KR0159290B1

KR0159290B1 - 유리판의 이물질 검출장치

Info

Publication number: KR0159290B1
Application number: KR1019910024709A
Authority: KR
Inventors: 노보루 가또; 이즈오 호오라이; 도미히로 기무라; 미쯔요시 고이즈미
Original assignee: 나까다 야스오; 히다찌 덴시 엔지니아링구 가부시키가이샤
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 1999-05-01
Also published as: DE69117714T2; US5245403A; JP2671241B2; EP0493815B1; JPH0552762A; KR920012907A; EP0493815A2; DE69117714D1; EP0493815A3

Abstract

본 발명의 목적은 한쪽면에 투광계와 수광계를 배치하여 유리판의 표면 혹은 이면의 이물질 어느 한쪽을 다른쪽으로부터 분리하여 검출할 수 있는 유리판의 이물질 검출장치를 제공하는데 있는 것으로서, 표면측에 있는 일정 입경의 이물질에 S편광 레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제1검출레벨로 하고, 유리판을 뒤집어서 이물질에 유리판을 거쳐 S편광 레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제2검출레벨로 하며, 이물질에 P편광 레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제3검출레벨로 하고, 유리판을 뒤집어서 이물질에 유리판을 거쳐 P편광 레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제4 검출레벨로 했을 때에 P편광 레이저진의 출력레벨을 제1검출레벨과 제2검출레벨 사이에 제3검출레벨과 제4검출레벨이 들어가게 설정하도록 하고 있으므로 S편광 레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨이 P편광 레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호 레벨보다 클 때에 표면에 이물질이 있다고 판정할 수 있다. 또, 신로레벨이 반대의 경우에 이면측에 이물질이 있다고 판정할 수 있다.

Description

유리판의 이물질 검출장치

제1도는 본 발명에 의한 검출장치의 일실시예의 구성도.

제2도는 본 발명의 기초실험에 사용된 검출광학계의 모델도.

제3도는 제2도의 광학계 모델에서의 동일한 입자직경의 표면 혹은 이면(裏面)물질에 대한 광전 변환소자의 검출전압의 상위를 나타내는 실험데이타와 유리기판의 반사율과 투과율을 도시하는 곡선도.

제4도는 본 발명에서의 표면이물질과 이면이물질을 판정하기 위한 판정조건과 투광계, 수광계의 바람직한 각도설정 범위의 설명도.

제5도는 종래 웨이퍼 면판의 결함검사장치의 광학계의 기본구성도.

제6도는 선행기술의 「액정패널의 표면결함검사방식」의 개략적인 구성도와 이에 따른 표리(表裏)의 이물질 분리 검출원리의 설명도.

제7도는 레이저 빔의 투광방향에 대한 이물질의 산란광의 지향성을 설명한 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유리판 또는 액정패널 2,2' : 투광계

21 : 레이저광원 22 : 투광렌즈

3, 3' : 수광계 31 : 집광렌즈

32 : 수광기 33 : 스토퍼

4 : 투광계 41, 42 : 반도체 레이저소자

43 : 콜리메이트렌즈(collimate lens)

44 : 회전미러 45 : 스캔렌즈

461, 462, 47 : 미러 5 : 수광계

51 : 옵티칼 화이버의 번들(bundle) 52 : 광전변환소자

본 발명은 유리판의 이물질 검출장치에 관한 것으로 상세하게는 유리판의 표면과 이면에 이물질이 부착되는 경우에 이면에 부착된 이물질을 분리하여 표면의 이물질을 검출할 수 있도록 한 유리판의 이물질 검출장치에 관한 것이다.

반도체 IC의 제조에 사용되는 마스크의 기판(유리기판)이나 실리콘 웨이퍼, 혹은 액정패널에 사용되는 유리판 등은 표면에 부착된 이물질이나 표면자체의 흠집 등의 결함을 결함검사장치에 의해 검출하여 제품의 품질을 일정이상이 되도록 유지하고 있다.

이러한 결함검사장치의 일예로서 웨이퍼 면판에 대한 결함검사장치의 결함검출광학계의 기본구성을 제5도에 도시한다. 이것은 투광계(2)와 수광계(3)로 된다. 레이저광원(21)로부터 송출된 레이저광은 투광렌즈(22)에 의해 집속(集束)된다. 이것에 의해 피검사물로서의 웨이퍼면판(1)의 표면에는 광스포트(spot)가 형성된다. 이 광스포트가 회전주사방식 또는 X,Y 주사방식에 의해 웨이펴면판(1)의 표면을 주사하면 표면에 결함이 있을 경우 거기서 광스포트가 산란(散亂)된다. 이 산란광은 수광계(3)의 집광(集光)렌즈(31)에 의해 집광되어 수광기(32)에 입력된다. 이것에 의해 결함에 대한 검출신호가 얻어진다. 또한 수광계(3)에 설치된 차광판(스토퍼)(33)은 레이저빔의 정반사광을 차단하여 S/N비를 향상시키는 용도로 삽입되어 있다.

웨이퍼 판면의 결함검출 광학계에 뿐만 아니라 마스크의 기판이나 액정패널에 사용되는 유리판 등의 결함검출 광학계는 이상을 기본 구성으로 하여 투광계와 수광계에 대해 각종의 개량을 행하여 검출성능을 향상시키고 있다.

예를 들면 수광계로서는 집광렌즈(31) 대신에 옵티칼화이버를 사용하여 집광효율의 향상을 도모하는 방법 등이 일반적으로 행해지고 있다.

