(57)【要約】【課題】ＦＰＤガラス等の大型の試料表面の全範囲にわたり検査員が同一の条件で目視検査を効率的に行える外観検査装置及び外観検査方法において、マクロ観察とミクロ観察の切り替えを短時間で行なえ、また、最適な反射角度で観察できるように改善する。【解決手段】多関節ロボットＲを用い、そのハンド部分３にマクロ撮像光学ユニット２とミクロ撮像光学ユニット１とを隣り合わせに並べて装着し、ハンド部分３を任意の３次元位置に移動させ、撮像光学ユニット１、２の位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ２）と光軸方向（χ１、ψ１）、（χ２、ψ２）を任意に設定できるようにして、検査するのに適切な撮像光学ユニット１、２の位置と光軸方向、その他の条件をティーチングさせて、マクロ外観検査及びミクロ外観検査ができるようにした。【選択図】図１
2007155412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンを形成した基板を搭載し、水平方向に搬送、静止可能なステージと；
前記ステージに搭載された前記基板を照明する照明部と；
前記ステージに搭載された前記基板をマクロ的に撮影可能なマクロ撮像光学ユニットと；
前記ステージに搭載された前記基板をミクロ的に撮影可能なミクロ撮像光学ユニットと；
前記マクロ撮像光学ユニット又は前記ミクロ撮像光学ユニットで撮影された前記基板の撮影画像を表示する画像表示部と；
前記マクロ撮像光学ユニットと前記ミクロ撮像光学ユニットとを隣り合わせに並べて装着するハンドを有する多関節ロボットと；
前記ハンドに装着された前記マクロ撮像光学ユニットを前記ステージ上の所定の空間領域の任意の位置からその光軸方向が前記基板表面の所定の位置を向くように、又、前記ミクロ撮像光学ユニットを前記基板表面の所定の位置の直上近傍に設置するように、前記多関節ロボットの関節の状態を定める関節パラメータにより制御する制御部と；
前記パターンを観察するために適切な前記マクロ撮像光学ユニットの位置及び光軸方向を実現する前記関節パラメータの値を第１の関節パラメータ値として記憶し、前記パターンを観察するために適切な前記ミクロ撮像光学ユニットの位置及び光軸方向を実現する前記関節パラメータの値を第２の関節パラメータ値として記憶する記憶部とを備え；
前記記憶部に記憶された前記第１の関節パラメータ値を再現して、前記パターンを観察するために適切な前記マクロ撮像光学ユニットの位置及び光軸方向で撮影された前記基板の撮影画像、又は前記記憶部に記憶された前記第２の関節パラメータ値を再現して、前記パターンを観察するために適切な前記ミクロ撮像光学ユニットの位置及び光軸方向で撮影された前記基板の撮影画像を前記画像表示部に表示する；
外観検査装置。
【請求項２】
前記記憶部は、前記第１の関節パラメータ値と前記第２の関節パラメータ値とを関連付けて記憶し；
前記制御部は、前記関節パラメータを前記第１の関節パラメータ値に係る状態から前記第２の関節パラメータ値に係る状態に変更し、前記ミクロ撮像光学ユニットを前記基板表面の所定の位置の直上近傍に移動する；
請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記ミクロ撮像光学ユニットの光軸方向を前記基板表面の傾斜に応じて、ほぼ直角に制御可能である；
請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項４】
多関節ロボットのハンドにマクロ撮像光学ユニットとミクロ撮像光学ユニットとを隣り合わせに並べて装着する撮像光学ユニット装着工程と；
パターンを形成した基板をステージに搭載し、前記ステージ上の所定の位置に静止させる基板設置工程と；
前記ステージに搭載された前記基板を照明する照明工程と；
前記ハンドに装着された前記マクロ撮像光学ユニットの位置及び光軸方向を、前記多関節ロボットの関節の状態を定める関節パラメータにより制御して、前記ステージ上の所定の空間領域内で動かし、パターンを観察するために適切なマクロ撮像光学ユニットの位置及び光軸方向を探索する第１のロボットハンド制御工程と；
前記ハンドに装着された前記ミクロ撮像光学ユニットの位置を、前記多関節ロボットの関節の状態を定める関節パラメータにより制御して、前記ステージ上の所定の空間領域内で動かし、パターンを観察するために適切なミクロ撮像光学ユニットの位置を探索する第２のロボットハンド制御工程と；
前記パターンを観察するために適切な前記マクロ撮像光学ユニットの位置及び光軸方向を実現する前記関節パラメータの値を第１の関節パラメータ値として記憶部に記憶する第１の記憶工程と；
前記パターンを観察するために適切な前記ミクロ撮像光学ユニットの位置及び光軸方向を実現する前記関節パラメータの値を第２の関節パラメータ値として前記記憶部に記憶する第２の記憶工程と；
前記記憶部に記憶された前記第１の関節パラメータ値を再現して、前記パターンを観察するために適切な前記マクロ撮像光学ユニットの位置及び光軸方向で前記ステージに搭載された前記基板をマクロ撮像光学ユニットで撮影し、表示する第１の画像検査工程と；
前記記憶部に記憶された前記第２の関節パラメータ値を再現して、前記パターンを観察するために適切な前記ミクロ撮像光学ユニットの位置及び光軸方向で前記ステージに搭載された前記基板をミクロ撮像光学ユニットで撮影し、表示する第２の画像検査工程とを備える；
外観検査方法。
【請求項５】
請求項４に記載の外観検査方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外観検査装置及び外観検査方法に関する。詳しくはＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ、Ｆｌａｔ  Ｐａｎｅｌ  Ｄｉｓｐｌａｙの略語）ガラス基板や半導体ウエハ等の撮影画像を表示して検査を行う外観検査装置及び外観検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のマクロ的な視野で観察（以下マクロ観察と称する）を行うことができるマクロ外観検査装置は、手動もしくは電動で制御可能な可動式試料台に搭載された試料の表面や裏面に種々の照明光を照射し、検査員自身が可動式試料台を前後左右に傾けながら、試料面上に存在する欠陥の視認性が良いと判断できる適切観察位置を見つけ出し、その状態で目視観察もしくはカメラで撮像して欠陥部位の有無を確認する検査手法が一般的であった。またこの適切観察位置は検査員それぞれの裁量に任されており、検査員の経験と技量に負うところが多々あった。
【０００３】
また通常の半導体ウエハやＦＰＤガラスの検査工程では、この種のマクロ外観検査で発見された欠陥部位の詳細確認のために、ミクロ的な視野による観察（以下、ミクロ観察と称する）を行うことができるミクロ外観検査装置が使われる。このミクロ外観検査は一般に光学顕微鏡を用いて極めて狭い範囲を高い倍率で観察するため、マクロ外観検査用の可動式試料台から専用の光学顕微鏡用Ｘ−Ｙステージに試料を載せ替えて、ミクロ外観検査を行うという方法が取られていた。
【０００４】
しかしながら、従来のマクロ外観検査の手法においては、検査員の経験や技量等の検査能力差が大きい場合や、検査員による判断基準の差異により、同じ試料に対する外観検査においても、検査結果が異なるといった場合も多々見受けられた。また、最近の大型ＦＰＤガラス基板等の試料では、ガラス基板を前後左右に傾斜、あるいは回転させるための可動式の試料台が巨大化しているため、機械構造や駆動能力の大幅な強化が必要となってきており、さらに、試料の巨大化により検査員が試料表面の全範囲にわたり同一の条件で目視検査を行うことが事実上困難になっていた。これを解決するために、発明者により、大型ガラス基板の上方に多軸ロボットを設置して、腕の先端に光学ユニットを配置し、光学ユニットを大型ガラス基板上の任意の位置に移動させ、上下動により焦点合わせを行ない、その撮影画像を用いて検査を行なう外観検査装置が提案された。これにより、ＦＰＤガラス基板等の大型の試料表面の全範囲にわたり検査員が同一の条件で目視検査を行えるようになった。（特許文献１参照）
