JP2008241469A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学異方性をもつ薄膜を成膜したシートを走行させながら、薄膜中の欠陥部によって幅方向に偏りをもって放射される変調光を高精度に検出する。
【解決手段】光源３からの拡散光を偏光子４で直線偏光に変換して位相差フイルム２の検査光に用いる。凸レンズ６と光学系９及び絞り２８により、物体側でテレセントリックとなる結像光学系を構成する。位相差補償膜２に欠陥部Ｘが存在すると、その部分からの変調光Ｓが検光子７を通ってラインセンサ１０に結像される。変調光Ｓが位相差フイルム２の幅方向に偏った分布をもつことに対応して絞り２８の開口を光軸Ｐに関して非対称にし、変調光Ｓの検出感度を高める。
【選択図】図３

Description

本発明は、ベースシートに塗布された薄膜中に存在する欠陥を光学的に検査する装置に関するもので、詳しくは光学異方性をもつ薄膜中の欠陥を検出する上で効果的な欠陥検査装置に関するものである。

液晶ディスプレイはテレビジョン受像機や携帯電話機の表示パネルなどに広く利用されているが、ＴＮ液晶やＳＴＮ液晶のように液晶分子のねじれ配向を利用した液晶ディスプレイは適正に観察できる視野角が狭く、斜め方向から見たときに表示画像が見にくくなるという欠点がある。この欠点を解決するために位相差フイルムが商品化され、これを液晶ディスプレイの表示画面に積層することによって視野角が大幅に改善されることが知られている。

上述した位相差フイルムは、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フイルムなどの透明な支持体上に液状の光学異方性材料を塗布し乾燥させることによって製造される。光学異方性材料には例えばディスコティック液晶が用いられ、使用対象となる液晶パネルの種類に応じた配向をもつように製膜される。こうして製造された位相差フイルムは、特許文献１で知られるような検査装置により光学的に検査され、製膜された位相差補償膜に欠陥が生じていないか否かが検査される。
特開平１１−２８１５８７号公報

特許文献１記載の光学検査装置の概略を図６に示す。位相差フイルム２は透明な支持体２ａの表面に位相差補償膜２ｂを製膜したもので、この位相差フイルム２は紙面と垂直な方向に一定の速さで送られる。位相差フイルム２の裏面側に光源３と偏光子４とからなる照明系が設置され、位相差フイルム２の裏面側から検査光を照射する。光源３は白色の拡散光を放射し、この拡散光は偏光子４を通過するときに直線偏光光となって位相差フイルム２を裏面から照明する。

位相差フイルム２の表面側には、凸レンズ６、検光子７、ラインセンサカメラ８からなる測定光学系が設置され、凸レンズ６はラインセンサカメラ８の光学系９と協同して物体側でテレセントリック系となるように構成されている。偏光子４に対して検光子７はクロスニコル配置され、位相差補償膜２ｂに欠陥がなければ位相差フイルム２を通過した直線偏光光（検査光）は凸レンズ６を通った後に検光子７でそのほとんどが遮断され、ラインセンサカメラ８から有意の光電信号が得られることはない。なお、位相差フイルム２が広幅で一対の照明系と測定光学系だけではカバーしきれない場合には、例えば照明系は位相差フイルム２の全幅に対応できるように大きくし、測定光学系については位相差フイルム２の幅方向に複数対並列させて各々の測定光学系で位相差フイルム２を幅方向に分けて測定すればよい。

位相差補償膜２ｂの製膜工程中の異常により欠陥部が生じ、光学異方性材料の配向方向に部分的な乱れが現れると、位相差補償膜２ｂを検査光が通過するときに直線偏光光が変調を受け、例えば楕円偏光のように直線偏光以外の偏光成分をもつ変調光が検査光に含まれるようになる。こうした変調光は検光子７で遮断することができないため、変調光はさらにラインセンサカメラ８の光学系９を通ってラインセンサ１０に入射する。凸レンズ６と光学系９とはテレセントリックな結像光学系を構成しているから、欠陥部からの変調光はラインセンサ１０の光電面上に輝点として結像され、その結像位置は位相差フイルム２の幅方向での位置に精確に対応する。したがってこの検査装置を用いることによって、位相差フイルム２を連続的に走行させながらリアルタイムで欠陥部の有無を識別し、さらに欠陥部の幅方向での位置を測定することも可能となる。

