JPH06347416A - 光学式欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料に存在する複数種類の欠陥を同時にしか
も正確に検出できる欠陥検査装置を提供する。 【構成】 ｘｙステージ上に検査すべき試料を配置す
る。試料に向けて照明光を投射し、その透過像を撮像
し、主走査方向の１ライン毎に出力する。そして、１ラ
イン毎の出力信号に基いて透過光による欠陥検査を行な
う。同時に、光源から試料に向けて光ビームを放出し、
ビーム偏向装置により垂直入射ビームとして試料に投射
する。試料からの反射散乱光をビーム偏向装置を介して
光検出器で受光し、散乱パターンの変化に基いて試料表
面に存在する欠陥を検出する。そして、ｘｙステージの
ｙ方向移動を副走査として共用し、透過光検出及び散乱
光検出を同時に行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学式欠陥検査装置、
特に複数の素子が規則的に配列されている試料の欠陥を
光学的に検出する光学式欠陥検査装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】カラー液晶素子装置に用いられるカラー
フィルタ、半導体装置の製造に用いられるマスクパター
ン、半導体メモリ、ＣＣＤアレイ等は、微小な素子が規
則的に配列されている。これらのカラーフィルタ、マス
クパターン等においては、多数の構成素子のうちの１個
の素子に欠陥があるだけでも組み込まれた装置等に欠陥
が生じてしまい、製品としての価値が喪失してしまう。
従って、多数の素子が規則的に配列されている試料の欠
陥検査を正確に実行できる欠陥検出装置の開発が強く要
請されている。

【０００３】例えば、カラー液晶素子装置に用いられる
カラーフィルタの欠陥として、表面上に微小な突起が形
成されることによる突起欠陥、カラー素子の一部がぬけ
る白ヌケ欠陥、異物付着による黒ヌケ欠陥、ブラックマ
トリックのパターン異常等の各種の欠陥がある。このよ
うに、カラーフィルタの欠陥には複数の種類の欠陥が存
在し、各欠陥の性質がそれぞれ相異するため、現在の製
造工程では作業者による目視検査により欠陥検査が行な
われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】目視検視による欠陥検
査では、複数種類の欠陥を１回の検査作業で検出できる
利点があるが、検査精度に難点があり、応々にして欠陥
を見逃してしまう欠点があった。欠陥を見逃すと、液晶
表示装置に組み込んだ場合、一部の画素が表示されず、
液晶表示装置の性能が著しく低下してしまうため、許さ
れないことである。また、目視検査には熟練した技術が
要求され、しかも作業性にも難点があり、作業者の眼に
強い疲労を与える不都合も生じてしまう。従って、本発
明の目的は、複数の素子が規則的に配列されている試料
について１回の検査作業で複数種類の欠陥を同時に検出
できる欠陥検査装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による光学的欠陥
検査装置は複数の素子が規則的に配列されている試料の
欠陥を光学的に検出する光学式欠陥検査装置であって、
欠陥検査すべき試料を載置するｘｙステージと、ｘｙス
テージ上に載置された試料に向けて照明光を投射する照
明光源と、試料の透過像を撮像し、主走査方向の１ライ
ン毎に出力信号を発生する撮像装置と、前記撮像装置か
らの１ライン毎の出力信号に基いて試料中に存在する欠
陥を検出する第１の欠陥検出回路と、光ビームを放出す
る光源と、この光源から放出した光ビームを主走査方向
に偏向し、前記試料に向けて垂直入射ビームとして投射
するビーム偏向装置と、試料からの反射散乱光を前記ビ
ーム偏向装置を介して受光する光検出器と、前記ビーム
偏向装置と光検出器との間の光路中に配置され、前記試
料表面に対応した散乱光パターンに対応した形状を有す
る遮光マスクと、前記光検出器からの出力信号に器いて
試料中の突起欠陥を検出する第２の欠陥検出回路とを具
えることを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】例えば、液晶表示装置に組み込まれるカラーフ
ィルタでは、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー素子がｘ及びｙ方向に
沿って規則的に配列されており、その欠陥として、カラ
ーフィルタの表面に数10μm 程度の微小突起が形成され
ることによる突起欠陥、カラー素子の一部がぬけること
による白ヌケ欠陥、カラーフィルタ素子の表面に異物が
付着することによる黒欠陥、ブラックマトリックスのパ
ターン異常による欠陥がある。本発明者が、これらの欠
陥について検討した結果、突起欠陥については、カラー
フィルタ表面を垂直入射光ビームにより走査した際に生
ずる反射散乱光パターンにより検出できることを見い出
した。すなわち、カラーフィルタに突起欠陥がない場
合、十字状の反射散乱光パターンが形成され、一方、突
起欠陥が存在すると、このパターンがくずれてしまう。
従って、反射散乱光によるパターン変化を検出すること
により微小な突起欠陥を正確に検出することができる。
また、白ヌケ欠陥、黒欠陥及びブラックマトリックスの
パターン異常による欠陥は共に透過光による強度変化に
より正確に検出できる。

