(57)【要約】【課題】安価な装置で、対象物の表面状態を、短時間で、対象物全体にわたって確実に検出することを可能にする照明方法、表面状態検出方法および表面状態検出装置を提供する。【解決手段】照明手段１２および光学手段１３を用いて対象物１１を照明する。照明手段１２は、予め定める大きさの出射端部２５から照明光を発散光として発する。この照明手段１２から発せられた照明光を、光学手段１３によって略平行光に変換する。特に、前記出射端部２５の全ての位置から発せられた照明光が光学手段１３を通過した後に通過する全位置光通過領域付近３１ａに、対象物１１を配置する。これによって対象物１１の照度を、対象物１１全体にわたって、高くし、かつ均一化することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定める大きさの出射端部から照明光を発散光として発する照明手段と、照明手段から発せられる照明光を、略平行光に変換する光学手段とを用いて対象物を照明する照明方法であって、
前記出射端部の全ての位置から発せられた照明光が光学手段を通過した後に通過する全位置光通過領域付近に、対象物を配置することを特徴とする照明方法。
【請求項２】
前記全位置光通過領域と他の領域との境界付近に、対象物を配置することを特徴とする請求項１に記載の照明方法。
【請求項３】
複数の照明手段を、対象物に関して対称に配置することを特徴とする請求項１または２に記載の照明方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の照明方法を用いて照明された対象物の画像を取得し、その画像に基づいて対象物の表面状態を検出する表面状態検出方法。
【請求項５】
予め定める大きさの出射端部から照明光を発散光として発する照明手段と、
照明手段から発せられる照明光を、略平行光に変換する光学手段と、
前記出射端部の全ての位置から発せられた照明光が光学手段を通過した後に通過する全位置光通過領域付近に、対象物を保持する保持手段と、
照明手段および光学手段と協働して対象物の画像を取得する観察手段と、
観察手段によって取得される画像を処理して、対象物の表面状態を検出する画像処理手段とを含むことを特徴とする表面状態検出装置。
【請求項６】
前記画像処理手段によって検出される表面状態の結果を出力する出力手段をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の表面状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象物の表面状態を検出するために好適に用いられる照明方法、表面状態検出方法および表面状態検出装置に関する。
【０００２】
本発明において、全位置光通過領域付近は全位置光通過領域を含む。また本発明において、境界付近は境界を含む。
【０００３】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ用の液晶パネル基板の製造では、たとえばガラスなどの絶縁基板の一表面部に、アクティブマトリックス形の薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、略称ＴＦＴ）などの高性能な半導体素子を形成する。このような液晶パネル基板の製造工程では、金属、シリコンおよび樹脂などの薄膜を形成する成膜工程、フォトリソグラフィ工程によるパターン形成工程などを経て、所望の回路および薄膜トランジスタを形成する。
【０００４】
液晶パネル基板の製造工程では、膜欠損および異物突起などの凹凸形状の欠陥が生じることがある。このような凹凸形状の欠陥は、回路動作および絶縁などの不良を生じ、液晶パネル基板の誤動作を招く。このため、液晶パネル基板の製造工程では外観検査を行い、この外観検査の結果を品質管理に役立てている。
【０００５】
外観検査に関する第１の従来技術としては、基板の配線パターンを十分に識別し得る分解能のカメラを用いて、基板を撮像して、基板の画像を生成し、この基板の画像から基板上の繰り返しパターンを除去し、繰り返しパターンを除いた残余の画像部分を異物として検出する技術（特許文献１）が提案されている。
【０００６】
また外観検査に関する第２の従来技術としては、低分解能のカメラを用いて基板を撮像して、凹凸形状の欠陥を検出する技術（特許文献１）が提案されている。この従来技術では、基板を斜め上方から照明し、基板の法線方向から前記カメラで基板を撮像する。基板の画像は、基板面の明度が低くなり、異物などの凹凸形状の欠陥の明度が高くなる。この従来技術の光学系は、顕微鏡などの分野では暗視野と呼ばれる光学系に相当する。このような光学系を利用すれば、分解能未満の寸法の異物の明度が増加するので、低い分解能のカメラで撮像した画像であっても、異物の所在を観察することができる。
【０００７】
前記光学系では、基板の全面を照明する必要がある。そこで、複数の光ファイバを予め定める方向に沿って配列し、これらの光ファイバによって、光源からの照明光を導光し、出射する。さらに光ファイバから出射された照明光を、シリンドリカルレンズによって、略平行光に変換する。この略平行光に変換された照明光によって、基板を照明する。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−１７５５２０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
液晶パネル基板は、表示機器の大画面化および低価格化を目的とした基板の大形化と、高精細な情報表示を目的とした回路パターンの微細化とが進展している。これに伴い、基板撮像用カメラの高分解能化および撮像範囲の増加が進められている。
【００１０】
前記第１の従来技術では、基板の回路パターンの微細化に対応するためにカメラを高分解能化する必要がある。このようにカメラを高分解能化したうえで、大形化した基板を撮像すると、取得すべきデータ量が非常に大きくなる。それ故、凹凸形状の欠陥を検出するための検出時間が増大するという問題がある。また画像を高速で演算処理するための装置が必要となり、その分、装置全体の製作コストが増大するという問題がある。
【００１１】
前記第２の従来技術では、計測および検査の検出感度を均一化するために、基板全体にわたって均一な照明条件で照明を行なう必要がある。すなわち基板が一定の照射角度および照度で照明されることが望ましい。
