(57)【要約】　　　（修正有）【課題】スキャン所要時間を増大させる事なく、被検出面の異物検出精度を高め、しかも、表面のみならず裏面の状態をも検出する光学的測定方法およびその装置を提供する。【解決手段】透明測定対象物１の表面に対してレーザ光源２により所定の入射角でラインビームを照射し、透明測定対象物１の表面、裏面から生じる表面光、裏面光を結像光学系３により結像させ、ハーフミラー４を透過した表面光の結像位置に受光面が位置するように配置された表面光用センサ５と、ハーフミラー４により反射された裏面光の結像位置に受光面が位置するように配置された裏面光用センサ６と、表面用測定データ保持部７および裏面用測定データ保持部８と、両光学的測定データを入力として表裏判定処理を行い、透明測定対象物１の表面のみに対応する表面データおよび裏面のみに対応する裏面データを生成して保持する表裏データ生成保持部９とを有している。【選択図】　図１
2004037400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材により支持された透明測定対象物の表面に斜め上方から所定角度で直線状のレーザ光を照射し、透明測定対象物の表面からの光および裏面からの光を結像光学系によりそれぞれ対応する、直線状の受光部を有する、検出器の受光部に結像させ、両検出器から出力された信号に基づく所定の処理を行って、選択的に表面に対応する信号、裏面に対応する信号の一方に割り当て、表面に対応する割り当て信号、裏面に対応する割り当て信号をそれぞれ表示することを特徴とする光学的測定方法。
【請求項２】
透明測定対象物（１）を支持する支持部材と、
支持部材により支持された透明測定対象物（１）の表面に斜め上方から所定角度で直線状のレーザ光を照射するレーザ光照射手段（２）と、
透明測定対象物（１）の表面からの光および裏面からの光を結像させる結像光学系（３）と、
結像光学系（３）による各光の結像位置に対応して配置された、直線状の受光部を有する、１対の受光手段（５）（６）と、
両受光手段（５）（６）から出力された信号に基づく所定の処理を行って、選択的に表面に対応する信号、裏面に対応する信号の一方に割り当てる処理手段（７）（８）（９）と、
表面に対応する割り当て信号、裏面に対応する割り当て信号をそれぞれ表示する表示手段（１０）と
を含むことを特徴とする光学的測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はレーザ光を用いて透明測定対象物の表面および裏面の状態を測定する光学的測定方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液晶表示装置用のガラス基板、フラットパネルディスプレイ装置用の透明膜付き基板などの薄い基板の表面に付着した異物の検査を行うための光学的測定装置が提案されている。
【０００３】
たとえば、月間ディスプレイ２００１年１２月号別冊に記載の発明者らの開発した異物検査装置では、結像検出方式とラインセンサを組み合わせた装置構成を巧みに利用して、裏面に付着した異物を検出する事無く、表面に付着した異物を精度良く検出することを実現している。
【０００４】
ガラス基板の裏面に付着した異物からの散乱光は、結像光学系を介してラインセンサのはるか前方で、しかもラインセンサが待ち構える位置からわずかに外れた位置に結像されるように構成されている。このため、裏面に付着した異物はほとんと検出されることが無い。この方式では、光学系の基本的な性質を利用したメカニズムを採用しているため、信頼性が高く、安定して検査できるというものである。
あるいは、特許第２６７１２４１号公報に記載された光学的測定装置は、ガラス板に対して第１の入射角度でレーザ光を入射させる第１のレーザ光源と、ガラス板に対して第２の入射角度でレーザ光を入射させる第２のレーザ光源と、各レーザ光に起因する光を集光する集光光学系と、集光された光を受光する受光素子と、受光素子からの信号に基づいて所定の処理を行ってガラス板の被検査面の異物を検出するものである。
【０００５】
したがって、例えば、ガラス板の裏面に付着した異物の影響を排除して表面に付着した異物を高精度に検出できると思われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
