(57)【要約】【課題】複数の撮像ユニットの焦点合わせが簡潔なパターン検査装置を提供することを目的とする。【解決手段】複数個の撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃを、被検査物２の表面に対して接近離間方向（Ｚ）に移動可能な１つの架台４に固定し、撮像ユニット５ｂ，５ｃの光学レンズ系ユニット８ｂ，８ｃを接近離間方向（Ｚ）に駆動してピント合わせして、被検査物２の上に形成されたパターン３を検査する。【選択図】図１
2011215132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物の表面に周期的に並設されたパターンを走査すると共に撮像素子と光学レンズ系ユニットを搭載した撮像ヘッドと、一定周期離れた部分と比較して前記パターンの欠陥を検出する制御装置とを備えるパターン検査装置において、
前記撮像ヘッドは、複数の撮像ユニットが固定された架台を、前記被検査物の表面に対して接近離間方向に可動させる駆動部を有し、
前記撮像ユニットは、撮像素子を有する撮像素子ユニットと、前記接近離間方向に可動する光学レンズ系ユニットとからなり、
前記制御装置は、前記光学レンズ系ユニットの倍率Ｍが以下の範囲になるように前記光学レンズ系ユニットを移動させて前記被検査物の表面に前記各撮像ユニットの焦点を合わせて、前記パターンの欠陥を検出することを特徴とするパターン検査装置。
Ｃ（Ｎ−ΔＮ）／Ｐ  ＜  Ｍ  ＜  Ｃ（Ｎ＋ΔＮ）／Ｐ
ただし、Ｃ：前記撮像素子の素子ピッチ、
Ｐ：前記パターンのピッチ、
Ｎ：前記パターンの投影像ピッチ内の前記撮像素子の素子数、
ΔＮ：前記投影像の許容素子
【請求項２】
前記光学レンズ系ユニットの焦点深度が２０μｍ以下であること
を特徴とする請求項１記載のパターン検査装置。
【請求項３】
前記光学レンズ系ユニットは、前記焦点合わせによる前記光学レンズ系ユニットと前記撮像素子との距離の変化量に対して、倍率の変化量が小さく、かつ前記光学レンズ系ユニットと前記撮像素子との距離が長くなるように設計されたこと
を特徴とする請求項１または請求項２記載のパターン検査装置。
【請求項４】
前記撮像ユニットを光学レンズ系ユニットと撮像素子ユニットとの２ユニットに分離して構成し、前記撮像ユニットおよび前記光学レンズ系ユニットは直進方向に駆動する駆動部を介して連結され、
前記制御装置は、前記駆動部を制御することにより前記光学レンズ系ユニットと前記撮像素子ユニットとの距離を調整すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載のパターン検査装置。
【請求項５】
前記撮像素子ユニットは、焦点面と被検査物とのあおり角を調整する調整軸機構を介して前記架台に取り付けられたこと
を特徴とする請求項３記載のパターン検査装置。
【請求項６】
被検査面に並設されたパターンを複数個の撮像ユニットにより撮像するパターン検査装置用撮像ヘッドであって、
前記被検査面に対して垂直方向に可動する架台と、前記架台に取り付けられた複数の撮像ユニットとを備え、
前記撮像ユニットは撮像素子と前記垂直方向に可動な光学レンズ系ユニットから構成されていること
を特徴とするパターン検査装置用撮像ヘッド。
【請求項７】
被検査物の表面に周期的に並設されたパターンを撮像素子と光学レンズ系ユニットを搭載した撮像ユニットにより走査し、一定周期離れた部分と比較して前記パターンの欠陥を検出するパターン検査方法において、
前記光学レンズ系ユニットの倍率Ｍが以下の範囲内になるように、前記光学レンズ系ユニットを移動させて前記被検査物の表面に前記各撮像ユニットの焦点を合わせた後に、前記パターンの欠陥を検出することを特徴とするパターン検査方法。
Ｃ（Ｎ−ΔＮ）／Ｐ  ＜  Ｍ  ＜  Ｃ（Ｎ＋ΔＮ）／Ｐ
ただし、Ｃ：前記撮像素子の素子ピッチ、
Ｐ：前記パターンのピッチ、
Ｎ：前記パターンの投影像ピッチ内の前記撮像素子の素子数、
ΔＮ：前記投影像の許容素子
【請求項８】
前記光学レンズ系ユニットは、前記焦点合わせによる前記光学レンズ系ユニットと前記撮像素子との距離の変化量に対して、倍率の変化量が小さく、かつ前記光学レンズ系ユニットと前記撮像素子との距離が長くなるように設計されたこと
を特徴とする請求項７記載のパターン検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板などに形成されたパターンを検査するパターン検査方法とパターン検査装置、およびパターン検査装置用撮像ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマディスプレイパネルや液晶パネルのように細かいパターンを有する基板のパターンの検査には、従来は、図１４のパターン検査装置が用いられている。
このパターン検査装置は、被検査物６３のパターンＤを、カメラ６４と光学レンズ系６５からなる撮像ヘッド６６によって取り込む構成である。制御部６７は、カメラ６４の撮像素子６８から得られる信号に基づいて、光学レンズ系６５と撮像素子６８との距離を制御している。
【０００３】
この従来のパターン検査装置では、カメラ６４を介して取り込まれたパターンＤのデジタルデータを処理して、被検査物６３のパターンＤの欠陥を検出する。その代表的な処理方法としては、パターンＤの欠陥が無い場合のデータと、撮像ヘッド６６によって取り込んだ被検査物６３のデータとを比較して、パターンＤの欠陥を見つける方法がある。この方法は、処理が簡単ではあるが、撮像系の倍率不確定さのために、データの比較が難しいという課題がある。
