基板検査装置
【課題】 受光素子の画素サイズと電極パターンの繰り返しピッチとの関係が整数倍でなく、位相ずれを有する場合でも、この位相ずれによる各画素データの信号品質の低下を抑制し、画素サイズに対して微小な異物を高精度に検出できるようにする。
【解決手段】 パターンピッチが３００［μｍ］で画素サイズが１４［μｍ］の場合には、パターンのピッチを画素サイズで除することによって得られるパターン相当の画素数は約２１．４である。この画素数に第１の整数として５を乗じると、その値は１０７となるので、５個のパターンで疑似パターンを形成することによって、疑似パターンと画素との間の相対的な位置関係がほぼ同位相となる。差分データ作成手段３０はこの疑似パターンの隣接するもの同士の画素を用いて、差分データＶを作成する。しきい値作成手段５０は、差分データＶから欠陥検出時のしきい値Ｔを作成する。欠陥検出手段８０，９０は差分データＶとしきい値Ｔとを比較して欠陥の検出を行う。
【解決手段】 パターンピッチが３００［μｍ］で画素サイズが１４［μｍ］の場合には、パターンのピッチを画素サイズで除することによって得られるパターン相当の画素数は約２１．４である。この画素数に第１の整数として５を乗じると、その値は１０７となるので、５個のパターンで疑似パターンを形成することによって、疑似パターンと画素との間の相対的な位置関係がほぼ同位相となる。差分データ作成手段３０はこの疑似パターンの隣接するもの同士の画素を用いて、差分データＶを作成する。しきい値作成手段５０は、差分データＶから欠陥検出時のしきい値Ｔを作成する。欠陥検出手段８０，９０は差分データＶとしきい値Ｔとを比較して欠陥の検出を行う。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、所定の繰り返しパターンを有する基板、例えば液晶ディスプレイの製造工程においてガラス基板上に異物が付着していないかを検出する基板検査装置に係り、特にパターン比較方式によって欠陥を検出する際の画素データの補正に改良を加えた基板検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）に比べて薄型化、軽量化が可能であるため、ＣＴＶ（Ｃｏｌｏｒ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）やＯＡ機器等のディスプレイ装置として採用され、画面サイズも１０型以上の大形化が図られ、より一層の高精細化が押し進められている。液晶ディスプレイには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅａｔｉｃ）型、及びＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型などの種類がある。ＴＦＴ型の液晶ディスプレイは、各画素電極基板上にパターン化されたＴＦＴが設けられている。
【０００３】基板検査装置は、この画素電極基板上に微小異物が存在しないかどうかを検出するものである。従来の基板検査装置は、電極パターンの設けられたガラス基板上に斜上方からレーザビームを照射し、異物の散乱光を上方より観察し、異物の存在を検出していた。基板検査装置は、基板上に形成された電極パターンなどが繰り返し性（周期性）を有することを利用して異物の存在や各種の欠陥を検出していた。図１は、パターン比較方式によってガラス基板検査を行う場合のＣＣＤ受光素子１０と結像レンズ１１と基板１２との位置関係を示す図である。図から明らかなように基板１２上の電極パターンは結像レンズ１１を介してＣＣＤ受光素子１０上に結像する。パターン比較方式は、基板上に設けられている電極パターン（ＴＦＴパターン及び配線パターン）が繰り返して配列されているので、そのパターンの周期性に注目して、隣接する電極パターン同士を順次比較して、その差画像（濃淡情報）に基づいて異物や各種の欠陥を検出する方式である。
【０００４】図２は従来の基板検査装置の概略構成を示す図である。ＣＣＤ受光素子１０は、４０００〜５０００画素程度のものであり、１画素当たりのサイズが約１４〔μｍ〕である。ＣＣＤ受光素子１０は基板１２からの散乱光及び反射光を受光する。ＣＣＤ受光素子１０から出力される画像データは、Ａ／Ｄ変換器２０によって８ビット又は１０ビット程度のデジタルデータ（濃淡情報）に変換され、ＦＩＦＯメモリ２２に取り込まれる。このとき、検査ステージ（図示せず）が約２５〔μｍ〕移動するので、ＣＣＤ受光素子１０からは次のエリアの画像データがＦＩＦＯメモリ２２に取り込まれる。これと同時にＦＩＦＯメモリ２２からは前のエリアの第１画像データｆ（ｘ）が出力され、次段の遅延回路（シフトレジスタ）２４からはパターンピッチ分遅延した第２画像データｇ（ｘ）がそれぞれ、サブピクセル補正回路２６に出力される。
【０００５】一般に、パターンピッチＰ〔μｍ〕は、ＣＣＤ受光素子１０の１画素のサイズａ（約１４〔μｍ〕）の整数倍ではなく、位相ずれε〔μｍ〕を有するものである。従って、第１画像データｆ（ｘ）と第２画像データｇ（ｘ）との差分の絶対値にはこの位相ずれεに起因した差信号レベルΔＶというノイズを含むことになる。従って、この差信号レベルΔＶと同程度の欠陥は検出が困難であるという問題があった。そこで、従来はサブピクセル補正と呼ばれる処理を行って、位相ずれεに起因する差信号レベルΔＶを低減している。すなわち、図３（Ａ）に示すようにＣＣＤ受光素子１０のｊ＋１番目の画素にパターンピッチＰ〔μｍ〕のエッジが位置し、それが位相ずれε〔μｍ〕となる。すなわち、ＣＣＤ受光素子１０の１画素のサイズをａ、パターンピッチＰに対応した画素数（整数）をｊ個とすると、パターンピッチＰは、Ｐ＝ａ×ｊ＋εと表現される。
【０００６】サブピクセル補正回路２６は、ＣＣＤ受光素子１０からの各画素の輝度データ、すなわち画像データｆ（ｘ），ｇ（ｘ）をこの位相ずれε〔μｍ〕を考慮して補正している。これによって、前述の差信号レベルΔＶを低減している。すなわち、サブピクセル補正回路２６はＦＩＦＯメモリ２２からの第１画像データｆ（ｘ）と遅延回路（シフトレジスタ）２４からの第２画像データｇ（ｘ）をそれぞれ入力し、これらに所定の演算（サブピクセル補正）処理を行う。すなわち、ｉ番目の第１画像データｆ（ｉ）に対して、その前後の第１画像データｆ（ｉ−１），ｆ（ｉ＋１）を用いて、次式のようにして、ｉ番目の第１画像データｆ（ｉ）の輝度データＦ（ｉ）を求めている。
Ｆ（ｉ）＝ｆ（ｉ）＋（ｅ／２）×｛ｆ（ｉ−１）−ｆ（ｉ＋１）｝
第２画像データｇ（ｉ）も同様な位相補正を行なう。ただし、補正方向を逆にするため、第１画像データｆ（ｉ）とは一部符号が逆になっている。
Ｇ（ｉ）＝ｇ（ｉ）−（ｅ／２）×｛ｇ（ｉ−１）−ｇ（ｉ＋１）｝
ここで、ｅはｋ×（ε／ａ）である。ここでｋはレンズの特性などにより決定する１以下の係数である。
【０００７】上式をＣＣＤ受光素子１０の各画素に対応したＦＩＦＯメモリ２２からの第１画像データｆ（ｘ）と遅延回路（シフトレジスタ）２４からの第２画像データｇ（ｘ）に適用（演算処理）することによって、サブピクセル補正が施され、補正後の第１画像データＦ（ｘ）と第２画像データＧ（ｘ）が差画像演算回路２８に出力される。このサブピクセル補正処理によって差信号レベルΔＶの影響がなくなり、隣接パターンの比較差信号として正確な値を求めることができるようになる。
【０００８】差画像演算回路２８は第１画像データＦ（ｘ）と第２画像データＧ（ｘ）の差分の絶対値Ｖを求め、欠陥判定回路２９に出力する。欠陥判定回路２９は差画像演算回路２８からの差分の絶対値Ｖがしきい値よりも大きいかどうかに応じて欠陥判定を行う。この差分の絶対値Ｖは隣接パターンの比較差信号であり、理想的な条件の下では、通常ゼロである。ところが、この差分の絶対値がしきい値よりも大きい場合には欠陥と判定され、その差分の符号変化に基づいてピンホール欠陥なのかパターン欠陥なのかが判別できるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述のサブピクセル補正は、ｉ番目の画像データｆ（ｉ）の輝度データをその前後の画像データｆ（ｉ−１），ｆ（ｉ＋１）を用いて求めている関係上、これら連続する３個の画素データの値が滑らかに変化する場合には有効な補正処理方法である。しかしながら、画素の大きさに対して検出しようとしている異物による信号変化の割合が大きい場合には、逆にサブピクセル補正を行うことによって、信号がぼけたり、ノイズ等が発生してＳ／Ｎが悪化し、画素データの信号品質が低下するという問題があった。
