JP2001108424A - ガラス基板の表面凹凸の検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ガラス基板の表面凹凸を非接触で評価する簡便
な検査方法を得る。 【解決手段】表面凹凸を検査する検査面の裏面側を下に
して水蒸気発生装置、例えば温水の入った恒温槽上にガ
ラス基板を載置し、水蒸気が凝着した微細な水滴を裏面
に付着させた状態で平行光を検査面側よりガラス基板に
照射し、反射した光をスクリーン上に投影し得られた反
射像に観察される検査面の表面凹凸に起因する濃淡縞が
消失する際の平行光の入射角度を測定しガラス基板検査
面の表面凹凸を検査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラス基板の表面
凹凸の検査方法に関するものである。特に、両面研磨装
置、片面研磨装置で研磨された高精度の液晶ディスプレ
イ用ガラス基板に用いるガラス基板の研磨面の表面凹凸
の検査に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ用ガラス基板等のガラ
ス基板の製造直後の表面は、完全な平滑面でなく多少の
うねりやマイクロコルゲーション、凹凸、キズ等の欠陥
を有している。これら欠陥の除去のためガラス基板表面
は研磨により平滑な面に加工される場合が多い。

【０００３】例えば、高精度の液晶ディスプレイ用ガラ
ス基板であるＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティッ
ク）液晶ディスプレイ用ガラス基板においては、液晶セ
ル内の液晶のねじり角を２７０°とし、更に複屈折モー
ドを使用した液晶セルの光の透過率を上げるため、およ
び電圧のＯＮ、ＯＦＦに対する液晶の応答速度を上げる
ために液晶セルのセルギャップを極力薄く設定している
ので、ガラス基板表面の優れた平滑性、即ちガラス基板
の表面凹凸が極めて小さいことが要求される。よって、
高精度の液晶ディスプレイ用ガラス基板のセル側の面は
表面平滑性を向上させるため研磨され、研磨面の表面凹
凸の程度を検査されることが多い。

【０００４】従来、ガラス基板の表面凹凸に対しての検
査方法は、表面粗さ計による凹凸形状の測定、あるいは
光学定盤上に検査面を下にしてガラス基板を載置して、
上方よりナトリウムランプ等を用いて単色光を照射し、
観察されるニュートンの干渉縞の形状の判定等により行
われていた。

【０００５】表面粗さ計による検査方法はガラス基板表
面にダイヤモンドの針を接触後、ガラス基板に接触させ
た状態でガラス基板を平行方向に移動させ、ガラス基板
の表面凹凸による移動時のダイヤモンドの針の位置の上
下の振れ幅を電気信号として増幅させることで、基板の
表面形状を測定するものである。表面粗さ計によるガラ
ス基板の表面凹凸の検査方法の問題点としてダイヤモン
ドの針が接触することによりガラス基板表面にキズが発
生すること、測定に時間がかかること、およびガラス基
板の検査面全面を検査できないこと等の問題があげられ
る。

【０００６】ナトリウムランプと光学定盤を用いたニュ
ートンの干渉縞による検査方法は、検査面全面を検査で
きるが、光学定盤とガラス基板の検査面が接触すること
により検査面にキズが発生することを避けられない等の
問題がある。

【０００７】鏡面体の表面に平行光を斜めから照射し反
射像をスクリーンに投影して観察すると、鏡面体の表面
凹凸による明暗として発生する濃淡縞が形成されること
は周知の事実である。鏡面体の表面凹凸の評価方法が非
接触法であることより表面にキズがつくことはなく、該
方法を透明なガラス基板に応用した表面凹凸を評価する
方法として特開平１−２１２３３８号公報、特開平５−
２７２９４９号公報、特開平７−１２８０３２号公報、
特開平９−１５２３１８号公報にガラス基板に光を照射
し、反射光をスクリーン上に投影し、得られる反射像の
ガラス基板の表面凹凸による明暗として発生する濃淡縞
よりガラス基板表面の凹凸を評価する方法が開示されて
いる。

