JP4967245B2 - 周期性パターンのムラ検査装置及びムラ検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、周期性パターンを有する製品においてパターンのムラを検査するための方法に係り、特にカラーテレビのブラウン管に用いられるアパーチャグリル、フォトマスク、カラーフィルタ等の基板に周期的に形成されているパターンに生じるスジ状ムラを高精度に検出できる周期性パターンのムラ検査装置及びムラ検査方法に関する。

カラーテレビのブラウン管に用いられるアパーチャグリル、フォトマスク、カラーフィルタ等の基板の周期性パターン（以下、ＰＭパターンと呼ぶ）のムラ検査では、同軸の透過照明や平面照明を用いて透過率画像を撮像し、各々の画像での光の強度（明るさ）を比べてムラ部と正常部とを視認している。そのため、ＰＭパターンにおいては元々ムラ部と正常部との光の強度差が少ない、すなわち、コントラストが低い画像をその強度差の処理方法を工夫することで、差を拡大してムラ部の抽出し、検査を行っている。

しかし、格子状の周期性パターンのブラックマトリクスのムラ、特に開口部の大きいブラックマトリクスのムラの撮像において、ムラ部と正常部でのコントラストの向上が望めず、強度差の処理を工夫したとしても、元画像のコントラストが低い画像の場合の検査では、目視での官能検査方法より低い検査能力しか達成できない問題がある。なお、周期性パターンとは、一定の間隔（以下ピッチと記す）を持つスリットのパターンの集合体を称し、例えば、１本のパターンが所定ピッチで配列したストライプ状の周期性パターン、又は開口部のパターンが所定ピッチで配列したマトリクス状の周期性パターン等である。

一方、微細な表示と明るい画面の電子部品の増加により、ＰＭパターンでは微細化、又は開口部比率アップヘの傾向が進んでいる。将来、更に開口部の大きいより微細形状のブラックマトリクス用の周期性パターンのムラ検査の方法及びその装置が必要となる。すなわち、従来の光の振幅による光の強度（明るさ）の強弱のみの出力では限界であり、ムラを明瞭に検出することができない。

そこで、カラーフィルターレジストの塗布ムラ検査に実績のあるプロジェクション法等の技術をＰＭパターンのムラ検査技術に応用する試みがなされている。例えば、特許文献１には、ラプラシアンフィルタを用いた画像処理により欠陥を強調して検出する方法が提案されている。
特開平９−２６４７３０号公報

しかしながら、上記の従来技術は、２次元画像上での処理であるため画像にノイズ成分が残り易く、最適な検査方法であるとは言い難いものである。特にＰＭパターンのスジ状ムラの検査方法としては、その欠陥レベルが微小であるため、目標とする限度見本のムラを検出することは非常に困難であり、現状の性能では欠陥の検出精度が低く不十分である。このため、従来方法よりもさらに検出精度が高いＰＭパターンのムラ検査方法が要望されている。

また、従来の方法では、ＰＭパターンのスジ状ムラを判定する際に、光の回折現象によって生じる擬似欠陥をスジ状ムラとして誤判定しやすく、検査精度が高いものとは言い難い。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、高い検出精度を有する周期性パターンのムラ検査装置及びムラ検査方法を提供することを目的とする。

本発明に係る周期性パターンのムラ検査装置は、矩形基板上の周期性パターンに発生するスジ状ムラを検査するための周期性パターンのムラ検査装置であって、前記基板を実質的に水平に保持し、該基板をＸ軸とＹ軸を含むＸＹ平面視野内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構(22,23)を備えたＸＹステージ(20)と、前記ＸＹステージ上の基板の周期性パターンに対して斜め透過光の照明を個別に行う第１、第２、第３及び第４の光源(11A-11D)と、前記第１、第２、第３及び第４の光源の点灯と消灯を切り換える点光源の変更手段と、前記ＸＹステージを挟んで前記光源の反対側に配置され、前記光源によって斜め透過光照明された前記周期性パターンにおける回折光を撮像する撮像手段(31)と、前記ＸＹ平面視野内で矩形基板の各辺に沿うように配置された各２本のＸガイドおよびＹガイドを有するリニアガイド (14)と、該リニアガイドにおいて前記２本のＸガイドのうちの一方には前記第１の光源が該一方のＸガイドに沿ってＸ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記２本のＸガイドのうちの他方には前記第２の光源が該他方のＸガイドに沿ってＸ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記２本のＹガイドのうちの一方には前記第３の光源が該一方のＹガイドに沿ってＹ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記２本のＹガイドのうちの他方には前記第４の光源が該他方のＹガイドに沿ってＹ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記ＸＹステージ上の基板に対して前記第１の光源を前記一方のＸガイドに沿ってＸ軸方向に移動させ、前記第２の光源を前記他方のＸガイドに沿ってＸ軸方向に移動させ、前記第３の光源を前記一方のＹガイドに沿ってＹ軸方向に移動させ、前記第４の光源を前記他方のＹガイドに沿ってＹ軸方向に移動させるリニアスライダ（13）と、
前記リニアスライダによって前記光源が移動されたときに、検査対象となる前記周期性パターンに対して前記光源から斜め透過光の照明があたるように、前記リニアスライダと連動して前記光源の向きを変えさせる姿勢変更手段(12)と、前記基板上の撮像対象エリアを少なくとも２つのエリアに分割し、前記ＸＹステージと前記光源との相対位置関係を調整し、前記第１の光源のみを点灯し、前回撮像したときの光量から開始して前記第１の光源の光量を調整し、その調整光量で前記第１の光源により照明して前記分割エリアのうちの一方側エリアを撮像し、その画像データを取り込み、前記点光源の変更手段により前記第１の光源を消灯し、次いで前記第２の光源を点灯し、前記撮像時の第１の光源の光量から開始して前記第２の光源の光量を調整し、その調整光量で前記第２の光源により照明して前記分割エリアのうちの他方側エリアを撮像し、その画像データを取り込み、前記一方側エリアの画像データと前記他方側の画像データとを互いにつなぎ合わせて合成し、該合成画像を用いてスジ状ムラを判定する際に擬似欠陥を欠陥として判定しない擬似欠陥除去手段(40)と、を具備することを特徴とする。

