JP2009270909A - シート体の検査装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シート体の欠陥の高精度の検出が可能で、特にカラーフィルター、絶縁用セパレータ、グリーンシート等の光透過性を有するシート体の検査に好適なシート体の検査装置及び方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明のシート体の検査装置は、レーザー光線を出射する光源と、光源から出射されるレーザー光線の焦点を検査対象であるシート体表面近傍に合わせるレンズ光学系と、シート体裏面からの透過光を受光する光検出器とを備え、光検出器で得られた直接光成分以外の成分強度情報に基づいて欠陥を検出するシート体の検査装置である。シート体表面に略垂直にレーザー光線を照射するとよい。光検出器とシート体裏面との間にシート体裏面からの直接光成分を遮蔽するマスクを備えるとよい。シート体を設置するテーブルと、シート体表面に照射されるレーザー光線の位置を相対的に移動させる走査手段とを備えるとよい。
【選択図】図２

Description

本発明は、シート体の検査装置及び方法に関し、詳細には積層型電子部品の製造に用いるカラーフィルター、絶縁用セパレーター、グリーンシート、偏光シート等の検査に好適なシート体の検査装置及び方法に関するものである。

今日では、積層チップ型コンデンサ、積層チップインダクタ、積層トランス等の積層型電子部品や、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）などの構成材料として、カラーフィルター、絶縁用セパレーター、グリーンシート、偏光シートなどの薄いシート体が使用されている。このカラーフィルターとは、ガラス基板上に積層される光遮断用のブラックマトリックス（ＢＭ）、ＲＧＢ（赤、緑、青）の三原色画素、画素保護膜及び作動電極透明導電膜の四部材からなる。絶縁用セパレーターは、カーボン系及び金属系に大別される。グリーンシートとは、セラミックス材料を有機バインダーでシート状に成形したものであり、通常は合成樹脂製のキャリアフィルム上に成形されている。かかるシート体が使用される電子部品又は装置の小型化・高性能化に伴い、これらのシート体には高い表面平滑性や無欠陥性が要求されている。

シート体の表面欠陥を検出する従来の検査装置としては、（１）光源からレーザー光線を出射し、光ファイバー、凸レンズ及びシリンドリカルレンズによりレーザー光線を僅かな拡がり角を有する光線としてシート体表面に斜め方向から照射し、シート体表面からの反射光線をスクリーン上に投影し、光線密度の疎密に基づいて表面の起伏状態を検出する装置（例えば特開平５−９９６３９号公報等参照）や、（２）光源からシート体表面に光又はレーザー光線を照射し、光源の対向位置の受光センサーによりシート体を透過した光線を受光し、得られた光強度分布情報によりピンホール等の欠陥を検出する装置（例えば特開２００１−１８８０４８号公報、特開２００３−２７９４９６号公報等参照）が開発されている。

上記従来の検査装置（１）では、僅かな拡がり角を有するレーザー光線をシート体表面に斜め方向から照射し、反射光線の光線密度の疎密に基づいて検査することから、シート体表面の緩やかな凹凸や比較的大きな（ミリオーダー）キズ、欠け等の欠陥は検出できるが、比較的小さなキズ、欠け、ピンホール等の欠陥を検出することが困難である。

また、上記従来の検査装置（２）では、シート体の一方側から照射した光線の透過光の直接光を検出することから、直接光の光強度が大きく、キズ、ピンホール等の欠陥による変化が小さいため、ブラックマトリックス等の不透明層を有するシート体のピンホールの検出は可能であるが、シート体が透明又は半透明の場合には高精度の検査は困難であり、キズ、凹み、欠け、汚れ、曇り、濁り、ムラ、シミ等の欠陥の種類及びその程度の判別は不可能である。
特開平５−９９６３９号公報 特開２００１−１８８０４８号公報 特開２００３−２７９４９６号公報