TFT형 액정패널은 유리판의 표면에 미세한 액정 화소전극과, 박막트랜지스터(TFT)가 에칭(etching)처리 등을 거쳐 형성되어 있다. 이 액정화소전극과 TFT가 형성된 후의 유리판(유리기판)의 표면을 임시로 화소등형성면으로 부르기로 한다. 이 화소등형성면에 이물질이 부착했을 때는 서로 접속되어 있는 다수의 TFT가 동시에 동작불량으로 될 가능성이 높다. 이면에서의 이물질의 부착은 제품인 액정패널의 품질에 영향을 주는 바가 굉장히 크다. 그래서 상기의 결함검출광학계에 의해 유리기판의 화소등형성면에 대해 이물질의 부착유무를 검사하는 것이 필요하게 된다.

그런데 화소등형성면을 갖는 유리기판은 대부분 투명으로 두께가 1mm정도의 광투과율이 높은 박판이다. 그 때문에 화소등형성면에 부착된 이물질(이하 단지 표면이물질이라 함)과 유리기판의 이면에 부착하여 이물질(이하 단지 이면이물질이라 함)이 함께 검출되는 문제가 있다. 통상 유리기판의 이면은 액정패널로서 조립된 경우에 표시된 이미지(image)를 관측하는 면측으로 되거나, 혹은 백 라이트(back light)를 투과시키는 면으로 된다. 그 때문에 단순한 유리면이면 좋고, 이면에 부착되는 이물질은 미소하여 문제가 되지 않는다. 따라서 대부분의 경우 그것은 결함이 되지 않는다. 만약 그것도 결함으로서 검출되면 정상품이 불량품으로 되어 부품으로서의 원료에 대한 제품의 비율이 낮게 되며, 그 결과 손실이 크게 된다.

그래서 액정표시 패널용 유리기판의 결함검사로는 검사시에 액정에서 봐서 표면측이 되는 화수등형성면의 이물질만을 검출하고, 이면측의 이물질을 무시하는 것이 필요하게 된다. 그러나 유리기판은 광투과율이 높은 박판이기 때문에 실제로는 표리의 이물질을 구분하여 검출하는 것이 어렵다.

본 발명의 발명자 등은 표리의 이물질을 분리하여 검출하는 기술을 제안하고, 이 출원인은 그것을 「1989년 12월 18일 일본국 특원평 1-327966호, 액정패널의 표면결함검사방식」으로 하여 출원하고 있다. 그 개요를 제6도(a)(b)에 의해 설명한다. (a)도에서 검사대상으로 되는 유리기판(1)에 대해 화소등형성면(이하 표면)측과 이면측에 상기한 검출광학계와 동일한 구성의 투광계(2)와 수광계(3), 투광계(2')와 수광계(3')를 대칭으로 각각 설치한다.

그리고 대략 동일강도의 레이저빔(T)(T')에 의해 광스포트를 표리면에 형성하여 이것에 의해 교대로 주사를 행한다. 이에 대해 2개의 수광계(3)(3')의 감도를 대략 동일하게 하여 양자에 의해 얻어진 산란광의 검출신호를 비교한다. 이 비교의 결과, 표면측 수광계(3)의 검출신호중 이면측의 수광계(3')의 검출신호보다 큰 것을 표면에 부착된 이물질에 대한 결함검출신호로 한다. 이 판정의 기본원리를 설명한다. (b)도는 유리기판(1)의 표면에 이물질(Ps)이, 이면에 이물질(Pb)이 각각 부착된 경우를 도시하고 있다. 이 경우 표면측 수광계(3)에 대해서는 레이저빔(T)에 표면이물질(Ps)의 산란광(Rs)이 직접 수광된다. 그리고 이면측의 이물질(Pb)이 난반사광도 수광계(3)에 수광된다. 즉 이면물질(Pb)의 산란광(Rb)은 유리기판(1)을 통해 수광계(3)에 도달한다. 이것은 유리기판(1)을 통과하므로 내부의 전반사등에 의해 감쇄한다. 그래서 표면측의 이물질(Ps)은 수광계(3)에 대해 이면측 수광계(3')에 대해 보다 더 강한 산란광을 부여한다.

한편 이면측의 이물질에 있어서도 모두 동일한 관계가 있다. 이면측 수광계(3')에 대해서는 레이저빔(T')에 의한 이면이물질(Pb)의 산란광(Rb)이 직접 수광된다. 그리고 표면측 이물질(Ps)의 산란광도 수광계(3')에 수광된다. 즉 표면이물질(Ps)의 산란광(Rs)은 유리기판(1)을 통해 수광계(3')에 이른다. 이것은 유리기판(1)에 의해 감쇄한다. 앞서와 마찬가지로 이면측의 이물질(Pb)은 수광계(3')에 대해 표면측 수광계(3)에 대해 보다 더 강한 산란광을 부여한다.

이와 같은 일 때문에 표면측의 검출신호와 이면측의 검출신호를 비교하는 것으로 수광계(3)(3')의 어느 하나가 강한 산란광을 받고 있는가에 따라 표면 이물질인지 아니면 이면이물질인가를 판정된다.

