外觀檢查裝置及外觀檢查方法

專利名稱：外觀檢查裝置及外觀檢查方法
技術領域：
本發明涉及用于液晶顯示器等的玻璃基板的外觀檢查裝置及外觀檢查方法。
背景技術：
以往，在液晶玻璃基板等的檢查中，向基板表面照射光，由觀察者通過目視來觀察其反射光的光學變化，確認涂布于表面上的抗蝕劑的膜紋、針孔等缺陷、塵埃附著的有無等。作為用于這種檢查的外觀檢查裝置，有由以下部分構成的裝置，即使從光源照射的光偏轉的反射鏡；會聚通過反射鏡偏轉的光而使其照射到基板表面上的、例如菲涅耳透鏡(Fresnel lens)等的會聚透鏡；以及保持基板以使通過會聚透鏡會聚的低倍照明光照射到基板表面上的基板支架(例如參照專利文獻1)。在該外觀檢查裝置中，照射到基板表面上的低倍照明光在缺陷部產生微弱的散射光并被反射，所以觀察者通過以目視方式觀察漫反射的反射光(散射光)，可以檢查基板表面的缺陷。
專利文獻1日本特開2000-97864號公報但是，在現有的外觀檢查裝置中，在透鏡和反射鏡等光學元件(照明光學系統)中產生變形或細小傷痕、塵埃附著等的不良時，被該不良因素擾亂的照明光照射到基板表面上。觀察者目視照射了照明光的基板表面而檢測基板表面上的缺陷，所以存在不能識別出基板表面上呈現的光的變化是因基板本身的缺陷造成的、還是因照明光學系統的不良因素造成的問題。因此，存在把因照明光學系統的不良因素造成的偽缺陷像(偽缺陷)誤認成基板本身的真缺陷的問題。

發明內容
本發明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于，提供能夠識別因光源或光學元件等的不良因素造成的偽缺陷和基板本身的真缺陷的外觀檢查裝置、及使用該裝置的外觀檢查方法。
為了達到上述目的，本發明提供以下手段。
本發明的外觀檢查裝置通過觀察來自基板表面的反射光進行所述基板的檢查，其特征在于，具有光源；基板支架，其把所述基板保持成相對于從該光源射出的照明光為適合于宏觀檢查的角度；至少一個光學元件，其與所述光源一起構成照明光學系統，可以改變從所述光源射出的所述照明光的光軸或焦點位置；以及驅動單元，其擺動所述光源或所述至少一個光學元件中的至少一方，來改變所述光軸或所述焦點位置。
并且，本發明的外觀檢查裝置通過觀察來自基板表面的反射光進行所述基板的檢查，其特征在于，具有光源；基板支架，其把所述基板保持成相對于從該光源射出的照明光為適合于宏觀檢查的角度；低倍照明光學系統，其由所述光源、反射鏡和會聚透鏡構成，所述反射鏡使從該光源射出的所述照明光向所述基板偏轉，所述會聚透鏡會聚被該反射鏡反射的照明光而使其照射到所述基板的表面上；以及驅動單元，其擺動所述會聚透鏡或所述反射鏡的板狀光學元件，來改變所述低倍照明光學系統的光軸或焦點位置。
另外，本發明的外觀檢查方法以預定的入射角度向保持在基板支架上的基板的表面照射從光源射出的照明光，通過目視觀察來自所述基板的表面的反射光，來檢查所述基板上的缺陷，其特征在于，在與所述照明光的光軸方向交叉的方向上擺動所述光源或可以改變從該光源射出的照明光的光軸的至少一個光學元件中的至少一方，使所述照明光照射到所述基板的表面上，由此使因所述光源和所述至少一個光學元件所構成的照明光學系統造成的偽缺陷像在所述基板的表面上擺動，可以識別偽缺陷和在所述基板的表面上固定地出現的真缺陷。