【００１２】
光ファイバの出射端部は、大きさが極小である理想的な点光源ではなく、予め定める大きさを有する。この光ファイバから出射され、シリンドリカルレンズを通過した照明光には、シリンドリカルレンズの光軸に対して平行な光線だけでなく、前記光軸に対して傾斜した光線も含まれる。つまり光ファイバから出射され、シリンドリカルレンズを通過した照明光は、完全な平行光とはならない。
【００１３】
このように照明光は完全な平行光ではないので、照明光内には光線の粗密の分布が発生する。大形化された基板の全面を照明するためには、基板に対する照射角度を低角度にする必要があるので、基板が照明されていても、基板の配置によっては、基板の各部分の照度が異なるという場合がある。基板の各部分の照度が異なる場合、検出感度にむらが発生する。すなわち検出性能に、基板内の場所に依存する差異が発生してしまう。
【００１４】
したがって本発明の目的は、安価な装置で、対象物の表面状態を、短時間で、対象物全体にわたって確実に検出することを可能にする照明方法、表面状態検出方法および表面状態検出装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、予め定める大きさの出射端部から照明光を発散光として発する照明手段と、照明手段から発せられる照明光を、略平行光に変換する光学手段とを用いて対象物を照明する照明方法であって、
前記出射端部の全ての位置から発せられた照明光が光学手段を通過した後に通過する全位置光通過領域付近に、対象物を配置することを特徴とする照明方法である。
【００１６】
本発明に従えば、照明手段および光学手段を用いて対象物を照明する。照明手段は、予め定める大きさの出射端部から照明光を発散光として発する。この照明手段から発せられた照明光を、光学手段によって略平行光に変換する。特に、前記出射端部の全ての位置から発せられた照明光が光学手段を通過した後に通過する全位置光通過領域付近に、対象物を配置する。これによって対象物の照度を、対象物全体にわたって、高くし、かつ均一化することができる。
【００１７】
詳細に説明すると、照明手段の出射端部の各位置から発せられた照明光が光学手段を通過して略平行光に変換されるとともに、出射端部の各位置にそれぞれ対応する各光通過領域が形成される。したがって、出射端部の全ての位置に対応する全位置光通過領域付近に、対象物を配置することで、対象物の全体にわたる照度を均一化することができるうえ、必要十分な照度を得ることが可能となる。逆に言えば、対象物の配置位置に起因する照度の不均一および照度不足を未然に防止することができる。
【００１８】
前述のように対象物を照明しつつ、たとえば、対象物の画像を取得し、その画像に基づいて対象物の表面状態を検出する。この場合、対象物の照度が、対象物全体にわたって、高く、かつ均一化されているので、対象物の表面状態を、対象物全体にわたって確実に検出することが可能となる。
【００１９】
前述のように対象物の画像を取得して対象物の表面状態を検出するにあたっては、分解能を高める必要がないので、取得すべきデータ量を小さくすることができる。これによって、対象物の表面状態を検出するための検出時間を短縮することができる。また画像を高速で演算処理するための装置が必要なくなるので、装置全体の製作コストを低減することが可能となる。
【００２０】
また本発明は、前記全位置光通過領域と他の領域との境界付近に、対象物を配置することを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、対象物は、全位置光通過領域と他の領域との境界付近に、配置される。これによって、より大きな対象物を、高く、かつ均一な照度で、照明することが可能となる。
【００２２】
本件発明者の実験によれば、前記境界付近に対象物が配置されたときに、対象物の照度が最も高くなることが判明している。また照明手段からの離反に伴う対象物の照度の低下が最も小さくなることも判明している。したがって前記境界付近に対象物を配置することによって、対象物の照度を極力高くするとともに、対象物の全体にわたる照度のさらなる均一化を図ることができる。
【００２３】
また本発明は、複数の照明手段を、対象物に関して対称に配置することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、複数の照明手段が、対象物に関して対称に配置される。照明手段から発せられた照明光は、照明手段から離反するにつれて徐々に減衰してしまう。この点を考慮して、複数の照明手段を対象物に関して対称に配置し、これによって、一の照明手段から離反した対象物の部分の照度を、他の照明手段による照明光によって高め、対象物の全体にわたる照度の均一化を図ることができる。
【００２５】
また本発明は、前記照明方法を用いて照明された対象物の画像を取得し、その画像に基づいて対象物の表面状態を検出する表面状態検出方法である。
【００２６】
本発明に従えば、前述のいずれかの照明方法を用いて照明された対象物の画像を取得し、その画像に基づいて対象物の表面状態を検出する。このとき、対象物の照度が、対象物全体にわたって、高く、かつ均一化されているので、対象物の表面状態を、対象物全体にわたって確実に検出することが可能となる。
【００２７】
前述のように対象物の画像を取得して対象物の表面状態を検出するにあたっては、分解能を高める必要がないので、取得すべきデータ量を小さくすることができる。これによって、対象物の表面状態を検出するための検出時間を短縮することができる。また画像を高速で演算処理するための装置が必要なくなるので、装置全体の製作コストを低減することが可能となる。
【００２８】
また本発明は、予め定める大きさの出射端部から照明光を発散光として発する照明手段と、
照明手段から発せられる照明光を、略平行光に変換する光学手段と、
前記出射端部の全ての位置から発せられた照明光が光学手段を通過した後に通過する全位置光通過領域付近に、対象物を保持する保持手段と、
照明手段および光学手段と協働して対象物の画像を取得する観察手段と、
観察手段によって取得される画像を処理して、対象物の表面状態を検出する画像処理手段とを含むことを特徴とする表面状態検出装置である。
【００２９】
