JP3831744B1

JP3831744B1 - 基板検査用照明装置

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Publication number: JP3831744B1
Application number: JP2005272425A
Authority: JP
Inventors: 村保夫今; 田勉窪; 口純一山
Original assignee: Moritex Corp
Current assignee: Moritex Corp
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2025-09-20
Also published as: TWI314642B; KR100795080B1; JP2007085781A; KR20070032893A

Abstract

【課題】
検査基板に照射する照明光を点光源照明と面光源照明に切り換える液晶散乱板を小型化すると同時に、万一破損してもその破片が検査基板上に落下しないようにし、さらに、点光源照明としたときに非散乱光を照射して明るい回折輝線が得られるようにする。
【解決手段】
液晶散乱板（４）をフレネルレンズ（３）より光源装置（２）側で、且つ、照明光束の断面形状が検査基板（Ｋ）と等しいか又は検査基板（Ｋ）より大きくなる位置に配し、その液晶散乱板（４）に光源装置（２）から照射された非散乱光を入射させることにより、点光源照明となる非散乱光と面光源照明となる散乱光を検査基板（Ｋ）に選択的に照射させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、非散乱光を照射する光源装置から検査基板に至る照明光軸上に、検査基板全体に照明光が照射されるように光を収束化又は平行化するフレネルレンズが配されて成る基板検査用照明装置に関する。

液晶ディスプレイパネルや大型プリント配線基板などの製造ラインにおいては、任意の工程終了後に検査工程を設け、基板に点光源照明と面光源照明を切り換えて照射し、その反射光を目視したり、あるいはその像を撮像して画像処理することにより製品検査を行っている。

この場合に、点光源照明は検査基板に照射され、塵埃その他のパーティクルなどの異物の付着、ピンホールの有無、オーバーコートの下層の不均一性、下層に形成されたＩＴＯ（透明電極）の不良の有無などが検査される。
また、点光源光により検査基板表面に回折輝線が生じ、検査基板の光軸に対する傾きを変えながら回折輝線を移動させ、その輝線上で、回路パターンの断線・ショートの有無、レジスト膜の剥がれや除去不良の有無などが検査される。
さらに、面光源照明により、検査基板の表面に形成されたレジスト膜の膜厚のムラや、表層に形成されたＩＴＯの不良の有無などが検査される。

ところで、従来の基板検査用照明装置は、図４に示すように、光源５１から照射された光を収束させ、その焦点位置に置かれた散乱板５２を透過させた後、反射鏡５３で反射させて平行化用フレネルレンズ５４で平行化させた後、収束化用フレネルレンズ５５で収束化させ、そのフレネルレンズ５５の出射面側に配された液晶散乱板５６を透明／不透明に切り換えることにより、点光源照明光／面光源照明光を選択的に検査基板５７に照射させるようになっている。
特開２００２−７１５７１号公報

欠陥の有無を発見し易くするためには強い光の方が良く、このため、検査基板５７に照射される照明光を発散させずに収束化用フレネルレンズ５５で収束させているが、このレンズ５５は、当然、検査基板５７より相当大きなものとなるため、液晶散乱板５６も大型のものが必要になる。
しかし、液晶散乱板５６は大型化すればするほどコストが嵩み、またガラス製であるため、割れ易くなるという問題があり、万一割れた場合には、その破片が検査基板５７上に落下して製品と成るべき基板５７が傷だらけになって廃棄処分しなければならないという無駄を生ずる。

なお、図５に示すように、フレネルレンズ６１を反射鏡５３の近傍に配し、そのフレネルレンズ６１で収束化された照明光の光軸上に液晶散乱板５６をフレネルレンズ６１から離して配することにより、液晶散乱板５６を小型化することも試みられている。
特開２００２−７１５７１号公報

しかし、前述したように、基板を検査する際に、検査基板５７の光軸に対する傾きを変えながら回折輝線を移動させる必要があるため、そのスペースを確保しようとすると、図４の収束化用フレネルレンズ５４の位置に液晶散乱板５６を配さなければ成らない。
したがって、図４と同程度の大きさの検査基板２７に照明光を照射しようとすると、図４と同程度の大きさの液晶散乱板５６が必要になるだけでなく、反射鏡５３及びフレネルレンズ６１が図４に示す光学系に用いたものよりもより大型化し、結局、液晶散乱板５６を小型化することはできず、液晶散乱板５６が割れたときの問題点も解決できない。