并且，本發明的外觀檢查方法以預定的入射角度向保持在基板支架上的基板的表面照射從光源射出的照明光，通過目視觀察來自所述基板的表面的反射光，來檢查所述基板上的缺陷，其特征在于，在光軸方向上擺動使所述光源或可以改變從該光源射出的照明光的焦點位置的至少一個光學元件中的至少一方，從而一邊改變所述照明光的焦點位置一邊使其照射到所述基板的表面上，由此使因所述光源和所述至少一個光學元件構成的照明光學系統造成的偽缺陷像的聚焦狀態在所述基板的表面上變化，可以識別偽缺陷和在所述基板的表面上固定地出現的真缺陷。
根據本發明的外觀檢查裝置，可以擺動光源和光學元件中的至少一方來改變光軸或焦點位置。由此，可以識別通過目視檢測出的缺陷中、隨光軸或焦點位置的變化而晃動的投影到基板上的偽缺陷和基板本身所產生的真缺陷。


圖1是表示本發明的第1實施方式的外觀檢查裝置的圖。
圖2是表示本發明的第2實施方式的外觀檢查裝置的圖。
具體實施例方式
以下，參照圖1說明本發明的第1實施方式的外觀檢查裝置和外觀檢查方法。
本發明的第1實施方式提供如圖1所示的、例如用于液晶玻璃基板的檢查的外觀檢查裝置1，該外觀檢查裝置1例如由以下部分構成金屬鹵化燈等的光源2；第1反射鏡4(光學元件)，其使從光源2射出的光向第2反射鏡3側偏轉；第2反射鏡3(光學元件)，其使通過第1反射鏡4偏轉的光向會聚透鏡5側偏轉；會聚透鏡5(光學元件)，其會聚通過第2反射鏡3偏轉的光而使其照射到整個或部分的基板6的表面6a的較寬的檢查區域上；基板支架7，其配置在會聚透鏡5的下方，例如保持平板顯示器(FPD)用的玻璃基板作為成為檢查對象的基板6。此處，光源2、第1反射鏡4、第2反射鏡3、會聚透鏡5、以及基板支架7被收容在矩形箱狀的裝置外殼體9中，該裝置外殼體9的觀察者側的一側面(正面)9a的一部分開口，使得觀察者8可以目視觀察基板6的表面6a。另外，標號9b表示除了成為正面的一側面9a以外的、構成裝置外殼體9的其它側面(背面、右側面、左側面)。
第1反射鏡4形成為矩形薄板狀，設在光源2的出射光軸上，并且被傾斜地設置，使得鏡面4a朝向第2反射鏡3側，使從光源2射出的照明光向設于裝置外殼體9的上方的第2反射鏡3反射(偏轉)。另外，在第1反射鏡4上例如安裝有電機等的旋轉驅動單元10，通過設在裝置外殼體9的開口側的操作部11的驅動開關11a的操作，在以旋轉驅動單元10的軸線O1為中心的預定旋轉角度范圍內反復地正轉、反轉(擺動)。例如，在與照明光的光軸交叉的軸上，使第1反射鏡4周期性地以±幾度的微小角度往返轉動(擺動)，由此被第2反射鏡3反射后照射到基板6上的照明光的光軸O2可以在與光軸O2垂直的方向上周期性地移位。通過該照明光的光軸O2的周期性移位(擺動)，照明光的光束在基板6的表面上擺動。此處，第1反射鏡4的周期性轉動是，以使得光軸O2可以在基板6的表面6a上移位約10mm～100mm的微小角度進行轉動，從觀察者8的檢查效率方面考慮，按照優選為在平面距離上改變30mm～70mm，更好為在平面距離上改變約為50mm的方式進行周期性運動。
第2反射鏡3形成為矩形薄板狀，設在比光源2更上方的第1反射鏡4的反射光軸上，并且被傾斜地設置，使得鏡面3a朝向會聚透鏡5。并且，第2反射鏡3被旋轉軸3b可旋轉地支撐，該旋轉軸3b與裝置外殼體9的觀察者8側的一側面9a平行地延伸設置，該旋轉軸3b連接在電機等的旋轉驅動單元12上。該旋轉驅動單元12根據操作部11的操作來對第2反射鏡3進行旋轉控制，從而改變通過會聚透鏡5照射的照明光對基板6的表面6a的照射范圍，例如使第2反射鏡3以±30°的較大角度旋轉。