月間ディスプレイ２００１年１２月号別冊に記載された異物検査装置では、光学系の特性上、裏面に付着した異物も有る大きさ以上になると、わずかながらこの散乱光がラインセンサに入ってきてしまい、裏面に付着した異物を混在して検出してしまう事になる。
【０００７】
たとえは、ＬＣＤ用の１．１ｍｍのガラス基板を表面の１μｍ以上の異物を検出しようとすると、裏面の２０μｍ以上の異物を同時に検出してしまう事になる。通常のＬＣＤ工程内には、２０μｍ程度のごみはほとんと存在しないため、実用上の問題はそれほど大きくないが、裏面に付着した異物を完全に検出しないことが望ましい。
【０００８】
さらに当然の事ながら、この方式では、裏面に付着した異物を排除しようとしているだけで、裏面に付着した異物を検出することは出来なかった。
【０００９】
特許第２６７１２４１号公報に記載された光学的測定装置では、第１のレーザ光源によるレーザ光の照射と第２のレーザ光源によるレーザ光の照射とを互いに独立させて行わなければならないので、スキャン所要時間が２倍になってしまうという不都合がある。
【００１０】
また、集光光学系により集光された光を受光素子に導いているので、受光素子の飽和の影響を受けて、表の異物と裏の異物とを区別できなくなってしまう限界が必然的に存在し、この方式でも、ある大きさ以上の裏面に付着した異物を混在して検出してしまう。
【００１１】
さらに、ガラス板の表面に付着した異物のみを検出しているだけであるから、ガラス板の裏面に付着した異物を検出することはできない。具体的には、ガラス板の表面の状態を検出できるだけであって、裏面の状態を検出することはできなかった。
【００１２】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、スキャン所要時間を増大させることなく、測定対象面の測定精度を高めることができ、しかも、表面のみならず裏面の状態をも測定することができる光学的測定方法およびその装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の光学的測定方法は、支持部材により支持された透明測定対象物の表面に斜め上方から所定角度で直線状のレーザ光を照射し、透明測定対象物の表面からの光および裏面からの光を結像光学系によりそれぞれ対応する、直線状の受光部を有する、検出器の受光部に結像させ、両検出器から出力された信号に基づく所定の処理を行って、選択的に表面に対応する信号、裏面に対応する信号の一方に割り当て、表面に対応する割り当て信号、裏面に対応する割り当て信号をそれぞれ表示する方法である。
【００１４】
請求項２の光学的測定装置は、透明測定対象物を支持する支持部材と、支持部材により支持された透明測定対象物の表面に斜め上方から所定角度で直線状のレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、透明測定対象物の表面からの光および裏面からの光を結像させる結像光学系と、結像光学系による各光の結像位置に対応して配置された、直線状の受光部を有する、１対の受光手段と、両受光手段から出力された信号に基づく所定の処理を行って、選択的に表面に対応する信号、裏面に対応する信号の一方に割り当てる処理手段と、表面に対応する割り当て信号、裏面に対応する割り当て信号をそれぞれ表示する表示手段とを含むものである。
【００１５】
【作用】
請求項１の光学的測定方法であれば、支持部材により支持された透明測定対象物の表面に斜め上方から所定角度で直線状のレーザ光を照射し、透明測定対象物の表面からの光および裏面からの光を結像光学系によりそれぞれ対応する、直線状の受光部を有する、検出器の受光部に結像させ、両検出器から出力された信号に基づく所定の処理を行って、選択的に表面に対応する信号、裏面に対応する信号の一方に割り当て、表面に対応する割り当て信号、裏面に対応する割り当て信号をそれぞれ表示するのであるから、レーザ光によるスキャンを１回だけ行えばよいことに起因してスキャン所要時間を増大させる事なく、透明測定対象物の表面、裏面からの光を結像光学系によって対応する検出器の受光部に結像させることに起因して測定対象面の測定精度を高めることができ、しかも、表面のみならず裏面の状態をも測定することができる。
【００１６】