【特許文献１】特開平１１−１６００２０号公報（段落［０００５］〜〔００１２〕、図１〜図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発明者の提案による外観検査装置は、マクロ観察とミクロ観察の両者を行なうには光学ユニットを取り替える必要があり、短時間で切り替えることは困難であった。また、光軸方向が基板に対して垂直方向であるため、必ずしも最適な反射角度で観察できるものではなかった。
【０００６】
また、マクロ外観検査後にミクロ外観検査を行う場合には、ＦＰＤガラス、半導体ウエハどちらの場合も、大型の試料を大型の光学顕微鏡用Ｘ―Ｙステージに載せ替える作業が必要になる。しかし生産性の向上を図る面からは、載せ替えの搬送時間が製造ラインのタクトタイム短縮に悪影響を及ぼすという問題もあった。さらに、半導体ウエハの場合は、サブミクロンの微細なゴミの付着が重大な問題を引き起こすため、搬送距離を極力短縮すべきで、光学顕微鏡用Ｘ−Ｙステージに載せ替える作業は避けることが望ましい。
【０００７】
また、従来のミクロ外観検査用の顕微鏡光学系は試料表面に対して、垂直方向からの観察を行うようにＸ−Ｙステージ上に設置されていた。従って、ＦＰＤガラス基板に形成されている薄膜や微細パターンにおいて、比較的高さのある微細な凹凸が存在する場合には、焦点深度を逸脱してしまい、視認性が低下する場合があった。
【０００８】
本発明は、ＦＰＤガラス等の大型の試料表面の全範囲にわたり検査員が同一の条件で目視検査を効率的に行える外観検査装置及び外観検査方法において、マクロ観察とミクロ観察の切り替えを短時間で行なえ、また、最適な反射角度で観察できるように改善することを目的とする。
また、ミクロ外観検査において、試料表面に傾斜が存在しても観察可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の外観検査装置は、例えば図１に示すように、パターンを形成した基板１０を搭載し、水平方向に搬送、静止可能なステージ９と、ステージ９に搭載された基板１０を照明する照明部１１と、ステージ９に搭載された基板１０をマクロ的に撮影可能なマクロ撮像光学ユニット２と、ステージ９に搭載された基板１０をミクロ的に撮影可能なミクロ撮像光学ユニット１と、マクロ撮像光学ユニット２又はミクロ撮像光学ユニット１で撮影された基板１０の撮影画像を表示する画像表示部３３と、マクロ撮像光学ユニット２とミクロ撮像光学ユニット１とを隣り合わせに並べて装着するハンド３を有する多関節ロボットＲと、ハンド３に装着されたマクロ撮像光学ユニット２をステージ９上の所定の空間領域の任意の位置からその光軸方向が基板１０表面の所定の位置（ｘ０、ｙ０、０）を向くように、又、ミクロ撮像光学ユニット１を基板１０表面の所定の位置（ｘ０、ｙ０、０）の直上近傍に設置するように、多関節ロボットRの関節（ｃ１〜ｃ６）の状態を定める関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）により制御する制御部３０と、パターンを観察するために適切なマクロ撮像光学ユニット２の位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）及び光軸方向（χ２、ψ２）を実現する関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）の値を第１の関節パラメータ値として記憶し、パターンを観察するために適切なミクロ撮像光学ユニット１の位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）及び光軸方向（χ１、ψ１）を実現する関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）の値を第２の関節パラメータ値として記憶する記憶部３１とを備え、記憶部３１に記憶された第１の関節パラメータ値を再現して、パターンを観察するために適切なマクロ撮像光学ユニット２の位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）及び光軸方向（χ２、ψ２）で撮影された基板１０の撮影画像、又は記憶部３１に記憶された第２の関節パラメータ値を再現して、パターンを観察するために適切なミクロ撮像光学ユニット１の位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）及び光軸方向（χ１、ψ１）で撮影された基板１０の撮影画像を画像表示部３３に表示する。
【００１０】
ここにおいて、マクロ的に撮影とは、検査対象である基板全体又は広い範囲（例えば数百ｍｍ２以上）を撮影することをいい、ミクロ的に撮影とは、パターン個々の形状が分るような狭い領域（例えば数ｍｍ２以下）を撮影することをいう。また、多関節ロボットとは、部材（ハンド、上アーム、下アーム等）間の接合部分（関節）の状態をパラメータ（関節パラメータという）により制御して動かすロボットで、多数の関節パラメータを有するものをいう。多数とは４以上（４以上のモータを用いる、すなわち４軸以上）で特定の部品（ハンド）の特定の位置（先端等）を所定の３次元空間領域の任意の位置に設定できるので、４以上が可能であるが、６以上（６軸以上）とするとスムースな動作が可能なので、６以上が好ましい。また、ハンドに装着とは、ハンドの先端に限られず、例えばハンドの中央付近に装着されても良い。また、関節パラメータとして、典型的にはモータ制御に基づき回転に係るパラメータを使用するが、長さ方向もモータで制御可能なので、長さに係るパラメータを用いても良い。また、所定の空間領域とは、基板表面からマクロ撮像光学ユニットで直上から撮影する場合の焦点距離までの高さをカバーできれば良く、水平面内では基板全体をカバーしなくても、広い領域（例えば１／４）をカバーできれば良い。また、基板表面の所定の位置とは、観察すべきパターンの位置であり、典型的にはステージの中央線上に位置するが、その他の位置になることもある。また、ステージとロボットとの位置関係については、ロボットはステージに固定された垂直多関節ロボットが好ましいが、ステージとの位置関係を固定できれば一体的に連結されてなくても良く、例えば側壁や天井に設置されても良い。
【００１１】
このように構成すると、ＦＰＤガラス等の大型の試料表面の全範囲にわたり検査員が同一の条件で目視検査を効率的に行える外観検査装置において、マクロ観察とミクロ観察の切り替えを短時間で行なえ、また、最適な反射角度で観察できる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の外観検査装置において、記憶部３１は、第１の関節パラメータ値と第２の関節パラメータ値とを関連付けて記憶し、制御部３０は、関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）を第１の関節パラメータ値に係る状態から第２の関節パラメータ値に係る状態に変更し、ミクロ撮像光学ユニット１を基板１０表面の所定の位置の直上近傍に移動する。
【００１３】
