(57)【要約】【課題】一定の条件下によるカメラでの取得画像を元に、従来の回折光観測と同様な感度を有する局所的なパターンの位置ずれを測定することができるパターン検査装置を提供する。【解決手段】カメラ２０と画像処理装置３０とを有し、前記画像処理装置３０は、予め画像中の特徴点を検査対象基板の種別に応じて記憶する記憶手段３２と、前記記憶手段に記憶された当該種別に応じて、前記カメラで撮像した画像中の特徴点の位置を周囲の複数画素の画素値を比較して画像分解能より小さい精度で計測位置として計測する画像特徴位置計測手段３３と、パターン繰り返し周期から予測される特徴点の位置を予測位置として生成する予測位置発生手段３４と、前記計測位置と前記予測位置との差を前記パターンの位置誤差情報として検出する誤差検出手段３５とを備え、前記計測位置と前記予測位置との差に基づいて前記繰り返しパターンの良否を検査する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された繰り返しパターンを検査するパターン検査装置であって、カメラと画像処理装置とを有し、前記画像処理装置は、予め画像中の特徴点を検査対象基板の種別に応じて記憶する記憶手段と、前記カメラで撮像した画像中の前記特徴点の位置を周囲の複数画素の画素値を比較して画像分解能より小さい精度で計測位置として計測する画像特徴位置計測手段と、前記基板のパターン周期によって前記カメラで撮像した画像中に出現すると予測される理想的な特徴点の位置を予測位置として生成する予測位置発生手段と、前記計測位置と前記予測位置との差を前記パターンの位置誤差情報として検出する誤差検出手段とを備え、前記計測位置と前記予測位置との差に基づいて前記繰り返しパターンの良否を検査することを特徴とするパターン検査装置。
【請求項２】
二次元的な繰り返しパターンにおけるパターンの形成位置を検査するパターン検査装置であって、画像の特徴点の位置を垂直及び水平方向の２座標値について同時に計測と予測とを行うと共に両者の誤差比較を行う手段を有し、前記計測位置と前記予測位置との差を示す前記パターンの位置誤差情報に基づいて、水平方向と垂直方向に形成された前記二次元的な繰り返しパターンの良否を同時に検査することを特徴とするパターン検査装置。
【請求項３】
二次元的な繰り返しパターンにおける前記パターンの位置誤差情報を画素の濃淡情報に変換して濃淡画像を生成する画像生成手段を有し、前記位置誤差情報を画像として可視化することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン検査装置。
【請求項４】
前記パターンの位置誤差情報を予め設定された限界値と比較する手段を有し、前記比較の結果に基づき異常の発生を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン検査装置。
【請求項５】
前記検査の対象基板が液晶表示用のアクティブマトリックスであって、この基板上に形成されたトランジスタの電極位置の異常を検査することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパターン検査装置。
【請求項６】
前記基板を明視野照明により照明する照明手段を備え、前記カメラが前記照明手段の前記基板からの直接反射光を一定の角度で捉えるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ガラス基板上に形成される電気信号やトランジスタ電極などの繰り返しパターンの良否を検査する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＦＴ液晶の基板製造工程においては、フォトエッチングプロセスにてトランジスタ電極などの薄膜の繰り返しパターンが形成されるが、露光装置の異常動作によって形成されたパターンに局所的な位置ずれを起こす場合がある。例えば、図５に示すように、露光装置のステージ２の上面にパーティクル３が付着していると、ステージ上に置かれた液晶ガラス基板１は、同図のように張力によって変形し、図６に示すように、液晶ガラス基板１に形成された垂直線状の繰り返しパターン４に局所的なずれが発生する。この局所的な位置ずれを早期に発見し、露光装置の異常に対処することが生産性を向上させる上で重要な技術となっている。上記の位置ずれはマイクロメータ単位の微小なものなので肉眼で発見することができず、また２０〜３０ミリ程度の広い領域に渡って一様に発生するために、隣接パターンを比較する手段では検出することができない。
【０００３】