さらに、従来は点光源照明を検査基板５７全体に照射したときの配光特性（光分布）をフラット化するために光源５１の焦点位置に散乱板５２を配しているが、散乱板５２は配向特性をフラット化する反面、光強度を全体的に低下させるという問題を有する。
そして、光強度の低下を抑えるために、フレネルレンズ５５や６１の収束角を大きくすれば、その分、各レンズ５５及び６１は大型化し、光源５１として大光量のものを用いれば、設備費、ランニングコストが嵩み、光源５１の熱の影響で散乱板５２の寿命が短くなる。
また、散乱板５２を用いることにより、点光源照明を検査基板５７に照射したときの回折輝線がハッキリせず、ぼんやりとして見ずらくなるという問題もあった。
散乱板５２を用いないときは照明光の配光特性のピークが急峻になり、液晶散乱板５６を透明にして点光源照明を発散させて検査基板５７全体に照射したときに、検査基板５７上では光軸から離れるにしたがって光強度が著しく低下するため検査基板５７の周縁部が暗くなり、検査精度が低下するという問題を生ずる。

そこで本発明は、液晶散乱板を小型化すると同時に、万一破損してもその破片が検査基板上に落下しないようにし、さらに、明るい回折輝線が得られるようにすることを第一の技術的課題とし、光強度を低下させることなく配光特性を向上させることを第二の技術的課題としている。

この課題を解決するために、本発明は、照明光として非散乱光を発散させて照射する光源装置から検査基板に至る照明光軸上に、その照明光を検査基板全体に照射するように光を収束化又は平行化するフレネルレンズと、電圧制御により透明と不透明を切り換え、透明時に点光源照明を検査基板に照射させ、不透明時に面光源照明を検査基板に照射させる液晶散乱板を備えて成る基板検査用照明装置において、前記液晶散乱板は、フレネルレンズより光源装置側で、照明光束の断面形状が検査基板と等しいか又は検査基板より大きくなる位置に配されると共に、その照明光束が透過する大きさに形成され、該液晶散乱板に前記光源装置から照射された非散乱光を入射させることにより、点光源照明となる非散乱光と面光源照明となる散乱光を検査基板に選択的に照射させる照明光切換手段を備えたことを特徴としている。

本発明の基板検査用照明装置によれば、照明光は光源装置からフレネルレンズに向って発散して照射されるので、液晶散乱板をフレネルレンズより光源装置側に設けられた液晶散乱板は、フレネルレンズから離れれば離れるほど小型化される。
このとき、液晶散乱板は、照明光束の断面形状が検査基板と等しいか又は検査基板より大きい位置に配されているので、液晶散乱板を検査基板と等しい大きさまで小型化することができる。
液晶散乱板の大きさとして検査基板の大きさが確保されていれば、液晶散乱板を不透明にして面光源照明としたときでもその像が検査基板全体に写り込むので、検査基板の一部にのみ液晶散乱板の像が写り込むことによる照明光のムラが生じることもない。
また、液晶散乱板をフレネルレンズより光源装置側に配しているので、フレネルレンズの上方に液晶散乱板をレイアウトすることができ、したがって、万一液晶散乱板が割れたときでも、液晶散乱板より大きいフレネルレンズの上に破片が落ちるので、検査基板に直接落下することを防止できる。

さらに、液晶散乱板には光源装置から照射された非散乱光が入射され、液晶散乱板を透明にして点光源照明としたときは、その非散乱光が検査基板に直接照射されるので、検査基板にはシャープな虹色の回折輝線が生じ、表面に付着した異物などが見え易くなる。
また、液晶散乱板を不透明にして面光源照明としたときでも、元の光強度が高いので、光量がダウンすることなく、したがって、フレネルレンズの収束角を大きくする必要がないので、同じサイズの検査基板に照明光を照射するのであれば、フレネルレンズも小型化できる。
この場合に、光源装置の光出射部に、照明光束を検査基板の形状に整形すると共に、光分布を均一化させる均一化整形レンズ装置を装着すれば、非散乱光を照射させたときの検査基板上における光強度分布がフラットになるので、光軸から離れた周縁部の照度が低下せず、見難くならないという効果もある。