本発明に係る周期性パターンのムラ検査方法は、矩形基板上の周期性パターンに発生するスジ状ムラを検査するための周期性パターンのムラ検査方法であって、
（ａ）前記基板を実質的に水平に保持し、該基板をＸ軸とＹ軸を含むＸＹ平面視野内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構を備えたＸＹステージと、前記ＸＹステージ上の基板の周期性パターンに対して斜め透過光の照明を個別に行う第１、第２、第３及び第４の光源と、前記第１、第２、第３及び第４の光源の点灯と消灯を切り換える点光源の変更手段と、前記ＸＹステージを挟んで前記光源の反対側に配置され、前記光源によって斜め透過光照明された前記周期性パターンにおける回折光を撮像する撮像手段と、前記ＸＹ平面視野内で矩形基板の各辺に沿うように配置された各２本のＸガイドおよびＹガイドを有するリニアガイドと、該リニアガイドにおいて前記２本のＸガイドのうちの一方には前記第１の光源が該一方のＸガイドに沿ってＸ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記２本のＸガイドのうちの他方には前記第２の光源が該他方のＸガイドに沿ってＸ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記２本のＹガイドのうちの一方には前記第３の光源が該一方のＹガイドに沿ってＹ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記２本のＹガイドのうちの他方には前記第４の光源が該他方のＹガイドに沿ってＹ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記ＸＹステージ上の基板に対して前記第１の光源を前記一方のＸガイドに沿ってＸ軸方向に移動させ、前記第２の光源を前記他方のＸガイドに沿ってＸ軸方向に移動させ、前記第３の光源を前記一方のＹガイドに沿ってＹ軸方向に移動させ、前記第４の光源を前記他方のＹガイドに沿ってＹ軸方向に移動させるリニアスライダと、前記リニアスライダによって前記光源が移動されたときに、検査対象となる前記周期性パターンに対して前記光源から斜め透過光の照明があたるように、前記リニアスライダと連動して前記光源の向きを変えさせる姿勢変更手段と、を準備し、基板上の撮像対象エリアを少なくとも２つのエリアに分割し、前記ＸＹステージと光源との相対位置関係を調整し、第１の光源のみを点灯し、前回撮像したときの光量から開始して前記第１の光源の光量を調整する工程と、
（ｂ）前記調整光量で前記第１の光源により照明して前記分割エリアのうちの一方側エリアを撮像し、前記点光源の変更手段により前記第１の光源を消灯し、次いで前記第２の光源を点灯し、前記撮像時の第１の光源の光量から開始して前記第２の光源の光量を調整し、その調整光量で前記第２の光源により照明して前記分割エリアのうちの他方側エリアを撮像する工程と、
（ｃ）前記一方側エリアを撮像した画像データ、および前記他方側エリアを撮像した画像データをそれぞれ取り込む工程と、
（ｄ）取り込んだ前記一方側エリアの画像データと前記他方側の画像データとを互いにつなぎ合わせて合成し、該合成画像を用いてスジ状ムラを判定する際に擬似欠陥を欠陥として判定しない擬似欠陥除去工程と、を具備することを特徴とする。

本発明では、レシピの分類である判定条件内に、擬似欠陥除去機能を追加している。擬似欠陥除去機能を有効にして検査を行う場合は、擬似欠陥除去処理を除いて、他の処理の判定・レビューでは片側の光源のみの画像を用いて判定・表示を行う。一方、擬似欠陥除去機能を無効にして検査を行う場合は、従前通り複数の光源を同時点灯して測定することも可能であり、複数光源同時点灯時の画像を用いて判定・表示を行う。