本発明に従えば、照明手段は、予め定める大きさの出射端部から照明光を発散光として発する。この照明手段から発せられた照明光を、光学手段によって略平行光に変換する。保持手段は、前記出射端部の全ての位置から発せられた照明光が光学手段を通過した後に通過する全位置光通過領域付近に、対象物を保持し、観察手段は、照明手段および光学手段と協働して、対象物の画像を取得する。画像処理手段は、観察手段によって取得される画像を処理して、対象物の表面状態を検出する。これによって、対象物の表面状態を、対象物全体にわたって確実に検出することが可能となる。
【００３０】
詳細に説明すると、照明手段の出射端部の各位置から発せられた照明光が光学手段を通過して略平行光に変換されるとともに、出射端部の各位置にそれぞれ対応する各光通過領域が形成される。したがって、出射端部の全ての位置に対応する全位置光通過領域付近に、特に保持手段によって対象物を保持することで、対象物の全体にわたる照度を均一化することができるうえ、必要十分な照度を得ることが可能となる。逆に言えば、対象物の配置位置に起因する照度の不均一および照度不足を未然に防止することができる。
【００３１】
このように照明手段および光学手段によって対象物を照明しつつ、観察手段によって対象物の画像を取得し、その画像を、画像処理手段によって演算処理して、対象物の表面状態を検出する。このとき対象物は、高く、かつ均一な照度で照明されているので、対象物の表面状態を、対象物全体にわたって確実に検出することが可能となる。
【００３２】
前述のように対象物の画像を取得して対象物の表面状態を検出するにあたっては、観察手段の分解能を高める必要がないので、取得すべきデータ量を小さくすることができる。これによって、画像処理手段による対象物の表面状態の検出に要する検出時間を短縮することができる。また画像を高速で演算処理するための装置が必要なくなるので、装置全体の製作コストを低減することが可能となる。
【００３３】
また本発明は、前記画像処理手段によって検出される表面状態の結果を出力する出力手段をさらに含むことを特徴とする。
【００３４】
本発明に従えば、画像処理手段によって検出される表面状態の結果を、出力手段によって出力する。これによって前記結果を、たとえば作業者および情報システムなどに与えることができ、前記結果に応じた対象物の処置が可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の照明方法を用いて対象物１１を照明している状態を模式的に示す模式図である。図２は、照明手段１２および光学手段１３と、対象物１１との位置関係を示す斜視図である。図３は、各光ファイバ１４の配列状態の一例を示す正面図である。本実施形態の照明方法は、対象物１１の表面状態を検出するために好適に用いられる。
【００３６】
前記対象物１１は、予め定める仮想一平面に沿う一表面部１６を有する。この対象物１１は、たとえば板状体である。本実施形態においては、対象物１１として、たとえば薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、略称ＴＦＴ）液晶パネル基板が用いられる。ＴＦＴ液晶パネル基板においては、薄膜トランジスタを含む表面部が、前記一表面部１６に相当する。
【００３７】
対象物１１は、必ずしもＴＦＴ液晶パネル基板に限定されるものではない。ＴＦＴ液晶パネル基板以外の対象物１１としては、たとえば、ＴＦＴに限らない液晶パネル基板、液晶ディスプレイを構成するカラーフィルタ基板、および半導体ウエハなどが用いられる。
【００３８】
本実施形態の照明方法では、照明手段１２および光学手段１３を用いて、対象物１１を照明する。さらに詳しくは、対象物１１の前記一表面部１６を照明する。照明手段１２は、照明光を発散光として発し、光学手段１３は、照明手段１２から発せられる照明光を略平行光に変換する。
【００３９】
照明手段１２は、光を発生する光源２１と、光源２１からの光を導光する導光部２２と、導光部２２によって導光された光を発する光出射部２３とを含む。光源２１は、１または複数（本実施形態では６つ）のハロゲン光源によって実現される。具体的に述べると、光源２１は、たとえば株式会社モリテックス製のハロゲン光源ＭＨＬ−１５０Ｌによって実現される。導光部２２および光出射部２３は、複数の光ファイバ１４を含む。導光部２２は、各光ファイバ１４の長手方向一方側の部分１４ａが束ねられて、構成される。光出射部２３では、各光ファイバ１４の長手方向他方側の部分１４ｂが、図３に示されるように配列方向Ｘに沿って１列に配列されている。導光部２２および光出射部２３は、たとえば株式会社モリテックス製のＭＫＧ１８０−１５００Ｓによって実現される。前記各光ファイバ１４としては、直径ｄがたとえば約５０μｍのものが採用されている。
【００４０】
光出射部２３は、２次光源として設けられる。光出射部２３は、前記各光ファイバ１４の長手方向他方側の部分１４ｂが、略直方体形状のケーシング２４に収容されて、構成される。ケーシング２４には、前記配列方向Ｘに沿って延びる出射端部２５が形成される。各光ファイバ１４によって導光された光は、出射端部２５から発せられる。出射端部２５から発せられた光は、光ファイバ１４の光学特性である開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ、略称ＮＡ）によって規定された角度で発散する。この出射端部２５から発せられた光が照明光に相当する。
【００４１】
出射端部２５は、予め定める大きさを有する。出射端部２５は、配列方向Ｘに沿って延びる。出射端部２５の配列方向Ｘの長さＷは、たとえば約９６０ｍｍである。出射端部２５の幅ｗは、この出射端部２５の配列方向Ｘの一端から他端にわたって略同一である。略同一は同一を含む。出射端部２５の幅ｗは、たとえば約０．５ｍｍである。
【００４２】
以下、前記配列方向Ｘを「Ｘ方向」と記載し、出射端部２５の幅方向を「Ｙ方向」と記載する。またＸ方向およびＹ方向を含む仮想一平面に垂直な方向を「Ｚ方向」と記載する。
【００４３】
光学手段１３は、予め定める集光方向に関してだけ集光特性を有する。光学手段１３の焦点距離ｆは、たとえば約２０ｍｍである。光学手段１３は、シリンドリカルレンズによって実現される。具体的に述べると、光学手段１３は、たとえば株式会社モリテックス製のシリンドリカルレンズＭＬＰ−１８０によって実現される。
【００４４】
