JP4910637B2 - 基板検査装置及び基板検査方法 - Google Patents

Description

本発明は平面状基板の検査、特にストライプ状の着色膜が形成された基板表面に生じたスジ欠陥を検出する検査装置及び基板検査方法に関する。

ストライプ状の着色膜が形成された基板の一例として、カラーフィルターがある。カラーフィルターは、ガラスまたはプラスチックで構成された透明基板にストライプ状のブラックマトリックスを形成し、該ブラックマトリックスで区画された溝部に比較的粘性の高い着色インクを充填して作製する。
ここで着色インクの充填にはインクジェット方式により、1列に並んだインクジェットヘッドのノズルからストライプ構造の溝部にタイミングをあわせて着色インクを吐出する製法で形成される。

そのため着色インクを吐出するタイミングがずれた場合、着色インク液は溝部の中央に吐出されず、着弾位置の近い方のストライプ状のブラックマトリックスの側壁面に多く付着する。すると着色インク液の液面は透明基板に対して水平にはならず、側壁面に多く着色インクが付着した側が、対向する側壁面側より着色インク液の液面が高くなり、結果として着色インク液の液面は傾斜する。
この着色インクの液面の傾斜は、ストライプ状のブラックマトリックスの配列方向に直行する方向から観察した場合にのみ着色インクの液面が傾斜したスジとして認識される（以下、スジ欠陥と呼ぶ）。
そこでカラーフィルターのスジ欠陥の検査では、ライン照明のライン方向とカラーフィルターのストライプの配列方向を平行に配置し、ストライプの配列に対して基板からの正反射光が垂直になるよう撮像手段であるラインセンサカメラを配置して基板を撮像し画像処理を行うことでスジ欠陥を検出していた。

しかし図２に示すように、近年透明基板上にカラーフィルターを出来るだけ密に多面付し、透明基板の利用効率を向上させ材料ロスを削減するようになった。
そのため、例えば、図２に示すように一つの透明基板に二種以上のカラーフィルターの面付けがされると、一つの透明基板上でストライプの配列方向が全て揃うことはなく、基板の検査方向に対して平行するものと直交するものが混在するようになった。

ストライプと直交方向からではスジ欠陥を目視で認識することができるが、このスジ欠陥は、ストライプ状のブラックマトリックスと平行に目視観察するとスジ欠陥として認識されない。
より詳細に述べると、図１（Ａ）に示すようにストライプの配列方向とライン照明のライン方向が平行で正反射光が垂直であるときには、図１（Ｂ）（図１（Ａ）の側面図）より、着色インクの液面の傾斜が分かりスジ欠陥として検知することが出来るが、図１（Ｃ）に示すようにストライプの配列方向とライン照明のライン方向が直交し、正反射光がストライプと平行にカメラへ入光すると、図１（Ｄ）（図１（Ｃ）の側面図）より着色インクの液面の傾斜が見えずスジ欠陥を検出することができない。
更にまた、一例として透過性の表示パネルに生じた凹状の欠陥のみを検出する検査装置があるが、この場合も同様に上記スジ欠陥を検出することはできない（特許文献１）。

この場合基板若しくはライン照明を回転させてストライプの配列方向とライン照明のライン方向を平行にして外観検査を行うので一つの基板に対して二度も外観検査を行わなければならず検査工程の効率が悪かった。

特開２００３−１３０８１４号公報

そこで上記課題を解決するため、一つの透明基板においてカラーフィルターが多面付けされ、かつそれらのストライプ状のブラックマトリックスの配列方向が異なっている場合においても、一回の検査で、カラーフィルターが多面付けされた基板に生じたスジ欠陥を高いコントラストで可視化し、良否判定をすることができる外観検査装置および基板検査方法を提供することにある。

本発明の検査装置は、ラインセンサカメラからなる撮像手段と、基板を把持、移動するステージと、基板を照明するライン照明からなる照明手段から構成される。
まず基板の上面にライン照明と撮像手段があり、ライン照明は検査対象基板のストライプ状ブラックマトリックスの配列方向に対して４０°以上５０°以下、より好ましくは４５°を成す方向に設置する。
スジ欠陥の発生方向はストライプ方向に依存するため、ストライプ状のブラックマトリックスの配列方向とライン照明のライン方向が直交すると全く見えなくなってしまうが、上記配置によってストライプ状のブラックマトリックスの配列方向が縦であっても横であっても同条件で検査することが可能となる。
この場合、撮像手段により撮像された基板画像のコントラストはストライプ状のブラックマトリックスの配列方向とライン照明のライン方向が平行である場合と比較して、若干低下するが検査をする上では支障はない。

ラインセンサカメラの主走査方向もまたライン照明と同じ角度を成す方向に設置する。これによりライン照明からの光をカメラ視野の各部が同条件で受けるようにするためである。
撮像手段と照明手段、及び基板の配置に関しては、照明手段から基板表面に照明される光の入射角と、基板により反射される光の反射角が同じになる位置にラインセンサカメラを設置する。すなわち、照明手段とラインセンサカメラの基板面に対する傾斜角を等しくして正反射光がラインセンサカメラに入射するように配置する。

