JP7692878B2 - 光透過性板状体の欠陥検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、光透過性板状体の欠陥検査方法に関し、例えばフォトマスク用の合成シリカガラス基板のような光透過性板状体における欠陥を検出する、光透過性板状体の欠陥検査方法に関する。

例えば、液晶表示装置やプラズマディスプレイ装置の製造工程においては、フォトリソグラフィ法により、光透過性板状体である合成シリカガラス基板上に各種パターンを形成し、フォトマスクを製造する。
前記製造工程において、フォトマスクに異物、傷、ボイド等の欠陥が存在すると、フォトマスクによって形成される画像が、欠陥が含まれた画像となり、その欠陥が含まれた画像が被処理基板に投影される。
その結果、被処理基板上に形成されたパターンに欠陥が生じ、製造の歩留まりが低下する。この歩留まり低下を防止するため、従来から合成シリカガラス基板の欠陥検査が行われているが、歩留まり向上のため、より高精度に検査を行う必要がある。

このようなガラス基板（光透過性板状体）の欠陥検査方法として、特許文献１（特開２０００－７４８４９号公報）に示された検査方法を、図９に基づいて説明する。
ガラス基板の欠陥検査は、図９に示すように、例えば、ガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１側に配置された光源５５（照明部）とＣＣＤカメラ５６（撮像部）を用いて行われる。
そして、ガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１の検査を行う場合には、ガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１側に配置された光源５５によりガラス基板おもて面Ｗ１に対し照射する（実線部）とともに、ガラス基板おもて面Ｗ１側に配置されたＣＣＤカメラ５６の焦点を、ガラス基板おもて面Ｗ１に合わせる。前記ＣＣＤカメラ５６は、ガラス基板おもて面Ｗ１からの反射光を受光し、コンピュータ（図示せず）により画像データを生成する。

一方、ガラス基板Ｗの裏面Ｗ２の検査を行う場合には、ガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１の検査と同じ光源５５によりガラス基板裏面Ｗ２に対し照射する（破線部）とともに、ガラス基板おもて面Ｗ１の検査と同じＣＣＤカメラ５６の焦点を、ガラス基板裏面Ｗ２に合わせる。前記ＣＣＤカメラ５６は、ガラス基板裏面Ｗ２からの反射光を受光し、コンピュータ（図示せず）により画像データを生成する。

そして、ガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１の反射光を受光して得られた画像データと、ガラス基板Ｗの裏面Ｗ２の反射光を受光して得られた画像データを、コンピュータの画像処理部（図示せず）において２次元画像処理し、ガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１と裏面Ｗ２における欠陥を検出する。

特開２０００－７４８４９号公報

ところで、図９に示したガラス基板（光透過性板状体）Ｗの欠陥検査方法において、ガラス基板Ｗの裏面Ｗ２を検査する場合、ガラス基板Ｗを通して、ＣＣＤカメラ５６の焦点を裏面Ｗ２に合わせても、欠陥を高精度に検出することができないという課題があった。言い換えれば、ガラス基板Ｗの裏面Ｗ２を反転し、前記裏面Ｗ２をおもて面とし、そのおもて面にＣＣＤカメラ５６の焦点を合わせて、欠陥を検出した場合に比べて、検出精度が低いという課題があった。

一方、ガラス基板Ｗの裏面Ｗ２における欠陥の検出感度を高くするために、ガラス基板Ｗの裏面Ｗ２側にも別の一組の光源とＣＣＤカメラを配置して、それらを用いておもて面Ｗ１の検査と同様に裏面Ｗ２の欠陥検出を行うことが考えられるが、２組の光源とＣＣＤカメラとが必要になり、コストが高くなるという課題があった。

本発明者は、図９に示したガラス基板Ｗの検査方法を前提に、欠陥を高精度に検出できる光透過性板状体の欠陥検査方法を鋭意、研究した。
その結果、ＣＣＤカメラの焦点を、光透過性板状体を通して光透過性板状体の裏面（裏面ひょうめん）に合わせるのではなく、光透過性板状体のおもて面から裏面に向かう途中の、裏面（裏面ひょうめん）の手前の位置に焦点を合わせてことによって、欠陥を高精度に検出できることを知見し、本発明を完成した。