このように構成すると、マクロ観察からミクロ観察に移行する場合にティーチングを用いて一層短時間で移行できる。なお、ティーチングとは入力部からの習得指示により、記憶部に、光学ユニットの位置、光学ユニットの光軸方向等を制御する各種パラメータ（関節パラメータ等）を一括して記憶させることをいう。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の外観検査装置において、例えば図１７〜１８に示すように、ミクロ撮像光学ユニット１の光軸方向（χ１、ψ１）を基板表面２０の傾斜に応じて、ほぼ直角に制御可能である。
【００１５】
ここにおいて、基板表面の傾斜とは、微細パターンの凹凸によるものではなく、微細パターン間にわたる緩やかな凹凸、傾斜、うねり等をいう。このように構成すると、ミクロ外観検査において、試料表面に傾斜が存在しても観察可能である。
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項４に記載の外観検査方法は、例えば図１９に示すように、多関節ロボットＲのハンド３にマクロ撮像光学ユニット２とミクロ撮像光学ユニット１とを隣り合わせに並べて装着する撮像光学ユニット装着工程（Ｓ０１）と、パターンを形成した基板１０をステージ９に搭載し、ステージ９上の所定の位置に静止させる基板設置工程（Ｓ０２）と、ステージ９に搭載された基板１０を照明する照明工程（Ｓ０３）と、ハンド３に装着されたマクロ撮像光学ユニット２の位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）及び光軸方向（χ２、ψ２）を、多関節ロボットＲの関節（ｃ１〜ｃ６）の状態を定める関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）により制御して、ステージ９上の所定の空間領域内で動かし、パターンを観察するために適切なマクロ撮像光学ユニット２の位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）及び光軸方向（χ２、ψ２）を探索する第１のロボットハンド制御工程（Ｓ０４）と、ハンド３に装着されたミクロ撮像光学ユニット１の位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）を、多関節ロボットＲの関節（ｃ１〜ｃ６）の状態を定める関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）により制御して、ステージ９上の所定の空間領域内で動かし、パターンを観察するために適切なミクロ撮像光学ユニット１の位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）を探索する第２のロボットハンド制御工程（Ｓ０８）と、パターンを観察するために適切なマクロ撮像光学ユニット２の位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）及び光軸方向（χ２、ψ２）を実現する関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）の値を第１の関節パラメータ値として記憶部３１に記憶する第１の記憶工程（Ｓ０５）と、パターンを観察するために適切なミクロ撮像光学ユニット１の位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）及び光軸方向（χ１、ψ１）を実現する関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）の値を第２の関節パラメータ値として記憶部３１に記憶する第２の記憶工程（Ｓ０９）と、記憶部３１に記憶された第１の関節パラメータ値を再現して、パターンを観察するために適切なマクロ撮像光学ユニット２の位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）及び光軸方向（χ２、ψ２）でステージ９に搭載された基板１０をマクロ撮像光学ユニット２で撮影し、表示する第１の画像検査工程（Ｓ１２〜Ｓ１３）と、記憶部３１に記憶された第２の関節パラメータ値を再現して、パターンを観察するために適切なミクロ撮像光学ユニット１の位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）及び光軸方向（χ１、ψ１）でステージ９に搭載された基板１０をミクロ撮像光学ユニット１で撮影し、表示する第２の画像検査工程（Ｓ１４〜Ｓ１５）とを備える。
【００１７】
ここにおいて、マクロ撮像光学ユニット及びミクロ撮像光学ユニットで探索する場合の所定の空間領域とは、それぞれ、基板表面からマクロ撮像光学ユニット及びミクロ撮像光学ユニットで直上から撮影する場合の焦点距離までの高さをカバーできれば良く、水平面内では基板全体をカバーしなくても、広い領域（例えば１／４）をカバーできれば良い。なお、ミクロ撮像光学ユニットの光軸方向は基本的には試料表面に対して垂直であり、特に探索する必要はなく、試料表面が傾斜している場合には、探索された位置においてその傾きに合わせて微量範囲で調整すれば良い。このように構成すると、ＦＰＤガラス等の大型の試料表面の全範囲にわたり検査員が同一の条件で目視検査を効率的に行える外観検査方法において、マクロ観察とミクロ観察の切り替えを短時間で行なえ、また、最適な反射角度で観察できる。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の外観検査方法をコンピュータに実行させるためのプログラムの発明である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＦＰＤガラス等の大型の試料表面の全範囲にわたり検査員が同一の条件で目視検査を効率的に行える外観検査装置及び外観検査方法において、マクロ観察とミクロ観察の切り替えを短時間で行なえ、最適な反射角度で観察できる。
また、本発明の好ましい態様によれば、ミクロ外観検査において、試料表面に傾斜が存在しても観察可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
〔第１の実施の形態〕
以下に図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１に第１の実施の形態における外観検査装置の装置構成例を示す。本実施の形態では垂直多関節ロボットのハンド部分にマクロ撮像光学ユニット及びミクロ撮像光学ユニットを隣り合わせに並べて装着し、ＬＣＤ（液晶表示装置、ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙの略語）ガラス基板の撮影画像を画像表示部に表示して、マクロ観察及びミクロ観察による外観検査を行う例を説明する。はじめにマクロ外観検査について、その後にミクロ外観検査について説明する。
【００２２】
図１において、定盤７の上にリニアステージ架台８が、その上にリニアステージ９が設置され、検査対象試料としてのＬＣＤガラス基板１０がリニアステージ９の上に搭載され、紙面左側から右側に向かって移動可能である。ＬＣＤガラス基板１０の表面には照明ユニット１１からの照明光線１２が照射される。照明光線１２は、ＬＣＤガラス基板１０の表面の微細な凹凸により、種々の方向へ散乱する。図ではそれらのうち異なる３方向の反射光線を選んで反射光線ＲＡ、反射光線ＲＢ、反射光線ＲＣとする。
【００２３】
検査対象試料としては、半導体ウエハ、ＬＣＤガラス基板を含むＦＰＤガラス基板、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ナノインプリント技術によるマイクロ金型などがあるが、本実施の形態では、このうちＬＣＤガラス基板を扱うものとする。
【００２４】