따라서 이와 같은 판정원리를 실제로 적용하여 보면, 표리의 이물질이 분리되지 않는 경우가 발생하는 문제가 있었다. 또 이 판정원리를 이용하는 장치에서는 피검사물의 양면에 투광계와 수광계를 설치하지 않으면 안되므로 장치가 대형화하여 보수 등의 면에서 보아도 바람직한 구성은 아닌 것임을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 목적은 한쪽면에 투광계와 수광계를 배치하여 유리판의 표면 혹은 이면의 이물질 어느 한쪽을 다른쪽으로부터 분리하여 검출할 수 있는 유리판의 이물질 검출장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 화소등형성면의 투광계와 수광계를 배치하여 액정패널에 사용되는 유리기판의 화송등형성면측의 이물질을 그 이면측의 이물질로부터 분리하여 검출할 수 있는 유리기판의 이물질 검출장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 이물질 검출장치는 유리판의 이물질 검출면이 되는 피검사측면에 S편광레이저빔을 피검사면에서 보아 제1앙각으로 조사하는 제1투광계와, 제1앙각 보다 큰 제2앙각으로 P편광레이저빔을 피검사면에 조사하는 제2투광계와, 제1투광계 및 제2투광계와 대향하면서 레이저빔의 조사점에 세워지는 법선(法線)을 그 사이에 두고, 제1앙각 보다 작은 제3앙각으로 제1투광계 및 제2투광계의 레이저빔을 받는 피검사면으로부터의 산란광을 각각 수광하는 수광계를 구비하고, 피검사면측에 있는 일정한 입경(笠俓)의 이물질에 S편광레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제1검출레벨로하고, 유리판을 뒤집어서 이물질에 유리판을 거쳐 S편광레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제2검출레벨로 하고, 이물질에 P편광레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제3검출레벨로 하고, 유리판을 뒤집어서 이물질에 유리판을 거쳐 P편광레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제4검출레벨로 하며, P편광레이저빔의 출력레벨은 제1검출레벨과 제2검출레벨 사이에 제3검출레벨 및 제4검출레벨이 위치하도록 설정되어 있고, S편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨이 P편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신로레벨 보다 클 경우 피검사면에 이물질이 존재하는 것으로 판정하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 예로는 제2투광계로부터의 제2레이저빔 출력이 제1투광계출력의 2내지 4배의 범위이다. 다른 바람직한 예로는 상기 이물질이 유리판의 흠이다.

다른 바람직한 예로는 유리판이 액정패널에 사용되는 유리기판이며, 그 제1앙각이 7°도 내지 25°의 범위이고, 제2앙각이 57°내지 75°의 범위이며, 제3앙각이 5°내지 15°의 범위이다.

다른 바람직한 예로는 제2투광계의 레이저빔 출력은 제1투광계의 레이저빔 출력의 2내지 4배의 범위이고, 유리기판은 액정패널에 사용되는 유리기판이며, 피검사면에 대해 제1앙각이 7°내지 25°의 범위이고, 제2앙각이 57° 내지 75°의 범위이며, 제3앙각이 5° 내지 15°의 범위이다.

다른 바람직한 예로는 제1앙각과 제2앙각 사이의 차이는 50°와 같거나 크다.

다른 바람직한 예로는 제1앙각은 17°내지 23°의 범위이고, 제2앙각은 67°내지 73°의 범위이며, 제3앙각은 7° 내지 13°의 범위이다.

다른 바람직한 예로는 상기 유리판이 약 1mm의 두께이고, 피검사면상의 액정표시용 전극으로서 형성된다.

다른 바람직한 예로는 제1앙각이 약 18°이고, 제2앙각이 약 70°이며, 제3앙그리고 이 약 8°이다.

다른 바람직한 예로는 P편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨이 S편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨 보다 클 경우 피검사면의 이면측에 이물질이 존재하는 것으로 판정한다.

다른 바람직한 예로는 S편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨이 P편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨 보다 클 경우 피검사면에 이물질이 존재하는 것으로 판정하고, P편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨이 S편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨 보다 클 경우 피검사면의 이면측에 이물질이 존재하는 것으로 판정한다.

종래기술에서 언급한 상기 판정원리를 실제로 적용했을 때에 표리의 이물질이 분리되지 않는 주된 요인을 고찰하여 보면, 이물질의 산란광의 지향성이 모든 방향으로 동일하다고 암묵리에 가정하고 있는 것이었다. 이에 대해 제7도(a)(b)에 의해 설명한다. 제7도는 이물질의 산란광의 지향성에 대해서 실험한 결과이다. (a)도에 도시한 바와 같이 레이저빔(T)의 투사방향에 대해 각도 ε의 방향에서 이물질(P)의 산란광(R)의 강도를 생각해본다. (b)도에 그 실험결과의 일례를 도시한다. 이 도면은 이물질을 구형으로 하고, 그 입자직경(直徑)을 파라메터(1-10㎛)로 하여 각도ε(°)에 대한 산란광 강도 F의 곡선을 도시하고 있다. 산란광 강도 F는 각도 ε가 0°근방에서, 즉 투사방향(전방)에서 산란광 강도 F는 상당히 크게 되어 있다. 예를 들면 입자직경 1㎛의 경우에는 90°방향(측방)의 대략 150배 크고, 입자직경 10㎛의 경우에는 90° 방향(측방)의 대략 3자리수(digit)정도 크다. 이것에 의해 레이저빔을 유리기판의 표면에 일정각도로 조사했을경우에는 각도 ε=0°방향의 산란, 즉 전방방향의 산란이 강하다고 하는 지향성이 있는 것을 알 수 있다.

여기서 상기한 전방방향의 지향성을 고려하여 임시로 수광계가 제6도(a)에 도시한 바와 같은 정도의 각도를 가진 것으로서 앞서의 판정원리에 대해서 생각해본다. 제6도(b)에 있어서, 레이저빔(T)에 의한 표면이물질(Ps)의 산란광(Rs)보다 레이저빔(T')에 의한 전방산란광이 액정패널(1)의 내부에서 전반사등을 거쳐 수광계(3)에 강하게 수광되는 경우가 있다. 동일한 관계에서 레이저빔(T')에 의한 이면이물질(Pb)보다 레이저빔(T)에 의한 전방산란광이 수광계(3')에 강하게 수광되는 일이 있다. 이들에 의해 단지 양 수광계의 검출신호의 대소비교만으로 이물질(Ps)과 이물질(Pb)을 분리하여 판정하는 것이 적절한 것만은 아닌 것임이 이해된다. 또한 제6도의 (a)에 있어서는 투광계(2)(2')의 투광각도 수광계(3)(3')의 수광각도는 특정지어져 있지 않다.

