(57)【要約】【課題】基板表面に形成された薄膜を検査する薄膜識別装置において、前記薄膜の厚さや材質などの条件に応じた最適なコントラストの画像を容易に得る。【解決手段】ライン状の光束を放射する光源２と、前記光源から放射された光束が入射され、入射された光束を分光して反射する凹面型回折格子４と、前記凹面型回折格子によって分光された複数の波長の光束のうち、所定波長の光束を反射して薄膜５０上に照射するハーフミラー９と、前記凹面型回折格子を、その凹面中心を通る軸の周りに回転自在に保持する回折格子回転手段とを備える。【選択図】図１
2014132221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に形成された薄膜を識別する薄膜識別装置であって、
ライン状の光束を放射する光源と、前記光源から放射された光束が入射され、入射された光束を分光して反射する凹面型回折格子と、前記凹面型回折格子によって分光された複数の波長の光束のうち、所定波長の光束を反射して前記薄膜上に照射するハーフミラーと、前記凹面型回折格子を、その凹面中心を通る軸の周りに回転自在に保持する回折格子回転手段とを備え、
前記回折格子回転手段により前記凹面型回折格子が回動することによって、前記ハーフミラーに入射される光束の波長が変化することを特徴とする薄膜識別装置。
【請求項２】
前記回折格子回転手段により回動した前記凹面型回折格子の回転角度を計測する回転角計測手段と、
前記凹面型回折格子を初期位置に戻す方向に付勢する付勢手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載された薄膜識別装置。
【請求項３】
前記光源から放射された光束を全反射して前記凹面型回折格子に入射するミラーを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された薄膜識別装置。
【請求項４】
前記ハーフミラーを介して所定波長の光束が照射された前記薄膜の画像を撮影する撮像手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された薄膜識別装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄膜識別装置を用い、前記基板表面に形成された薄膜を検査することを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜識別装置及びこれを用いた検査装置に関し、例えばガラス板などの基板表面に形成されたＩＴＯ等の薄膜を識別するための薄膜識別装置及びこれを用いた検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノートパソコンやタブレット端末、或いはスマートフォンなどにおいては、液晶パネルや有機ＥＬパネルなどを用いたフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）が採用されている。前記ＦＰＤにおいては、例えばガラス基板の表面に金属酸化物を蒸着してＩＴＯ（透明導電膜）を形成し、ＩＴＯに回路パターンを形成している。
【０００３】
従来、そのようなＩＴＯが形成されたガラス基板（以下、ワークと称呼する）において回路パターンの欠陥や異物を検出する場合、例えば特許文献１に開示された欠陥検査装置では、被検査対象物にレーザ光を照射し、その反射光のうち正常パターンからの０次光成分を遮断し、その他の散乱光成分を解析して検出を行っている。
しかしながら、特許文献１に開示された構成にあっては、散乱光成分により欠陥と異物とを区別して検出できるものの、その大きさ等を正確に検出することができなかった。
【０００４】
一方、ＩＴＯの回路パターンの欠陥や異物を検出する他の方法として、導通状態に基づいて欠陥を検出する電気的検査がある。
しかしながら、この電気的検査によっても、回路パターンの欠陥の大きさ等を検出することはできなかった。
また、近年にあっては、回路パターンの細分化が進み、前記回路パターンの欠陥箇所が増加する傾向にあり、電気的検査だけでは回路パターンの欠陥箇所を精度よく検出できないという課題があった。
【０００５】
前記した課題を解決するものとして、ＩＴＯを撮像し、得られた画像を用いて回路パターンの欠陥や異物を検出する、或いは欠陥の大きさを検出する方法が注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１８８００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記ＩＴＯの撮影画像を用いた欠陥検出方法にあっては、ＩＴＯが透明であるためにコントラストの良好な画像を得ることが難しく、回路パターンの欠陥や異物を容易に検出できないという課題があった。