また、定盤７の上に垂直多関節ロボットＲが設置されている。多関節ロボットとは、部品（ハンド、上アーム、下アーム等）間の接合部分（関節）の状態をパラメータ（関節パラメータという）により制御して動かすロボットで、多数の関節パラメータを有するものをいい、垂直とは台座６の中心軸が垂直なことをいう。垂直多関節ロボットＲは、ハンド３、上アーム４、下アーム５を有し、ハンド３には、ミクロ撮像光学ユニット１、マクロ撮像光学ユニット２が取り付けられている。ミクロ撮像光学ユニット１とマクロ撮像光学ユニット２とは隣り合わせに並べて取り付けられ、半固定的に連結されている。すなわち、両者の間隔は固定的であり、相互に移動可能な範囲は微小である。なお、両光学ユニット１，２はハンド３に対して光軸方向に微小移動可能（移動長ｚ３）、ミクロ撮像光学ユニット１はマクロ撮像光学ユニット２に対し微小角度調整可能（回転角β）である。ハンド３と２つの光学ユニット１，２を連結する第１の関節ｃ１は２つの光学ユニット１，２をハンド３の中心軸の周りに回転可能とし（回転角θ１）、ハンド３と上アーム４を連結する第２の関節ｃ２はハンド３を上アーム４に対して上アーム４を含む面内に回転可能とし（回転角φ２）、上アーム４のほぼ真ん中にある第３の関節ｃ３は上アーム４の上半分を下半分に対して両者の中心軸の周りに回転可能とし（結果的に捻りを与える、回転角θ３）、上アーム４と下アーム５を連結する第４の関節ｃ４は上アーム４を下アーム５に対して下アーム５を含む垂直面内で回転可能とし（回転角φ４）、下アーム５と台座６を連結する第５の関節ｃ５及び第６の関節ｃ６は下アーム５を台座６に対して、それぞれ、垂直面内及び水平面内で回転可能にする（それぞれ、回転角φ５、θ６）。台座６は中心軸が垂直方向であり、定盤７に固定されている。それぞれの関節ｃ１〜ｃ６には小型モータが組み込まれ、その関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）を制御する構成とすることにより、ハンド３、上アーム４、下アーム５を駆動する６軸駆動ロボットが構成され、この結果、ハンド３の先端に装着されたミクロ撮像光学ユニット１、マクロ撮像光学ユニット２を同時にリニアステージ９上の任意の位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１、ただし高さ方向に制限がある）（ｘ２，ｙ２，ｚ２、ただし高さ方向に制限がある）に移動可能となっている。また、その位置からＬＣＤガラス基板１０表面の所定の位置（ｘ０，ｙ０，０）にミクロ撮像光学ユニット１、マクロ撮像光学ユニット２の光軸方向（χ１，ψ１），（χ２，ψ２）を向けることが可能となっている。なお、ＬＣＤガラス基板１０表面の所定の位置とは、観察すべきパターンの位置であり、典型的にはリニアステージの中央線上に位置するが、その他の位置になることもある。
【００２５】
マクロ撮像光学ユニット２は結像レンズと撮像センサーによって構成され、小型、軽量であることが望ましく、ここでは、焦点距離及び倍率を固定とし、異なる倍率が必要な時はレンズを交換して使用することとした。図１は、照明光線１２がＬＣＤガラス基板１０上で反射した散乱光のうち、反射光線ＲＢを撮像するために、マクロ撮像光学ユニット２の光軸と反射光線ＲＢが同一軸上になるよう垂直多関節ロボットＲのハンド３先端が位置決めされている状態を示す。
【００２６】
ミクロ撮像光学ユニット１、マクロ撮像光学ユニット２、垂直多関節ロボットＲ、リニアステージ９及び照明ユニット１１は制御部３０に接続され、制御部３０は、垂直多関節ロボットＲのハンド３先端に装着された光学ユニット１，２の位置決め、光学ユニットの光軸方向の設定、光学ユニットの焦点合わせ、リニアステージの送り、照明ユニットの俯角、照度等を制御する。また、ミクロ撮像光学ユニット１、マクロ撮像光学ユニット２は画像表示部３３に接続され、画像表示部３３は、ミクロ撮像光学ユニット１、マクロ撮像光学ユニット２で撮影された撮影画像を表示する。撮影画像の拡大縮小、明暗、コントラスト、彩色等は制御部３０から制御できる。また、制御部３０は記憶部３１及び入力部３２に接続され、外観検査装置１００がＬＣＤガラス基板１０上のパターンを検査するための適切条件に調整された場合等、入力部３２からの習得指示により、記憶部３１に、その状態における、垂直多関節ロボットＲのハンド３先端に装着された光学ユニット１，２の位置、光学ユニットの光軸方向、光学ユニットの焦点、リニアステージの位置、照明ユニットの俯角、照度等を制御する各種パラメータ（関節パラメータ等）を一括して記憶させる（ティーチングという）。他のＬＣＤガラス基板１０試料の検査を行う場合に、この記憶された各種パラメータデータを用いて、同じ、垂直多関節ロボットＲのハンド３先端に装着された光学ユニット１，２の位置、光学ユニット１，２の光軸方向、光学ユニット１，２の焦点、リニアステージ９の位置、照明ユニット１１の俯角、照度等が再現される。これにより、どのＬＣＤガラス基板１０試料に対しても、適切条件で検査をすることが可能となる。
【００２７】
記憶部３１への関節パラメータを含む各種パラメータの記憶は例えば表形式で行われる。表には、プロセス番号（ｎ１）、ロット番号（ｎ２）、試料番号（ｎ３）、ミクロ撮像光学ユニット１の位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、マクロ撮像光学ユニット２の位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）、光学ユニット上下位置微調整パラメータ（ｚ３）、光学ユニット１，２の光軸方向（χ１、ψ１）、（χ２、ψ２）、光学ユニット１，２の焦点距離（ｆ１、ｆ２）、リニアステージ９の位置（ｘ０、ｙ０）、照明ユニット１１の俯角（φＬ）、照明ユニット１１の照度パラメータ（ＬＷ）等が記憶される。なお、関節パラメータは各関節ｃ１〜ｃ６を制御するモータの回転角度で表現しても良い。
【００２８】
図２は、照明光線１２がＬＣＤガラス基板１０上で反射した反射光線ＲＡを撮像するために、マクロ撮像光学ユニット２の光軸と反射光線ＲＡが同一軸上になるよう垂直多関節ロボットＲのハンド３先端が位置決めされている状態を示す。また、図３は、照明光線１２がＬＣＤガラス基板１０上で反射した反射光線ＲＣを撮像するために、マクロ撮像光学ユニット２の光軸と反射光線ＲＣ１５が同一軸上になるよう垂直多関節ロボットＲのハンド３先端が位置決めされている状態を示す。図１〜図３におけるマクロ撮像光学ユニット２の光軸の位置決めは、照明光線１２がＬＣＤガラス基板１０上で反射した散乱光のうち異なる３種類の反射光線を撮像する例であるが、その他の方向への散乱光による反射光線に対しても、垂直多関節ロボットＲのアームが届く範囲で、マクロ撮像光学ユニット２を任意の位置へ位置決めすること、その位置からマクロ撮像光学ユニット２の光軸方向を反射光線の方向に向かせることが可能である。
【００２９】
また、リニアステージ９が紙面に対して左右方向（ｘ方向）の任意の位置へ移動可能であるため、常にマクロ外観検査を行いたい領域をリニアステージ９の中央部分に移動させることでどの位置でも同じ視野角でマクロ撮像することが可能となる。また撮像センサーにＣＣＤリニアセンサーを用いた場合は、リニアステージ９を等速制御で両端間を移動させながらマクロ撮像することで、ＬＣＤガラス基板９のどの位置もすべて同じ光学条件で撮像することが可能になる。また、後述するように、垂直多関節ロボットＲのハンド３の先端、すなわちマクロ撮像光学ユニット２を中央部分の上下方向（ｙ方向）に沿って移動可能である（図７〜図８参照）。このため１回の撮影で撮影できない大型の試料でも、ｘｙ平面上全ての範囲を撮影可能である。
【００３０】