請求項２の光学的測定装置であれば、支持部材により支持された透明測定対象物の表面に対してレーザ光照射手段により斜め上方から所定角度で直線状のレーザ光を照射し、透明測定対象物の表面からの光および裏面からの光を結像光学系により１対の受光手段の受光部に結像させる。そして、処理手段によって、両受光手段から出力された信号に基づく所定の処理を行って、選択的に表面に対応する信号、裏面に対応する信号の一方に割り当て、表示手段によって、表面に対応する割り当て信号、裏面に対応する割り当て信号をそれぞれ表示することができる。
【００１７】
したがって、レーザ光によるスキャンを１回だけ行えばよいことに起因してスキャン所要時間を増大させる事なく、透明測定対象物の表面、裏面からの光を結像光学系によって対応する検出器の受光部に結像させることに起因して測定対象面の測定精度を高めることができ、しかも、表面のみならず裏面の状態をも測定することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の光学的測定方法およびその装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１はこの発明の光学的測定装置の一実施形態である異物検査装置を示す概略図である。
【００２０】
この光学的測定装置は、図示しない支持機構により支持された透明測定対象物（例えば、液晶表示装置用のガラス基板、フラットパネルディスプレイ装置用の透明膜付き基板などの薄い基板）１の表面に対して、所定の入射角でラインビームを照射するレーザ光源２と、照射されたラインビームに起因して透明測定対象物１の表面、裏面から生じる表面散乱光、裏面散乱光を結像させる結像光学系３と、結像位置よりも上流側の所定位置に設けられたハーフミラー４と、ハーフミラー４を透過した表面光の結像位置に受光面が位置するように配置された表面光用センサ５と、ハーフミラー４により反射された裏面光の結像位置に受光面が位置するように配置された裏面光用センサ６と、表面光用センサ５からの出力信号および支持機構の動作情報を入力として透明測定対象物１の表面に対応する２次元の光学的測定データを生成して保持する表面用測定データ保持部７と、裏面光用センサ６からの出力信号および支持機構の動作情報を入力として透明測定対象物１の裏面に対応する２次元の光学的測定データを生成して保持する裏面用測定データ保持部８と、表面用測定データ保持部７に保持されている光学的測定データと裏面用測定データ保持部８に保持されている光学的測定データとを入力として表裏判定処理を行い、透明測定対象物１の表面のみに対応する表面データおよび裏面のみに対応する裏面データを生成して保持する表裏データ生成保持部９と、表面データのみに基づく表示および裏面データのみに基づく表示を行う表示部１０とを有している。
【００２１】
なお、１１は透明測定対象物１の位置を示す信号を出力するエンコーダ、１２はステージ動作制御部（この実施形態では表面用測定データ保持部７に含まれている）からの制御信号およびエンコーダ１１からの信号を入力として支持機構に対する動作指令を出力するステージコントローラである。
【００２２】
前記レーザ光源２は、透明測定対象物１の表面に対して、４５°以上、９０°未満の入射角度、好ましくは８０°の入射角度でラインビームを照射するものである。そして、レーザ光源２から出射されるレーザ光は、好ましくはＳ偏光で波長が４００〜１２００ｎｍ、好ましくは８００ｎｍである。また、ラインビームの幅は、表面光用センサ５、裏面光用センサ６の視野幅と同等の幅に設定することが好ましい。
【００２３】
前記結像光学系３は焦点深度が透明測定対象物１の厚みよりも小さいものであればよく、焦点深度が透明測定対象物１の厚みの１２以下であることが好ましい。また、透明測定対象物１のうねりなどをこの焦点深度以下に納めることが好ましい。
【００２４】
前記表面光用センサ５、裏面光用センサ６の配置位置は、透明測定対象物１の屈折率、厚み、レーザ光の入射角度、波長などにより定まる位置オフセット値（ズレ量）を考慮して、透明測定対象物１の表面、裏面が結像される位置と等しい位置に設定される。
【００２５】