かかる不良を発見するために、従来の技術では、単色光源とフレネルレンズなどを用いて観察対象基板に照明光を斜め方向から当て、また、観測者が微弱な回折光の強弱を斜め方向から肉眼で観察する「マクロ検査」と呼ばれる手段が取られている（例えば特許文献１参照）。この方法によれば、繰り返しパターンにおける回折光の干渉が観測光の濃淡になって可視化されるので、光の波長に近い量のパターン間隔の変化を観測することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１４１６５７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の回折光の性質を使用する検査方法については、微弱な回折光の変化に対する肉眼による検査であるので、検査結果が定性的であり、観測される輝度の変化分と実際のパターン移動量の間に絶対的な尺度を適用することができない。また、カメラによる撮像を適用しようとした場合、光学的にはパターンのエッジ部分における回折光を観察する方法であるために、観測される光量が微弱で、また観察できる角度範囲が非常に狭く、自動的な画像取得が困難である。また、微弱な輝度の変化を見分けなければならないため、周囲から回りこむ外光の影響を防止する目的で装置全体を暗幕で囲う必要があり、検査装置の設置条件に制限がある。そのうえ、製品の種別によって製造するパターン間隔が変化するたびに光源やカメラの角度などの観察条件を変えなければならず、検査の自動化を妨げる要因になっている。その一方、現在のガラス基板サイズは一辺１メートルを越えるものが主流となっており、肉眼による観察においても条件設定に制限が出てきて、基板全面を同一条件で観察することが困難になりつつある。
【０００６】
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、一定の条件下によるカメラでの取得画像を元に、従来の回折光観測と同様な感度を有する局所的なパターンの位置ずれを測定することができるパターン検査装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板に形成された繰り返しパターンを検査するパターン検査装置に関するものであり、本発明の上記目的は、カメラと画像処理装置とを有し、前記画像処理装置は、予め画像中の特徴点を検査対象基板の種別に応じて記憶する記憶手段と、前記カメラで撮像した画像中の前記特徴点の位置を周囲の複数画素の画素値を比較して画像分解能より小さい精度で計測位置として計測する画像特徴位置計測手段と、前記基板のパターン周期によって前記カメラで撮像した画像中に出現すると予測される理想的な特徴点の位置を予測位置として生成する予測位置発生手段と、前記計測位置と前記予測位置との差を前記パターンの位置誤差情報として検出する誤差検出手段とを備え、前記計測位置と前記予測位置との差に基づいて前記繰り返しパターンの良否を検査することによって達成される。
【０００８】
あるいは、二次元的な繰り返しパターンにおけるパターンの形成位置を検査するパターン検査装置であって、画像の特徴点の位置を垂直及び水平方向の２座標値について同時に計測と予測とを行うと共に両者の誤差比較を行う手段を有し、前記計測位置と前記予測位置との差を示す前記パターンの位置誤差情報に基づいて、水平方向と垂直方向に形成された前記二次元的な繰り返しパターンの良否を同時に検査することによって達成される。
【０００９】
さらに、二次元的な繰り返しパターンにおける前記パターンの位置誤差情報を画素の濃淡情報に変換して濃淡画像を生成する画像生成手段を有し、前記位置誤差情報を画像として可視化すること；前記パターンの位置誤差情報を予め設定された限界値と比較する手段を有し、前記比較の結果に基づき異常の発生を検出すること；検査する対象基板が液晶表示用のアクティブマトリックスであって、この基板上に形成されたトランジスタの電極位置の異常を検査すること；前記基板を明視野照明により照明する照明手段を備え、前記カメラが前記照明手段の前記基板からの直接反射光を一定の角度で捉えるように配置されていること；によって、それぞれ一層効果的に達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明に係るパターン検査装置の検査対象の基板は、液晶表示用のアクティブマトリックス等の基板（一辺が１メートルを越える大型の基板を含む板状の基板）であり、本発明では、この基板上に形成された二次元的な繰り返しパターンの良否やトランジスタの電極位置等の良否を検査対象としている。
【００１１】
