(57)【要約】【課題】欠陥検出の精度を高めつつ、効率良く欠陥を検出する。【解決手段】表面欠陥検査装置は、被検査物１の表面１ａを撮像する撮像部２と、撮像部２により得られた画像に基づいて被検査物１の表面１ａの欠陥を検出する処理部４と、を備える。撮像部２は、受光面１１ａに形成された像を撮像する撮像素子１１と、受光面１１ａに被検査物１の表面１ａの像を形成する光学系１２とを有する。光学系１２の光軸Ｏが被検査物１の１ａ表面の法線Ｎ１に対して傾けられる。受光面１１ａの法線Ｎ２が光学系１２の光軸Ｏと平行である場合に比べて、受光面１１ａの周辺部での光学系１２による被検査物１の表面１ａのデフォーカス量が低減されるように、受光面１１ａの法線Ｎ２が光学系１２の光軸Ｏに対して相対的に傾けられる。【選択図】図１
2009276207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物の表面を撮像する撮像部と、該撮像部により得られた画像に基づいて前記被検査物の前記表面の欠陥を検出する処理部と、を備え、
前記撮像部は、受光面に形成された像を撮像する撮像素子と、前記受光面に前記被検査物の前記表面の像を形成する光学系とを有し、
前記光学系の光軸が前記被検査物の前記表面の法線に対して傾けられ、
前記受光面の法線が前記光学系の光軸と平行である場合に比べて、前記受光面の周辺部での前記光学系による前記被検査物の前記表面のデフォーカス量が低減されるように、前記受光面の法線が前記光学系の光軸に対して相対的に傾けられたことを特徴とする表面欠陥検査装置。
【請求項２】
前記光学系の投影倍率をＭとし、前記光学系の焦点距離をｆとし、前記光学系の光軸が前記被検査物の前記表面の法線に対してなす角度をθとし、前記受光面の法線が前記光学系の光軸に対してなす角度をθ’としたとき、tanθ’がほぼ−Ｍtanθであることを特徴とする請求項１記載の表面欠陥検査装置。
【請求項３】
前記被検査物の前記表面に照明光を照射する照明光学系を備え、
前記撮像部は、前記照明光による前記撮像素子の前記表面の暗視野像を撮像することを特徴とする請求項１又は２記載の表面欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板などの被検査物の表面の欠陥を検出する表面欠陥検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板などの被検査物の表面の欠陥を検出する場合、ＣＣＤカメラ等の撮像部で被検査物の表面を撮像し、撮像部から得られた画像を処理して被検査物の表面の欠陥を検出している（例えば、下記特許文献１）。ＣＣＤカメラ等の撮像部は、受光面に形成された像を撮像するＣＣＤ等の撮像素子と、前記受光面に前記被検査物の表面の像を形成する光学系とを有している。そして、前記撮像部では、前記光学系の光軸と撮像素子の受光面の法線とは平行にされている。
【０００３】
このように撮像部で被検査物の表面を撮像し、撮像部から得られた画像を処理して被検査物の表面の欠陥を検出する場合、撮像部の光学系の光軸が被検査物の表面の法線に対してある程度傾くように撮像部が配置される場合がある。例えば、下記特許文献１に開示された表面欠陥検査装置では、照明光を被検査物に照射し、撮像部によって被検査物の表面の暗視野像を撮像するために、撮像部の光学系の光軸が被検査物の表面の法線に対して傾くように撮像部が配置されている。
【特許文献１】特開平４−３４４４４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者の研究の結果、前述した従来の表面欠陥検査装置では、撮像部の光学系の光軸が被検査物の表面の法線に対して傾くように撮像部が配置されていることに起因して、欠陥検出の精度が低下してしまうかあるいは効率良く欠陥を検出できなくなってしまうことが、判明した。
【０００５】
すなわち、前記従来の表面欠陥検査装置では、前述したように、撮像部の光学系の光軸が被検査物の前記表面の法線に対して傾けられ、撮像部の撮像素子の受光面の法線が撮像部の光学系の光軸と平行にされている。したがって、撮像部の視野内で被検査物の表面からの撮像素子の受光面までの距離が変化し、得られる被検査物の表面の画像は、中央付近ではジャストフォーカスの良好な像となるが、周辺部では傾いた方向にデフォーカスが発生してしまう。このため、デフォーカスが発生した周辺部の画像領域に基づいて欠陥検出を行うと、欠陥検出の精度が低下してしまう。