本発明によれば、光量を調整して分割エリアを照明し、撮像し、撮像した複数の画像を合成し、合成画像にて擬似欠陥の輝度レベルを下げた状態で判定・表示するので、スジ状ムラ欠陥であるか否かを判定する際に擬似欠陥が容易に除去され、検査精度が高まる。

以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明の周期性パターンのムラ検査装置は、本発明者らが先の特願２００５−１８３２５の明細書等に記載した光学条件４軸設定機能、軸別個別設定・保存機能、基準条件・参考条件設定機能、照明中心位置調整機能等をすべて有しており、これらの基本的な機能の他にさらに擬似欠陥除去機能を追加の機能として判定条件内に備えている。

図１に示すように、ムラ検査装置は、斜め透過照明部１０、ＸＹステージ部２０、撮像部３０、処理部４０を備えている。処理部４０は、撮像部３０により撮像された画像を強調処理し、ムラであるか否かを判定し、さらに強調された画像をオペレータが認識しやすいようにムラを表示する機能を有している。

斜め透過照明部１０は４つのランプ１１Ａ〜１１Ｄを備えている。各ランプ１１Ａ〜１１Ｄは、姿勢変更手段としての首振り機構１２および移動手段としてのリニアスライダ１３によってリニアガイド１４上にそれぞれ可動に支持されている。リニアガイド１４はＸ軸とＹ軸を含むＸＹ平面視野内で矩形基板の各辺に沿うように配置された各２本のＸガイドおよびＹガイドからなるものである。２本のＸガイドのうちの一方には第１のランプ１１Ａが該一方のＸガイドに沿ってＸ軸方向にスライド走行可能に設けられ、２本のＸガイドのうちの他方には第２のランプ１１Ｂが該他方のＸガイドに沿ってＸ軸方向にスライド走行可能に設けられている。また、２本のＹガイドのうちの一方には第３のランプ１１Ｃが該一方のＹガイドに沿ってＹ軸方向にスライド走行可能に設けられ、２本のＹガイドのうちの他方には第４のランプ１１Ｄが該他方のＹガイドに沿ってＹ軸方向にスライド走行可能に設けられている。リニアスライダ１３は、リニアガイド１４に駆動可能に係合するとともに、首振り機構１２を介してランプ１１Ａ〜１１Ｄを支持している。さらに、各ランプ１１Ａ〜１１Ｄは点灯と消灯を切り換える（点光源の変更）手段を備えており、検査対象基板との距離、又は照明光の入射角、方面を切り換えることができるようになっている。

首振り機構１２は、超小型モータと、モータ回転駆動軸に連結された水平軸と、ランプ１１Ａ〜１１Ｄとともに水平軸まわりに旋回するホルダとを備えている。各ランプ１１Ａ〜１１Ｄは、モータ駆動によって図４に示すように首振り動作する。これによりランプ１１Ａ〜１１Ｄからの光の投光角度θが様々に変わり、様々な角度と方向からの照明が可能となっている。また、各ランプ１１Ａ〜１１Ｄには、所望の波長の光を透過させる光学フィルタを着脱可能に装着できるようになっている。光学フィルタは光の波長に１対１に対応して準備され、顧客仕様や検査レシピが変更されるごとにそれに応じて所望の光学フィルタに交換されるようになっている。

ランプ１１Ａ〜１１Ｄにはテレセントリックレンズを含む平行光学系を備えた直線的な光源を用いる。このタイプの光源は輝度ムラや照度ムラがあり、照明強度が高いと撮像画像に影響を受けることがある。本実施形態の検査装置では、輝度ムラや照度ムラを防止するための対策として照明中心位置調整機能を付加している。

ＸＹステージ部２０では、検査対象基板としてのマスク５０をＸＹステージ２１上の所定の位置に載置し保持する。ＸＹステージ部２０は、測定機能を有し、位置を認知して、マスク５０の検査開始位置に装置の光軸を重ねる。ＸＹステージ２１は、Ｘ駆動機構２２およびＹ駆動機構によって水平面内でＸ軸方向とＹ軸方向とにそれぞれ移動可能に支持されている。

撮像部３０では、光軸に平行な撮像側平行光学系３１から構成され、画像を撮像する手段、例えば、ＣＣＤ付きカメラ、画像のデータ化及びデータ保存送信等の役割を分担する。撮像側平行光学系３１は、検査対象パターン５１を所望の倍率（拡大または縮小、等倍も含む）で撮像できるような光学系または投影光学系を含むものである。

処理部４０は、撮像部３０及びＸＹステージ部２０及び透過照明部１０を統括的に管理するとともに、周期性パターンのムラの検査の工程を逐次処理する手段をも統括管理するものである。処理部４０は、ＣＰＵ及びメモリを有するパソコン本体４１と、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイからなる表示部４２と、キイボード入力部４３とで構成されている。処理部４０では、撮像部３０から撮像した画像データを受け取り、該データを所定のデータ処理手順により画像の特徴を抽出比較し、その差分を算出し、良否を判定する。