光学手段１３は、前記出射端部２５に関して、Ｚ方向の一方に配置される。光学手段１３は、Ｘ方向に関して、出射端部２５と同じ程度の長さを有する。光学手段１３の集光方向は、Ｙ方向に対して略平行である。略平行は平行を含む。光学手段１３の光軸ｃ１は、Ｚ方向に対して略平行であり、かつ出射端部２５のＹ方向の略中央を通る。略中央は中央を含む。
【００４５】
光学手段１３のうち照明光が通過する光通過部分２６の幅Ａ、すなわち光通過部分２６のＹ方向の長さは、この光通過部分２６のＸ方向の一端から他端にわたって略同一である。光通過部分２６の幅Ａは、たとえば約１４ｍｍである。
【００４６】
本実施形態においては、出射端部２５と光学手段１３の主点との間の最短距離である第１距離Ｓは、光学手段１３の焦点距離ｆと略同一になるように設定される。第１距離Ｓは、たとえば約２０ｍｍに設定される。前記光学手段１３は、図示しないハウジング内に固定され、照明手段１２の光出射部２３は、前記ハウジング内に挿入されて装着される。これによって出射端部２５および光学手段１３の相対的な変位が阻止され、第１距離Ｓの変化が阻止される。換言すれば、光学手段１３の焦点距離ｆと略同一に設定された第１距離Ｓが不所望に変化することを確実に防止することができる。
【００４７】
本実施形態では、照明手段１２から発散光として発せられた照明光を、光学手段１３によって略平行光に変換することによって、照明光の発散を抑制し、照明光の無駄を低減することができる。換言すれば、照明手段１２からの照明光を、対象物１１の照明のために効率よく利用することができ、対象物１１の照度を高くすることが可能となる。
【００４８】
対象物１１は、前記出射端部２５の全ての位置から発せられた照明光が光学手段１３を通過した後に通過する全位置光通過領域付近３１ａに、配置される。全位置光通過領域３１は、Ｘ方向に沿って延びる。この全位置光通過領域３１を、Ｘ方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面の形状は、Ｘ方向に沿った任意の位置において、略同一形状となっている。
【００４９】
以下、図１を参照して、全位置光通過領域３１の前記断面について、幾何光学的に説明する。照明光は、前記出射端部２５の全ての位置から発せられるが、図１では、理解を容易にするために、複数の光線のうち、前記出射端部２５の予め定める３つの位置のいずれかから発せられ、かつ前記光通過部分２６の予め定める３つの位置のいずれかを通過した９本の光線だけを示す。
【００５０】
出射端部２５の前記３つの位置は、出射端部２５における、Ｙ方向一端の位置である一端位置２５ａと、Ｙ方向中央の位置である中央位置２５ｂと、Ｙ方向他端の位置である他端位置２５ｃとである。光学手段１３の前記３つの位置は、光通過部分２６における、Ｙ方向一端の位置である一端位置２６ａと、Ｙ方向中央の位置である中央位置２６ｂと、Ｙ方向他端の位置である他端位置２６ｃとである。
【００５１】
出射端部２５の一端位置２５ａから発せられ、光通過部分２６の前記各位置２６ａ〜２６ｃを通過する各光線を、第１〜第３光線Ｌ１〜Ｌ３と記載する。出射端部２５の中央位置２５ｂから発せられ、光通過部分２６の前記各位置２６ａ〜２６ｃを通過する各光線を、第４〜第６光線Ｌ４〜Ｌ６と記載する。出射端部２５の他端位置２５ｃから発せられ、光通過部分２６の前記各位置２６ａ〜２６ｃを通過する各光線を、第７〜第９光線Ｌ７〜Ｌ９と記載する。
【００５２】
出射端部２５の一端位置２５ａから発せられた照明光は、第１光線Ｌ１と第３光線Ｌ３とに挟まれる領域Ａ１（以下「第１領域Ａ１」と記載する）を通過する。出射端部２５の中央位置２５ｂから発せられた照明光は、第４光線Ｌ４と第６光線Ｌ６とに挟まれる領域Ａ２（以下「第２領域Ａ２」と記載する）を通過する。出射端部２５の他端位置２５ｃから発せられた照明光は、第７光線Ｌ７と第９光線Ｌ９とに挟まれる領域Ａ３（以下「第３領域Ａ３」と記載する）を通過する。
【００５３】
第１〜第３領域Ａ１〜Ａ３は、完全には一致しないが、一部が重なる。第１〜第３領域Ａ１〜Ａ３が重なる領域Ｃ（以下「共通領域Ｃ」という場合がある）は、出射端部２５の前記各位置２５ａ〜２５ｃから発せられた照明光が通過する領域である。共通領域Ｃは、第１光線Ｌ１と第９光線Ｌ９とに挟まれる領域であり、図１において斜線で示される。この共通領域Ｃは、全位置光通過領域３１をＸ方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面に相当する。
【００５４】
第１光線Ｌ１と第９光線Ｌ９とが交差する点Ｐ１と、光学手段１３の主点との間の最短距離である第２距離Ｌは、式１によって求まる。すなわち第２距離Ｌは、第１距離Ｓに、光通過部分２６の幅Ａを乗じ、この値を、出射端部２５の幅ｗで除した値である。ただし式１は、第１距離Ｓが、光学手段１３の焦点距離ｆと同一である場合に適用可能な関係式である。
Ｌ＝Ｓ×Ａ／ｗ                                        …（１）
【００５５】
本実施形態では、第１距離Ｓは約２０ｍｍ、光通過部分２６の幅Ａは約１４ｍｍ、出射端部２５の幅ｗは約０．５ｍｍであるので、第２距離Ｌは、約５６０ｍｍとなる。
【００５６】
全位置光通過領域３１は、出射端部２５の全ての位置から発せられた照明光が通過する。これに対して、他の領域３２は、出射端部２５の全ての位置のうち少なくともいずれか１つの位置から発せられた照明光が通過しない。たとえば図１において、出射端部２５の他端位置２５ｃから発せられた照明光は、第２光線Ｌ２と第６光線Ｌ６の交点Ｐ２を通過しない。
【００５７】
これらの点を考慮すると、全位置光通過領域３１に対象物１１を配置すれば、対象物１１の照度を、対象物１１全体にわたって、高くし、かつ均一化することができると予測される。前記対象物１１全体は、対象物１１の前記一表面部１６の表面全体と同義である。
【００５８】
図４は、照明状態を模式的に示す模式図であり、本件発明者による実験の結果を示す。同図では、理解を容易にするために、Ｚ方向の明暗の変化は示さず、Ｙ方向の明暗の変化だけを示す。
【００５９】
実験の結果によれば、全位置光通過領域付近３１ａが最も明るく、全位置光通過領域付近３１ａから離反するにつれて暗くなることが証明された。また全位置光通過領域付近３１ａは、ほぼ均一な明るさとなっていることが証明された。これらの点を考慮して、全位置光通過領域付近３１ａに対象物１１を配置する。これによって、対象物１１の照度を、対象物１１全体にわたって、高くし、かつ均一化することができる。