そのために、液晶パネルユニットのガラス基板（パネル部）と、フレキシブルケーブルや半導体チップとを電気的に接続する場合においても、それら接続箇所の検査が容易ではなかった。即ち、フレキシブルケーブルや半導体チップのパターンは画像上で容易に視認できるが、ガラス基板側におけるＩＴＯの回路パターンのコントラストが明瞭でないため、接続不良などの欠陥を検出することが困難であった。
【０００８】
また、ワークの回路パターン幅や各部の寸法を計測する測長装置においても、ＩＴＯの回路パターンを撮影した画像のコントラストが明瞭ではないために、正確な計測が難しいという課題があった。
【０００９】
また、ＩＴＯなどの薄膜に光束を当て撮像する際に、光源やレンズ等に色フィルタをかけてコントラストを改善する方法が考えられるが、ワークに形成された薄膜の厚さや材質が変わるとコントラストが低下し、再び良好なコントラストを得るための色フィルタを選定するのは容易ではなかった。
【００１０】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、基板表面に形成された薄膜を識別する薄膜識別装置において、前記薄膜の厚さや材質などの条件に応じた最適なコントラストの像を容易に得ることができる薄膜識別装置及びこれを用いた検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するためになされた、本発明に係る薄膜識別装置は、基板表面に形成された薄膜を識別する薄膜識別装置であって、ライン状の光束を放射する光源と、前記光源から放射された光束が入射され、入射された光束を分光して反射する凹面型回折格子と、前記凹面型回折格子によって分光された複数の波長の光束のうち、所定波長の光束を反射して前記薄膜上に照射するハーフミラーと、前記凹面型回折格子を、その凹面中心を通る軸の周りに回転自在に保持する回折格子回転手段とを備え、前記回折格子回転手段により前記凹面型回折格子が回動することによって、前記ハーフミラーに入射される光束の波長が変化することに特徴を有する。
【００１２】
この構成により、作業者は、薄膜の厚さ寸法や材質に応じた最適なコントラストの像を得るための所定波長の光束を容易に選定することができる。
即ち、作業者は、薄膜の像を見ながら回折格子回転手段により凹面型回折格子を回動させると、波長の変化に応じて像のコントラストが変化するため、像のコントラストの良好になったときに凹面型回折格子の回動を停止させればよい。それにより、コントラストの良好な薄膜の像が得られ、検査や測定を容易に行うことができる。
【００１３】
また、前記回折格子回転手段により回動した前記凹面型回折格子の回転角度を計測する回転角計測手段と、前記凹面型回折格子を初期位置に戻す方向に付勢する付勢手段とを備えることが望ましい。
このようにすれば、例えば繰り返し、同じ厚さ寸法、材質の薄膜の検査を行う場合に、予め凹面型回折格子の最適な回転角度がわかっていれば、前記回折格子角度調整手段を用いて前記凹面型回折格子をその回転角度に回転させればよい。
即ち、即座に最適なコントラストの像を得ることができ、薄膜の検査や測定を容易に行うことができる。
【００１４】
また、前記光源から放射された光束を全反射して前記凹面型回折格子に入射するミラーを備えてもよい。
そのように構成することにより、薄膜識別装置をより省スペースに構成することができる。
また、前記ハーフミラーを介して所定波長の光束が照射された前記薄膜の画像を撮影する撮像手段を備えることが望ましい。
このように撮像手段により薄膜の画像を撮影することによって、欠陥検出のための画像処理などが可能となり、より容易に検査を行うことができる。
【００１５】
また、前記課題を解決するためになされた、本発明に係る検査装置は、前記薄膜識別装置を用い、前記基板表面に形成された薄膜を検査することに特徴を有する。
このように構成された検査装置によれば、前記した薄膜識別装置の作用効果を得ることができ、薄膜の検査を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基板表面に形成された薄膜を識別する薄膜識別装置において、前記薄膜の厚さや材質などの条件に応じた最適なコントラストの像を容易に得ることができる薄膜識別装置及びこれを用いた検査装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の薄膜識別装置及びこれを用いた検査装置の全体構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、図１の検査装置の動作の流れを示すフローである。
