JP5343314B2 - 表面形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばフラットパネルディスプレー（以下ＦＰＤと記す）用ガラス基板におけるソリなどの微細な形状変動を非接触で検出する表面形状測定装置に関する。

近年、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）などのＦＰＤに用いられるガラス基板などにおいて、高品質のディスプレーを高い生産性（歩留まり、製造効率）で形成するために、ミクロンオーダーでの加工精度が要求されている。そのため、このような基板の形成工程において、表面形状を非接触、非破壊で、高精度に高速で測定し、迅速にフィードバックすることが必要である。

一般に、非接触、非破壊測定の方法としては、レーザ三角測量式、静電容量式、レーザ自動焦点式などが挙げられる。しかしながら、上述のようなレーザなどを用いた非接触測定方法では、透明で導電性を持たないガラス基板の表面変位を高精度で測定することは困難である。その点、エアースキャナ（例えば特許文献1参照）は、空気を通さない固体であれば、エアー膜を介しての非接触測定が可能であり、また、高い分解能で高精度に測定することが可能である。

また、圧延金属帯鋼の分野において、例えば特許文献２などに、圧延中に、幅方向に設けられた複数のノズルから圧縮空気を吹き付け、複数の非接触変位センサを用いて、幅方向の張力分布、形状を算出する技術が開示されている。

そこで、上述のようなエアースキャナを複数用いることにより、ガラス基板などにおいて高精度且つ高速に表面形状測定を行うことが可能となると考えられる。しかしながら、基板形成工程において、ソリなどの不具合を高精度に検出し、迅速にフィードバックするためには、表面形状データを高精度に検出するとともに、検出されたデータを高速処理することが必要であるが、複数のセンサからＰＣへのデータの取り込みや、その処理には、速度的に限界があるという問題がある。
特許２７８８１６２号公報（図１など） 特開平８−２１７１６号公報（請求項１、図６など）

本発明は、例えばＦＰＤ用ガラス基板などにおいて、非接触、非破壊で、高精度に高速で表面形状を測定し、ソリなどの不具合を検出することが可能な表面形状測定装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様によれば、ガラス基板を載置するステージと、ステージのＸ軸方向に沿って所定の間隔で設置され、ガラス基板の表面変位を非接触で測定し、測定データとしてそれぞれ出力する複数のエアースキャナと、複数のエアースキャナを一体としてステージのＹ軸方向に沿って一方向に移動させた後、Ｘ軸方向に移動させ、再びＹ軸方向に沿って一方向に対して逆方向に移動させる駆動制御部と、複数のエアースキャナの各々に対応して設けられ、エアースキャナから所定のピッチで連続して得られた複数の測定データを平均化した表面変位データを出力するＣＰＵを含む複数の第１のデータ処理部と、複数の第１のデータ処理部の出力である表面変位データが供給され、これらの表面変位データを合成してガラス基板の表面形状データを生成する第２のデータ処理部と、を備えることを特徴とする表面形状測定装置が提供される。

本発明の一実施態様によれば、例えばＦＰＤ用ガラス基板などにおいて、非接触、非破壊で、高精度に高速で表面形状を測定し、ソリなどの不具合を検出することが可能となる。

以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

図１に本実施形態の表面形状測定装置の構成を示す。表面形状を測定するための測定部と、測定部で得られたデータを処理するためのデータ処理部から構成されている。

表面形状を測定するための測定部は、センサと駆動機構から構成されている。例えばＦＰＤ用のガラス基板などの被測定部材１を載置し、保持するための測定ステージ（測定ベース石定盤）２上に、被測定部材１の表面変位を非接触で測定するためのセンサである複数のエアースキャナ３が所定の間隔で設けられ、例えばスキャナガードカバー４により一体被覆されている。所定の間隔とは、隣り合ったエアースキャナのエアーが測定に干渉を及ぼさない距離を保持する。例えば、１３００ｍｍ×１３００ｍｍの被測定部材１が測定可能な場合、２００ｍｍピッチで７個のエアースキャナ３を設置する。尚、エアースキャナ３の仕様は、例えばピッチ移動量：０〜数百ｍｍ、分解能：１μｍ（繰り返し再現性：±２５μｍ）、測定範囲（厚さ）：０．１〜１０ｍｍとなっている。