図１は本発明に係るパターン検査装置の構成の一例をブロック図で示しており、本発明のパターン検査装置（以下、検査装置と言う）は、対象基板１を照明するための照明装置１０と、対象基板１からの直接反射光を捉えて２次元エリアを撮像し、画像をデジタル情報として取得するための撮像手段であるカメラ装置２０（本例ではデジタルカメラ）と、デジタル情報を処理するための画像処理装置３０とから構成されている。本実施の形態では、照明装置１０は、対象基板１を所定の角度で明視野照明により照明する装置であり、対象基板１からの直接反射光をカメラ２０により捉えることで、常に一定の角度の正反射光により２次元エリアを撮像できるように構成されている。
【００１２】
画像処理装置３０の内部は、カメラ装置２０で撮像した画像を一時的に若しくは蓄積して記憶する画像記憶装置３１と、パターンの特徴量とその抽出方法を記憶するための参照画像用記憶装置３２と、カメラ装置２０で撮像した実画像の中からパターン繰り返し周期に応じて画像の特徴量が出現する位置を画素寸法より小さい分解能で抽出する画像特徴位置計測装置３３と、パターン周期によって画像の特徴量が出現すると予想される位置（理想的な特徴点の位置）を予め生成する予測位置発生装置３４と、画像特徴位置計測装置３３にて得られた実画像上の位置と予測位置発生装置３４にて発生された位置との差を検出する誤差検出装置３５と、出力信号における不要な高周波成分や光学系の歪による誤差など、既知のノイズを除去するフィルタリング装置とから構成されている。
【００１３】
上記の画像処理装置３０は、高速なコンピュータを使用して、コンピュータを各内部装置（手段）３１〜３６として機能させるプログラム等から成る「ソフトウェア」で代替するように構成しても良い。
【００１４】
このように装置を構成することによって、取得される画像は明視野照明による強い反射光を用いることができ、従来の回折光を用いる照明方法に比較して格段に明るい照明強度を得ることができる。また、明視野照明であるので、照明装置とカメラの設置位置関係が常に一定となり、パターン間隔の変更に伴う段取り替えの必要がなくなるので、特にＣＣＤカメラなどのデジタルカメラによる自動的なデジタル画像取得に有効である。
【００１５】
画像処理装置１０の構成要素のなかで、参照画像記憶装置３２は、画像中において、対象基板に形成されたパターンの周期で繰り返し出現する特徴量（以下、特徴点とも言う）と、その抽出方法を記憶する装置である。この装置が記憶する画像の特徴量とは、微細な金属パターンの中央部分に観測される輝度の尖頭位置や、金属パターンと下地の反射率の違いによる輝度変化などである。あるいは、二次元的に配列された複雑な画像情報における特徴点でも良い。これらの各特徴量とその位置抽出方法（当該種別の特徴点の位置抽出アルゴリズム）は、検査対象基板の種別に応じて予め設定されて記憶されている。画像特徴位置計測装置３３は、上記の参照画像記憶装置３２に蓄えられている当該基板の特徴量の位置抽出方法に応じて、カメラから得られた取得画像中に出現する特徴量の位置を精密に計算する。
【００１６】
このように、特徴量を抽出する手段を記憶しておいて、必要に応じて切り替えることによって、検査対象基板の種別変更に伴う検査方法の自動的な切り替えが可能になる。
【００１７】
画像特徴位置計測装置３３は、ある一点における実画像中の特徴量出現位置を計算するために画像情報を複数ビットのグレイレベルにて取り扱い、また、周囲の複数画素を２次元的に用いるように構成する。それによって、特徴量出現位置を取得画像中の画素分解能以上に細かく補間して計算することが可能となる。この特徴量出現位置の抽出アルゴリズムは、当該種別の検査対象基板のパターンに応じて設定されており、参照画像記憶装置３２に記憶された当該種別の抽出アルゴリズムが使用される。
【００１８】
例えば、図２に示すようなガラス基板５上に形成された垂直線状の金属パターン６の位置を精密に計測する例を以下に示す。この金属パターン６の画像信号は、Ｎ番目の画素を中心として、撮像センサの画素８の上に７のような輝度パターンで結像しているとする。ここで、特徴点の位置計測のために画像記憶装置３１から画像特徴位置計測装置に送られる画像が、左右に１画素分の位置ずれの余裕度を見込んで、Ｎ番目の画素を中心としてＮ−２、Ｎ−１、Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２の５画素であるとする。また、これらの画素の輝度値がＧ（ｎ−２）、Ｇ（ｎ−１）、Ｇ（ｎ）、Ｇ（ｎ＋１）、Ｇ（ｎ＋２）であるとする。
【００１９】
