(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と該光源からの照射光を拡散する拡散板とを有する面光源により試料の裏面を照射した際の透過光を、その表面側に配置された撮像手段により撮像して得られる透過光画像に基づいて、該試料に貫通形成されている周期性開口のパターンを検査する周期性開口パターンの検査方法において、
基準となる正常な試料について基準透過光画像を撮像し、
前記面光源からの照射光が試料の裏面で反射された後、前記拡散板で再反射された反射光に起因して、前記基準透過光画像に形成されている反射光領域を特定し、
該反射光領域の画像データに基づいて反射光画像を予め作成しておくと共に、
検査時には、対象の試料を撮像して得られる対象透過光画像から前記反射光画像を減算して補正透過光画像を作成し、該補正透過光画像を用いて前記周期性開口のパターンを検査することを特徴とする周期性開口パターンの検査方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記拡散板が、光源自体の影響を除去できる程度の低い拡散効果を有していることを特徴とする周期性開口パターンの検査方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記反射光領域を、前記透過光画像を画面に表示し、該画面上でその範囲を指示して特定することを特徴とする周期性開口パターンの検査方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記反射光画像を、前記撮像手段、拡散板及び試料の位置関係から、光学的計算により特定することを特徴とする周期性開口パターンの検査方法。
【請求項５】
請求項１において、
更に、試料が無い状態で別途撮像して得られる光源画像により、前記補正透過光画像を除算して透過率画像を作成し、
該透過率画像を用いて前記周期性開口のパターンを検査することを特徴とする周期性開口パターンの検査方法。
【請求項６】
光源と該光源から照射光を拡散する拡散板とを有する面光源により試料の裏面を照射した際の透過光を、その表面側に配置された撮像手段により撮像して得られる透過光画像を画像処理して、該試料に貫通形成されている周期性開口のパターンを検査する画像処理部を備えた周期性開口パターンの検査装置において、
前記画像処理部が、
基準となる正常な試料を予め撮像して得られた基準透過光画像について、前記面光源からの照射光が試料の裏面で反射された後、前記拡散板で再反射された反射光に起因して形成されている反射光領域を特定する手段と、
特定された反射光領域の画像データに基づいて作成される反射光画像を保存する手段と、
検査対象の試料を撮像して得られる対象透過光画像から、前記反射光画像を減算して補正透過光画像を作成する手段と、
作成された補正透過光画像を用いて前記周期性開口のパターンを検査する手段とを備えていることを特徴とする周期性開口パターンの検査装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記拡散板が、光源自体の影響を除去できる程度の低い拡散効果を有していることを特徴とする周期性開口パターンの検査装置。
【請求項８】
請求項６において、
前記反射光領域を、前記透過光画像を画面に表示し、該画面上でその範囲を指示して特定する手段を備えていることを特徴とする周期性開口パターンの検査装置。
【請求項９】
請求項６において、
前記反射光画像を、前記撮像手段、拡散板及び試料の位置関係から、光学的計算により特定することを特徴とする周期性開口パターンの検査装置。
【請求項１０】
請求項６において、
更に、試料が無い状態で別途撮像して得られる光源画像により、前記補正透過光画像を除算して透過率画像を作成する手段と、
作成された透過率画像を用いて前記周期性開口のパターンを検査する手段とを備えていることを特徴とする周期性開口パターンの検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、特にシャドウマスク等の周期性開口パターンが形成されている製品について、開口面積のムラを正確に検査する際に適用して好適な、周期性開口パターンの検査方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周期性開口が形成されている製品（試料）としては、例えばカラーテレビ用のシャドウマスクやアパーチャグリル等がある。以下、シャドウマスクを例に具体的に説明する。
