JP2009092481A - 外観検査用照明装置及び外観検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外観検査用照明装置及び外観検査装置において、高精度な外観検査を実現すると共に、装置の小型化を図る。
【解決手段】被検査基板（２１）に対し照明光を照射する外観検査用照明装置１０において、線状の発光面を有する光源（１１）と、上記発光面の長手方向に屈折する線状の傾斜面（１２ｂ）を平行に並べたフレネル面１２ａを有するシリンドリカルフレネルレンズ１２と、を備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）その他のフラットパネルディスプレイなどの基板を外観検査するために使用される外観検査用照明装置及び外観検査装置に関し、更に詳しくは、例えば目視により被検査基板の欠陥を検査（マクロ検査）するために、被検査基板に対し照明光を照射する技術に関する。

図５は、従来の目視外観検査を説明するための説明図（その１）である。
同図において、外観検査用照明装置５０は、点光源５１と、この点光源５１より発せられる拡散光ＳＬの波長制御をする波長フィルタ５２と、点光源５１より後方に発せられる拡散光を集光させる楕円反射板５３とを備え、被検査基板であるガラス基板５４に拡散光ＳＬを照射している。

ガラス基板５４は、図示しない基板保持装置に固定され、この基板保持装置の揺動機構により任意角度に回動可能となっている。ガラス基板５４上に傷５４ａが存在した場合、反射光ＲＬは傷５４ａの部分で乱反射ＤＲを発生させる。

そのため、検査者５５は、ガラス基板５４からの乱反射ＤＲを目視により観察することで、ガラス基板５４上の傷５４ａの有無を検査している。
ところで、ガラス基板５４に存在する傷５４ａなどの欠陥が引き起こす乱反射ＤＲの強度は、外観検査用照明装置５０が照射する照射光（拡散光ＳＬ）の波長に依存する場合が多い。

そこで、図６に示す外観検査用照明装置６０のように、複数種類の光源を用いて欠陥の検出力を高める方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
図６は、従来の目視外観検査を説明するための説明図（その２）である。

同図において、外観検査用照明装置６０は、高輝度点光源であるメタルハライドランプ６１と、単波長線光源であるナトリウムランプ６２と、メタルハライドランプ６１（点光源）からの拡散光を平行光束に変換する第１のフレネルレンズ６３と、この平行光束を収束光束に変換する第２のフレネルレンズ６４とを備え、被検査基板であるガラス基板６５に収束光ＣＬを照射している。

メタルハライドランプ６１とナトリウムランプ６２とは、互いの出射する光をけらない位置に配置されている。また、メタルハライドランプ６１とナトリウムランプ６２とは、一方を用いた検査時に、他方がシャッタで遮光されるようになっている。

ガラス基板６５は、図示しない基板保持装置に固定され、この基板保持装置の揺動機構により検査者５５の目視観察に適した任意角度に回動可能となっている。検査者５５は、ガラス基板６５からの反射光ＲＬのうち乱反射ＤＲを目視により観察し、ガラス基板６５上の傷６５ａの有無を検査している。

同図に示す外観検査用照明装置６０では、２枚のフレネルレンズ６３，６４を介在させることでガラス基板６５に収束光ＣＬを照射しているため、反射光ＲＬが方向性をもって最終的に１点に収束することになる。収束光ＣＬは、照度が強く、更には暗視野効果を発生させるため欠陥検出の効果が高い。

これにより、例えば、ガラス基板６５上に傷６５ａやゴミがあった場合、暗視野的に光束から外れた位置から乱反射ＤＲを目視観察することで、高精度な検査を行うことができる。

ところで、近年、ガラス基板等の基板は微細化が進み、露光装置の焦点ずれによる露光ムラを検出することが重要な課題となっている。露光ムラ（膜ムラ）欠陥とは、基板上に電極を形成するためにレジスト膜などを塗布する工程の際、膜厚が一定にならない欠陥である。

図７は、膜ムラ欠陥の外観検査を説明するための説明図である。
被検査基板７１上には、レジスト膜７２が塗布されている。レジスト膜７２は本来であれば一定の膜厚に塗布されるはすであるが、何らかの理由により膜厚が一定でない部分（肉厚部７２ａ）が発生しているとする。この面に照射光Ｌ１を照射する。照射光Ｌ１は、レジスト膜７２の表面と被検査基板７１の表面とで反射する。