本発明はこれらの不都合に鑑みてなされたものであり、シート体の欠陥の高精度の検出が可能であり、特にカラーフィルター、絶縁用セパレーター、グリーンシート、偏光シート等の光透過性を有するシート体の検査に好適なシート体の検査装置及び方法の提供を目的とするものである。

本発明者は、シート体にピンホール等の欠陥がある場合、このピンホール等を通過するレーザー光線に回折現象等が生じ、この回折現象等による直接光以外の周辺光成分のみを検出することで高精度の検査が可能になること、及びレーザー光線をシート体表面近傍に焦点させることでその回折現象等による周辺光成分が鮮明になることを見い出した。

その結果、上記課題を解決するためになされた発明は、
レーザー光線を出射する光源と、
光源から出射されるレーザー光線の焦点を検査対象であるシート体表面近傍に合わせるレンズ光学系と、
シート体裏面からの透過光を受光する光検出器とを備え、
光検出器で得られた直接光成分以外の成分強度情報に基づいて欠陥を検出するシート体の検査装置である。

当該シート体の検査装置は、エネルギー密度が大きく、欠陥による変化が小さい直接光成分を検査要素から除外し、欠陥による変化が顕著な直接光成分以外の成分（周辺光成分）の強度情報に基づいてシート体の欠陥を検出することから、比較的小さなキズ、欠け、ピンホール等の欠陥を検出することができ、さらに欠陥の種類及びその程度の判別が可能となる。また、当該シート体の検査装置は、回折現象等による周辺光成分のみに基づいて判断するため、シート体が透明又は半透明の場合でも高精度の検査が可能であり、カラーフィルター、絶縁用セパレーター、グリーンシート、偏光シート等の検査に好適となる。さらに、当該シート体の検査装置は、レンズ光学系によってレーザー光線をシート体表面近傍に焦点させることで、ピンホール等の欠陥周辺でのレーザー光線のエネルギー密度が高くなり、回折現象等による周辺光成分がより鮮明になる結果、シート体の検査精度を向上することができる。

当該シート体の検査装置は、光検出器で得られた直接光成分以外の成分強度情報に基づいてシート体の欠陥を判定する演算部を備えるとよい。このようにシート体の欠陥を判定する演算部を備えることで、シート体の欠陥を自動的に検出することができ、加えて欠陥の種別及び程度の判別の自動化が可能となる。

上記光源及びレンズ光学系によりシート体表面に略垂直にレーザー光線を照射するとよい。このようにシート体表面に略垂直にレーザー光線を照射することで、欠陥に起因する回折現象等が効果的に生じ、その回折現象等による周辺光成分の鮮明性がより促進される結果、シート体の検査精度をより向上することができる。

当該シート体の検査装置は、上記光検出器とシート体裏面との間に、シート体裏面からの透過光のうち直接光成分を遮蔽するマスクを備えるとよい。このように、光検出器の直前に直接光成分を遮蔽するマスクを備えることで、光検出器で受光する光線が周辺光成分のみとなり、その周辺光成分の強度の測定に精度の高いフォトダイオード、ＣｄＳセル等が使用できる結果、シート体の検査精度をより向上することができる。また、当該手段のように直接光成分を遮蔽するマスクを備えることで、光検出器で検出したデータに対する補正処理等が不要になり、検査速度をより向上することができる。

当該シート体の検査装置は、シート体を設置するテーブルと、シート体表面に照射されるレーザー光線の位置を相対的に移動させる走査手段とを備えるとよい。このように、シート体を設置するテーブルとレーザー光線の位置を相対的に移動させる走査手段とを備えることで、シート体全面を迅速に検査することができる。

また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、
光源からレーザー光線を出射する出射ステップと、
光源から出射されるレーザー光線の焦点を検査対象であるシート体表面近傍に合わせる合焦ステップと、
シート体裏面からの透過光のうち直接光成分以外の成分強度を取得する周辺光検出ステップと、
取得した直接光成分以外の成分強度情報に基づいてシート体の欠陥を検出する判定ステップと
を有するシート体の検査方法である。