會聚透鏡5例如由形成為矩形板狀的菲涅耳透鏡構成，用于會聚被第2反射鏡3反射的光而使其照射到基板6的表面6a上。在本實施方式中，由把從光源2射出的擴散光轉換為平行光束的第1菲涅耳透鏡、以及接近該第1菲涅耳透鏡配置的會聚平行光束的第2菲涅耳透鏡構成了會聚透鏡5，但也可以由一個菲涅耳透鏡構成。以后，把該會聚透鏡5稱為菲涅耳透鏡。
基板支架7形成為矩形板狀，可在其上面7a通過吸附單元(省略圖示)來支撐基板6。并且，基板支架7配置在菲涅耳透鏡5的下方，使得通過菲涅耳透鏡5會聚的照明光照射到基板6的表面6a上。另外，基板支架7被旋轉軸7b可旋轉地支撐，該旋轉軸7b與裝置外殼體9的觀察者8側的一側面9a平行地延伸設置。在該旋轉軸7b上連接了電機等的旋轉驅動單元13，通過操作部11的驅動開關11a的操作，基板支架7在照明光下從水平姿態傾斜為適合于宏觀檢查的預定的傾斜角，或者反轉以進行背面檢查。
下面，說明使用如上構成的外觀檢查裝置1進行基板6的檢查的方法。
首先，在基板支架7的上面7a的基準位置上載置基板6并吸附保持，獲取基板6的原點坐標，將基板支架7豎起為預定的傾斜角。然后，通過第1反射鏡4和第2反射鏡3以及菲涅耳透鏡5向載置于基板支架7上的基板6照射從光源2射出的照明光。如圖1所示，在載置于基板支架7上的基板6較大、通過菲涅耳透鏡5會聚的照明光不能照射到基板6的整個面時，對第2反射鏡3進行旋轉驅動，使被第2反射鏡3反射的照明光在基板6上、在被豎起為預定的傾斜角的基板6的上下方向上進行掃描。觀察者8觀察照射到基板6的表面6a上的光的反射光，來檢查在基板6的表面6a上有無缺陷。此處，在基板6的表面6a上例如產生傷痕時，所照射的照明光因該缺陷而漫反射，看起來與其它正常部分不同。
進行該宏觀檢查時，觀察者8操作操作部11的操縱桿11b來使旋轉驅動單元13正反轉，使基板支架7轉動到在照明下容易看清基板6上的缺陷的傾斜角度。把基板支架7設定為適合于觀察者8觀察的傾斜角度后，在前后方向上微動操縱桿11b，使基板支架7前后擺動，由此可以良好地檢測在基板6的表面6a上產生的缺陷。
在通過該目視觀察檢測出了基板6的表面6a上有缺陷時，觀察者8使基板支架7停止微動。在該階段，驅動安裝在第1反射鏡4上的旋轉驅動單元10，使第1反射鏡4在預定的角度范圍內周期性地往返轉動(微小地擺動)。通過該第1反射鏡4的周期性擺動運動，照射到基板6的表面6a上的照明光的光軸O2隨著擺動運動在從光軸O3到光軸O4的范圍內移位。觀察者8觀察通過目視觀察檢測出的缺陷是隨著該光軸的周期移位而在基板6的表面6a上移動還是固定。即，如果是基板6本身所產生的真缺陷，則即使照明光的光軸O2從光軸O3移位到光軸O4，其位置也不變化，相對于此，如果是由于照明光學系統的不良因素(例如附著在光學元件表面上的塵埃)而投影到基板6的表面6a上的偽缺陷，則該偽缺陷隨著光軸的移位而在基板6上擺動。因此，如果通過目視檢測出的缺陷周期性地擺動，則判斷為因照明光學系統的不良因素造成的偽缺陷，可以識別出基板6上的真缺陷。另一方面，如果通過目視檢測出的缺陷不隨光軸的周期移位而移動，則判斷為該檢測出的缺陷是基板6本身的真缺陷，例如使用激光指示器等來獲取(登記)該真缺陷的位置坐標。
在被檢查的基板6較大、不能向整個面照射光而對檢查范圍進行分割檢查的情況下，調節第2反射鏡3的角度，向各個分割范圍照射照明光，反復進行與前述相同的操作，實施基板6的整個面的檢查。