본 발명은 이와 같은 산란광의 전방에 강한 지향성이 있는 것에 착안한 것으로서, 이것에 의해 투광계, 수광계의 최적배치와 투광각도, 수광각도가 있는 것이 생각되어진다. 그래서 표리의 이물질의 분리검출에 대해서 화소등형성면측인 일면측에 투광계와 수광계를 설치하며 표면이물질을 이면이물질과 분리하여 검출하는 최적의 구성으로 하여 앞서와 같은 구성을 얻을 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 의한 유리판의 표면이물질 검출장치의 일실시예의 구성도이며, 제2도는 본 발명의 기초실험에 사용된 검출광학계의 모델도, 제3도는 제2도에서의 광학계모델의 동일한 입자직경의 표면 혹은 이면의 이물질에 대한 광전변환소자의 검출전압의 상위를 나타내는 실험데이타와 유리기판의 반사율과 투과율을 나타내는 곡선도, 제4도는 본 발명의 표면이물질과 이면이물질을 판정하기 위한 판정조건과 투광계, 수광계의 바람직한 각도설정 범위의 설명도이다.

제1도에 도시한 바와 같이 유리판의 표면이물질 검출장(10)는 액정패널 등의 피검사물인 유리기판(1)의 상부에 반도체 레이저 소자에 의한 S편광레이저빔T_A(s)을 발생하는 레이저광원(41)과 P편광레이저빔 T_B(p)을 발생하는 레이저광원(42)을 가지고 있다. 광조사 제어회로(53)는 이들 레이저광원(41)(42)을 교대로 구동하고, 그것으로부터 S편광레이저빔 T_A(p)을 교대로 발생시킨다. 광조사 제어회로(53)는 판정처리장치(55)에 의해 제어되고, 이 제어에 따라서 구동제어를 행하는 동시에 회전미러(47)의 회전제어도 행한다. 또한 P편광레이저빔 T_B(p)은 레이저빔T_A(s)에 비교하여 k배 (=2-4배)의 파워를 가지고 있다.

T_A(s), T_B(p)의 각 레이저빔은 각각 1개의 콜리메이트렌즈(43), 회전미러(44) 및 렌즈(45)를 거쳐 미러(47)에 조사된다. 각 레이저빔은 이들 광학계에 의해 순차적으로 공통으로 콜리메이트와 각도 소인(掃引) 및 집속이 되어진다. 그 결과로서 유리기판(1)의 표면(화소등형성면)에 광스포트가 형성되어 각각 이 표면이 주사된다. 집속된 레이저빔 T_A(s)은 2매의 미러(461)(462)에 의해 방향변환되어 유리기판의 표면에 대해서 20° 전후의 투광각도(양각)로 투사된다. 레이저빔T_A(s)은 미러 (47)에 의해 방향변환되어 70° 전후의 투광각도(앙각)로 투사되고, 유리기판(1) 표면의 레이저빔T_A(s)과 동일 직선상을 주사한다. 이와 같은 주사 때문에 레이저광원(41)(42)의 교대 구동주기와 회전미러(44)의 회전속도는 광조사 제어회로(53)의 제어에 의해 동기가 채택된다.

이 주사에 의해 얻어지는 각각의 레이저빔 조사시의 이물질로부터의 산란광은 유리기판(1)의 표면에 대해 10° 전후의 수광각도(앙각)를 이루는 수광계(5)에 수광된다. 그리고 옵티칼 화이버의 번들(51)에 의해 집광되고, 집광된 빛이 그 광원 변환소자(52)에 부여된다. 이것에 의해 수광된 빛을 전기신호로 변환한다. 그 결과 광변환소자(52)로부터 수광량에 따른 검출전압이 출력된다. 이 검출전압은 광조사 제어회로(53)의 레이저광원의 구동제어타이밍에 따라 검출전압(R_A)과 검출전압(R_B)으로서 A/D 변환회로(54)가 샘플링한다. A/D 변환회로(54)의 샘플 타이밍은 공조사 제어회로(53)와 마찬가지로 판정처리장치(55)에 의해 제어된다.

각 레이저빔의 조사에 대응하여 A/D 변환회로(54)에 변환된 각각의 검출전압치는 판정처리장치(55)의 마이크로 프로세서(MPU)(56)에 의해 판독(read)되어 메모리(57)에 기억된다. 이 경우의 기억은 유리기판(1)의 현재의 주사위치(유리기판(1)상에 채택된 X,Y면상의 위치 좌표)와 함께 행해진다.

다음에 판정처리장치(55)는 소정의 판정처리 프로그램을 실효하여 각각의 검출전압의 차를 채택하며 이들이 같은지 아니면 어느쪽이 큰지를 판정하여 같거나 클때에 표면 이물질로 한다. 또한 이 경우에 각 전압치의 차의 연산을 행하는 대상 데이타는 노이즈레벨 이상의 전압치에 대해서이다.

