表面検査装置
【課題】フラットディスプレイパネルの大面積基板上に形成された塗布膜の表面形状を短時間で、低コストに検査可能な大面積用表面検査装置を提供する。
【解決手段】基板１３上に形成された塗布膜１４の表面検査装置において、点光源２０と、点光源２０から発せられた光の光路に設けられ点光源２０からの光の光強度分布を調整するための光強度分布調整フィルター３０と、ハーフミラー２１と、ハーフミラー２１を経由した前記光を平行光に変換して塗布膜１４の表面に照射するとともに塗布膜１４の表面からの反射光を集光するように配置されたフレネルレンズ２２と、フレネルレンズ２２により集光されハーフミラー２１により点光源２０とは別の光路に導かれた前記反射光の集光結像された光学像を観察するＣＣＤカメラ２６とを有する。
【解決手段】基板１３上に形成された塗布膜１４の表面検査装置において、点光源２０と、点光源２０から発せられた光の光路に設けられ点光源２０からの光の光強度分布を調整するための光強度分布調整フィルター３０と、ハーフミラー２１と、ハーフミラー２１を経由した前記光を平行光に変換して塗布膜１４の表面に照射するとともに塗布膜１４の表面からの反射光を集光するように配置されたフレネルレンズ２２と、フレネルレンズ２２により集光されハーフミラー２１により点光源２０とは別の光路に導かれた前記反射光の集光結像された光学像を観察するＣＣＤカメラ２６とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面検査装置に関し、特にフラットディスプレイパネル用の基板上に形成された塗布膜の表面検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ装置やプラズマディスプレイ装置などに用いるフラットディスプレイパネルでは、基板上に形成された塗布膜がパネルを構成する要素部材として各種の目的で使用されている。このような塗布膜の多くには、表面の平坦性、局所的な凹凸の無いこと、膜厚が均一であることなどが要求される。
【０００３】
例えば、プラズマディスプレイパネルは、前面基板および背面基板の両ガラス基板を対向配置して放電空間を形成し、両ガラス基板の周囲を封着材で封着し、放電空間に放電ガスを封入することにより構成されている。前面基板上には誘電体層で覆われた複数の電極が形成され、背面基板上には複数の電極および隔壁が形成されるとともに隣接する隔壁間の溝に赤色、緑色、青色に発光する蛍光体層が形成されている。このプラズマディスプレイパネルでは、前面基板上に形成された誘電体層や背面基板上に形成された隔壁は、いずれも高い厚み精度や表面の平坦性を要求される。
【０００４】
通常、基板上に形成された塗布膜の塗布状態は、それぞれの基板で微妙に異なる場合があり、塗布膜の性状を検査するときは全数の基板について基板全面の状態を検査できることが求められる。このような検査には、段差計または光学干渉式膜厚測定装置を用いた検査方法がある。この検査方法では、点あるいは微少エリアでの測定評価を積み重ねて基板全面を評価する。
【０００５】
また上記のような検査方法以外に、点光源からの光をフレネルレンズにより平行光に変換し、その平行光を基板上の塗布膜表面に照射したときの反射光を解析して反射光の明暗から塗布膜表面の凹凸を検出する検査方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。この方法では、高い平行度を持つ平行光を被評価面（塗布膜表面）に照射すると、被評価面の凹凸が反射光の方向を変えるために光束密度分布が生じて明暗の差として検出されるという原理が利用されている。
【特許文献１】特開２００６−８４２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようなフレネルレンズを用いた検査方法の場合、解析に用いる点光源からの光が被評価面では中央で明るく周辺ほど暗くなるため、被評価面内を一定条件で評価し、ムラ検出することが難しいという課題を有しており大面積基板の表面を短時間かつ低コストに信頼性良く検査することは非常に難しかった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、フラットディスプレイパネルの大面積基板上に形成された塗布膜の表面形状を短時間で、低コストに検査可能な大面積用表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明の表面検査装置は、基板上に形成された塗布膜の表面検査装置において、点光源と、前記点光源から発せられた光の光路に設けられ前記点光源からの光の光強度分布を調整するための光強度分布調整フィルターと、ハーフミラーと、前記ハーフミラーを経由した前記光を平行光に変換して前記塗布膜の表面に照射するとともに前記塗布膜の表面からの反射光を集光するように配置されたフレネルレンズと、前記フレネルレンズにより集光され前記ハーフミラーにより前記点光源とは別の光路に導かれた前記反射光の集光結像された光学像を観察する観察手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フラットディスプレイパネル用の基板上に形成された塗布膜などの表面ムラ形状を短時間かつ低コストで信頼性良く検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態による表面検査装置について、フラットディスプレイパネルの一例であるプラズマディスプレイパネルを例として、その基板上の塗布膜表面を検査対象物表面として検査する場合について図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は、プラズマディスプレイパネルの構造を示す斜視図である。プラズマディスプレイパネルは、放電空間を形成するように対向して配置されたガラス製の前面基板１と背面基板２とを備えている。前面基板１上には２つの表示電極３、４から構成された表示電極対が複数配列されており、表示電極３、４を覆うように誘電体層５が形成され、誘電体層５上に酸化マグネシウムからなる保護層６が形成されている。背面基板２上には表示電極３、４と直交する方向に複数のアドレス電極７が形成され、アドレス電極７を覆うように誘電体層８が形成されている。誘電体層８上にはアドレス電極７の間に位置するように隔壁９が形成され、誘電体層８の表面および隔壁９の側面には蛍光体層１０が形成されている。放電空間には、例えばネオンとキセノンの混合ガスからなる放電ガスが４００〜６００Ｔｏｒｒ（５３ｋＰａ〜８０ｋＰａ）の圧力で封入されている。表示電極対を構成する表示電極３および表示電極４の間で表示放電を起こさせたときに発生する紫外線によって、蛍光体層１０を発光させてカラー画像を表示している。ここに示した誘電体層５、誘電体層８などは、基板に塗布材料を塗布して塗布膜を形成した後、これを乾燥、焼成して形成する。これら塗布膜は、表面の平坦性、局所的な凹凸のないこと、膜厚が均一であることなどが要求される。本発明の表面検査装置は、これら塗布膜を検査するのに用いられる。