【００１０】本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、受光素子の画素サイズと電極パターンの繰り返しピッチとの関係が整数倍でなく位相ずれを有する場合に、この位相ずれによる各画素データの信号品質の低下を抑制し、画素サイズに対して微小な異物を高精度に検出することのできる基板検査装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載された基板検査装置は、基板上に形成された所定ピッチのパターンを結像するレンズ系と、前記パターンの結像を前記レンズ系を介して受光する複数の画素から構成される受光素子手段と、前記受光素子に結像された前記パターンと前記画素との間の相対的な位置関係がほぼ同位相となるような画素同士の差分データを順次作成して出力する差分データ作成手段と、前記差分データ作成手段から出力される前記差分データに基づいてしきい値を作成するしきい値作成手段と、前記差分データ作成手段から出力される前記差分データと前記しきい値作成手段によって作成されたしきい値とを比較して欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたものである。受光素子手段の画素サイズとパターンの繰り返しピッチとの関係が整数倍でなく位相ずれを有する場合であっても、パターンを複数個にすることによって受光素子手段の画素サイズが複数パターンに対して整数倍となり、パターンと画素との間の相対的な位置関係がほぼ同位相となる。そこで、この発明では、従来のように隣り合うパターン同士の比較差信号に基づいて欠陥を検出するのではなく、パターンと画素との間の相対的な位置関係がほぼ同位相となるような画素同士の差分データを差分データ作成手段で作成する。そして、しきい値作成手段を用いて、差分データから欠陥検出時のしきい値を作成し、欠陥検出手段で差分データとしきい値とを比較して欠陥の検出を行うようにした。これによって、位相ずれによる各画素データの信号品質の低下が抑制され、画素サイズに対して微小な異物を高精度に検出することができるようになる。
【００１２】請求項２に記載された基板検査装置は、請求項１において、前記差分データ作成手段を、前記パターンのピッチを前記画素のサイズで除することによって得られる前記パターン相当の画素数に、最も小さな任意の第１の整数を乗じてその画素数の値が最も整数に近い値となる場合の前記第１の整数に相当する数の前記パターンの集まりを一つの疑似パターンとして、この疑似パターンの隣接するもの同士を用いて前記差分データを順次作成するように構成したものである。これは、差分データ作成手段がどのようにして、パターンと画素との間の相対的な位置関係がほぼ同位相となるような画素同士を決定するのかを具体的にしたものである。例えば、パターンピッチが３００［μｍ］で画素サイズが１４［μｍ］の場合には、パターンのピッチを画素サイズで除することによって得られるパターン相当の画素数は約２１．４である。この画素数に第１の整数として５を乗じると、その値は１０７となるので、５個のパターンで疑似パターンが形成される。差分データ作成手段はこの疑似パターンの隣接するもの同士の画素を用いて、差分データを作成する。
【００１３】請求項３に記載された基板検査装置は、請求項１又は２において、前記しきい値作成手段を、前記レンズ系を複数ブロックに区分することによって前記受光素子手段の各画素をそのブロックに応じて区分し、前記差分データ作成手段から出力される前記差分データのうち、前記区分された前記受光素子手段の画素に対応するものの複数を演算用差分データとし、この演算用差分データに基づいて分散値を求め、この分散値に基づいて前記しきい値を作成するように構成したものである。これは、しきい値作成手段がどのようにしてしきい値を作成するのかを具体的にしたものである。しきい値を受光素子手段の全ての画素に対して共通にすることは、レンズ系の収差に起因する受光素子面における倍率誤差による影響を増長することになるので、ここでは、レンズ系を複数ブロックに区分し、そのブロック毎に差分データの分散値を求め、この分散値に基づいてしきい値を作成するようにした。
【００１４】請求項４に記載された基板検査装置は、請求項３において、前記しきい値作成手段を、前記分散値に所定の係数を乗じ、この乗算値に前記演算用差分データの平均値及びレーザパワーの分布補正値を加算することによって前記しきい値を作成するようにしたものである。これは、しきい値作成手段がどのようにしてしきい値を作成するのか、より具体的にしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。図４は、本発明に係る基板検査装置の概略構成を示す図である。本発明の実施の形態に係る基板検査装置が図２のものと異なる点は、差分データ作成回路３０によってＣＣＤ受光素子１０の画素と電極パターンの繰り返しピッチとの相対的な位置関係が同位相となるような画素同士の差分データを生成し、差分データ作成回路３０から出力される差分データに基づいてしきい値を生成し、差分データがしきい値より大きいか否かに応じて欠陥判定を行うようにした点である。
【００１６】ＣＣＤ受光素子１０は、５０００画素程度のものであり、１画素当たりのサイズが約１４〔μｍ〕である。従って、ＣＣＤ受光素子１０の有効視野は７０［ｍｍ］である。ＣＣＤ受光素子１０は図１に示すように基板１２からの反射光を受光する。ＣＣＤ受光素子１０から出力される画像データは、Ａ／Ｄ変換器２０によって８ビット又は１０ビット程度のデジタル画像データ（濃淡情報）に変換され、差分データ作成回路３０のＦＩＦＯメモリ３１及びラッチ回路３７に取り込まれる。
【００１７】差分データ作成回路３０は、ＦＩＦＯメモリ３１、ラッチ回路３２〜３９、セレクタ３Ａ及び差画像演算回路３Ｂを含んで構成される。ＦＩＦＯメモリ３１は、書込みイネーブル信号Ｗｅｎｂの入力タイミングでＡ／Ｄ変換器２０から出力されるデジタル画像データを取り込み、読出しイネーブル信号Ｒｅｎｂの入力タイミングで取り込んだデジタル画像データをラッチ回路３２に出力する。ラッチ回路３２〜３６は直列に接続され、ＦＩＦＯメモリ３１から出力されたデジタル画像データを順次シフトするシフトレジスタ的な働きをする。従って、ラッチ回路３２に取り込まれたデジタル画像データは、ラッチ回路３３〜３６に順番に転送され、各ラッチ回路３２〜３６からはラッチしているデジタル画像データがセレクタ３Ａの各選択端子に出力される。セレクタ３Ａは図示していない選択信号に基づいてラッチ回路３２〜３６のいずれか一つの出力を選択し、それを第２画像データＧ（ｘ）として差画像演算回路３Ｂに出力する。
【００１８】一方、ラッチ回路３７〜３９は、ＦＩＦＯメモリ３１、ラッチ回路３２〜３６及びセレクタ３Ａの経路を通過し、出力されるデジタル画像データとのタイミングを調整するものであり、ラッチ回路３７に取り込まれたデジタル画像データを順次ラッチ回路３８、３９に転送し、第１画像データＦ（ｘ）として差画像演算回路３Ｂに出力する。差画像演算回路３Ｂはセレクタ３Ａから出力される第２画像データＧ（ｘ）と、ラッチ回路３９から出力される第１画像データＦ（ｘ）との差分データの絶対値Ｖを演算し、それをしきい値作成回路５０及びラインメモリ７０に出力する。
