(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のパターンが規則的に配列されている試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
光ビームを発生する光源と、この光ビームを光軸に平行で光軸からの距離が時間と共に変化する光ビームに変換し、変換された光ビームにより欠陥検査すべき試料表面を走査軸線に沿って走査するビーム走査装置と、光入射端及び光出射端を有し、試料表面からの散乱光を受光し光出射端まで伝搬させる複数の光ファイバを有する光ファイババンドルと、前記光ファイバの光出射端に光学的に結合した光検出器と、光検出器に接続され、光検出器からの出力信号に基づいて欠陥検出信号を発生する信号処理回路とを具え、
前記光ファイババンドルの光ファイバは、それらの光入射端が前記走査軸線と平行なライン状に配置されると共に、光入射端における光軸と前記走査軸線とを含む面内において、光入射端における光軸が前記走査軸線に対して９０°以外の角度で交わるように配置されていることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記試料を、多数のカラー素子が２次元マトリックス状に配列されているカラーフィルタとしたことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記光ファイバを、その入射端における光軸が前記ビーム走査装置の走査軸線に対してほぼ４５°の角度をなすように配置したことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記光ファイバの光入射端面に入射した光のうち、所定の受光角の範囲内で入射した回折光又は散乱光だけが光検出器まで伝搬するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項５】
前記光ファイバの光入射端における光軸が、前記ビーム走査装置の光軸と光ファイバの光軸とを含む面内において、ビーム走査装置の光軸に対して６０〜８５°の角度をなすことを特徴とする請求項４に記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
多数のパターンが規則的に配列されている試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
光ビームを発生する光源と、この光ビームを光軸に平行で光軸からの距離が時間と共に変化する光ビームに変換し、変換された光ビームにより欠陥検査すべき試料表面を走査軸線に沿って走査するビーム走査装置と、光入射端及び光出射端を有し、試料表面からの散乱光を受光し光出射端まで伝搬させる複数の光ファイバを有する光ファイババンドルと、前記光ファイバの光出射端に光学的に結合した第１の光検出器と、試料からの散乱光を前記ビーム走査装置を介して受光する第２の光検出器と、第２の光検出器とビーム走査装置との間の光路中に配置され、試料のパターンからの回折光を遮光する遮光マスクと、前記第１及び第２の光検出器に接続され、これら光検出器からの出力信号に基づいて欠陥検出信号を発生する信号処理回路とを具え、
前記光ファイババンドルの光ファイバは、それらの光入射端が前記走査軸線と平行なライン状に配置されると共に、光入射端における光軸と前記走査軸線とを含む面内において、光入射端における光軸が前記走査軸線に対して９０°以外の角度で交わるように配置されていることを特徴とする欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばカラーフィルタのように、多数のパターンが２次元マトリックス状に配列されている試料表面の欠陥を検出する欠陥検査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カラーフィルタは、ガラス基板上にＲ，Ｇ，Ｂのフィルタ素子が２次元マトリックス状に配列され、その上に透明保護層が形成されている。このカラーフィルタの製造工程中にガラス基板上や透明保護層上に埃やガラス片等の異物が付着すると、高さ数μｍ程度の微小な突起欠陥が形成されてしまう。表面に微小突起が存在するカラーフィルタが液晶表示装置に組み込まれると、微小突起が存在する部分の導電膜が対向する導電パターンと電気的に接触してしまい、この部分が電気的に短絡し、正確な画像表示ができなくなってしまう。従って、製品の歩留りを向上させるためにカラーフィルタの欠陥検査は極めて重要であり、カラーフィルタの欠陥検査装置の開発が強く要請されている。