【０００６】
一方、デフォーカスが発生した周辺部の画像領域を用いずにジャストフォーカスの良好な像が得られる中央付近の画像領域のみを用いて欠陥検出を行うと、欠陥検出の精度は高まるが、一度に欠陥を検出し得る領域（「一括検査領域」と呼ぶ。）が狭まってしまうために、被検査物の表面の所望の被検査領域の全体について検査を行うには、一括検査領域を順次移動させて当該領域を撮像する回数が増大してしまい、効率良く欠陥を検出することができなくなってしまう。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、欠陥検出の精度を高めつつ効率良く欠陥を検出することができる表面欠陥検査装置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】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明の一態様による表面欠陥検査装置は、被検査物の表面を撮像する撮像部と、該撮像部により得られた画像に基づいて前記被検査物の前記表面の欠陥を検出する処理部と、を備え、前記撮像部は、受光面に形成された像を撮像する撮像素子と、前記受光面に前記被検査物の前記表面の像を形成する光学系とを有し、前記光学系の光軸が前記被検査物の前記表面の法線に対して傾けられ、前記受光面の法線が前記光学系の光軸と平行である場合に比べて、前記受光面の周辺部での前記光学系による前記被検査物の前記表面のデフォーカス量が低減されるように、前記受光面の法線が前記光学系の光軸に対して相対的に傾けられたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、欠陥検出の精度を高めつつ効率良く欠陥を検出することができる表面欠陥検査装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明による表面欠陥検査装置について、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態による表面欠陥検査装置を模式的に示す概略構成図である。図２は、図１中の要部を模式的に示す概略拡大図である。説明の便宜上、図１及び図２に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を定義する。透明基板１の表面１ａがＸＹ平面と平行となっている。
【００１２】
本実施の形態による表面欠陥検査装置は、被検査物としてのガラス基板等の透明基板１の−Ｚ側の表面１ａの欠陥を検査するように構成され、透明基板１の−Ｚ側の表面１ａを撮像する撮像部としてのカメラ２と、透明基板１の−Ｚ側の表面１ａに照明光を照射する照明光学系３と、カメラ２により得られた画像に基づいて透明基板１の−Ｚ側の表面１ａの欠陥を検出する処理部４と、制御部５と、移動機構としてのＸＹステージ６とを備えている。
【００１３】
カメラ２は、受光面１１ａに形成された像を撮像して電気信号に変換するＣＣＤ等の撮像素子１１と、前記受光面１１ａに透明基板１の−Ｚ側の表面１ａの像を形成する光学系としての撮像レンズ１２とから構成されている。このように本実施の形態では、撮像レンズ１２が撮像素子１１の受光面１１ａに直接に透明基板１の−Ｚ側の表面の像を形成しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、撮像レンズ１２が形成した像を、光ファイバ束を介して撮像素子１１の受光面１１ａに入射させるようにしてもよい。この場合、撮像レンズ１２が透明基板１の−Ｚ側の表面の像を形成する受光面は、光ファイバ束の入射端面となる。撮像素子１１による撮像動作は、制御部５からの指令によって行われる。
【００１４】
照明光学系３は、光源１３と、光源１３からの光をコリメートとして透明基板１に照射するコリメータレンズ１４とから構成されている。
【００１５】