【０００４】
この課題を克服するために、撮像ヘッド６６によって取り込んだ被検査物６３のデータと、隣接あるいは数周期先あるいは後のパターンとを比較して、周期的でない部分を見つけて、それを欠陥と判定する隣接比較方法がある。これは、撮被検査物６３のパターンＤが周期的であることを利用した方法である。
【０００５】
また、撮像素子６８としてＣＭＯＳデバイス、ＣＣＤデバイスやＭＯＳデバイスを用いるときには、撮像素子６８のデバイスセル寸法と、被検査物６３のパターンピッチの不適合によって、測定誤差が生じることがある。
【０００６】
この測定誤差を無くす方法として、特許文献１に記載の方法がある。この特許文献１に記載の方法は、光学レンズ系によるパターンの固体撮像素子への投影像において、最小検出欠陥寸法をセル寸法とし、１ピッチ内に整数個のセルが入るように、光学レンズ系の倍率を制御部６７で設定する方法である。
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の方法でも、より細かいパターンを大面積にわたって検査するには時間がかかり、検査に多くの費用を必要とする。そのため、撮像ヘッドとして複数の撮像ユニットを用いて被検査物の領域を分割して撮像することで、パターン取り込みを短時間で済ませることが一般的に用いられている。ここで各撮像ユニットは、カメラと、被検査物とカメラの間に設けられた光学レンズ系を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３２９６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えば特許文献１に記載の方法のように複数の撮像ユニットを用いるには、１つの架台上に複数個の撮像ユニットを搭載する方が、全てを独立に設置するよりも、検査装置が簡略化できる。
【００１０】
しかしながら、１つの架台上に複数個の撮像ユニットを搭載すると、１枚の被検査物の表面に複数の撮像ユニットの焦点をそれぞれ合わせる必要がある。すなわち、被検査物に対して各撮像ユニットを独立して垂直（Ｚ軸方向）に移動させるための駆動部が、各撮像ユニット毎に必要となる。
【００１１】
本発明は、これら従来の課題を解決し、複数の撮像ユニットの焦点合わせの構成が簡潔に実現できるパターン検査方法とパターン検査装置、およびパターン検査装置用撮像ヘッド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】
【００１２】
前記課題を解決するための本発明のパターン検査装置は、被検査物の表面に周期的に並設されたパターンを走査すると共に撮像素子と光学レンズ系ユニットを搭載した撮像ヘッドと、一定周期離れた部分と比較して前記パターンの欠陥を検出する制御装置とを備えるパターン検査装置において、前記撮像ヘッドは、複数の撮像ユニットが固定された架台を、前記被検査物の表面に対して接近離間方向に可動させる駆動部を有し、前記撮像ユニットは、撮像素子を有する撮像素子ユニットと、前記接近離間方向に可動する光学レンズ系ユニットとからなり、前記制御装置は、前記光学レンズ系ユニットの倍率Ｍが以下の範囲になるように前記光学レンズ系ユニットを移動させて前記被検査物の表面に前記各撮像ユニットの焦点を合わせて、前記パターンの欠陥を検出することを特徴とする。
【００１３】
Ｃ（Ｎ−ΔＮ）／Ｐ  ＜  Ｍ  ＜  Ｃ（Ｎ＋ΔＮ）／Ｐ
ただし、Ｃ：前記撮像素子の素子ピッチ、Ｐ：前記パターンのピッチ、Ｎ：前記パターンの投影像ピッチ内の前記撮像素子の素子数、ΔＮ：前記投影像の許容素子である。
【００１４】
また、本発明のパターン検査装置用撮像ヘッドは、被検査面に並設されたパターンを複数個の撮像ユニットにより撮像するパターン検査装置用撮像ヘッドであって、前記被検査面に対して垂直方向に可動する架台と、前記架台に取り付けられた複数の撮像ユニットとを備え、前記撮像ユニットは撮像素子と前記垂直方向に可動な光学レンズ系ユニットから構成されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のパターン検査方法は、被検査物の表面に周期的に並設されたパターンを撮像素子と光学レンズ系ユニットを搭載した撮像ユニットにより走査し、一定周期離れた部分と比較して前記パターンの欠陥を検出するパターン検査方法において、前記光学レンズ系ユニットの倍率Ｍが以下の範囲内になるように、前記光学レンズ系ユニットを移動させて前記被検査物の表面に前記各撮像ユニットの焦点を合わせた後に、前記パターンの欠陥を検出することを特徴とする。
【００１６】
Ｃ（Ｎ−ΔＮ）／Ｐ  ＜  Ｍ  ＜  Ｃ（Ｎ＋ΔＮ）／Ｐ
ただし、Ｃ：前記撮像素子の素子ピッチ、Ｐ：前記パターンのピッチ、Ｎ：前記パターンの投影像ピッチ内の前記撮像素子の素子数、ΔＮ：前記投影像の許容素子である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、複数の撮像ユニットの焦点合わせの構成が簡潔に実現できるパターン検査方法とパターン検査装置、およびパターン検査装置用撮像ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における検査装置の撮像ヘッドの概略構成図
【図２】（ａ）図１の具体例を示すための概略正面図、（ｂ）図１の具体例を示すための概略側面図、（ｃ）図１の具体例を示すための概略上面図
【図３】本実施の形態１における撮像ヘッドの組み立て調整に係るフローチャート
【図４】複数の撮像ヘッドの取り付け誤差を説明するための概略構成図