【００１２】
図２は本発明の第１の実施の形態における表面検査装置の概略を示す図であり、基板１３上に形成された塗布膜１４を検査するときの状態を示している。まず基本的な光束の状態と検査の原理を説明する。
【００１３】
点光源２０は、図示していないがピンホール板にハロゲンランプを照射する構成となっている。この場合はピンホールの位置が点光源２０の位置となる。点光源２０から発せられた光は、光路上に設けられた光強度分布調整フィルター３０を通過した後、ハーフミラー２１により曲げられ、平行光生成用のフレネルレンズ２２によって平行光２３に変換され、塗布膜１４に照射される。塗布膜１４からの反射光２４は再びフレネルレンズ２２によって集光され、ハーフミラー２１を直進して結像レンズ２５によって観察手段であるＣＣＤカメラ２６に結像される。本実施の形態では結像レンズ２５を用いているが、結像レンズ２５を用いずにフレネルレンズ２２によって反射光２４をＣＣＤカメラ２６に直接結像させるようにしてもよい。
【００１４】
反射防止コーティングを施した透明な平板５０と反射防止コーティングを施した透明な平板６０とを所定の間隔をあけて平行に配置し、それらの周囲を封止部材６１で封止して容器を構成し、その容器内にフレネルレンズ押さえ枠部材５５およびフレネルレンズ２２が設けられている。フレネルレンズ２２は、凹凸が形成された凹凸面を有するとともにその凹凸面の反対側の表面が平らな面（平面）となっており、フレネルレンズ２２を大面積かつ低コストで実現するために、レンズ材料として光学樹脂材料、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）のような透明光学アクリル材料が用いられている。
【００１５】
フレネルレンズ２２は凹凸面が塗布膜１４に向くように水平に配置され、フレネルレンズ２２の周辺部にフレネルレンズ押さえ枠部材５５を載せている。これによりフレネルレンズ２２は平板５０に押し付けられて形状が平板５０の形状に沿うように規制される。フレネルレンズ２２は、平板５０と接着されていることはなく、またフレネルレンズ押さえ枠部材５５によって平板５０に取り付けられた状態でもない。すなわちフレネルレンズ２２は平板５０に固定された状態ではないので、温度や湿度など環境条件の変化によってフレネルレンズ２２の反りや膨張が発生する場合でも、フレネルレンズ２２はフレネルレンズ押さえ枠部材５５によって平板５０に沿った形状を保つことができる。
【００１６】
光強度分布調整フィルター３０は、図３（ａ）に示すような光透過率分布特性を有するフィルターであり、点光源２０からの光の光強度分布を調整するためのものである。すなわち、フィルターの中心Ｃ１で光透過率が低く、中心Ｃ１から離れ周辺Ａおよび周辺Ｂに行くほど光透過率が高くなるという光透過率分布特性を有しており、中心Ｃ１を中心とする円周上では光透過率が等しくなるような分布特性である。上側の図では光透過率の値が等しい位置を結んだ線を示している。
【００１７】
図３（ｂ）は、図２の表面検査装置において光強度分布調整フィルター３０が無い状態で、点光源２０から発せられた光がフレネルレンズ２２の面に照射されるときの照射光照度分布を示しており、照射面の中心Ｃ２における照度が最も高く、周辺に行くほど照度が低くなっている。上側の図では照射光照度の値が等しい位置を結んだ線を示している。
【００１８】
光強度分布調整フィルター３０は、点光源２０から発せられた光がフレネルレンズ２２の面に照射される照射面（照射対象物平面）での光強度分布をほぼ一定にするような光透過率分布を有している。このため、図２に示すように光強度分布調整フィルター３０を設けることにより、フレネルレンズ２２の面に照射される照射光照度分布が照射面内でほぼ一定にすることができる。
【００１９】
ここで塗布膜１４に凹部１４ａがある場合、平行光２３は凹部１４ａで反射されると符号２４ａで示す光路を通る収束光になり、収束面２７に収束する。同様に塗布膜１４に凸部１４ｂがある場合、平行光２３は凸部１４ｂで反射されると疑似収束面２８から発せられたような光路（符号２４ｂで示す）を通る拡散光となる。このような反射光２４、２４ａ、２４ｂを、結像レンズ２５を通してＣＣＤカメラ２６で撮像し光束分布密度を解析する。
【００２０】
図４は、反射光２４をＣＣＤカメラ２６で撮像したときの撮像画像を模式的に表した図である。収束面２７を結像レンズ２５によってＣＣＤカメラ２６上に結像すると、凹部１４ａの位置では反射光２４ａが収束して光束密度が高く明るくなり、凸部１４ｂの位置では反射光２４ｂが拡散し光束密度が低く暗くなるので、図４（ａ）に示すような撮像画像となる。すなわち図４（ａ）において、破線４１ａで囲まれたＡ領域では周囲の領域に比べて明るくかつＡ領域の中心へ行くほど明るくなる画像が得られ、凹部１４ａが存在していることを表している。また、破線４１ｂで囲まれたＢ領域では周囲の領域に比べて暗くかつＢ領域の中心へ行くほど暗くなる画像が得られ、凸部１４ｂが存在していることを表している。
【００２１】