【０００７】上述した認識に基き、本発明では欠陥検査
されるべき試料に向けて一様な強度分布の照明光を投射
し、各素子を透過した透過光を例えばリニアイメージセ
ンサのような撮像装置により主走査方向の一ライン毎に
受光し、各受光素子の出力信号を順次読み出して基準値
と比較することにより白ヌケ欠陥や黒欠陥を検出する。
また、突起欠陥の検出は、例えばレーザ光源から放出さ
れた光ビームをビーム偏向装置により主走査方向に偏向
し垂直入射ビームとして投射する。試料からの反射光を
ビーム偏向装置を介して光検出器に入射させる。試料か
らの反射光を再びビーム偏向装置を通過させることによ
り、この反射ビームは静止ビームとして光検出器に入射
する。光検出器に入射する反射散乱光は十字状の散乱光
パターンを形成するから、そのパターンに対応した遮光
マスクを用い、光検出器に入射する光量を検出すること
により突起欠陥の存在を正確に検出することができる。

【０００８】透過光検査の光学系と反射散乱光検出用の
光学系とをｘｙステージのｘ方向に沿って並列配置し、
ｘｙステージのｙ方向移動を副走査として用いる。この
ように構成することにより、ｘｙステージをｘ方向（主
走査方向）に１ピッチづつずらしながらｙ方向に副走査
移動することによりｘｙステージのｙ方向移動を副走査
として共用でき、１回の検査作業により試料の全表面を
透過光検出用の照明光及び反射散乱光検出用の光ビーム
で走査でき、検査時間を一層短縮することができると共
に作業性も一層向上する。

【０００９】試料からの反射散乱光パターンは、試料表
面に存在する微小な突起や凹部により大きく変化するか
ら、散乱パターン検出により目視検査よりも一層高精度
に突起欠陥を検出することができる。また、微小な白ヌ
ケ欠陥や黒欠陥が存在すると、試料からの透過光強度が
大きく変化するから、透過光を検出することにより白ヌ
ケ及び黒欠陥等を高精度に検出できる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明には欠陥検査装置の一例の構成
を示す線図である。本例では、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー素子
が規則的に配列されているカラーフィルタの欠陥及びそ
のアドレスを検出する例について説明する。欠陥検査す
べきカラーフィルタ１をｘｙステージ２上に載置する。
ｘｙステージ２はｘ方向（主走査方向）及びこれと直交
するｙ方向（副走査方向）に自在に移動する。第１の光
源であるハロゲンランプ３から放射された均一な強度分
布の照明光を光ファイバを介してｘｙステージ２のカラ
ーフィルタ１の反対側から投射する。カラーフィルタ１
の各カラー素子を透過した透過光を対物レンズ４で受光
し、撮像装置５上に結像する。本例では、撮像装置５
は、複数の受光素子が主走査方向に１次的に配列されて
いるリニアイメージセンサで構成する。リニアイメージ
センサの各受光素子はカラーフィルタ１の各カラー素子
と対応するように設定する。撮像装置５（リニアイメー
ジセンサ）の各受光素子の出力信号を映像同期信号発生
回路６からの同期信号により順次読み出し、差動回路７
及び可変長ディレイライン８にそれぞれ供給する。可変
長ディレイライン８は、カラーフィルタ素子の繰り返し
周期だけ入力信号を遅延させるものであり、その遅延出
力を作動回路７の反転入力端子に供給する。そして、作
動回路７からの出力信号を比較回路９に供給し基準信号
と比較する。作動回路７、可変長ディレイライン８及び
比較回路９は第１の欠陥検出回路を構成する。