【００１９】しきい値作成回路５０は、差画像演算回路３Ｂから出力される差分データの絶対値Ｖに基づいてしきい値Ｔを作成する。このしきい値作成回路５０がどのようにしてしきい値Ｔを作成するかは後述する。しきい値メモリ６０は、しきい値作成回路５０によって作成されたしきい値Ｔを複数記憶しており、最適なしきい値Ｔを演算回路８０に出力する。ラインメモリ７０は、ＦＩＦＯメモリから構成され、差画像演算回路３Ｂから出力される差分データの絶対値Ｖを入力し、しきい値作成回路５０及びしきい値メモリ６０の処理時間に相当する時間だけ差分データの絶対値Ｖを遅延して演算回路８０に出力する。演算回路８０は、ラインメモリ７０から出力される差分データの絶対値Ｖからしきい値メモリ６０から出力されるしきい値Ｔを減算し、その減算値（Ｖ−Ｔ）を欠陥判定回路９０に出力する。欠陥判定回路９０は、減算値（Ｖ−Ｔ）に基づいて欠陥を判定する。すなわち、減算値（Ｖ−Ｔ）が正の値の場合には、差分データの絶対値Ｖがしきい値Ｔよりも大きいということを意味するので、欠陥判定回路９０は欠陥ではないと判定し、逆に減算値（Ｖ−Ｔ）が負の値の場合には、差分データの絶対値Ｖがしきい値Ｔよりも小さいということを意味するので、欠陥判定回路９０は欠陥である（異物が存在する）と判定する。
【００２０】図５は、差分データ作成回路３０がどのようにして差分データの絶対値Ｖを生成するのかその概念を示す図である。図において、点線で示した四角形はワークパターンＷＰ１〜ＷＰ８であり、これは、基板上に形成された電極パターンに対応し、その繰り返し周期がＰ［μｍ］である。一方、ＣＣＤ受光素子１０は、画素Ａ１から画素Ｚ１の方向にライン状に設けられたライン型センサであり、検査ステージ（図示せず）の移動によって画素Ａ１から画素Ａ５の方向に相対的に移動するようになっている。従って画素Ａ１〜Ｚ１，Ａ２〜Ｚ２，Ａ３〜Ｚ３，Ａ４〜Ｚ４，Ａ５〜Ｚ５によって画素マトリックスが形成される。
【００２１】この画素マトリックスとワークパターンＷＰ１〜ＷＰ８との関係に注目して見ると、画素Ａ１がワークパターンＷＰ１の左上隅に位置し、画素Ｄ１がワークパターンＷＰ２の左上隅に位置している。しかしながら、画素Ａ１にはワークパターンＷＰ１のみが重なっているのに対して、画素Ｄ１にはワークパターンＷＰ１とワークパターンＷＰ２とが重なっている。すなわち、画素Ａ１とワークパターンＷＰ１との相対的位置関係と、画素Ｄ１とワークパターンＷＰ２との相対的位置関係とは相違している。
【００２２】図５では、画素Ａ１とワークパターンＷＰ１、画素Ｎ１とワークパターンＷＰ５の相対的位置関係が同じである。同様に、画素Ｄ１とワークパターンＷＰ２、画素Ｑ１とワークパターンＷＰ６の相対的位置関係、画素Ｇ１とワークパターンＷＰ３、画素Ｔ１とワークパターンＷＰ７の相対的位置関係、画素Ｋ１とワークパターンＷＰ４、画素Ｘ１とワークパターンＷＰ８の相対的位置関係がそれぞれ同じである。この実施の形態に係る差分データ作成回路３０は、上述のように画素とワークパターンの相対的位置関係が同じであるワークパターンに対応する画素の画素データに基づいて差分データを作成するように構成されている。
【００２３】例えば、各画素Ａ１〜Ｚ１と各ワークパターンＷＰ１〜ＷＰ８の相対的位置関係が図５のような場合には、Ａ／Ｄ変換器２０から画素Ａ１〜Ｚ１の画素データが順次出力される。このとき、ラッチ回路３９から画素Ｎ１の画素データが出力するタイミングに同期して、セレクタ３Ａから画素Ａ１の画素データが出力するように、ＦＩＦＯメモリ３１の書込み読出しタイミングを調節し、かつ、セレクタ３Ａでラッチ回路３２〜３６を選択する。これによって、差画像演算回路３Ｂには、第１画像データＦ（ｘ）としてラッチ回路３９から出力される画素Ｎ１の画素データＧ（Ｎ１）が取り込まれ、第２画像データＧ（ｘ）としてセレクタ３Ａから出力される画素Ａ１の画素データＦ（Ａ１）が取り込まれる。差画像演算回路３Ｂは、画素Ａ１の画素データＦ（Ａ１）から画素Ｎ１の画素データＧ（Ｎ１）を減算し、その差分データの絶対値Ｖ＝｜Ｆ（Ａ１）−Ｇ（Ｎ１）｜をしきい値作成回路５０及びラインメモリ７０に出力する。以下同様にして、差画像演算回路３Ｂは、画素Ｂ１〜Ｄ１の画素データＦ（Ｂ１）〜Ｆ（Ｄ１）から画素Ｏ１〜Ｑ１の画素データＧ（Ｏ１）〜Ｇ（Ｑ１）を減算し、その差分データの絶対値Ｖを出力する。すなわち、ＦＩＦＯメモリ３１、ラッチ回路３２〜３６及びセレクタ３Ａは、画素データを画素１３個分遅延させて差画像演算回路３Ｂに出力している。
【００２４】なお、図５では、説明の便宜上、１個のワークパターンに３〜４個の画素が対応する場合を示したが、実際には、１個のワークパターンに対して２０〜２５個の画素が対応することになる。例えば、画素サイズａが１４［μｍ］で、ワークパターンの繰り返しピッチＰが３００［μｍ］とすると、１個のワークパターンには３００÷１４≒２１．４個の画素が対応することになる。このように１個のワークパターンに対応する画素数ｂが整数でなく小数点を含む場合には、この画素数ｂに最も小さな任意の整数ｃを乗じて最も整数に近い値となるようにする。例えば、画素数ｂ＝２１．４に整数ｃ＝５を乗じるとその値は１０７になる。これは、５個のワークパターンに対応する画素数が丁度整数の１０７個であることを意味する。従って、このような場合には、差分データ作成回路３０は、ＦＩＦＯメモリ３１、ラッチ回路３２〜３６及びセレクタ３Ａによって、画素データを画素１０７個分遅延させて、セレクタ３Ａから出力される第２画像データＧ（ｘ）とラッチ回路３９から出力される第１画像データＦ（ｘ）との差分データの絶対値Ｖを出力する。これによって、画素とワークパターンの相対的位置関係はほぼ同じになり、位相ずれによる補正処理を行わなくてもよくなる。
【００２５】しかしながら、実際は、若干の位相ずれは存在するし、また、結像レンズの収差や取付誤差や基板の傾きなどに起因する受光素子面における倍率誤差によって、結像レンズの特定部分において縮小歪みや拡大歪みが現れ、差分データの対象となる２個のワークパターンの比較位置に位相ずれが生じることになる。そこで、この実施の形態では、このような位相ずれの影響を考慮して、しきい値作成回路５０を用いて差分データの対象となる複数のワークパターンに基づいてしきい値を決定するようにした。
【００２６】図６は、しきい値作成回路５０がどのようにしてしきい値を作成するのかその概念を示す図である。図において、ワークパターン１ａ〜１ｅ，２ａ〜２ｅ，３ａ〜３ｅ，・・・，８ａ〜８ｅは、基板上に形成された電極パターンに対応し、その繰り返し周期が３００［μｍ］であり、ＣＣＤ受光素子１０の１画素のサイズは１４［μｍ］である。すなわち、図６は、画素サイズａが１４［μｍ］で、ワークパターンの繰り返しピッチＰが３００［μｍ］の場合を図示している。従って、前述のように、１個のワークパターンには３００÷１４≒２１．４個の画素が対応する。１個のワークパターンに対応する画素数が２１．４個の場合には、５個のワークパターンに対応する画素数が丁度整数倍の１０７個となる。
【００２７】従って、ＣＣＤ受光素子１０の左から１番目の画素から２１．４番目の画素までがワークパターン１ａ，２ａ，３ａ，・・・，８ａとの間で相対的位置関係が同じである。同様に、２１．４番目の画素から４２．８番目の画素までがワークパターン１ｂ，２ｂ，３ｂ，・・・，８ｂとの間で、４２．８番目の画素から６４．２番目の画素までがワークパターン１ｃ，２ｃ，３ｃ，・・・，８ｃとの間で、６４．２番目の画素から８５．６番目の画素までがワークパターン１ｄ，２ｄ，３ｄ，・・・，８ｄとの間で、８５．６番目の画素から１０７番目の画素までがワークパターン１ｅ，２ｅ，３ｅ，・・・，８ｅとの間で、それぞれ相対的位置関係が同じである。