また、疑似収束面２８を結像レンズ２５によってＣＣＤカメラ２６上に結像すると、凸部１４ｂの位置では反射光２４ｂが疑似収束し光束密度が高く明るくなり、凹部１４ａの位置では反射光２４ａが拡散して光束密度が低く暗くなるので、図４（ｂ）に示すような撮像画像となる。すなわち図４（ｂ）において、破線４２ａで囲まれたＡ領域では周囲の領域に比べて暗くかつＡ領域の中心へ行くほど暗くなる画像が得られ、凹部１４ａが存在していることを表している。また、破線４２ｂで囲まれたＢ領域では周囲の領域に比べて明るくかつＢ領域の中心へ行くほど明るくなる画像が得られ、凸部１４ｂが存在していることを表している。
【００２２】
結像位置を変えるには、結像レンズ２５やＣＣＤカメラ２６の位置を光軸方向に適宜ずらせばよい。このように任意の位置の光束分布をＣＣＤカメラ２６に結像し、得られる画像の明暗状況を解析することによって塗布膜１４の表面形状を検査でき、特に検査の難しい局所的な表面の凹凸形状を検査できる。
【００２３】
次に一例として、プラズマディスプレイパネルの前面基板１上に設けられた誘電体層５について検査する場合について説明する。プラズマディスプレイパネルの製造工程において、誘電体層５は次のようにして形成される。すなわち、ガラス等の誘電体材料、バインダおよび溶剤を含んだ誘電体ペースト（膜材料）を、前面基板１上に形成した表示電極３、４を覆うように塗布することにより誘電体材料膜（塗布膜）を形成し、その後、誘電体材料膜を昇温して乾燥させると溶剤が揮発し、誘電体材料の粒子間はバインダによって結着される。続いて温度を上げればバインダが除去され、さらに高温にして焼成することで誘電体材料が焼結して誘電体層５が形成される。
【００２４】
このようにして形成された誘電体層５の表面の表面粗さは比較的粗くなっている。誘電体材料膜の成分に有機成分が多い場合、乾燥した後に熱処理（焼成）すると誘電体材料膜中の有機成分が焼失するために表面粗さが粗くなる。そこで、この表面粗さが粗くなる前の状態、すなわち、誘電体ペーストを塗布して乾燥した後、焼成するまでの間に誘電体材料膜の表面形状の検査を行う。このとき、正反射光の強い状態で検査することになるため、誘電体材料膜の表面形状の検査を精度よく行うことができる。また、誘電体ペーストの塗布後、乾燥するまでの間に検査してもよい。この場合にも正反射光の強い状態で検査することになるため、誘電体材料膜の表面形状の検査を精度よく行うことができる。すなわち、前面基板１上に溶剤を含む誘電体ペーストを塗布して誘電体材料膜を形成した後、その誘電体材料膜を焼成するまでの間に誘電体材料膜の表面形状の検査を行うことで、その検査を精度よく行うことができる。
【００２５】
上記のように、本発明の一実施の形態による表面検査装置は、塗布膜１４を乾燥する前の正反射率の高い状態で検査することで特に良好な凹凸検出性能を発揮できるものであるが、塗布膜１４を乾燥する前の正反射率の高い状態で検査する場合には、乾燥前の塗布膜１４から揮発する溶剤が検査用光学系に接することになる。溶剤としてはテルピネオールやＢＣＡ（ブチルカルビトールアセテート）が用いられる。フレネルレンズ２２は通常、アクリル樹脂などを成型して製作するが、これら樹脂が溶剤の蒸気に長期間さらされるとフレネルレンズ２２の表面に曇りを生じたりフレネルレンズ２２が変形したりすることがある。曇りや変形が生じると、均一な平行光を作り出せなくなり塗布膜１４の表面の検査性能に重大な障害を生じることになる。
【００２６】
しかしながら、本実施の形態における表面検査装置では、塗布膜１４から発生する溶剤の蒸気がフレネルレンズ２２に接触するのを抑制する構造となっているので、フレネルレンズ２２の溶剤成分による変質や変形を抑制することができる。また、平板５０および平板６０には、塗布膜１４に含有される溶剤に溶解膨潤されない材料として、ガラス材を用いている。このため、塗布膜１４の表面の検査性能の低下を防ぐことができる。
【００２７】
塗布膜１４の表面のような評価対象は非常に高低差の小さな凹凸形状のものもあり、図４におけるムラ検出明暗部の明暗差の小さい微妙な明暗の画像になる場合がある。被評価面内での検査用照射光照度分布に大きな面内差が有る場合は検出明暗差が被評価面内で一定にならないため検出の難しい場所が生じてしまう。検査用照射光照度を一定にする光強度分布調整フィルター３０を設置することで、この明暗差が被評価面内で均一にでき、ムラを確実に検出することができる。
【００２８】
本発明の効果を検証するため、比較実験を行った。本実施の形態である光強度分布調整フィルター３０を光路上に設置した表面検査装置を用いて、フレネルレンズ２２の周辺部で評価したムラ部分の画像の階調は、ムラ無し部で７５階調、ムラ部で１００階調となり階調差２５階調を検出できた。比較のため、光強度分布調整フィルター３０を設置しない表面検査装置でフレネルレンズ２２の周辺部の同じ位置で評価したムラ部分の画像の階調を調べたところ、ムラ無し部で４５階調、ムラ部で６０階調となり階調差が１５階調であった。この比較検討画像の撮像条件は、両方の取り込み画像中央での階調がムラ無し状態で８０階調の同じ明るさで取り込むように設定して行った。
【００２９】
この比較実験の結果からわかるように、本実施の形態の表面検査装置を用いることで検査評価領域全面にわたって高い感度でムラを検出できるようになるものである。
【００３０】
本実施の形態では光透過率分布特性が光強度分布特性を一定にする分布のものを用いているが、この特性でなくても中心ほど光透過率の低い分布を有するものにすればムラの検出感度において改善効果が得られるものである。また、光強度分布調整フィルター３０を設けることにより、光強度分布調整フィルター３０を設けない場合に比べて、点光源２０からの照射光の照射対象物平面上での光強度分布を均一に近づけるようにすれば改善効果を得ることができる。
【００３１】
次に、光強度分布調整フィルター３０を製造する方法について図５を用いて説明する。
【００３２】
この製造方法は、光強度分布調整フィルター３０を作成するのに適したサイズのガラス基板３１を真空蒸着機３２内にセットし、蒸着材料容器３３に蒸着遮光材料３４を入れて蒸着加熱源の電子線３５を蒸着材料容器３３中の蒸着遮光材料３４に照射する電子線源３６を備えた電子線蒸着装置により、固定したガラス基板３１上に蒸着遮光材料３４の遮光層を蒸着方向３７に向けて蒸着形成して光強度分布調整フィルター３０を製造する方法である。すなわち、固定したガラス基板３１の法線上に蒸着源が設けられ、ガラス基板３１上にその蒸着源から蒸着遮光材料３４を蒸着して遮光層を形成することにより光強度分布調整フィルター３０が得られる。ここで、例えばガラス基板３１の法線はガラス基板３１の面内の中心を通るように設定されるが、前記法線は前記中心を通らなくてもよく、装置の構成に応じて適宜設定することが可能である。