当該シート体の検査方法は、上記検査装置と同様に、比較的小さなキズ、欠け、ピンホール等の欠陥を検出することができ、また欠陥の種類及びその程度の判別が可能となり、さらにシート体が透明又は半透明の場合でも高精度の検査が可能であり、カラーフィルター、絶縁用セパレーター、グリーンシート、偏光シート等の検査に好適となる。

ここで、「直接光」とは、シート体に対する入射光と透過光とが一直線になる光の成分を意味する。「シート体」とは、文字通りシート状のものを意味し、透明（半透明を含む）及び不透明の別や単層構造及び積層構造の別は問わない趣旨である。

以上説明したように、本発明のシート体の検査装置及び方法は、シート体の欠陥の検査精度及び検査速度が格段に促進され、特にカラーフィルター、絶縁用セパレーター、グリーンシート、偏光シート等の光透過性を有するシート体でも高精度の検査が可能となる。

以下、適宜図面を参照しつつ本発明の実施の形態を詳説する。図１は本発明の一実施形態に係るシート体の検査方法を示すフロー図、図２は図１の検査方法を実施するためのシート体の検査装置を示す概略構成図である。

図１のシート体の検査方法は、光源からレーザー光線を出射する出射ステップ（ＳＴＰ１）と、光源から出射されるレーザー光線の焦点を検査対象であるシート体の表面近傍に合わせる合焦ステップ（ＳＴＰ２）と、シート体裏面からの透過光のうち直接光成分以外の成分（周辺光成分）強度を取得する周辺光検出ステップ（ＳＴＰ３）と、取得した直接光成分以外の成分強度情報に基づいてシート体の欠陥を検出する判定ステップ（ＳＴＰ４）とを有している。

シート体にピンホールがある場合、このピンホールを通過するレーザー光線には回折現象が生じ、レーザー光線の直接光成分に加えて回折現象による周辺光成分が発生する。その他のキズ、凹み、欠け、凸部等の欠陥がある場合も、シート体を透過するレーザー光線に屈折、拡散等の現象が生じ、レーザー光線の直接光成分に加えて屈折現象等による周辺光成分が発生する。かかる回折現象等は透明なシート体でも同様に生じる。シート体の透過光のうち直接光成分を除外し、周辺光成分のみの光強度を検出することで高精度の検査が可能になり、さらに照射するレーザー光線をシート体表面近傍に焦点させることでその回折現象等による周辺光成分が鮮明になる。当該シート体の検査方法は、上述の原理を利用している。

つまり、当該シート体の検査方法は、シート体に照射したレーザー光線の透過光を観察するものであるが、その透過光のうちエネルギー密度が大きく欠陥による変化が小さい直接光成分を検査要素から除外し、欠陥による変化が顕著な周辺光成分の強度情報に基づいてシート体の欠陥を検出することから（ＳＴＰ３及びＳＴＰ４）、比較的小さなキズ、欠け、ピンホール等の欠陥を検出することができ、シート体が透明又は半透明の場合でも高精度の検査が可能であり、カラーフィルター、絶縁用セパレーター、グリーンシート、偏光シート等の検査に好適となる。さらに、当該シート体の検査方法は、レーザー光線をシート体表面近傍に焦点させることで（ＳＴＰ２）、ピンホール等の欠陥周辺でのレーザー光線のエネルギー密度が高くなり、回折現象等による周辺光成分が鮮明になる結果、シート体の検査精度を向上することができる。

図２のシート体の検査装置は、上記検査方法を実施し、検査対象であるシート体Ｘの欠陥を検査する装置である。当該シート体の検査装置は、具体的にはテーブル（図示しない）、光源１、レンズ光学系２、マスク３、光検出器４及び走査手段（図示しない）を主に備えている。

テーブルは、検査対象であるシート体Ｘを設置するものである。このテーブルの具体的な構造は、特に限定されず、例えばレーザー光線を透過する透明板や、レーザー光線の照射位置にスリット等の開口部を設けた台などが採用される。