次に、図２を参照して検査装置の制御系の概要を説明する。

本発明の検査装置は５つのサブシステム４０ａ〜４０ｅによって構成されている。データ入力部４０ａは、センサ部４１１、照明部４１２、位置固定部４１３および位置制御部４１４を備えている。センサ部４１１は、位置検出用の位置センサ、移動距離検出用の距離センサ（エンコーダやカウンタを含む）および輝度検出用の光感知センサなど複数のセンサを有する。データ処理部４０ｂは、データ入力部４０ａのセンサ部４１１から入力される撮像データを処理する画像処理部４１５と、処理したデータを管理するデータ管理部４１６と、を備えている。センサ部４１１の各センサからは検出信号が画像処理部４１５に随時送られるようになっている。画像処理部４１５は、処理部４０のパソコン４１の機能の一部としてもよいし、パソコン４１とは別に独立した処理ユニットとしてもよい。

照明部４１２は、ランプ１１Ａ〜１１Ｄをコントロールするものである。位置固定部４１３は、ＸＹステージ部２０をコントロールするものである。位置制御部４１４は、ランプ１１Ａ〜１１Ｄの首振り機構１２およびリニアスライダ１３を個別にコントロールするものである。

マシンインターフェイス部４０ｃは、検査対象となるマスク５０を搬送する搬送機構（図示せず）等の外部装置との間でデータの送受信を行う機械連動部４１７と、マスクの受け渡しを行う自動給排部４１８と、を備えている。ヒューマンインターフェイス部４０ｅは、データ処理部４０ｂで処理された処理画像を表示する情報表示部４２と、オペレータとの間で情報のやりとりを行う対人操作部４３と、を備えている。システムバス４０ｄは、ヒューマンインターフェイス部４０ｅと他のサブシステム４０ａ〜４０ｃとの間をインターフェイスしてデータ送受信させるものである。

次に、図３を参照して周期性パターンのムラ検査手順について説明する。

メインスイッチをＯＮして検査開始可能な状態に装置を起動させる（工程Ｓ１）。キイボード入力等により所定の初期条件を設定し、すべての初期条件が揃ったところで設定動作を終了する（工程Ｓ２）。

マスク５０をＸＹステージ２１上に載置し、Ｘ駆動機構２２およびＹ駆動機構２３を駆動させ、ＸＹステージ２１ごとマスク５０を検査開始位置まで移動させ、検査対象となる周期性パターン５１を撮像エリアに位置させる（工程Ｓ３）。

次いで、撮像部３０の撮像の条件を設定する。すなわち、カメラ３１の倍率および斜め透過照明部１０の照明条件などを設定する。これらの設定が完了すると、ランプ１１Ａ〜１１Ｄをスライド移動させるとともに首振り動作させ、各ランプを撮像エリアに対して位置合せする。

位置合せ後、第１のランプ１１Ａを点灯し（工程Ｓ４）、前回撮像したときの光量データ（実績光量）をメモリから呼び出し、呼び出したデータ（実績光量）から開始して、被検体であるマスク５０に対して最適の光量に自動調光する（工程Ｓ５）。

調光が完了したか否かを判定する（工程Ｓ６）。その判定結果がＮＯのときは最適光量に一致するまで調光動作を繰り返す（工程Ｓ６→Ｓ５→Ｓ６）。

工程Ｓ６の判定結果がＹＥＳになったところで第１のランプ１１Ａの光量を固定し、その光量の照明下で検査対象領域を撮像し、その画像を処理部４０のパソコン４１に取り込む（工程Ｓ７）。第１のランプ１１Ａの照明下で撮像した時の光量データ（輝度データ）を処理部４０のメモリに記録し（工程Ｓ８）、第１のランプ１１Ａを消灯する（工程Ｓ９）。

次いで、対向側に位置する第２のランプ１１Ｂを点灯し、（工程Ｓ１０）、対向方向から照明して撮像した前回撮像時の光量データをメモリから呼び出し、呼び出したデータに第２のランプ１１Ｂの光量を設定する（工程Ｓ１１）。この設定ランプ光量は、必ずしも相手側ランプ光量に設定しなければならないというものではなく、顧客仕様や被検体の種類に応じてこれとは異なる別の値に補正することができる。対向方向の光量からスタートして第２のランプ１１Ｂの光量を自動調光する（工程Ｓ１２）。

工程Ｓ１２の調光動作が完了したか否かを判定し（工程Ｓ１３）、その判定結果がＮＯのときは最適光量に一致するまで調光動作を繰り返す（工程Ｓ１３→Ｓ１２→Ｓ１３）。

工程Ｓ１３の判定結果がＹＥＳになったところで第２のランプ１１Ｂの光量を固定し、その光量の照明下で検査対象領域を撮像し、その画像を処理部４０のパソコン４１に取り込む（工程Ｓ１４）。撮像時の光量データ（輝度データ）を処理部４０のメモリに記録し、第２のランプ１１Ｂを消灯する。