그런데 이 실시예의 경우에는 수광계(5)의 수광각도가 10°전후로 되어 있어 제1, 제2 투광계 어느 한쪽의 정반사광을 받는 각도보다도 작은 각도로 되어 있다. 그래서 이물질이 표리 어느 쪽에도 존재하지 않는 경우에는 수광계(5)가 산란광을 수광하는 일은 거의 없으나 이물질이 표리에 존재하지 않는 경우라도 이면측 등으로부터 어느 정도의 산란광을 받거나 외란광(外亂光)을 받으므로 이들을 수광하는 것에 의한 검출전압치를 노이즈 레벨로서 처리하고, 이물질 검출상태의 검출전압만을 대상으로 한다.

이와 같은 구성의 검출광학계에 있어서 레이저빔 T_A(s)과 레이저빔 T_B(p)의 출력이 대략 같다고 가정하면 다음과 같은 관계가 성립한다.

먼저 앞서의 실시예에서는 20°전후의 투광각도로 유리기판의 표면에 투사된 레이저빔 T_A(s)에 대해서 그 산란광을 받는 수광계 10° 전후의 수광각도에서 대략 전방수광 방향으로 배치되어 있다. 그래서 레이저빔 T_A(s)에 의한 표면이물질의 전방산란광중 수광계(5)에 입사하는 산란광의 양은 많다. 이것에 대해서 레이저빔 T_A(s)에 의한 이물질의 전방산란광은 유리기판의 내부반사에 의해 무척 감쇄한다. 또 S편광레이저빔은 일반적으로 투과광량이 반사광량보다 적으므로 표면측에 있는 수광계(5)에 입사하는 이면이물질의 산란광은 적다. 그 결과로서 이들에 대한 검출전압의 차가 크게 된다.

한편 투광계(4)중 유리기판(1)의 표면으로부터 70°전후의 투광각도(법선 방향에서 보면 20°전후)로 투사된 레이저빔 T_B(p)에 대해서 그 산란광을 받는 수광계(5)는 표면으로부터 10°전후 (법선 방향에서 보면 80° 전후)에 있으므로 이 투광계에 대해서 수광계는 100° 전후의 측방수광으로 된다. 그래서 표면이물질과 이면이물질의 산란광중 수광계(5)에 입사하는 산란광은 어느 것도 상기 레이저빔 T_A(s)의 산란광보다 작게 된다. 이 상태를 설명하는 것이 수훌하는 제3도(a)의 그래프이다.

여기서 레이저빔 T_A(s)가 조사되었을 때의 수광계(5)에 검출되는 전압을 검출전압(R_A)으로 하고 레이저빔T_B(p)이 조사되었을 때의 수광계(5)에 검출되는 전압을 검출전압(R_B)으로 한다. 그리고 레이저빔 T_A(s)의 조사에 의해 표면이물질을 검출했을 때의 검출전압을 R_As(첨자 s는 표면이물질을 의미한다). 레이저빔 T_A(s)의 조사에 의해 이면이물질을 검출했을 때의 검출전압을 R_Ab(첨자b는 이면이물질을 의미한다)로 한다. 마찬가지로 레이저빔 T_B(p)의 조사에 의해 표면이물질을 검출했을 때의 검출전압을 R_BS, 레이저빔 T_B(p)의 조사에 의해 이면이물질을 검출했을 때의 검출전압R_BS로 한다. 레이저빔 T_A(s)과 레이저빔 T_B(p)의 유리기판(1)의 표면에 대한 광조사 파워를 같게 했을 경우에 이들의 검출전압의 크기의 순서를 생각해보면 이들 사이에는 다음 관계로 성립한다.

R_AsR_BsR_AbR_Bb…… ①

R_As-R_BsR_AbR_Bb…… ②

단 R_As_/R_Ab의 비를 채택하고, R_Bs/R_Bb의 비를 채택하여 이들을 비교하여도 이들은 대략 동일한 관계로 된다.

제3도는 각 검출전압이 앞서와 같은 크기의 관계에 있는 것을 측정에 의해 얻는 것이다.

제2도에 있어서 Ps는 유리기판(1)의 표면에 부착된 각종입경(笠俓)의 표준입자이다. 이것을 다수개 부착하여 표면이물질(Ps)로 하고, 유리기판(1)의 표리를 반전하여 앞서의 표면이물질을 그대로 이면이물질(Pb)로 했다. 이것에 의해 동일한 이물질이 부착된 상태에 있는 표면과 이면에 대해서 검사할 수가 있다. 유리기판(1)의 상측에 설치된 레이저광원(41)에서 S편광레이저빔 T_A(s)를 유리기판(1)의 표면으로부터 수직방향으로 향해서 18°의 투광각도 입사각(θ_a는 72°)로 투사한다. 또 레이저광원(42)에서 P편광레이저빔 T_B(p)을 표면으로부터 수직방향으로 향해서 70°의 투광각도 (입사각θ_b는 20°)로 투사한다. 단 레이저빔 T_A(s)와 레이저빔 T_B(p)의 출력은 동일하게 되도록 조정되어 있다. 또 레이저광원(41)(42)의 반도체 레이저소자는 광조사 제어회로(53)의 제어에 의해 교대로 발전시켜 구동된다.

앞서의 10°전후의 일례로서 유리기판의 표면에 대해 수직방향으로 향해서 8°방향 (반사각 θr은 82°)에서 수광계(5)를 설치한다. 레이저빔 T_A(s), T_B(p)에 의한 표면측 혹은 이면측의 이물질에 대한 산란광의 검출전압(R_As_,R_Ab), (R_Bs_,R_Bb)을 수광계(5)로부터 교대로 얻는다. 이 때의 검출전압으로 제3도(a)의 데이터가 얻어졌다. 또한 ρ_A는 ρ_B는 각각 레이저빔 T_A(s), T_B(p)에 대해서 표면 및 이면으로부터의 난반사의 대수차(臺數差)에 대응하는 검출전압을 나타낸다. 즉 ρ_A는 레이저빔 T_A(s)를 조사했을 때의 검출전압(R_As)과 검출전압(R_Ab)차의 평균치이며, ρ_B는 레이저빔 T_B(p)을 조사했을 때의 검출전압(R_Bs)과 검출전압(R_Bb)의 차의 평균치이다. ρ_A는 도시된 바와 같이 검출전압에 있어서, 1자리수(digit)나, 또는 그 이상의 차가 있다. 이에 대해 ρ_b는 그것이 1자리수 이하의 차로 되어 있다.