発生する２つの反射光Ｌ２，Ｌ３は干渉を起こすが、このとき、レジスト膜厚の違いにより反射光Ｌ２，Ｌ３の位相がずれ、膜厚の異なる部分では、他の部分の干渉光と比較して明るく、あるいは暗くなるなどの変化を起こす。この変化を検出して膜ムラ欠陥を認識する。

光の干渉によって干渉光が明るくなったり暗くなったりするのには、膜厚及び光の波長が関係する。膜ムラ検査を行う場合、照射する光は波長幅が狭いものであればあるほど膜ムラ欠陥を認識しやすくなる。理想は単波長光である。

従来、膜ムラ欠陥を検出するためには、図５に示すように、メタルハライドランプのように多数の波長が含まれる点光源５１の前に波長カットフィルタ５２を取り付け光の波長制御を行っていた。しかし、波長カットフィルタ５２では、カットできる波長に限界があるため、単波長光を作りだすことはできない。したがって、波長カットフィルタ５２を使用した光源では、膜ムラ検出を効率よく行うことができなかった。

単波長光光源として、図６に示すナトリウムランプ６２があり、膜ムラ検査に非常に有効である。
図６に示す外観検査用照明装置６０の場合、メタルハライドランプ６１（点光源）から発せられた拡散光を所定の焦点位置に収束させるフレネルレンズ光学系６３，６４が設けられているので、線状の発光面を持つナトリウムランプ６２より発せられる線状の拡散光を収束させることはできない。

また、図６に示す外観検査用照明装置６０では、フレネルレンズ６３，６４の光軸とナトリウムランプ６２の光線軸とが一致しないため、照射される単波長光は照度分布のばらつきが大きくなる。このばらつきを抑えるためには、単波長光検査時は散乱板をフレネルレンズ６３，６４とガラス基板６５との間に設けて光の均一化を図る必要がある。
特開平５−２３２０４０号公報 特開平１１−９４７５３号公報

上述のように、単波長光を出射するナトリウムランプは、線状の形状をした線光源しかなく、点光源用に設計されたフレネルレンズを使用して均一な収束光に変換できない。そのため、線光源からの光を直接基板に照射させると、光は拡散するため基板全体に照射されるものの照度は低い。

また、線光源からの照射光はフレネルレンズを用いて照射光を収束させることができないため、小型化を図りながら高精度な外観検査を行うこともできない。
なお、照度を上げるためには複数の線光源が必要になるが、照射される光の強度にばらつきが発生するため、線光源の前に白板などの散乱板を設けてばらつきを押さえる必要がある。ただし、散乱板による光の損失があるため、線光源の数が必要以上に多くなり照明装置が大型化する。

また、ガラス基板は微細化が進む一方、大型化も進行しているが、それに伴う外観検査用照明装置及び外観検査装置の大型化は、ユーザ・メーカ両方にとって重要な問題となっている。なお、半導体ウェハその他の基板の外観検査においても、装置の小型化は重要な要素となっている。

本発明の課題は、上記従来の実情に鑑み、高精度な外観検査を実現すると共に、装置の小型化を図ることができる外観検査用照明装置及び外観検査装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の外観検査用照明装置は、被検査基板に対し照明光を照射する外観検査用照明装置において、線状の発光面を有する光源と、上記発光面の長手方向に屈折する線状の傾斜面を平行に並べたフレネル面を有するシリンドリカルフレネルレンズと、を備える構成とする。

上記課題を解決するために、本発明の外観検査装置は、上記外観検査用照明装置と、上記被検査基板が載置される基板ホルダと、を備える構成とする。

本発明では、シリンドリカルフレネルレンズにより線状の拡散光を平行光束に変換させることにより、線状の光源を用いて高精度な外観検査を行うことができる。また、シリンドリカルフレネルレンズは薄く形成することができることから、装置の大型化を防ぐことができる。

よって、本発明によれば、高精度な外観検査を実現することができると共に、装置の小型化を図ることができる。
更には、上記光源に単波長光を発する光源を用いた場合には、膜ムラ欠陥等の基板上の微細な欠陥をも検出することができ、したがって、より高精度な外観検査を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る外観検査用照明装置及び外観検査装置について、図面を参照しながら説明する。
＜一実施の形態＞
図１は、本発明の一実施の形態に係る外観検査用照明装置１０を示す概略斜視図である。