【００３３】
使用する蒸着遮光材料３４は、蒸着膜として遮光性あるいは分光遮光性（着色性）を有するものが適用できる。蒸着遮光材料の例としては、アルミニウム等の金属類や炭素塊などを用いることができる。
【００３４】
この製造方法では、蒸着材料容器３３中の蒸着遮光材料３４が点に近い蒸着源から蒸着されるため、ガラス基板３１の中心で蒸着遮光材料３４の付着量が多く、ガラス基板３１の周辺で蒸着遮光材料３４の付着量が少なくなり、フィルターとしての光透過率分布が図３（ａ）のような中心で透過率が低く周辺で高い透過率の特性が得られるものである。
【００３５】
透過率分布の調整は、ガラス基板３１と蒸着材料容器３３との間の距離を調整することにより容易に調整することができる。遮光材料付着膜厚分布はガラス基板３１と蒸着材料容器３３との間の距離の２乗に反比例することから透過率は容易に計算設計できる。
【００３６】
したがって、簡易な製造装置で容易に所望の光強度分布調整フィルターを製造することができるものである。なお、蒸着加熱源として電子線を用いているが電子線に限定されるものではなく、ヒーター加熱など他の蒸着方法でも適用可能である。
【００３７】
図６は光強度分布調整フィルター３０を製造する他の方法を示すものである。この製造方法は、光強度分布調整フィルター３０を作成するのに適したサイズの固定したガラス基板３１に、噴霧塗布ノズル（噴霧手段）３８から射出した遮光材料を噴霧射出方向３９に射出塗布して遮光膜を形成して光強度分布調整フィルター３０を製造する方法である。すなわち、固定したガラス基板３１の基板面に垂直に噴霧塗布ノズル３８が設けられ、ガラス基板３１上に噴霧塗布ノズル３８から遮光材料を噴霧塗布して遮光層を形成することにより光強度分布調整フィルター３０が得られる。
【００３８】
噴霧塗布される遮光材料としては、着色顔料あるいは着色染料を含んだ塗料などを用いることができる。
【００３９】
この製造方法では、噴霧塗布ノズル３８が点に近く、ガラス基板３１の中心で遮光材料の付着量が多く、ガラス基板２１の周辺で遮光材料の付着量が少なくなり、フィルターとしての光透過率分布が図３（ａ）のような中心で透過率が低く周辺で高い透過率の特性が得られる。
【００４０】
透過率分布の調整は、ガラス基板３１と噴霧塗布ノズル３８との間の距離を調整することにより容易に調整することができる。遮光材料付着膜厚分布はガラス基板３１と噴霧塗布ノズル３８との間の距離の２乗に反比例することから透過率は容易に計算設計できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、基板上に形成された塗布膜などの表面形状の局所的な凹凸異常を速いタクトでかつ低コストで高信頼性の検出をすることができるもので、本発明の表面検査装置はフラットディスプレイパネルなど特に大面積の塗布膜の検査に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】プラズマディスプレイパネルの構造を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態における表面検査装置の概略を示す図
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態における光強度分布調整フィルターを説明するための図
【図４】（ａ）、（ｂ）はＣＣＤカメラによる撮像画像を模式的に示す図
【図５】本発明の実施の形態における光強度分布調整フィルターの製造方法を説明するための図
【図６】本発明の実施の形態における光強度分布調整フィルターの他の製造方法を説明するための図
【符号の説明】
【００４３】
１３ 基板
１４ 塗布膜
２０ 点光源
２１ ハーフミラー
２２ フレネルレンズ
２３ 平行光
２４ 反射光
２５ 結像レンズ
２６ ＣＣＤカメラ
３０ 光強度分布調整フィルター
３１ ガラス基板
３２ 真空蒸着機
３３ 蒸着材料容器
３４ 蒸着遮光材料
３５ 電子線
３６ 電子線源
３７ 蒸着方向
３８ 噴霧塗布ノズル
５０ 平板
５５ フレネルレンズ押さえ枠部材
６０ 平板
６１ 封止部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面検査装置に関し、特にフラットディスプレイパネル用の基板上に形成された塗布膜の表面検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ装置やプラズマディスプレイ装置などに用いるフラットディスプレイパネルでは、基板上に形成された塗布膜がパネルを構成する要素部材として各種の目的で使用されている。このような塗布膜の多くには、表面の平坦性、局所的な凹凸の無いこと、膜厚が均一であることなどが要求される。
【０００３】
例えば、プラズマディスプレイパネルは、前面基板および背面基板の両ガラス基板を対向配置して放電空間を形成し、両ガラス基板の周囲を封着材で封着し、放電空間に放電ガスを封入することにより構成されている。前面基板上には誘電体層で覆われた複数の電極が形成され、背面基板上には複数の電極および隔壁が形成されるとともに隣接する隔壁間の溝に赤色、緑色、青色に発光する蛍光体層が形成されている。このプラズマディスプレイパネルでは、前面基板上に形成された誘電体層や背面基板上に形成された隔壁は、いずれも高い厚み精度や表面の平坦性を要求される。
【０００４】
通常、基板上に形成された塗布膜の塗布状態は、それぞれの基板で微妙に異なる場合があり、塗布膜の性状を検査するときは全数の基板について基板全面の状態を検査できることが求められる。このような検査には、段差計または光学干渉式膜厚測定装置を用いた検査方法がある。この検査方法では、点あるいは微少エリアでの測定評価を積み重ねて基板全面を評価する。
