JPH05157533A - パターン欠陥測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】液晶表示装置等の電極パターンの断線、ショー
ト等のパターン欠陥を非接触で高精度に検出する測定装
置を提供すること。 【構成】音響光学素子から周波数の異なる２ビーム光を
発生させ、２ビーム光の間の光路差の変化を電気信号の
位相差として検出する光ヘテロダイン干渉の構成とす
る。このとき、パターンの形成された方向に２ビーム光
の方向を変換して、２ビーム光をパターンを縦断する方
向、横断する方向に走査する。パターンの欠陥は２ビー
ム光の光路差の変化から検出できる。 【効果】２ビーム光の間の光路差が高精度で検出でき
る。パターンがどの方向を向いていても自由に２ビーム
光が走査でき、走査機構が簡素化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置等に用いら
れる電極パターンの如き、微小なパターンの断線、ショ
ート等を非接触で測定するパターン欠陥測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】大きい画面を持つ液晶表示装置が広く用
いられてきたが、画素駆動用ＩＣと画素を接続する電極
も１０μｍ程度の幅に微細化すると共に、電極本数も増
加してきた。画像品質を高めるために微細電極パターン
が正常に形成されていることが必要で、生産工程では電
極の欠陥、特に断線、欠け、ショートの検査が重要にな
っている。従来のパターン欠陥検出法として、（１）Ｔ
Ｖカメラでパターンを拡大し、画像処理により欠陥検出
する方法、（２）接触端子を用いて電気的導通を検出す
る方法が多く用いられている。（１）の方法は、電極部
を照明して反射光あるいは透過光をＴＶカメラで検出
し、得られたビデオ信号を２値化して白黒の２値化パタ
ーンを作成する。検出された２値化パターンのデータ
と、本来形成されているべきパターンデータを比較して
パターン欠陥を検出する。（２）の方法は、接触端子を
パターン上に置いてパターン面を機械ステージで移動さ
せ、電気的な導通を測定してパターン欠陥を検出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】（１）のＴＶカメラに
よる画像処理法は、電極が透明電極の場合には、電極部
とガラスで出来た基材部との間に反射光強度、透過光強
度の差が少なくなり、ビデオ信号を２値化するときのス
ライスレベル強度の設定が困難で、安定した２値化パタ
ーンが得られにくいという問題点がある。また、不透明
電極の場合でも、検出した２値化パターンと基準となる
２値化パターンを比較するとき、画像処理部のハードウ
エア、ソフトウエアの構成が複雑になり、生産現場で簡
易的に使用することができない。（２）の接触端子を用
いる方法は、端子をパターン面上で機械的に走査させる
ことにより、パターンに傷が付く、走査時間が長くなる
という問題点がある。また、色々な方向に形成されたパ
ターンを測定するとき、パターン面を機械的ステージで
回転させるか、端子の移動方向を変化させることが必要
になり、機械的走査系が複雑になるという問題点があ
る。本発明は上記問題点を解消し、簡素な構成で信頼性
の高いパターン欠陥検出装置を実現することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、レーザ光源から放射されるレーザ光を、少
なくとも周波数がｆｍの交流信号で駆動される音響光学
素子により、周波数が異なり且つ異なる方向に進行する
２ビーム光に分離せしめ、該２ビーム光を光アイソレー
タにより２方向に分割し、一方の方向に進行する２ビー
ム光を第一の受光器で検出して参照光信号を作成し、他
方の方向に進行する２ビーム光を走査方向変換素子に入
射し、該走査方向変換素子により２ビーム光の方向を進
行方向に垂直な面内の設定された方向に回転せしめ、対
物レンズにより前記周波数ｆｍに応じた距離だけ離れて
互いに平行に進行する微小スポットに集光してパターン
欠陥が測定される被測定物面上に照射せしめ、パターン
の形成された方向に応じて設定された前記２ビーム光を
走査せしめ、被測定物からの反射光を第二の受光器で検
出せしめて物体反射光信号を作成し、該物体反射光信号
と前記参照光信号との間の位相差を検出する位相差検出
器を設けて、前記被測定物に照射された２ビーム光の間
の光路差に起因する位相の変化を走査の各位置で検出
し、位相変化から前記被測定物上のパターンの欠陥を測
定することを特徴とする。