光源１は、レーザー光線を出射するものである。この光源１の位置は、図２に例示しているようにシート体Ｘの表面にレーザー光線を略垂直に照射するようシート体Ｘの表面の法線方向に設置してもよく、他の箇所に設置して光ファイバー、ライトガイド等によりレーザー光線をシート体Ｘの表面に略垂直に導いてもよい。

光源１の種類は、特に限定されるものではなく、例えばＹＡＧレーザー、ルビーレーザー等の個体レーザー、ＧａＡｓ等の半導体レーザー、色素レーザー等の液体レーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザー、Ａｒレーザー、エキシマレーザー、ＣＯ_２レーザー等の気体レーザーが使用される。中でも、光源１の種類としては、ピンホール等の欠陥での回折現象等を大きくする観点から波長が比較的長いＨｅ−Ｎｅレーザー、半導体レーザー等が好ましく、装置の簡易化及び当該表面検査に見合った出力を考慮するとＨｅ−Ｎｅレーザーが特に好ましい。同様の観点から、光源１のレーザー光線の具体的な波長としては、０．５μｍ以上１１μｍ以下が好ましく、０．６３μｍ以上１．６３μｍ以下が特に好ましい。

レンズ光学系２は、光源１から出射されるレーザー光線の焦点を検査対象であるシート体Ｘの表面近傍に合わせ、シート体Ｘの表面にレーザー光線を照射するものである。レンズ光学系２の具体的な構造としては、図２に例示しているように凸レンズ単体でもよく、各種収差をなくすよう複数の凸レンズ及び凹レンズ等を組み合わせたレンズ集合体でもよい。

レンズ光学系２の焦点距離としては、７０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下が好ましく、９０ｍｍ以上１１０ｍｍ以下が特に好ましい。これは、レンズ光学系２の焦点距離が上記範囲を超えると、上述のようにシート体Ｘの表面近傍でのレーザー光線のエネルギー密度を高くして回折現象等による周辺光成分を鮮明にする効果が小さくなるおそれがあり、逆に、レンズ光学系２の焦点距離が上記範囲より小さいと、シート体Ｘからの透過光のうち直接光が広がりすぎて欠陥による回折光、拡散光等との区別が困難になるおそれがあるためである。

マスク３は、シート体Ｘの裏面からの透過光のうち直接光成分を遮蔽するものである。このマスク３は、光検出器４とシート体Ｘの裏面との間、詳細には光検出器４の受光面の手前に配設されている。マスク３の具体的な構造としては、上述のように直接光成分を遮蔽できれば特に限定されず、図２に例示するような棒状体でもよく、円板状のものや透明板に円形の遮光層が積層されたもの等でもよい。マスク３の材料としても、光を遮蔽できれば特に限定されず、金属等の公知の材料が使用される。このようにマスク３を備えることで、光検出器４で受光する光線が周辺光成分のみとなり、その周辺光成分の強度の測定に精度の高いフォトダイオード、ＣｄＳセル等の受光素子が使用できる結果、シート体の検査精度をより向上することができる。また、直接光成分を遮蔽するマスク３を備えることで、光検出器４で検出したデータに対する補正処理等が不要になり、検査速度をより向上することができる。

光検出器４は、シート体Ｘの裏面からの透過光を受光するものである。詳細には、光検出器４は、シート体Ｘの裏面からの透過光のうちマスク３で遮蔽される直接光成分以外の周辺光成分の光強度を測定するものである。この光検出器４としては、具体的にはフォトダイオード、ＣｄＳセル等の受光素子が使用される。

走査手段は、テーブルに設置したシート体Ｘの表面に照射されるレーザー光線の位置を相対的に移動させるものである。この走査手段としては、テーブルを移動させる手段、レーザー光線の照射部及び光検出器４を移動させる手段、レーザー光線の出射角度を変更する手段又はそれらを組み合わせた手段がある。この走査手段の具体的な構造としては、特に限定されるものではなく、公知の手段が採用される。このように、シート体Ｘの表面に対するレーザー光線の位置を相対的に移動させる走査手段とを備えることで、シート体Ｘの全面を迅速に検査することができる。