【０００８】特開平１ー２１２３３８号公報には無反射
台上に置いたガラス基板測定面に光を照射し、スクリー
ンに投影させた濃淡縞をＣＣＤカメラと演算装置により
数値化する通常のガラス基板の表面凹凸を測定する装置
が開示されている。

【０００９】特開平５−２７２９４９号公報には予め形
状を光学的あるいは機械的に測定した基板より、レーザ
ー光源とラインセンサーを組み合わせた光学変位計等を
組み込んだ光学式マルチラインによる光線追跡法で光を
研磨済ガラス基板の研磨面に照射したときの反射像の濃
淡のパターンを予測するガラス基板の研磨面の表面凹凸
を測定する方法が開示されている。

【００１０】特開平７−１２８０３２号公報にはガラス
基板の裏面反射を防ぐため紫外線を基板に照射し、蛍光
体を塗布したスクリーンに反射像を投影させカメラで撮
像後、画像処理する液晶ディスプレイ用ガラス基板の表
面うねりを検査する方法が開示されている。

【００１１】特開平９−１５２３１８号公報には紫外線
を基板測定面に照射しバンドパスフィルターを通して３
１３ｎｍ付近の紫外光だけをイメージセンサーに導くよ
うにし光強度を演算処理する液晶ディスプレイ用ガラス
基板の表面を検査する方法が開示されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】表面粗さ計によるガラ
ス基板の表面凹凸の検査方法、ナトリウムランプと光学
定盤を用いたニュートンの干渉縞によるガラス基板の表
面凹凸の検査方法は接触法であり、例えば液晶ディスプ
レイ用ガラス基板としての表面平滑性を得るために研磨
されたガラス基板の研磨面の表面凹凸を検査し、検査合
格したガラス基板を製品として出荷する出荷検査方法と
するには、検査時にガラス基板表面にキズがつくため不
向であるという問題点があった。

【００１３】特開平１−２１２３３８号公報に示される
測定装置は、ガラス基板への光の入射角が７０°〜８５
°の範囲にあるので、ガラス基板内へ進入した光の裏面
でのガラス基板内反射による影響が避けられず、測定面
である表面側の表面凹凸を正確に測定できないという問
題点があった。

【００１４】また、特開平５−２７２９４９号公報に示
される方法では、ガラス基板内に進入した光のガラス基
板の裏面でのガラス基板内反射について考慮されていな
いという問題点があった。

【００１５】また、特開平７−１２８０３２号公報、特
開平９−１５２３１８号公報に示される方法では、ガラ
ス基板内での裏面反射は防ぐことはできても、光源に特
殊な短波長紫外線を用いる必要があり、目に見えない紫
外線を照射するので目や皮膚を痛めないように取り扱い
に注意が必要である。

【００１６】上記の公報に開示されているいずれの方法
も、装置、例えばＣＣＤカメラ、演算装置、レーザー光
源、光学式マルチライン、紫外線照射装置、画像処理装
置、バンドパスフィルター、イメージセンサー等を使用
するものであり装置が高価であるという問題点がある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するためになされたものであり、安価な通常の光源
とスクリーンを使用してガラス基板内へ進入した光の裏
面反射による影響を防ぎ、光源よりの平行光をガラス基
板表面に照射して表面よりの反射光をスクリーンに投影
し反射像を得、ガラス基板の表面凹凸により反射像に明
暗として発生する濃淡縞を観察し、ガラス基板に対して
光源より照射される平行光の入射角度を変化させて濃淡
が消失する際の入射角度を測定することにより、ガラス
基板表面の表面凹凸を簡便に検査することを目的とす
る。

【００１８】本発明の検査方法で使用される光源は高照
度であって、光源より照射される光は拡散しない平行光
であることが望ましい。光が拡散するとスクリーンに映
し出されるガラス基板表面の反射像が大きくなり不鮮明
となり濃淡縞が観察できない。本発明の検査方法で使用
される光源は高照度で照射光が拡散しない光源であれば
よく、例えば、超高圧水銀灯等が使用できる。