【図５】（ａ）本実施の形態１における撮像ユニットの概略構成図、（ｂ）本実施の形態１における光学レンズ移動量と焦点移動量との関係を示す図
【図６】本実施の形態１における光学レンズの移動量と倍率との関係を示す図
【図７】本実施の形態１における光学レンズ移動量と対投影パターンの変化量との関係を示す図
【図８】本実施の形態１における投影パターンと撮像素子のセルとの関係を示す図
【図９】本実施の形態１における撮像ユニットの取り付け誤差導出に係るフローチャート
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態２における検査装置の撮像ヘッドの概略構成図、（ｂ）本実施の形態２における撮像ヘッドの要部拡大図
【図１１】（ａ）図１０の具体例を示すための概略正面図、（ｂ）図１０（ａ）の具体例を示すための概略側面図、（ｃ）図１０（ａ）の具体例を示すための概略上面図
【図１２】本発明の実施の形態３における撮像ヘッドの概略構成図
【図１３】本実施の形態３における撮像ヘッドの変形例の概略構成図
【図１４】従来のパターン検査装置を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の各実施の形態を、図１〜図１３を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１のパターン検査装置に使用される撮像ヘッドの構成と原理を説明する概略構成図である。
【００２０】
この撮像ヘッド１００は、移動テーブル１上に載置された被検査物２の表面に形成されたパターン３の読み取りに使用されている。この撮像ヘッド１００では、架台４の上に、３つの撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃを固定している。
【００２１】
なお、被検査物２はプラズマディスプレイパネルや液晶パネルなどの表示パネルの基板である。より具体的には、表示パネルは前面板と背面板の間に隙間を空けて貼り合わせたものである。プラズマディスプレイパネルの場合は、その内部の空間が各表示色の放電エリアに仕切られている。液晶パネルの場合は、その内部の空間に液晶が充填されている。前面板または背面板には前記パターン３が形成されており、貼り合わせ前の前面板または背面板のパターン検査が実施されている。
【００２２】
撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃは、パターン３にピントを合わせた状態で被検査物２を撮像できるように、制御装置６によって調整される。この制御装置６は、組み立て時に図３に示した組み立て調整フローチャートを実行するものであり、詳しくは後述する。
【００２３】
撮像ユニット５ａは、撮像素子７ａと、撮像素子７ａと被検査物２の間に配置されて被検査物２の表面に対して接近離間方向（以下、Ｚ軸方向と称す）に垂直に移動可能な光学レンズ系ユニット８ａから構成されている。
【００２４】
撮像ユニット５ｂは、撮像素子７ｂと、撮像素子７ｂと被検査物２の間に配置されてＺ軸方向に垂直に移動可能な光学レンズ系ユニット８ｂとから構成されている。
撮像ユニット５ｃは、撮像素子７ｃと、撮像素子７ｃと被検査物２の間に配置されてＺ軸方向に垂直に移動可能な光学レンズ系ユニット８ｃとから構成されている。
【００２５】
なお、説明を簡便にするため、図１には必要最小限の部品のみを記載している。
また、光学レンズ系ユニット８ａ，８ｂ，８ｃは必要な読み取り特性を得るために、複数枚レンズ群の構成や非球面レンズなどを用いた構成にすることもある。光学レンズ系ユニット８ａ，８ｂ，８ｃを移動させるための駆動系や、駆動を制御するための制御装置は図示を省略している。
【００２６】
撮像素子７ａ，７ｂ，７ｃとしては、ＣＭＯＳデバイスやＣＣＤデバイス、ＭＯＳデバイスなどの半導体の固体撮像素子を用いる。これらにはライン型やエリア型があるが、本発明では、ライン型、エリア型のいずれも用いることができる。
【００２７】
被検査物２と架台４が相対移動することによって、この架台４に取り付けられた各撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃは、被検査物２の割り当てられた領域をそれぞれ走査してパターン３を読み取る。本実施の形態では、図１の紙面に垂直な方向に被検査物２と架台４が相対移動することで、被検査物２のＸ軸方向の走査を行う。
【００２８】
図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）は、それぞれ図１の具体例を示す図である。
架台４の両側は、ガイド９ａ，９ｂによって位置決めされた状態で、被検査物２の表面に対してＺ軸方向にスライド自在に支持されている。この架台４に形成されたネジ孔に螺合したネジ軸１１が、固定ステージ１２に取り付けられた主モータ１０によって回転駆動されて、架台４が被検査物２の表面に対してＺ軸方向にスライド駆動する。ここでは、Ｚ軸駆動部３０は、ネジ軸１１と主モータ１０などで構成されている。
【００２９】
Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に沿って配置された架台４には、撮像素子７ａを有する撮像素子ユニット１３ａ，撮像素子７ｂを有する撮像素子ユニット１３ｂ，撮像素子７ｃを有する撮像素子ユニット１３ｃが、Ｙ軸方向に所定間隔で固定されている。
【００３０】