【００２８】この実施の形態に係る差分データ作成回路３０は、画素とワークパターンの相対的位置関係が同じであるワークパターンに対応する画素の画素データに基づいて差分データを作成するように構成されているので、各画素と各ワークパターンの相対的位置関係が図６のような場合には、図４のラッチ回路３９から１０８番目の画素の画素データが出力するタイミングに同期して、セレクタ３Ａから１番目の画素の画素データが出力する。すなわち、図４のラッチ回路３９から（ｎ＋１０８）番目の画素の画素データが出力するタイミングに同期して、セレクタ３Ａからｎ番目の画素の画素データが出力するように、ＦＩＦＯメモリ３１の書込み読出しタイミングやラッチ回路３２〜３６が設定される。これによって、差画像演算回路３Ｂは、ラッチ回路３９から出力される（ｎ＋１０８）番目の画素の第１画像データＦ（ｎ＋１０８）から、セレクタ３Ａから出力されるｎ番目の画素の第２画像データＧ（ｎ）を減算した差分データの絶対値Ｖを出力する。
【００２９】なお、図６では、５個のワークパターンを１個のサンプルとしてこれを８サンプルｓｍｐ１〜８用いる場合を示している。これは、図３に示すように、結像レンズの歪みによってパターンピッチのエッジがＣＣＤ受光素子上で位置ずれを生じるからである。すなわち、結像レンズ１１による結像が歪みなく理想的に行われる場合には、位相ずれ量εはどの位置においても同じ値であるが、実際には結像レンズ１１の収差に起因する受光素子面における倍率誤差によって、結像レンズ１１の特定部分においては図３（Ｂ）の縮小歪みのようにパターンピッチのエッジがＣＣＤ受光素子１０のｊ番目に現れたり、図３（Ｃ）の拡大歪みのようにＣＣＤ受光素子１０のｊ＋２番目に現れたり、また、位相ずれ量εもまちまちの値となる。
【００３０】そこで、この実施の形態では、図１に示すように、結像レンズ１１を複数ブロックＢ１〜Ｂｎに区分し、その１つのブロックを上述のように８個のサンプルに分割する。これに伴って、ＣＣＤ受光素子１０の各画素も区分されることになる。例えば、結像レンズ１１をブロックＢ１〜Ｂ６の６個の領域に区分する場合、ＣＣＤ受光素子１０の画素数が約５１３６個であれば、結像レンズ１１の１個のブロックに相当する画素数は約８５６個となる。この８５６個の画素が結像レンズ１１の１個のブロックに相当する画素数となる。従って、１サンプルの画素数が１０７個なので、１個のブロックには図６に示すように８個のサンプルｓｍｐ１〜８が存在することになる。
【００３１】しきい値作成回路５０は、この８個のサンプルｓｍｐ１〜８に基づいてしきい値を作成する。図６の場合には、５個のワークパターンで１個のサンプルｓｍｐが形成され、８個のサンプルｓｍｐ１〜８で１個のブロックが形成されているので、しきい値作成回路５０には、１ブロック当たり８５６個の差分データの絶対値Ｖが入力することになる。しきい値作成回路５０は、この８５６個の差分データの絶対値Ｖの中からしきい値を作成する。例えば、８個のサンプル分の差分データの絶対値Ｖの総和ΣＶと絶対値Ｖの自乗の総和ΣＷを演算する。絶対値Ｖの自乗の総和ΣＷを８で除した値ΣＷ／８から、絶対値Ｖの総和ΣＶを８で除した値ΣＶ／８を減算し、その平方根を演算することによって、分散値δを求める。すなわち、分散値δはδ＝ＳＱＲＴ（ΣＷ／８−ΣＶ／８）
となる。
【００３２】このときに、差分データの絶対値Ｖの中には、検出したい異物のデータに相当するものが存在する場合があるので、８個の差分データの絶対値Ｖの中から最大値と２番目の最大値を示すものを予め演算処理から除外し、６個の差分データの絶対値Ｖに基づいて演算処理を行うようにしてもよい。また、８個の差分データの絶対値Ｖの中で特にその値が他の値からかけ離れている場合に、その値を除外するようにしてもよい。
【００３３】しきい値作成回路５０は、分散値δが求まったら、その分散値δに３〜６の係数Ｋａを乗算し、この乗算値に絶対値Ｖの総和ΣＶを８で除した値ΣＶ／８及びレーザパワーの分布補正値Ｋｂ＝０〜６４を加算することによって最終的なしきい値Ｔ１を作成する。このようにして作成されたしきい値Ｔ１はブロックＢ１の各ワークパターンとの間の欠陥判定に使用されるしきい値として、しきい値メモリ６０に記憶される。ブロックＢ２〜Ｂ６の各ワークパターンとの間の欠陥判定に使用されるしきい値Ｔ２〜Ｔ６も同様にして、それぞれのブロックＢ２〜Ｂ６の差分データの絶対値Ｖに基づいて求める。演算回路８０は、このようにして求められたしきい値Ｔを用いて、ラインメモリ７０から出力される差分データの絶対値Ｖから欠陥すなわち異物が存在するか否かの判定対象となる減算値（Ｖ−Ｔ）を欠陥判定回路９０に出力する。これによって、この実施の形態に係る基板検査装置は、画素サイズよりも十分に小さな異物に対してもその存在を高精度に検出することができるようになる。
【００３４】なお、上述の実施の形態では、８個の差分データの絶対値Ｖに基づいてしきい値を求める場合を示したが、これ以外の数の差分データの絶対値Ｖに基づいて求めるようにしてもよい。また、本発明は、ガラス基板以外に所定の繰り返しパターンを有するマスク、レチクル、ウェハ糖にも適用できることはいうまでもない。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、受光素子の画素サイズと電極パターンの繰り返しピッチとの関係が整数倍でなく、位相ずれを有する場合でも、この位相ずれによる各画素データの信号品質の低下を抑制し、画素サイズに対して微小な異物を高精度に検出することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 パターン比較方式によってガラス基板検査を行う場合の受光素子（ＣＣＤ）１０と結像レンズ１１と基板１２との位置関係を示す図である。
【図２】 従来の基板検査装置の概略構成を示す図である。
【図３】 結像レンズの歪みによってパターンピッチのエッジがＣＣＤ受光素子上でどのような位置ずれを生じて現れるのかを示す図である。
【図４】 本発明に係る基板検査装置の概略構成を示す図である。
【図５】 図４の差分データ作成回路がどのようにして差分データの絶対値Ｖを生成するのかその概念を示す図である。
【図６】 図４のしきい値作成回路がどのようにしてしきい値を作成するのかその概念を示す図である。
【符号の説明】
１０…ＣＣＤ受光素子
２０…Ａ／Ｄ変換器
３０…差分データ作成回路
３１…ＦＩＦＯメモリ
３２〜３９…ラッチ回路
３Ａ…セレクタ
３Ｂ…差画像演算回路
５０…しきい値作成回路
６０…しきい値メモリ
７０…ラインメモリ
８０…演算回路
９０…欠陥判定回路
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、所定の繰り返しパターンを有する基板、例えば液晶ディスプレイの製造工程においてガラス基板上に異物が付着していないかを検出する基板検査装置に係り、特にパターン比較方式によって欠陥を検出する際の画素データの補正に改良を加えた基板検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）に比べて薄型化、軽量化が可能であるため、ＣＴＶ（Ｃｏｌｏｒ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）やＯＡ機器等のディスプレイ装置として採用され、画面サイズも１０型以上の大形化が図られ、より一層の高精細化が押し進められている。液晶ディスプレイには、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅａｔｉｃ）型、及びＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型などの種類がある。ＴＦＴ型の液晶ディスプレイは、各画素電極基板上にパターン化されたＴＦＴが設けられている。