さらに、均一化整形レンズ装置に照射角可変のズーム機構を備えておけば、照明装置の組み立ての際に、フレネルレンズの大きさに応じて自由に照射角を調整できるので、一種類の均一化整形レンズ装置があれば、フレネルレンズなどの仕様に応じて設計変更したり、フレネルレンズに至るまでの照射距離を変更する必要もない。

本例では、液晶散乱板を小型化すると同時に、万一破損してもその破片が検査基板上に落下しないようにし、さらに、明るい回折輝線が得られるようにするという目的を達成するために、液晶散乱板を、フレネルレンズより光源装置側で、照明光束の断面形状が検査基板と等しいか又は検査基板より大きい位置に配し、液晶散乱板に光源装置から照射された非散乱光を入射させることにより、点光源照明となる非散乱光と面光源照明となる散乱光を選択的に照射させるようにした。

図１は本発明に係る基板検査用照明装置の一例を示す説明図、図２は均一化整形レンズを示す説明図、図３は照射角を拡大したときの光線図である。

図１に示す基板検査用照明装置１は、一辺が１ｍ前後あるいはそれ以上のハイブリッド液晶ディスプレイパネルや大型プリント配線基板などの大型基板の検査に用いるもので、非散乱光を発散させて照射する光源装置２から検査基板に至る照明光軸Ｘ上に、照明光を収束化又は平行化するフレネルレンズ３と、検査基板Ｋに照射される照明光を点光源照明と面光源照明に切り換える液晶散乱板４を備えている。

光源装置２は、図２に示すように、非散乱光を発するハロゲンランプ、メタルハライドランプなどの高圧放電灯を用いた光源５と、その光を集光させる楕円反射鏡６と、集光された光を案内するライトガイド７と、その光出射端に配されてライトガイド７に接続される均一化整形レンズ装置８を備えている。
均一化整形レンズ装置８は、検査基板Ｋと縦横比の等しい方形断面を有する角柱状のロッドインテグレータ９と、そのロッドインテグレータ９から出射された照明光の照射角度を可変調整するバリフォーカルレンズ１０とを備えている。
ロッドインテグレータ９に光が入射されると、内部で全反射を繰り返し、出射端では光分布が均一される。本例のロッドインテグレータ９は、非散乱光の検査基板Ｋ上におけるユニフォーミティが７０〜１００％になるように設計されている。
ユニフォーミティＵは、照明光を照射したときの最大光量Ｐmaxと最小光量Ｐminから、次式で定義される。
Ｕ＝｛１−（Ｐmax−Ｐmin）／（Ｐmax＋Ｐmin）｝×１００（％）
最大光量Ｐmaxと最小光量Ｐminが等しければユニフォーミティは１００％であり理想的な光源といえるが、現実には光分布の強弱を避けることはできない。
しかし、ユニフォーミティが７０％未満に低下すると、非散乱光を検査基板Ｋに照射させたときに、光軸上の明るさと周縁部の明るさの差が大きくなり過ぎ、目視による場合も画像処理による場合も検査精度が低下するのに対し、７０％以上であればそのような問題が生じなかったため、ユニフォーミティＵ≧７０％としている。

また、バリフォーカルレンズ１０は、二つのレンズ１０Ａ及び１０Ｂを同軸的に配した複合式レンズとなっており、夫々のレンズ１０Ａ及び１０Ｂを移動させることにより照射角度を可変調整できるので、検査基板Ｋの大きさ、フレネルレンズ３や液晶散乱板４の仕様が異なる場合でも、光源装置２をその仕様に従って設計し直すことなく同じものを使用することができる。
例えば、図１の基板検査用照明装置１において照射角度が約２５°であった場合において、図３に示すように１辺の長さが約１.８倍の検査基板Ｋを検査するための基板検査用照明装置１１においては、検査基板Ｋの大きさに応じてフレネルレンズ１２や液晶散乱板１３も大きなものが用いられているため、同じ照射角度では検査基板Ｋ全体に光を照射させることができない。
この場合、従来の光源装置ではフレネルレンズ３までの距離を長くせざるを得ないため、光強度の減衰が著しいが、本例では、バリフォーカルレンズ１０により照射角度を約２５°から例えば約４５°に広げることにより最適な照射角度に設定することができる。
このように、フレネルレンズ３までの距離を一定に維持したまま照射角度を調整できるので、光強度の減衰が少なく、仕様が異なる照明装置１，１１を設計するたびごとに光源装置２を設計し直す面倒もない。