因此，在如上構成的外觀檢查裝置1中，在比第2反射鏡3小的第1反射鏡4上設置旋轉驅動單元10，由此能夠以旋轉驅動單元10的軸線O1為中心周期性地反復進行正轉、反轉(擺動)，來使第1反射鏡4以微小角度往返轉動，可以使通過菲涅耳透鏡5會聚后照射到基板6的表面6a上的照明光的光軸O2在從光軸O3到光軸O4的范圍內周期性地移位。由此，可以識別通過目視檢測出的缺陷中、隨著光軸O2的周期性移位而在基板6上周期性地擺動的因照明光學系統的不良因素造成的偽缺陷、和基板6本身所產生的真缺陷。
根據使用了如上構成的外觀檢查裝置1的外觀檢查方法，能夠可靠地識別出現有方法無法實現的、因照明光學系統的不良因素造成的偽缺陷和基板6本身的真缺陷，能夠提高外觀檢查中的缺陷檢測精度。
這樣，通過使照明光學系統擺動，能夠可靠地識別因照明光學系統造成的偽缺陷和基板6上的真缺陷，只檢測出基板6上的真缺陷，例如，可以減少在后面工序中進行的、使用顯微鏡等的缺陷詳細觀察的工夫，可以減少基板檢查所需的時間。
另外，本發明不限于上述第1實施方式，可以在不脫離其宗旨的范圍內適當變更。例如，作為使照射到基板6的表面6a上的照明光的光軸O2或照明光的焦點位置周期性地移位的單元，除了使第1反射鏡4擺動以外，也可以使光源2、或第2反射鏡3、配置在光源2附近的透鏡、菲涅耳透鏡5等的配置于照明光學系統中的光學元件中的至少一方擺動。例如，也可以周期性地按壓第1反射鏡4、第2反射鏡3、菲涅耳透鏡5等的板狀光學元件的周邊而使其彎曲，使照明光的光軸或焦點位置A移位，或者使構成照明光學系統的至少一個光學元件在與光軸O2交叉的平面內沿一個方向或另一方向連續或間斷地移動，從而使照明光的光軸移位。并且，以上通過旋轉驅動單元10使各個光學元件周期性地擺動，但如果可通過觀察者8的肉眼來識別出由于照明光學系統而在基板6上出現的偽缺陷，則不必使其周期性地擺動，也可以隨機地擺動。并且，在第1實施方式中，形成了使用第1反射鏡4和第2反射鏡3來使從光源2射出的照明光偏轉的結構，但也可以不使用第1反射鏡4，而使來自光源2的照明光直接照射到第2反射鏡3上。在這些結構中，通過設置驅動單元，使構成照明光學系統的至少一個光學元件擺動，使照射到基板6上的照明光的光軸移位，或改變照明光的焦點位置A，從而可以識別是否為因照明光學系統的不良因素造成的偽缺陷。
下面，參照圖2說明本發明的第2實施方式的外觀檢查裝置和外觀檢查方法。
本發明的第2實施方式與圖1所示的第1實施方式一樣，涉及用于例如FPD用玻璃基板的檢查的外觀檢查裝置20。此處，對與第1實施方式的外觀檢查裝置1相同的結構標以相同標號，并省略詳細說明。另外，在圖2中，表示從觀察者8(在圖2中未圖示)側觀察外觀檢查裝置20內部時的狀態。并且，在圖2中，示出了以軸線O5為中心使基板6旋轉成適合于宏觀檢查的預定傾斜角(45°～60°)的狀態。
圖2所示的外觀檢查裝置20與第1實施方式不同，沒有設置使從光源2射出的光的光軸偏轉的反射鏡。另一方面，設有固定為預定的角度以能夠向基板6的表面6a照射照明光的兩個菲涅耳透鏡5、以及向各個菲涅耳透鏡5照射光的兩個光源2。并且，各個光源2與菲涅耳透鏡5相對地設置，配置在比菲涅耳透鏡5更靠裝置外殼體9的上方的位置。另外，在光源2上安裝了例如直線運動致動器等的驅動單元21，通過該驅動單元21使光源2在X方向上(光軸方向)往返移動(擺動)，從而周期性地微動。另外，根據例如圖1所示的操作部11的驅動開關11a(在圖2中未示出)的操作來控制驅動單元21。此處，光源2的周期性的微動進行為使得菲涅耳透鏡5的焦點位置在光軸O2線上例如移位約50mm～150mm，從觀察者的檢查效率的方面考慮，優選為使光源2沿光軸O2線周期性地往返移動，使得作為焦點位置的移位距離，約移位100mm。另外，標號2b表示光源2的外罩。