【０００３】基板検査装置は、この画素電極基板上に微小異物が存在しないかどうかを検出するものである。従来の基板検査装置は、電極パターンの設けられたガラス基板上に斜上方からレーザビームを照射し、異物の散乱光を上方より観察し、異物の存在を検出していた。基板検査装置は、基板上に形成された電極パターンなどが繰り返し性（周期性）を有することを利用して異物の存在や各種の欠陥を検出していた。図１は、パターン比較方式によってガラス基板検査を行う場合のＣＣＤ受光素子１０と結像レンズ１１と基板１２との位置関係を示す図である。図から明らかなように基板１２上の電極パターンは結像レンズ１１を介してＣＣＤ受光素子１０上に結像する。パターン比較方式は、基板上に設けられている電極パターン（ＴＦＴパターン及び配線パターン）が繰り返して配列されているので、そのパターンの周期性に注目して、隣接する電極パターン同士を順次比較して、その差画像（濃淡情報）に基づいて異物や各種の欠陥を検出する方式である。
【０００４】図２は従来の基板検査装置の概略構成を示す図である。ＣＣＤ受光素子１０は、４０００〜５０００画素程度のものであり、１画素当たりのサイズが約１４〔μｍ〕である。ＣＣＤ受光素子１０は基板１２からの散乱光及び反射光を受光する。ＣＣＤ受光素子１０から出力される画像データは、Ａ／Ｄ変換器２０によって８ビット又は１０ビット程度のデジタルデータ（濃淡情報）に変換され、ＦＩＦＯメモリ２２に取り込まれる。このとき、検査ステージ（図示せず）が約２５〔μｍ〕移動するので、ＣＣＤ受光素子１０からは次のエリアの画像データがＦＩＦＯメモリ２２に取り込まれる。これと同時にＦＩＦＯメモリ２２からは前のエリアの第１画像データｆ（ｘ）が出力され、次段の遅延回路（シフトレジスタ）２４からはパターンピッチ分遅延した第２画像データｇ（ｘ）がそれぞれ、サブピクセル補正回路２６に出力される。
【０００５】一般に、パターンピッチＰ〔μｍ〕は、ＣＣＤ受光素子１０の１画素のサイズａ（約１４〔μｍ〕）の整数倍ではなく、位相ずれε〔μｍ〕を有するものである。従って、第１画像データｆ（ｘ）と第２画像データｇ（ｘ）との差分の絶対値にはこの位相ずれεに起因した差信号レベルΔＶというノイズを含むことになる。従って、この差信号レベルΔＶと同程度の欠陥は検出が困難であるという問題があった。そこで、従来はサブピクセル補正と呼ばれる処理を行って、位相ずれεに起因する差信号レベルΔＶを低減している。すなわち、図３（Ａ）に示すようにＣＣＤ受光素子１０のｊ＋１番目の画素にパターンピッチＰ〔μｍ〕のエッジが位置し、それが位相ずれε〔μｍ〕となる。すなわち、ＣＣＤ受光素子１０の１画素のサイズをａ、パターンピッチＰに対応した画素数（整数）をｊ個とすると、パターンピッチＰは、Ｐ＝ａ×ｊ＋εと表現される。
【０００６】サブピクセル補正回路２６は、ＣＣＤ受光素子１０からの各画素の輝度データ、すなわち画像データｆ（ｘ），ｇ（ｘ）をこの位相ずれε〔μｍ〕を考慮して補正している。これによって、前述の差信号レベルΔＶを低減している。すなわち、サブピクセル補正回路２６はＦＩＦＯメモリ２２からの第１画像データｆ（ｘ）と遅延回路（シフトレジスタ）２４からの第２画像データｇ（ｘ）をそれぞれ入力し、これらに所定の演算（サブピクセル補正）処理を行う。すなわち、ｉ番目の第１画像データｆ（ｉ）に対して、その前後の第１画像データｆ（ｉ−１），ｆ（ｉ＋１）を用いて、次式のようにして、ｉ番目の第１画像データｆ（ｉ）の輝度データＦ（ｉ）を求めている。
Ｆ（ｉ）＝ｆ（ｉ）＋（ｅ／２）×｛ｆ（ｉ−１）−ｆ（ｉ＋１）｝
第２画像データｇ（ｉ）も同様な位相補正を行なう。ただし、補正方向を逆にするため、第１画像データｆ（ｉ）とは一部符号が逆になっている。
Ｇ（ｉ）＝ｇ（ｉ）−（ｅ／２）×｛ｇ（ｉ−１）−ｇ（ｉ＋１）｝
ここで、ｅはｋ×（ε／ａ）である。ここでｋはレンズの特性などにより決定する１以下の係数である。
【０００７】上式をＣＣＤ受光素子１０の各画素に対応したＦＩＦＯメモリ２２からの第１画像データｆ（ｘ）と遅延回路（シフトレジスタ）２４からの第２画像データｇ（ｘ）に適用（演算処理）することによって、サブピクセル補正が施され、補正後の第１画像データＦ（ｘ）と第２画像データＧ（ｘ）が差画像演算回路２８に出力される。このサブピクセル補正処理によって差信号レベルΔＶの影響がなくなり、隣接パターンの比較差信号として正確な値を求めることができるようになる。
【０００８】差画像演算回路２８は第１画像データＦ（ｘ）と第２画像データＧ（ｘ）の差分の絶対値Ｖを求め、欠陥判定回路２９に出力する。欠陥判定回路２９は差画像演算回路２８からの差分の絶対値Ｖがしきい値よりも大きいかどうかに応じて欠陥判定を行う。この差分の絶対値Ｖは隣接パターンの比較差信号であり、理想的な条件の下では、通常ゼロである。ところが、この差分の絶対値がしきい値よりも大きい場合には欠陥と判定され、その差分の符号変化に基づいてピンホール欠陥なのかパターン欠陥なのかが判別できるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述のサブピクセル補正は、ｉ番目の画像データｆ（ｉ）の輝度データをその前後の画像データｆ（ｉ−１），ｆ（ｉ＋１）を用いて求めている関係上、これら連続する３個の画素データの値が滑らかに変化する場合には有効な補正処理方法である。しかしながら、画素の大きさに対して検出しようとしている異物による信号変化の割合が大きい場合には、逆にサブピクセル補正を行うことによって、信号がぼけたり、ノイズ等が発生してＳ／Ｎが悪化し、画素データの信号品質が低下するという問題があった。
【００１０】本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、受光素子の画素サイズと電極パターンの繰り返しピッチとの関係が整数倍でなく位相ずれを有する場合に、この位相ずれによる各画素データの信号品質の低下を抑制し、画素サイズに対して微小な異物を高精度に検出することのできる基板検査装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載された基板検査装置は、基板上に形成された所定ピッチのパターンを結像するレンズ系と、前記パターンの結像を前記レンズ系を介して受光する複数の画素から構成される受光素子手段と、前記受光素子に結像された前記パターンと前記画素との間の相対的な位置関係がほぼ同位相となるような画素同士の差分データを順次作成して出力する差分データ作成手段と、前記差分データ作成手段から出力される前記差分データに基づいてしきい値を作成するしきい値作成手段と、前記差分データ作成手段から出力される前記差分データと前記しきい値作成手段によって作成されたしきい値とを比較して欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたものである。受光素子手段の画素サイズとパターンの繰り返しピッチとの関係が整数倍でなく位相ずれを有する場合であっても、パターンを複数個にすることによって受光素子手段の画素サイズが複数パターンに対して整数倍となり、パターンと画素との間の相対的な位置関係がほぼ同位相となる。そこで、この発明では、従来のように隣り合うパターン同士の比較差信号に基づいて欠陥を検出するのではなく、パターンと画素との間の相対的な位置関係がほぼ同位相となるような画素同士の差分データを差分データ作成手段で作成する。そして、しきい値作成手段を用いて、差分データから欠陥検出時のしきい値を作成し、欠陥検出手段で差分データとしきい値とを比較して欠陥の検出を行うようにした。これによって、位相ずれによる各画素データの信号品質の低下が抑制され、画素サイズに対して微小な異物を高精度に検出することができるようになる。
【００１２】請求項２に記載された基板検査装置は、請求項１において、前記差分データ作成手段を、前記パターンのピッチを前記画素のサイズで除することによって得られる前記パターン相当の画素数に、最も小さな任意の第１の整数を乗じてその画素数の値が最も整数に近い値となる場合の前記第１の整数に相当する数の前記パターンの集まりを一つの疑似パターンとして、この疑似パターンの隣接するもの同士を用いて前記差分データを順次作成するように構成したものである。これは、差分データ作成手段がどのようにして、パターンと画素との間の相対的な位置関係がほぼ同位相となるような画素同士を決定するのかを具体的にしたものである。例えば、パターンピッチが３００［μｍ］で画素サイズが１４［μｍ］の場合には、パターンのピッチを画素サイズで除することによって得られるパターン相当の画素数は約２１．４である。この画素数に第１の整数として５を乗じると、その値は１０７となるので、５個のパターンで疑似パターンが形成される。差分データ作成手段はこの疑似パターンの隣接するもの同士の画素を用いて、差分データを作成する。