次いで、処理部４０は、上記の工程Ｓ７と工程Ｓ１４でそれぞれ取り込んだ２つの画像（左右一対または上下一対）を画面上でつなぎ合わせて合成する（工程Ｓ１５）。この画像合成処理を行うときに、同時に擬似欠陥除去処理を行うことができる。

処理部４０または作業者は、合成画像についてムラレベル（画像上の輝度レベル）を判定し、それに基づいてスジ状ムラ欠陥の有無を判定し、評価する（工程Ｓ１６）。この判定評価を行う際に、画面上に擬似欠陥画像（見本）をレビュー表示して作業者が判断をすることなく、撮像した画像のみを用いて擬似欠陥を評価することができる。

擬似欠陥除去の機能は、レシピにて設定後に自動測定・自動判定を行うモードと、従前通りのレシピで測定した結果から、擬似欠陥と思われる画像が得られた場合に、指定エリアのみ擬似欠陥除去画像の表示・一枚判定を行う手動モードと、の２つのモードを持つものとする。自動モードでは、予めレシピとして登録されている条件（照明光の光量、カメラ倍率、投光角度等）を読み出して、それに沿って自動的に検査が実行される。

擬似欠陥除去機能を有効にして検査した場合、通常、擬似欠陥除去処理を施した画像にて判定・表示を行うが、光源片側のみの画像も判定・表示を行うことができる。片側光源のみの画像を用いて実際に擬似欠陥除去の効果を確認できるからである。

擬似欠陥除去機能を無効にして検査した場合は、従前と同様に複数ランプ同時点灯の測定も可能であり、取り込み画像そのものを用いて判定、表示を行う。

当該撮像エリアの測定後、次の撮像エリアが有るか否かを判定する（工程Ｓ１７）。工程Ｓ１７の判定結果がＹＥＳのときは、ＸＹステージ２１によりマスク５０を移動させ、次の撮像エリアをカメラ撮像エリアに位置させる（工程Ｓ１８）。そして、ランプ消灯（工程Ｓ１８−２）後に上述した工程Ｓ４〜Ｓ１７の動作を繰り返す。

工程Ｓ１７の判定がＮＯとなって次の撮像エリアが無いと判定した場合は、その撮像データを処理部４０へ転送し、パソコン４１において画像処理する。そして、画像処理した結果データを出力し、その出力結果を評価判定する。評価判定が完了すると、検査工程を終了する。マスク５０をステージ２１から持ち上げ、搬送アームに受け渡し、チャンバから搬出する。そして、主スイッチをＯＦＦして装置を停止させる（工程Ｓ１９）。

装置停止後、マスク全体について全体的な判定・ムラの集計などを行い、検査対象であるマスクを総合的に判定する（工程Ｓ２０）。

なお、予め設定したムラ基準値に基づいて自動判定することは可能であるが、撮像された画像を作業者が画面上で見ながら判定するマニュアル判定を行うことも可能である。

次に、擬似欠陥の発生原理について概要を説明する。

図４は多重反射（底面反射）光による影（ゴースト）の発生原理を説明するための模式図である。検査光２がマスク５０に入射してパターン５１を照明すると、撮像部３０の像面３３にパターンの実像３４が結像する。一方、パターン５１からの底面反射光がマスク５０の底面によって再度反射（多重反射）され、この多重反射像が像面３３に結像して影（ゴースト）３５となる。この影（ゴースト）３５が擬似欠陥の像として像面３３上に出現すると、実像３４の合否判定の精度を低下させる原因となる。しかし、本発明では擬似欠陥除去機能によって擬似欠陥像を薄めるように表示するので、検査精度が向上する。

次に、周期性パターンの撮像とムラ検出の概要について説明する。

周期性パターン５１の正常部では、スリット部（又は開口部）の形状、ピッチが一定となるために互いに干渉し、一定の方向に強い面折光が生じ、ムラ部では、スリット部（又は開口部）の形状・ピッチが不安定となるために形状・ピッチに応じて、色々な方向に、種々の強さで回折光が生じる。

検査装置において、斜め透過照明部１０から照射された光が、周期性パターン５１のブラックマトリクスのマスク５０の開口部にて回折され、その回折光が画像として撮像部３０に捕らえられる。入射角θが９０゜より小さくすると観察環境が替わり、スリット部（又は開口部）の形状、ピッチの差違が強調される効果があり、位格を少しずつ変化させる照明により回折光の差違が更に強調される。

マスク５０にて回折される回折光は、ブラックマトリクスの微妙な変動により、回折角に変化をもたらすため、撮像部３０に捕らえられた画像はブラックマトリクスの変動に起因するムラ部を強調した画像となる。さらに、斜め透過照明部１０及び撮像部３０に平行光学系を用いることで、回折光の変動をより正確に強調した画像が捕らえられる。また、複数設置された照明を順次点灯することで、様々な方向性をもつムラに対して最適な画像が取得可能となる。