【０００３】
カラーフィルタの欠陥検査装置として、本願人から提案されている特開平６−３４７４１６号公報に記載されている欠陥検査装置が既知である。この既知の欠陥検査装置は、突起欠陥により生ずる散乱光或いは回折光を検出することにより欠陥の存在を検出してる。すなわち、突起欠陥が存在する場合試料表面のオーバコート層が厚さ方向になだらかに変化するため、このオーバコート層の厚さ方向の変化により生じる散乱光を受光することにより突起欠陥の存在を検出している。そして、垂直入射ビームによりカラーフィルタ表面を２次元的に走査し、突起欠陥により発生しカラーフィルタの表面の法線方向から僅かに傾いた方向に散乱した散乱光を光検出器により受光し、光検出器の受光光量から欠陥の存在を検出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した本願人から提案されている欠陥検査装置は、微小な突起欠陥を正確に検出することができ、実際の製造ラインで有効に用いられ高い検出感度を有している。
【０００５】
しかしながら、現在製造されているカラーフィルタは、その表面に保護層でるオーバコート層が形成されていない形式も存在する。このようなオーバコート層のないカラーフィルタの表面に異物が付着した場合、カラーフィルタの表面に厚さ方向になだらかに変化する部分が形成されず、欠陥の存在が見逃されるおそれが生じていた。また、カラーフィルタの表面に保護層が形成された後異物が付着した場合、その異物による欠陥を見逃すおそれが指摘されていた。
【０００６】
従って、本発明の目的は、種々の欠陥を一層高い検出感度で検出することができる欠陥検査装置を実現することにある。
【０００７】
さらに、本発明の目的は、表面に保護層が形成されていないカラーフィルタ等の多数のパターンが規則的に形成されている試料についても正確に欠陥検出することができる欠陥検査装置を実現することにある。
【０００８】
さらに、本発明の別の目的は、種々の形態の異物付着による欠陥であっても正確に検出することができる欠陥検査装置を実現することにある。
【０００９】
本発明による欠陥検査装置は、多数のパターンが規則的に配列されている試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
光ビームを発生する光源と、この光ビームを光軸に平行で光軸からの距離が時間と共に変化する光ビームに変換し、変換された光ビームにより欠陥検査すべき試料表面を走査軸線に沿って走査するビーム走査装置と、光入射端及び光出射端を有し、試料表面からの散乱光を受光し光出射端まで伝搬させる複数の光ファイバを有する光ファイババンドルと、前記光ファイバの光出射端に光学的に結合した光検出器と、光検出器に接続され、光検出器からの出力信号に基づいて欠陥検出信号を発生する信号処理回路とを具え、
前記光ファイババンドルの光ファイバは、それらの光入射端が前記走査軸線と平行なライン状に配置されると共に、光入射端における光軸と前記走査軸線とを含む面内において、光入射端における光軸が前記走査軸線に対して９０°以外の角度で交わるように配置されていることを特徴とする。
【００１０】
多数のパターンが２次元マトリックス状に配列されている試料の表面に存在する欠陥を光散乱を利用して検出する場合、試料表面に存在するパターンによる回折光が発生するため、パターンにより生ずる回折光による影響を除去することが極めて重要である。すなわち、多数のパターンがマトリックス状に形成されている試料の場合、突起欠陥により散乱光が発生するだけでなく試料表面に形成されているパターンからも回折光が発生する。従って、欠陥により生じた散乱光をパターンにより生じた回折光共に検出したのでは、欠陥の検出感度が著しく劣化してしまう。
【００１１】