【０００５】

【作用】音響光学素子から周波数が異なり、異なる方向
に進行する２ビーム光を発生させ、２ビーム光をパター
ンが形成された被測定物面上に照射する。２ビーム光を
パターン上で走査させるとき、特殊形状のプリズムから
成る走査方向変換素子により、２ビーム光を構成する各
々のビームを結ぶ直線の方向を進行方向に垂直な面内で
任意の方向に回転させる。パターンが形成されている方
向に応じ、また測定の目的に応じて２ビーム光の方向を
変換する。例えば、パターンの断線とショート検出で
は、２ビームの方向を９０度変化させるが、被測定物の
表面を機械的に回転させる必要が無く、光学的な変換が
可能になる。周波数が異なる２ビーム光を用い、反射光
を干渉させることで光ヘテロダイン干渉が行われる。ヘ
テロダイン干渉では干渉信号の周波数は一定に保ち、位
相変化を検出する。パターンに欠陥があれば２ビーム光
が照射された２点間の距離が変化する。従って、２ビー
ム光の間の光路差が変化する。この光路差を電気信号の
位相の変化として検出するが、物体面に照射しない基準
となる参照光信号を用いて、参照光信号との間の位相変
化として検出する。

【０００６】

【実施例】以下に図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明の全体動作を説明するシステム
ブロック図である。１０はレーザ光源で、Ｈｅ−Ｎｅレ
ーザ管、あるいは半導体レーザ等から成り、レーザ光１
００を放射する。１１０はレーザ光１００の動作を制御
する光学系で、音響光学素子１１（以下にＡＯと略記す
る）、光アイソレータ１２、走査方向変換素子１３、対
物レンズ１４及び図示していないが他のレンズ、ミラー
などの光学素子から構成される。なお、光学系１１０の
詳細は後述する。１５は周波数ｆｍの信号を発生する交
流信号源、１６は直流電圧を発生する直流信号源であ
る。１７は交流信号源１５と直流信号源１６からの信号
を入力とし、ＡＯ１１の動作を制御する音響光学素子ド
ライバー（以下にＡＯドライバーと略記する）である。
ＡＯドライバー１７は直流電圧信号を高周波信号に変換
する電圧制御発振器（ＶＣＯ）、高周波パワーアンプ、
平衡変調器等から構成される。直流信号源１６から発せ
られる電圧がＶａのとき、ＶＣＯにより周波数ｆａの交
流信号に変換する。平衡変調器は周波数ｆｍとｆａの信
号に対してＡＭ変調を行い、キャリアー周波数ｆａ成分
を抑制して、ｆａ±ｆｍなる２周波数成分を持つ信号を
作成してＡＯ１１に印加する。

【０００７】２周波数成分の超音波進行波がＡＯ１１内
部を進行するとき、光に対する回折格子として作用す
る。従って、ＡＯ１１に入射するレーザ光１００は異な
る方向に回折して進行する２ビーム光１０１、１０２に
分離するが、１次回折光がさらに±１次回折光に分離し
たものである。この２ビーム光１０１、１０２はドップ
ラーシフトにより周波数が変調される。レーザ光１００
の周波数をｆｏとしたとき、ビーム１０１、１０２の周
波数は、ｆｏ＋ｆａ＋ｆｍ、ｆｏ＋ｆａ−ｆｍとなる。
このとき、２ビーム光１０１、１０２の間の差周波数は
２ｆｍである。なお、交流信号源１５による周波数ｆｍ
で２ビーム光の間の角度を制御するが、角度は周波数に
比例する。また、直流信号源１６の電圧により回折角度
を変化させることができる。２ビーム光１０１、１０２
を光アイソレータ１２により２方向に分割する。反射し
て一方の方向に進行する２ビーム光は参照光１０３、１
０４として第一の受光器１８で受光する。透過して他方
の方向に進行する２ビーム光はステップモータ１９によ
り光軸の周りに回転する走査方向変換素子１３に入射す
る。走査方向変換素子１３はプリズムの組合せから成
り、その反射面を光軸の周りに回転することにより、回
転角度の２倍の角度方向に２ビーム光の方向を変換す
る。ここで、２ビーム光の方向変換とは、２ビーム光を
構成する各々のビームの強度最大点を結ぶ線の方向を、
ビームの進行方向に対して垂直な面内で変換すること
で、パターンの形成されている方向に応じ、また欠陥測
定の種類に応じて変換方向を設定する。