【０００５】
また上記のような検査方法以外に、点光源からの光をフレネルレンズにより平行光に変換し、その平行光を基板上の塗布膜表面に照射したときの反射光を解析して反射光の明暗から塗布膜表面の凹凸を検出する検査方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。この方法では、高い平行度を持つ平行光を被評価面（塗布膜表面）に照射すると、被評価面の凹凸が反射光の方向を変えるために光束密度分布が生じて明暗の差として検出されるという原理が利用されている。
【特許文献１】特開２００６−８４２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のようなフレネルレンズを用いた検査方法の場合、解析に用いる点光源からの光が被評価面では中央で明るく周辺ほど暗くなるため、被評価面内を一定条件で評価し、ムラ検出することが難しいという課題を有しており大面積基板の表面を短時間かつ低コストに信頼性良く検査することは非常に難しかった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、フラットディスプレイパネルの大面積基板上に形成された塗布膜の表面形状を短時間で、低コストに検査可能な大面積用表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明の表面検査装置は、基板上に形成された塗布膜の表面検査装置において、点光源と、前記点光源から発せられた光の光路に設けられ前記点光源からの光の光強度分布を調整するための光強度分布調整フィルターと、ハーフミラーと、前記ハーフミラーを経由した前記光を平行光に変換して前記塗布膜の表面に照射するとともに前記塗布膜の表面からの反射光を集光するように配置されたフレネルレンズと、前記フレネルレンズにより集光され前記ハーフミラーにより前記点光源とは別の光路に導かれた前記反射光の集光結像された光学像を観察する観察手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フラットディスプレイパネル用の基板上に形成された塗布膜などの表面ムラ形状を短時間かつ低コストで信頼性良く検査することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態による表面検査装置について、フラットディスプレイパネルの一例であるプラズマディスプレイパネルを例として、その基板上の塗布膜表面を検査対象物表面として検査する場合について図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は、プラズマディスプレイパネルの構造を示す斜視図である。プラズマディスプレイパネルは、放電空間を形成するように対向して配置されたガラス製の前面基板１と背面基板２とを備えている。前面基板１上には２つの表示電極３、４から構成された表示電極対が複数配列されており、表示電極３、４を覆うように誘電体層５が形成され、誘電体層５上に酸化マグネシウムからなる保護層６が形成されている。背面基板２上には表示電極３、４と直交する方向に複数のアドレス電極７が形成され、アドレス電極７を覆うように誘電体層８が形成されている。誘電体層８上にはアドレス電極７の間に位置するように隔壁９が形成され、誘電体層８の表面および隔壁９の側面には蛍光体層１０が形成されている。放電空間には、例えばネオンとキセノンの混合ガスからなる放電ガスが４００〜６００Ｔｏｒｒ（５３ｋＰａ〜８０ｋＰａ）の圧力で封入されている。表示電極対を構成する表示電極３および表示電極４の間で表示放電を起こさせたときに発生する紫外線によって、蛍光体層１０を発光させてカラー画像を表示している。ここに示した誘電体層５、誘電体層８などは、基板に塗布材料を塗布して塗布膜を形成した後、これを乾燥、焼成して形成する。これら塗布膜は、表面の平坦性、局所的な凹凸のないこと、膜厚が均一であることなどが要求される。本発明の表面検査装置は、これら塗布膜を検査するのに用いられる。
【００１２】
図２は本発明の第１の実施の形態における表面検査装置の概略を示す図であり、基板１３上に形成された塗布膜１４を検査するときの状態を示している。まず基本的な光束の状態と検査の原理を説明する。
【００１３】
点光源２０は、図示していないがピンホール板にハロゲンランプを照射する構成となっている。この場合はピンホールの位置が点光源２０の位置となる。点光源２０から発せられた光は、光路上に設けられた光強度分布調整フィルター３０を通過した後、ハーフミラー２１により曲げられ、平行光生成用のフレネルレンズ２２によって平行光２３に変換され、塗布膜１４に照射される。塗布膜１４からの反射光２４は再びフレネルレンズ２２によって集光され、ハーフミラー２１を直進して結像レンズ２５によって観察手段であるＣＣＤカメラ２６に結像される。本実施の形態では結像レンズ２５を用いているが、結像レンズ２５を用いずにフレネルレンズ２２によって反射光２４をＣＣＤカメラ２６に直接結像させるようにしてもよい。
【００１４】
反射防止コーティングを施した透明な平板５０と反射防止コーティングを施した透明な平板６０とを所定の間隔をあけて平行に配置し、それらの周囲を封止部材６１で封止して容器を構成し、その容器内にフレネルレンズ押さえ枠部材５５およびフレネルレンズ２２が設けられている。フレネルレンズ２２は、凹凸が形成された凹凸面を有するとともにその凹凸面の反対側の表面が平らな面（平面）となっており、フレネルレンズ２２を大面積かつ低コストで実現するために、レンズ材料として光学樹脂材料、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）のような透明光学アクリル材料が用いられている。
【００１５】
フレネルレンズ２２は凹凸面が塗布膜１４に向くように水平に配置され、フレネルレンズ２２の周辺部にフレネルレンズ押さえ枠部材５５を載せている。これによりフレネルレンズ２２は平板５０に押し付けられて形状が平板５０の形状に沿うように規制される。フレネルレンズ２２は、平板５０と接着されていることはなく、またフレネルレンズ押さえ枠部材５５によって平板５０に取り付けられた状態でもない。すなわちフレネルレンズ２２は平板５０に固定された状態ではないので、温度や湿度など環境条件の変化によってフレネルレンズ２２の反りや膨張が発生する場合でも、フレネルレンズ２２はフレネルレンズ押さえ枠部材５５によって平板５０に沿った形状を保つことができる。