これら複数のエアースキャナ３は、さらに所定の測定位置に移動させるために、ＸＹ軸方向に移動させるためのＡＣサーボモータおよびボールネジなどの駆動源と、その位置などを制御するための例えば精密アナログレギュレータから構成されるコントローラ５と接続されている。また、測定ステージ２は、自動レベル調整可能な空気バネ式除振機能を有する架台６上に設置されている。

測定された生データを処理するためのデータ処理部は、各エアースキャナ３に設けられ、それぞれ測定位置での測定データをそれぞれ演算処理するための第１のデータ処理部７と、これと接続され、第１のデータ処理部７で演算処理された測定データを合成処理するための第２のデータ処理部８を主体として構成されている。さらに、第２のデータ処理部８は、図番、ガラス基板のサイズ、測定ピッチなどの測定条件を入力するためのキーボード（入力部）９、合成処理された測定データを表示するためのディスプレー（表示部）１０と接続されている。

このような表面形状測定装置を用いて、以下のようにして測定する。図２に示したフローチャートのように、先ず被測定部材として基板用ガラス１を表面形状測定装置の測定ステージ２上に載置し、キーボード９により、図番、ガラス基板のサイズ、測定ピッチなどの測定条件を入力する（ステップ１）。エアースキャナ３は、コントローラ５により位置制御されて移動しながら、条件設定されたピッチで指定された測定ポイント毎に表面変位データを取り込む（ステップ２）。例えば、測定ステージ２下の駆動系搭載定盤１１に設置されたＡＣサーボモータおよびボールネジにより、Ｙ軸方向に走査しながら、例えば１０ｍｓのピッチで、指定された測定ポイントの前後ｉ箇所のデータを取り込む。

エアースキャナ３は、非接触ニューマチックサーボと呼ばれる測長器の原理が用いられている。図３にブロック図を示すように、ｎ個のエアースキャナ３においてそれぞれ、先端に設けられたエアスキャナノズル２１で検出された微小寸法変化を、第１のデータ処理部７にて演算処理を行う。

第１のデータ処理部７において、励磁発振器２２を用いて、Ａ／Ｅ変換器２３により電気信号に変換する。この電気信号を、位相検波器２４を通し、さらに精度を上げるために波形逓倍２５において周波数を１４倍に変換した後、整流フィルタ２６でフィルタリング処理する。さらに、ローパスフィルタ２７により高周波成分を除去する。そして、ＣＰＵ２８において、取り込まれたｉ個のデータのうち最大、最小データを除去した残りのデータを平均化処理する（ステップ３）。この平均化処理されたデータを、指定された測定ポイントの表面変位データとして、連続して第２のデータ処理部８に送信する（ステップ４）。

そして、図４に示すように、Ｙ軸方向に走査した後、エアースキャナ３を上昇させてＸ軸方向に所定のピッチで移動し、今度は逆方向にＹ軸方向に走査しながら、同様にして測定ポイント毎のデータを取り込み、第１のデータ処理部７により処理した後、第２のデータ処理部８に送信する。

さらに、第２のデータ処理部８において、送信された表面変位データと、その位置データを合成処理して表面形状データを生成する。表面形状データをディスプレー１０に、図５に示すような３次元グラフなどとして表示する（ステップ５）。

このようにして、３次元グラフなどとして表示された表面形状データに基づき、ガラス基板の良否を判定する。このとき、目視で判定しても、予め設定された閾値に基づき、自動的に判定してもよい。そして、ソリが発生するなどによりＮＧと判定された場合は、ガラス基板の形成工程にフィードバックし、例えば冷却条件などの製造条件を最適化する。

尚、表面あるいは裏面に異物がある場合、ソリによる変位と比較して、表面形状が極端に変動することから、容易に検出される。そして、異物を除去した後、再度表面形状を測定することにより、ソリを検出することができる。また、表面の微小異物による変動は、平均化処理の際にキャンセルされる。このような異物によるノイズを抑えるために、例えば所定の清浄化雰囲気に制御されたクリーンブース内に表面形状測定装置を設置することが好ましい。