【０００８】走査方向変換素子１３を出射した２ビーム
光を対物レンズで微小なスポット径に集光し、パターン
欠陥が測定される被測定物２０に照射する。被測定物２
０はパルスステージ等の機械ステージ２１に設置され、
Ｘ−Ｙ平面内で移動する。被測定物２０の面上では、機
械ステージ２１を停止して２ビーム光を光学的に走査し
ても良く、逆に２ビーム光の光学的走査を停止して機械
ステージ２１を移動しても良い。さらには、２ビーム光
の光学的走査と機械ステージ２１の移動の両方を組み合
わせてもよい。被測定物２０に照射する２ビーム光は交
流信号源１５の周波数ｆｍ及び光学系１１０を構成する
各種レンズの焦点距離に応じた距離だけ離れて互いに平
行に進行する。被測定物２０で反射した２ビーム光は対
物レンズ１４、走査方向変換素子１３を逆進して光アイ
ソレータ１２で反射され、反射光１０５、１０６として
第二の受光器２２で検出される。

【０００９】第一の受光器１８、第二の受光器２２で受
光される２ビーム光は周波数が異なるため、受光器上で
干渉すると差周波数２ｆｍのビート信号が発生する。こ
のビート信号はＡ＋Ｂ・ｃｏｓ（２π・２ｆｍｔ＋φ）
なる形で表されるが、直流成分となる光強度Ａはカット
し、交流信号Ｂ・ｃｏｓ（２π・２ｆｍｔ＋φ）のみを
検出する。ここでφは位相である。このようなビート周
波数の光信号を検出する技術は光ヘテロダイン干渉法と
して知られており、本願発明者により特許公報平３−４
４２４３号公報の光ヘテロダイン干渉法による表面形状
測定装置に詳細に述べられており、本願では説明を省略
する。参照光となる２ビーム光１０３、１０４は被測定
物２０に照射しないため、参照光信号２３の位相φｒは
一定である。ここで、参照光信号をＢ１・ｃｏｓ（４π
ｆｍｔ＋φｒ）で表す。反射光の２ビーム光１０５、１
０６を干渉させて得られる物体反射光信号２４の位相φ
ｓは、被測定物２０に照射された２ビーム光の２点間の
光路長の差に応じて変化する。ここで、物体反射光信号
をＢ２・ｃｏｓ（４πｆｍｔ＋φｓ）で表す。２５は参
照光信号２３と物体反射光信号２４の間の位相差φｒ−
φｓを検出する位相差検出器である。位相φｒは一定値
であるため、位相差を検出することにより、被測定物２
０に照射される２ビーム光の間の光路長差を検出するこ
とができる。なお、反射光強度Ｂ１、Ｂ２に変化があっ
ても位相差の測定は影響を受けない。２６はデータ処理
部で、検出された位相差の変化から被測定物２０のパタ
ーン欠陥を判定する。

【００１０】図２に本発明による２ビーム光を発生し、
方向を変換する光学系の構成例を示す。レーザ光源１０
から出射したビーム１００をシリンドリカルレンズ（焦
点距離ｆ１）２０１と凸レンズ（焦点距離ｆ２）２０２
の組合せにより、紙面に平行な面内に広がりを持ち、紙
面に垂直な方向に集束するシート状ビームに変換してＡ
Ｏ１１に照射する。図１で説明したごとくＡＯ１１から
は周波数が異なる２ビーム光が発生する。但し本図では
２ビーム光を省略している。ＡＯ１１を出射したビーム
は凸レンズ２０３（焦点距離ｆ２）とシリンドリカルレ
ンズ２０４（焦点距離ｆ１）により再び円形状のビーム
に変換する。このとき、シリンドリカルレンズ２０１と
２０４の屈折作用面は互いに直交する方向に設定する。
２ビーム光を２方向に分割する光アイソレータ１２を凸
レンズ２０３とシリンドリカルレンズ２０４の間に配
し、凸レンズ２０５により集光して参照光として第一の
受光器１８で検出する。また物体からの反射光を凸レン
ズ２０６により集光し、第ニの受光器２２で検出する。
ここで、受光器１８、２２に入射する参照光、反射光は
シート状ビームで、受光面よりも大きな広がりをもたせ
る。受光器１８、２２を紙面内方向に移動する機構を持
たせて、ビート信号の相互の初期位相差を機械的に調整
できるようにする。