このようにして撮像部３０に捕らえられたムラ画像を、処理部４０にてムラ部抽出処理し、判定処理を行う。判定されたムラの位置やレベルをムラ画像と同時に処理部４０に表示することで、ムラのモニター用途としての利用も有効となっている。

次に、図５〜図７を参照して周期性パターンに現れたスジ状ムラの画像を数値化して処理するときの概要を説明する。

検査対象となるマスクの矩形状の周期的パターン領域のみを切り出し、図６に示すように、切り出した二次元画像データに対して積算データ６１を演算により求める。ここでは、図５の縦方向（Ｙ軸方向）への積算のみについて説明するが、横方向（Ｘ軸方向）の積算データについても同様にして求めることができる。

次いで、図６に示す積算データ６１から注目点を対象とする積算移動平均データ６２を計算する。ここでは移動平均計算可能範囲６４を変更可能としている。しかし、注目点を中心とする移動平均を計算していることから、その両端部分６３では積算移動平均データ６２を計算することが不可能であるため、これら計算不可能な両端部分６３については移動平均計算可能範囲６４の両端のデータに基づく最小二乗法を用いて積算移動平均データを計算する。

次いで、最小二乗法により積算移動平均データ６２との差分を求める。これにより図７に示す差分データ７１を得る。顧客仕様などから決まる所定の閾値７２を設定し、閾値７２を超える差分データ７１は不合格と判定し、閾値７２を超えないものは合格と判定する。このようにしてスジ状ムラ部の合否判定を行う。

但し、最小二乗法により移動平均を求めた両端部分６３については、あくまでも最小二乗法による予測値であるため、誤差を生じるおそれがある。この対策として、両端部分６３については、移動平均計算範囲６４の閾値７２とは別個の値７３を設定可能とした。

次に、図８を参照して照明条件の設定について概略説明する。

図８に示すように、光学条件４軸設定機能に基づき各光源の光学的条件を設定する際に、光源／マスク相互間距離を種々変えるとともに、ランプ１１Ａ〜１１Ｄからパターン５１に投光される光の角度θ１〜θ４を種々変えることができる。これにより、パターン５１の形状や種類に応じて最適の検査光をパターンに投光することが可能となる。なお、投光角度θ１〜θ４は１０〜８０゜の範囲とすることが望ましい。また、被検体基板であるマスクから光源の軌道までの距離Ｌは、被検体基板のサイズに応じて種々変わるものである。例えば被検体基板が大判のカラーフィルタである場合は、距離Ｌを１ｍ程度とすることが望ましく、また、被検体基板が半導体デバイス製造用フォトマスクである場合は、距離Ｌを数百ｍｍ〜数ｍｍ程度とすることが望ましい。

照明条件として、投光角度θ、距離Ｌ、光の波長λの他に、さらに光源の光量が追加される。すなわち、本発明では擬似欠陥除去機能を有効とした場合に、片側の光源のみを点灯してマスクの分割エリアを照明するために、その光量を個別に設定する必要がある。片側光源の光量は、顧客仕様、マスクに固有の周期性パターン、分割エリアの面積、投光角度θ、距離Ｌ、光の波長λ等を総合的に考慮して設定される。

次に、図９〜図１９を参照しながら本発明に従って画像処理された実施例の画像と従来法で処理された比較例の画像とを対比して説明する。

図９は、一方の片側光源のみを用いて図の右方から照明してマスクの左側エリアを撮像したときの擬似欠陥を含む検査画像を示す写真である。図中にて矢印で指し示したところに擬似欠陥があらわれている。図１０は、他方の片側光源のみを用いて図の左方から照明してマスクの右側エリアを撮像したときの擬似欠陥を含む検査画像を示す写真である。図中にて矢印で指し示したところに擬似欠陥があらわれている。

図１１はマスクの左側エリアを撮像した画像を示す写真であり、図１２はマスクの右側エリアを撮像した画像を示す写真である。図１３は、図１１の左側画像と図１２の右側画像とを合成処理した合成画像（実施例）を示す写真である。図１４は、図１３の合成画像のつなぎ目を拡大して示す写真である。

図１５は合成画像のつなぎ目の処理を説明するための模式図である。左側の画像Ａと右側の画像Ｂをつなぐ際に、それぞれの画素値をつなぎ目の近傍で図に示すようにグラデーション状に重み付けし、重みの合計が１００％となるようにして足し合わせることにより、つなぎ目が目立たなくなる。

図１６はつなぎ目の部分にぼかしが無い画像（比較例）を示す写真であり、図１７は図１６の比較例画像のつなぎ目の一部を拡大して示す写真である。

図１８は交互表示によりつなぎ目の部分をぼかした画像（実施例）を示す写真であり、図１９は図１８の画像（実施例）のつなぎ部ぼかし部分を拡大して示す写真である。

図２０はレシピ等の入力画面とカメラ画像等の表示画面のレイアウトを一括して示す平面模式図である。

図２０に示すように、オペレータは、入力・表示パネルを用いて画面上に表示される画像を見ながら、ランプ１１Ａ〜１１Ｄの各条件やカメラの撮像条件など必要なレシピを入力し、変更することができる。また、画面を用いて必要な入力操作を行うことにより、保存された履歴データから任意のデータを選択し、これをレビュー表示させてカメラで撮像した実際の検査対象画像と比較することができる。これにより、すでに実績のある検査画像や検査結果を容易に確認することができる。