そして、光源装置２から出射された照明光は、図１に示すように、反射鏡１４で反射されて照明光軸Ｘに沿って進行し、その光軸Ｘ上に配されたフレネルレンズ３により収束化又は平行化されて検査基板Ｋの全面に照射されるようになっている。
そして、フレネルレンズ３の光源装置２側には、検査基板Ｋに照射する照明光を液晶散乱板４で点光源照明と面光源照明に切り換える照明光切換手段１５が配されている。
液晶散乱板４は、光源装置２から広がりながらフレネルレンズ３に入射され、そのフレネルレンズ３により収束化又は平行化されて検査基板Ｋの全面に照射される照明光束の光路中に、フレネルレンズ３より光源装置２側で、且つ、その照明光束の断面形状が検査基板Ｋと等しいか又は検査基板Ｋより大きくなる位置ｈに配されると共に、その照明光束が透過する大きさに形成されている。

照明光切換手段１５は電圧制御により、液晶散乱板４を透明と不透明（乳白色）に切り換え、透明時には光源装置２から照射される照明光をそのまま透過させることにより非散乱光による点光源照明を検査基板Ｋに照射させることができ、不透明時には照明光を該液晶散乱板４で散乱させることにより散乱光による面光源照明を検査基板Ｋに照射させることができるようになっている。

なお、照明光束は光源装置２からフレネルレンズ３に至るまで拡がるので、液晶散乱板４をフレネルレンズ３より光源装置２側に設けることにより、その大きさをフレネルレンズ３より小さく設計することができる。
また、液晶散乱板４は検査基板Ｋと等しい大きさが確保されているので、液晶散乱板４を不透明にして面光源照明としたときでもその像が検査基板Ｋ全体をカバーするので、検査基板Ｋ上に照明光のムラが生じない。

また、液晶散乱板４はフレネルレンズ３より光源装置２側に配しているので、フレネルレンズ３の上方に液晶散乱板４をレイアウトすることができ、したがって、万一液晶散乱板４が割れたときでも、その液晶散乱板４より大きいフレネルレンズ３で破片が受け止められ、検査基板Ｋに破片が落ち難く、したがってキズもつき難い。

以上が本発明の一例構成であって、次にその作用を説明する。
検査基板Ｋが基板検査用照明装置１の下まで搬送されてくると、その検査目的に応じて、照明光切換手段１５により点光源照明及び面光源照明を選択する。
点光源照明による検査を行う場合は、光源装置２を点灯させた状態で液晶散乱板４を透明にすれば、光源装置２からの非散乱光が反射鏡１４で反射されて液晶散乱板４をそのまま透過してフレネルレンズ３まで発散して進行し、フレネルレンズ３で収束化されて検査基板Ｋに照射される。
このとき、点光源照明として非散乱光がライトガイド７から出射されて、均一化整形レンズ装置８のロッドインテグレータ９及びバリフォーカルレンズ１０により所定の照射角度で発散されて、検査基板Ｋの全体に照射され、これにより、検査基板Ｋ上の塵埃その他のパーティクルなどの異物の付着の有無、ピンホールの有無、オーバーコートの下層の不均一性、さらには下層に形成されたＩＴＯ（透明電極）の不良の有無などを検査することができる。

なお、非散乱光の点光源照明を発散照射させたときに、照明光束の周縁部を遮光することなく、ロッドインテグレータ９により検査基板Ｋの形状に整形しているので、光の無駄がない。
また、ロッドインテグレータ９により光分布が均一化されて検査基板Ｋ上における光強度分布がフラットになるので、光軸Ｘから離れた周縁部の照度が低下せず、見難くならないという効果もある。

また、光源装置２から照射された非散乱光が検査基板Ｋに直接照射されるので、検査基板Ｋにはシャープな虹色の回折輝線が生じ、その輝線上で認識し易くなり、検査基板Ｋの照明光軸Ｘに対する傾きを変えながら回折輝線を移動させることにより、検査基板Ｋの全体について、例えば、回路パターンの断線・ショートの有無、レジスト膜の剥がれや除去不良の有無などの異常を精度良く検査することができる。