更に、架台４には、光学レンズ系ユニット８ａ，８ｂ，８ｃが、被検査物２の表面に対してＺ軸方向に垂直にスライド自在に取り付けられている。なお、この光学レンズ系ユニット８ａ，８ｂ，８ｃは、撮像素子ユニット１３ａ，撮像素子ユニット１３ｂ，撮像素子ユニット１３ｃに光軸を一致させた状態で取り付けられている。
【００３１】
光学レンズ系ユニット８ａは、片側がＺ軸方向に延設されたガイド１４ａによって位置決めされ、もう一方の片側に形成されたネジ孔に螺合して軸心がガイド１４ａと平行な第１ネジ軸１５ａに支えられている。光学レンズ系ユニット８ａは、第１のネジ軸１５ａが架台４に取り付けられた第１モータ１６ａによって回転駆動されて、Ｚ軸方向にスライド駆動する。光学レンズ系ユニット８ｂも同様に、架台４に取り付けられた第２モータ１６ｂによって第２ネジ軸１５ｂを回転駆動して、Ｚ軸方向にスライド駆動する。光学レンズ系ユニット８ｃは、架台４に取り付けられた第３モータ１６ｃによって第３ネジ軸１５ｃを回転駆動して、Ｚ軸方向にスライド駆動する。光学レンズ系ユニット８ｂは、ガイド１４ｂによって位置決めされ、光学レンズ系ユニット８ｃは、ガイド部１４ｃによって位置決めされる。
【００３２】
図３は、撮像ヘッド１００の組み立て時のフローチャートを示す。
先ず、ステップＳ１では、被検査物２の平面に対して垂直方向（Ｚ軸方向）における位置を合わせた状態で、撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃを、架台４上に固定する。このとき各撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの撮像素子７ａ，７ｂ，７ｃは、図４に示すようにＺ軸方向の１００μｍ程度の取り付け誤差Δｚ１，Δｚ２を含んでいる。
【００３３】
ステップＳ２では、撮像ユニット５ａの焦点がパターン３に合うように、主モータ１０を運転して架台４をＺ軸方向に移動させて調整する。ここで、撮像ユニット５ａの焦点がパターン３に合った状態とは、パターン３の合焦点像が撮像素子７ａで得られる状態である。
【００３４】
撮像ユニット５ａの焦点が合ったところで、ステップＳ３では撮像ユニット５ａの倍率を測定する。そして、ステップＳ４では、ステップＳ３で測定した倍率がパターンに適した倍率であるか否かを判定する。
【００３５】
ステップＳ４で適した倍率ではないと判定された場合には、ステップＳ５で撮像ユニット５ａの倍率を調整する。
ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５のルーチンを繰り返して、倍率がパターンに適しているかを判定する。そして、ステップＳ４で適した倍率であると判定されると、撮像ユニット５ａの調整が完了したと判断する。撮像ユニット５ａの調整が完了すると、次いでステップＳ６を実行する。
【００３６】
ステップＳ６では、撮像ユニット５ｂおよび撮像ユニット５ｃの焦点がパターン３に合うように調整する。具体的には、まず、撮像ユニット５ｂの撮像素子７ｂでパターン３の合焦点像が得られるように、第２モータ１６ｂを運転して光学レンズ系ユニット８ｂをＺ軸方向に移動させる。続いて、撮像ユニット５ｃの撮像素子７ｃでパターン３の合焦点像が得られるように、第３モータ１６ｃを運転して光学レンズ系ユニット８ｃをＺ軸方向に移動させる。
【００３７】
このように撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの調整を行うことにより、各撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃのステップＳ１において発生した取り付け誤差Δｚ１，Δｚ２を補完できる。ただし、このように調整を行った場合は、各撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの像の倍率は微妙に異なる。すなわち、本実施の形態では、図３に示す調整フローを用いて、撮像ユニットの倍率調整とパターンへの焦点合わせとを行っている。
【００３８】
また、本実施の形態の撮像ヘッドでは、撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの光学レンズ系ユニット８ａ，８ｂ，８ｃのみを動かせば良い。すなわち、複数の撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの共通の架台４は、Ｚ軸方向に駆動する駆動機構は一つで良い。そのため、Ｚ軸方向に駆動する駆動機構を撮像ユニット毎に設ける場合に比べて、構成を簡単にできる。構成が簡単になるため、駆動機構の駆動精度が良く、駆動機構のコストも安くなる。
【００３９】
図５（ａ）（ｂ）は、本実施の形態の撮像ユニットの構成と性能についての説明図を示す。撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの構造は同じであるため、ここでは撮像ユニット５ｂについて説明する。
【００４０】
図５（ａ）は撮像ユニット５ｂの概略構成図である。図５（ｂ）は、撮像素子７ｂと光学レンズ系ユニット８ｂとの距離を変化させた場合の光学レンズ移動量と、焦点移動量との関係を示す図である。なお、図５（ｂ）のグラフは、撮像素子７ｂを固定した状態で、光学レンズ系ユニット８ｂを移動させて測定したグラフである。
【００４１】
本実施の形態では、レンズの公式である１／Ｆ＝１／Ｌ１＋１／Ｌ２，Ｍ＝Ｌ２／Ｌ１において、以下の条件を満たすようにしている。
Ｆ：光学レンズ系ユニット８ｂの焦点距離＝１５ｍｍ
Ｌ１：光学レンズ系ユニット８ｂと被検査物２との距離＝２０ｍｍ
（移動量０の時）