ところで位相差フイルムに生じる欠陥部、殊に位相差補償膜がもつ光学異方性に起因する特有のものとして、変調光を空間的な偏りをもって放射させる欠陥部が生じることがある。図７はその様子を表すもので、同図（Ａ）に示すように、位相差フイルム２の走行方向を紙面に対して垂直にとったとき、位相差フイルム２の幅方向の一方の側に変調光Ｓが偏って放射される欠陥部Ｘがある。また、位相差フイルム２の走行方向を紙面と平行に図示した同図（Ｂ）に示すように、この欠陥部Ｘからの変調光Ｓは位相差フイルム２の走行方向に関しては偏りなく放射される。

このような欠陥部Ｘの有無は図６に示す従来装置でも検査可能であるが、ＳＮ比を高くとれないという難点がある。というのは、偏光子４による直線偏光光への変換効率や、偏光子４に対してクロスニコル配置された検光子７による直線偏光光の遮断効率は必ずしも１００％ではない。このため、仮に位相差フイルム２に上述のような欠陥部Ｘが存在しない場合であっても、位相差フイルム２から出射する検査光の一部がラインセンサ１０に入射してしまい、ラインセンサ１０からの光電信号出力は定常的なノイズ成分を含むものとなる。したがって、欠陥部Ｘによる変調光がラインセンサ１０に入射したときには、変調光の入射に伴う欠陥信号がノイズ成分に重畳されることになるため、欠陥信号のレベルがノイズ成分の信号レベルよりも十分に大きければ欠陥部Ｘの検出は可能になるが、位相差フイルム２の品質をより向上させるために、より低レベルの欠陥信号でもノイズ成分から弁別して検出したいという要請に対しては対応が難しい。

本発明は上記背景を考慮してなされたもので、従来装置の測定光学系を大きく変更することなく、またラインセンサカメラを含む電気的構成や信号処理系を何ら複雑化させることなく、位相差フイルムの位相差補償膜に含まれる欠陥部の存在を精度よく検出することができるようにした検査装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、光学異方性をもつ薄膜を透明な支持体上に製膜した帯状のシートを走行させ、偏光子を通した拡散光で前記シートの一方の面を照明し、前記シートの他方の面から出射した検査光を前記偏光子に対してクロスニコル配置された検光子及び結像光学系を介して前記シートの幅方向に画素の配列方向を合わせたラインセンサ上に結像させ、このラインセンサから得られる光電信号に基づいて前記薄膜に欠陥部が存在するか否かを検査するにあたり、前記結像光学系を物体側でテレセントリックな光学系で構成するとともに、この物体側テレセントリック光学系の絞りの開口を前記シートの幅方向に関して非対称にしたことを特徴とする。

また、前記検光子、物体側テレセントリック光学系及びラインセンサからなる測定光学系を前記シートの幅方向に複数個並べて配置し、各々の測定光学系が前記シートの幅方向の異なる領域を検査する構成を採ることによって、測定光学系を大型化させることなく広幅のシートをその全幅にわたって検査することができる。物体側テレセントリック光学系の絞り開口を前記シートの幅方向に関して光軸の片側だけに設けることも可能である。

本発明によれば、光学異方性をもつ薄膜に存在する欠陥部の影響により、検査光が変調を受けてシートの幅方向の片側に偏って放射されるときに、特に検査用の測定光学系に大幅な変更を加えることなく、欠陥部からの変調光をノイズ光と弁別して高感度に検出することができるようになり、検査精度を高めることが可能となる。