図４〜６にマクロ観察画像の例を示す。１回の撮影で数百ｍｍ２以上の広い範囲の観察が可能であり、パターン個々の形状ではなく、広範な領域にわたる、異常を観察することができる。図４〜６は、ＬＣＤガラス基板ではなく半導体ウエハの撮影例であるが、試料やパターンの形状寸法が異なるだけで表面の状態や欠陥の状態は同様である。例えば、図４は半導体ウエハに１００ｎｍラインアンドスペースが形成されている写真で、１００ｎｍの微細パターンが各チップに等間隔で形成されているが、僅かにパターン形状が変化しているため、各チップで反射光が異なって見えている。図５は半導体ウエハにコンタクトホールパターンが形成されている写真で、０．５μｍφの微細孔が無数に形成されているが、欠陥がないので全てのチップが同じように見えている。図６（ａ）はスキャナー（露光装置）が正常で正逆差のないウエハ（中心にデフォーカスあり）のパターンを、図６（ｂ）にスキャナー（露光装置）が不良でチップ毎に正逆差のあるパターンを示す。図６（ａ）では反射光に一様性があり、図６（ｂ）では反射光むらが観察されている。このように、レジストを塗布したパターンで検査すると、パターン欠陥が見出された場合に、パターン形成をやり直しができるので、有意義である。
【００３１】
試料を多様な方向、多様な距離から観察することにより、適切なマクロ撮像光学ユニット２の座標、光軸方向が定まれば、入力部３２からの習得指示によりその座標（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、光軸方向（χ１、ψ１）に対応する関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）の値を第１の関節パラメータ値として記憶部３１に記憶させる。この時の座標、光軸方向もこれらの第１の関節パラメータ値を用いて計算可能であり、併せて記憶させる。また、光学ユニット上下位置微調整パラメータ（ｚ３）、マクロ光学ユニット２の焦点距離（ｆ２）、リニアステージ９の位置（ｘ０、ｙ０）、照明ユニット１１の俯角（φＬ）、照明ユニット１１の照度パラメータ（ＬＷ）等の他の条件パラメータも併せて記憶させる。なお、適切観察位置は複数あっても良く、この場合には全ての適切観察位置について、関節パラメータ及び他の条件パラメータを記憶する。これにより、記憶されたパラメータを再現することにより、他の試料についても、同じ適切条件でのマクロ撮像光学ユニット２による観察が可能になる。適切観察位置が複数ある場合には、これらの位置を観察する順序を定め、順次これらの位置を再現することにより、同じ適切条件でのマクロ撮像光学ユニット２による観察が可能になる。また、２つの適切観察位置間の移動についても、始点、終点及び始点から終点に到るロボットの操作手順を、関節パラメータの変化として記憶させることにより、再現可能であり、自動化できる。
【００３２】
一般的には試料毎に欠陥が異なり、このため適切観察位置が異なる場合もあるが、同じプロセスを経た試料では同一又は類似の欠陥が生じる場合が多く、このためこのように最適観察位置を決めて、マクロ撮像光学ユニット２による観察を行なうことは効率的な検査に繋がり、有意義である。
【００３３】
以上のように、垂直多関節ロボットのハンドにマクロ撮像光学ユニットを搭載して、試料（本実施の形態ではＬＣＤガラス基板）を任意の位置からマクロ撮像できる。また、これにより、マクロ外観検査する際に、マクロ撮像光学ユニットをマクロ撮像するための適切な光学条件位置に設定して、その位置で垂直多関節ロボットをティーチングすることで、同品種の試料を異なる日時にマクロ外観検査する場合にも、垂直多関節ロボットに記憶されているティーチング状態を再現させることで、前回と同じ条件でマクロ撮像することが可能となる。また異なる試料の場合に、再度、垂直多関節ロボットを適切な光学条件位置に設定して、その位置で垂直多関節ロボットをティーチングすることで、異なる空間的位置座標を記憶することも可能である。このように、ティーチングを用いれば、検査員が試料ごとに自己の記憶を元に適切なマクロ観察位置を探索する作業や、異なる検査員によるマクロ観察位置に違いが生じることを防止できる。また、垂直多関節ロボットの関節パラメータを制御することにより、マクロ撮像光学ユニットをステージ上の所定の空間領域の任意の位置からその光軸方向が基板表面の所定の位置を向くように設定可能であるため、すなわち、垂直多関節ロボットで任意の撮像角度の設定が可能であるため、前後左右に傾斜可能な可動式試料台を用いる必要がない。なお、所定の空間領域とは、基板表面からマクロ撮像光学ユニットで直上から撮影する場合の焦点距離までの高さをカバーできれば良く、水平面内では基板全体をカバーしなくても、広い領域（例えば１／４）をカバーできれば良い。また、基板表面の所定の位置とは、観察すべきパターンの位置であり、典型的にはステージの中央線上に位置するが、その他の位置になることもある。
【００３４】
さらに、前述のマクロ撮像方法にリニアステージを組み合わせることで、大型の試料であっても表面のすべての位置を同一条件でマクロ撮像することが可能となり、昨今の大型化したＦＰＤガラスのマクロ外観検査にも対応できるという利点もある。
【００３５】
次にミクロ外観検査について説明する。局所的な欠陥、マクロな欠陥でも詳細部分を観察、解析したい場合等はミクロ的な観察が必要である。顕微鏡のよるミクロ観察は一般に数ｍｍ２程度以下の狭い領域の観察に用いられる。
【００３６】
図７においてＬＣＤガラス基板１０はリニアステージ９の上に搭載されており、紙面左側から右側に向かって任意の位置へ移動し、位置決めをすることが可能である。定盤７上に設置された垂直多関節ロボットＲのハンド３先端には、マクロ撮像光学ユニット２と共にミクロ撮像光学ユニット１が取り付けられており、ハンド３、上アーム４、下アーム５を駆動することで、ミクロ撮像光学ユニット１、マクロ撮像光学ユニット２を任意の位置へ移動させることが可能となっている。図７の状態は、ＬＣＤガラス基板１０の中央部をミクロ撮像する領域として位置決めされている状態である。
【００３７】
ミクロ撮像ユニット１は、小型光学顕微鏡と撮像センサーで構成され、小型、軽量であることが好ましく、このため、焦点距離及び倍率を半固定とし、異なる倍率が必要なときには顕微鏡レンズを交換することとした。
【００３８】
一般的には、マクロ撮像光学ユニット２の撮影画像の検査により、欠陥や異常が見出され、詳細部分の観察が必要な場合に、見出された位置にミクロ撮像光学ユニット１を詳細部分の直上近傍に移動して、ミクロ撮像光学ユニット１の撮影画像の検査を行う。この場合、欠陥位置からの反射光はマクロ撮像光学ユニット２の光軸上にあるので、例えば、マクロ撮像光学ユニット２を光軸に沿って移動すれば、直線的に欠陥位置に到るので、まず、マクロ撮像光学ユニット２を光軸に沿って移動し、欠陥位置の近傍でミクロ撮像光学ユニット１の位置合わせ及び焦点合わせを行うようにすれば良い。そして、欠陥観察時における適切なミクロ撮像光学ユニット１の位置決めされた位置及びその移動の経緯（マクロ撮像光学ユニット２の移動の経緯でも良い）が定まれば、入力部３２からの習得指示により、記憶部３１に、垂直多関節ロボットＲのハンド３先端に装着されたミクロ撮像光学ユニット１の座標（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、光軸方向（χ１、ψ１）に対応する関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）値を第２の関節パラメータ値として記憶させる。この時の座標、光軸方向もこれらの第２の関節パラメータ値を用いて計算可能であり、併せて記憶させる。また、光学ユニット上下位置微調整パラメータ（ｚ３）、光学ユニット１の焦点距離（ｆ１）、リニアステージ９の位置（ｘ０、ｙ０）、照明ユニット１１の俯角（φＬ）、照明ユニット１１の照度パラメータ（ＬＷ）等の他の条件パラメータも併せて記憶させる。ここにおいて、マクロ撮像光学ユニット２による欠陥発見からミクロ撮像光学ユニット１の欠陥観察までの垂直多関節ロボットＲによる光学ユニット１の移動の経緯は、ハンド３、上アーム４、下アーム５の操作手順、すなわち、関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）の変更手順を記憶させれば良い。これにより、他のＬＣＤガラス基板１０試料の検査を行う場合に、記憶されたこれらの各種パラメータデータ及び操作手順データを用いて、同種の欠陥に対して同じ検査を再現できる。