本実施の形態では、照明光学系３からの照明光が−Ｚ方向に進行して透明基板１を透過してその−Ｚ側の表面に照明光を照射するように、透明基板１の＋Ｚ側に配置されている。一方、カメラ２は、透明基板１の−Ｚ側に配置され、照明光学系３からの照明光がカメラ２の視野に直接入らないように、撮像レンズ１２の光軸Ｏが透明基板１の−Ｚ側の表面１ａの法線Ｎ１に対して傾けられている。本実施の形態では、図１及び図２に示すように、撮像レンズ１２の光軸Ｏは、法線Ｎ１に対してＹ軸回りに図中の時計方向に角度θだけ傾けられている。これにより、カメラ２の撮像素子１１によって、透明基板１の−Ｚ側の表面１ａの照明光学系３による被照明領域の暗視野像が撮像されるようになっている。図面では、法線Ｎ１はＺ軸と平行となっている。なお、本実施の形態では、照明光学系３による被照明領域は、カメラ２の視野よりも広くなるように設定されているが、必ずしもこれに限定されるものではない。また、本実施の形態では、照明光学系３が透明基板１に対してカメラ２とは反対側に配置され、照明光学系３が透明基板１の−Ｚ側の表面１ａの欠陥による前方散乱光を捉えるようになっているが、本発明では、逆に、照明光学系３を透明基板１に対してカメラ２と同じ側に配置し、照明光学系３が透明基板１の−Ｚ側の表面１ａの欠陥による後方散乱光を捉えるようにしてもよい。後方散乱光を捉える場合には、被検査物は透明基板１等の透明体でなくてもよい。なお、前記角度θは、欠陥と散乱光の角度依存性等の観点からより高感度での欠陥の検出が可能となるように、最適化して設定することが好ましい。
【００１６】
そして、本実施の形態では、カメラ２の撮像素子１１の受光面１１ａの法線Ｎ２が撮像レンズ１２の光軸Ｏと平行である場合に比べて、受光面１１ａの周辺部での撮像レンズ１２による透明基板１の−Ｚ側の表面１ａのデフォーカス量が低減されるように、受光面１１ａの法線Ｎ２が撮像レンズ１２の光軸Ｏに対して相対的に傾けられている。本実施の形態では、図１及び図２に示すように、法線Ｎ２は、光軸Ｏに対してＹ軸回りに図中の時計方向に角度θ’だけ傾けられている。この点については、後に詳述する。
【００１７】
ＸＹステージ６は、制御部５の制御下で、カメラ２及び照明光学系３の全体をＸＹ平面と平行な面内において２次元に移動させるようになっている。
【００１８】
処理部４は、制御部５の制御下で、カメラ２により得られた画像（本実施の形態では、暗視野画像）に基づいて、透明基板１の−Ｚ側の表面における欠陥を検出する。
【００１９】
ここで、本実施の形態による表面欠陥検査装置の具体的な動作の一例について説明する。動作を開始すると、まず、制御部５は、ＸＹステージ６を制御して、カメラ２及び照明光学系３の全体を、カメラ２の視野が透明基板１の最初の被検査領域となるように、移動させる。次いで、制御部５は、カメラ２の撮像素子１１に透明基板１の最初の被検査領域の暗視野像を撮像させる。
【００２０】
次に、処理部４は、カメラ２の撮像素子１１により得られた暗視野画像を処理して、欠陥を検出する。この欠陥の検出は、例えば、暗視野画像から欠陥を検出する種々の公知の手法により行うことができる。欠陥の検出は、例えば、撮像素子１１により得られた暗視野画像を２値化処理してラベリングすることにより行うことができる。このとき、必要に応じて、パターン認識技術等を利用して、欠陥の検出の精度を高めるようにしてもよいことは言うまでもない。
【００２１】
その後、処理部４は、未検査の被検査領域（未だ前述した撮像及び欠陥検出処理が行われていない透明基板１の被検査領域）があるか否かを判定する。未検査の被検査領域があれば、制御部５は、ＸＹステージ６を制御して、カメラ２及び照明光学系３の全体を、カメラ２の視野が透明基板１の次の被検査領域となるように、移動させる。その後、当該被検査領域について、前述した撮像及び欠陥検出処理を繰り返す。
【００２２】
このようにして、全ての被検査領域について、前述した撮像及び欠陥検出処理が終了すると、処理部４は、欠陥の有無、欠陥の数や位置などを、検査結果として外部へ出力する。これにより、一連の動作を終了する。なお、検査結果としては、欠陥の有無のみを出力してもよい。
【００２３】