本発明によれば、複数のエアースキャナを所定の間隔に設置し、ＸＹ軸方向に駆動可能にしたことにより、測定ポイントの走査を高速に行うことができる。また、走査により得られたデータをエアースキャナ毎に、第１のデータ処理部で平均化等の演算処理を行い、第２のデータ処理部で平均化されたデータを合成処理することにより、データ処理を高速に行うことができる。また、測定ポイントの前後において複数個のデータを平均化し、測定ポイントのデータとすることにより、高精度の測定結果を得ることができる。

また、得られた測定結果を製造条件に反映し、製造条件を最適化することにより、より加工精度の高いガラス基板を形成することが可能となる。例えば図６に示すように、ガラス基板３１にソリが発生した場合、ソリにより上層に形成される薄膜３２、３３、３４が劣化してしまうが、図７に示すように、製造条件の最適化により形成された加工精度の高いガラス基板３１’においては、良好な薄膜３２’、３３’、３４’の形成が可能となる。従って、生産歩留りの向上、製造効率および形成される製品の高品質化を測ることが可能となる。

尚、本実施形態において、単にデータをそのまま３次元グラフとして表示したが、さらにスプライン関数、最小二乗法などの関数補間処理した後、表示してもよい。

また、一枚のガラス基板において測定を行なったが、測定ステージ上に複数の被測定部材を並べて載置することにより、複数の被測定部材について測定を行なうことも可能である。

また、ガラス基板における表面形状測定に適用したが、被測定部材は特に限定されるものではなく、ＬＣＤ、ＰＤＰのみならず、ＳＥＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ‐ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ‐ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ）、有機ＥＬ用のガラス基板、フォトマスク用石英ガラスおよび石英ウェーハ、半導体ウェーハなどに適用することも可能である。そして、仕様の変更により、ディスプレーの大型化、半導体ウェーハの大口径化に対応することも可能である。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一態様の表面形状測定装置を示す図。 本発明の一態様における表面形状測定のフローチャート。 本発明の一態様における表面形状測定装置のブロック図。 本発明の一態様の表面形状測定装置における走査方向を示す図。 本発明の一態様におけるガラス基板の表面形状の３次元グラフ。 ガラス基板がソリを有する場合の積層状態を示す模式図。 加工精度の高いガラス基板上の積層状態を示す模式図。

符号の説明

１…被測定部材、２…測定ステージ、３…エアースキャナ、４…ローラーガードカバー、５…コントローラ、６…架台、７…第1のデータ処理部、８…第２のデータ処理部、９…入力部、１０…表示部、１１…駆動系搭載定盤、２１…エアスキャナノズル、２２…励磁発振器、２３…Ａ／Ｅ変換器、２４…位相検波器、２５…波形逓倍、２６…整流フィルタ、２７…ローパスフィルタ、２８…ＣＰＵ、３１、３１’・・・ガラス基板、３２、３２’、３３、３３’、３４、３４’…薄膜。

Claims (4)

1. ガラス基板を載置するステージと、
   前記ステージのＸ軸方向に沿って所定の間隔で設置され、前記ガラス基板の表面変位を非接触で測定し、測定データとしてそれぞれ出力する複数のエアースキャナと、
   前記複数のエアースキャナを一体として前記ステージのＹ軸方向に沿って一方向に移動させた後、前記Ｘ軸方向に移動させ、再び前記Ｙ軸方向に沿って前記一方向に対して逆方向に移動させる駆動制御部と、
   前記複数のエアースキャナの各々に対応して設けられ、前記エアースキャナから所定のピッチで連続して得られた複数の前記測定データを平均化した表面変位データを出力するＣＰＵを含む複数の第１のデータ処理部と、
   前記複数の第１のデータ処理部の出力である前記表面変位データが供給され、これらの前記表面変位データを合成して前記ガラス基板の表面形状データを生成する第２のデータ処理部と、
   を備えること特徴とする表面形状測定装置。
2. 前記第２のデータ処理部は、前記表面変位データを、対応する前記エアースキャナの測定位置を表す位置データと合成して前記表面形状データを生成することを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
3. 前記第２のデータ処理部において合成された前記表面形状データを３次元グラフとして表示する表示部を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の表面形状測定装置。
4. 前記ピッチは可変であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の表面形状測定装置。

Images