図２は、上記外観検査用照明装置１０を備える外観検査装置１を示す概略側面図である。
図３Ａは、上記外観検査用照明装置１０のシリンドリカルレンズ１２を説明するための斜視図である。

図３Ｂは、上記外観検査用照明装置１０の集光用フレネルレンズ１３を説明するための斜視図である。
図１及び図２において、外観検査用照明装置１０は、線状の発光面を有する光源（線光源）としてのナトリウムランプ１１と、線光源からの拡散光を平行光束に変換するシリンドリカル形状のフレネル面を有するシリンドリカルフレネルレンズ（リニアフレネルレンズ）１２と、平行光束を収束光束に変換する集光用フレネルレンズ１３とを備え、被検査基板であるガラス基板２１に対し収束光ＣＬを照射している。

ナトリウムランプ１１は、その線状の発光面から拡散光ＳＬを発している。ナトリウムランプ１１が発する拡散光ＳＬは、波長幅が±２ｎｍの範囲の単波長光である。また、ナトリウムランプ１１は、シリンドリカルフレネルレンズ１２の焦点位置又はその近傍で、且つ、シリンドリカルフレネルレンズ１２の光軸上に、配置されている。

なお、膜ムラや露光装置の焦点ずれによる露光ムラ等の欠陥を高精度に検査するためには、本実施の形態のように線光源としてオレンジ・イエローの単波長光を発するナトリウムランプ１１を用いるか或いは微小幅波長（例えば±２０ｎｍ）を発する線光源を用いるのが有効であるが、他の検査態様によっては波長幅の大きい複数の波長光を発する蛍光灯などの線光源を用いるのも有効である。

シリンドリカルフレネルレンズ１２は、ナトリウムランプ１１に対向する面が平面となっており、その反対側のフレネル面１２ａがシリンドリカル形状となっている。
また、シリンドリカルフレネルレンズ１２は、図３Ａにも示すように、フレネル面１２ａの曲面である各加工面（傾斜面）１２ｂの長手方向（矢印Ｄ１）がナトリウムランプ１１の発光面の長手方向（矢印Ｄ１）に平行なシリンドリカル形状となっており、図３Ａに示す平凸シリンドリカルレンズ１２´と同様の機能を有している。なお、各加工面１２ｂは、互いに平行に並べられてフレネル面１２ａを形成している。

そして、シリンドリカルフレネルレンズ１２の各加工面１２ｂは、ナトリウムランプ１１より発せられる拡散光ＳＬを、その発光面（発光面の長手方向）に平行に屈折させ、平行光ＰＬに変換している。

なお、図３Ａにおいては、シリンドリカルフレネルレンズ１２のフレネル面１２ａを平面であるかのように図示しているが、実際には、フレネル面１２ａはシリンドリカルレンズ（円柱レンズ）１２´の曲面部分を線状に切り取り平面的に並べた加工面１２ｂに形成されている。

集光用フレネルレンズ１３は、シリンドリカルフレネルレンズ１２のフレネル面１２ａと対向する面がフレネル面１３ａとなっており、その反対側の面は平面となっている。
また、集光用フレネルレンズ１３は、図３Ｂに示すように、フレネル面１３ａの各加工面１３ｂが同軸の円形となっており、図２Ｂに示す平凸レンズ１３´と同様の機能を有している。そして、集光用フレネルレンズ１３は、シリンドリカルフレネルレンズ１２より導光された平行光ＰＬを、収束光ＣＬに集光してガラス基板２１に照射している。

なお、図３Ｂにおいても、集光用フレネルレンズ１３のフレネル面１３ａを平面であるかのように図示しているが、実際には、フレネル面１３ａは平凸レンズ１３´の曲面部分を同心円に切り取り平面的に並べた加工面１３ｂに形成されている。

シリンドリカルフレネルレンズ１２と集光用フレネルレンズ１３との距離は、任意で構わないが、外観検査用照明装置１０のコンパクト性を考慮すれば、例えば１０ｍｍ〜５０ｍｍで、特に３０ｍｍ前後が好ましい。

図２に示す外観検査装置１は、上述の外観検査用照明装置１０に加え、装置本体部２０を備えている。装置本体部２０は、ガラス基板２１が載置される基板ホルダ２２、図示しない駆動手段に接続され基板ホルダ２２を任意の角度に揺動させる回動軸２３、この回動軸２３を軸支する支持部２４、ベース部２５等から構成されているものとする。