（コントラスト）
ここでライン照明のライン方向と基板のストライプの配列方向に関して、ストライプの配列方向に対して０°から９０°まで変化させたときの、撮像手段により撮像した基板画像のコントラストについて図４に示す。
ここで０°とは、ライン照明のライン方向と基板のストライプの配列方向が平行であることを意味し、９０°とは、ライン照明のライン方向と基板のストライプの配列方向が直交していることを意味する。
これより、４０°以上５０°以下の条件においては、コントラストを明確に検出することが出来るので検査をすることが出来る。また４５°においてコントラストが最大となるため最も検査条件として適している。
なお、０°から４０未満及び５０°から９０°未満では、コントラストが低くスジ欠陥の検出をすることが出来ない。

（ラインセンサカメラ）
ラインセンサカメラは光を受光する感光部が一列だけに配列されたカメラである。使用するセンサの種類には、縮小光学系を用いて結像画像を読み取る縮小型センサと、一対一の光学系を用いて同倍の結像を読み取る密着センサがある。このラインセンサカメラの特長としては、高解像度が容易に実現でき高速走査に適している。

（ライン照明）
ライン照明としては、発光素子が１列に配置されたものでも、直管の蛍光灯でもよい。また発光素子としては、蛍光灯、ハロゲン電球、ＬＥＤが好ましいが他の光源を用いてもよい。

（遮光板）
さらに光源であるライン照明から被検査基板までの光路上にはライン照明の上側または下側からの光を遮る遮光板を設け、ラインセンサカメラの視野が、図５の遮光板端部４になるように調整する。

これによって、基板表面のスジ欠陥により正反射角度が変化すると、撮像手段（ラインセンサカメラ）は基板からの正反射光を捉える位置に配置されているため、着色インク液の液面のある方向の傾斜に対しては光源の光が遮られることなく入射し、またその逆方向の傾斜に対しては遮光板によって遮られた部分が正反射位置となるため光がほとんど入射しないので、スジ欠陥の箇所は他の欠陥のない着色インク液の液面が水平な領域と比較して明るい部分または暗い部分としてラインセンサカメラにより観察することが出来るのでスジ欠陥を明確に認識することが可能となる。

また上記と同様の効果を、遮光板の代わりにライン照明の発光面の端部を利用することで達成できる。すなわち、発光面の端部がラインセンサカメラ視野となるように照明手段もしくはラインセンサカメラを移動させることでも得られる。
本構成では遮光板が不要となる利点はあるが、一般に光源の端部は光量や光量の均一性が劣ることが多いという欠点もある。

以上詳細に説明した通り、本発明の外観検査装置及び基板検査方法によれば、基板上のスジ欠陥を感度良く検査することが可能になるという効果を奏する。

以下に、本発明の最良の形態について説明する。図３は本発明の検査装置の上面からの模式図および光学系部分の側面図を示したものであり、上流工程より搬入された基板１７はステージ１８に把持、固定された後、矢印１４方向に搬送される。
照明手段１２およびラインセンサカメラ１１は図示のごとく基板上のストライプ方向（本実施例では搬送方向と直交）と４５°をなす方向に設置されている。

ここでライン照明およびラインセンサカメラよりなる光学系は、カメラ視野、光源幅と基板サイズとの関係で１組以上の任意の数の光学系を用いることが可能である。
また、ライン照明１台に対し、ラインセンサカメラ２台以上が対応するような構成も可能である。

図３の１５は光学系の矢印１６方向矢視図であり、ライン照明とラインセンサカメラは基板に対し正反射となる位置に設置されている。本実施例ではそれぞれ垂直から２０°（基板の水平面に対し７０°）となるよう配置したが、これに限らず任意の角度で良い。基板がラインカメラ視野１９の下を通過すると同時にラインセンサカメラ１１は基板の画像を採取する。ライン照明の上側（基板から遠い側）には照明の一部を遮蔽する遮光板が設けられ、この遮光板の端部がラインセンサカメラの視野に入るよう調節されている。
ここで図５よりライン照明の発光面には上側からの光を遮断するための遮光板１３が設けられているので基板上にスジ欠陥が図５で示すところの右下がりの傾斜４１であるとラインセンサカメラ視野は図５の光路２１のごとく遮光板１３上を見ていることになり得られる画像は暗くなる。一方、基板上にスジ欠陥が右上がりの傾斜４２であるとカメラ視野は光路２２のごとくほとんど遮蔽されない反射光を見ていることになり得られる画像は明るくなる。

遮光板をライン照明の下側に設置した場合は、上記明暗の関係が逆転するが傾斜に応じて明暗が生じることに変わりはない。遮光板の設置位置は照明手段上に限らず、光源から基板までの光路上の任意の位置とすることが可能である。このとき、正反射光を遮ると画像が暗くなりすぎてしまうので注意する。
本発明の装置によって得られる画像は、撮像素子の辺と撮像対象物（基板）の辺が４５°傾いている撮像配置で撮像するため、撮像画像は実際の基板と比べて４５°傾いているが、これは画像処理によって通常の画像に戻すことが可能であり、また逆に検査領域を座標変換して得られた画像そのままに対して検査、判定処理を行うことも可能である。