【図３】図３は、入射光の波長により変化する画像のコントラストを説明するために、入射波と反射波の例を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る薄膜識別装置及びこれを用いた検査装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。尚、本発明に係る薄膜識別装置は、例えばガラス基板に蒸着された薄膜である透明導電膜の検査、具体的には透明導電膜に形成された回路パターンの欠陥（断線など）や異物の検出、或いは欠陥の大きさやパターン寸法の計測等のために、透明導電膜の像を出力するものである。
【００１９】
図１は、本発明の薄膜識別装置を用いた検査装置の全体構成を模式的に示す断面図である。
図１に示す検査装置１００は、薄膜識別装置１と、それに接続された検査部２０とにより構成される。
前記薄膜識別装置１は、暗所を形成するためのケーシング（図示せず）内に収容される。この薄膜識別装置１は、ライン状の光束を放射する光源２と、前記光源２から放射されたライン状の光束を全反射するミラー３と、前記ミラー３によって反射された光束が入射され、入射された光束を複数の波長の光に分光して反射する凹面型回折格子４とを備える。
【００２０】
また、薄膜識別装置１は、前記凹面型回折格子４によって分光された複数の波長の光束のうち、所定波長の光束が入射され（前記凹面型回折格子４によって分光されて出来た虹の帯の一定部分が所定波長の光束として入射され）、入射された光束を透過光と反射光とに分光するハーフミラー９を備える。
また、前記ハーフミラー９によって反射された所定波長の光束は、ガラス基板Ｇに形成された透明導電膜であるＩＴＯ５０（薄膜）に照射されるようになっている。
更に、薄膜識別装置１は、前記所定波長の光束が照射されたＩＴＯ５０を、レンズ１１を介して撮像するカメラ１０（撮像手段）を備えている。
【００２１】
次に各構成部について、より詳しく説明する。
前記光源２は、具体的には、その内部にランプ（図示せず）とレンズ（図示せず）とを備え、前記ランプの光をレンズと図１の紙面に対して垂直方向に延設されたスリット２ａとを介して放射する構成であり、細長いライン状の光束をミラー３に対し照射するように配置されている。尚、光源２として、図１の紙面に対し垂直方向に配置されたライン状の光束を放射するオプティカルファイバを用いてもよい。
また、ミラー３は、全反射型のミラーであり、前記のように光源２から放射された光束を、全て凹面型回折格子４に入射するように配置されている。
尚、このミラー３を設けるのは、薄膜識別装置１の高さを低くして省スペースの構成とするためであり、その必要がなければ、光源２からの光を直接、凹面型回折格子４に入射するように構成してもよい。
また、図１において、紙面に対して垂直方向に延びる光束Ｌｔ１は、幅方向に拡散するが、凹面型回折格子４に有効に入射する光束は、光束Ｌｔ２から光束Ｌｔ３までの幅である。
【００２２】
また、前記凹面型回折格子４は、前記のように、入射された光束を複数の波長の光に分光する光学部材である。具体的には、凹面型の分光反射面４ａには等間隔なピッチでブレーズ格子（鋸歯状の断面を有する格子）が形成されており、入射光束を前記分光反射面４ａによって分光かつ反射し、凹面の曲率半径を直径とするローランド円Ｒ上に分光されたスペクトルを結像するようになっている。
また、前記凹面型回折格子４によって分光された所定波長の光束の半分は、ローランド円Ｒ上の結像位置よりも手前でハーフミラー９によって反射され、ＩＴＯ５０上に照射されるようになっている。
【００２３】
また、前記凹面型回折格子４は、フレーム５に保持され、このフレーム５は図示しない回転機構（回折格子回転手段）により、凹面型回折格子４の凹面中心Ｃを通る軸の周りに回動自在に設けられている。
ここで、前記凹面型回折格子４に入射されるライン状の光束は、前記凹面型回折格子４の回転軸に対して平行方向に延びている。
フレーム５と共に凹面型回折格子４を回動させることにより、ハーフミラー９で反射しＩＴＯ５０に照射される光束の波長を変更することが可能な構成となっている。
【００２４】
また、前記回動自在に設けられたフレーム５には、ダイヤルゲージ８（回転角計測手段）のスピンドル８ａの先端部（測定子）が当接している。そして、フレーム５（凹面型回折格子４）が回動することによって、スピンドル８ａがゲージ本体８ｂに対し進退するようになっている。また、ダイヤルゲージ８によって測定されたフレーム５の移動距離の情報は、コンピュータからなる検査部２０に入力されている。