【００３９】
なお、生じる欠陥は試料毎に異なるのが一般的ではあるが、同一ロットで同じプロセスを経た試料については、例えば露光データの欠陥、製造機器、処理機器のくせにより同じ位置に欠陥が生じる場合もあるので、このようなティーチングを利用した欠陥の検査は有意義である。他の試料と異なる新たな欠陥を見出した場合も、まず、マクロ撮像光学ユニット２を光軸に沿って移動し、欠陥位置の近傍でミクロ撮像光学ユニット１の位置合わせと焦点合わせを行うようにすれば良い。また、習得指示をしておけば、同位置での欠陥に同様な対処が可能になる。
【００４０】
図８は図７を上方から見込んだ図である。リニアステージ架台８上には、リニアモータ１６が設置されており、リニアガイド１７，１８上に搭載されたリニアステージ９を駆動する構造となっている。また、図８ではミクロ撮像光学ユニット１の中心がリニアステージ９の中心線６１上で、かつ紙面上下方向の中心（リニアステージ９の中心）に位置決めされている状態を示す。この状態でリニアステージ９を紙面左右方向に移動させて位置決めすることで、ミクロ撮像光学ユニット１が位置決めされている位置に対して、紙面で左右方向の直線上どの位置でもミクロ撮像することが可能となる。
【００４１】
図９はミクロ撮像光学ユニット１の中心がリニアステージ中心線６１上で、矢印５１方向に移動して紙面の上方に位置決めされている状態を示す。図８の場合と同様にこの状態でリニアステージ９を紙面左右方向に移動させて位置決めをすることで、ミクロ撮像光学ユニット１が位置決めされている位置に対して、紙面で左右方向の直線上どの位置でもミクロ撮像することが可能となる。図１０はミクロ撮像光学ユニット１の中心がリニアステージ中心線６１上で、矢印５２方向に移動して紙面の下方に位置決めされている状態を示す。図８の場合と同様にこの状態でリニアステージ９を紙面左右方向に移動させて位置決めをすることで、ミクロ撮像光学ユニット１が位置決めされている位置に対して、紙面で左右方向の直線上のどの位置でもミクロ撮像をすることが可能となる。
【００４２】
図８〜図１０に示したとおり、リニアステージ９を紙面左右方向の任意の位置に移動させ位置決めをすることと、垂直多関節ロボットＲの矢印５１および矢印５２方向の移動制御による位置決めを組み合わせることで、リニアステージ９に搭載されたＬＣＤガラス基板１０のいかなる任意の位置へも、ミクロ撮像光学ユニット１の位置決めを行うことができ、ミクロ撮像が可能である。これら垂直多関節ロボットＲのハンド３の紙面上下方向（ｙ方向）の移動及びリニアステージ９の紙面左右方向（ｘ方向）の移動も各種パラメータを記憶部に記憶させ、再現させることが可能である。
【００４３】
図１１にミクロなパターン断面の例を示す。（ａ）連続した微細形状の高さ変化、（ｂ）連続した微細形状のピッチ変化、（ｃ）連続した微細形状の深さ変化、（ｄ）、（ｅ）連続した微細形状のさまざまな変化、（ｆ）不規則な微小凹凸群などがある。このような微細形状における欠陥を確認するには、ミクロ撮像光学ユニット１による観察が必要である。
【００４４】
図１２にミクロ撮像光学ユニット１による撮影画像の例を示す。図１２はラインアンドスペースパターンである。ミクロ観察は一般に数ｍｍ２程度以下の狭い領域の観察に使用される。画像にスケールを併せて表示することにより、配線幅のばらつきなどを目視で検出可能である。また彩色表示することにより、カラーフィルタのような顔料を塗布している試料を観察する場合には色ムラを観察できる。
【００４５】
試料を多様な方向、多様な距離から観察することにより、適切なミクロ撮像光学ユニット１の座標、光軸方向が定まれば、入力部３２からの習得指示により、記憶部３１は、その座標（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、光軸方向（χ１、ψ１）に対応する関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）値を第２の関節パラメータ値として記憶部３１に記憶させる。この時の座標、光軸方向もこれらの第２の関節パラメータ値を用いて計算可能であり、併せて記憶させる。また、光学ユニット上下位置微調整パラメータ（ｚ３）、光学ユニットの焦点距離（ｆ２）、リニアステージ９の位置（ｘ０、ｙ０）、照明ユニット１１の俯角（φＬ）、照明ユニット１１の照度パラメータ（ＬＷ）等の他の条件パラメータも併せて記憶させる。なお、適切観察位置は複数あっても良く、この場合には全ての適切観察位置について、関節パラメータ及び他の条件パラメータを記憶する。記憶されたパラメータを再現することにより、他の試料についても、同じ最適条件でのミクロ撮像光学ユニット１による観察が可能になる。適切観察位置が複数ある場合には、これらの位置を観察する順序を定め、順次これらの位置を再現することにより、同じ適切条件でのミクロ撮像光学ユニット１による観察が可能になる。また、２つの適切観察位置間の移動についても、始点、終点及び始点から終点に到るロボットの操作手順を、関節パラメータの変化として記憶させることにより、再現可能であり、自動化できる。
【００４６】
以上のように、マクロ外観検査後に続けてミクロ外観検査を行う場合には、垂直多関節ロボットのハンドにミクロ撮像光学ユニットを隣り合わせに並べて搭載することにより、マクロ観察とミクロ観察とを同一ステージ上で行うことが可能となり、生産ラインでの検査時間の大幅な短縮ができ、また、試料の移動距離の短縮により試料面のゴミ等の付着を低減できる。また、試料が比較的小型である場合は、垂直多関節ロボットの移動を紙面の上下方向だけでなく、左右方向にも行うことで、リニアステージを用いなくとも、試料面上の任意の位置へミクロ撮像光学ユニットを位置決めすることが可能であり、この場合は、装置の大幅なコストダウンも実現可能である。
【００４７】
図１３〜１５は、ミクロ観察において凹凸のある表面を撮影する場合を示している。ただし、これらの図はＬＣＤガラス基板１０とミクロ撮像光学ユニット１との位置関係のみを模式的に示しているため、この条件に関係のない部材は記載していない。
【００４８】
図１３は、ミクロ撮像光学ユニット１の位置決め状態が、ミクロ撮像光学ユニット１の光軸中心線５５がＬＣＤガラス基板１０を搭載しているリニアステージ９に対して垂直となっている場合を示す。すなわち、通常光学顕微鏡で試料を観察する光学配置と同様である。図１６は、この状態でＬＣＤガラス基板表面２０に存在する凹凸の詳細形状を示している。この位置関係はＬＣＤガラス基板表面２０がミクロ撮像光学ユニット１の焦点深度内に入っており、ミクロ的な視野で概ね平面と判断される場合である。図において、１９はミクロ撮像光学ユニット先端部、５７は垂線、６２は光軸群である。
【００４９】