本発明は、上記した事情のもとになされたものであり、光透過性板状体のおもて面側に配置された光源と撮像部（ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラ等）を用いて、前記光源から前記光透過性板状体に光を照射し、前記撮像部の焦点を光透過性板状体の裏面の手前の位置として撮像することによって、前記欠陥を高精度に検出できる光透過性板状体の欠陥検査方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するためになされた本発明に係る光透過性板状体の欠陥検査方法は、光透過性板状体に光を照射し、欠陥からの散乱光を検出することによって、光透過性板状体の裏面の欠陥の有無を検査する光透過性板状体の欠陥検査方法であって、検査準備工程が、厚さの異なる、複数の光透過性板状体を用意する工程と、前記厚さの異なる光透過性板状体ごとに、光透過性板状体のおもて面に対向して配置された撮像部の焦点位置を、前記光透過性板状体のおもて面から裏面に向って変え、散乱光の輝度を測定する工程と、散乱光の輝度が最大値となる特定位置のおもて面からの距離を求める工程と、前記散乱光の輝度が最大値となる特定位置のおもて面からの距離と、光透過性板状体の厚さとの関係式を求める工程と、を備え、検査工程が、検査対象である光透過性板状体の厚さから前記関係式に基づいて、検査対象である光透過性板状体のおもて面から、散乱光の輝度が最大値となる特定位置までの距離を求める工程と、前記光透過性板状体のおもて面に対向して配置された撮像部の焦点を、前記特定位置として、前記撮像部によって撮像し、撮像画像を形成する工程と、を備えることを特徴とする。

このように、検査準備工程において、散乱光の輝度が最大値となる、おもて面から特定位置までの距離と、光透過性板状体の厚さとの関係式を求める。そして、検査対象である光透過性板状体の厚さから、この関係式に基づいて、検査対象である光透過性板状体の散乱光の輝度が最大値になる、おもて面から前記特定位置までの距離を求める。そして、この特定位置を、撮像部の焦点として撮像する。
その結果、光透過性板状体の裏面に焦点をあわせても検出できないような微小な傷や付着物などの欠陥を精度良く検出することができる。

また、光透過性板状体が合成シリカガラス体であって、合成シリカガラス体の厚さをｔ（ｍｍ）、おもて面から前記特定位置までの距離をＰ（図２参照）とした場合、前記距離Ｐは、Ｐ＝０．７８４４ｔと表される。
また、前記合成シリカガラス体のおもて面に対向して配置された撮像部の焦点を、Ｐ＝０．７８４４ｔとした後、撮像部のオートフォーカス機能により誤差が修正され、前記撮像部によって撮像され、撮像画像が形成されても良い。
なお、合成シリカガラスは、通常、波長２１０ｎｍ～５５０ｎｍの光に対し、１．４５～１．５０（２５℃、１０１３ｈＰａ）の屈折率を有する。

本発明によれば、光透過性板状体のおもて面側に配置された光源と撮像部を用いて、前記光源から前記光透過性板状体の裏面に光を照射し、前記撮像部によって撮像することによって、前記欠陥を高精度に検出できる光透過性板状体の欠陥検査方法を得ることができる。

図１は、本発明の光透過性板状体の検査方法を実施する検査装置を模式的に示す概略図である。 図２は、図１の検査装置における照射部と撮像部と合成シリカガラス基板との位置関係を示す側面図である。 図３は、厚さ６ｍｍ光透過性板状体（合成シリカガラス基板）のおもて面から裏面に向う輝度の測定結果を示す図である。 図４は、厚さ８ｍｍ光透過性板状体（合成シリカガラス基板）のおもて面から裏面に向う輝度の測定結果を示す図である。 図５は、厚さ１０ｍｍ光透過性板状体（合成シリカガラス基板）のおもて面から裏面に向う輝度の測定結果を示す図である。 図６は、光透過性板状体の厚さと、光透過性板状体のおもて面から輝度が最も高い特定位置（フォーカス位置）Ｐまでの距離との関係を示す図である。 図７は、実施例１の結果を示す欠陥検出マップである。 図８は、比較例１の結果を示す欠陥検出マップである。 図９は、従来のガラス基板の表裏面の欠陥検出方法を説明するための側面図である。