도면에서 레이저빔 T_A(s)에 의한 표면이물질(Ps)은 전방산란광이 강하므로 각 입자직경(3㎛, 6.4㎛ 및 25㎛) 데이타에서 보듯이 수광계의 검출전압(R_As)(X로 표시)은 모두 최대치로 되어 있다. 이면 이물질(Pb)의 산란광도 마찬가지로 전방 산란광이 강하고, 유리기판의 내부반사 등에 의해 상당히 감쇄하므로 검출전압(R_Ab)(?로 표시)의 값(도시한 1/A)과 같이 된다. 이에 대해 레이저빔 T_B(p)의 경우는 투광방향에 대해 수광계가 102° (=θ_b+ θ_r)로 되어 있으므로 측방수광 상태로 된다. 그 때문에 산란광의 강도에 대한 지향성이 약한 영역으로 된다. 그 결과 검출전압(R_Bs)(O로 표시)은 검출전압(R_As)(X로 표시)보다 작게 된다. 또 검출전압(R_Bb)(△인)은 유리기판(1)의 내부반사 등에 의해 검출전압(R_Bs)(O로 표시)보다 1/ρ_B만큼 작게된다. 각 입자에 대해서 다수개를 시험하여 기로(25㎛)로 도시한 것은 동일입자에 대한 검출전압이다. 그외 다른 입자에 대한 검출전압과 순서가 대략 같으므로 데이타의 신뢰성은 충분하다고 생각된다. 그래서 각 검출전압의 평균치를 채택하여 도시한 검출전압 R_As, R_Bs, R_Bb, 및 R_Bb의 직선을 대표값으로 한다.

이상에 있어서 유리기판(1)의 투과율과 그 내부반사의 영향이 레이저빔 T_A(s), T_B(p)에 대해 동일하다고 하면, 각 직선비 R_As/R_Ab=ρ_A와 R_Bs/R_Bb=ρ_B는 동일하다. 실제의 값은 ρ_A≒ρ_B=6을 상위한다. 그 주된 이유는 레이저빔 T_A(s), T_B(p)가 각각 S편광파와 P편광파인 것이 생각된다.

제3도(b)는 일반적으로 알려져 있는 액정패널에 사용되는 유리기판에 대한 편광파의 투과율 곡선도이다. 먼저 입사각 θ(°)로 입사한 S편광파는 유리기판의 표면으로 반사하고, 파워 반사율은 점선E(s)로 표시된다. 이에 대해 P편광파의 파워반사율은 E(p)로 표시된다. 유리기판의 굴절율 n에 의해 결정되는 브루스터각(Brewster)(n=1.5의 경우는 57°)근방에서 무반사로 된다. 따라서 이들 양곡선의 특성은 상위하다. 이것을 보면 액정패널에 사용되는 유리기판에 있어서는 입사각이 약 20°에서 약 85°의 범위에서의 S편광레이저빔이 P편광레이저빔 보다 반사율이 높다.

한편 유리기판의 투과광은 표면과 이면에 의해 2회 반사되는 것을 고려하면 S편광파와 P편광파에 대해 파워 투과율곡선D(s) 및 D(p)가 얻어진다.

이 곡선에 레이저빔 T_A(s), T_B(p)을 적용시키면 레이저빔 T_A(s)의 투과율은 입사각이 약 20°에서 약 85°의 범위에서 P편광레이저빔이 S편광레이저빔보다 투과율이높다. 그리고 앞서의 예의 θ_a=72°에 대한 레이저빔 T_A(s)의 투과율은 약 44%이며, θ_b=20°에 대한 레이저빔 T_B(p)의 투과율은 약 94%이다. 이것에 의해 상기한 표리의 난반사에 의한 검출전압의 대수차를 나타내는 ρ_B가 같은 차를 나타내는 ρ_A와 비교하여 작은 이유를 알 수 있다. 단 이 투과율의 보정을 행하더라도 ρ_A와 ρ_B는 동일하게 되지 않는다. 그 이유는 편광파의 편광방향에 의해 내부반사의 상태가 다른 것이 생각되어진다.

여기서 제1도에 도시한 바와 같이 레이저빔 T_B(p)의 파워를 레이저빔 T_A(s)의 k(=3으로 한다)로 했다고 한다. 이것에 의해 제3도의 (a)의 직선 R_Bs와 R_Bb는 k배 되어 제4도(a)에 도시한 바와 같이 점선위치에서 실선위치로 된다. 이때 각 직선의 크기의 순서는 다음과 같이 된다.

R_As KR_Bs KR_bb R_Ab …… ③

이에 따라 R_As KR_Bs가 표면 이물질에 대한 판정조건으로서 유도된다.

그리고 R_Ab KR_Bb가 이면이물질에 대한 판정조건으로 된다. 따라서 검출전압 R_A과 검출전압 R_B의 크기를 비교하여 어느 쪽인가를 판정할 수 있다. 단 R_A=R_B일 때는 어느 쪽인가를 판정할 수 없지만 안전측으로서 그것은 표면이물질로 하면 좋다.