【０００３】
シャドウマスクには、周縁部を除くほぼ全体に亘って、電子線を通過させるための微細な開口（貫通孔）が縦横に周期的に形成されている。このように、周期性開口が形成されているシャドウマスクでは、開口の大きさ（開口面積）が等しく形成されていることが良品の条件となるため、この裏面側より照明した際の透過光の明るさの局所的な不均一性（ムラ）を観察し、その程度が大きいシャドウマスクを不良品として分類する検査が行われている。
【０００４】
図６に概念的に示したように、明るさが均一な理想的な面光源により、シャドウマスクＷを裏面側より照射して、表面側から透過光を目視により観察すると、図７（Ａ）のように、開口面積が等しい孔が規則的に並んでいる場合には、シャドウマスクＷの全体について観察される透過光のイメージは、同図（Ｂ）に示すように、全体的に明るさが均一になる。
【０００５】
ところが、孔の開口面積にばらつきがある場合には、透過光の量が開口面積に従って変化することから、明るさにムラが生じることになる。例えば、同図（Ｃ）に示すように、等しい開口面積を持つ孔が規則的に並んでいる領域の一部に、周囲より開口面積が大きい孔（斜線部）がいくつか密集している場合には、透過光のイメージは同図（Ｄ）に破線で示すように、その対応部分が局所的に明るくなるために白いシミとして観察される。又、逆に、同図（Ｅ）に示すように、面積の小さい開口が密集している場合には、同図（Ｆ）に斜線部で示すように、対応部分が黒いシミとして観察される。
【０００６】
このような周期性パターンのムラの検査には、図８に要部構成を概念的に示したように、複数の高周波又は直流点灯の蛍光灯（白熱灯等であってもよい）からなる光源１０と、該光源１０の上方に配設され、その光を拡散して均一にするための光拡散板（シート）１２とを有する面光源１４と、該面光源１４の上方に配設されたステージ１６と、該ステージ１６の上に、その開口部１６Ａに検査領域が一致するように載置されたシャドウマスクＷの上方に配置されたＣＣＤカメラ１８と、該ＣＣＤカメラ１８から入力される画像データを処理する画像処理装置２０と、ここでの処理結果を表示するモニタ２２とを備えた検査装置が用いられている。
【０００７】
この検査装置によれば、矢印で示したように光源１０からの光が拡散板１２を通してシャドウマスクＷの裏面全体に照射されるため、そのときの透過光をＣＣＤカメラ１８で撮像し、入力される画像データに対して所定の画像処理を施して検査することができる。
【０００８】
ところが、上記図８の検査装置を用いる場合には、照明光自体の明るさに不均一性がある場合に、その明るさの違いが影響して精度良く透過光量を測定することができないという問題がある。即ち、図９（Ａ）に面光源１４からの照明光の明るさ（拡散板１２の明るさに相当する）のイメージを概念的に示したように、蛍光灯等の経時的な劣化に伴って周辺ほど暗くなるシェーディングが、面光源１４に生じている場合には、観察される透過光のイメージは、同様に周辺部が暗い同図（Ｂ）のようになる。
【０００９】
又、同図（Ｃ）にイメージを示したように、面光源１４からの照明光の明るさが部分的に暗く（又は、明るく）なっている場合には、同図（Ｄ）に示すように、対応する透過光の位置が暗く（又は、明るく）なる。このような面光源の不均一性は、前記図７に示した開口面積のばらつきによるムラと混ざり合って、開口面積に起因する本来のムラを検出され難くすると共に、見掛け上のムラとして認識されて誤検出の原因ともなる。
【００１０】