【００１１】第１の欠陥検出回路の欠陥検出動作を図２
及び図３を参照して説明する。図２はカラーフィルタの
カラー素子に白ヌケ欠陥があった場合の出力信号を示す
ものであり、図２(a) は作動回路７の非反転入力端子に
供給されるリニアイメージセンサ５からの信号波形を示
し、同図(b) は可変長ディレイラインにより１ライン分
遅延され作動回路の反転入力端子に供給される信号波形
を示し、同図(c) は比較回路９に入力する信号波形を示
す。カラーフィルタに白ヌケ欠陥があると、白ヌケ欠陥
が存在する素子から強い透過光が発生し、その状態を図
２(a) のピークとして示す。ディレイラインからの出力
信号は１画素分だけ遅延するため、図２(b) に示すよう
に１ピッチずれに信号となる。このとき、差動回路７か
らの出力信号は、図２(C) に示すように、連続する信号
中に負のピーク及び正のピークがこの順序で発生する。
これら負及び正のピークは比較回路９で設定した基準値
と比較され、設定した基準値を超える場合、ピークが発
生したものと判断する。従って、連続するライン信号中
に負及び正のピークがこの順序で発生した場合、白ヌケ
欠陥が存在していると判定することができる。

【００１２】次に、黒欠陥の検出について説明する。図
３に示すように、カラー素子中に黒欠陥がある場合、リ
ニアイメージセンサ５の出力信号の１ラインの信号中に
下向きのピークが発生する。従って、作動回路７におい
てリニアイメージセンサ５からの出力信号（図３(b))か
ら可変長ディレイライン８からの出力信号（図３(c))を
減算することにより、正及び負のピークがこの順序で発
生する。従って、あるライン信号と次のライン信号中に
正及び負のピークがそれぞれ連続して生じた場合黒ヌケ
欠陥が存在すると判定する。

【００１３】比較回路９で検出したピーク信号及び映像
同期信号発生回路６で発生した同期信号を第１の欠陥ア
ドレス判定回路10に供給し、白ヌケ及び黒ヌケ欠陥のア
ドレスを決定する。尚、アドレス決定の操作については
後述することにする。

【００１４】次に、突起欠陥の検出動作について説明す
る。レーザ光源11から走査用の光ビームを放射する。光
ビームは、中央部に開口を有する有孔ミラー12を経て回
転プリズム体13に入射する。この回転プリズム体13は光
学的に透明な材料から成り、互いに平行な光学面を２対
有するプリズムとする。この回転プリズム体は光軸と直
交する方向に存在する回転軸線Ｒを有し、ステップモー
タ（図示せず）により回転軸線Ｒのまわりで回転する。
入射ビームは、回転プリズム体の回転により光学面に対
する入射角が時間と共に変化するから、回転プリズム体
13から出射する光ビームは、光軸に平行で光軸からの距
離から時間と共に変化する光ビームとして出射する。従
って、ｘｙステージ２上に載置されたカーフィルタ１は
垂直に入射する光ビームによりｘ方向（主走査方向）に
１次元的に走査されることになる。同時にｘｙステージ
２は駆動制御回路14から駆動回路15に供給される駆動制
御信号によりｙ方向（副走査方向）及びｘ方向に順次間
欠的に移動する。従って、カラーフィルタ１は、その全
表面が垂直入射光ビームにより２次元的に走査されるこ
とになる。

【００１５】カラーフィルタ３からの反射散乱光は再び
回転プリズム体13に入射し、入射光路と同一の光路を経
て有孔ミラー12で反射し、遮光マスク16及び集光レンズ
17を経て光検出器18に入射する。図３はカラーフィルタ
からの反射散乱光による回析像の一例を示す線図であ
り、図３(a) はカラーフィルタに欠陥がない場合の回析
パターンを示し、同図(b) はカラーフィルタに突起欠陥
がある場合の回析パターンを示す。突起欠陥がない場合
十字形状の回析パターンが形成され、突起欠陥がある場
合十字形状のパターンの周辺に円形のパターンが付加さ
れた形状の回析パターンが形成される。従って、遮光マ
スク16が図４(a) に示す形状の遮光部を有すれば、突起
欠陥がある場合光検出器18への入射光量が増大し、光検
出器18の入射光量の変化から突起欠陥を検出することが
できる。