本発明を適用した検査装置２０は、図１に示すように、透明な支持体２ａに位相差補償膜２ｂを製膜する製膜装置２１の下流側に設けられ、製膜工程で異常が発生していないかをリアルタイムで監視する目的で用いられている。製膜装置２１は、一定の速さで矢印Ｙ方向に走行する透明な支持体２ａの表面に液状のディスコティック液晶を一定の配向に揃えながら塗布して乾燥処理する。こうして製膜された位相差補償膜２ｂに欠陥部、特に製膜装置２１の内部処理工程に起因する特有の欠陥部が生じると、図７（Ａ），（Ｂ）に示すような独特の変調光Ｓが現れるようになるが、この種の欠陥部の有無が検査装置２０によって検査される。検査装置２０は、白色の拡散光を放射する光源３と偏光子４とからなる照明系２４と、位相差フイルム２の表面に対面させた凸レンズ６、検光子７、ラインセンサカメラ８とからなる測定光学系２５で構成されている。

図２に示すように、凸レンズ６は平面形状が位相差フイルム２の幅方向に細長い矩形状をしており、共通の支持プレート６ａ上に５個保持されている。各々の凸レンズ６に対応して検光子７が設けられ、さらに検光子７を通った検査光を撮影するラインセンサカメラ８がそれぞれ設けられる。これらの測定光学系２５は、位相差フイルム２を幅方向に５つの領域に分割して個別に欠陥部の有無を検査する。また、図示のように測定光学系２５をひとつおきに位相差フイルム２の走行方向にずらしておくことによって、全体の設置スペースを節約することができる。なお、位相差フイルム２の幅方向に関してその監視範囲が欠けることがないように、隣接し合う測定光学系２５の検査範囲を幅方向で一部オーバーラップさせておくのがよい。

位相差フイルム２の走行方向を紙面と垂直な方向にしたときの上記測定光学系２５の構成を図３に示す。測定光学系２５は、凸レンズ６と検光子７とラインセンサカメラ８とからなり、凸レンズ６はラインセンサカメラ８の光学系９と協同して主光線が集束する面に絞り２８を有する物体側テレセントリック系を構成している。このため、位相差フイルム２の表面の各点からの主光線はすべて光軸Ｐと平行に凸レンズ６に入射し、絞り２８の位置で光軸Ｐと交差してラインセンサ１０に達する。ラインセンサ１０の画素の配列方向は位相差フイルム２の幅方向に一致しており、したがって位相差フイルム２の幅方向の各点から出射した検査光はそれぞれラインセンサ１０の異なる画素位置に結像される。

上記測定光学系２５で特徴的な点のひとつは、物体側テレセントリック系の絞り２８が、図４（Ａ）に示すように位相差フイルム２の幅方向で光軸Ｐに関して非対称な開口２８ａをもつことにある。同様の意味で、図４（Ｂ）の開口２８ｂを用いたり、さらには同図（Ｃ）に示すように絞り２８に代えて光軸Ｐの片側だけを遮蔽するマスク２９を用いたりすることも可能である。また、光軸Ｐに関して位相差フイルム２の幅方向のいずれの側で絞り２８の開口を大きくするかは、図７（Ａ）に示すように変調光Ｓの偏り方向に応じて決められる。

ラインセンサ１０はＣＣＤによる電荷転送機能を備え、駆動回路２９からの駆動パルスを受けることによって、画素ごとに得た光電信号を信号処理回路３０に順次に出力する。信号処理回路３０は、測定に悪影響を及ぼす周波数帯域の信号を遮断するバンドパスフィルタ３１と、バンドパスフィルタ３１から出力された測定に有意な光電信号を予め設定した閾値に基づいて二値化する二値化回路３２を備え、この二値化回路３２で抽出された信号が欠陥信号として出力される。

以下、本発明装置の作用について説明する。図３に示すように、位相差フイルム２が紙面と垂直方向に走行するとき、位相差補償膜２ｂに図７（Ａ），（Ｂ）に示すような欠陥部Ｘが全く存在しなかった場合には、位相差フイルム２の裏面を照射する検査光に変調が加わることがない。したがって、偏光子４で直線偏光に変換された検査光はそのまま測定光学系２５の凸レンズ６を通って検光子７に達する。検光子７は偏光子４に対してクロスニコル配置となっているから、検査光はラインセンサカメラ８に入射する前に検光子７で遮断され、ラインセンサ１０から有意の光電信号が出力されることはない。