なお、ガラス基板２１からの反射光ＲＬを検知する目視検査を容易にするため、支持部２４を移動可能な構成にして基板ホルダ２２を移動させることや、支持部２４自体を前後左右に微少に回動させて基板ホルダ２２を揺動させる構成とすることも考えられる。

以上説明した本実施の形態では、外観検査用照明装置１０は、線状の発光面から拡散光ＳＬを発するナトリウムランプ１１と、シリンドリカルフレネルレンズ１２と、集光用フレネルレンズ１３とを備えている。

そのため、線光源から照射される拡散光ＳＬをフレネルレンズ１２が平行光ＰＬに変換し、この平行光ＰＬを集光用フレネルレンズ１３で収束光ＣＬに変換させることにより、線光源による照明ムラのない均一なマクロ照明を実現でき、線光源による高精度な外観検査を行うことができる。また、シリンドリカルフレネルレンズ１２は、平凸シリンドリカルレンズ１２´よりも薄く形成することができることから、外観検査用照明装置１０ひいては外観検査装置１６の大型化を防ぐことができる。

よって、本実施の形態によれば、線光源を用いて高精度な外観検査を実現することができると共に、外観検査用照明装置１０及び外観検査装置１の小型化を図ることができる。
また、本実施の形態では、線光源として、単波長光を発するナトリウムランプ１１を用いているため、干渉特性が向上し、レジスト膜のムラ欠陥を良好に検出することができると共に、露光装置の焦点ずれによる露光ムラ欠陥を良好に検出することができる。したがって、より高精度な外観検査を実現することができる。

更には、本実施の形態では、外観検査用照明装置１０は、シリンドリカルフレネルレンズ１２から導光された略平行光ＰＬを収束させる集光用フレネルレンズ１３を備えている。そのため、ガラス基板２１に対し有効に収束光ＣＬを照射させることができ、したがって、より高精度な外観検査を実現することができる。

＜他の実施の形態＞
図４は、本発明の他の実施の形態に係る外観検査用照明装置３０を示す概略構成図である。

同図において、外観検査用照明装置３０は、線光源（第１の線光源）としてオレンジ・イエローの単波長光を発するナトリウムランプ３１と、シリンドリカル形状のフレネル面３２ａを有するシリンドリカルフレネルレンズ３２と、集光用フレネルレンズ３３と、線状の発光面を有する線光源（第２の線光源）としての蛍光灯３４と、ナトリウムランプ３１及び蛍光灯３４を支持する支持部３５と、この支持部３５に接続された駆動手段としてのシリンダ３６とを備えている。

なお、ナトリウムランプ３１、シリンドリカルフレネルレンズ３２及び集光用フレネルレンズ３３については、上記実施の形態において説明したものと同様であるため、説明を省略する。

蛍光灯３４は、その発光面から、ナトリウムランプ３１が発する単波長光よりも波長幅の大きい拡散光として、白色光の拡散光ＳＬを発している。また、蛍光灯３４とナトリウムランプ３１とは、発光面の長手方向が互いに平行になっている。なお、図４に示すように、蛍光灯３４の出射側にはカラーフィルタ３４ｂが配設されている。

支持部３５は、ナトリウムランプ３１及び蛍光灯３４を、これらの反射板３１ａ，３４ａにおいて支持している。
シリンダ３６は、支持部３５を、シリンドリカルフレネルレンズ３２の光軸Ｄ２に直交する方向（矢印Ｄ３）に移動させることで、ナトリウムランプ３１と蛍光灯３４とを、シリンドリカルフレネルレンズ３２の光軸Ｄ２上又はその近傍と、そこから退避した位置とに選択的に移動させている。

なお、本実施の形態では、ナトリウムランプ３１及び蛍光灯３４の２つの線光源を配置する例について説明したが、３つ以上の線光源を配置し、それらを選択的に光軸Ｄ２上に移動させることも考えられる。