また、検査部２０においては、入力されたフレーム５の移動距離を、例えば角度情報に変換するための変換テーブルに適用して凹面型回折格子４の回転角度を求め、その情報をモニタ２１に出力するようになっている。
【００２５】
また、フレーム５には、凹面型回折格子４を初期位置に戻す方向に付勢するスプリング７（付勢手段）が取り付けられ、凹面型回折格子４を回動させる方向に応力を与えない限りは前記スプリング７の付勢力により凹面型回折格子４は初期位置に戻るように構成されている。
【００２６】
また、前記ハーフミラー９は、入射された光束を、透過光と反射光とに略等しく分光するものであり、前記のように反射光束がＩＴＯ５０上に照射されるように配置される。
また、前記ハーフミラー９の上方には、レンズ１１を介して前記カメラ１０が配置され、レンズ１１による所定の倍率で、ＩＴＯ５０に焦点が合わせられている。
また、カメラ１０によって撮影された画像は、検査部２０に入力されると共に、検査部２０を介してモニタ２１上に表示されるようになっている。
【００２７】
前記検査部２０は、内蔵する記憶手段（図示せず）に、例えばＩＴＯ回路パターンの欠陥やパターン上の異物を検出するための欠陥検出プログラムが記録されている。そして、このプログラムが検査部２０のＣＰＵ（図示せず）上で実行されることにより、欠陥や異物の有無等の情報、及び、それら欠陥などの箇所を示す回路パターンの画像がモニタ２１に表示されるようになっている。
【００２８】
このように構成された検査装置１００によれば、次のようにＩＴＯ５０の検査を行うことができる。
先ず、光源２のスリット２ａからライン状の光束をミラー３に向けて放射する（図２のステップＳ１）。
ミラー３においては、入射された光束を全反射し、反射した光束を凹面型回折格子４に入射する（図２のステップＳ２）。
【００２９】
凹面型回折格子４に入射された光束は、複数の波長に分光されて反射され、凹面のローランド円Ｒの円周上に、分光されたスペクトルを結像する（図２のステップＳ３）。
ここで、分光された光のうち、所定波長の光束の半分は、ローランド円Ｒの円周上で結像する手前でハーフミラー９によって反射され、ＩＴＯ５０上に照射される（図２のステップＳ４）。
【００３０】
また、ＩＴＯ５０上に照射された所定波長の光束は反射し、その反射光はレンズ１１を介してカメラ１０により撮像される（図２のステップＳ５）。
カメラ１０により撮影された画像は、ＩＴＯ５０の平面画像であるが、そのコントラストは、ＩＴＯ５０に入射された光束の波長に応じて変化する。
例えば図３（ａ）、図３（ｂ）に模式的に示すように、ＩＴＯ５０に入射された入射光Ｌ１は反射し、ＩＴＯ５０での反射光Ｌ２とガラス基板Ｇでの反射光Ｌ３とが生じる。そして、２つの反射光Ｌ２、Ｌ３は合成された干渉光Ｌ４となる。
【００３１】
ここで、図３（ａ）に示すように、反射光Ｌ２の波形と反射光Ｌ３の波形とが逆位相に近くなり互いに打ち消し合うと、合成された干渉光Ｌ４の波形は振幅が小さくなる。その結果、カメラ１０に入射される干渉光Ｌ４の明るさは暗いものとなる。
即ち、反射光Ｌ２と反射光Ｌ３の光学的距離の差（２ｄｎcosθ）が、入射光Ｌ１の半波長λ／２の偶数倍のときに干渉光Ｌ４が暗くなり、ＩＴＯ５０の膜厚ｄ、屈折率ｎ、入射角度θ、入射光Ｌ１の波長λの関係は、式（１）を満たすものとなる。
【数１】
2014132221.tif 000003
【００３２】
一方、図３（ｂ）に示すように、反射光Ｌ２の波形と反射光Ｌ３の波形とが同位相に近くなると、合成された干渉光Ｌ４の波形は振幅が大きくなり、カメラ１０に入射される干渉光Ｌ４は明るい光となる。
即ち、反射光Ｌ２と反射光Ｌ３の光学的距離の差（２ｄｎcosθ）が、入射光Ｌ１の半波長λ／２の奇数倍のときに明るい干渉光Ｌ４となり、ＩＴＯ５０の膜厚ｄ、屈折率ｎ、入射角度θ、入射光Ｌ１の波長λの関係は、式（２）を満たすものとなる。
【数２】
2014132221.tif 000004
【００３３】
このように反射光Ｌ２と反射光Ｌ３の光学的距離の差が、入射光Ｌ１の半波長λ／２の偶数倍か奇数倍かによって、干渉光Ｌ４の明暗が決定されるため、入力光Ｌ１の波長λが変化すると干渉光Ｌ４の明暗も変化することになる。
即ち、入射光Ｌ１の波長を変化させることで反射光（干渉光Ｌ４）のコントラスト（明暗）を変えることができる。
【００３４】
次いで作業者は、カメラ１０によって撮影された画像をモニタ２１上で確認しながら、フレーム５に保持される凹面型回折格子４を回動させる。これにより、ＩＴＯ５０上に照射される光束の波長が変化するため、画像のコントラストが変化する（図２のステップＳ６）。
そして、作業者は、前記画像のコントラストが最も良好となる回転角度で凹面型回折格子４の回動を停止し、コントラストの良好な画像に表示されたＩＴＯ５０の状態を目視により確認する（図２のステップＳ７）。