【００１１】ＡＯ１１からは回折１次光による２ビーム
光以外に、非回折光、高次回折光も発生するため、シリ
ンドリカルレンズ２０４の後方焦点位置２０７で非回折
光、高次回折光をカットし、回折１次光による２ビーム
光だけを通過させる。この通過した２ビーム光は発散光
として凸レンズ（焦点距離ｆ３）２０８に入射して平行
光にコリメートされ、ガルバノミラー（以下にＧＭと略
記する）２０９に入射する。ＧＭ２０９は紙面に平行な
面内で反射角度を変化させ、ＡＯ１１による回折方向と
同じ方向に２ビーム光を走査する。ＧＭ２０９で反射し
て走査される２ビーム光は凸レンズ２１０（焦点距離ｆ
４）で集光され、発散光として走査方向変換素子１３に
入射する。走査方向変換素子１３は正三角形プリズム２
１１と頂角が３０度、６０度の直角プリズム２１２から
構成され、直角プリズム２１２の反射底面２１３をステ
ップモータ１９により光軸の周りに回転させる。なお、
２ビーム光はプリズム内部をＶ字型の光路で進行する。
正三角形プリズム２１１の入射面２１４に入射する２ビ
ーム光の各々のビームの強度最大点を結ぶ線の方向が紙
面に平行なＡ方向であるとき、反射底面２１３の回転に
より、回転角度の２倍の角度方向に２ビーム光の方向が
変換される。走査方向が変換された２ビーム光を凸レン
ズ（焦点距離ｆ５）２１５に入射してコリメートし、対
物レンズ（焦点距離ｆ０）２１６で微小なスポットに集
光して被測定物２０に照射する。

【００１２】図２で説明した光学系ではＡＯ１１で２ビ
ーム光を発生し、ＧＭ２０９で２ビーム光を１次元的に
走査する例である。ＧＭ２０９の反射角度の変化がθで
あれば、被測定物２０の面上での２ビーム光の走査距離
Ｄｇは、Ｄｇ＝ｆ４・ｆ０・θ／ｆ５となる。被測定物
２０のパターン長さが上記の走査距離Ｄｇよりも大きい
場合は、ＧＭ２０９の走査と機械ステージ２１を併用し
て走査を行う。さらにＡＯ１１も直流信号源１６の電圧
を変化させることで、２ビーム光を走査することができ
る。従って、ＡＯ１１とＧＭ２０９及び機械ステージ２
１の３つを併用して走査することもできる。２ビーム光
を１次元的に走査するとき、走査方向と直交する方向は
機械ステージ２１で行うが、ＧＭ２０９と直交する方向
に走査を行う走査素子を設けて、２次元的に２ビーム光
を走査する構成でもよい。

【００１３】図３に２ビーム光の走査方向変換例を示
す。被測定物２０の面上で、ＡＯ１１から発生する２ビ
ーム光の各々のビーム１０１、１０２を結ぶ直線の方向
がＸ方向にあるとする。図３（１）は走査方向変換素子
１３の直角プリズム２１２の反射底面２１３の光軸との
角度が紙面に平行な面内のθ＝０度の状態にある場合の
２ビーム光の方向で、方向変換は無くてＸ方向に向いて
いる。図３（２）は反射底面２１３を１５度光軸の周り
に回転した場合で、２ビーム光の方向はＸ方向から３０
度の方向に変換される。このようにして、反射底面２１
３の回転角度の２倍の角度方向に２ビーム光の方向を変
換できる。パターン上での２ビーム光の走査では、反射
底面２１３を±４５度の角度範囲で回転すれば全方向に
２ビーム光を走査することができる。

【００１４】図４に電極パターンの欠陥検出を行うとき
の２ビーム光走査の例を示す。図４（１）は走査の方向
を示す図で、４１１、４１２，，，４１ｎは電極パター
ン部である。４２は電極パターン４１１上をＹ軸方向に
縦断して走査する２ビーム光で、４３は電極パターンを
Ｘ軸方向に横断して走査する２ビーム光である。４２に
示す２ビーム光に対して、直角プリズム２１２の反射底
面２１３を４５度回転させれば４３に示す２ビーム光の
方向が得られる。このように、２ビーム光の走査方向が
光学的手段で容易に変換されるため、機械ステージ２１
を用いてパターン面を回転させる必要が無くなる。４２
に示す２ビーム光の走査では図４（２）に示した電極パ
ターン４１１の断線検出を行う。２ビーム光の間に断線
による段差が生じれば、２ビーム光の間に光路差が生じ
て位相が変化する。４３に示す２ビーム光の走査では図
４（３）に示した電極パターンのショート検出を行う。
この場合も、基材部のガラスと電極部の間の段差の変化
から２ビーム光の間に光路差が生じて位相が変化する。