【００１６】
光強度分布調整フィルター３０は、図３（ａ）に示すような光透過率分布特性を有するフィルターであり、点光源２０からの光の光強度分布を調整するためのものである。すなわち、フィルターの中心Ｃ１で光透過率が低く、中心Ｃ１から離れ周辺Ａおよび周辺Ｂに行くほど光透過率が高くなるという光透過率分布特性を有しており、中心Ｃ１を中心とする円周上では光透過率が等しくなるような分布特性である。上側の図では光透過率の値が等しい位置を結んだ線を示している。
【００１７】
図３（ｂ）は、図２の表面検査装置において光強度分布調整フィルター３０が無い状態で、点光源２０から発せられた光がフレネルレンズ２２の面に照射されるときの照射光照度分布を示しており、照射面の中心Ｃ２における照度が最も高く、周辺に行くほど照度が低くなっている。上側の図では照射光照度の値が等しい位置を結んだ線を示している。
【００１８】
光強度分布調整フィルター３０は、点光源２０から発せられた光がフレネルレンズ２２の面に照射される照射面（照射対象物平面）での光強度分布をほぼ一定にするような光透過率分布を有している。このため、図２に示すように光強度分布調整フィルター３０を設けることにより、フレネルレンズ２２の面に照射される照射光照度分布が照射面内でほぼ一定にすることができる。
【００１９】
ここで塗布膜１４に凹部１４ａがある場合、平行光２３は凹部１４ａで反射されると符号２４ａで示す光路を通る収束光になり、収束面２７に収束する。同様に塗布膜１４に凸部１４ｂがある場合、平行光２３は凸部１４ｂで反射されると疑似収束面２８から発せられたような光路（符号２４ｂで示す）を通る拡散光となる。このような反射光２４、２４ａ、２４ｂを、結像レンズ２５を通してＣＣＤカメラ２６で撮像し光束分布密度を解析する。
【００２０】
図４は、反射光２４をＣＣＤカメラ２６で撮像したときの撮像画像を模式的に表した図である。収束面２７を結像レンズ２５によってＣＣＤカメラ２６上に結像すると、凹部１４ａの位置では反射光２４ａが収束して光束密度が高く明るくなり、凸部１４ｂの位置では反射光２４ｂが拡散し光束密度が低く暗くなるので、図４（ａ）に示すような撮像画像となる。すなわち図４（ａ）において、破線４１ａで囲まれたＡ領域では周囲の領域に比べて明るくかつＡ領域の中心へ行くほど明るくなる画像が得られ、凹部１４ａが存在していることを表している。また、破線４１ｂで囲まれたＢ領域では周囲の領域に比べて暗くかつＢ領域の中心へ行くほど暗くなる画像が得られ、凸部１４ｂが存在していることを表している。
【００２１】
また、疑似収束面２８を結像レンズ２５によってＣＣＤカメラ２６上に結像すると、凸部１４ｂの位置では反射光２４ｂが疑似収束し光束密度が高く明るくなり、凹部１４ａの位置では反射光２４ａが拡散して光束密度が低く暗くなるので、図４（ｂ）に示すような撮像画像となる。すなわち図４（ｂ）において、破線４２ａで囲まれたＡ領域では周囲の領域に比べて暗くかつＡ領域の中心へ行くほど暗くなる画像が得られ、凹部１４ａが存在していることを表している。また、破線４２ｂで囲まれたＢ領域では周囲の領域に比べて明るくかつＢ領域の中心へ行くほど明るくなる画像が得られ、凸部１４ｂが存在していることを表している。
【００２２】
結像位置を変えるには、結像レンズ２５やＣＣＤカメラ２６の位置を光軸方向に適宜ずらせばよい。このように任意の位置の光束分布をＣＣＤカメラ２６に結像し、得られる画像の明暗状況を解析することによって塗布膜１４の表面形状を検査でき、特に検査の難しい局所的な表面の凹凸形状を検査できる。
【００２３】
次に一例として、プラズマディスプレイパネルの前面基板１上に設けられた誘電体層５について検査する場合について説明する。プラズマディスプレイパネルの製造工程において、誘電体層５は次のようにして形成される。すなわち、ガラス等の誘電体材料、バインダおよび溶剤を含んだ誘電体ペースト（膜材料）を、前面基板１上に形成した表示電極３、４を覆うように塗布することにより誘電体材料膜（塗布膜）を形成し、その後、誘電体材料膜を昇温して乾燥させると溶剤が揮発し、誘電体材料の粒子間はバインダによって結着される。続いて温度を上げればバインダが除去され、さらに高温にして焼成することで誘電体材料が焼結して誘電体層５が形成される。
【００２４】
このようにして形成された誘電体層５の表面の表面粗さは比較的粗くなっている。誘電体材料膜の成分に有機成分が多い場合、乾燥した後に熱処理（焼成）すると誘電体材料膜中の有機成分が焼失するために表面粗さが粗くなる。そこで、この表面粗さが粗くなる前の状態、すなわち、誘電体ペーストを塗布して乾燥した後、焼成するまでの間に誘電体材料膜の表面形状の検査を行う。このとき、正反射光の強い状態で検査することになるため、誘電体材料膜の表面形状の検査を精度よく行うことができる。また、誘電体ペーストの塗布後、乾燥するまでの間に検査してもよい。この場合にも正反射光の強い状態で検査することになるため、誘電体材料膜の表面形状の検査を精度よく行うことができる。すなわち、前面基板１上に溶剤を含む誘電体ペーストを塗布して誘電体材料膜を形成した後、その誘電体材料膜を焼成するまでの間に誘電体材料膜の表面形状の検査を行うことで、その検査を精度よく行うことができる。
【００２５】
上記のように、本発明の一実施の形態による表面検査装置は、塗布膜１４を乾燥する前の正反射率の高い状態で検査することで特に良好な凹凸検出性能を発揮できるものであるが、塗布膜１４を乾燥する前の正反射率の高い状態で検査する場合には、乾燥前の塗布膜１４から揮発する溶剤が検査用光学系に接することになる。溶剤としてはテルピネオールやＢＣＡ（ブチルカルビトールアセテート）が用いられる。フレネルレンズ２２は通常、アクリル樹脂などを成型して製作するが、これら樹脂が溶剤の蒸気に長期間さらされるとフレネルレンズ２２の表面に曇りを生じたりフレネルレンズ２２が変形したりすることがある。曇りや変形が生じると、均一な平行光を作り出せなくなり塗布膜１４の表面の検査性能に重大な障害を生じることになる。