【００１３】請求項３に記載された基板検査装置は、請求項１又は２において、前記しきい値作成手段を、前記レンズ系を複数ブロックに区分することによって前記受光素子手段の各画素をそのブロックに応じて区分し、前記差分データ作成手段から出力される前記差分データのうち、前記区分された前記受光素子手段の画素に対応するものの複数を演算用差分データとし、この演算用差分データに基づいて分散値を求め、この分散値に基づいて前記しきい値を作成するように構成したものである。これは、しきい値作成手段がどのようにしてしきい値を作成するのかを具体的にしたものである。しきい値を受光素子手段の全ての画素に対して共通にすることは、レンズ系の収差に起因する受光素子面における倍率誤差による影響を増長することになるので、ここでは、レンズ系を複数ブロックに区分し、そのブロック毎に差分データの分散値を求め、この分散値に基づいてしきい値を作成するようにした。
【００１４】請求項４に記載された基板検査装置は、請求項３において、前記しきい値作成手段を、前記分散値に所定の係数を乗じ、この乗算値に前記演算用差分データの平均値及びレーザパワーの分布補正値を加算することによって前記しきい値を作成するようにしたものである。これは、しきい値作成手段がどのようにしてしきい値を作成するのか、より具体的にしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。図４は、本発明に係る基板検査装置の概略構成を示す図である。本発明の実施の形態に係る基板検査装置が図２のものと異なる点は、差分データ作成回路３０によってＣＣＤ受光素子１０の画素と電極パターンの繰り返しピッチとの相対的な位置関係が同位相となるような画素同士の差分データを生成し、差分データ作成回路３０から出力される差分データに基づいてしきい値を生成し、差分データがしきい値より大きいか否かに応じて欠陥判定を行うようにした点である。
【００１６】ＣＣＤ受光素子１０は、５０００画素程度のものであり、１画素当たりのサイズが約１４〔μｍ〕である。従って、ＣＣＤ受光素子１０の有効視野は７０［ｍｍ］である。ＣＣＤ受光素子１０は図１に示すように基板１２からの反射光を受光する。ＣＣＤ受光素子１０から出力される画像データは、Ａ／Ｄ変換器２０によって８ビット又は１０ビット程度のデジタル画像データ（濃淡情報）に変換され、差分データ作成回路３０のＦＩＦＯメモリ３１及びラッチ回路３７に取り込まれる。
【００１７】差分データ作成回路３０は、ＦＩＦＯメモリ３１、ラッチ回路３２〜３９、セレクタ３Ａ及び差画像演算回路３Ｂを含んで構成される。ＦＩＦＯメモリ３１は、書込みイネーブル信号Ｗｅｎｂの入力タイミングでＡ／Ｄ変換器２０から出力されるデジタル画像データを取り込み、読出しイネーブル信号Ｒｅｎｂの入力タイミングで取り込んだデジタル画像データをラッチ回路３２に出力する。ラッチ回路３２〜３６は直列に接続され、ＦＩＦＯメモリ３１から出力されたデジタル画像データを順次シフトするシフトレジスタ的な働きをする。従って、ラッチ回路３２に取り込まれたデジタル画像データは、ラッチ回路３３〜３６に順番に転送され、各ラッチ回路３２〜３６からはラッチしているデジタル画像データがセレクタ３Ａの各選択端子に出力される。セレクタ３Ａは図示していない選択信号に基づいてラッチ回路３２〜３６のいずれか一つの出力を選択し、それを第２画像データＧ（ｘ）として差画像演算回路３Ｂに出力する。
【００１８】一方、ラッチ回路３７〜３９は、ＦＩＦＯメモリ３１、ラッチ回路３２〜３６及びセレクタ３Ａの経路を通過し、出力されるデジタル画像データとのタイミングを調整するものであり、ラッチ回路３７に取り込まれたデジタル画像データを順次ラッチ回路３８、３９に転送し、第１画像データＦ（ｘ）として差画像演算回路３Ｂに出力する。差画像演算回路３Ｂはセレクタ３Ａから出力される第２画像データＧ（ｘ）と、ラッチ回路３９から出力される第１画像データＦ（ｘ）との差分データの絶対値Ｖを演算し、それをしきい値作成回路５０及びラインメモリ７０に出力する。
【００１９】しきい値作成回路５０は、差画像演算回路３Ｂから出力される差分データの絶対値Ｖに基づいてしきい値Ｔを作成する。このしきい値作成回路５０がどのようにしてしきい値Ｔを作成するかは後述する。しきい値メモリ６０は、しきい値作成回路５０によって作成されたしきい値Ｔを複数記憶しており、最適なしきい値Ｔを演算回路８０に出力する。ラインメモリ７０は、ＦＩＦＯメモリから構成され、差画像演算回路３Ｂから出力される差分データの絶対値Ｖを入力し、しきい値作成回路５０及びしきい値メモリ６０の処理時間に相当する時間だけ差分データの絶対値Ｖを遅延して演算回路８０に出力する。演算回路８０は、ラインメモリ７０から出力される差分データの絶対値Ｖからしきい値メモリ６０から出力されるしきい値Ｔを減算し、その減算値（Ｖ−Ｔ）を欠陥判定回路９０に出力する。欠陥判定回路９０は、減算値（Ｖ−Ｔ）に基づいて欠陥を判定する。すなわち、減算値（Ｖ−Ｔ）が正の値の場合には、差分データの絶対値Ｖがしきい値Ｔよりも大きいということを意味するので、欠陥判定回路９０は欠陥ではないと判定し、逆に減算値（Ｖ−Ｔ）が負の値の場合には、差分データの絶対値Ｖがしきい値Ｔよりも小さいということを意味するので、欠陥判定回路９０は欠陥である（異物が存在する）と判定する。
【００２０】図５は、差分データ作成回路３０がどのようにして差分データの絶対値Ｖを生成するのかその概念を示す図である。図において、点線で示した四角形はワークパターンＷＰ１〜ＷＰ８であり、これは、基板上に形成された電極パターンに対応し、その繰り返し周期がＰ［μｍ］である。一方、ＣＣＤ受光素子１０は、画素Ａ１から画素Ｚ１の方向にライン状に設けられたライン型センサであり、検査ステージ（図示せず）の移動によって画素Ａ１から画素Ａ５の方向に相対的に移動するようになっている。従って画素Ａ１〜Ｚ１，Ａ２〜Ｚ２，Ａ３〜Ｚ３，Ａ４〜Ｚ４，Ａ５〜Ｚ５によって画素マトリックスが形成される。
【００２１】この画素マトリックスとワークパターンＷＰ１〜ＷＰ８との関係に注目して見ると、画素Ａ１がワークパターンＷＰ１の左上隅に位置し、画素Ｄ１がワークパターンＷＰ２の左上隅に位置している。しかしながら、画素Ａ１にはワークパターンＷＰ１のみが重なっているのに対して、画素Ｄ１にはワークパターンＷＰ１とワークパターンＷＰ２とが重なっている。すなわち、画素Ａ１とワークパターンＷＰ１との相対的位置関係と、画素Ｄ１とワークパターンＷＰ２との相対的位置関係とは相違している。
【００２２】図５では、画素Ａ１とワークパターンＷＰ１、画素Ｎ１とワークパターンＷＰ５の相対的位置関係が同じである。同様に、画素Ｄ１とワークパターンＷＰ２、画素Ｑ１とワークパターンＷＰ６の相対的位置関係、画素Ｇ１とワークパターンＷＰ３、画素Ｔ１とワークパターンＷＰ７の相対的位置関係、画素Ｋ１とワークパターンＷＰ４、画素Ｘ１とワークパターンＷＰ８の相対的位置関係がそれぞれ同じである。この実施の形態に係る差分データ作成回路３０は、上述のように画素とワークパターンの相対的位置関係が同じであるワークパターンに対応する画素の画素データに基づいて差分データを作成するように構成されている。