本発明者がカラーフィルタ素子がマトリックス状に形成されているカラーフィルタの散乱光の発生状況について実験した結果、試料表面に垂直に光ビームを投射すると、パターンにより発生する回折光はパターンの配列方向及びこれと直交する方向に規則的に発生し突起欠陥により生ずる散乱光又は回折光は突起を中心にしてほぼ放射状に発生することが判明した。この実験結果に基づけば、パターンの配列方向及びこれと直交する方向以外の方向に発生する散乱光だけを検出すれば突起欠陥を正確に検出することができる。そこで、本発明では、散乱光の検出手段として光ファイバを用いる。光ファイバは予め定めた受光角の範囲内の入射角で入射した散乱光だけを光出射端まで伝搬する特性を有し、受光角を超える角度で入射した散乱光は、光入射端面に入射しても出射端まで伝搬されることはない。従って、パターンにより生ずる回折光と突起欠陥による散乱光の両方が入射しても突起欠陥の散乱光の入射角が光ファイバの受光角の範囲内となりパターンによる散乱光が受光角の範囲外となるように光ファイバの入射端を配置すれば、両方の散乱光が同時に光ファイバの入射端に入射しても出射端に結合した光検出器には突起欠陥による散乱光だけが入射し、パターンによる回折光の影響を大幅に低減することができ、欠陥の検出感度が大幅に向上する。
【００１２】
上述した認識に基づき、本発明では散乱光をピックアップする光ファイバを、その入射端の光軸が光ビームの走査方向に延在する走査軸線と９０°以外の角度をなすように配置する。光ビームによる試料表面の走査は、パターンすなわちカラーフィルタ素子の配列方向に沿って行われるため、光ファイバの入射端の光軸が走査軸線に対して９０°以外の角度をなすように配置すれば、突起欠陥による散乱光は光ファイバの入射端面に比較的小さな入射角で入射し、パターンにより発生する散乱光は比較的大きな入射角で入射するため、パターンからの散乱光の大部分は光ファイバを伝搬できず、パターンからの散乱光の影響を大幅に低減することができる。
【００１３】
本発明の欠陥検査装置の好適実施例は、光ファイバを、その入射端における光軸が前記ビーム走査装置のビームスキャン方向に対してほぼ４５°の角度をなすように配置したことを特徴とする。多くの光ファイバの受光角は±２０°程度であるため、光ファイバをその光軸がスキャン方向に対してほぼ４５°となるように設定すれば、パターンから散乱光の影響をほとんど除去することができ、検出感度が大幅に向上する。
【００１４】
本発明による欠陥検査装置の好適実施例は、多数のパターンが規則的に配列されている試料の表面に存在する欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
光ビームを発生する光源と、この光ビームを光軸に平行で光軸からの距離が時間と共に変化する光ビームに変換し、変換された光ビームにより欠陥検査すべき試料表面を走査軸線に沿って走査するビーム走査装置と、光入射端及び光出射端を有し、試料表面からの散乱光を受光し光出射端まで伝搬させる複数の光ファイバを有する光ファイババンドルと、前記光ファイバの光出射端に光学的に結合した第１の光検出器と、試料からの散乱光を前記ビーム走査装置を介して受光する第２の光検出器と、第２の光検出器とビーム走査装置との間の光路中に配置され、試料のパターンからの回折光を遮光する遮光マスクと、前記第１及び第２の光検出器に接続され、これら光検出器からの出力信号に基づいて欠陥検出信号を発生する信号処理回路とを具え、
前記光ファイババンドルの光ファイバは、それらの光入射端が前記走査軸線と平行なライン状に配置されると共に、光入射端における光軸と前記走査軸線とを含む面内において、光入射端における光軸が前記走査軸線に対して９０°以外の角度で交わるように配置されていることを特徴とする。この欠陥検査装置では、試料表面からほぼ垂直方向に散乱した散乱光及びほぼ水平方向に散乱した散乱光の両方の散乱光を検出することができるので、欠陥の検出感度が大幅に増大する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による欠陥検査装置の一例の構成を示す線図である。本例では、検査されるべき試料を液晶表示装置に用いられるカラーフィルタとし、カラーフィルタの突起欠陥を検出する例について説明する。