以下、本発明に係る光透過性板状体の欠陥検査方法について、更に実施形態に基づき説明する。
本発明に係る光透過性板状体の欠陥検査方法は、例えばフォトマスク等に使用する合成シリカガラス基板における異物、傷、ボイド等の欠陥を検出するためのものである。
以下の実施形態にあっては、光透過性板状体が合成シリカガラス基板である場合を例にとって説明する。

（検査装置の概要）
まず、本発明に係る光透過性板状体の欠陥検査方法を実施するための検査装置についてその概要を、図１に基づいて説明する。尚、図１に示す検査装置は一例であって、本発明に係る光透過性板状体の欠陥検査方法を実施する装置は、欠陥検査方法を実施することができれば、他の装置であっても良い。

図１に示す検査装置１００は、被検査基板である合成シリカガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１側に、該合成シリカガラス基板Ｗに対向して配置されるＣＣＤカメラ（撮像部）１と、前記ＣＣＤカメラ１の周囲に配置された照明部２と、を備える。
また、検査装置１００は、合成シリカガラス基板ＷをＸ方向、Ｙ方向に移動させ、またＣＣＤカメラ１をＺ方向に移動させる移動駆動機構５を備える。

このＣＣＤカメラ１による撮像視野の範囲は、合成シリカガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１の面積に対し小さな面積であり、合成シリカガラス基板Ｗが面方向（縦、横方向：Ｘ方向、Ｙ方向）に移動することによって、ＣＣＤカメラ１は、合成シリカガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１の全体の撮像画面データを得ることができる。
また、ＣＣＤカメラ１を合成シリカガラス基板Ｗの厚さ方向（Ｚ方向）に沿って移動することによって、ＣＣＤカメラ１（撮像部）の焦点位置（フォーカス位置）を変えることができる。ＣＣＤカメラ１（撮像部）の焦点位置（フォーカス位置）を変えることにより、例えば、ＣＣＤカメラ１（撮像部）の焦点位置（フォーカス位置）を、合成シリカガラス基板の裏面より手前の特定位置（合成シリカガラス基板のおもて面からの距離Ｐ（ｍｍ））に設定することができる。

より具体的に説明すると、ＣＣＤカメラ１を移動駆動機構５によりＺ軸方向に移動させて、ＣＣＤカメラ１（撮像部）の焦点位置（フォーカス位置）で停止させる。その後、前記移動駆動機構５によって、ＣＣＤカメラ１は、図１に一部示すように合成シリカガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１を仮想的にｎ個にメッシュ分割した各領域Ａｒ（Ａｒ１、Ａｒ２～Ａｒｎ）の正面に対向するように、相対的にＸ方向、Ｙ方向に移動する。
その後、領域Ａｒ（Ａｒ１、Ａｒ２～Ａｒｎ）毎に、ＣＣＤカメラ１によって、合成シリカガラス基板Ｗの撮像を行い、欠陥を検出する。

また、検査装置１００は、ＣＣＤカメラ１から入力される画像を処理するコンピュータ１０と、処理された画像を表示するモニタ１１と、コンピュータ１０に合成シリカガラス基板Ｗの厚さ等を入力する入力装置１２と、を備えている。
前記コンピュータ１０は、散乱光の輝度が最大値になる位置の合成シリカガラス基板Ｗのおもて面からの距離と、合成シリカガラス基板の厚さとの関係式が記憶されるメモリ１３と、演算を行うＣＰＵ１４と、ＣＣＤカメラ１が撮像した画像データを一時記憶するためのメモリ１５と、メモリ１５に一時記憶された画像データに対し２次元画像処理を行うための画像処理装置１６と、前記画像処理装置１６により処理された画像の前記モニタ１１への出力制御を行う表示制御部１７とを有する。