このような問題点を解消するために、例えば特開平６−２２９７３６号公報等に、前記図８に示した検査装置と実質的に同一の装置を用い、同様にシャドウマスクＷの透過光ＩをＣＣＤカメラ１８で撮像して検査画像データを入力すると共に、シャドウマスクＷをステージ１６から取り除いて試料用開口部１６Ａに何もない状態で面光源の照明光Ｉ1 そのものを撮像して光源画像データを入力し、両画像データからシャドーマスクＳＭの各位置における透過率Ｉ／Ｉ1 を計算し、その計算結果に基づいて検査することにより、光源のシェーディングや時間的な変動の影響を除去することができる技術が開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記いずれの検査技術を採用する場合でも、試料であるシャドウマスクの裏面反射に起因して透過光にムラが生じるという、新たな問題があることが明らかになった。以下、この問題点について詳述する。
【００１２】
本発明者等は、前記図８に示した検査装置において、図１０（Ａ）に示したような照明光のイメージを有する全体的に均一な面光源１４を用いて、孔の開口面積が均一なシャドウマスクを検査したところ、本来全体的に均一な透過光からなる画像データが得られる筈であるが、実際には同図（Ｂ）に示したように、中心付近が周囲より明るい画像データが検出された。
【００１３】
本発明者等は、この原因について詳細に検討した結果、以下に詳述するように、シャドウマスクの裏面反射に起因することが明らかになった。
【００１４】
図１１（Ａ）に概念的に示したステージ１６上にシャドウマスク（試料）がない状態から、同図（Ｂ）に示したように、ステージ１６上にシャドウマスクＷを載置した状態にすると、面光源１４からの照明光は一部が開口部からＣＣＤカメラ１８方向に透過するが、残りはシャドウマスクの裏面で反射され、裏面反射光ＢＲとなる。
【００１５】
その結果、この裏面反射光ＢＲは拡散板１２で再び反射されてシャドウマスクＷの裏面を照射することになるため、同図（Ｄ）に示したように、面光源１４の中心付近における照明光が見掛け上強くなり、その分だけ透過光量が実際より多くなるため、全体として不均一な照明光を使用しているのと同じことになる。その結果、精度良く透過光量を測定することができないことになる。
【００１６】
又、前述した特開平６−２２９７３６号公報等に開示されている、シャドウマスクがない場合の照射光Ｉの画像データに対する、それがある場合の透過光Ｉ1 の画像データの比として、シャドウマスクの各位置における透過率を算出する検査方法でも、同様に裏面反射の影響が大きいことが明らかになった。
【００１７】
即ち、図１２に、面光源１４からの任意位置における照明光（量）Ｉ1 ′と、シャドウマスクの対応する位置における透過光（量）Ｉの関係を概念的に示したように、一般に同位置における透過率はＩ／Ｉ1 ′として求められる。
【００１８】
この透過率の計算に使用する照明光（量）Ｉ1 ′は、本来シャドウマスクがステージ１６上にある状態で測定されるべきものであるが、実際には測定できないため、シャドウマスクがない状態で測定される照明光（量）Ｉ1 を用いてＩ／Ｉ1 として求められている。  ところが、前記図１１で説明したように、シャドウマスクの裏面反射により、Ｉ1 ′≠Ｉ1 で、中心付近ほどＩ1 ′＞Ｉ1 となるため、求められる透過率には誤差が含まれ、中心付近ほどその値が大きくなる。従って、このような透過率計算を利用した検査方法によっても、同様に精度良くシャドーマスク全体の透過光を測定することができない。
【００１９】
これを、図１３のフローチャートと、これに対応する図１４を用いて具体的に説明すると、ステップ１で、前記図８に示した装置のステージ１６に試料（シャドウマスク）が無い状態で面光源１４のみをカメラ１８で撮像すると共に、ステップ２で、図８に示したように、試料Ｗをセットした状態で撮像することにより、図１４にそれぞれイメージを示したような光源画像ａと、対象透過光画像ｂを得る。
【００２０】
この光源画像ａは、拡散板１２により複数の光源１０からの光のムラは十分に拡散されているため、全体にほぼ均一な明るさで得られる。ところが、上述した如く、試料裏面の孔（開口部）以外の部分で照明光が反射し、その反射光が光源側の拡散板１２で再び反射して試料裏面を照射することになるため、対象透過光画像ｂでは光源を撮像したときに比べて裏面反射光の分だけ透過光量が多くなるため、中央部付近ｂ′の矩形範囲が明るくなっている。
【００２１】