【００６０】
一方、全位置光通過領域付近３１ａを除く残余の領域３３に対象物１１を配置したときは、対象物１１の照度を、高くすることができない。また全位置光通過領域付近３１ａと前記残余の領域３３とにわたって、対象物１１を配置したときは、対象物１１の照度を、均一化することができない。
【００６１】
注目すべきは、全位置光通過領域３１と他の領域３２との境界付近３４ａが、特に明るくなっている点である。しかも前記境界付近３４ａは、照明手段１２からの離反に伴う明るさの低下が最も小さい。したがって前記境界付近３４ａに対象物１１を配置することによって、対象物１１の照度を極力高くするとともに、対象物１１の全体にわたる照度のさらなる均一化を図ることができる。前記境界付近３４ａは、全位置光通過領域３１と他の領域３２との境界３４からたとえば約１ｍｍの範囲内の領域である。
【００６２】
再び図１を参照して、本実施形態においては、前記境界付近３４ａに対象物１１を配置する。このとき、対象物１１の前記一表面部１６が沿う仮想一平面と、光学手段１３の光軸ｃ１とがなす角度θは、たとえば約０．７１６度に設定される。
【００６３】
図５は、照明方法を段階的に示すフローチャートである。ステップａ１で、対象物１１を照明するための動作を開始すると、ステップａ２に移行する。ステップａ２では、作業者によって、全位置光通過領域付近３１ａが求められる。次にステップａ３では、その全位置光通過領域付近３１ａに、たとえば後述の基板保持機構４３によって、対象物１１を配置する。こうしてステップａ４で、対象物１１を照明するための動作を終了する。
【００６４】
図５においては、ステップａ２で作業者によって全位置光通過領域付近３１ａが求められ、ステップａ３でその全位置光通過領域付近３１ａに基板保持機構４３によって対象物１１を配置するが、前記ステップａ２で作業者によって境界付近３４ａが求められ、前記ステップａ３でその境界付近３４ａに基板保持機構４３によって対象物１１を配置してもよい。
【００６５】
図６は、表面状態検出装置４１の概略的な構成を示すブロック図である。表面状態検出装置４１は、対象物１１の表面状態を検出する。ここで、対象物１１の表面状態を検出するとは、対象物１１の前記一表面部１６に存在する凹凸形状の欠陥を検出することを意味する。前記凹凸形状の欠陥は、膜欠損および異物突起などを含む。表面状態検出装置４１は、照明装置４２、基板保持機構４３、撮像カメラ４４、画像処理装置４５および主制御装置４６を含む。
【００６６】
照明装置４２は、基板保持機構４３によって保持される対象物１１を照明する。この照明装置４２は、前記照明手段１２および光学手段１３を含んで構成される。照明装置４２は、対象物１１が基板保持機構４３によって位置決めされて保持されたときに、前述の図１に示される状態を実現することができるように、予め設けられる。
【００６７】
基板保持機構４３は、図示しない搬送機構によって搬送された対象物１１を、照明装置４２による全位置光通過領域付近３１ａに位置決めして保持する。基板保持機構４３は、対象物１１の他表面部４７を吸着することによって、対象物１１を保持する。この基板保持機構４３は、保持手段に相当する。
【００６８】
撮像カメラ４４は、対象物１１が基板保持機構４３によって位置決めされて保持されたときに、対象物１１の前記一表面部１６に臨むように、予め設けられる。撮像カメラ４４は、照明装置４２と協働して対象物１１を撮像する。すなわち撮像カメラ４４は、基板保持機構４３によって保持された状態で照明装置４２によって照明される対象物１１を、撮像する。これによって対象物１１の画像を取得する。撮像カメラ４４は、取得した対象物１１の画像を画像処理装置４５に与える。この撮像カメラ４４は、観察手段に相当する。
【００６９】
画像処理装置４５は、メモリ媒体５１および処理部５２を有する。メモリ媒体５１は、撮像カメラ４４によって取得された画像を記憶する。処理部５２は、前記画像を演算処理するためのプログラムを記憶するとともに、画像の演算処理を実行する。処理部５２は、前記画像を、後述の凹凸個所のデータに変換する。この凹凸個所のデータが表面状態の結果に相当する。画像処理装置４５は、凹凸個所のデータを主制御装置４６に与える。この画像処理装置４５は、画像処理手段に相当する。
【００７０】
主制御装置４６は、基板保持機構４３および画像処理装置４５を制御する。また主制御装置４６は、凹凸個所のデータに基づいて、対象物１１の良・不良を判定する。主制御装置４６は、表示手段５３および通信手段５４を有する。表示手段５３は、凹凸個所のデータおよび前記判定の結果を表示する。通信手段５４は、凹凸個所のデータおよび前記判定の結果を、図示しない情報システムに出力する。この主制御装置４６は、たとえばファクトリオートメーション用のコンピュータによって実現される。この主制御装置４６は、出力手段に相当する。
【００７１】
図７は、表面状態検出方法を段階的に示すフローチャートである。表面状態検出方法は、前述の表面状態検出装置４１を用いて実現される。図示しない搬送機構によって、対象物１１が基板保持機構４３上に搬送されると、ステップｂ１で表面状態の検出動作が開始され、ステップｂ２に移行する。
【００７２】
ステップｂ２では、主制御装置４６によって基板保持機構４３が制御される。対象物１１は、基板保持機構４３によって位置決めされて保持される。これによって、図１に示される状態が実現される。
【００７３】
次にステップｂ３では、照明装置４２によって対象物１１を照明しつつ、撮像カメラ４４によって対象物１１を撮像する。これによって対象物１１の画像を取得する。対象物１１の画像は、顕微鏡の暗視野の原理に基づき、凹凸個所が明るく観察される。すなわち明るい部位が凹凸個所である。
【００７４】
次にステップｂ４では、画像処理装置４５によって、撮像カメラ４４で取得された画像が演算処理され、凹凸個所のデータに変換される。凹凸個所のデータは、明るい部位の個所数に関する数値データと、各明るい部位の寸法に関する数値データとを含む。
【００７５】
次にステップｂ５では、主制御装置４６によって、前記凹凸個所データが出力される。すなわち主制御装置４６の表示手段５３によって前記凹凸個所データが表示され、主制御装置４６の通信手段５４によって前記凹凸個所データが情報システムに出力される。