図１に示すようにコンピュータ１０は、前記ＣＣＤカメラ１と、前記移動駆動機構５と、照明部２を、ＣＣＤカメラ１を中心に回転させる回転駆動部６と、前記モニタ１１とに接続されている。
そして、合成シリカガラス基板を検査する際には、検査対象である合成シリカガラス基板の厚さが入力装置１２から入力されると、メモリ１３に記憶されている関係式から輝度が最大となる特定位置が求められる。そして、前記移動駆動機構５により、ＣＣＤカメラ１は、ＣＣＤカメラ１の焦点が前記特定位置（フォーカス位置）になるように移動する。

前記照明部２は、例えばメタルハライドランプを好適に用いることができる。図２に示すように、各照明部２の照射方向は、ＣＣＤカメラ１の撮像の光軸方向（レンズの光軸方向）とガラス基板Ｗの裏面Ｗ２との交差点（照射位置Ｆとする）に向けて設けられている。このときのＣＣＤカメラ１の光軸方向と照明部２の照射方向とのなす角度θ１は、好ましくは４０°～５０°である。

前記画像処理部１６は、ＣＣＤカメラ１が検出した画像データから、表面欠陥や付着物を輝点として検出する。それら輝点は、ＸＹ方向の位置データと輝度データ、及び検出画素数に対応する面積データを有する。

尚、以降に説明する欠陥検査準備において行われる輝度測定は、ＣＣＤカメラ１が検出した画像データから画像処理部１６によって処理することにより、行われる。
そして、ＣＰＵ１４により最大輝度、最大輝度となる特定位置が求められ、メモリ１３に、合成シリカガラス基板Ｗのおもて面からの距離と合成シリカガラス基板の厚さとの関係式が記憶される。

（欠陥検査方法）
次に、本発明に係る光透過性板状体の欠陥検査方法の実施形態について説明する。
本発明の欠陥検査方法は、厚さの異なる、複数の合成シリカガラス基板を用意し、散乱光の輝度が最大値になる位置のおもて面から距離と、合成シリカガラス基板の厚さとの関係式を求める検査準備工程を備えている。
更に、本発明の欠陥検査方法は、その検査準備工程の後、検査対象である合成シリカガラス基板の厚さから、前記関係式に基づいて、検査対象である合成シリカガラス基板における散乱光の輝度が最大値になる位置のおもて面からの距離を求め、撮像部の焦点を、前記位置として、検査対象である合成シリカガラス基板を撮像する検査工程を備えている。

（検査準備工程）
検査準備工程では、厚さの異なる、複数の合成シリカガラス基板を用意する。例えば、厚さ６ｍｍ、厚さ８ｍｍ、厚さ１０ｍｍの合成シリカガラス基板を用意する。
そして、図１に示した検査装置を用いて、各合成シリカガラス基板について、散乱光の輝度が最大値になる位置のおもて面からの距離を求める。

具体的には、前記厚さの異なる合成シリカガガラス基板ごとに、合成シリカガラス基板のおもて面に対向して配置された撮像部の焦点を、撮像部の光軸に沿って、前記合成シリカガラス基板のおもて面から裏面に向う位置（深さ方向の位置）をずらして、その位置毎に散乱光の輝度を測定する。そして、散乱光の輝度が最大値になる、おもて面から特定の位置までの距離を求める。

一例を示すと、図３に厚さ６ｍｍ合成シリカガラス基板のおもて面から裏面に向う位置毎の輝度の測定結果を示す。同様に、図４に厚さ８ｍｍガラス基板（合成石英ガラス基板）の合成シリカガラス基板のおもて面から裏面に向う位置毎の輝度の測定結果を示す。更に、図５に厚さ１０ｍｍ合成シリカガラス基板のおもて面から裏面に向う位置毎の輝度の測定結果を示す。

各図における横軸のＣＣＤカメラ座標は、ＣＣＤカメラのＺ方向の基準位置からの移動距離である。また縦軸は、ＣＣＤカメラが検出した画像データから抽出された輝度データ（２５５階調）であり、図中、実線は近似二次曲線を示している。この近似二次曲線のピーク値をベストフォーカス位置とすることで、必要最低限のサンプル数でピント位置を求めることができる。
また、図中の「裏面表面ピント」の表示は、ＣＣＤカメラの焦点が合成シリカガラス基板の裏面の表面に合っている、ＣＣＤカメラ位置であることを示している。
更に、図中の「ベストフォーカス」の表示は、最も輝度が高い、ＣＣＤカメラ焦点位置であることを示している。