一方、位相差補償膜２ｂに図７に示す欠陥部Ｘが存在する場合には、図３にも示すように、偏光子４で直線偏光となった検査光が欠陥部Ｘで変調され、本来の直線偏光とは異なった偏光面をもった変調光Ｓが出射する。しかもこの変調光Ｓは、図示のように位相差フイルム２の幅方向右側に偏りをもって出射する。この変調光Ｓは、位相差補償膜２ｂの非欠陥部分を通過した正常な検査光とともに凸レンズ６に入射して検光子７に至る。

そして、変調を受けていない非欠陥部分からの検査光は前述のように検光子７で遮断されるが、変調光Ｓは検光子７で遮断できない偏光面となっているため、検光子７を通過してラインセンサカメラ８の光学系９、絞り２８を通ってラインセンサ１０上に結像される。変調光Ｓの結像位置は位相差フイルム２の幅方向における欠陥部Ｘの位置に一対一に対応するから、ラインセンサ１０からの光電信号に基づき、位相差フイルム２の幅方向のどの位置に欠陥部Ｘが存在しているかを識別することができる。

ところで、図４（Ａ）に示すように、位相差フイルム２の幅方向で絞り２８の開口２８ａは変調光Ｓが多く放射される側で大きく、逆側で小さくなるように光軸Ｐに関して非対称にしてあるため、変調光Ｓが少ない側では変調光Ｓは絞り２８によって制限されラインセンサ１０に入射しない。したがって、光軸Ｐに関して位相差フイルム２の幅方向で対称となる通常の絞りを用いた場合と較べ、ラインセンサ１０に入射する変調光Ｓの光量はわずかながら小さくなる。しかしながら、非対称な開口２８ａをもつ絞り２８を用いることにより、位相差フイルム２から方向性なく放射されるノイズ光は絞り開口を小さくした分だけ光量が低下するため、図５に示すように相対的に欠陥部Ｘから出射する変調光Ｓの検出精度を高めることが可能となる。

図５は、二値化回路３２に入力される出力信号レベルの変化を位相差フイルム２の幅方向位置に対応させて表したもので、光軸Ｐに関して対称な通常の絞りを用いたときの出力信号Ｋ１と、上記絞り２８を用いたときの出力信号Ｋ２とを対比して示してある。位相差フイルム２の幅方向の「Ｗ０〜Ｗ１」と「Ｗ２〜Ｗ３」の範囲は欠陥部Ｘのない非欠陥範囲で、「Ｗ１〜Ｗ２」と「Ｗ３〜Ｗ４」の範囲には欠陥部Ｘが存在している。そして二値化回路３２は、これらの出力信号Ｋ１，Ｋ２の信号レベルが閾値Ｌ１，Ｌ２を越えたときに欠陥信号を出力する。

光軸Ｐに関して対称な開口形状をもつ通常の絞りを用いた場合には、出力信号Ｋ１に表されるように非欠陥範囲「Ｗ０〜Ｗ１」と「Ｗ２〜Ｗ３」での信号レベルが高くなり、範囲「Ｗ１〜Ｗ２」の欠陥部Ｘの存在は閾値Ｌ１で検出できるものの、範囲「Ｗ３〜Ｗ４」の欠陥部Ｘは検出しにくくなっている。閾値Ｌ１のレベルを図示位置よりも低く設定すれば、範囲「Ｗ３〜Ｗ４」の欠陥部Ｘも検出できそうであるが、そうすると非欠陥範囲「Ｗ０〜Ｗ１」，「Ｗ２〜Ｗ３」からの出力信号レベルが外乱などによりわずかに変動しただけでこの範囲からも欠陥信号が出力され、動作が著しく不安定になる。したがって、閾値Ｌ１を図示のように高めに設定しなければならず検査精度の低下が避けられない。