次のステップ３で、これら光源画像ａにより対象透過光画像ｂを除算して透過率画像を作成すると、図１４（Ｃ）にイメージを示すように、対象透過光画像ｂの影響を補正できないため、同様に中央部付近ｃ′の透過率が高くなってしまう。従って、上記透過率画像ｃをモニタに表示して目視検査したり、画像処理により自動検査したりしたとしても正確な検査を行うことができないことになる。
【００２２】
特に、前記図５に示した白シミや黒シミとなる開口面積のばらつきは非常に微小なので、照明光の不均一性の影響を受けて正しく測定することができない。
【００２３】
又、図示は省略するが、更に拡散効果の高い拡散板や拡散シート等を使用して、試料裏面で反射した光を更に拡散させたとしても、その影響を完全に無くすことができず、やはり中心付近の透過率が実際より高くなってしまう。
【００２４】
本発明は、前記新たな問題点を解決するべくなされたもので、面光源から試料の裏面を照明した際の透過光に基づいて、該試料に貫通形成されている周期性開口のパターンを検査する際、裏面反射の影響を防止し、検査精度を向上することができる、周期性開口パターンの検査方法及び装置を提供することを課題とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光源と該光源からの照射光を拡散する拡散板とを有する面光源により試料の裏面を照射した際の透過光を、その表面側に配置された撮像手段により撮像して得られる透過光画像に基づいて、該試料に貫通形成されている周期性開口のパターンを検査する周期性開口パターンの検査方法において、基準となる正常な試料について基準透過光画像を撮像し、前記面光源からの照射光が試料の裏面で反射された後、前記拡散板で再反射された反射光に起因して、前記基準透過光画像に形成されている反射光領域を特定し、該反射光領域の画像データに基づいて反射光画像を予め作成しておくと共に、検査時には、対象の試料を撮像して得られる対象透過光画像から前記反射光画像を減算して補正透過光画像を作成し、該補正透過光画像を用いて前記周期性開口のパターンを検査することにより、前記課題を解決したものである。
【００２６】
本発明は、又、光源と該光源から照射光を拡散する拡散板とを有する面光源により試料の裏面を照射した際の透過光を、その表面側に配置された撮像手段により撮像して得られる透過光画像を画像処理して、該試料に貫通形成されている周期性開口のパターンを検査する画像処理部を備えた周期性開口パターンの検査装置において、前記画像処理部が、基準となる正常な試料を予め撮像して得られた基準透過光画像について、前記面光源からの照射光が試料の裏面で反射された後、前記拡散板で再反射された反射光に起因して形成されている反射光領域を特定する手段と、特定された反射光領域の画像データに基づいて作成される反射光画像を保存する手段と、検査対象の試料を撮像して得られる対象透過光画像から、前記反射光画像を減算して補正透過光画像を作成する手段と、作成された補正透過光画像を用いて前記周期性開口のパターンを検査する手段とを備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明に係る一実施形態の検査装置全体の概略構成を示すブロック図である。
【００２９】
本実施形態の検査装置は、被検査物（試料）を撮像して画像データを得るための画像入力部３０、該画像入力部３０により入力された画像を処理する、前記画像処理装置２０を含む画像処理部３２と、該画像処理部３２により処理された結果等を表示する、前記モニタ２２を含む情報表示部３４と、オペレータとの情報のやり取りを行う対人操作部３６と、試料を搬送するコンベア等の外部機構との情報のやり取りを行う機械連動部３８と、これら検査装置各部３０〜３８の動作全体を管理する装置制御部４０とで構成されている。
【００３０】
これら各部について詳述すると、画像入力部３０は、前記図８に二点鎖線で囲んで示した、光源１０と拡散板１２とを有する面光源１４と、試料Ｗを載置するステージ１６と、その上方に配置されたＣＣＤカメラ１８とを含んで構成されている。このＣＣＤカメラとしては、エリアセンサカメラやラインセンサカメラを利用することができる。
【００３１】