【００７６】
また主制御装置４６は、凹凸個所のデータに基づいて、予め定める基準寸法以上の寸法を有する凹凸個所を欠陥と判定し、欠陥個所数を計数する。主制御装置４６は、計数した欠陥個所数と、欠陥個所数の上限個数とを比較する。主制御装置４６は、前記上限個数を超える欠陥が検出されたとき、対象物１１を不良と判定する。主制御装置４６は、前記判定の結果をも出力する。こうしてステップｂ６で、表面状態の検出動作を終了する。
【００７７】
以上説明した照明方法によれば、照明手段１２の出射端部２５の各位置から発せられた照明光が光学手段１３を通過して略平行光に変換されるとともに、出射端部２５の各位置にそれぞれ対応する各光通過領域が形成される。したがって、出射端部２５の全ての位置に対応する全位置光通過領域付近３１ａに、対象物１１を配置することで、対象物１１の全体にわたる照度を均一化することができるうえ、必要十分な照度を得ることが可能となる。逆に言えば、対象物１１の配置位置に起因する照度の不均一および照度不足を未然に防止することができる。
【００７８】
また照明方法によれば、対象物１１は、全位置光通過領域付近３１ａのうち、全位置光通過領域３１と他の領域３２との境界付近３４ａに、配置される。本件発明者の実験によれば、前記境界付近３４ａに対象物１１が配置されたときに、対象物１１の照度が最も高くなることが判明している。また照明手段１２からの離反に伴う対象物１１の照度の低下が最も小さくなることも判明している。したがって前記境界付近３４ａに対象物１１を配置することによって、対象物１１の照度を極力高くするとともに、対象物１１の全体にわたる照度のさらなる均一化を図ることができる。
【００７９】
また表面状態検出方法によれば、前述の照明方法を用いて照明された対象物１１の画像を取得し、その画像に基づいて対象物１１の表面状態を検出する。このとき、対象物１１の照度が、対象物１１全体にわたって、高く、かつ均一化されているので、対象物１１の表面状態を、対象物１１全体にわたって確実に検出することが可能となる。
【００８０】
前述のように対象物１１の画像を取得して対象物１１の表面状態を検出するにあたっては、分解能を高める必要がないので、取得すべきデータ量を小さくすることができる。これによって、対象物１１の表面状態を検出するための検出時間を短縮することができる。また画像を高速で演算処理するための装置が必要なくなるので、装置全体の製作コストを低減することが可能となる。
【００８１】
また表面状態検出装置４１によれば、照明手段１２の出射端部２５の各位置から発せられた照明光が光学手段１３を通過して略平行光に変換されるとともに、出射端部２５の各位置にそれぞれ対応する各光通過領域が形成される。したがって、出射端部２５の全ての位置に対応する全位置光通過領域付近３１ａに、特に基板保持機構４３によって対象物１１を保持することで、対象物１１の全体にわたる照度を均一化することができるうえ、必要十分な照度を得ることが可能となる。逆に言えば、対象物１１の配置位置に起因する照度の不均一および照度不足を未然に防止することができる。
【００８２】
このように照明手段１２および光学手段１３によって対象物１１を照明しつつ、撮像カメラ４４によって対象物１１の画像を取得し、その画像を画像処理装置４５によって演算処理して、対象物１１の表面状態を検出する。このとき対象物１１は、高く、かつ均一な照度で照明されているので、対象物１１の表面状態を、対象物１１全体にわたって確実に検出することが可能となる。
【００８３】
前述のように対象物１１の画像を取得して対象物１１の表面状態を検出するにあたっては、撮像カメラ４４の分解能を高める必要がないので、取得すべきデータ量を小さくすることができる。これによって、画像処理装置４５による対象物１１の表面状態の検出に要する検出時間を短縮することができる。また画像を高速で演算処理するための装置が必要なくなるので、装置全体の製作コストを低減することが可能となる。
【００８４】
また表面状態検出装置４１によれば、画像処理装置４５による凹凸個所のデータを、主制御装置４６によって出力する。これによって凹凸個所のデータを、たとえば作業者および情報システムなどに与えることができ、凹凸個所のデータに応じた対象物１１の処置および製造工程管理へのフィードバックが可能となる。
【００８５】
図８は、全位置光通過領域３１を模式的に示す模式図であり、図８（１）は第１距離Ｓが光学手段１３の焦点距離ｆと略同一であるときの全位置光通過領域３１を示し、図８（２）は第１距離Ｓが光学手段１３の焦点距離ｆよりも大きいときの全位置光通過領域３１を示し、図８（３）は第１距離Ｓが光学手段１３の焦点距離ｆよりも小さいときの全位置光通過領域３１を示す。前述の実施形態の照明方法では、第１距離Ｓが光学手段１３の焦点距離ｆと略同一になるように照明手段１２および光学手段１３を設けるが、第１距離Ｓは、必ずしも焦点距離ｆと略同一である必要はない。
【００８６】
第１距離Ｓが焦点距離ｆよりも大きいときは、第１距離Ｓが光学手段１３の焦点距離ｆと略同一であるときと比べて、光学手段１３を通過した後の照明光の集光成分が大きくなる。これによって図８（２）に示されるように、第２距離Ｌが小さくなり、全位置光通過領域３１が小さくなる。
【００８７】
第１距離Ｓが焦点距離ｆよりも小さいときは、第１距離Ｓが光学手段１３の焦点距離ｆと略同一であるときと比べて、光学手段１３を通過した後の照明光の発散成分が大きくなる。これによって図８（３）に示されるように、第２距離Ｌが大きくなり、全位置光通過領域３１が大きくなる。
【００８８】
このように全位置光通過領域３１は、第１距離Ｓに応じて大きさが変化する。このように大きさが変化しても、全位置光通過領域３１は出射端部２５の全ての位置から発せられた照明光が通過する。したがって第１距離Ｓを変更しても、全位置光通過領域３１を形成することができれば、全位置光通過領域付近３１ａに対象物１１を配置することによって、対象物１１の照度を、対象物１１全体にわたって、高くし、かつ均一化することができる。
【００８９】
対象物１１の前記一表面部１６に凹凸性を有するパターンが形成されている場合は、照明光の照射角度が大きいと、前記パターンが明るく観察される。これによってパターンと凹凸形状の欠陥との明度差が小さくなり、検出感度への悪影響がある。
【００９０】
