レンズを射出した光軸に平行な光線が前記第２の集光レンズにより照明領域の中心部に集光するようにされたことを特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
3. 前記照明光学系は、前記照明光の光線の光軸に対に対する最大角度が前記検査カメラの画角の半角に等しくなるように前記第２の集光レンズを前記第１の集光レンズに対して位置決め調整可能に構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のパターン検査装置。
4. 前記パターンは、インクジェット法を用いてカラーフィルタ基板上にパターン形成されたブラックマトリクス上に塗布されたシールラインであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパターン検査装置。
5. 基板上に形成されたパターンの形成状態を検査カメラにより撮影して検査するパターン検査装置に使用する照明光学系であって、
   光強度分布が均一化された散乱光を射出端面より射出するガラス板と、該ガラス板の前記射出端面の中心部に前焦点を合致させて配置され、直交二軸方向に集光する第１の集光レンズと、前記検査カメラの撮影領域に前記第１の集光レンズを射出した前記照明光を照射させる直交二軸方向に集光する第２の集光レンズとを光の進行方向上流から下流に向かってこの順に配置して備え、前記基板に照射する照明光の光線の光軸に対する最大角度が前記検査カメラの画角の半角に等しくなるようにすると共に、照明領域の中心部に集光する光線の光軸に対する角度が前記最大角度よりも小さくなるように前記第２の集光レンズを前記第１の集光レンズに対して位置決め調整可能に構成されたことを特徴とする照明光学系。