CN101196391B - 表面形状测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种例如在FPD用玻璃基板等中，以非接触、非破坏方式高精度并且高速测定表面形状，检测翘曲等的缺陷的表面形状测定装置。它具备：用于放置被测定构件(1)的载物台(2)；用于以非接触方式测定被测定构件(1)的表面变位的多个空气扫描器(3)；用于将多个空气扫描器(3)移动到规定的测定位置的驱动控制部(5)；与各多个空气扫描器(3)对应地用于对在测定位置上的测定数据分别进行运算处理的第1数据处理部(7)；用于对在各第1数据处理部中运算处理的测定数据进行合成处理的第2数据处理部(8)。

Description

表面形状测定装置
技术领域
本发明涉及以非接触方式检测例如平板显示器(以下记为FPD)用玻璃基板中的翘曲等的微细的形状变化的表面形状测定装置。
背景技术
近年，在LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)、PDP(PlasmaDisplay Panel：等离子显示器)等的FPD中使用的玻璃基板等上，为了以高的生产性(成品率，制造效率)形成高品质的显示器，要求在精密级下的加工精度。因此，在这种基板的形成工序中，需要在非接触、非破坏下高精度高速地测定表面形状，迅速地反馈。
一般，作为非接触、非破坏测定的方法可以列举激光三角测量式、静电电容式、激光自动焦点式等。但是，在使用上述那样的激光等的非接触测定方式中，难以高精度地测定透明且不具有导电性的玻璃基板的表面变位。这样，如果是不通过空气的固体，则空气扫描器(例如参照专利文献1)可以进行经由空气膜的非接触测定，且可以以高的分辨率进行高精度测定。
此外，在压延金属带钢的领域中，例如在专利文献2等中公开了这样的技术，在压延中，从设置在宽度方向上的多个喷组喷射压缩空气，使用多个非接触变位传感器，计算宽度方向的张力分布、形状。
因而，认为通过使用多个上述那样的空气扫描器，可以在玻璃基板等上高精度并且高速地进行表面形状测定。但是，在基板形成步骤中，为了高精度地检测翘曲等的缺陷，迅速反馈，需要在高精度地检测表面形状数据的同时，高速处理检测到的数据，但从多个传感器对PC的数据的获取和在其处理中存在在速度方面有极限的问题。
[专利文献1]特许2788162号公报(图1等)
[专利文献2]特开平8-21716号公报(权利要求1、图6等)
本发明的目的在于提供一种例如在FPD用玻璃基板等上以非接触、非破坏的方式高精度且高速地测定表面形状，可以检测翘曲等的缺陷的表面形状测定装置。
根据本发明的一个形态，提供一种表面形状测定装置，其特征在于，包括：用于放置被测定构件的载物台；为了以非接触方式测定上述被测定构件的表面变位而以规定的间隔设置的多个空气扫描器；用于将上述多个空气扫描器移动到规定的测定位置的驱动控制部；与各上述多个空气扫描器对应，用于对上述测定位置的测定数据分别进行运算处理的第1数据处理部；用于对在各上述第1数据处理部中进行了上述运算处理的测定数据进行合成处理的第2数据处理部。
如果采用本发明的一种实施方式，则可以在例如FPD用玻璃基板等上，以非接触、非破坏的方式高精度高速地测定表面形状，检测翘曲等的缺陷。
附图说明
图1是表示本发明的一种形态的表面形状测定装置的图。
图2是本发明的一种形态中的表面形状测定的流程图。
图3是本发明的一种形态中的表面形状测定装置的方框图。
图4是表示本发明的一种形态的表面形状测定装置中的扫描方向的图。
图5是表示本发明的一种形态中的玻璃基板的表面形状的3维曲线图。
图6是表示玻璃基板具有翘曲时的叠层状态的模式图。