以上説明した本実施の形態では、上記実施の形態と同様に、シリンドリカルフレネルレンズ３２がナトリウムランプ３１より発せられる拡散光ＳＬを平行光ＰＬに変換させることにより、高精度な外観検査を行うことができる。また、シリンドリカルフレネルレンズ３２は、薄く形成することができることから、外観検査用照明装置３０ひいては外観検査装置の大型化を防ぐことができる。したがって、上記実施の形態と同様に、高精度な外観検査を実現することができると共に、外観検査用照明装置３０及び外観検査装置の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態では、シリンダ３６は、ナトリウムランプ３１と、このナトリウムランプ３１の発光面と長手方向が平行な発光面を有する蛍光灯３４とを、シリンドリカルフレネルレンズ３２の光軸Ｄ２上又はその近傍とそこから退避した位置とに選択的に移動させている。

そのため、蛍光灯３４を光軸Ｄ２上に移動させることで（その場合にはナトリウムランプは符号３１´で示す位置に移動する）、ナトリウムランプ３１より発せられる拡散光ＳＬに代えて、蛍光灯３４より発せられる拡散光をも収束させることができる。したがって、欠陥の種類に応じた多様な検査態様において、高精度な外観検査を実現することができる。

更には、本実施の形態では、蛍光灯３４の出射側にカラーフィルタ３４ｂが配設されているため、欠陥の種類に応じた任意の色での検査をすることができ、したがって、より高精度な外観検査を実現することができる。

なお、上記の各実施の形態では、シリンドリカルフレネルレンズ１２，３２に対向させて集光用フレネルレンズ１３，３３を設けたが、検査対象とするガラス基板２１を平行光束で観察したい場合には、集光用フレネルレンズ１３，３３を取り除いてもよい。また、面光源を使用したい場合には、光源とガラス基板２１との間の照明光路中に透明状態と散乱状態とに電気的切換え可能な透過型液晶散乱板を配置してもよい。

本発明の一実施の形態に係る外観検査用照明装置を示す概略斜視図である。 上記一実施の形態に係る外観検査用照明装置を備える外観検査装置を示す概略側面図である。 上記一実施の形態に係る外観検査用照明装置のシリンドリカルレンズを説明するための斜視図である。 上記一実施の形態に係る外観検査用照明装置の集光用フレネルレンズを説明するための斜視図である。 本発明の他の実施の形態に係る外観検査用照明装置を示す概略構成図である。 従来の目視外観検査を説明するための説明図（その１）である。 従来の目視外観検査を説明するための説明図（その２）である。 膜ムラ欠陥の外観検査を説明するための説明図である。

符号の説明

１ 外観検査装置
１０ 外観検査用照明装置
１１ ナトリウムランプ
１２ シリンドリカルフレネルレンズ
１３ 集光用フレネルレンズ
１２ａ，１３ａ フレネル面
１２ｂ，１３ｂ 加工面
２０ 装置本体部
２１ ガラス基板
２２ 基板ホルダ
２３ 回動軸
２４ 支持部
２５ ベース部
３０ 外観検査用照明装置
３１ ナトリウムランプ
３１ａ 反射板
３２ シリンドリカルフレネルレンズ
３３ 集光用フレネルレンズ
３２ａ，３３ａ フレネル面
３２ｂ，３３ｂ 加工面
３４ 蛍光灯
３４ａ 反射板
３４ｂ カラーフィルタ
３５ 支持部
３６ シリンダ
ＳＬ 拡散光
ＰＬ 平行光
ＣＬ 収束光
ＲＬ 反射光

Claims (5)

1. 被検査基板に対し照明光を照射する外観検査用照明装置において、
   線状の発光面を有する光源と、
   前記発光面の長手方向に屈折する線状の傾斜面を平行に並べたフレネル面を有するシリンドリカルフレネルレンズと、
   を備えることを特徴とする外観検査用照明装置。
2. 前記光源は、単波長光を発することを特徴とする請求項１記載の外観検査用照明装置。
3. 前記光源は、線状の発光面から単波長光を発する第１の線光源と、該第１の線光源よりも波長幅の大きい拡散光を発する第２の線光源と、前記第１の線光源と前記第２の線光源とを前記シリンドリカルフレネルレンズの光軸上又はその近傍とそこから退避した位置とに選択的に移動させる駆動手段と、を有することを特徴とする請求項１記載の外観検査用照明装置。
4. 前記シリンドリカルフレネルレンズのフレネル面に対向し、前記シリンドリカルフレネルレンズより導光された光を収束させる集光用フレネルレンズを更に備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項記載の外観検査用照明装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項記載の外観検査用照明装置と、
   前記被検査基板が載置される基板ホルダと、
   を備えることを特徴とする外観検査装置。