前記表面用測定データ保持部７、裏面用測定データ保持部８は、表面光用センサ５、裏面光用センサ６からの信号、および透明測定対象物１の移動データを入力とし、かつ該当する場合にはオフセット値を考慮して、透明測定対象物１の表面、裏面にそれぞれ対応する２次元の光学的測定データを生成して保持するものである。
【００２６】
前記表裏データ生成保持部９は、前記表面用測定データ保持部７、裏面用測定データ保持部８に保持されている２次元の光学的測定データのうち、同一位置に対応する光学的測定データどうしの関係に基づいて何れの光学的測定データを採用するかを判定し、この判定結果に基づいて透明測定対象物１の表面のみに対応する表面データおよび裏面のみに対応する裏面データを生成して保持するものである。具体的に異物検査装置の場合には、同一位置に対応させて表面用測定データ保持部７に保持されている光学的測定データをＡ、裏面用測定データ保持部８に保持されている光学的測定データをＢとした場合に、取り扱うＡ、Ｂの出力信号は双方とも、この時点では不明だが表面か裏面かどちらかに付着した異物からの散乱光強度信号になる。基本的に異物が大きくなれば散乱光強度も大きくなる特性がある。結像光学系と直線状の受光部すなわちラインセンサを用いているので、
この出力信号をその異物の像の総輝度信号とすると、異物の大きさの増加に伴うこの出力信号の増加は、当初はかなり急峻である（像の大きさの変化による影響だけでなく、輝度の変化による影響も大きい）また、散乱光強度が増加に伴って輝度が飽和して、輝度の変化による影響がほとんどなくなった後は、像の大ききの影響を受けて出力信号が緩やかに増加する。従って、出力信号の飽和を生じさせること無く、異物の大きさに見合った出力信号を得ることができる。
【００２７】
さらには、このＡ、Ｂそれそれの信号を比較して直線状の受光部すなわちラインセンサを用いているので、Ａ＞ｋＢならば透明測定対象物１の表面のみに対応する表面データすなわち表面に付着した異物のデータとし、逆に、Ａ≦ｋＢならば透明測定対象物１の裏面のみに対応する裏面データすなわち裏面に付着した異物のデータとする。なお、ｋは、透明測定対象物１の表面からの光と裏面からの光との強度比や結像光学系の光学的結像特性、焦点深度等により求まる値である。例えば、レーザ光としてＳ偏光を採用し、入射角度を８０°に設定した場合には、裏面からの光強度が表面からの光強度の約１／１になる。これに光学的特性をかね合わせるとｋはおよそ２よりも大きな値になる。
【００２８】
さらに、前述の出力信号の増加が緩やかになる前後で、この判定式を使い分けることで、より精度の高い判定を実施することができる。すなわち、この時判定式はより複雑な非線形の判定式になる。
【００２９】
上記の構成の光学的測定装置の作用は次のとおりである。
【００３０】
レーザ光源２から透明測定対象物１の表面に所定の入射角度でラインビームを照射すれば、このラインビームは、スネルの法則に基づく屈折を行って透明測定対象物１の内部に侵入し、裏面から出射する。したがって、ラインビームの透明測定対象物１の表面への照射位置と裏面からの出射位置とは、結像光学系３の光軸を基準として互いに異なり、理想的には、透明測定対象物１の表面への照射位置からの光（散乱光など）の結像位置に配置されたセンサは透明測定対象物１の裏面の出射位置からの光（散乱光など）には不感となる（この光は透明測定対象物１の裏面への照射位置からの光の結像位置に配置されたセンサにより受光される）。また、透明測定対象物１の表面への照射位置と正対する裏面にはラインビームが照射されないので、この部分もセンサには影響を及ぼさないことになる。
【００３１】
しかし、実際には、レーザー光の性質上、透明測定対象物１の表面への照射位置と正対する裏面にもわずかな光が照射されるので、センサに影響を及ぼす可能性があり、光学的測定誤差をもたらす原因となる。
【００３２】
この実施形態はこのような実状を考慮したものであり、以下の処理を行うことにより、光学的測定誤差を大幅に抑制することができる。
【００３３】
さらに説明する。
【００３４】
レーザ光源２からのラインビームにより透明測定対象物１をスキャンすれば、透明測定対象物１のラインビーム入射位置からの光が結像光学系３により、かつハーフミラー４を通して、表面光用センサ５の受光面に結像される。また、光量は大幅に減少するものの、ラインビーム入射位置に正対する裏面からの光が結像光学系３により、かつハーフミラー４を通して受光されるが、焦点深度が透明測定対象物１の厚みよりも小さいので、ピンボケ状態となる。