Ｌ２：光学レンズ系ユニット８ｂと撮像素子７ｂとの距離＝６０ｍｍ
（移動量０の時）
Ｍ：倍率＝３（移動量０の時）
以上の関係において、光学レンズ系ユニット８ｂのみを移動させた場合では、光学レンズ移動量と焦点移動量は略同じである。
【００４２】
光学レンズ移動量と倍率の変化を図６に示す。また、図７に、１００μｍパターンが撮像素子７ｂ上に投影パターン３００μｍで投影されたときにおける伸び／縮みの変化量を示す。
【００４３】
これらの図から、光学レンズ系ユニット８ｂを０．１ｍｍ上方（Ｚ軸方向）に移動させると、図５（ｂ）から焦点は被検査物２の表面から約０．１ｍｍだけＺ軸方向に移動することが分かる。そして、焦点が約０．１ｍｍだけＺ軸方向に移動すると、図７から１００μｍの投影パターンは３００μｍから約０．６μｍだけ縮むことが分かる。
【００４４】
一般に、撮像ヘッド１００を組み立てるとき、±５０μｍ程度の架台４への取り付け誤差が発生する。本実施の形態では、この発生した誤差を光学レンズ系ユニット８ｂを移動させてキャンセルすることが可能である。なお、キャンセルするために光学レンズ系ユニット８ｂを最大１００μｍ移動させた場合でも、倍率の変化によって発生するパターン３の伸び縮みは、３００μｍのパターンに対して０．６μｍである。
【００４５】
続いて、本実施の形態でパターン検査に問題が無いか否かについて考察する。以下に、３００μｍのパターンにおける０．６μｍの影響について説明する。
先ず、これまで説明した撮像ヘッド１００を用いたパターン検査装置について説明する。
【００４６】
パターン検査装置は、まず、平面状の被検査物の表面に周期的に並ぶパターンを、撮像ヘッド１００により走査してデジタルデータ化する。そして、一定周期離れた部分のパターンデータと操作されたパターンとを制御装置６で比較して、パターンの欠陥を検出する。
【００４７】
パターンデータ内で異なる部位のパターンと比較検査する方法（以下、比較検査法という）は、特許文献１に記載の技術にも使われている。パターン検査装置において、撮像素子として固体撮像素子を用いるため、パターンの一ピッチ分が撮像素子に投影されたときに、パターンの一ピッチ分が確実に整数個の撮像セルに収まる必要がある。これは、パターンの一ピッチ分が整数個の撮像セルに収まっていないと、データを比較するときに、一周期分のパターンでもエッジ部で異なるものと判定されて、誤検出が発生するためである。そのために、比較検査法においては、光学レンズ系ユニットの倍率を最適にして取得したデータを比較検査する。
【００４８】
本実施の形態の撮像ヘッド１００は、焦点合わせのために各撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの倍率がわずか異なってはいるが、比較検査法における比較検査に必要な倍率の許容値を満足する。
【００４９】
続いて、本実施の形態において、撮像素子７ｂの上の３００μｍのパターン像が焦点合わせのために生じた倍率変化により０．６μｍ変化した関係を、図８にて説明する。
図８に示すように、本実施の形態の撮像素子７ｂは、セルサイズを１０μｍとしている。図１にて説明した１００μｍの被検査物２のパターン３は、最適倍率の光学レンズ系ユニット８ｂによりセルサイズが１０μｍのセル３０個の上に、３００μｍの投影像１７としてパターン投影される。
【００５０】
図８に示すように、本実施の形態のセルサイズが１０μｍであるため、０．６μｍの不足量は、セルに対して６％ということになる。
比較検査法において検出結果に影響しないためには、焦点合わせのために生ずる投影像のセルに対するはみ出し量が何％まで許容できるかということになる。なお、セルのはみ出し量は、倍率の許容範囲に変換される。光学レンズ系ユニット８ｂの移動量は、この倍率の許容範囲内であるように決める必要がある。
【００５１】
本実施の形態においては、以下のように符号を設定した場合、撮像ユニット５ｂの光学レンズ系ユニット８ｂの倍率の許容量（許容倍率Ｍ）は、下記の式（１）の範囲に抑える必要がある。
【００５２】
Ｃ（Ｎ−ΔＮ）／Ｐ  ＜  Ｍ  ＜  Ｃ（Ｎ＋ΔＮ）／Ｐ      ・・・・・（１）
なお、Ｃ：撮像素子７ｂの素子ピッチ、Ｐ：パターン３のピッチ、Ｎ：投影像１７のピッチ内の撮像素子７ｂの素子数（整数）、ΔＮ：投影像１７の許容量（素子）である。
【００５３】
図９は、制御装置６による撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの取り付け誤差の許容量の導出までの一連のフローを示す。
ここで素子ピッチＣ＝１０，ピッチＰ＝１００，素子数Ｎ＝３０とする。許容量ΔＮは、投影パターンの許容はみ出し分で何セル分という単位となる。
【００５４】
先ず、ステップＳ１１では、ΔＮの許容はみ出し分が、被検査対象２に求められる検査精度などから決定される。例えば、許容されるはみ出し量が６％、すなわちΔＮ＝０．０６セル分とする。
【００５５】
次に、ステップＳ１２では、はみ出し許容量ΔＮを上記の式（１）に代入して許容倍率Ｍを導出する。図７にて説明した例に当てはめると、許容倍率Ｍは、以下の式（２）の条件となる。
【００５６】
２．９９４  ＜  Ｍ  ＜  ３．００６      ・・・・・（２）
許容倍率Ｍが導出されると、ステップＳ１３では、光学レンズ系ユニット８ｂ，８ｃの移動許容量が決定される。
【００５７】
光学レンズ系ユニット８ｂ，８ｃの移動量と倍率の関係は、撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの光学設計によって決まる。この倍率に基づく移動許容量が、ステップＳ１４で各撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの取り付け誤差許容量となる。