第１距離Ｓが光学手段１３の焦点距離ｆと略同一であるときは、対象物１１の全体にわたって、照明光の照射角度がほぼ均一である。第１距離Ｓが光学手段１３の焦点距離ｆよりも小さいときは、対象物１１の前記一表面部１６のうち光学手段１３に近接する部分ほど、照明光の照射角度が大きく、検出感度への悪影響がある。第１距離Ｓが光学手段１３の焦点距離ｆよりも大きいときは、対象物１１の前記一表面部１６のうち光学手段１３から離反する部分ほど、照明光の照射角度が大きくなる。対象物１１の前記一表面部１６の光学手段１３から離反した部分は、照射角度が大きくても、検出感度への影響は少ない。
【００９１】
これらの点を考慮すると、パターンを有する対象物１１を照明する際は、第１距離Ｓと光学手段１３の焦点距離ｆとを略同一にするのが最も良く、次いで第１距離Ｓを光学手段１３の焦点距離ｆよりも少し大きくするのが良いことが判る。
【００９２】
図９は、本発明の実施の他の形態の照明方法を用いて対象物１１を照明している状態を模式的に示す模式図である。図１０は、表面状態検出装置６１の概略的な構成を示すブロック図である。本実施形態の表面状態検出装置６１は、前述の実施形態の表面状態検出装置６１に類似するので、対応する部分には同一の参照符を付して説明を省略する。
【００９３】
対象物１１の寸法によっては、前述の実施形態のように１つの照明手段１２による全位置光通過領域付近３１ａに対象物１１を収容することができない場合がある。このような場合には、複数（本実施形態では２つ）の照明手段１２を用いて対象物１１を照明する。
【００９４】
本実施形態では、対象物１１に関して対称に、２つの照明装置４２を配置する。具体的に説明すると、対象物１１の前記一表面部１６が沿う仮想一平面に垂直であり、かつ対象物１１の中心を含む対称面３６に関して対称になるように、各照明装置４２を配置する。
【００９５】
こうして各照明手段１２による全位置光通過領域付近３１ａに、対象物１１を収容する。これによって１つの照明手段１２による全位置光通過領域付近３１ａに収容することができない大きな寸法の対象物１１に対しても、高く、かつ均一な照度で照明することができる。
【００９６】
しかも各照明手段１２による境界付近３４ａに対象物１１を配置し、さらに各照明手段１２による各全位置光通過領域３１のうち各照明手段１２から最も離反した各部分を、対象物１１と対称面３６とが交差する部分と一致させる。これによって、より大きな寸法の対象物１１に対して、高く、かつ均一な照度で照明することが可能となる。
【００９７】
本実施形態においては、対象物１１の寸法は、たとえば約７００ｍｍ×約８００ｍｍである。対象物１１は、その短辺方向が、Ｘ方向に対して略平行となるように、配置されるとする。
【００９８】
このとき、基板の縁辺部と光学手段１３との間の最短距離である第３距離ＷＤは、式２によって求められる。すなわち第３距離ＷＤは、第２距離Ｌから、基板の長辺の長さＨを２で除した値を減じた値である。
ＷＤ＝Ｌ−（Ｈ÷２）                                    …（２）
【００９９】
本実施形態では、第２距離Ｌは約５６０ｍｍ、基板の長辺の長さＨは約８００ｍｍであるので、第３距離ＷＤは約１６０ｍｍとなる。
【０１００】
図９および図１０を用いて説明した照明方法によれば、２つの照明手段１２が、対象物１１に関して対称に配置される。照明手段１２から発せられた照明光は、照明手段１２から離反するにつれて徐々に減衰してしまう。この点を考慮して、２つの照明手段１２を対象物１１に関して対称に配置し、これによって、一の照明手段１２から離反した対象物１１の部分の照度を、他の照明手段１２による照明光によって高め、対象物１１の全体にわたる照度の均一化を図ることができる。
【０１０１】
図９および図１０に示される実施形態では、２つの照明手段１２を用いて対象物１１を照明するが、本発明の実施のさらに他の形態では、たとえば４つの照明手段１２を用いて対象物１１を照明してもよい。４つの照明手段１２を用いて対象物１１を照明する場合、第１対称面に関して対称になるように一対の照明手段１２を配置し、さらに第２対称面に関して対称になるように、もう一対の照明手段１２を配置する。前記第１対称面は、対象物１１の前記一表面部１６が沿う仮想一平面に垂直であり、かつ対象物１１の中心を含む対称面である。前記第２対称面は、対象物１１の前記一表面部１６が沿う仮想一平面に垂直であり、かつ対象物１１の中心を含むとともに、前記第１対称面に対して垂直な対称面である。このように４つの照明手段１２を用いても、図９および図１０に示される実施形態と同様の効果を達成することができる。
【０１０２】
図１１は、各光ファイバ１４の配列状態の他の例を示す正面図である。各光ファイバ１４の長手方向他方側の部分１４ｂは、必ずしも図３に示されるようにＸ方向に沿って１列に配列されている必要はなく、たとえば図１１に示されるようにＸ方向に沿って２列に配列されていてもよい。
【０１０３】
詳細に述べると、Ｘ方向に沿って進むにつれてＹ方向の一方および他方に交互にずれるように、各光ファイバ１４の長手方向他方側の部分１４ｂが配列される。このように各光ファイバ１４の長手方向他方側の部分１４ｂが配列された照明手段１２を用いても、前述の実施形態と同様の効果を達成することができる。
【０１０４】
各光ファイバ１４の配列状態のさらに他の例として、図示しないが、Ｘ方向に沿って進むにつれて２つ毎にＹ方向の一方および他方に交互にずれるように、各光ファイバ１４の長手方向他方側の部分１４ｂが配列されてもよい。このように各光ファイバ１４の長手方向他方側の部分１４ｂが配列された照明手段１２を用いても、前述の実施形態と同様の効果を達成することができる。
【０１０５】
前述の各実施形態では、出射端部２５の大きさ、光学手段１３の焦点距離ｆ、対象物１１の寸法などについて具体的な数値を述べて説明をしたが、これらの数値を変更しても、本発明は適用可能である。
【０１０６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、照明手段の出射端部の各位置から発せられた照明光が光学手段を通過して略平行光に変換されるとともに、出射端部の各位置にそれぞれ対応する各光通過領域が形成される。したがって、出射端部の全ての位置に対応する全位置光通過領域付近に、対象物を配置することで、対象物の全体にわたる照度を均一化することができるうえ、必要十分な照度を得ることが可能となる。逆に言えば、対象物の配置位置に起因する照度の不均一および照度不足を未然に防止することができる。