【００１９】本発明はガラス基板の表面に光源よりの平
行光を斜め方向より照射し、該表面による反射光をスク
リーン上に投影し得られた反射像により該ガラス基板の
表面凹凸を検査する方法において、水蒸気発生装置上に
表面凹凸の検査面を上にしてガラス基板を載置して、該
検査面の裏面側に水蒸気発生装置よりの水蒸気による微
細な水滴を付着させた状態で、光源よりの平行光を検査
面側よりガラス基板に照射し、検査面で反射した反射光
をスクリーン上に投影させて反射像とし、反射像に検査
面の表面凹凸により発生する濃淡縞を得、平行光のガラ
ス基板に対する入射角度を変化させて濃淡縞の消失する
際の入射角度を測定することを特徴とするガラス基板の
表面凹凸の検査方法である。

【００２０】ガラス基板の検査面に対し光を斜めから照
射し、反射像をスクリーンに投影して得られた反射像の
濃淡縞は検査面の反射のみでなく検査面の裏面によるガ
ラス基板内の反射もあるために、検査面の表面凹凸だけ
でなく裏面の表面凹凸も濃淡縞に影響する。したがっ
て、検査対象であるガラス基板の検査面の表面凹凸のみ
を検出するには、裏面側の反射を効果的に防止すること
が必要であり、その手段として裏面が光を散乱する状態
にすることが考えられる。

【００２１】本発明者らは裏面が光を散乱する方法とし
て、裏面に塗料を塗る、または洗剤等の粘度の高い液を
塗ること等を考案し実行してみたが、散乱の効果がある
ものの、検査後に裏面に塗りつけられた塗料、洗剤等を
完全に洗浄除去することが困難であった。

【００２２】本発明者らは鋭意検討した結果、水蒸気発
生装置、例えば温水の入った恒温槽上にガラス基板を検
査面を上にして載置すると、入射光を散乱させたい裏面
側に水蒸気の凝縮による微細な水滴が付着し、入射光が
裏面側で散乱することが判った。

【００２３】検査手順は、温水の入った恒温槽上に検査
面を上にしてガラス基板を載置し、検査面の裏面側に温
水よりの水蒸気の凝縮による微細な水滴を付着させた状
態で、光源より照射される平行光を検査面側に斜めにガ
ラス基板全面に照射し、その反射光をスクリーン上に投
影させ反射像を得、ガラス基板の検査面の表面凹凸によ
る明暗として発生する濃淡縞より検査面の表面凹凸の程
度を評価する。詳しくは光源より照射される平行光をガ
ラス基板表面に照射し、反射光をスクリーンに投影した
場合に反射像に生じる濃淡縞には、平行光のガラス基板
に対する入射角度を大きくすると濃淡縞がはっきりし、
逆に小さくすると濃淡縞が薄くなるという現象があり、
ガラス基板を載置している台に対して設けられている角
度計を用いて濃淡縞の濃淡が無くなる、即ち濃淡縞が消
失する際の入射角度を読みとり測定値とした。

【００２４】本検査方法を用いるとガラス基板の検査面
に何も接触しないために、検査面にキズがつく恐れが無
く、また、検査面の裏面側に付着するのが水であるため
に検査後の洗浄が不要もしくは簡単な洗浄でよいので、
検査後の処理が簡便である。

【００２５】水蒸気によるガラス基板への微細な水滴の
付着速度は、水蒸気発生装置である恒温槽中の温水の温
度設定を変えることでコントロールできる。

【００２６】更にスクリーン上に投影されたガラス基板
の反射像にガラス基板の表面凹凸により発生する濃淡縞
を目視観察しながら、ガラス基板を動かしスクリーン上
に投影されたガラス基板の表面凹凸に起因する濃淡縞が
消失する際の、光源より照射された平行光のガラス基板
に対する入射角度を測定するだけなので検査方法が簡便
であり検査時間が少なくて済む。

【００２７】濃淡縞が消失する際の平行光のガラス基板
に対する入射角度より評価したガラス基板の表面凹凸の
検査結果と従来のナトリウムランプと光学定盤を用いた
ニュートンの干渉縞による基板検査面の凹凸の検査結果
に強い相関が見られた。