光源１から走査用光ビームを発生させる。本例では、光源１としてＨｅ−Ｎｅレーザを用いる。光源１から放出された光ビームは光軸Ｌに沿って伝播し、偏光ビームスプリッタ２を通過し、さらにλ／４板３を透過してビーム走査装置４に入射する。図２に示すように、ビーム走査装置４は回転プリズム体５及びこのプリズム体を回転させるステップモータ６を有する。回転プリズム体５は光学的に透明な光学材料から成り、光軸Ｌと直交する回転軸線Ｒを有する。この回転プリズム体５は回転軸線Ｒに平行な２対の光学面を有し、光学面５ａと５ｂ並びに５ｃと５ｄは互いに対向する平行な光学面とし（図１参照）、これら光学面５ａ〜５ｄをモータ６により回転軸Ｒのまわりで順次回転させる。
【００１６】
図３に示すように、光軸Ｌにそって伝播し光学面５ａに入射角ｉで入射した光ビームは屈折角ｒで屈折し回転プリズム体を伝播し、光学面５ｂに入射角ｒで入射し、屈折角ｉで出射する。この結果、光軸に沿って回転軸Ｒに向けて入射した光ビームは光軸Ｌに平行な光ビームとして出射する。出射する平行ビームの光軸Ｌからの変位量ｘは、光学面５ａに対する入射光ビームの入射角ｉに依存し、この入射角ｉは光学面５ａの回転角θに等しいから、回転プリズム体５を回転軸Ｒを中心にして回転させることり光軸Ｌに沿って伝播する光ビームの入射角ｉが時間と共に変化し、この結果光軸Ｌからの変位量が時間と共に変化する平行光ビームが出射する。また、回転が進み、光学面５ｄに光ビームが入射すると、光ビームは対向する光学面５ｃから出射し、図３の光軸Ｌの下側において光軸Ｌからの変位量が時間と共に変化する平行光ビームが出射する。この結果、光軸Ｌに沿って入射する光ビームは、光軸Ｌを含み光学面５ａ〜５ｄ及び回転軸Ｒと直交する面内で光軸Ｌを中心にして時間と共に光軸からの距離が変化する平行光ビームとして出射する。
【００１７】
図１に示すように、ビーム走査装置４から出射した光ビームは欠陥検査すべきカラーフィルタ７に垂直に入射し、試料表面を垂直入射ビームにより走査する。カラーフィルタ７は試料ステージ８上に載置され、試料ステージ８はビーム走査装置４によるビーム走査方向と直交する方向、すなわち紙面と直交する方向に一定速度で移動する。この結果、カラーフィルタ７は垂直入射光ビームにより２次的に走査されることになる。
【００１８】
カラーフィルタ７の表面に垂直に光ビームが入射すると、カラーフィルタに形成されているフィルタ素子による回折光及び表面に付着した異物による散乱光の両方が発生する。そして、カラーフィルタの表面に対してほぼ垂直方向に回折した回折光及び散乱光はビーム走査装置４の回転プリズム体５によりピックアップされる。また、ほぼ水平に近い角度で回折し及び散乱した光は光ファイババンドル２０によりピックアップされる。ほぼ垂直な方向に回折、散乱又は反射した光は走査装置４の回転プリズム体５、λ／４板３、偏光ビームスプリッタ２及び遮光マスク９を経て第１の光検出器１０に入射する。この第１の光検出器１０からの出力信号は増幅器１１により増幅されて信号処理回路１２に入射する。また、試料表面でほぼ水平に近い角度で回折又は散乱した光は、光ファイババンドル２０によりピックアップされ、光ファイバの受光角の範囲内の散乱光だけが光ファイバを伝搬し、第２光検出器２１に入射する。そして、第２の光検出器の出力信号は信号処理回路１２に供給する。
【００１９】
次に、試料表面を垂直入射ビームで走査した場合に発生する回折光及び散乱光の状態について説明する。図４はカラーフィルタの表面に垂直に光ビームを投射した場合に発生する回折パターンを示す線図であり、図５は試料表面上に異物の突起欠陥が存在する場合に生ずる散乱光の状態を示す線図である。図４に示すように、カラーフィルタのように多数のパターンが２次元マトリックス状に配列されている試料表面を走査すると、パターンであるフィルタ素子の配列方向及びこれと直交する方向に回折パターンが発生する。これに対して、試料表面上に異物が存在する場合、異物を中心にして放射状に散乱光が発生する。そして、図５（ａ）に示すように、異物が保護層によりオーバコートされている場合、試料表面の高さ方向になだらかに変化する部分からほぼ垂直に近い方向に多量の散乱光が発生する。一方、図５（ｂ）に示すように、異物がオーバコートされていない場合、水平に近い方向に大量の散乱光が放射状に発生する。