又、画像処理部３２としては、専用画像処理装置やパーソナルコンピュータ等が利用できる。又、情報表示部３４は、オペレータに対して検査進行状況、検査結果、集計結果、過去の検査結果の履歴等を提示したり、撮像した画像や処理途中の画像あるいは処理後の画像を表示する機能を有し、これにはＣＲＴモニタ、液晶モニタ、ＬＥＤアレイ等が利用できる。
【００３２】
又、対人操作部３６は、（１）オペレータからの検査に必要な入力操作を受け付ける、（２）被検査物の特徴（サイズ等）を設定する、（３）画像処理部３２の調整値（フィルタサイズ等）を設定する、（４）画像入力部３０の調整値（シャッタースピード等）を設定する等の機能を有し、これには機械式ボタン、タッチパネル、キーボード、マウス等が利用できる。
【００３３】
又、機械連動部３８は、自動検査時の外部機器との同期、例えば画像入力部３０への検査対象の供給終了タイミング等をとったり、検査結果によって検査対象の物流装置へ命令（検査対象の選別振分け指示、検査部への供給停止）等を発行する機能を有し、これにはＲＳ−２３２Ｃ、ＲＳ−４２、ＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）、ＬＡＮ（イーサーネット）、パラレルＩ／Ｏ、リレー等が利用できる。そして、以上の各部３０〜３８の動作を管理する装置制御部４０としては、専用装置、汎用シーケンサ、パーソナルコンピュータ等が利用できる。
【００３４】
本実施形態の検査装置では、前記図８を参照して説明すると、前記画像処理部３２が、前記画像入力部３０により基準となる正常な試料を予め撮像して得られた基準透過光画像について、前記面光源１４から照射光が試料（シャドウマスク）Ｗの裏面で反射された後、前記拡散板１２で再反射された反射光に起因して形成されている反射光領域を特定する機能と、特定された反射光領域の画像データに基づいて作成される反射光画像を保存する機能と、検査対象の試料を撮像して得られる対象透過光画像から前記反射光画像を減算して補正透過光画像を作成する機能と、作成された補正透過光画像を用いて前記周期性開口のパターンを検査する機能とを有している。
【００３５】
又、前記画像処理部３２には、前記画像入力部３０において、更に、試料がない状態で別途撮像して得られる光源画像により、前記補正透過光画像を除算して透過率画像を作成し、該透過率画像を用いて前記周期性開口パターンを検査する機能をも有している。
【００３６】
又、本実施形態では、前記拡散板１２が光源１０自体の影響を除去できる程度の低い拡散効果を有しており、後述するように、透過光画像上に反射光領域が明瞭に形成されるようになっている。
【００３７】
次に、本実施形態の作用を、図２のフローチャートに従って説明する。なお、このフローチャートで、細線の矢印は後述する図３（Ｃ）に示した補正関数Ｆを得るための処理手順を、太線の矢印は検査開始以降の処理手順を、それぞれ表わしている。
【００３８】
まず、調整時に、前記画像入力部３０により基準となる正常なシャドウマスク（試料）Ｗについて、基準透過光画像を撮像し（ステップ１）、前記面光源１４からの照射光がシャドウマクスＷの裏面で反射された後、前記拡散板１２で再反射された反射光に起因して前記基準透過光画像に形成されている中央部付近の反射光領域を特定し（ステップ２）、前記反射光領域の画像データに基づいて反射光画像を予め作成する（ステップ３）。
【００３９】
以上のステップ１〜３の処理工程における画像の特徴のイメージを図３に示した。同図（Ａ）は、カメラ１８により直接撮像して得られた基準透過光画像Ａであり、中央部付近の破線部分が反射光領域Ａ′である。同図（Ｂ）は、上記基準透過光画像Ａに基づいて作成された反射光画像Ｂのイメージを示したものであり、この画像Ｂについて直線Ｌ上の輝度のプロファイルを示すと、同図（Ｃ）のようになっている。
【００４０】
この反射光画像Ｂは、以下のように作成することができる。まず、透過光の補正領域である反射光領域Ａ′の範囲を特定する。この反射光領域Ａ′は、前記基準透過光画像Ａを情報表示部３４のモニタ上に表示し、対人操作部３６により手動でカーソルで指定する等により特定することができる。又、図４に拡大して示したように、画像入力部３０におけるカメラ１８、拡散板１２、試料Ｗの位置関係から、光学的に範囲Ｒとして計算することもできる。