下面，說明使用如上構成的外觀檢查裝置20進行基板6的檢查的方法。
從各個光源2射出光，使該光通過各個菲涅耳透鏡5照射到載置于基板支架7上的基板6上。在載置于基板支架7上的基板6上照射有通過兩個菲涅耳透鏡5會聚的照明光。不驅動安裝在光源2上的驅動單元21時的、通過菲涅耳透鏡5形成的照明光的聚焦位置分別為焦點位置B。
然后，在驅動基板支架7使其旋轉到適合于觀察的傾斜角度的狀態下、在照明光下觀察基板6的表面6a而檢測到缺陷時，驅動安裝在各個光源2上的驅動單元21，使光源2在光軸O2線上周期性地擺動、而且在微小范圍內往返移動。通過該光源2的往返移動，照射到基板6的表面6a上的照明光的焦點位置B沿著光軸O2的方向移位到焦點位置C。觀察者觀察伴隨從該焦點位置B到焦點位置C的周期移位，在基板6上出現的缺陷在基板6的表面6a上是否有例如大小變化(放大、縮小)、或鮮明度的變化等聚焦狀態的變化，或者是否完全或幾乎沒有變化。在確認有變化時，判斷為由于照明光學系統的光學元件的不良因素而投影到基板6上的偽缺陷。另一方面，如果通過目視檢測出的缺陷不隨光源2的往返移動而變化、在基板6的表面6a上沒有變化，則判斷為該通過目視檢測出的缺陷是基板6上的真缺陷，例如使用激光指示器等獲取(登記)真缺陷的位置坐標。
因此，在如上構成的外觀檢查裝置20中，在光源2上設置驅動單元21，在光軸上周期性地反復進行往返移動，由此可以使通過菲涅耳透鏡5會聚的照明光的焦點位置在B和C之間周期性地移位。由此，可以識別在基板6的表面6a上出現的缺陷中、隨著焦點位置的周期移位而變化的因照明光學系統的不良因素造成的偽缺陷和不隨之變化的基板6本身產生的真缺陷。
另外，本發明不限于上述第2實施方式，可以在不脫離其宗旨的范圍內適當變更。例如，作為使照射到基板6的表面6a上的光的焦點位置(焦距)周期性地移位的單元，在光源2上設置了驅動單元21，但也可以使光源2的透鏡2a或菲涅耳透鏡5在光軸O2方向上往返移動，使照明光的焦點位置移位，或使菲涅耳透鏡5沿光軸O2方向周期性地彎曲，使照明光的焦點位置移位。并且，在第2實施方式中，形成了具有多個光源2和菲涅耳透鏡5的結構，但各自的數量沒有特別限定。另外，也可以設置使從光源2射出的照明光偏轉的反射鏡，使該反射鏡在光軸方向上往返移動或彎曲移位，從而使焦點位置移位。并且，在第2實施方式中，使構成照明光學系統的至少一個光學元件移動，從而使照明光的焦點位置周期性地移位，但不限于此，焦點位置移位為使觀察者能夠識別出因照明光學系統的不良因素造成的偽缺陷即可。
權利要求
1.一種外觀檢查裝置，通過觀察來自基板表面的反射光進行所述基板的檢查，其特征在于，具有光源；基板支架，其把所述基板保持成相對于從該光源射出的照明光為適合于宏觀檢查的角度；至少一個光學元件，其與所述光源一起構成照明光學系統，可以改變從所述光源射出的所述照明光的光軸或焦點位置；以及驅動單元，其使所述光源或所述至少一個光學元件中的至少一方擺動，來改變所述光軸或所述焦點位置。
2.根據權利要求1所述的外觀檢查裝置，其特征在于，所述驅動單元使所述光源或所述至少一個光學元件中的至少一方在與所述照明光的光軸交叉的方向上擺動，來使所述照明光學系統的所述光軸變位。