【０１０７】
このように対象物を照明しつつ、たとえば、対象物の画像を取得し、その画像に基づいて対象物の表面状態を検出する。この場合、対象物の照度が、対象物全体にわたって、高く、かつ均一化されているので、対象物の表面状態を、対象物全体にわたって確実に検出することが可能となる。
【０１０８】
このように対象物の画像を取得して対象物の表面状態を検出するにあたっては、分解能を高める必要がないので、取得すべきデータ量を小さくすることができる。これによって、対象物の表面状態を検出するための検出時間を短縮することができる。また画像を高速で演算処理するための装置が必要なくなるので、装置全体の製作コストを低減することが可能となる。
【０１０９】
また本発明によれば、対象物は、全位置光通過領域と他の領域との境界付近に、配置される。本件発明者の実験によれば、前記境界付近に対象物が配置されたときに、対象物の照度が最も高くなることが判明している。また照明手段からの離反に伴う対象物の照度の低下が最も小さくなることも判明している。したがって前記境界付近に対象物を配置することによって、対象物の照度を極力高くするとともに、対象物の全体にわたる照度のさらなる均一化を図ることができる。
【０１１０】
また本発明によれば、複数の照明手段が、対象物に関して対称に配置される。照明手段から発せられた照明光は、照明手段から離反するにつれて徐々に減衰してしまう。この点を考慮して、複数の照明手段を対象物に関して対称に配置し、これによって、一の照明手段から離反した対象物の部分の照度を、他の照明手段による照明光によって高め、対象物の全体にわたる照度の均一化を図ることができる。
【０１１１】
また本発明によれば、前述のいずれかの照明方法を用いて照明された対象物の画像を取得し、その画像に基づいて対象物の表面状態を検出する。このとき、対象物の照度が、対象物全体にわたって、高く、かつ均一化されているので、対象物の表面状態を、対象物全体にわたって確実に検出することが可能となる。
【０１１２】
このように対象物の画像を取得して対象物の表面状態を検出するにあたっては、分解能を高める必要がないので、取得すべきデータ量を小さくすることができる。これによって、対象物の表面状態を検出するための検出時間を短縮することができる。また画像を高速で演算処理するための装置が必要なくなるので、装置全体の製作コストを低減することが可能となる。
【０１１３】
また本発明によれば、照明手段の出射端部の各位置から発せられた照明光が光学手段を通過して略平行光に変換されるとともに、出射端部の各位置にそれぞれ対応する各光通過領域が形成される。したがって、出射端部の全ての位置に対応する全位置光通過領域付近に、特に保持手段によって対象物を保持することで、対象物の全体にわたる照度を均一化することができるうえ、必要十分な照度を得ることが可能となる。逆に言えば、対象物の配置位置に起因する照度の不均一および照度不足を未然に防止することができる。
【０１１４】
このように照明手段および光学手段によって対象物を照明しつつ、観察手段によって対象物の画像を取得し、その画像を、画像処理手段によって演算処理して、対象物の表面状態を検出する。このとき対象物は、高く、かつ均一な照度で照明されているので、対象物の表面状態を、対象物全体にわたって確実に検出することが可能となる。
【０１１５】
このように対象物の画像を取得して対象物の表面状態を検出するにあたっては、観察手段の分解能を高める必要がないので、取得すべきデータ量を小さくすることができる。これによって、画像処理手段による対象物の表面状態の検出に要する検出時間を短縮することができる。また画像を高速で演算処理するための装置が必要なくなるので、装置全体の製作コストを低減することが可能となる。
【０１１６】
また本発明によれば、画像処理手段によって検出される表面状態の結果を、出力手段によって出力する。これによって前記結果を、たとえば作業者および情報システムなどに与えることができ、前記結果に応じた対象物の処置および製造工程管理へのフィードバックが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の照明方法を用いて対象物１１を照明している状態を模式的に示す模式図である。
【図２】照明手段１２および光学手段１３と、対象物１１との位置関係を示す斜視図である。
【図３】各光ファイバ１４の配列状態の一例を示す正面図である。
【図４】照明状態を模式的に示す模式図である。
【図５】照明方法を段階的に示すフローチャートである。
【図６】表面状態検出装置４１の概略的な構成を示すブロック図である。
【図７】表面状態検出方法を段階的に示すフローチャートである。
【図８】全位置光通過領域３１を模式的に示す模式図である。
【図９】本発明の実施の他の形態の照明方法を用いて対象物１１を照明している状態を模式的に示す模式図である。
【図１０】表面状態検出装置６１の概略的な構成を示すブロック図である。
【図１１】各光ファイバ１４の配列状態の他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
１１  対象物
１２  照明手段
１３  光学手段
１４  光ファイバ
２５  出射端部
３１  全位置光通過領域
３１ａ  全位置光通過領域付近
３２  他の領域
３４  境界
３４ａ  境界付近
４１，６１  表面状態検出装置
４２  照明装置
４３  基板保持機構
４４  撮像カメラ
４５  画像処理装置
４６  主制御装置
【図１】
2005009995.tif 000003
【図２】
2005009995.tif 000004
【図３】
2005009995.tif 000005
【図４】
2005009995.tif 000006
【図５】
2005009995.tif 000007
【図６】
2005009995.tif 000008
【図７】
2005009995.tif 000009
【図８】
2005009995.tif 000010
【図９】
2005009995.tif 000011
【図１０】
2005009995.tif 000012
【図１１】
2005009995.tif 000013