最初に、画像特徴位置計測装置３３は、上記５画素のうち最も輝度の高い画素を選択する。上の例の場合、Ｎ番目の画素である。次に、画像特徴位置計測装置３３はその画素の両隣の画素を選択し、図２中の演算部（位置情報演算装置）３３ａによって、下記の数１により、実画像中の特徴量出現位置Ｎの位置情報Ｐ（Ｎ）を求めて出力する。
【００２０】
【数１】
Ｐ（Ｎ）＝Ｎ＋（Ｇ（ｎ＋１）−Ｇ（ｎ−１））／｛Ｇ（ｎ）−ＭＩＮ（Ｇ（ｎ＋１），Ｇ（ｎ−１））｝×０．５
ここで、Ｇ（ｎ）は、デジタル数値に変換された画素番号Ｎの輝度値を表す。
【００２１】
予測位置発生装置３４は、取得された画像中に表れる特徴量の理想的な位置を生成する。例えば、パターンの繰り返し周期が１００ミクロンであり、画像を取得するカメラの画素寸法が６ミクロンである場合には、取得された画像上において、パターン画像の特徴量が１６と３分の２画素置きに出現するはずである。この装置は、上記の画像特徴位置計測装置３３の計算する位置分解能以上に正確な位置情報を予測値として出力する。この予測位置は検査対象基板の種別に応じて予め生成されており、予測位置発生装置３４では、画像特徴位置計測装置３３の出力と同期して当該特徴点の予測位置の信号を発生して誤差検出装置３５に対して出力される。
【００２２】
画像特徴位置計測装置３３から出力された実測位置は、誤差検出装置３５にて予測位置発生装置３４から得られた理想的な出現位置とリアルタイムに比較される。ここで出力される値が本発明による装置の得ようとする検査結果となる。
【００２３】
ここで、上記の予測位置発生装置３４と誤差検出装置３５の構成例について説明する。
【００２４】
図３は、予測位置発生装置３４と誤差検出装置３５の内部構成を示している。図３の構成例において、予測位置発生装置３４は、これから計測しようとするパターンの番号情報３７を外部から指示されている。なお、パターンの番号情報３７は、検査対象基板１の位置に応じてデジタルカメラ２０の制御装置から与えられても良いし、また、この装置の動作全体を制御するコンピュータなどから与えても良い。この番号情報３７は、画像記憶装置３１にも与えられ、計測対象となる画像の特徴量を含んでいると推定される近辺の画像を切り取り、画像特徴位置計測装置３３に送るためにも用いられる。予測位置発生装置３４は、受け取ったパターン番号情報を、装置内に準備されているパターン間隔記憶装置３４ｂに記憶されているパターン間隔情報と乗算器３４ａによって掛け合わせ、精密な予測位置を得る。誤差検出装置３５は、画像特徴位置計測装置３３による位置計測情報を３４による予測位置から減算器３５ａによって減算する。この情報は、装置内に組み込まれた画素サイズ記憶装置３５ｃに記憶されている精密な撮像画素サイズと乗算器３５ｂによって掛け合わされ、結果としてパターンの位置誤差情報を得る。
【００２５】
誤差検出装置３５によって得られた値（上記の位置誤差情報）は、画像取得時の電気ノイズや光学系の歪、カメラ内部のＡ／Ｄ変換器の非直線性などによって影響を受け、検査に不要なノイズ成分として残留している。図１に示されるフィルタリング装置３６は、これらの不要なノイズを除去するものである。
【００２６】
また、図１に示される画像生成装置３７は、上記のように２次元的に計測された位置ずれ信号に基づいて、各パターン位置の微小な位置ずれ量から画素の輝度値（濃淡情報）へ変換して濃淡画像を生成する装置である。このように位置ずれ量を２次元的に可視化することによって、パターンの位置ずれが基板の全面にわたってどのように分布しているかを把握することが可能であり、露光装置の状態をより詳しく知ることができる。また、位置ずれ判定装置３８を設置することによって、例えば、実際に基板上に形成されたパターンの位置ずれ量が、予め検査対象基板の種別に応じて設定された限界値を超えたときに警報を発し、露光装置の異常に対する対処を促したり、かかる基板を不良品として取り除いて後工程に流さないようにし、生産性を向上させたりすることができる。
【００２７】
上述のような検査装置の構成において、その動作例を説明する。デジタルカメラ等の撮像手段（カメラ装置）２０で撮像された画像は、画像記憶装置３１に一時的に蓄えられ、画像特徴位置計測装置３３により、参照画像用記憶装置３２の参照画像（検査対象基板の種別に応じた当該パターンの基準画像）と比較され、画像内の特徴点の位置が精密に計測される。画像特徴位置計測装置３３によって計測された位置情報は、予測位置発生装置３４により生成された理想的な位置情報と誤差検出装置３５によって比較され、差分の信号がフィルタリング装置３６にてノイズ成分が除去されて、位置誤差出力となる。この出力情報は、画像生成装置１４により可視化されると共に、位置ずれ判定装置３８によりパターンの位置ずれ量に基づいて異常の有無が判断されて異常の通知等が行われる。