3.根據權利要求1所述的外觀檢查裝置，其特征在于，所述驅動單元使所述光源或所述至少一個光學元件中的至少一方在所述光軸的方向上擺動，來改變所述焦點位置。
4.根據權利要求1～3中的任意一項所述的外觀檢查裝置，其特征在于，所述驅動單元使所述光源或所述至少一個光學元件中的至少一方周期性地微動。
5.一種外觀檢查裝置，通過觀察來自基板表面的反射光進行所述基板的檢查，其特征在于，具有光源；基板支架，其把所述基板保持成相對于從該光源射出的照明光為適合于宏觀檢查的角度；低倍照明光學系統，其由所述光源、反射鏡和會聚透鏡構成，所述反射鏡使從該光源射出的所述照明光向所述基板偏轉，所述會聚透鏡會聚被該反射鏡反射的照明光而使其照射到所述基板的表面上；以及驅動單元，其使所述會聚透鏡或所述反射鏡的板狀光學元件擺動，來改變所述低倍照明光學系統的光軸或焦點位置。
6.根據權利要求5所述的外觀檢查裝置，其特征在于，所述反射鏡配置在所述光源和所述會聚透鏡之間，由使所述低倍照明光學系統的光軸轉向的第1反射鏡和比該第1反射鏡大的第2反射鏡構成，所述驅動單元使所述第1反射鏡和所述第2反射鏡中的一方擺動。
7.根據權利要求5或6所述的外觀檢查裝置，其特征在于，所述驅動單元使所述反射鏡在預定的旋轉角度范圍內擺動，以使所述照明光的反射角度變化。
8.根據權利要求5所述的外觀檢查裝置，其特征在于，所述驅動單元使所述板狀光學元件中的一個周期性地彎曲，從而改變所述焦點位置。
9.一種外觀檢查方法，以預定的入射角度向保持在基板支架上的基板的表面照射從光源射出的照明光，通過目視觀察來自所述基板的表面的反射光，來檢查所述基板上的缺陷，其特征在于，使所述光源或可以改變從該光源射出的照明光的光軸的至少一個光學元件中的至少一方在與所述照明光的光軸方向交叉的方向上擺動，使所述照明光照射到所述基板的表面上，由此使因由所述光源和所述至少一個光學元件構成的照明光學系統造成的偽缺陷像在所述基板的表面上晃動，可以識別偽缺陷和在所述基板的表面上固定地出現的真缺陷。
10.一種外觀檢查方法，以預定的入射角度向保持在基板支架上的基板的表面照射從光源射出的照明光，通過目視觀察來自所述基板的表面的反射光，來檢查所述基板上的缺陷，其特征在于，使所述光源或可以改變從該光源射出的照明光的焦點位置的至少一個光學元件中的至少一方在光軸方向上擺動，從而一邊改變所述照明光的焦點位置一邊使其照射到所述基板的表面上，由此使因由所述光源和所述至少一個光學元件構成的照明光學系統造成的偽缺陷像的聚焦狀態在所述基板的表面上變化，可以識別偽缺陷和在所述基板的表面上固定地出現的真缺陷。
全文摘要
外觀檢查裝置及外觀檢查方法。本發明的課題是提供能夠識別因光源或光學元件等的不良因素造成的偽缺陷和基板本身的真缺陷的外觀檢查裝置、及使用該裝置的外觀檢查方法。作為解決手段，本發明的外觀檢查裝置(1)通過觀察照射到基板(6)的表面(6a)上的照明光的反射光進行基板(6)的檢查，使光源(2)、以及使從光源(2)射出的光的方向偏轉的第2反射鏡(3)和第1反射鏡(4)、或會聚偏轉后的光的會聚透鏡(5)等的光學元件中的至少一方周期性地或隨機地擺動、或彎曲，來改變光軸或焦點位置，由此使由于照明光學系統的不良因素而在基板(6)上出現的偽缺陷擺動，從而識別偽缺陷和基板(6)本身所產生的真缺陷。
文檔編號G01N21/88GK1828280SQ200610057689
公開日2006年9月6日 申請日期2006年2月24日 優先權日2005年2月28日
發明者岡平裕幸 申請人:奧林巴斯株式會社