【００５８】
これらの関係より、本実施の形態では、光学レンズ系ユニット８ｂ，８ｃは、０．１ｍｍまで移動可能であることが分かる。よって、焦点位置は０．１ｍｍまで移動させることができ、取り付け誤差±５０μｍを補完して、各撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの焦点を被検査物２の表面に合わせても影響が無いことが確認できた。すなわち、本実施の形態の構成において、得られるパターンデータは比較検査法に適したものであることが確認できた。
【００５９】
以上説明した撮像ユニット５ｂの構成は、基本的なものである。しかし、光学レンズ設計によっては、さらに適した構成に設計することができる。以下に、その適した構成の条件について、撮像ユニット５ｂを用いて説明する。
【００６０】
まず、本実施の形態における適した構成の最小条件は、撮像素子７ｂを固定して光学レンズ系ユニット８ｂを移動させて、撮像ユニット５ｂの焦点合わせを行うことである。このとき、光学レンズ系ユニット８ｂと撮像素子７ｂとの距離が変化するため、撮像ユニット５ｂの倍率は変化する。しかしながら、前述のように、この倍率の変化は比較検査法においては影響が無い程度に微小であるため、比較検査法に適した倍率許容量内で焦点合わせが可能である。
【００６１】
このような条件を満たす光学レンズ設計の一例としては、光学レンズ系ユニット８ｂと撮像素子７ｂとの距離がより長くした設計がある。各撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃが同等倍率であっても、光学レンズ系ユニット８ｂと撮像素子７ｂとの距離，光学レンズ系ユニット８ｃと撮像素子７ｃとの距離がより長くなるように設計されたものの方が好ましい。これは、光学レンズ系ユニット８ｂと撮像素子７ｂとの距離，光学レンズ系ユニット８ｃと撮像素子７ｃとの距離が長い程、光学レンズ系ユニット８ｂと撮像素子７ｂの距離を変化させたときの倍率の変化量が小さくなるためである。また、光学レンズ系ユニット８ｃと撮像素子７ｃの距離を変化させたときの倍率の変化量は小さくなるため、倍率の変化許容量内における光学レンズ系ユニット８ｂ，８ｃの移動許容距離が長くなる。
【００６２】
このような条件で設計することにより、撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃ同士の取り付け精度が粗い場合においても、取り付け誤差を補完することができる。また、倍率変化許容量の範囲をより狭くする必要がある場合、すなわち、撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃ間の倍率誤差をより小さくしなければならない場合にも、このような光学レンズ設計を行うことによって対応できる。
【００６３】
また、パターン３を撮像素子７ａ，７ｂ，７ｃ上に投影するときの各撮像ユニット５ａ，５ｂ，５ｃの焦点深度の検討も重要である。すなわち、焦点深度が深いと焦点合わせの問題もなくなるが、焦点深度は光学レンズ系ユニット８ａ，８ｂ，８ｃの開口数であるＮＡに依存する。パターン３を撮像素子７ａ，７ｂ，７ｃ上に投影したときの投影像をより高精細化するためには、光学レンズ系ユニット８ａ，８ｂ，８ｃのＮＡが高くなるように設計する必要がある。
【００６４】
光学レンズ系ユニットのＮＡを高くするためには、撮像ユニットの焦点深度が浅い設計が好ましい。これは、焦点深度が深いと焦点合わせの問題がなくなるが、投影像の高精細化のためには必然的に焦点深度が浅くなるためである。また、焦点深度が深い場合には、パターンの背後にある構造物までパターン投影像として取り込んでしまうため、正確な撮像ができない場合がある。このような観点からも、撮像ユニットの焦点深度は浅くする必要がある。本実施の形態においては、撮像ユニットの焦点深度は２０μｍ以下が好ましい。
【００６５】
なお、本発明は、通常各撮像ユニットを駆動する駆動機構や撮像ユニット内の駆動機構が省略されるなどの特徴もある。そのため、検査装置でなくとも精密な画像を高速に読み取るスキャナー装置などにも適用できると思われる。
【００６６】
また、このパターン検査装置によると、各撮像ユニットを駆動する駆動機構や撮像ユニット内の駆動機構が省略されるなどの特徴がある。そのため、パターン検査装置を、安価に製造することができる。
【００６７】
（実施の形態２）
図１０（ａ）は、本発明の実施の形態２のパターン検査装置に使用されている撮像ヘッドの構成と原理を説明する概略構成図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）におけるＡ部の拡大図である。
【００６８】
本実施の形態２の撮像ヘッド２００は、移動テーブル１上に載置された被検査物２の表面に形成されたパターン３を読み取るものである。
架台２４は、被検査物２の表面に対してＺ軸方向にスライド自在に支持されている。この架台２４に形成されたネジ孔に螺合したネジ軸１１が、固定ステージ１２に取り付けられた主モータ１０によって回転駆動して、被検査物２の表面に対してＺ軸方向に架台２４がスライド駆動される。
【００６９】
本実施の形態では、架台２４の上に４つの撮像ユニット２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを固定している。