尚、例えば繰り返し、同じ厚さ寸法、材質のＩＴＯ５０の検査を行う場合に、予め凹面型回折格子４の最適な回転角度がわかっていれば、ダイヤルゲージ８を用いて前記凹面型回折格子４をその回転角度に回転させればよい。それにより、即座に最適なコントラストの画像を得ることができる。
【００３５】
一方、カメラ１０によって撮影された画像は、検査部２０に入力される。
検査部２０においては、欠陥検出プログラムが実行され、例えば、入力された回路パターンの画像と予め記憶している正常パターンの画像とを比較して欠陥箇所や異物を検出し、その検出結果をモニタ２１に表示する（図２のステップＳ８）。
具体的に説明すると、前記欠陥検出プログラムにあっては、正常パターンとの間でのパターンマッチングによるパターン形状の差異や、画像中における明るさの異なる箇所を検出して欠陥検出を行う。
例えば、回路パターンにおいて欠陥により正常パターンとの間で厚さ寸法ｄが異なる場合には、反射光（干渉光）の明るさに差が生じる。前記欠陥検出プログラムでは、前記反射光（干渉光）の明るさの差分が所定の閾値以上であるか否かにより欠陥の有無を検出する。
また、検査部２０においては回路パターンの画像から、検出した欠陥などの寸法情報も算出される。
作業者は、前記モニタ２１に、欠陥の有無等の情報、及びカメラ１０により撮影されたコントラストの良好な画像が表示されるため、ＩＴＯ５０に形成された回路パターンの検査を容易に行うことができる。
【００３６】
以上のように本発明に係る実施の形態によれば、凹面型回折格子４によって分光された複数の波長の光束のうち、所定波長の光束がハーフミラー９によって反射され、ＩＴＯ５０に照射される。
さらに凹面型回折格子４は、その凹面中心を軸として上下方向に回動可能となされ、凹面型回折格子４を回動させることによって、前記ハーフミラー９に反射されＩＴＯ５０に照射される光束の波長を変化させることが可能となっている。
この構成により、作業者は、薄膜（本実施形態ではＩＴＯ５０）の厚さ寸法や材質に応じた最適なコントラストの像を得るための所定波長の光束を容易に選定することができる。
即ち、作業者は、ＩＴＯ５０の画像を見ながら凹面型回折格子４を回動させると、波長の変化に応じて画像のコントラストが変化するため、画像のコントラストの良好になったときに凹面型回折格子４の回動を停止させればよい。それにより、コントラストの良好な画像上でＩＴＯ５０の検査を容易に行うことができる。
【００３７】
尚、前記実施の形態においては、カメラ１０により撮像された画像上でＩＴＯ５０の状態を検査するものとしたが、本発明にあっては、その構成に限定されるものではなく、ＩＴＯ５０を目視により検査するようにしてもよい。
また、カメラ１０、レンズ１１の代わりに、ラインセンサ（図示せず）を配置し、所定波長の光のみを検出して、薄膜の膜厚、欠陥を検出するようにしても良い。
更に、前記実施の形態においては、識別対象（検査対象）の薄膜としてＩＴＯを用いたが、識別対象（検査対象）はＩＴＯに限定されるものではなく、如何なる薄膜であっても本発明の構成により、識別、検査することが可能である。
【００３８】
また、前記実施の形態においては、ローランド円Ｒ上にスペクトルが結像する凹面型回折格子４を用いた場合について説明したが、それに限定されることなく、直線上にスペクトルが結像する凹面型回折格子を用いてもよい。
【００３９】
また、前記実施の形態においては、薄膜識別装置１を検査部２０と組み合わせて検査装置１００として用いる場合を例に説明したが、本発明に係る薄膜識別装置１にあっては、それに限定されるものではない。
例えば、薄膜識別装置１から出力された画像をコンピュータに入力し、入力された画像からＩＴＯ５０に形成された回路パターンの寸法を測定する測長装置に適用することもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１        薄膜識別装置
２        光源
３        ミラー
４        凹面型回折格子
４ａ      分光反射面
５        フレーム
７        スプリング（付勢手段）
８        ダイヤルゲージ（回転角計測手段）
９        ハーフミラー
１０      カメラ（撮像手段）
１１      レンズ
２０      検査部
２１      モニタ
５０      ＩＴＯ（薄膜）
１００    検査装置
Ｇ        ガラス基板（基板）
【図１】
2014132221.tif 000005
【図２】
2014132221.tif 000006
【図３】
2014132221.tif 000007