이와 같은 것으로부터 판정처리장치(55)는 R_A-R_B의 값이 정(正)일 때 혹은 R_A/R_B가 1 이상일 때에 표면이물질이라고 판정한다. 물론 이면이물질인가를 아닌가를 반대의 결과로 판정하여도 좋다. 그런데 이 유리기판의 표면이물질 검출장치(10)에서는 레이저빔 T_B(p)는 레이점 T_A(s)에 비교하여 강도가 K(2-4)배로 되도록 그 출력이 선택적으로 절환되어 설정되어 있다.

이와 같이 레이저빔 T_A(s)에 비교하여 레이저빔 T_B(p)는 강도가 K(2-4)배이므로 레이저빔 T_B(o)에 의한 검출전압 R_Bs와 R_Bb는 함께 K배가 된다 이 K배는 매우 중요한 것이다. 이것에 의해 검출전압의 크기의 순서가 제4도(a)와 같이 변경된다.

그래서 제1도에 도시한 유리기판의 표면이물질 검출장치(10)의 전체적인 동작으로서는, 먼저 판정처리장치(55)는 레이저빔 T_A(s)와 이에 대해 K배의 출력을 갖는 레이저빔 T_B(p)을 교대로 조사하여 유리기판(1)의 표면을 이들에 의해 주사하고, 산란광에 대한 검출전압(R)을 주사위치에 따라서 체취한다. 그리고 각각을 메모리(57)에 기억한다. 다음에 MPU(56)에 의해 동일한 주사위치에 대한 검출전압(R_A)과 검출전압(R_B)의 차를 채택한다. 상기한 크기의 순서에 의해 R_A R_B일때의 검출된 이물질을 유리기판의 표면(화소등형성면측)에 부착한 것으로 판정한다. 또 R_AR_B일때는 이면이물질이라고 판정한다. 단 R_A= R_B일때는 어떠한 이물질도 판정하지 않으므로 안전측으로서 표면이물질로 한다.

또한 판정처리장치(55)의 표면이물질 혹은 이면이물질을 검출하기 위한 판정처리장치로서는 검출전압(R_A)과 검출전압(R_B)중 어느 한쪽의 검출데이타를 유리기판(1)의 각 측정좌표 위치에 대응하여 미리 채취하여 메모리(57)에 기억하고, 그리고 그 다른쪽 검출데이타를 메모리(57)에 기억하며, 그 후에 각 측정위치에 대응하여 채취한 검출전압(R_A)과 검출전압(R_B)의 검출데이타를 판독하여 행하도록 하여도 좋다.

이상과 같은 설명하였으나 실시예에서의 2개의 투광계의 각도 혹은 수광계의 각도는 기본적으로는 ③식이 성립하면 좋다. 그러나 노이즈나 유리 이면측으로부터의 산란광을 고려하면, 이면으로부터의 산란광 등의 입력에 의한 노이즈를 배재하고, 판정에 유효한 검출전압을 얻기 위한 범위로서 레이저빔 T_A(s)의 투광계와 수광계의 각도 검토를 행할 필요가 있다. 그 결과 약 1mm에서 수mm 정도의 액정 패널용 유리기판에 있어서는 먼저 레이저빔 T_A(s)의 투광계의 정반사광을 받지 않도록 하기 위해 레이저빔 T_A(s)의 투광계 앙각보다 2° 정도 작은 양각의 범위로 설정한다. 노이즈를 받지 않는 출력레벨로서의 수광계의 각도는 제4(b)의 S/N 비로 나타냈듯이 수광계를 투광계의 앙각과 수광계의 앙각의 차가 2°보다 작게 되면 정반사광의 일부를 받기 때문에 이물질이 없는 경우에도 노이즈 레벨 이상의 검출전압이 발생한다.

또 이면측의 이물질 검출레벨이 표면측의 이물질 검출레벨보다 낮다.

그래서 이면측의 이물질에 대해서 S/N비를 채택하여보면 제4도(c)에 수광각도에 대한 (R_As/R_Bs) × (R_Bb/R_Bs)의 특성에서의 S/N비로 나타낸 바와 같이 수광계가 5°이하로 되면 이면측에 이물질이 존재하지 않는 경우라도 유리기판의 이면으로부터의 난반사계가 노이즈레벨 이상으로 되어 수광된다. 또 16°이상으로 되면 이면에 이물질이 있을 경우에 이면측의 검출출력이 너무 크게 되어 (R_As/R_Bs)×(R_Bb/R_Ab)의 값이 1.5이하로 되어 표리의 분리검출이 어렵게 된다. 따라서 수광계의 앙각각도 범위는 5°에도 15°정도의 범위가 좋다. 그 결과 레이저빔 T_A(s)의 투광계는 7°이상이라고 말하게 된다.

단 제7도(b)로 도시된 바와 같이 이물질을 검출하고자 했을 경우에는 수광계가 측방산란을 받은 경우의 광검출의 유효한 각도로서는 투광계의 전방방향에 대해 ε=100°정도까지이다. 따라서 레이저빔 T_B(p)의 투광계 입사각의 최대치는 25°로 되며, 그 앙각은 75°로 된다. 또, 실시예와 마찬가지로 레이저빔 T_A(s)의 조사에 대해서 검출전압(R_A)과 검출전압(R_B)의 차를 1자리수 정도나 그 이상으로 하는데는 레이저빔 T_A(s)의 투광계와 레이저빔 T_B(p)의 투광계의 앙각의 차는 50°이상으로 차가 필요하다. 그래서 레이저빔 T_A(s)의 투광계의 각도는 25° 이하로 설정하는 것이 좋다. 다시 말하면 레이저빔 T_A(s)의 투광계 각도는 7°에서 25°의 범위가 바람직하며 레이저빔 T_B(p)의 투광계는 57°에서 75°가 좋다.