本実施形態の装置では、基準条件・参考条件機能を利用して擬似欠陥除去機能を呼び出し、擬似欠陥除去処理を行う。オペレータは、合成画像についてムラレベル（画像上の輝度レベル）を判定し、それに基づいてスジ状ムラ欠陥の有無を判定し、評価する。この判定評価を行う際に、画面上に擬似欠陥画像（見本）をレビュー表示してオペレータが判断をすることなく、撮像した画像のみを用いて擬似欠陥を評価することができる。なお、擬似欠陥除去の機能は、レシピにて設定後に自動測定・自動判定を行うモードと、従前通りのレシピで測定した結果から、擬似欠陥と思われる画像が得られた場合に、指定エリアのみ擬似欠陥除去画像の表示・一枚判定を行う手動モードと、の２つのモードを持つものとする。自動モードでは、予めレシピとして登録されている条件（照明光の光量、カメラ倍率、投光角度等）を読み出して、それに沿って自動的に検査が実行される。

本発明は、例えばカラーテレビ用ブラウン管に用いるシャドウマスク、液晶表示パネル用のカラーフィルタ、フォトマスク、フレネルレンズなどに生じるスジ状ムラの検査に利用することができる。

本発明の検査装置の概要を示す構成ブロック斜視図。 本発明の検査装置の制御系統を示すブロック図。 検査方法の手順を示すフローチャート。 多重反射（底面反射）光による擬似欠陥の発生原理を説明するための模式図。 被検体としてのマスクを模式的に示す平面図。 スジ状ムラを検査するときの演算手順を説明するための波形図。 スジ状ムラを検査するときの演算手順を説明するための別の波形図。 検査装置を側方から見て示す図。 図の右方から照明して撮像したときの擬似欠陥を含む検査画像を示す写真。 図の左方から照明して撮像したときの擬似欠陥を含む検査画像を示す写真。 被検体の左側領域を撮像した画像を示す写真。 被検体の右側領域を撮像した画像を示す写真。 左右の画像を合成処理した合成画像を示す写真。 図１３の合成画像のつなぎ目を拡大して示す写真。 合成画像のつなぎ目の処理を説明するための模式図。 つなぎ目の部分にぼかしが無い画像（比較例）を示す写真。 図１６の画像（比較例）の一部を拡大して示す写真。 交互表示によりつなぎ目の部分をぼかした画像（実施例）を示す写真。 図１８の画像（実施例）のつなぎ部ぼかし部分を拡大して示す写真。 レシピ等の入力画面とカメラ画像等の表示画面のレイアウトを一括して示す平面模式図。

符号の説明

１０…斜め透過照明部、１１Ａ〜１１Ｄ…光源、１２…姿勢変更手段、１３…移動手段、１４…案内路、２０…ＸＹステージ部、２２…Ｘ駆動機構（移動機構）、２３…Ｙ駆動機構（移動機構）、３０…撮像部、３１…ＣＣＤカメラ（撮像手段）、３２…カメラ光軸（中心線）、４０…処理部、４１…パソコン、４２…表示画面、４３…キイボード、５０…マスク（検査対象基板）、５２…スジ状ムラ、５３…周期的パターンエリア、５６…撮像エリア、５８…中心線（カメラ光軸）。

Claims (2)