【００１６】光検出器18からの出力信号をリニア増幅器
19及び積分増幅器20にそれぞれ供給し、これらの出力信
号を比較器21に供給する。比較器21では、リニア増幅器
19からの出力と積分増幅器20からの出力とを比較し、こ
れら出力信号間に差異がある場合突起欠陥があるものと
判定し、その出力を第２の欠陥アドレス判定回路22に出
力する。このように構成することにより、カラーフィル
タに微小な波打等があってもこの影響を受けず、突起欠
陥の検出精度を一層良好にすることができる。

【００１７】次に、欠陥のアドレス決定について説明す
る。図４はｘｙステージ２のｘ及びｙ方向の移動動作の
一例を示す。ｘｙステージはカラーフィルタ１の一端側
から他端側に向けてｙ方向（副走査方向）に定速で移動
し、次にｘ方向に間欠的に移動し、再びｙ方向に沿って
反対向きに移動し、この移動動作を繰り返してカラーフ
ィルタ１の全表面を走査できるよう移動する。本例で
は、リニアイメージセンサ５の試料上にける撮像長（視
野長）とビーム偏向装置13の試料上における走査長とを
互いに等しくなるように設定する。また、透過検査を行
なうリニアイメージセンサ5 及び反射散乱光検査を行な
うためのレーザ光源11は、ｘ方向に前記走査長又は撮像
長の２倍の距離だけ離間するよう配置し、ｙ方向におい
て互いに等しいレベル位置に配置する。さらに、ｘｙス
テージ２のｘ方向の間欠移動量は前記走査長又は視野長
に等しく設定する。このように設定すれば、リニアイメ
ージセンサ５のカラーフィルタ上における撮像位置の基
準点とビーム偏向装置13の走査位置の基準点とが互いに
ｘ方向に２ピッチずれるだけであるから、ｘｙステージ
２の１回の移動走査により透過光検査及び反射散乱光検
査の両方を同時に行なうことができ、検査時間の短縮化
を図ることができる。尚、リニアイメージセンサの試料
上における撮像長とビーム偏向装置の走査長は必ずしも
等しくする必要はなく、撮像長と走査長とが互いに相違
してもリニアイメージセンサ５及び光検出器18からの出
力信号を一旦メモリに記憶してから所定の信号処理を施
すことにより欠陥のアドレスをそれぞれ正確に検出する
ことができる。

【００１８】図１に示すように、ｘｙステージ２にステ
ージ位相検出装置23を設け、ｘｙステージ２の原点位置
及び移動中のアドレスを検出し、検出したｘ及びｙ方向
アドレスを第１及び第２の欠陥アドレス判定回路10及び
22にそれぞれ供給する。

【００１９】次に、透過光検査におけるアドレス判定に
ついて説明する。リニアイメージセンサ５の読出を制御
する映像同期信号発生回路６からの同期信号を第１の欠
陥アドレス判定回路10に供給する。この第１の欠陥アド
レス判定回路では、比較回路９から供給される欠陥情報
並びにステージ位置検出装置23から供給されるｘｙステ
ージのｘ及びｙ方向アドレスと映像同期信号発生回路６
から供給される同期信号に基いて検出した欠陥のアドレ
スを判定する。すなわち、比較回路９からの欠陥検出信
号が入力した時点におけるｘｙステージ２のｘ及びｙ方
向のアドレス情報及び映像同期信号発生回路から供給さ
れる１撮像ライン中のアドレス情報に基いて検出した欠
陥のアドレスを特定し、そのアドレスをメモリ24に出力
する。

【００２０】次に、反射散乱光検査におけるアドレス判
定について説明する。回転プリズム体13の回転に伴な
い、走査光ビームは光軸からの距離が除々に変化するよ
うに偏向され、カラーフィルタ１上に形成される走査ス
ポットも主走査方向に沿って変位する。この走査スポッ
トの位置変位を図６に示す。一方、回転プリズム体の各
光学面間のエッジ部に光ビームが入射すると、光ビーム
は光軸とほぼ直交する方向に反射する。このため、図１
に示すように、光検出器25を配置してエッジ部で反射し
た光ビームを受光する。そして、光検出器25からの出力
信号をビーム走査同期信号発生回路26に供給して水平同
期信号を発生させ、発生した水平同期信号に基いて突起
欠陥の主走査方向のアドレスを検出する。水平同期信号
をアドレス検出回路27に供給し、主走査方向のアドレス
情報を第２の欠陥アドレス判定回路22に供給する。尚、
アドレス検出回路27では、図５に示すように走査スポッ
トが時間に対して若干線形性を欠いているため、例えば
メモリからの読み出し時間を制御することにより線形性
を維持することができる。第２の欠陥アドレス判定回路
22では、比較器21からの欠陥検出信号が入力した時点に
おけるｘｙステージ２のｘ及びｙ方向のアドレス情報及
びアドレス検出回路26から供給される１走査ライン中の
アドレス情報に基いて検出した突起欠陥のアドレスを特
定し、メモリ24に出力する。