그래서 두께 1mm 정도의 액정패널용 유리기판의 경우보다 바람직한 범위를 실험에 의해서 고찰하면, 수광계는 표면으로부터 수직방향으로 향해서 10°±3°정도의 수광각으로 설치하는 것이 좋다. 레이저비 T_A(s)의 투광각은 앙각을 20°±3°정도로 설정하고 레이저빔 T_B(p)의 투광각은 앙각을 70°±3°정도로 설정하면 실시예의 각도설정으로도 이해할 수 있도록 바람직한 이물질검출 상태가 얻어진다.

이상의 설명에서 이해할 수 있어서는 표면측에 있는 일정 입경의 이물질에 S편광레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제1검출레벨로 하고, 유리판을 뒤집어서 이물질에 유리판을 거쳐 S편광레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제2검출레벨로 하며, 이물질에 P편광레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제3검출레벨로 하고, 유리판을 뒤집어서 이물질에 유리판을 거쳐 P편광레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제4검출레벨로 했을 때에 P편광레이저빔의 출력레벨을 제1검출레벨과 제2검출레벨 사이에 제3검출레벨과 제4검출레벨이 들어가게 설정하도록 하고 있으므로 S편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨이 P편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨보다 클때에 표면에 이물질이 있다고 판정할 수 있다. 또 신호레벨이 반대의 경우에는 이면측에 이물질이 있다고 판정할 수 있다.

그 결과 한쪽면에 투광계와 수광계를 배치하여 유리판의 표면 혹은 이면의 이물질 어느 한쪽을 다른쪽으로부터 분리하여 검출하는 것이 가능하다.

Claims

유리판의 이물질 검출면이 되는 피검사면측에 S편광레이저빔을 상기 피검사면에서 보아 제1앙각으로 조사하는 제1투광계와, 제1앙각 보다 큰 제2앙각으로 P편광레이저빔을 피검사면에 조사하는 제2투광계와, 제1투광계 및 제2투광계와 대향하면서 레이저빔의 조사점에 세워지는 법선(法線)을 그 사이에 두고, 제1앙각 보다 작은 제3앙각으로 제1투광계 및 제2투광계의 레이저빔을 받는 피검사면으로부터의 산란광을 각각 수광하는 수광계를 구비하고, 피검사면측에 있는 일정한 입경(笠俓)의 이물질에 S편광레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제1검출레벨로 하고, 유리판을 뒤집어서 이물질에 유리판을 거쳐 S편광레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제2검출레벨로 하고, 이물질에 P편광레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제3검출레벨로 하고, 유리판을 뒤집어서 이물질에 유리판을 거쳐 P편광레이저빔을 조사했을 때에 수광계에서 검출되는 산란광의 레벨을 제4검출레벨로 하며, P편광레이저빔의 출력레벨은 제1검출레벨과 제2검출레벨 사이에 제3검출레벨 및 제4 검출레벨이 위치하도록 설정되어 있고, S편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨이 P편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨보다 클 경우 피검사면에 이물질이 존재하는 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 유리판의 이물질 검출장치.
제2투광계로부터의 제2레이저빔 출력은 제1투광계출력의 2내지 4배의 범위인 것을 특징으로 하는 유리판의 이물질검출장치.
제2항에 있어서, 상기 이물질은 유리판의 흠인 것을 특징으로 하는 유리판의 이물질검출장치.
제1항에 있어서, 유리판은 액정패널에 사용되는 유리기판이며, 그 제1앙각이 7°내지 25°의 범위이고, 제2앙각이 57°내지 75°의 범위이며, 제3앙각이 5°내지 15°의 범위인 것을 특징으로 하는 유리판의 이물질검출장치.
제1항에 있어서, 제2투광계의 레이저빔 출력은 제1투광계의 레이저빔 출력의 2 내지 4배의 범위이고, 유리기판은 액정패널에 사용되는 유리기판이며, 피검사면에 대해 제1앙각이 7° 내지 25°의 범위이고, 제2앙각이 57°내지 75°의 범위이며, 제3앙각이 5°내지 15°의 범위인 것을 특징으로 하는 이물질검출장치.
제5항에 있어서, 제1앙각과 제2앙각 사이의 차이는 50°와 같거나 큰 것을 특징으로 하는 유리판의 이물질검출장치.
제6항에 있어서, 제1앙각은 17°내지 23°의 범위이고, 제2앙각은 67°내지 73°의 범위이며, 제3앙각은 7°내지 13°의 범위인 것을 특징으로 하는 이물질검출장치.
제7항에 있어서, 상기 유리판은 약 1mm의 두께이고, 피검사면상의 액정표시용전극으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 유리판의 이물질검출장치.
제8항에 있어서, 제1앙각은 약 18°이고, 제2앙각은 약 70°이며, 제3앙각은 약 8°인 것을 특징으로 하는 유리판의 이물질검출장치.
제1항에 있어서, P편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨이 S편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨 보다 클 경우 피검사면의 이면측에 이물질이 존재하는 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 이물질검출장치.
제1항에 있어서, S편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨이 P편광 레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨보다 클 경우 피검사면에 이물질이 존재하는 것으로 판정하고, P편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨이 S편광레이저빔의 조사에 대응하여 수광계에서 얻어지는 신호레벨 보다 클 경우 피검사면의 이면측에 이물질이 존재하는 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 이물질검출장치.
제1항에 있어서, 상기 이물질은 유리판의 흠인 것을 특징으로 하는 이물질검출장치.