これらの撮像ユニット２５ａ〜２５ｄは、パターン３にピントを合わせた状態で被検査物２を撮像できるように、架台２４への組み立て時に調整されている。
【００７０】
撮像ユニット２５ａは、撮像素子ユニット２６ａと、光学レンズ系ユニット２８ａから構成されている。撮像素子ユニット２６ａは、撮像素子７ａを備え、被検査物２の表面に対してＺ軸方向に垂直に移動可能なものである。光学レンズ系ユニット２８ａは、撮像素子ユニット２６ａと被検査物２の間に配置されて、被検査物２の表面に対してＺ軸方向に垂直に移動可能なものである。また、本実施の形態では、撮像素子ユニット２６ａ，光学レンズ系ユニット２８ａが、互いの距離を調整することができる駆動部２７ａによって１つのユニットとなるように連結されている。撮像素子ユニット２６ａ，光学レンズ系ユニット２８ａは、駆動部２７ａを介して架台２４に取り付けられている。
【００７１】
撮像ユニット２５ｂは、撮像素子ユニット２６ｂと、光学レンズ系ユニット２８ｂから構成されている。撮像素子ユニット２６ｂは、撮像素子７ｂを備え、被検査物２の表面に対してＺ軸方向に垂直に移動可能なものである。光学レンズ系ユニット２８ｂは、撮像素子ユニット２６ｂと被検査物２の間に配置されて、被検査物２の表面に対してＺ軸方向に垂直に移動可能なものである。撮像素子ユニット２６ｂ，光学レンズ系ユニット２８ｂは、互いの距離を調整することができる駆動部２７ｂによって１つのユニットとなるように連結されている。撮像素子ユニット２６ｂ，光学レンズ系ユニット２８ｂは、駆動部２７ｂを介して架台２４に取り付けられている。
【００７２】
撮像ユニット２５ｃは、撮像素子ユニット２６ｃと、光学レンズ系ユニット２８ｃから構成されている。撮像素子ユニット２６ｃは、撮像素子７ｃを備え、被検査物２の表面に対してＺ軸方向に垂直に移動可能なものである。光学レンズ系ユニット２８ｃは、撮像素子ユニット２６ｃと被検査物２の間に配置されて、被検査物２の表面に対してＺ軸方向に垂直に移動可能なものである。撮像素子ユニット２６ｃ，光学レンズ系ユニット２８ｃは、互いの距離を調整することができる駆動部２７ｃによって連結されている。撮像素子ユニット２６ｃ，光学レンズ系ユニット２８ｃは、駆動部２７ｃを介して架台２４に取り付けられている。
【００７３】
撮像ユニット２５ｄは、撮像素子ユニット２６ｄと、光学レンズ系ユニット２８ｄから構成されている。撮像素子ユニット２６ｄは、撮像素子７ｄを備え被検査物２の表面に対してＺ軸方向に垂直に移動可能なものである。光学レンズ系ユニット２８ｄは、撮像素子ユニット２６ｄと被検査物２の間に配置されて、被検査物２の表面に対してＺ軸方向に垂直に移動可能なものである。撮像素子ユニット２６ｄ，光学レンズ系ユニット２８ｄは、互いの距離を調整することができる駆動部２７ｄによって連結されている。撮像素子ユニット２６ｄ，光学レンズ系ユニット２８ｄは、駆動部２７ｄを介して架台２４に取り付けられている。
【００７４】
検査対象または撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの光学的な構成によっては、検査対象に対するあおり角度の精度が高いことが要求される場合がある。このような場合には、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄは、図１０（ｂ）に示すように撮像素子ユニット２６ａ〜２６ｄと駆動部２７ａ〜２７ｄの間に、直交する３軸の周りのロール・ピッチ・ヨーの３方向Ｒｏ，Ｐｉ，Ｙａにあおり調整することができる調整軸機構２９を取り付けることが好ましい。
【００７５】
このような構成にすることにより、制御装置６で駆動部２７ａを制御することによって、光学レンズ系ユニット２８ａと撮像素子７ａとの距離を調整することができる。同様に、制御装置６で駆動部２７ｂを制御することによって、光学レンズ系ユニット２８ｂと撮像素子７ｂとの距離を調整することができる。同様に、制御装置６で駆動部２７ｃを制御することによって、光学レンズ系ユニット２８ｃと撮像素子７ｃとの距離を調整することができる。同様に、制御装置６で駆動部２７ｄを制御することによって、光学レンズ系ユニット２８ｄと撮像素子７ｄとの距離を調整することができる。このように光学レンズ系ユニットと撮像素子との距離を調整することで、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄの焦点面を同一面に調整することができ、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄを、単一のＺ軸駆動部２５を用いて同時に移動させることができる。ここではＺ軸駆動部３０は、ネジ軸１１と主モータ１０などで構成されている。
【００７６】
図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１０（ａ）の具体例を示す。
Ｙ軸方向に沿って配置された架台２４は、両側をガイド９ａ，９ｂによって位置決めされた状態で被検査物２の表面に対してＺ軸方向にスライド自在に支持されている。架台２４には、撮像ユニット２５ａ〜２５ｄが、Ｙ軸方向に所定間隔で固定されている。
【００７７】
撮像ユニット２５ａの撮像素子ユニット２６ａは、片側がＺ軸方向に延設されたガイド３４によって位置決めされ、もう一方の片側に形成されたネジ孔に螺合して軸心がガイド３４と平行なネジ軸３６に支えられている。ネジ軸３６は架台２４に取り付けられたモータ３８によって回転駆動されて、撮像素子ユニット２６ａがＺ軸方向にスライド駆動する。撮像素子ユニット２６ａに光軸を一致させた光学レンズ系ユニット２８ａは、片側がＺ軸方向に延設されたガイド３５によって位置決めされ、もう一方の片側に形成されたネジ孔に螺合して軸心がガイド３５と平行なネジ軸３７に支えられている。ネジ軸３７は架台２４に取り付けられたモータ３９によって回転駆動されて、光学レンズ系ユニット２８ａがＺ軸方向にスライド駆動する。