【００２１】メモリ24には、検出した欠陥の種類及びア
ドレスが記憶されているから、記憶されている欠陥情報
及びアドレス情報に基いて欠陥を補修する作業や欠陥を
精密撮影することもできる。この場合、メモリ24にアド
レス読出回路28を接続し、読み出したアドレス情報に基
いて駆動回路15を介してｘｙステージを移動させること
により欠陥位置を再生することができる。

【００２２】本発明は上述した実施例だけに限定されず
種々の変形や変更が可能である。例えは、上述した実施
例では、反対散乱光による欠陥検査において光検出器か
らの出力信号をリニアアンプ及び積分アンプに供給し、
これらの出力信号を比較することにより欠陥検出を行な
ったが、光検出器からの出力信号を増幅した後基準電圧
と直接比較し、基準電圧を超えた場合、欠陥が存在して
いると判定することもできる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、検
査すべき試料の透過像を撮像すると共に試料表面に起因
する散乱パターンを検出しているから、試料中に物理的
に性質の異なる欠陥が存在していても、各欠陥をそれぞ
れ高精度に検出することができる。この結果、目視検査
に比べて欠陥検査精度を一層向上させることができる。
また、透過像撮像光学系と散乱パターン検出光学系をｘ
ｙステージのｘ方向に離間して配置すれば、両方の光学
系に対してｘｙステージのｙ方向移動を副走査として共
用することができ、この結果１回の走査作業により複数
種類の欠陥を同時に検出することができ、検査に要する
作業時間を一層短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による欠陥検査装置の一例の構成を示す
線図である。

【図２】白ヌケ欠陥の検出信号を表わす信号波形図であ
る。

【図３】黒ヌケ欠陥の検出信号を表わす信号波形図であ
る。

【図４】試料による反射散乱パターンの一例を示す線図
である。

【図５】ｘｙステージのｘ及びｙ方向の移動を示す線図
である。

【図６】ビームスポットの試料上における変位を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１ 試料 ２ ｘｙステージ ３ 照明光源 ４ 対物レンズ ５ 撮像装置 ６ 映像同期信号発生回路 ７ 差動回路 ８ 可変長ディレイライン ９ 比較回路 10 第１の欠陥アドレス判定回路 11 光源 12 有孔ミラー 13 ビーム偏向装置 16 遮光マスク 18 光検出器 19 リニア増幅器 20 積分増幅器 21 比較器 22 第２の欠陥アドレス判定回路 23 ステージ位置検出装置 24 メモリ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の素子が規則的に配列されている試
   料の欠陥を光学的に検出する光学式欠陥検査装置であっ
   て、 欠陥検査すべき試料を載置するｘｙステージと、 ｘｙステージ上に載置された試料に向けて照明光を投射
   する照明光源と、 試料の透過像を撮像し、主走査方向の１ライン毎に出力
   信号を発生する撮像装置と、 前記撮像装置からの１ライン毎の出力信号に基いて試料
   中に存在する欠陥を検出する第１の欠陥検出回路と、 光ビームを放出する光源と、 この光源のから放出した光ビームを主走査方向に偏向
   し、前記試料に向けて垂直入射ビームとして投射するビ
   ーム偏向装置と、 試料からの反射散乱光を前記ビーム偏向装置を介して受
   光する光検出器と、 前記ビーム偏向装置と光検出器との間の光路中に配置さ
   れ、前記試料表面に対応した散乱光パターンに対応した
   形状を有する遮光マスクと、 前記光検出器からの出力信号に基いて試料中の突起欠陥
   を検出する第２の欠陥検出回路とを具えることを特徴と
   する光学式欠陥検査装置。