图7是表示加工精度高的玻璃基板上的叠层状态的模式图。
附图中的文字
1：被测定构件
2：测定载物台
3：空气扫描器
4：扫描器保护盖
5：控制器
6：台架
7：第1数据处理部
8：第2数据处理部
9：输入部
10：显示部
11：驱动系统搭载固定台
12：空气扫描器喷嘴
22：励磁振荡器
23：A/E变换器
24：相位检波器
25：波形倍增
26：整流滤波器
27：低通滤波器
31、31’：玻璃基板
32、32’，33、33’，34、34’：薄膜
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。
图1表示本实施方式的表面形状测定装置的构成。含有用于测定表面形状的测定部和用于处理由测定部得到的数据的数据处理部。
用于测定表面形状的测定部含有传感器和驱动机构。例如在用于放置并保持FPD用的玻璃基板等的被测定构件1的测定载物台(测定基座平台)2上，以规定的间隔设置用于以非接触方式测定被测定构件1的表面变位的传感器即多个空气扫描器3，例如，用扫描器保护盖4一体被覆。所谓规定的间隔是保持相邻的空气扫描器的空气在测定中不干涉的距离。例如，当可以测定1300mm×1300mm的被测定构件1的情况下，以200mm间距设置7个空气扫描器3。而且，空气扫描器3的规格是，例如间距移动量：0～数百mm、分辨率：1μm(重复再现性：±25μm)，测定范围(厚度)：0.1～10mm。
这些多个空气扫描器3为了进一步移动到规定的测定位置，与由用于在XY轴方向上移动的AC伺服电机以及滚珠丝杠等的驱动源和用于控制其位置等的例如精密模拟调节器构成的控制器5连接。此外，测定载物台2配置在具有可以自动水平调整的空气弹簧式除振功能的台架6上。
用于处理测定的原始数据的数据处理部，以设置在各空气扫描器3上用于分别运算处理在各个测定位置上的测定数据的第1数据处理部7和与其连接的用于合成处理由第1数据处理部7运算处理的测定数据的第2数据处理部8为主体而构成。进而，第2数据处理部8与用于输入图号、玻璃基板的尺寸、测定间距等的测定条件的键盘(输入部)9、用于显示经过合成处理的测定数据的显示器(显示部)10连接。
使用这种表面形状测定装置进行以下的测定。如图2的流程图所示，首先作为被测定构件将基板用玻璃1放置在表面形状测定装置的测定载物台2上，用键盘9输入图号、玻璃基板的尺寸、测定间距等的测定条件(步骤1)。空气扫描器3一边由控制器5控制位置而移动，一边在以条件设定的间距指定的每一测定点获取表面变位数据(步骤2)。例如，通过设置在测定载物台2下的驱动系统搭载固定台11上的AC伺服电机以及滚珠丝杠一边在Y轴方向上扫描，一边例如以10ms的间距获取所指定的测定点的前后i个位置的数据。
空气扫描器3使用被称为非接触气动伺服的测长器的原理。如图3的方框图所示，在n个空气扫描器3中分别在第1数据处理部7中对用设置在前端的空气扫描器喷嘴21检测到的微小尺寸变化进行运算处理。
在第1数据处理部7中，使用励磁振荡器22通过A/E变换器23变换为电气信号。将该电气信号通过相位检波器24，为了进一步提高精度，在波形倍增25中将频率变换为14倍后，用整流滤波器26进行滤波处理。进而，用低通滤波器27除去高频分量。而后，在CPU28中，在获取的i个数据中对除去了最大、最小数据的剩下的数据进行平均化处理(步骤3)。将该平均化处理后的数据作为所指定的测定点的表面变位数据连续地发送到第2数据处理部8(步骤4)。
而后，如图4所示，在Y轴方向上扫描之后，提升空气扫描器3以规定的间距在X轴方向上移动，此次一边在反方向上沿Y轴方向扫描，一边同样地获取每个测定点的数据，在用第1数据处理部7处理后，送到第2数据处理部8。