【００２６】
しかしながら、本実施の形態における表面検査装置では、塗布膜１４から発生する溶剤の蒸気がフレネルレンズ２２に接触するのを抑制する構造となっているので、フレネルレンズ２２の溶剤成分による変質や変形を抑制することができる。また、平板５０および平板６０には、塗布膜１４に含有される溶剤に溶解膨潤されない材料として、ガラス材を用いている。このため、塗布膜１４の表面の検査性能の低下を防ぐことができる。
【００２７】
塗布膜１４の表面のような評価対象は非常に高低差の小さな凹凸形状のものもあり、図４におけるムラ検出明暗部の明暗差の小さい微妙な明暗の画像になる場合がある。被評価面内での検査用照射光照度分布に大きな面内差が有る場合は検出明暗差が被評価面内で一定にならないため検出の難しい場所が生じてしまう。検査用照射光照度を一定にする光強度分布調整フィルター３０を設置することで、この明暗差が被評価面内で均一にでき、ムラを確実に検出することができる。
【００２８】
本発明の効果を検証するため、比較実験を行った。本実施の形態である光強度分布調整フィルター３０を光路上に設置した表面検査装置を用いて、フレネルレンズ２２の周辺部で評価したムラ部分の画像の階調は、ムラ無し部で７５階調、ムラ部で１００階調となり階調差２５階調を検出できた。比較のため、光強度分布調整フィルター３０を設置しない表面検査装置でフレネルレンズ２２の周辺部の同じ位置で評価したムラ部分の画像の階調を調べたところ、ムラ無し部で４５階調、ムラ部で６０階調となり階調差が１５階調であった。この比較検討画像の撮像条件は、両方の取り込み画像中央での階調がムラ無し状態で８０階調の同じ明るさで取り込むように設定して行った。
【００２９】
この比較実験の結果からわかるように、本実施の形態の表面検査装置を用いることで検査評価領域全面にわたって高い感度でムラを検出できるようになるものである。
【００３０】
本実施の形態では光透過率分布特性が光強度分布特性を一定にする分布のものを用いているが、この特性でなくても中心ほど光透過率の低い分布を有するものにすればムラの検出感度において改善効果が得られるものである。また、光強度分布調整フィルター３０を設けることにより、光強度分布調整フィルター３０を設けない場合に比べて、点光源２０からの照射光の照射対象物平面上での光強度分布を均一に近づけるようにすれば改善効果を得ることができる。
【００３１】
次に、光強度分布調整フィルター３０を製造する方法について図５を用いて説明する。
【００３２】
この製造方法は、光強度分布調整フィルター３０を作成するのに適したサイズのガラス基板３１を真空蒸着機３２内にセットし、蒸着材料容器３３に蒸着遮光材料３４を入れて蒸着加熱源の電子線３５を蒸着材料容器３３中の蒸着遮光材料３４に照射する電子線源３６を備えた電子線蒸着装置により、固定したガラス基板３１上に蒸着遮光材料３４の遮光層を蒸着方向３７に向けて蒸着形成して光強度分布調整フィルター３０を製造する方法である。すなわち、固定したガラス基板３１の法線上に蒸着源が設けられ、ガラス基板３１上にその蒸着源から蒸着遮光材料３４を蒸着して遮光層を形成することにより光強度分布調整フィルター３０が得られる。ここで、例えばガラス基板３１の法線はガラス基板３１の面内の中心を通るように設定されるが、前記法線は前記中心を通らなくてもよく、装置の構成に応じて適宜設定することが可能である。
【００３３】
使用する蒸着遮光材料３４は、蒸着膜として遮光性あるいは分光遮光性（着色性）を有するものが適用できる。蒸着遮光材料の例としては、アルミニウム等の金属類や炭素塊などを用いることができる。
【００３４】
この製造方法では、蒸着材料容器３３中の蒸着遮光材料３４が点に近い蒸着源から蒸着されるため、ガラス基板３１の中心で蒸着遮光材料３４の付着量が多く、ガラス基板３１の周辺で蒸着遮光材料３４の付着量が少なくなり、フィルターとしての光透過率分布が図３（ａ）のような中心で透過率が低く周辺で高い透過率の特性が得られるものである。
【００３５】
透過率分布の調整は、ガラス基板３１と蒸着材料容器３３との間の距離を調整することにより容易に調整することができる。遮光材料付着膜厚分布はガラス基板３１と蒸着材料容器３３との間の距離の２乗に反比例することから透過率は容易に計算設計できる。
【００３６】
したがって、簡易な製造装置で容易に所望の光強度分布調整フィルターを製造することができるものである。なお、蒸着加熱源として電子線を用いているが電子線に限定されるものではなく、ヒーター加熱など他の蒸着方法でも適用可能である。
【００３７】
図６は光強度分布調整フィルター３０を製造する他の方法を示すものである。この製造方法は、光強度分布調整フィルター３０を作成するのに適したサイズの固定したガラス基板３１に、噴霧塗布ノズル（噴霧手段）３８から射出した遮光材料を噴霧射出方向３９に射出塗布して遮光膜を形成して光強度分布調整フィルター３０を製造する方法である。すなわち、固定したガラス基板３１の基板面に垂直に噴霧塗布ノズル３８が設けられ、ガラス基板３１上に噴霧塗布ノズル３８から遮光材料を噴霧塗布して遮光層を形成することにより光強度分布調整フィルター３０が得られる。
【００３８】
噴霧塗布される遮光材料としては、着色顔料あるいは着色染料を含んだ塗料などを用いることができる。
【００３９】
この製造方法では、噴霧塗布ノズル３８が点に近く、ガラス基板３１の中心で遮光材料の付着量が多く、ガラス基板２１の周辺で遮光材料の付着量が少なくなり、フィルターとしての光透過率分布が図３（ａ）のような中心で透過率が低く周辺で高い透過率の特性が得られる。
【００４０】