1. 矩形基板上の周期性パターンに発生するスジ状ムラを検査するための周期性パターンのムラ検査装置であって、
   前記基板を実質的に水平に保持し、該基板をＸ軸とＹ軸を含むＸＹ平面視野内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構を備えたＸＹステージと、
   前記ＸＹステージ上の基板の周期性パターンに対して斜め透過光の照明を個別に行う第１、第２、第３及び第４の光源と、
   前記第１、第２、第３及び第４の光源の点灯と消灯を切り換える点光源の変更手段と、
   前記ＸＹステージを挟んで前記光源の反対側に配置され、前記光源によって斜め透過光照明された前記周期性パターンにおける回折光を撮像する撮像手段と、
   前記ＸＹ平面視野内で矩形基板の各辺に沿うように配置された各２本のＸガイドおよびＹガイドを有するリニアガイドと、該リニアガイドにおいて前記２本のＸガイドのうちの一方には前記第１の光源が該一方のＸガイドに沿ってＸ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記２本のＸガイドのうちの他方には前記第２の光源が該他方のＸガイドに沿ってＸ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記２本のＹガイドのうちの一方には前記第３の光源が該一方のＹガイドに沿ってＹ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記２本のＹガイドのうちの他方には前記第４の光源が該他方のＹガイドに沿ってＹ軸方向にスライド走行可能に設けられ、
   前記ＸＹステージ上の基板に対して前記第１の光源を前記一方のＸガイドに沿ってＸ軸方向に移動させ、前記第２の光源を前記他方のＸガイドに沿ってＸ軸方向に移動させ、前記第３の光源を前記一方のＹガイドに沿ってＹ軸方向に移動させ、前記第４の光源を前記他方のＹガイドに沿ってＹ軸方向に移動させるリニアスライダと、
   前記リニアスライダによって前記光源が移動されたときに、検査対象となる前記周期性パターンに対して前記光源から斜め透過光の照明があたるように、前記リニアスライダと連動して前記光源の向きを変えさせる姿勢変更手段と、
   前記基板上の撮像対象エリアを少なくとも２つのエリアに分割し、前記ＸＹステージと前記光源との相対位置関係を調整し、前記第１の光源のみを点灯し、前回撮像したときの光量から開始して前記第１の光源の光量を調整し、その調整光量で前記第１の光源により照明して前記分割エリアのうちの一方側エリアを撮像し、その画像データを取り込み、前記点光源の変更手段により前記第１の光源を消灯し、次いで前記第２の光源を点灯し、前記撮像時の第１の光源の光量から開始して前記第２の光源の光量を調整し、その調整光量で前記第２の光源により照明して前記分割エリアのうちの他方側エリアを撮像し、その画像データを取り込み、前記一方側エリアの画像データと前記他方側の画像データとを互いにつなぎ合わせて合成し、該合成画像を用いてスジ状ムラを判定する際に擬似欠陥を欠陥として判定しない擬似欠陥除去手段と、
   を具備することを特徴とする周期性パターンのムラ検査装置。
2. 矩形基板上の周期性パターンに発生するスジ状ムラを検査するための周期性パターンのムラ検査方法であって、
   （ａ）前記基板を実質的に水平に保持し、該基板をＸ軸とＹ軸を含むＸＹ平面視野内でＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構を備えたＸＹステージと、前記ＸＹステージ上の基板の周期性パターンに対して斜め透過光の照明を個別に行う第１、第２、第３及び第４の光源と、前記第１、第２、第３及び第４の光源の点灯と消灯を切り換える点光源の変更手段と、前記ＸＹステージを挟んで前記光源の反対側に配置され、前記光源によって斜め透過光照明された前記周期性パターンにおける回折光を撮像する撮像手段と、前記ＸＹ平面視野内で矩形基板の各辺に沿うように配置された各２本のＸガイドおよびＹガイドを有するリニアガイドと、該リニアガイドにおいて前記２本のＸガイドのうちの一方には前記第１の光源が該一方のＸガイドに沿ってＸ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記２本のＸガイドのうちの他方には前記第２の光源が該他方のＸガイドに沿ってＸ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記２本のＹガイドのうちの一方には前記第３の光源が該一方のＹガイドに沿ってＹ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記２本のＹガイドのうちの他方には前記第４の光源が該他方のＹガイドに沿ってＹ軸方向にスライド走行可能に設けられ、前記ＸＹステージ上の基板に対して前記第１の光源を前記一方のＸガイドに沿ってＸ軸方向に移動させ、前記第２の光源を前記他方のＸガイドに沿ってＸ軸方向に移動させ、前記第３の光源を前記一方のＹガイドに沿ってＹ軸方向に移動させ、前記第４の光源を前記他方のＹガイドに沿ってＹ軸方向に移動させるリニアスライダと、前記リニアスライダによって前記光源が移動されたときに、検査対象となる前記周期性パターンに対して前記光源から斜め透過光の照明があたるように、前記リニアスライダと連動して前記光源の向きを変えさせる姿勢変更手段と、を準備し、基板上の撮像対象エリアを少なくとも２つのエリアに分割し、前記ＸＹステージと光源との相対位置関係を調整し、第１の光源のみを点灯し、前回撮像したときの光量から開始して前記第１の光源の光量を調整する工程と、
   （ｂ）前記調整光量で前記第１の光源により照明して前記分割エリアのうちの一方側エリアを撮像し、前記点光源の変更手段により前記第１の光源を消灯し、次いで前記第２の光源を点灯し、前記撮像時の第１の光源の光量から開始して前記第２の光源の光量を調整し、その調整光量で前記第２の光源により照明して前記分割エリアのうちの他方側エリアを撮像する工程と、
   （ｃ）前記一方側エリアを撮像した画像データ、および前記他方側エリアを撮像した画像データをそれぞれ取り込む工程と、
   （ｄ）取り込んだ前記一方側エリアの画像データと前記他方側の画像データとを互いにつなぎ合わせて合成し、該合成画像を用いてスジ状ムラを判定する際に擬似欠陥を欠陥として判定しない擬似欠陥除去工程と、を具備することを特徴とする周期性パターンのムラ検査方法。

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