これら図３～５からわかるように、最も輝度が高いＣＣＤカメラ焦点位置は、合成シリカガラス基板の裏面よりも、手前（合成シリカガラス基板のおもて面側）に位置している。
各ガラス基板の厚さに対する輝度が最も高い位置は、図３に示す場合には、合成シリカガラス基板のおもて面から４．６ｍｍ、図４に示す場合には、合成シリカガラス基板のおもて面から６．４ｍｍ、図５に示す場合には、合成シリカガラス基板のおもて面から７．６ｍｍである。

そして、前記散乱光の輝度が最大値になる位置のおもて面から距離と、合成シリカガラス基板の厚さとの関係式を求める。
具体的に一例を示すと、図６に示すように、横軸に合成シリカガラス基板の厚さｔ（ｍｍ）、縦軸に輝度が最も高い位置（フォーカス位置）Ｐ（ｍｍ）をとり、散乱光の輝度が最大値になる位置のおもて面から距離と、合成シリカガラス基板の厚さとの関係式を求める。
この図６のグラフから、Ｐ＝０．７８４４ｔ＋０．０５２２が得られる。
尚、ここで、＋０．０５２２は誤差の範囲と考えられる。また、この式における係数０．７８４４は、合成シリカガラス基板において成立するものであり、材料が変われば、再度この準備工程を実施し、関係式を求める必要がある。また、関係式は検査装置のコンピュータ１０によって求められ、メモリ１３に記憶され、次の検査工程の処理に用いられる。

（検査工程）
前記検査準備工程に続く、検査工程では、検査対象である合成シリカガラス基板の厚さから、前記関係式Ｐ＝０．７８４４ｔ＋０．０５２２に基づいて、検査対象である合成シリカガラス基板における散乱光の輝度が最大値になる位置（特定位置）のおもて面からの距離を求める。
即ち、検査対象である合成シリカガラス基板の厚さを求め、その厚さから、輝度が最も高い特定位置（フォーカス位置）Ｐまでのおもて面からの距離を求める。

この際、Ｐ＝０．７８４４ｔ＋０．０５２２における０．０５２２は誤差と判断し、Ｐ＝０．７８４４ｔに基づいて、ＣＣＤカメラの焦点を、Ｐ＝０．７８４４ｔに設定する。そして、前記ＣＣＤカメラによって撮像し、撮像画像を形成する。
尚、前記合成シリカガラス基板のおもて面に対向して配置されたＣＣＤカメラの初期の焦点を、Ｐ＝０．７８４４ｔとした後、オートフォーカス機能、あるいは手動調整し、焦点位置を修正しても良い。

具体的には、合成シリカガラス基板ＷをＸ-Ｙテーブルに搭載する。この合成シリカガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１側にＣＣＤカメラ１を対向して配置し、ＣＣＤカメラ１の焦点を、Ｐ＝０．７８４４ｔとする。
そして、移動駆動機構５によって、合成シリカガラス基板Ｗの面全体を走査するようにＸＹ方向に撮像位置を順に移動させ、各撮像領域Ａｒに対しＣＣＤカメラ１により撮像を行う。

以上のように本発明に係る実施の形態によれば、合成シリカガラス基板Ｗの裏面における欠陥を検出する際、合成シリカガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１に対向するＣＣＤカメラ１の焦点位置を、合成シリカガラス基板Ｗの裏面Ｗ２よりも手前の位置、言い換えれば、合成シリカガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１から裏面Ｗ２に向かってＰ＝０．７８４４ｔの位置とする。
その結果、従来、合成シリカガラス基板Ｗの裏面Ｗ２に焦点をあわせても検出できないような微小な傷や付着物などの欠陥を精度良く検出することができる。また、同じ材質（材料）からなる合成シリカガラス（透光性板状体）であれば、前記関係式に基づき、直ちに適切なおもて面から前記特定位置までの距離Ｐを導くことができる。