【００２０】
一方、走査ビームの径は約５００μｍ程度であり、ビーム径内に複数のフィルタ素子が含まれるため、異物が存在する部分に光ビームが照射されると異物による散乱光とフィルタ素子による回折光の両方が発生する。従って、上述した実験結果を考慮すれば、フィルタ素子による走査方向及びこれと直交する方向の回折光を除去することにより、異物による散乱光だけを検出することができる。
【００２１】
上述した認識に基づき、本発明では、垂直方向の散乱光だけを検出するため、回折光をカットする遮光マスク９を用い、水平方向の散乱光だけを検出するため光ファイバの入射角依存性を利用する。遮光マスク９は、ビーム走査方向及びこれと直交する方向にそれぞれ対応する方向に遮光部分が延在する十字状の遮光マスクを用いる。この十字状の遮光マスクを第１の光検出器の前段に配置することにより、異物による散乱光だけを光検出器に入射させることができる。
【００２２】
次に、光ファイバを用いる第２の検出系について説明する。図６は試料上における走査光ビームと光ファイババンドルの状態を示す線図的斜視図である。光ビームＬＢは走査軸線Ｌs に沿って試料７の表面を走査する。この走査軸線Ｌs と対向するように２個の光ファイババンドル７ａ及び７ｂを配置する。光ファイババンドル７ａ及び７ｂは複数の光ファイバをそれぞれ有する。各光ファイバは光入射面及び光出射面を有し、光入射端面は走査軸線Ｌs に沿って直線状に配置し、光出射端面は光検出器（図示せず）に結合する。そして、光ビームの走査により発生する回折及び散乱光は、光ファイバの光入射面に入射し、光ファイバを伝搬し光検出器に入射する。
【００２３】
図７（ａ）は走査軸線Ｌs と光ファイバの入射端面における光軸との関係を示す線図的平面図であり、図７（ｂ）は走査軸線Ｌs の方向から見た光ファイババンドルの配置構成を示す側面図である。図７（ａ）に示すように、各光ファイバは、その入射端において、光ファイバの光軸と走査軸線とを含む面内において光軸の延長線が走査軸線Ｌs と直交すなわち９０°以外の角度、本例では４５°の角度をなすように配置する。また、図７（ｂ）に示すように、各光ファイバは、その入射端において、光ビームの光軸と光ファイバの光軸とを含む面内において、走査ビームの光軸に対して光ファイバの光軸が６５°〜８５°の範囲となるように配置する。
【００２４】
図５及び図６に示すように、カラーフィルタの表面を走査すると、フィルタ素子の配列方向及びこれと直交する方向に回折光が発生すると共に異物が存在する場合その異物による散乱光が発生する。これら回折及び散乱光は共に光ファイバの光入射面に入射する。しかしながら、光ファイバは所定の受光角の範囲内で入射した光だけが光ファイバを伝搬し、受光角の範囲よりも大きな入射角で入射した光は光ファイバを伝搬することができず内部拡散する。この場合、フィルタ素子による回折光は走査軸線と直交する方向に回折するから、光ファイバの光軸が走査軸線Ｌs に対して９０°以外の角度で配置されている場合、回折光は光ファイバの光入射面に大きな入射角で入射するため、ほとんどの回折光が光ファイバ内部を伝搬せず、途中で拡散してしまう。これに対して、異物による散乱光は光ファイバの入射面に比較的小さな入射角で入射するため、光出射端まで伝搬し光検出器で受光される。このように、光ファイバの光伝搬特性における入射角依存性を利用することにより、回折光を遮光する遮光マスクと同等な効果を達成することができ、この結果散乱光だけを光検出器に入射させることができる。
【００２５】
第１及び第２の光検出器１０及び２１からの出力信号は増幅して信号処理回路１２に供給する。信号処理回路１２では、光検出器１０及び２１からの増幅された出力信号を順次メモリ（図示せず）に記憶し、水平同期信号及び垂直同期を用いて順次読み出し信号処理した後画像信号として出力する。
【００２６】