【００２８】本検査方法は、検査結果に対するガラス基
板の裏面の反射の影響を、裏面に付着した微細な水滴に
より光を散乱させて裏面での反射をなくすことで対策し
たものであり、ガラス基板の片面のみの表面凹凸を検査
できる。即ち、研磨加工の有無に関係なく検査できるの
で、片面研磨ガラス基板、両面研磨ガラス基板および無
研磨ガラス基板等のガラス基板の片面のみの表面凹凸を
検査することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１に本発明の水蒸気を用いる検
査方法に使用する検査装置の側面図を示す。水蒸気発生
装置である、ヒーター５によって暖めることが可能な温
水の入った恒温槽６上に自転軸７を中心に自転自在なガ
ラス基板１の支持枠８を設け支持枠８上にガラス基板１
を検査面を上にして載置して、恒温槽６から発生した水
蒸気を該検査面の裏面側に凝縮させて水滴を付着させた
後、光源である超高圧水銀灯２を点灯させて、水平にガ
ラス基板１の全面に平行光を照射し、反射光を液面９お
よび光源の光軸に対し垂直に立てた白色のスクリーン３
上に投影し反射像とし、ガラス基板１の検査面の表面凹
凸による濃淡縞を得た。支持枠８を自転軸７を中心に動
かし、ガラス基板１に対する平行光の入射角度ａを大き
くすると濃淡の強度がアップし、逆に小さくすると濃淡
の強度はダウンした。そこで、恒温槽６の一端に設けら
れている角度計４で濃淡縞が消失する際の平行光の入射
角度ａを測定し、ガラス基板の検査面の表面凹凸の指標
とした。

【００３０】水蒸気発生装置は温水の入った恒温槽が温
水の温度をヒーター等の加熱手段により調整することで
水蒸気の発生量を制御できるので好ましいが、水蒸気が
発生すれば本検査方法にしよう可能なので、加熱により
水蒸気を発生させる加湿器、超音波により水蒸気を発生
させる加湿器等も使用することが可能である。

【００３１】

【実施例】光学定盤の上に片面研磨ガラス基板を研磨面
を下にして載置しナトリウムランプの光を照射しニュ−
トンの干渉縞を発生させて該ガラス基板の研磨面の表面
凹凸の評価を行い、研磨面の表面凹凸の程度の異なる片
面研磨済ガラス基板５種類、各々５枚、計２５枚を用意
した。高精度の液晶ディスプレイ基板用として使用可、
使用不可の判定は、液晶セルにセル組みした場合不具合
が生じない下限としての限度見本であるガラス基板で行
った。表面凹凸の程度はＡ極めて良好、Ｂ良好、Ｃ使用
可、Ｄ限度見本と比較しギリギリ使用可、Ｅ使用不可で
ある。

【００３２】ナトリウムランプと光学定盤により評価し
た研磨面の表面凹凸の程度がＡ〜Ｅである、即ち表面凹
凸の程度の異なるＡ〜Ｅ各々５枚、計２５枚の前述の片
面研磨ガラス基板を、図１に示す装置を用いて本発明の
検査方法で研磨面の表面凹凸を再評価し、評価結果を比
較した。

【００３３】水蒸気発生装置、即ちヒーターによって暖
めることが可能な温水の入った恒温槽６上に自転軸７を
中心に自転可能なガラス基板１の支持枠８を設け、前述
の２５枚のガラス基板を１枚づつ検査した。検査手順は
検査面である研磨面を上にして支持枠８上に載置し、温
水より発生した水蒸気をガラス基板１の検査面である研
磨面の反対側の裏面に水蒸気を凝縮して微細な水滴を付
着させた後、光源である超高圧水銀灯２を点灯させて水
平にガラス基板１の研磨面に平行光を照射し、白色のス
クリーン３上に反射光を投影し観察される反射像の濃淡
縞が消失する際の平行光の入射角度ａを測定した。