上述のようにシート体Ｘにピンホール等の欠陥がある場合、このピンホール等の欠陥を通過するレーザー光線には回折現象、屈折現象等が生じ、レーザー光線の直接光成分に加えて回折現象等による周辺光成分が発生する。従って、当該シート体の検査装置は、光検出器４で得られた周辺光成分の強度情報に基づいてシート体Ｘの欠陥を検出する。

当該シート体の検査装置は、エネルギー密度が大きく、欠陥による変化が小さい直接光成分を検査要素から除外し、欠陥による変化が顕著な周辺光成分の強度情報に基づいてシート体の欠陥を検出することから、比較的小さなキズ、欠け、ピンホール等の欠陥を検出することができ、さらに欠陥の種類及びその程度の判別が可能となる。また、当該シート体の検査装置は、回折現象等による周辺光成分のみに基づいて判断するため、シート体が透明又は半透明の場合でも高精度の検査が可能であり、カラーフィルター、絶縁用セパレーター、グリーンシート、偏光シート等の検査に好適となる。さらに、当該シート体の検査装置は、レンズ光学系２によってレーザー光線をシート体Ｘの表面近傍に焦点させることで、ピンホール等の欠陥周辺でのレーザー光線のエネルギー密度が高くなり、回折現象等による周辺光成分が鮮明になる結果、シート体Ｘの検査精度を向上することができる。

当該シート体の検査装置において、光源１及びレンズ光学系２によりシート体Ｘの表面に略垂直にレーザー光線を照射するとよい。このようにシート体Ｘの表面に略垂直にレーザー光線を照射することで、欠陥に起因する回折現象等が効果的に生じ、その回折現象等による周辺光成分がより鮮明になる結果、シート体Ｘの検査精度をより向上することができる。

なお、本発明のシート体の検査装置及び方法は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、当該シート体の検査装置は、光検出器で得られた直接光成分以外の成分強度情報に基づいてシート体の欠陥を判定する演算部を備えることができる。このようにシート体の欠陥を判定する演算部を備えることで、シート体の欠陥を自動的に検出することができ、加えて欠陥の種別及び程度の判別の自動化が可能となる。なお、この演算部は、具体的にはＣＰＵなどからなる制御部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスク、モニター、キーボード、スキャナー、プリンターなどを備えるコンピューターにより構成され、このコンピューターのＲＯＭ、ハードディスク等の記録手段に記録されているコンピュータプログラムに基づいて制御部が各部を制御することで機能するよう構成されている。

また、当該シート体の検査装置の光検出器は、上述の周辺光成分の光強度を測定するフォトダイオード、ＣｄＳセル等の受光素子に限定されるものではなく、例えば画像処理等が可能な画像データが直接取得されるＣＣＤイメージセンサーを使用することができる。特に、比較的小さいシート体の表面を一度に撮影する場合は２次元ＣＣＤイメージセンサーが好ましく、帯状のシート体をその長手方向にスライドさせつつ表面を連続的に撮影する場合は１次元ＣＣＤイメージセンサーが好ましい。なお、光検出器としてＣＣＤイメージセンサーを使用する場合、画像データが得られるため、直接光成分を遮蔽するためのマスクは不要になる。

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。

［実験装置の説明］
シート体の検査装置として、図２に示すような構造であって、光源が波長６３３ｎｍ、出力３０ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザー、光学系が焦点距離１００ｍｍの凸レンズ、光検出器がフォトダイオードである検査装置を用いた。検査対象であるシート体としてグリーンシートを用いた。

［実験１］
上記シート体の検査装置の光源からレーザー光線を出射し、レンズ光学系でグリーンシートの表面近傍に焦点させ、径が２０〜３０μｍ程度のレーザー光線をグリーンシートの表面に略垂直に照射した。グリーンシートの表面の欠陥がない部分にレーザー光線を照射した場合の透過光の画像を図３に、グリーンシートの表面の約２０μｍのピンホールがある部分に照射した場合の透過光の画像を図４に示す。