図１４は、ミクロ撮像光学ユニット１の位置決め状態が、ミクロ撮像光学ユニット１の光軸中心線５５が垂線５７に対して、右側に傾斜角β１傾いてなされている状態を示す。この場合は、図１７に示すようにＬＣＤガラス基板表面２０に存在する凹凸の斜めの部分をミクロ撮像光学ユニット１の焦点深度内に収めることが可能な状態である。同様に、図１５は、ミクロ撮像光学ユニット１の位置決めの状態が、ミクロ撮像光学ユニット１の光軸中心線５５が垂線５７に対して左側に傾斜角β２傾いてなされている状態を示す。この場合は、図１８に示すようにＬＣＤガラス基板表面２０に存在する凹凸の斜めの部分をミクロ撮像光学ユニット１の焦点深度内に収めることが可能な状態である。以上のように、垂直多関節ロボットＲのハンド３に搭載されたミクロ撮像光学ユニット１とＬＣＤガラス基板１０との平面内での位置決めのみならず、ＬＣＤガラス基板表面２０の凹凸の状況に応じて、ミクロ撮像光学ユニット１の光軸中心線５５がＬＣＤガラス基板表面２０を見込む角度βを変えるように制御を行うことにより、焦点深度内に入らない大きな傾きの凹凸部分のミクロ撮像を行うことが可能となる。このようなミクロ撮像光学ユニット１の光軸中心線５５の傾斜についても、ティーチングにより再現可能である。
【００５０】
以上のように、垂直多関節ロボットの制御により、ミクロ撮像光学ユニットの光軸を傾けることができるため、試料面の微細パターンの凹凸や薄膜のわずかな傾きにより、ミクロ撮像光学ユニットの焦点深度を逸脱する場合でも、三次元的な視野で良好なミクロ撮像が可能となり、検査判定の精度を向上することが可能となる。
【００５１】
図１９に、本実施の形態における外観検査方法の処理フローの例を示す。
まず、リニアステージ９に連結された垂直多関節ロボットＲのハンド３先端にマクロ撮像光学ユニット２及びミクロ撮像光学ユニット１を隣り合わせに並べて装着する（Ｓ０１：光学ユニット装着工程）。なお、光学ユニット装着工程は、マクロ撮像光学ユニット装着工程とミクロ撮像光学ユニット装着工程を含む。また、ミクロ撮影を行わない場合は、マクロ撮像光学ユニット２のみを、マクロ撮影を行わない場合は、ミクロ撮像光学ユニット１のみを、装着すれば良い。
【００５２】
次に、パターンを形成した基板１０をリニアステージ９に搭載し、リニアステージ９上の所定の位置に静止させる（Ｓ０２：基板設置工程）次に、リニアステージ９に搭載された基板１０を照明する（Ｓ０３：照明工程）。ここで、所定の位置とは、基板１０を観察するための位置であり、典型的にはリニアステージ９の中央線上であるが、その他の位置になることもある。
【００５３】
次に、ハンド３先端に装着されたマクロ撮像光学ユニット２の位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）及び光軸方向（χ２、ψ２）を、関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）により制御して、リニアテージ上９の所定の空間領域内で動かし、パターンを観察するために適切なマクロ撮像光学ユニット２の位置及び光軸方向を探索する（Ｓ０４：第１のロボットハンド制御工程）。ここで、所定の空間領域とは、基板表面からマクロ撮像光学ユニットで直上から撮影する場合の焦点距離までの高さをカバーできれば良く、水平面内では基板全体をカバーしなくても、広い領域（例えば１／４）をカバーできれば良い。パターンを観察するために適切なマクロ撮像光学ユニット２の位置及び光軸方向が見出されたら、パターンを観察するために適切なマクロ撮像光学ユニットの位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）及び光軸方向（χ２、ψ２）を実現する関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）の値を第１の関節パラメータ値として記憶部３１に記憶させる（Ｓ０５：第１の記憶工程）。
【００５４】
この適切なマクロ撮像光学ユニット２の位置でマクロ撮影を行い（Ｓ０６：マクロ画像撮影工程）、撮影画像を画像表示部３３に表示して試料表面状態を観察する（Ｓ０７：マクロ画像表示工程）。ここで、詳細観察を行う場合にはミクロ撮影へと進み、行わない場合には次の試料についてマクロ撮影を行う（Ｓ１２へ）。
【００５５】
ミクロ撮影を行う場合、ハンド３先端に装着されたミクロ撮像光学ユニット１の位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）及び光軸方向（χ１、ψ１）を関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）により制御して、リニアステージ上９の所定の空間領域内で動かし、パターンを観察するために適切なミクロ撮像光学ユニット１の位置を探索する（Ｓ０８：第２のロボットハンド制御工程）。ここで、所定の空間領域とは、基板表面からミクロ撮像光学ユニット１で直上から撮影する場合の焦点距離までの高さをカバーできれば良く、水平面内では基板全体をカバーしなくても、広い領域（例えば１／４）をカバーできれば良い。ここで、ミクロ撮像光学ユニット１の光軸方向は基本的には試料表面に対して垂直であり、特に探索する必要はないが、試料表面が傾斜している場合には、探索された位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）においてその傾きに合わせて微量範囲で調整可能である。パターンを観察するために適切なミクロ撮像光学ユニット１の位置及び光軸方向が見出されたら、パターンを観察するために適切なミクロ撮像光学ユニットの位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）及び光軸方向（χ１、ψ１）を実現する関節パラメータ（θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６）の値を第２の関節パラメータ値として記憶部３１に記憶させる（Ｓ０９：第２の記憶工程）。
【００５６】
この適切なミクロ撮像光学ユニット１の位置でミクロ撮影を行い（Ｓ１０：ミクロ画像撮像工程）、撮影画像を画像表示部３３に表示して試料表面状態を観察する（Ｓ１１：ミクロ画像表示工程）。これにより、最初の試料についての外観検査が終了する。
【００５７】
次に、別の試料についての外観検査が開始される。まず、マクロ撮影を行い、さらに詳細観察を行う場合にはミクロ撮影を行う。詳細観察を行わない場合には順次異なる試料についてマクロ撮像が繰り返される。
【００５８】
この場合、記憶部３１に記憶された第１の関節パラメータ値を再現して、パターンを観察するために適切なマクロ撮像光学ユニット２の位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）及び光軸方向（χ２、ψ２）を再現して、リニアステージ９に搭載された基板１０をマクロ撮像光学ユニット２でマクロ的に撮影する（Ｓ１２：第２のマクロ画像撮影工程）。次に、パターンを観察するために適切なマクロ撮像光学ユニット２の位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）及び光軸方向（χ２、ψ２）で撮影された基板１０の撮影画像を表示して検査する（Ｓ１３：マクロ画像再現工程）。ここに、第２のマクロ画像撮影工程（Ｓ１２）とマクロ画像再現工程（Ｓ１３）がマクロ画像検査工程を構成する。
【００５９】
次に、ミクロ撮影を行う場合には、記憶部３１に記憶された第２の関節パラメータ値を再現して、パターンを観察するために適切なミクロ撮像光学ユニット１の位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）及び光軸方向（χ１、ψ１）を再現して、リニアステージ９に搭載された基板１０をミクロ撮像光学ユニット１でミクロ的に撮影する（Ｓ１４：第２のミクロ画像撮影工程）。次に、パターンを観察するために適切なミクロ撮像光学ユニット１の位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）及び光軸方向（χ１、ψ１）で撮影された基板１０の撮影画像を表示して検査する（Ｓ１５：ミクロ画像再現工程）。ここに、第２のミクロ画像撮影工程（Ｓ１４）とミクロ画像再現工程（Ｓ１５）がミクロ画像検査工程を構成する。