図３で示す装置左端に到達した基板は、そのまま下流工程へ搬出されることとなる。
この間、図示しない画像処理、判定回路によって採取された画像データが処理され、輝度変動の大きい部分が欠陥として検出される。この結果は画面表示、警報ランプ等によって検査員に提示されるとともに通信によって下流工程装置、管理システムに受け渡される。

本形態においては２０４８Ｂｉｔのラインセンサカメラを２台用い、各ラインセンサカメラは一台が視野幅３４０ｍｍ（ラインセンサカメラ視野幅方向）、もう一台が視野幅２４０ｍｍ（川幅方向換算値）となるように設置されている。各ラインセンサカメラは４０ｍｍのオーバーラップ（川幅方向換算値）をもって配置されており、全体で４４０ｍｍの視野幅を持っている。レンズはｆ＝５０ｍｍ、Ｆ１．２の３５ｍｍ一眼レフ用レンズである。
ライン状照明としては照射幅４００ｍｍのＬＥＤライトに集光用のシリンドリカルレンズを装備したものを用いている。照明手段はラインセンサカメラと１対１に対応して２基用いている。

図６は本発明の遮光板を用いない場合の検査装置の光学系部分の側面図であり、装置全体の構造としては遮光板を用いる場合と全く同じものが利用できる。
ここでライン照明はカメラ視野が丁度発光面の端部となるよう移動できるように可動範囲３１が設けられているので基板上に右下がりの傾斜が生じているとラインセンサカメラ視野は２１のごとく光源外を見ていることになり得られる画像は暗くなる。一方、基板上に右上がりの傾斜が生じているとラインセンサカメラ視野は２２のごとく発光面を直接見ていることになり得られる画像は明るくなる。

本発明は平面状基板の上に構築されたストライプ状着色膜のスジ欠陥を効率良く検査する検査装置を提供できる。

従来技術の基板検査装置の説明図 カラーフィルターが多面付けされた透明基板を示す図 本発明の基板検査装置の説明図 ストライプ状のブラックマトリックスの配向方向と照明手段と撮像手段とを結ぶ直線とのなす角θとコントラストの関係を示す図 本発明の基板検査装置の光学系配置の説明図 本発明の基板検査装置の光学系配置の説明図

符号の説明

２ 透明基板
３ カラーフィルター
４ 遮光板端部
５ 発光面の上端
６ 発光面の下端
７ ストライプ状のブラックマトリックス
８ 着色インク
１１ ラインセンサカメラ
１２ 照明手段
１３ 遮光板
１４ 搬送方向
１５ 光学系側面図
１７ 基板
１８ ステージ
１９ ラインセンサカメラ視野
２１ 基板上に右下がり傾斜が生じた場合の光路
２２ 基板上に右上がり傾斜が生じた場合の光路
３１ 照明手段の可動範囲
４０ 基板に対して水平な着色膜表面
４１ 右下がりの傾斜
４２ 右上がりの傾斜

Claims (4)

1. ストライプ状の着色膜群が一または多面付けされた基板の検査装置であって、
   基板を保持、移動可能なステージと、
   基板の着色膜群形成面に対して光を照射する照明手段と、
   基板からの正反射光を捉える位置に配置された撮像手段と、
   を備え、
   前記ステージは、検査対象である基板を、前記ストライプ状の着色群のうち１の着色群が備えるストライプ方向と直交する方向に移動搬送するものであり、
   前記照明手段と前記撮像手段とを結ぶ直線と、前記ステージによる、前記基板の移動搬送方向と直交する方向の成す角θは４０°以上５０°以下であることを特徴とする基板検査装置。
2. 前記照明手段は直線の領域を照らすライン照明であり、前記撮像手段は受光単位が一列に配置されたラインセンサカメラであり、ライン照明とラインセンサカメラは平行に配置され、かつライン照明およびラインセンサカメラは、前記ステージによる前記基板の移動搬送方向と直交する方向に対して成す角がθ＋９０°であることを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
3. さらに、前記照明手段から前記撮像手段への正反射光以外の反射光を遮蔽する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の基板検査装置。
4. ストライプ状の着色膜群が一または多面付けされた基板に光を照射しその正反射光から着色膜の欠陥を判定する基板の検査方法であって、
   光の照射位置と正反射光の受光位置を結ぶ直線と、前記ストライプ状の着色膜群の１の着色膜群が備えるストライプ方向とが成す角度θを４０°以上５０°以下の範囲で定め、
   これを基板に対する角度として固定し、
   前記基板上に面付けされた全ての着色膜群に対し角度θを保ちながら光を照射して着色膜の欠陥を判定することを特徴とする基板検査方法。