面光源照明による検査を行う場合は、光源装置２を点灯させた状態で液晶散乱板４を不透明（乳白色）にすれば、光源装置２からの非散乱光が反射鏡１４で反射されて液晶散乱板４で散乱され、これが散乱光となってフレネルレンズ３に入射され検査基板Ｋに均一に照射され、これによって、検査基板Ｋの表面に形成されたレジスト膜の膜厚のムラや、表層に形成されたＩＴＯの不良の有無などが検査される。

このとき、液晶散乱板４は、フレネルレンズ３の光源装置２側に配されているので、フレネルレンズ３から離せば離すほど小型化することができる。
また、液晶散乱板４は、照明光束の断面形状が検査基板Ｋと等しいかまたは検査基板Ｋより大きくなる位置に配されているので、検査基板Ｋと等しい大きさまで小型化することができる。
すなわち、液晶散乱板４は検査基板Ｋの大きさが確保され、液晶散乱板４を不透明にして面光源照明としたときでも、液晶散乱板４の像が検査基板Ｋの全体に均一に写り込むこととなり、検査基板Ｋの一部にのみ液晶散乱板４が写り込むことがなく、したがって検査基板Ｋ上で照明光のムラを生じることもない。

また、液晶散乱板を不透明にして面光源照明としたときでも、元の光強度が高いので、光量がダウンすることなく、したがって、フレネルレンズの収束角を大きくする必要がないので、同じサイズの検査基板に照明光を照射するのであれば、フレネルレンズも小型化できる。

さらに、点光源照明・面光源照明のいずれの照明で検査する場合も、液晶散乱板４はフレネルレンズ３より光源装置２側に配されているので、フレネルレンズ３の上方に液晶散乱板４をレイアウトすることができ、したがって、万一、液晶散乱板４が割れたときでも、液晶散乱板４より大きいフレネルレンズ３の上に破片が落ちるので、検査基板Ｋに直接落下する被害を防止することができる。

さらに、均一化整形レンズ装置８に照射角可変のバリフォーカルレンズを備えておけば、照明装置１の設計の際に、フレネルレンズ３の大きさに応じて自由に照射角を調整できるので、そのフレネルレンズ３などの仕様に応じて光源装置２を新たに設計したり、フレネルレンズ３に至るまでの照射距離を変更する必要もない。

なお、上述の説明では、均一化整形レンズ装置８としてロッドインテグレータを用いた場合について説明したが、フライアイレンズを用いても同様である。

以上述べたように、本発明は、液晶ディスプレイパネルや大型プリント配線基板などの基板を検査する際に、その基板に対し照明光として点光源照明と面光源照明を切り換えて照射する用途に適用することができる。

本発明に係る基板検査用照明装置の一例を示す説明図。光源装置を示す説明図。仕様の異なる基板検査用照明装置に適用した例を示す説明図。従来装置を示す説明図。従来装置を示す説明図。

符号の説明

１基板検査用照明装置
２光源装置
Ｘ照明光軸
３フレネルレンズ
Ｋ検査基板
４液晶散乱板
８均一化整形レンズ装置
１５照明光切換手段

Claims

照明光として非散乱光を発散させて照射する光源装置から検査基板に至る照明光軸上に、その照明光を検査基板全体に照射するように光を収束化又は平行化するフレネルレンズと、電圧制御により透明と不透明を切り換え、透明時に点光源照明を検査基板に照射させ、不透明時に面光源照明を検査基板に照射させる液晶散乱板を備えて成る基板検査用照明装置において、
前記液晶散乱板は、フレネルレンズより光源装置側で、照明光束の断面形状が検査基板と等しいか又は検査基板より大きくなる位置に配されると共に、その照明光束が透過する大きさに形成され、
該液晶散乱板に前記光源装置から照射された非散乱光を入射させることにより、点光源照明となる非散乱光と面光源照明となる散乱光を検査基板に選択的に照射させる照明光切換手段を備えたことを特徴とする基板検査用照明装置。
前記光源装置の光出射部に、照明光束を検査基板の形状に整形すると共に、光分布を均一化させる均一化整形レンズ装置が装着されて成る請求項１記載の基板検査用照明装置。
前記均一化整形レンズ装置が、照射角可変のバリフォーカルレンズを備えた請求項２記載の基板検査用照明装置。