【００２８】
なお、画像の特徴点の位置を垂直及び水平方向の２座標値について同時に計測と予測を行い、出力値を独立に扱うことによって検査対象パターンの垂直及び水平方向のずれを同時に計測する装置を構成してもよい。
【００２９】
図４に、このように構成された装置の実施例を示す。
【００３０】
図４の構成例において、画像特徴位置計測装置３３からは、垂直位置と水平位置が同時に出力されている。この水平計測位置信号は、水平予測位置発生装置４１から得られる予測位置と水平誤差検出装置４２にて比較され、水平誤差信号フィルタリング装置４３を通って、水平出力データとして画像生成装置３７と位置ずれ判定装置３８に与えられる。同様に、画像特徴位置計測装置３３から得られた垂直計測位置信号は、垂直予測位置発生装置４４から得られる予測位置と垂直誤差検出装置４５にて比較され、垂直誤差信号フィルタリング装置４６を通って、垂直出力データとして画像生成装置３７と判定装置３８に与えられる。画像生成装置３７と判定装置３８は、水平誤差と垂直誤差の両方について独立に同様な処理を行うことによって、水平方向と垂直方向の位置ずれを同時に処理することができる。
【００３１】
なお、上述した実施の形態においては、検査装置の構成において、画像生成装置３７（及び位置ずれ判定装置３８）は外部の装置とする形態を例として説明したが、内部装置として備えるようにしても良く、また、画像処理装置３０内の各手段と同様に、画像生成手段３７（及び位置ずれ判定手段３８）として機能させるプログラム等から成るソフトウェアで代替する形態としても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）従来技術にて使われていた回折光による輝度変化に対して、明視野照明による直接反射光を利用するために照明効率が良く、小さな出力のランプを使用することができる。同様に、単色光である必要がないので、ハロゲンランプなどの安価で効率の高い照明手段を用いることができる。
（２）照明光とカメラの位置関係が、パターン形状やパターン間隔の変更によらず一定となるので、物理的な段取り替えの必要がなくなる。
（３）前記の（１）と（２）により、デジタルカメラなどの自動撮像手段に適し、製品種別切り替えによるパターンの変更に対する段取り替えが必要ないので、工程にインライン組み込みできる全自動検査装置への適用が可能となる。
（４）実際に取得された画像による計測方法であり、計算される値が直接パターンの移動量を測定したものであるため、最終的にパターンずれ量の絶対的な評価値が得られる。
（５）２次元的なパターンのずれ量を、水平方向と垂直方向について同時に、かつ個別に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明に係るパターン検査装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】画像特徴位置計測装置の実施例における計算式を示す図である。
【図３】図１中の予測位置発生装置と誤差検出装置の内部構成を示す図である。
【図４】垂直及び水平方向の２座標値について同時に計測と予測を行う実施例を示すブロック図である。
【図５】繰り返しパターンの局所的なずれが起きる様子の模式図である。
【図６】繰り返しパターンの局所的なずれの様子を示す図である。
【符号の説明】
１，５  検査対象基板（ガラス基板）
２  露光装置のステージ
３  パーティクル
４  垂直線状の繰り返しパターン
６  金属パターン
７  ＣＣＤセンサ上の画像輝度
８  ＣＣＤセンサの画素
１０  照明装置
２０  カメラ装置（デジタルカメラ）
３０  画像処理装置
３１  画像記憶装置
３２  参照画像用記憶装置
３３  画像特徴位置計測装置
３３ａ  位置情報演算装置
３４  予測位置発生装置
３４ａ  予測位置発生装置内の乗算器
３４ｂ  予測位置発生装置内のパターン間隔記憶装置
３５  誤差検出装置
３５ａ  誤差検出装置内の減算器
３５ｂ  誤差検出装置内の乗算器
３５ｃ  誤差検出装置内の画素サイズ記憶装置
３６  フィルタリング装置
３７  画像生成装置
３８  位置ずれ判定装置
４１  水平予測位置発生装置
４２  水平誤差検出装置
４３  水平誤差信号フィルタリング装置
４４  垂直予測位置発生装置
４５  垂直誤差検出装置
４６  垂直誤差信号フィルタリング装置
【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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