进而，在第2数据处理部8中，对所发送的表面变位数据和其位置数据进行合成处理，生成表面形状数据。将表面形状数据在显示器10上作为图5所示那样的3维曲线等显示(步骤5)。
这样，根据作为3维曲线等显示的表面形状数据，判定玻璃基板的好坏。此时，即使用目测判定也可以根据预先设定的阈值自动地判定。而后，当由于翘曲发生等判定为NG的情况下，反馈到玻璃基板的形成工序，例如使冷却条件等的制造条件优化。
而且，当在表面或者背面上有异物的情况下，和由翘曲产生的变位进行比较，因为表面形状极端地变化，所以容易检测到。而后，在除去了异物后，通过再次测定表面形状，能够检测翘曲。此外，由表面的微小异物产生的变动在平均化处理时被消除。为了抑制这种异物产生的干扰，理想的是例如在被控制在规定的洁净气体氛围的洁净容器内设置表面形状测定装置。
根据本发明，以规定间隔设置多个空气扫描器，由于可以在XY轴方向上驱动，因而能够高速进行测定点的扫描。此外，对每个空气扫描器，通过将由扫描得到的数据在第1数据处理部中进行平均化等的运算处理，对在第2数据处理部中平均化的数据进行合成处理，能够高速地进行数据处理。此外，通过在测定点的前后对多个个数据进行平均化并作为测定点的数据，能够得到高精度的测定结果。
此外，通过将得到的测定结果反映在制造条件中，使制造条件优化，可以形成更高加工精度的玻璃基板。例如如图6所示，当在玻璃基板31上发生了翘曲的情况下，因翘曲的原因导致在上层形成的薄膜32、33、34劣化，而如图7所示，在因制造条件的优化而形成的加工精度高的玻璃基板31’中，可以形成良好的薄膜32’、33’、34’。因而，可以实现生产成品率、制造效率的提高以及所形成的产品的高品质化。
而且，在本实施方式中，只将数据直接作为3维曲线显示，但也可以进一步在进行样条函数、最小二乘法等的函数内插处理后显示。
此外，虽然在一块玻璃基板上进行了测定，但通过在测定载物台上排列放置多个被测定构件，也可以对多个被测定构件进行测定。
此外，虽然适用于在玻璃基板中的表面形状测定，但被测定构件并没有特别限定，不仅适用于LCD、PDP，也可以适用于SED(Surface-conductionElectron-emitter Display：表面传导电子发射显示器)、有机EL用的玻璃基板、光掩膜用石英玻璃以及石英晶片、半导体晶片等。通过规格的改变，还可以与显示器的大型化、半导体晶片的大口径化对应。
而且，本发明并不限于上述实施方式。在不脱离其主旨的范围能够有各种变形并实施。

Claims (4)

1.一种表面形状测定装置，其特征在于，包括：
用于放置被测定构件的载物台；
在被测定构件的表面的上部以规定的间隔设置，并使用了以非接触方式测定上述被测定构件的表面变位的非接触气动伺服的多个空气扫描器；
用于使上述多个空气扫描器分别在X轴方向及Y轴方向移动的驱动控制部；
与各上述多个空气扫描器对应，用于对各测定点的测定数据分别进行运算处理而生成所指定的测定点的表面变位数据的第1数据处理部；
用于对在各上述第1数据处理部中进行了上述运算处理的各上述多个空气扫描器的上述各测定点的表面变位数据与位置数据进行合成处理而生成上述被测定构件的表面形状数据的第2数据处理部。
2.根据权利要求1所述的表面形状测定装置，其特征在于：上述第1数据处理部对各个上述空气扫描器以规定间距连续测定的规定数的测定数据进行平均化处理，作为表面变位数据。
3.根据权利要求2所述的表面形状测定装置，其特征在于：具备显示上述合成的数据的显示部。
4.根据权利要求2或3所述的表面形状测定装置，其特征在于：上述间距是可变的。
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