【００３４】ニュートンの干渉縞によるガラス基板の表
面凹凸の検査結果と本発明の検査方法による表面凹凸の
検査結果の比較を表１に示す。表１に示すように、光学
定盤上に置いたガラス基板に対してのナトリウムランプ
の照射による基板表面に表れるニュートンの干渉縞によ
る基板表面の表面凹凸のランクＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅと本
発明の水蒸気を用いる検査方法により測定した濃淡縞の
消失する際の平行光の入射角度には明らかな相関のある
ことが判った。そこで表１の結果より濃淡縞の消失する
ガラス基板に対する平行光の入射角度を測定することに
よって、ガラス基板の表面凹凸の検査が行えることが判
った。

【００３５】詳しくは表１に示すように表面凹凸が程度
Ａ、極めて良好であるガラス基板５枚に対しての本発明
の検査方法により測定した濃淡縞の消失する際のガラス
基板に対する平行光の入射角度は１８°が３枚、１９°
が２枚であり極めて小さな角度であった。次いで本発明
の検査方法により測定した濃淡縞の消失する際のガラス
基板に対する平行光の入射角度は表面凹凸が程度Ｂ、良
好であるガラス基板５枚に対して１９°が１枚、２０°
が２枚、２１°が１枚、２２°が１枚であり小さな角度
であった。表面凹凸が程度Ｃ、使用可であるガラス基板
５枚に対して濃淡縞の消失する際のガラス基板に対する
平行光の入射角度は２１°が１枚、２２°が２枚２３°
が１枚、２４°が１枚であった。表面凹凸が程度Ｄ、限
度見本と比較しギリギリ使用可であるガラス基板５枚に
対しての濃淡縞の消失するガラス基板に対する平行光の
入射角度は２４°が１枚、２５°が３枚、２６°が１枚
であった。表面凹凸が程度Ｅ、使用不可であるガラス基
板５枚に対しての濃淡縞の消失する際のガラス基板に対
する平行光の入射角度は２６°が１枚、２７°が１枚、
２８°が３枚であり大きな角度であり、ニュートンの干
渉縞ランクと本検査方法による濃淡縞の消失する際の平
行光の入射角度には明らかな相関が見られた。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【発明の効果】本発明による検査方法を用いると、検査
装置が安価で済み、検査方法が簡便であるので検査時間
が少なくて済み工数が削減でき、ガラス基板の検査面の
表面凹凸を非接触で測定できるためキズなどの不良が発
生しないので、検査後の基板を製品として出荷でき工程
歩留まりがアップする。

【００３８】本発明による検査方法を用いると、研磨加
工の有無に関係なく片面研磨ガラス基板、両面研磨ガラ
ス基板および無研磨ガラス基板等のガラス基板の片面の
みの表面凹凸を検査することができる。

【００３９】また、ガラス基板の表面凹凸の検査結果
を、ガラス基板表面で反射した平行光をスクリーン上に
投影した際に反射像に見られる濃淡縞が無くなる際のガ
ラス基板に対する平行光の入射角度として数値化できる
ため、評価が行いやすく検査結果の信頼性がアップす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガラス基板の表面凹凸の検査方法に使
用する検査装置の側面図。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ 超高圧水銀灯 ３ スクリーン ４ 角度計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA49 BB01 BB22 CC21 FF41 GG03 HH03 HH12 HH18 2G051 AA73 AB20 BA20 CA11 CB01 EB01 EB02 EC06

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラス基板の表面に光源よりの平行光を斜
   め方向より照射し、該表面による反射光をスクリーン上
   に投影し得られた反射像により該ガラス基板の表面凹凸
   を検査する方法において、水蒸気発生装置上に表面凹凸
   の検査面を上にしてガラス基板を載置して、該検査面の
   裏面側に水蒸気発生装置よりの水蒸気による微細な水滴
   を付着させた状態で、光源よりの平行光を検査面側より
   ガラス基板に照射し、検査面で反射した反射光をスクリ
   ーン上に投影させて反射像とし、反射像に検査面の表面
   凹凸により発生する濃淡縞を得、平行光のガラス基板に
   対する入射角度を変化させて濃淡縞の消失する際の入射
   角度を測定することを特徴とするガラス基板の表面凹凸
   の検査方法。