【００２３】例えば、各画素Ａ１〜Ｚ１と各ワークパターンＷＰ１〜ＷＰ８の相対的位置関係が図５のような場合には、Ａ／Ｄ変換器２０から画素Ａ１〜Ｚ１の画素データが順次出力される。このとき、ラッチ回路３９から画素Ｎ１の画素データが出力するタイミングに同期して、セレクタ３Ａから画素Ａ１の画素データが出力するように、ＦＩＦＯメモリ３１の書込み読出しタイミングを調節し、かつ、セレクタ３Ａでラッチ回路３２〜３６を選択する。これによって、差画像演算回路３Ｂには、第１画像データＦ（ｘ）としてラッチ回路３９から出力される画素Ｎ１の画素データＧ（Ｎ１）が取り込まれ、第２画像データＧ（ｘ）としてセレクタ３Ａから出力される画素Ａ１の画素データＦ（Ａ１）が取り込まれる。差画像演算回路３Ｂは、画素Ａ１の画素データＦ（Ａ１）から画素Ｎ１の画素データＧ（Ｎ１）を減算し、その差分データの絶対値Ｖ＝｜Ｆ（Ａ１）−Ｇ（Ｎ１）｜をしきい値作成回路５０及びラインメモリ７０に出力する。以下同様にして、差画像演算回路３Ｂは、画素Ｂ１〜Ｄ１の画素データＦ（Ｂ１）〜Ｆ（Ｄ１）から画素Ｏ１〜Ｑ１の画素データＧ（Ｏ１）〜Ｇ（Ｑ１）を減算し、その差分データの絶対値Ｖを出力する。すなわち、ＦＩＦＯメモリ３１、ラッチ回路３２〜３６及びセレクタ３Ａは、画素データを画素１３個分遅延させて差画像演算回路３Ｂに出力している。
【００２４】なお、図５では、説明の便宜上、１個のワークパターンに３〜４個の画素が対応する場合を示したが、実際には、１個のワークパターンに対して２０〜２５個の画素が対応することになる。例えば、画素サイズａが１４［μｍ］で、ワークパターンの繰り返しピッチＰが３００［μｍ］とすると、１個のワークパターンには３００÷１４≒２１．４個の画素が対応することになる。このように１個のワークパターンに対応する画素数ｂが整数でなく小数点を含む場合には、この画素数ｂに最も小さな任意の整数ｃを乗じて最も整数に近い値となるようにする。例えば、画素数ｂ＝２１．４に整数ｃ＝５を乗じるとその値は１０７になる。これは、５個のワークパターンに対応する画素数が丁度整数の１０７個であることを意味する。従って、このような場合には、差分データ作成回路３０は、ＦＩＦＯメモリ３１、ラッチ回路３２〜３６及びセレクタ３Ａによって、画素データを画素１０７個分遅延させて、セレクタ３Ａから出力される第２画像データＧ（ｘ）とラッチ回路３９から出力される第１画像データＦ（ｘ）との差分データの絶対値Ｖを出力する。これによって、画素とワークパターンの相対的位置関係はほぼ同じになり、位相ずれによる補正処理を行わなくてもよくなる。
【００２５】しかしながら、実際は、若干の位相ずれは存在するし、また、結像レンズの収差や取付誤差や基板の傾きなどに起因する受光素子面における倍率誤差によって、結像レンズの特定部分において縮小歪みや拡大歪みが現れ、差分データの対象となる２個のワークパターンの比較位置に位相ずれが生じることになる。そこで、この実施の形態では、このような位相ずれの影響を考慮して、しきい値作成回路５０を用いて差分データの対象となる複数のワークパターンに基づいてしきい値を決定するようにした。
【００２６】図６は、しきい値作成回路５０がどのようにしてしきい値を作成するのかその概念を示す図である。図において、ワークパターン１ａ〜１ｅ，２ａ〜２ｅ，３ａ〜３ｅ，・・・，８ａ〜８ｅは、基板上に形成された電極パターンに対応し、その繰り返し周期が３００［μｍ］であり、ＣＣＤ受光素子１０の１画素のサイズは１４［μｍ］である。すなわち、図６は、画素サイズａが１４［μｍ］で、ワークパターンの繰り返しピッチＰが３００［μｍ］の場合を図示している。従って、前述のように、１個のワークパターンには３００÷１４≒２１．４個の画素が対応する。１個のワークパターンに対応する画素数が２１．４個の場合には、５個のワークパターンに対応する画素数が丁度整数倍の１０７個となる。
【００２７】従って、ＣＣＤ受光素子１０の左から１番目の画素から２１．４番目の画素までがワークパターン１ａ，２ａ，３ａ，・・・，８ａとの間で相対的位置関係が同じである。同様に、２１．４番目の画素から４２．８番目の画素までがワークパターン１ｂ，２ｂ，３ｂ，・・・，８ｂとの間で、４２．８番目の画素から６４．２番目の画素までがワークパターン１ｃ，２ｃ，３ｃ，・・・，８ｃとの間で、６４．２番目の画素から８５．６番目の画素までがワークパターン１ｄ，２ｄ，３ｄ，・・・，８ｄとの間で、８５．６番目の画素から１０７番目の画素までがワークパターン１ｅ，２ｅ，３ｅ，・・・，８ｅとの間で、それぞれ相対的位置関係が同じである。
【００２８】この実施の形態に係る差分データ作成回路３０は、画素とワークパターンの相対的位置関係が同じであるワークパターンに対応する画素の画素データに基づいて差分データを作成するように構成されているので、各画素と各ワークパターンの相対的位置関係が図６のような場合には、図４のラッチ回路３９から１０８番目の画素の画素データが出力するタイミングに同期して、セレクタ３Ａから１番目の画素の画素データが出力する。すなわち、図４のラッチ回路３９から（ｎ＋１０８）番目の画素の画素データが出力するタイミングに同期して、セレクタ３Ａからｎ番目の画素の画素データが出力するように、ＦＩＦＯメモリ３１の書込み読出しタイミングやラッチ回路３２〜３６が設定される。これによって、差画像演算回路３Ｂは、ラッチ回路３９から出力される（ｎ＋１０８）番目の画素の第１画像データＦ（ｎ＋１０８）から、セレクタ３Ａから出力されるｎ番目の画素の第２画像データＧ（ｎ）を減算した差分データの絶対値Ｖを出力する。
【００２９】なお、図６では、５個のワークパターンを１個のサンプルとしてこれを８サンプルｓｍｐ１〜８用いる場合を示している。これは、図３に示すように、結像レンズの歪みによってパターンピッチのエッジがＣＣＤ受光素子上で位置ずれを生じるからである。すなわち、結像レンズ１１による結像が歪みなく理想的に行われる場合には、位相ずれ量εはどの位置においても同じ値であるが、実際には結像レンズ１１の収差に起因する受光素子面における倍率誤差によって、結像レンズ１１の特定部分においては図３（Ｂ）の縮小歪みのようにパターンピッチのエッジがＣＣＤ受光素子１０のｊ番目に現れたり、図３（Ｃ）の拡大歪みのようにＣＣＤ受光素子１０のｊ＋２番目に現れたり、また、位相ずれ量εもまちまちの値となる。
【００３０】そこで、この実施の形態では、図１に示すように、結像レンズ１１を複数ブロックＢ１〜Ｂｎに区分し、その１つのブロックを上述のように８個のサンプルに分割する。これに伴って、ＣＣＤ受光素子１０の各画素も区分されることになる。例えば、結像レンズ１１をブロックＢ１〜Ｂ６の６個の領域に区分する場合、ＣＣＤ受光素子１０の画素数が約５１３６個であれば、結像レンズ１１の１個のブロックに相当する画素数は約８５６個となる。この８５６個の画素が結像レンズ１１の１個のブロックに相当する画素数となる。従って、１サンプルの画素数が１０７個なので、１個のブロックには図６に示すように８個のサンプルｓｍｐ１〜８が存在することになる。
【００３１】しきい値作成回路５０は、この８個のサンプルｓｍｐ１〜８に基づいてしきい値を作成する。図６の場合には、５個のワークパターンで１個のサンプルｓｍｐが形成され、８個のサンプルｓｍｐ１〜８で１個のブロックが形成されているので、しきい値作成回路５０には、１ブロック当たり８５６個の差分データの絶対値Ｖが入力することになる。しきい値作成回路５０は、この８５６個の差分データの絶対値Ｖの中からしきい値を作成する。例えば、８個のサンプル分の差分データの絶対値Ｖの総和ΣＶと絶対値Ｖの自乗の総和ΣＷを演算する。絶対値Ｖの自乗の総和ΣＷを８で除した値ΣＷ／８から、絶対値Ｖの総和ΣＶを８で除した値ΣＶ／８を減算し、その平方根を演算することによって、分散値δを求める。すなわち、分散値δはδ＝ＳＱＲＴ（ΣＷ／８−ΣＶ／８）
となる。
【００３２】このときに、差分データの絶対値Ｖの中には、検出したい異物のデータに相当するものが存在する場合があるので、８個の差分データの絶対値Ｖの中から最大値と２番目の最大値を示すものを予め演算処理から除外し、６個の差分データの絶対値Ｖに基づいて演算処理を行うようにしてもよい。また、８個の差分データの絶対値Ｖの中で特にその値が他の値からかけ離れている場合に、その値を除外するようにしてもよい。