次に、水平同期信号及び垂直同期の作成プロセスについて説明する。ビーム走査装置４の回転プリズム体５の隣接する２個の光学面によって形成されるエッジ部が光軸Ｌ上に位置すると、エッジ部に入射した光ビームは光軸Ｌとほぼ直交する方向に反射する。従って、図１に示すように、回転プリズム体のエッジ部が光軸Ｌ上に位置する点から光軸とほぼ直交する軸線上に別の光検出器１３を配置し、この光検出器１３により回転プリズム体のエッジ部からの反射光を受光する。光検出器１３からはパルス状の出力信号が発生し、この出力信号を増幅器１４により増幅し、水平同期信号発生回路１５に供給し、信号処理して水平同期信号を発生させる。発生した水平同期信号を図４に示す。そして、発生した水平同期信号を信号処理回路１２に供給する。次に、垂直同期の作成プロセスについて説明する。試料ステージ８は紙面と直交する方向に移動する。この試料ステージ８の移動の限界位置を検出するためステージ位置検出センサ１６を設ける。この位置検出センサ１６は、例えばＬＥＤと光検出器とから成る光電センサとすることができる。或は、試料ステージ８を駆動するモータの回転数から試料ステージ８の移動限界位置信号を発生させることもできる。ステージ位置検出センサからの出力信号を垂直同期信号発生回路１７に供給し、信号処理を施して垂直同期信号を発生させる。この垂直同期信号を信号処理回路１２に供給する。
【００２７】
信号処理回路１２では、メモリから読み出された画像信号、水平同期信号及び垂直同期信号を用いて信号処理を行ない映像信号を発生し、この映像信号を欠陥検出回路１８に供給する。欠陥検出回路１８は、比較器を有し、順次供給されてくる映像信号を基準値と比較して欠陥の有無を判定する。前述したように、欠陥がない場合試料７からの散乱光は遮光マスクによって遮光され或いは光ファイバにおいて減衰するので映像信号の強度は低く、一方、突起欠陥がある場合遮光マスクによって遮光されない反射光が増大し又は光ファイバを伝搬する散乱光が増大するため映像信号の強度が増大する。従って、基準信号と比較するだけで欠陥の有無を検出することができる。この結果、欠陥の存在及び欠陥のアドレスを正確に判定することができる。
【００２８】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変更や変形が可能である。例えば、上述した実施例では欠陥検査すべき試料としてカラーフィルタを例にして説明したが、試料表面からの反射光に基いて欠陥情報が検出される他の種々の試料についても適用することができる。
さらに、上述した実施例ではビーム走査装置の回転プリズム体として互いに平行な光学面を２対有する回転プリズム体を用いたが、平行な光学面を２対以上有する回転プリズム体を用いることもできる。
さらに、上述した実施例では、ビームスプリッタとして偏光ビームスプリッタを用いたが、ハーフミラーのような他のビームスプリッタを用いることもできる。
さらに、上述した実施例では、光ファイババンドルを２個用いたが、勿論光ファイババンドルを１個だけ用いる場合でもよく、或いは３個又は４個等用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による欠陥検査装置の一例を示す線図である。
【図２】  本発明によるビーム偏向装置の一例を示す斜視図である。
【図３】  ビーム偏向状態を示す模式図である。
【図４】  カラーフィルタのフィルタ素子による回折光の発生状況を示す線図である。
【図５】  試料上の異物による散乱光の発生を示す線図である。
【図６】  試料上における走査軸線と光ファイババンドルの関係を示す線図である。
【図７】  走査軸線に対する光ファイバの配列状態を示す線図である。
【符号の説明】
１  光源
２  偏光ビームスプリッタ
３  λ／４板
４  ビーム走査装置
５  回転プリズム体
６  モータ
７  試料
８  試料ステージ
９  遮光マスク
10，13  光検出器
12  信号処理回路
15  水平同期信号発生回路
16  ステージ位置検出センサ
17  垂直同期信号発生回路
18  欠陥検出回路
【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７】
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【図６】
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