【００６０】
次の試料があれば、工程Ｓ１２に戻り（工程Ｓ１６で有）、マクロ画像検査工程とミクロ画像検査工程が繰り返され、全ての試料について、マクロ画像検査工程及びミクロ画像検査工程が行われれば（工程Ｓ１６で無）、外観検査は終了する。
【００６１】
以上説明したように、本実施の形態の構成では、垂直多関節ロボットのハンド部分に搭載されたマクロ撮像光学ユニット及びミクロ撮像光学ユニットを、３次元空間の所望の位置及び所望の光軸方向に瞬時に移動制御させ、試料面の所望領域を、所望の撮影位置および撮影角度からマクロ撮影及びミクロ撮影をすることができる。
【００６２】
また、垂直多関節ロボットのハンド部分に搭載されたマクロ撮像光学ユニットによる所望の位置からのマクロ撮影後に、試料を他のＸ−Ｙステージに載せかえることなく、所望のミクロ撮影位置に垂直多関節ロボットのハンド部分を移動制御させることのみで、極めて短時間にミクロ撮像光学ユニットで試料面の所望位置の光学顕微鏡によるミクロ撮影に移行することができる。
【００６３】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、第１の実施の形態における試料をＬＰＤガラス基板から半導体ウエハに変えるものである。半導体ウエハも例えば１０インチ大のものがＬＳＩプロセスに使用されており、第１の実施の形態におけるＬＰＤガラス基板と同様にロボットハンドに載せて観測することは困難であり、ウエハホルダに搭載して、垂直多関節ロボットのハンド部分に搭載されたミクロ撮像光学ユニットとマクロ撮像光学ユニットを用いて観測するのが便宜である。
【００６４】
ただし、リニアステージに代えて半導体ウエハを搭載するウエハホルダを用い、ウエハホルダをｘｙ方向に移動可能とし、回転可能にするのが便宜である。また、パターンがμオーダーに微細になる場合もあるので、ミクロ撮像光学ユニットの倍率を高くして用いる場合もある。
【００６５】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、第１の実施の形態からミクロ撮像光学ユニットを除去したものである。この場合も、垂直多関節ロボットを用い、そのハンド部分にマクロ撮像光学ユニットを搭載し、ハンド部分を任意の３次元位置に移動させ、撮像距離および撮像角度を任意に設定可能な制御を行うようにして、適切な光学条件で試料の任意領域のマクロ外観検査ができる。また、ティーチングを利用して、効率的な観測が可能である。これにより、ＦＰＤガラス基板等の大型の試料表面の全範囲にわたり検査員が同一の条件で目視検査を効率的に行える外観検査装置及び外観検査方法において、最適な反射角度で観察できる。
【００６６】
また、本発明は実施の形態で説明した外観検査方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムとしても実現できる。このプログラムは、コンピュータ内蔵のＲＯＭやＲＡＭに記録されて使用されても良く、ＣＤ−ＲＯＭや周辺の記録装置に記録され、コンピュータに読み込まれて使用されても良く、インターネットなどからコンピュータにダウンロードされて使用されても良い。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態に種々変更を加えられることは明白である。
【００６８】
例えば、上記実施の形態では、リニアステージの移動方向に垂直多関節ロボットが設置される例を説明したが、リニアステージを外部の搬送ベルトに接続して試料搬送路を設け、試料搬送路を避ける位置に垂直多関節ロボットを設置しても良い。また、ロボットの構成を、例えば、第６関節を回転可能とする代わりに、リニアステージの縦方向にスライドさせるなど変更しても良い。また、リニアステージ以外のステージを用いても良い。また、垂直多関節ロボットを定盤に直接固定しなくても、垂直多関節ロボットを定盤との位置関係が固定されていれば良く、例えば多関節ロボットを床、壁、天井に配置しても良い。また、マクロ撮像光学ユニットでの撮影とミクロ撮像光学ユニットでの撮影の切り替えは、１回のマクロ撮影後にその撮影範囲における複数の欠陥箇所を順次ミクロ撮影しても良く、１試料のマクロ撮影をすべて終えた後にミクロ撮影に切り替えても良い。また、照明部はライン状に限られず、複数の点状照明を用いても良い。また、画像表示も検査中の試料の画像と欠陥の無い標準試料の画像を対比して観察できるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】第１の実施の形態における外観検査装置の構成例を示す図である。
【図２】マクロ撮像光学ユニットが紙面上方に位置決めされた状態を示す図である。
【図３】マクロ撮像光学ユニットが紙面下方に位置決めされた状態を示す図である。
【図４】マクロ撮影画像の例を示す図である。
【図５】マクロ撮影画像の別の例を示す図である。
【図６】マクロ撮影画像のさらに別の例を示す図である。
【図７】ミクロ撮像光学ユニットがＬＣＤガラス基板の中心位置に位置決めされた状態を示す図である。
【図８】図７の状態を上方から見た図である。
【図９】ミクロ撮像光学ユニットが紙面上方に位置決めされた状態を示す図である。
【図１０】ミクロ撮像光学ユニットが紙面下方へ位置決めされた状態を示す図である。
【図１１】いろいろなミクロなパターン断面の例を示す図である。
【図１２】ミクロ撮影画像の例を示す図である。
【図１３】図７のミクロ撮像光学ユニットの状態を示す図である。
【図１４】ミクロ撮像光学ユニットの光軸を右側に傾けた状態を示す図である。
【図１５】ミクロ撮像光学ユニットの光軸を左側に傾けた状態を示す図である。
【図１６】図１３の位置決め状態においてＬＣＤガラス基板上の凹凸に焦点を合わせた状態を示す図である。
【図１７】図１４の位置決め状態においてＬＣＤガラス基板上の凹凸に焦点を合わせた状態を示す図である。
【図１８】図１５の位置決め状態においてＬＣＤガラス基板上の凹凸に焦点を合わせた状態を示す図である。
【図１９】第１の実施の形態における外観検査方法の処理フローの例を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１    ミクロ撮像光学ユニット
２    マクロ撮像光学ユニット
３    ハンド
４    上アーム
５    下アーム
６    台座
７    定盤
８    リニアステージ架台
９    リニアステージ
１０  ＬＣＤガラス基板
１１  照明ユニット
１２  照明光線
１６  リニアモータ
１７、１８  リニアガイド
１９  ミクロ撮像光学ユニット先端部
２０  ＬＣＤガラス基板表面
５１  矢印Ａ
５２  矢印Ｂ
５３  矢印Ｃ
５４  矢印Ｄ
５５  光軸中心線
５７  垂線
６１  リニアステージ中心線
６２  光軸群
１００  外観検査装置
Ｒ    垂直多関節ロボット
ＲＡ〜ＲＣ  反射光線
ｘ０、ｙ０  リニアステージの位置座標
ｘ１、ｙ１、ｚ１  ミクロ撮像光学ユニットの位置座標
ｘ２、ｙ２、ｚ２  マクロ撮像光学ユニットの位置座標
ｚ３  光学ユニットの上下位置微小調整パラメータ
β１、β１  ミクロ撮像光学ユニットの傾斜角
θ１、φ２、θ３、φ４、φ５、θ６  関節パラメータ
χ１、ψ１  ミクロ撮像光学ユニットの光軸方向
χ２、ψ２  マクロ撮像光学ユニットの光軸方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１１】
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【図１２】
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