【００７８】
撮像ユニット２５ｂ〜２５ｄの場合も、撮像ユニット２５ａと同じである。撮像ユニット２５ｂの撮像素子ユニット２６ｂは、ネジ軸４０をモータ４２によって回転駆動してＺ軸方向にスライド駆動する。撮像ユニット２５ｂの光学レンズ系ユニット２８ｂは、ネジ軸４１をモータ４３によって回転駆動してＺ軸方向にスライド駆動する。
【００７９】
撮像ユニット２５ｃの撮像素子ユニット２６ｃは、ネジ軸４４をモータ４６によって回転駆動してＺ軸方向にスライド駆動する。撮像ユニット２５ｃの光学レンズ系ユニット２８ｃは、ネジ軸４５をモータ４７によって回転駆動してＺ軸方向にスライド駆動する。
【００８０】
撮像ユニット２５ｄの撮像素子ユニット２６ｄは、ネジ軸４８をモータ５０によって回転駆動してＺ軸方向にスライド駆動する。撮像ユニット２５ｄの光学レンズ系ユニット２８ｄは、ネジ軸４９をモータ５１によって回転駆動してＺ軸方向にスライド駆動する。
【００８１】
（実施の形態３）
図１２は本発明の実施の形態３のパターン検査装置の概略の平面図を示す。
【００８２】
本実施の形態３では、実施の形態１の架台４または実施の形態２の架台２４に対応する架台６１が、Ｚ軸駆動部３０の主モータ１０を運転することによってＺ軸方向に移動する。架台６１には、複数の撮像ユニットが、架台６１を挟むように２列に並べて取り付けられている。本実施の形態の架台６１には、８つの撮像ユニット６２ａ〜６２ｈが取り付けられている。その具体的な取り付け方は実施の形態１または実施の形態２の構成と同様であるため、説明は省略する。
【００８３】
このように架台６１に複数の撮像ユニットを取り付けることによって、被検査物２の検査領域を２領域に分けることができ、このため被検査物２の移動距離を、１列の場合の半分の距離に削減できる。その結果として、実施の形態１や実施の形態２の構成と比べて、検査速度が速くなり、検査時間を短くすることができる。
【００８４】
図１３は実施の形態３における変形例を示す。
本実施の形態３の変形例では、架台６１に対して図１２に示す構成と同様に、８個の撮像ユニット６２ａ，６２ｃ，６２ｅ，６２ｇの一列と、撮像ユニット６２ｂ，６２ｄ，６２ｆ，６２ｈのもう一列との２列に配置している。図１３で被検査物２を架台６１に対してＸ軸方向に移動させて読み取りを実施する場合に、被検査物２の検査面のエリアＥ１を撮像ユニット６２ａが読み取り、被検査物２の検査面のエリアＥ２を撮像ユニット６２ｂが読み取り、被検査物２の検査面のエリアＥ３を撮像ユニット６２ｃが読み取り、被検査物２の検査面のエリアＥ４を撮像ユニット６２ｄが読み取る。以下同様に、被検査物２の検査面のエリアＥ５，Ｅ６，Ｅ７，Ｅ８を撮像ユニット６２ｅ，６２ｆ，６２ｇ，６２ｈが読み取るように、撮像ユニット６２ａ〜６２ｈの位置をずらせた千鳥配置にしている。このような配置とすることにより、被検査物２を１回の走査により効率良く検査できる。
【００８５】
上記の各実施の形態の主モータ１０，第１モータ１６ａ，第２モータ１６ｂ，第３モータ１６ｃ，モータ３８，３９，４２，４３，４６，４７，５０，５１としては、ステッピングモータやサーボモータを使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、プラズマディスプレイパネルや液晶パネルなどの表示パネルのパターン検査に利用可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１    移動テーブル
２    被検査物
３    パターン
４，２４，６１    架台
５ａ，５ｂ，５ｃ，２５ａ〜２５ｄ，６２ａ〜６２ｈ    撮像ユニット
６    制御装置
７ａ〜７ｃ    撮像素子
８ａ〜８ｃ，２８ａ〜２８ｄ    光学レンズ系ユニット
９ａ，９ｂ，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，３４，３５    ガイド
１０    主モータ
１１，３６，３７，４０，４１，４４，４５，４８，４９    ネジ軸
１２    固定ステージ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，２６ａ〜２６ｄ    撮像素子ユニット
１５ａ〜１５ｃ    第１〜第３ネジ軸
１６ａ〜１６ｃ    第１〜第３モータ
２７ａ〜２７ｄ    駆動部
２９    調整軸機構
３０    Ｚ軸駆動部
３８，３９，４２，４３，４６，４７，５０，５１    モータ
Ｅ１〜Ｅ８    被検査物２の検査面のエリア
１００    撮像ヘッド
２００    撮像ヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011215132.tif 000009
【図８】
2011215132.tif 000010
【図９】
2011215132.tif 000011
【図１０】
2011215132.tif 000012
【図１１】
2011215132.tif 000013
【図１２】
2011215132.tif 000014
【図１３】
2011215132.tif 000015
【図１４】
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