説明

シート体の検査装置及び方法

【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。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【特許文献1】特開平5−99639号公報
【特許文献2】特開2001−188048号公報
【特許文献3】特開2003−279496号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【発明の効果】
【0017】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【実施例】
【0036】
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。
【0037】
[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。
【0038】
[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。
【0039】
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。
【0040】
[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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【産業上の利用可能性】
【0043】
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。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】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】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
【図3】実験1における欠陥がない部分の透過光を示す画像
【図4】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
【図5】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】
【0045】
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

【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。

【図1】
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【図2】
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【図5】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2009−270909(P2009−270909A)
【公開日】平成21年11月19日(2009.11.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−121081(P2008−121081)
【出願日】平成20年5月7日(2008.5.7)
【出願人】(596120359)ミツテック株式会社 (7)
【Fターム(参考)】