【００１５】図５で２ビーム光の間の光路差と検出する
位相の関係を断線検出の例を用いて説明する。図５の５
０は電極パターン部、５１はガラスの基材部である。点
線で囲んだ位置５２でパターンの断線がある。５３、５
４はパターンに照射される２ビーム光で、３つの状態
Ａ、Ｂ、Ｃを示している。状態Ａは正常なパターン５０
に照射されている場合、状態Ｂは断線した部分５２に照
射されている場合、状態Ｃは基材部５１に照射されてい
る場合である。状態Ａ、Ｃにおいては２ビーム光の間に
光路差が無い。状態Ｂでは２ビーム光の間に光路差が生
じる。レーザ光の波長をλ、電極パターン５０と基材部
５１の間の段差をΔｈとしたとき、位相φとΔｈの関係
は、Δｈ＝λφ／４πである。レーザ光源１０にＨｅ−
Ｎｅレーザを用いるとき、位相角１度当りのΔｈは０．
０００８８μｍであり、１／１００波長以下の光路差が
検出できる。位相検出を行うとき、参照光信号２３、物
体反射光信号２４の個々の位相の絶対値は重要ではな
く、両者の位相差が重要になって来る。従って電極パタ
ーン５０が無い基材部５１に２ビーム光が照射されてい
る場合に、受光器の位置を調整し、初期位相差を０に調
整する。このとき、状態Ａでは位相差は０で断線が無い
と判断でき、状態Ｂでは位相差が発生するために断線が
あると判断される。

【００１６】位相差検出では０〜２πまたは−π〜πの
範囲の角度が測定される。このとき検出される光路差Δ
ｈは、−λ／４≦Δｈ≦λ／４の範囲であり、位相差の
符号により凹凸が判断できる。本例のような欠陥測定で
は凹または凸のいずれかの状態を検出するために、Δｈ
≦λ／２の範囲まで可能である。本例で述べた欠陥検出
では位相検出であったが、断線等の検出では位相差だけ
でなく、物体反射光信号２４の振幅成分も変化するた
め、振幅検出も併用しても良い。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明かなごとく、本発明で
は２ビーム光を用いた光ヘテロダイン干渉により、０．
０１μｍまでの光路差が安定して検出できるため、特に
ショート検出の測定分解能が高い。また、電気信号によ
る位相検出を行うため、反射光強度変化に影響されず、
簡素なデータ処理でリアルタイム的に欠陥検出が可能で
ある。また、２ビーム光の間隔は交流信号の周波数だけ
で容易に可変となり、パターンの大きさに合わせて２ビ
ーム光が設定できる。更に２ビーム光の走査方向を光学
的に任意の方向に自由に変換できるため、パターン面を
機械的に回転させる必要もなく、機械ステージ系の構成
も簡略化できる。以上のことから従来の測定装置に比べ
て高精度、高速度の測定が簡素な構成で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】２ビーム光の方向を変換して走査を行う光学系
の構成を示す図である。

【図３】２ビーム光の方向の変換を示す図である。

【図４】（１）は電極パターン上での２ビーム光の走査
の方向を示す図で、（２）は断線検出例を示す図で、
（３）はショート検出を示す図である。

【図５】パターンの断線の場合に、光路差と位相の関係
を説明する図である。

【符号の説明】

１０ レーザ光源 １１ 音響光学素子 １２ 光アイソレータ １３ 走査方向変換素子 １５ 交流信号源 １８ 第一の受光器 ２２ 第二の受光器 ２３ 参照光信号 ２４ 物体反射光信号 ２５ 位相差検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光源から放射されるレーザ光を、
   音響光学素子を介して周波数と進行方向が異なる２つの
   ビームから成る２ビーム光に分割し、該２ビーム光の各
   ビームを光アイソレータにより２方向に分割し、一方の
   方向に進行する２ビーム光を第一の受光器で検出して参
   照光信号を作成し、他方の方向に進行する２ビーム光を
   走査方向変換素子に入射せしめ、該走査方向変換素子に
   より２ビーム光の方向を進行方向に垂直な面内で回転さ
   せた後、対物レンズにより微小スポットに集光してパタ
   ーン欠陥が測定される被測定物面上に照射せしめ、該被
   測定物からの反射光を第二の受光器で検出して物体反射
   光信号を作成し、該物体反射光信号と前記参照光信号と
   の間の位相差を位相差検出器により検出し、前記被測定
   物に照射された２ビーム光の各ビーム間の光路差に起因
   する位相の変化を走査の各位置毎に求め、前記被測定物
   上のパターンの欠陥を検出することを特徴とするパター
   ン欠陥測定装置。