図３及び図４に示す透過光の画像から、ピンホールがない場合の透過光はその殆どが直接光成分であり、ピンホールがある場合の透過光は直接光成分の周辺に回折現象による干渉光が発生していることが分かる。

［実験２］
実験１と同様に、上記シート体の検査装置の光源からレーザー光線を出射し、レンズ光学系でグリーンシートの表面近傍に焦点させ、径が２０〜３０μｍ程度のレーザー光線をグリーンシートの表面に略垂直に照射し、約２０μｍのピンホールがある部分を通過するようレーザー光線を相対的に所定速度で移動させつつ、光検出器による周辺光成分の光強度を測定した。その周辺光成分の光強度の時間推移を示す模式的グラフを図５に示す。

図５に示す光強度の時間推移グラフから、周辺光成分の光強度がピンホールがある部分で大きくなり、山状波形が形成されることが分かる。従って、この光強度の時間推移グラフの山状波形の始点及び終点によりピンホールの位置、山状波形の幅Ｗによりピンホールの径、山状波形の面積、高さ等によりピンホールの面積が判明する。

シート体にピンホール以外のキズ、凹み、欠け等の欠陥がある場合、上記周辺光成分の光強度の時間推移グラフにそれらの欠陥特有の波形が形成されるため、かかる周辺光成分の光強度の時間推移グラフによって欠陥の種類及びその程度が判明する。

以上のように、本発明のシート体の検査装置及び方法は、積層チップ型コンデンサ、積層チップインダクタ、積層トランス等の積層型電子部品や、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）などの構成材料であるグリーンシート、カラーフィルター、偏光シートなどの薄いシート体の自動的な検査に有用であり、特に大量生産工程のオンライン上での欠陥検査に好適に使用される。

本発明の一実施形態に係るシート体の検査方法を示すフロー図 図１の検査方法を実施するためのシート体の検査装置を示す概略構成図 実験１における欠陥がない部分の透過光を示す画像 実験１におけるピンホールがある部分の透過光を示す画像 実験２における周辺光成分の光強度の時間推移を示す模式的グラフ

符号の説明

１ 光源
２ レンズ光学系
３ マスク
４ 光検出器
Ｘ シート体
ＳＴＰ１ 出射ステップ
ＳＴＰ２ 合焦ステップ
ＳＴＰ３ 周辺光検出ステップ
ＳＴＰ４ 判定ステップ

Claims (6)

1. レーザー光線を出射する光源と、
   光源から出射されるレーザー光線の焦点を検査対象であるシート体表面近傍に合わせるレンズ光学系と、
   シート体裏面からの透過光を受光する光検出器とを備え、
   光検出器で得られた直接光成分以外の成分強度情報に基づいて欠陥を検出するシート体の検査装置。
2. 光検出器で得られた直接光成分以外の成分強度情報に基づいてシート体の欠陥を判定する演算部を備えている請求項１に記載のシート体の検査装置。
3. 上記光源及びレンズ光学系によりシート体表面に略垂直にレーザー光線を照射する請求項１又は請求項２に記載のシート体の検査装置。
4. 上記光検出器とシート体裏面との間に、シート体裏面からの透過光のうち直接光成分を遮蔽するマスクを備えている請求項１、請求項２又は請求項３に記載のシート体の検査装置。
5. シート体を設置するテーブルと、
   シート体表面に照射されるレーザー光線の位置を相対的に移動させる走査手段と
   を備えている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のシート体の検査装置。
6. 光源からレーザー光線を出射する出射ステップと、
   光源から出射されるレーザー光線の焦点を検査対象であるシート体表面近傍に合わせる合焦ステップと、
   シート体裏面からの透過光のうち直接光成分以外の成分強度を取得する周辺光検出ステップと、
   取得した直接光成分以外の成分強度情報に基づいて欠陥を検出する判定ステップと
   を有するシート体の検査方法。