【００３５】
また、前記ラインビームは、スネルの法則にしたがって透明測定対象物１の裏面に導かれ、そのまま出射される。したがって、ラインビーム入射位置に正対する裏面位置と、ラインビームが導かれる裏面位置とは互いに異なる。この結果、ラインビームが導かれる裏面位置からの光が結像光学系３により、かつハーフミラー４により反射されて、裏面光用センサ６の受光面に結像される。
【００３６】
さて、測定内容を異物検査とした時、これらの場合において、ラインビームの影響を受ける場所に異物が全く存在していなければ散乱光などの強度が著しく低いので、表面光用センサ５、裏面光用センサ６からは異物が存在していないことを示す信号が出力される。
【００３７】
逆に、ラインビームの影響を受ける場所に異物が存在していれば散乱光などの強度が高くなるので、表面光用センサ５、裏面光用センサ６からは異物が存在していることを示す信号が出力される。
【００３８】
ここで、表面光用センサ５、裏面光用センサ６は、異物の大きさの増加に伴って出力信号が増加する。そして、出力信号の増加は、当初はかなり急峻である（像の大きさの変化による影響よりも輝度の変化による影響が大きい）。また、輝度の変化による影響が殆どなくなった後は、像の大きさの変化による影響を受けて出力信号が緩やかに増加する。したがって、出力信号の飽和を生じさせることなく、異物の大きさに見合った出力信号を得ることができる。この結果、異物の存在とその大きさ判定を良好にすることができる。
【００３９】
そして、表面光用センサ５、裏面光用センサ６からの信号、および透明測定対象物１の移動データを入力とし、かつ該当する場合には位置オフセット値を考慮して、前記表面用測定データ保持部７、裏面用測定データ保持部８は、透明測定対象物１の表面、裏面にそれぞれ対応する２次元の光学的測定データを生成して保持する。したがって、表面用測定データ保持部７、裏面用測定データ保持部８には、同じ位置に対応する表面用測定データ、裏面用測定データが保持される。
【００４０】
その後は、表裏データ生成保持部９において、表面用測定データ保持部７、裏面用測定データ保持部８に保持されている同じ位置に対応する表面用測定データ、裏面用測定データを比較して何れの光学的測定データを採用するかを判定し、この判定結果に基づいて透明測定対象物１の表面のみに対応する表面データおよび裏面のみに対応する裏面データを生成して保持する。
【００４１】
そして、表示部１０によって、表面データのみに基づく表示および裏面データのみに基づく表示を行うことができる。
【００４２】
異物検査装置の場合は表面データから表面に付着する異物の有無、位置、大きさを得ることができ、裏面データからは裏面に付着する異物の有無、位置、大ききを得ることができる。
【００４３】
したがって、これらの表示に基づいて、透明測定対象物１の表面のみならず、裏面に付着した異物の有無、異物の密度などを簡単に、かつ正確に把握することができる。また、例えば、透明測定対象物１の洗浄の前後に上記の一連の処理を行うことによって、洗浄の効果を確認することができる。
【００４４】
また、レーザ光源２により１回のスキャンを行うだけで透明測定対象物１の表面のみに対応する表面データおよび裏面のみに対応する裏面データを得ることができるので、所要時間を短縮することができる。
【００４５】
【発明の効果】
この発明は、レーザ光によるスキャンを１回だけ行えばよいことに起因してスキャン所要時間を増大する事なく、透明測定対象物の表面、裏面からの光を結像光学系によって対応する検出器の受光部に結像させることに起因して被検出面の異物検出精度を高めることができ、しかも、表面のみならず裏面の状態をも検出することができるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光学的測定装置の一実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１　透明測定対象物　　２　レーザ光源
３　結像光学系　　５　表面光用センサ
６　裏面光用センサ　　７　表面用測定データ保持部
８　裏面用測定データ保持部　　９　表裏データ生成保持部
１０　表示部
【図１】
2004037400.tif 000003