尚、本実施の形態においては、合成シリカガラス基板Ｗの裏面Ｗ２における欠陥検査について説明したが、当然ながら図１の構成により合成シリカガラス基板Ｗのおもて面Ｗ１における欠陥検査も行うことができる。
また、本実施の形態においては、合成シリカガラス基板Ｗを例にとって説明したが、本発明に係る光透過性板状体の欠陥検査方法は、これに限定されることなく、透明セラミックス、透明樹脂等の光透過性板状体に適用することができる。
更に、本実施の形態においては、ＣＣＤカメラを用いて検査を行ったが、これに限定されることなく、ＣＭＯＳ等の撮像装置を用いても良い。

本発明に係る合成シリカガラス基板の検査方法について、実施例に基づき、更に説明する。
［実験１］
実験１では、厚さ８ｍｍのガラス基板の裏面に、粒子径０．５μｍ、１．０μｍ、２．０μｍの粒子を付着させ、被検査基板とした。この合成シリカガラス基板に対し欠陥検査を実施した。ここでは、任意に選択した標準粒子について、それぞれの最大輝度（反射光強さ）及び欠陥面積（任意の閾値以上の輝度を示す画素数）を調べた。

（実施例１）
実施例１では、図１に示した装置構成において、合成シリカガラス基板全面に対し走査して撮像し、欠陥検出を行った。ＣＣＤカメラのフォーカス位置は、上記検査工程で求めた通り、合成シリカガラス基板おもて面から裏面に向かってＰ＝０．７８４４ｔの位置とした。

（比較例１）
比較例１では、図１に示した装置構成において、ＣＣＤカメラのフォーカス位置を合成シリカガラス基板の裏面位置に合わせ、欠陥検出を行った。

実施例１の結果を表１、及び図７に示し、比較例１の結果を表２、及び図８にそれぞれ示す。

表１、表２に示すように、実施例１では、特に１．０μｍ以下の小さな粒子径の付着物検出において、比較例１よりも検出輝度、及び欠陥面積ともに大きくなることを確認した。
また、表１、表２、及び図７、図８に示すように欠陥検出数は、実施例１では比較例１よりも大きく増加し、検出感度が高くなることを確認した。

１ ＣＣＤカメラ（撮像部）
２ 照明部
５ 移動駆動機構
１０ コンピュータ
Ｗ 合成シリカガラス基板
Ｗ１ おもて面
Ｗ２ 裏面

Claims (3)

1. 光透過性板状体に光を照射し、欠陥からの散乱光を検出することによって、光透過性板状体の裏面の欠陥の有無を検査する光透過性板状体の欠陥検査方法であって、
   検査準備工程が、
   厚さの異なる、複数の光透過性板状体を用意する工程と、
   前記厚さの異なる光透過性板状体ごとに、光透過性板状体のおもて面に対向して配置された撮像部の焦点位置を、前記光透過性板状体のおもて面から裏面に向って変え、散乱光の輝度を測定する工程と、
   散乱光の輝度が最大値となる特定位置のおもて面からの距離を求める工程と、
   前記散乱光の輝度が最大値となる特定位置のおもて面からの距離と、光透過性板状体の厚さとの関係式を求める工程と、を備え、
   検査工程が、
   検査対象である光透過性板状体の厚さから前記関係式に基づいて、検査対象である光透過性板状体のおもて面から、散乱光の輝度が最大値となる特定位置までの距離を求める工程と、
   前記光透過性板状体のおもて面に対向して配置された撮像部の焦点を、前記特定位置として、前記撮像部によって撮像し、撮像画像を形成する工程と、
   を備えることを特徴とする光透過性板状体の欠陥検査方法。
2. 光透過性板状体が合成シリカガラスであって、
   当該光透過性板状体の厚さをｔ（ｍｍ）、おもて面から前記特定位置までの距離をＰとした場合、
   前記距離Ｐは、Ｐ＝０．７８４４ｔであることを特徴とする請求項１記載の光透過性板状体の欠陥検査方法。
3. 前記光透過性板状体のおもて面に対向して配置された撮像部の焦点を、Ｐ＝０．７８４４ｔとした後、
   撮像部のオートフォーカス機能により誤差が修正され、前記撮像部によって撮像され、撮像画像が形成されることを特徴とする請求項２記載の光透過性板状体の欠陥検査方法。

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