これに対し、光軸Ｐに関して非対称な開口形状をもつ絞り２８を用いた場合には、非欠陥範囲からの出力信号レベルがほぼ半減し、しかも欠陥部Ｘの存在により位相差フイルム２から幅方向に偏って出射される変調光Ｓについては、そのほとんどを図３に破線ハッチングを施した光路内に捕捉してラインセンサ１０に入射させることができる。したがって出力信号Ｋ２に表されるように、欠陥部Ｘからの信号レベルをほとんど低下させることなく非欠陥範囲からの信号レベルを低く抑えることができ、閾値Ｌ２の設定により「Ｗ１〜Ｗ２」と「Ｗ３〜Ｗ４」の範囲に存在する陥部Ｘを的確に識別することができる。また、欠陥部Ｘによる出力信号のピーク位置は変動することがないから、欠陥部Ｘの幅方向置も正確に把握することができる。

上記の測定光学系２５を図２に示すように５台配置し、位相差フイルム２を連続的に矢印Ｙ方向に走行させながら欠陥信号の有無を監視することによって、製膜装置２１が正常な工程処理を行っているかをリアルタイムで確認することができる。いずれかの測定光学系２５により欠陥部Ｘの存在が検出されたときには、その時点で製膜装置２１への支持体２ａの供給を停止し、欠陥部Ｘの幅方向における位置に基づいて製膜装置２１の点検・修理を行えばよい。

なお、物体側でテレセントリックな結像光学系により位相差フイルム２の表面をラインセンサ１０で撮影するため、位相差フイルム２の走行時に凸レンズ６との間隔が多少変動したとしても検査精度にはほとんど影響を及ぼすことがない。さらに欠陥部Ｘの幅方向位置の測定精度を向上させるには、図３に示すように、光学系９に色消しレンズ９ａを用いることによって、色収差による結像性能の劣化を防ぐことも効果的である。

本発明装置は必ずしも位相差フイルムの検査だけでなく、一方の面に直線偏光となった検査光を照射したとき、光学異方性をもつ薄膜内の欠陥部によって検査対象物の走行方向に対して垂直な面内（幅方向）で変調光が片側に偏って放射されるようなシートあるいはパネルであれば同様に適用可能である。さらに、光学異方性をもつ薄膜としては有機系のものだけでなく、例えば蒸着やスパッタリングで成膜した無機系の薄膜でもよい。

本発明装置を用いた位相差フイルムの走行経路を示す概略図である。 位相差フイルムに対する凸レンズ配置の説明図である。 測定光学系を示す概略図である。 絞りの開口形状を示す概略図である。 欠陥信号の識別に用いられる出力信号の一例を示す波形図である。 従来装置の概略図である。 欠陥部から放射される変調光の説明図である。

符号の説明

２ 位相差フイルム
３ 光源
４ 偏光子
６ 凸レンズ
７ 検光子
８ ラインセンサカメラ
１０ ラインセンサ
２４ 照明系
２５ 測定光学系
２８ 絞り

Claims (3)

1. 透明な支持体上に光学異方性をもつ薄膜を形成した帯状のシートを走行させ、その一方の面に検査光を照射し、その他方の面から出射した検査光を監視して前記薄膜に欠陥部が存在するか否かを検査する欠陥検査装置において、
   拡散光を放射する光源及び、前記拡散光を直線偏光に変換する偏光子を備え、前記偏光子を通った光を前記検査光として前記シートの一方の面に照射する照明系と、
   前記シートの他方の面から出射した検査光を前記シートの幅方向に画素の配列方向を合わせたラインセンサ上に結像させる物体側でテレセントリックな結像光学系及び、前記シートの他方の面と前記ラインセンサとの間に設けられ前記偏光子に対してクロスニコル配置された検光子を備えた測定光学系とを有し、
   前記結像光学系の絞りの開口を前記シートの幅方向で光軸に関して非対称にしたことを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記絞りの開口が、前記シートの幅方向に関して光軸の片側だけに設けられていることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。
3. 前記測定光学系が前記シートの幅方向に複数個並べて配置され、これらの測定光学系が前記シートの幅方向の異なる領域をそれぞれ検査することを特徴とする請求項１または２記載の欠陥検査装置。
   
   

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