前述したように、カメラ２の撮像レンズ１２の光軸Ｏが透明基板１の−Ｚ側の表面１ａの法線Ｎ１に対してなす角度をθとし、カメラ２の撮像素子１１の受光面１１ａの法線Ｎ２が、カメラ２の撮像レンズ１２の光軸Ｏに対してなす角度をθ’とする。また、図２に示すように、撮像レンズ１２と透明基板１の表面１ａとの間の距離（撮像レンズ１２の光軸Ｏに沿った撮像レンズ１２の主点から透明基板１の表面１ａまでの距離）をＬとし、カメラ２の視野角（光軸Ｏを含みＸＺ平面と平行な面内での視野角）をαとし、撮像レンズ１２と撮像素子１１の受光面１１ａとの間の距離（撮像レンズ１２の光軸Ｏに沿った撮像レンズ１２の主点から撮像素子１１の受光面１１ａまでの距離）をＬ’とする。さらに、撮像レンズ１２の投影倍率をＭとし、撮像レンズ１２の焦点距離をｆとする。なお、図２に示す例では、撮像素子１１の受光面（有効受光領域）の中心が、撮像レンズ１２の光軸Ｏ上に位置しているものとしているが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００２４】
図２から理解できるように、視野角αに対応する各光線Ｋ１，Ｋ２に関する、撮像素子１１の受光面上での撮像レンズ１２による透明基板１の表面１ａのデフォーカス量Ｄは、下記の数１で表される。
【００２５】
【数１】
2009276207.tif 000003
【００２６】
一方、ＣＣＤ面のみがθ’傾いた場合のデフォーカスＤ’も同様に、
【数２】
2009276207.tif 000004
である。カメラが傾いていることによって発生するデフォーカスをＣＣＤ面の傾きで相殺するためにはデフォーカス量を考慮したレンズの公式
【数３】
2009276207.tif 000005
を満たせばよい。
【００２７】
撮像倍率がＭ＝Ｌ’／ＬであることからＬ，Ｌ’をＭとｆであらわすと、Ｌ＝(Ｍ＋１)ｆ／Ｍ、Ｌ’＝(Ｍ＋１)ｆであり、これを利用してθとθ’の関係を求めると、
【数４】
2009276207.tif 000006
である。これを満たすためには、
【数５】
2009276207.tif 000007
とすればよい。
【００２８】
なお、上記は平面を撮像した場合の像面が平面となることを前提としており、大きな視野角αに対しては厳密には成り立たないが、レンズの焦点距離ｆがＣＣＤサイズに対して大きい通常の場合については十分よい近似である。
【００２９】
したがって、数５で示される条件を満たすθ’となるように、カメラ２の撮像素子１１の受光面１１ａの法線Ｎ２がカメラ２の撮像レンズ１２の光軸Ｏに対してなす角度をθ’を、設定すれば、カメラ２により得られる透明基板１の表面１ａの画像は、カメラ２の視野の中央付近のみならず周辺部においてもジャストフォーカスの良好な像となり、カメラ２の視野の全面に渡ってジャストフォーカスの良好な像となる。
【００３０】
本実施の形態によれば、このように、カメラ２により得られる透明基板１の表面１ａの画像が、カメラ２の視野の全面に渡ってほぼジャストフォーカスの良好な像となるので、デフォーカスによる欠陥検出の精度の低下を招くことなく欠陥検出の精度を高めつつ、一度に欠陥を検出し得る領域（一括検査領域）をカメラ２の視野の全面にして欠陥検出の効率を高めることができる。
【００３１】
例えば、透明体の表面のキズのように信号レベルの低いものは、暗視野での観察と本実施形態を組み合わせることにより、感度良くキズを検出することが出来る。
【００３２】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００３３】
例えば、被検査物は、前述したように、透明基板に限定されるものではなく、シリコン基板等の不透明基板であってもよい。また、被検査物は必ずしも基板に限定されるものではない。
【００３４】
また、本実施の形態による表面欠陥検査装置は、被検査物の表面の暗視野像を撮像する装置であったが、本発明は、被検査物の表面の明視野像を撮像し、その画像に基づいて被検査物の表面の欠陥を検出する装置であっても、撮像レンズの光軸が被検査物の表面の法線に対して傾けられた装置であれば、適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態による表面欠陥検査装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１中の要部を模式的に示す概略拡大図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  透明基板
２  カメラ
３  照明光学系
４  処理部
１１  撮像素子
１２  撮像レンズ
【図１】
2009276207.tif 000008
【図２】
2009276207.tif 000009