透過率分布の調整は、ガラス基板３１と噴霧塗布ノズル３８との間の距離を調整することにより容易に調整することができる。遮光材料付着膜厚分布はガラス基板３１と噴霧塗布ノズル３８との間の距離の２乗に反比例することから透過率は容易に計算設計できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、基板上に形成された塗布膜などの表面形状の局所的な凹凸異常を速いタクトでかつ低コストで高信頼性の検出をすることができるもので、本発明の表面検査装置はフラットディスプレイパネルなど特に大面積の塗布膜の検査に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】プラズマディスプレイパネルの構造を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態における表面検査装置の概略を示す図
【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態における光強度分布調整フィルターを説明するための図
【図４】（ａ）、（ｂ）はＣＣＤカメラによる撮像画像を模式的に示す図
【図５】本発明の実施の形態における光強度分布調整フィルターの製造方法を説明するための図
【図６】本発明の実施の形態における光強度分布調整フィルターの他の製造方法を説明するための図
【符号の説明】
【００４３】
１３ 基板
１４ 塗布膜
２０ 点光源
２１ ハーフミラー
２２ フレネルレンズ
２３ 平行光
２４ 反射光
２５ 結像レンズ
２６ ＣＣＤカメラ
３０ 光強度分布調整フィルター
３１ ガラス基板
３２ 真空蒸着機
３３ 蒸着材料容器
３４ 蒸着遮光材料
３５ 電子線
３６ 電子線源
３７ 蒸着方向
３８ 噴霧塗布ノズル
５０ 平板
５５ フレネルレンズ押さえ枠部材
６０ 平板
６１ 封止部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された塗布膜の表面検査装置において、点光源と、前記点光源から発せられた光の光路に設けられ前記点光源からの光の光強度分布を調整するための光強度分布調整フィルターと、ハーフミラーと、前記ハーフミラーを経由した前記光を平行光に変換して前記塗布膜の表面に照射するとともに前記塗布膜の表面からの反射光を集光するように配置されたフレネルレンズと、前記フレネルレンズにより集光され前記ハーフミラーにより前記点光源とは別の光路に導かれた前記反射光の集光結像された光学像を観察する観察手段とを有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記光強度分布調整フィルターが前記点光源と前記ハーフミラーとの間に位置するように設けられ、前記光強度分布調整フィルターを設けない場合に比べて、点光源からの照射光の照射対象物平面上での光強度分布を均一に近づけるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記光強度分布調整フィルターは、その中心で光透過率が低く、前記中心から離れるほど光透過率が高くなるような特性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記光強度分布調整フィルターは、固定した基板の法線上に蒸着源を設け、前記基板上に前記蒸着源から蒸着遮光材料を蒸着して遮光層を形成することにより製造されたものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記光強度分布調整フィルターは、固定した基板に垂直に噴霧手段を設け、前記基板上に前記噴霧手段から遮光材料を噴霧塗布して遮光層を形成することにより製造されたものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の表面検査装置。
【請求項１】
基板上に形成された塗布膜の表面検査装置において、点光源と、前記点光源から発せられた光の光路に設けられ前記点光源からの光の光強度分布を調整するための光強度分布調整フィルターと、ハーフミラーと、前記ハーフミラーを経由した前記光を平行光に変換して前記塗布膜の表面に照射するとともに前記塗布膜の表面からの反射光を集光するように配置されたフレネルレンズと、前記フレネルレンズにより集光され前記ハーフミラーにより前記点光源とは別の光路に導かれた前記反射光の集光結像された光学像を観察する観察手段とを有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記光強度分布調整フィルターが前記点光源と前記ハーフミラーとの間に位置するように設けられ、前記光強度分布調整フィルターを設けない場合に比べて、点光源からの照射光の照射対象物平面上での光強度分布を均一に近づけるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記光強度分布調整フィルターは、その中心で光透過率が低く、前記中心から離れるほど光透過率が高くなるような特性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記光強度分布調整フィルターは、固定した基板の法線上に蒸着源を設け、前記基板上に前記蒸着源から蒸着遮光材料を蒸着して遮光層を形成することにより製造されたものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記光強度分布調整フィルターは、固定した基板に垂直に噴霧手段を設け、前記基板上に前記噴霧手段から遮光材料を噴霧塗布して遮光層を形成することにより製造されたものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の表面検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−９８０８９（Ｐ２００９−９８０８９Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２７２１２１（Ｐ２００７−２７２１２１）
【出願日】平成１９年１０月１９日（２００７．１０．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１９日（２００７．１０．１９）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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