【００４１】
このように、反射光領域Ａ′の範囲が特定できたら、図３（Ｃ）に示したように、モニタ上で反射光領域の外側周囲の輝度値が零になるように、各画素値のレベルを調整することにより、反射光の強度分布に相当する輝度曲線として補正関数Ｆが得られ、これを画像として表示すると同図（Ｂ）に示したように中央付近が明るいイメージになる。
【００４２】
例えば、一種類の製品について、ロットの最初に以上のような操作を行って、予め反射光画像Ｂを作成できたならば、他の製品の検査に移行する。検査時には、まず試料が無い状態で面光源１４のみを撮像し（ステップ４）、次にステージ１６に対象のシャドウマスクＷを載置して撮像する（ステップ５）ことにより、図５に示した光源画像Ｃと対象透過光画像Ｄをそれぞれ入力する。
【００４３】
次いで、得られた対象透過光画像Ｄから、予め作成しておいて前記反射光画像Ｂを減算して補正透過光画像Ｅを作成し（ステップ６）、その後、前記ステップ４で入力した光源画像Ｃにより、上記補正透過光画像Ｅを除算して透過率画像Ｆを作成する（ステップ７）。この透過率画像Ｆを情報表示部３４のモニタに表示し、問題があれば前記ステップ２に戻って反射光画像Ｂの再調整を行い、問題が無ければ該透過率画像Ｆをモニタ上で目視検査したり、画像処理により自動検査したりする（ステップ９）。但し、上記ステップ８の確認処理は通常最初の一点について行なえばよい。
【００４４】
以上詳述した本実施形態によれば、シャドウマスク（試料）裏面で反射した光の影響を低減し、精度の高い測定を行うことができる。又、画像処理により、透過光の補正を行うことができるため、特別なハードウェアを追加する必要がない。又、透過光の補正量は試料毎に予め決めておくことができるので、処理は画像の減算処理の時間分しか遅くならないため、精度の高い検査を迅速に行うことができる。
【００４５】
又、本実施形態によれば、光源自体が直接撮影されない程度に拡散効果の低い拡散板１２を使用して、敢えて照射光を拡散させないようにしたので、反射光の影響の範囲（反射光領域）を明確にすることができる。その結果、反射光の影響が明瞭に反映された反射光画像Ｂを容易に作成することもできる。
【００４６】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００４７】
例えば、前記実施形態では、透過光をＣＣＤカメラで撮像する例を示したが、これに限らず、撮像手段としては、撮像管等であってもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、面光源から試料の裏面を照明した際の透過光に基づいて、該試料に貫通形成されている周期性開口のパターンを検査する際、試料の裏面反射の影響を防止し、検査精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態の検査装置全体の概略構成を示すブロック図
【図２】基準透過光画像と反射光画像の関係を示す説明図
【図３】本実施形態による処理手順を示すフローチャート
【図４】反射光領域の特定方法の一例を示す説明図
【図５】本実施形態による処理に伴う画像のイメージを示す説明図
【図６】シャドウマスクに対する面照明と透過光との関係を概念的に示す説明図
【図７】開口面積と観察される透過光のイメージとの関係を示す説明図
【図８】撮像手段を備えた検査装置の要部構成を示す概略断面図
【図９】面光源に起因する問題点を示す説明図
【図１０】裏面反射に起因する問題点を示す説明図
【図１１】裏面反射による問題点の発生原理を示す説明図
【図１２】現実の透過率の概念を説明するための照明光と透過光の関係を示す説明図
【図１３】従来の処理手順を示すフローチャート
【図１４】従来の処理に伴う画像のイメージを示す説明図
【符号の説明】
１０…光源
１２…拡散板
１４…面光源
１６…ステージ
１６Ａ…試料用開口部
１８…ＣＣＤカメラ
２０…画像処理装置
２２…モニタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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