【００３３】しきい値作成回路５０は、分散値δが求まったら、その分散値δに３〜６の係数Ｋａを乗算し、この乗算値に絶対値Ｖの総和ΣＶを８で除した値ΣＶ／８及びレーザパワーの分布補正値Ｋｂ＝０〜６４を加算することによって最終的なしきい値Ｔ１を作成する。このようにして作成されたしきい値Ｔ１はブロックＢ１の各ワークパターンとの間の欠陥判定に使用されるしきい値として、しきい値メモリ６０に記憶される。ブロックＢ２〜Ｂ６の各ワークパターンとの間の欠陥判定に使用されるしきい値Ｔ２〜Ｔ６も同様にして、それぞれのブロックＢ２〜Ｂ６の差分データの絶対値Ｖに基づいて求める。演算回路８０は、このようにして求められたしきい値Ｔを用いて、ラインメモリ７０から出力される差分データの絶対値Ｖから欠陥すなわち異物が存在するか否かの判定対象となる減算値（Ｖ−Ｔ）を欠陥判定回路９０に出力する。これによって、この実施の形態に係る基板検査装置は、画素サイズよりも十分に小さな異物に対してもその存在を高精度に検出することができるようになる。
【００３４】なお、上述の実施の形態では、８個の差分データの絶対値Ｖに基づいてしきい値を求める場合を示したが、これ以外の数の差分データの絶対値Ｖに基づいて求めるようにしてもよい。また、本発明は、ガラス基板以外に所定の繰り返しパターンを有するマスク、レチクル、ウェハ糖にも適用できることはいうまでもない。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、受光素子の画素サイズと電極パターンの繰り返しピッチとの関係が整数倍でなく、位相ずれを有する場合でも、この位相ずれによる各画素データの信号品質の低下を抑制し、画素サイズに対して微小な異物を高精度に検出することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 パターン比較方式によってガラス基板検査を行う場合の受光素子（ＣＣＤ）１０と結像レンズ１１と基板１２との位置関係を示す図である。
【図２】 従来の基板検査装置の概略構成を示す図である。
【図３】 結像レンズの歪みによってパターンピッチのエッジがＣＣＤ受光素子上でどのような位置ずれを生じて現れるのかを示す図である。
【図４】 本発明に係る基板検査装置の概略構成を示す図である。
【図５】 図４の差分データ作成回路がどのようにして差分データの絶対値Ｖを生成するのかその概念を示す図である。
【図６】 図４のしきい値作成回路がどのようにしてしきい値を作成するのかその概念を示す図である。
【符号の説明】
１０…ＣＣＤ受光素子
２０…Ａ／Ｄ変換器
３０…差分データ作成回路
３１…ＦＩＦＯメモリ
３２〜３９…ラッチ回路
３Ａ…セレクタ
３Ｂ…差画像演算回路
５０…しきい値作成回路
６０…しきい値メモリ
７０…ラインメモリ
８０…演算回路
９０…欠陥判定回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基板上に形成された所定ピッチのパターンを結像するレンズ系と、前記パターンの結像を前記レンズ系を介して受光する複数の画素から構成される受光素子手段と、前記受光素子に結像された前記パターンと前記画素との間の相対的な位置関係がほぼ同位相となるような画素同士の差分データを順次作成して出力する差分データ作成手段と、前記差分データ作成手段から出力される前記差分データに基づいてしきい値を作成するしきい値作成手段と、前記差分データ作成手段から出力される前記差分データと前記しきい値作成手段によって作成されたしきい値とを比較して欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】 請求項１において、前記差分データ作成手段は、前記パターンのピッチを前記画素のサイズで除することによって得られる前記パターン相当の画素数に、最も小さな任意の第１の整数を乗じてその画素数の値が最も整数に近い値となる場合の前記第１の整数に相当する数の前記パターンの集まりを一つの疑似パターンとして、この疑似パターンの隣接するもの同士を用いて前記差分データを順次作成することを特徴とする基板検査装置。
【請求項３】 請求項１又は２において、前記しきい値作成手段は、前記レンズ系を複数ブロックに区分することによって前記受光素子手段の各画素をそのブロックに応じて区分し、前記差分データ作成手段から出力される前記差分データのうち、前記区分された前記受光素子手段の画素に対応するものの複数を演算用差分データとし、この演算用差分データに基づいて分散値を求め、この分散値に基づいて前記しきい値を作成することを特徴とする基板検査装置。
【請求項４】 請求項３において、前記しきい値作成手段は、前記分散値に所定の係数を乗じ、この乗算値に前記演算用差分データの平均値及びレーザパワーの分布補正値を加算することによって前記しきい値を作成することを特徴とする基板検査装置。
【請求項１】 基板上に形成された所定ピッチのパターンを結像するレンズ系と、前記パターンの結像を前記レンズ系を介して受光する複数の画素から構成される受光素子手段と、前記受光素子に結像された前記パターンと前記画素との間の相対的な位置関係がほぼ同位相となるような画素同士の差分データを順次作成して出力する差分データ作成手段と、前記差分データ作成手段から出力される前記差分データに基づいてしきい値を作成するしきい値作成手段と、前記差分データ作成手段から出力される前記差分データと前記しきい値作成手段によって作成されたしきい値とを比較して欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とする基板検査装置。
【請求項２】 請求項１において、前記差分データ作成手段は、前記パターンのピッチを前記画素のサイズで除することによって得られる前記パターン相当の画素数に、最も小さな任意の第１の整数を乗じてその画素数の値が最も整数に近い値となる場合の前記第１の整数に相当する数の前記パターンの集まりを一つの疑似パターンとして、この疑似パターンの隣接するもの同士を用いて前記差分データを順次作成することを特徴とする基板検査装置。
【請求項３】 請求項１又は２において、前記しきい値作成手段は、前記レンズ系を複数ブロックに区分することによって前記受光素子手段の各画素をそのブロックに応じて区分し、前記差分データ作成手段から出力される前記差分データのうち、前記区分された前記受光素子手段の画素に対応するものの複数を演算用差分データとし、この演算用差分データに基づいて分散値を求め、この分散値に基づいて前記しきい値を作成することを特徴とする基板検査装置。
【請求項４】 請求項３において、前記しきい値作成手段は、前記分散値に所定の係数を乗じ、この乗算値に前記演算用差分データの平均値及びレーザパワーの分布補正値を加算することによって前記しきい値を作成することを特徴とする基板検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００１−１４８０１７（Ｐ２００１−１４８０１７Ａ）
【公開日】平成１３年５月２９日（２００１．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−３３２１５０
【出願日】平成１１年１１月２４日（１９９９．１１．２４）
【出願人】（０００２３３４８０）日立電子エンジニアリング株式会社 (34)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年５月２９日（２００１．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年１１月２４日（１９９９．１１．２４）
【出願人】（０００２３３４８０）日立電子エンジニアリング株式会社 (34)
【Ｆターム（参考）】
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