JP3984367B2

JP3984367B2 - 表面欠陥の検査方法および検査装置

Info

Publication number: JP3984367B2
Application number: JP16790598A
Authority: JP
Inventors: 潤長谷川; 敏清水
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2018-06-16
Also published as: JP2000002526A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粗な表面部を有し、基材の孔開け加工等により基材の表面部につながり内側に凹んだ形状の孔部を周期的に繰り返して設けた試料の、該表面部につながる孔部の形状欠陥を検査する方法と検査装置に関するもので、特に、カラーテレビに用いられるシャドウマスクの表孔の縁が欠けた欠陥の検査方法および検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シャドウマスクの表孔の縁が欠けた欠陥の検査方法として、照明光の試料への入射角を制御せず単に反射照明して撮影し、シャドウマスクからの反射光を撮影して、これを画像処理することにより表面欠陥を抽出する方法が知られている。しかし、この方法の場合は、シャドウマスクの表面粗度が荒いため、低い検出感度しか得られず問題となっていた。
例えば、シャドウマスクの基材表面は粗であるため、図９（ａ）に示す箇所は、図９（ｂ）に示すような撮影画像として得られてしまい、欠陥の検出が正確に得られない。
図９（ｂ）のように、擬似表孔部形状不良部１１９が、表孔部形状不良部１１８とともに検出されてしまう。
尚、図９（ａ）は基材１１１の表面が粗であることを分かり易く示したものである。
また別に、検出感度を上げる為、線状領域撮影手段と線光源を用い、シャドウマスク面に対して所定の角度に線状領域撮影手段と光源を配置し、シャドウマスク面の斜めから、シャドウマスクを透過した透過光を撮影する方法も行なわれている。
しかし、この方法の場合、最適撮影角度をシャドウマスクの品種毎に合わせる必要があり、操作、制御が煩雑になるという問題がある上、一度の検査においては、全ての方向の欠陥を検出ができない為、すべての方向の欠陥を検出するためには、複数回方向を変えて検査することが必要で、品質面、作業性の面からも問題となっていた。
更に、シャドウマスクの表孔の縁が欠けた欠陥の検査方法として、試料を透過照明してエリアセンサとミラーを用いて撮影し、得られた撮影画像データから欠陥部を検出する方法（特願平９−１３９１９３号）が、すでに本出願の発明者により提案されている。
しかし、エリアセンサを用いたこの方法では、検査精度を高めるための高解像度化に適さず、結果的に検査時間を多く要し、検査時間の短縮が求められている。
このような中、近年、シャドウマスクにおいても、ますます、大型化とともに高精細化が求められ、その品質管理が重要となってきており、高い検出感度で、且つ、比較的簡単で作業性の良いシャドウマスクの検査方法が求められるようになってきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ますます、シャドウマスクの大型化とともに高精細化が求められる中、シャドウマスクの表面検査方法においては、高い検出感度で、且つ、作業性の簡単な表面検査方法および検査装置が求められるようになってきた。
本発明は、このような状況のもと、高い検出感度で、且つ、作業性の簡単なシャドウマスクの表面検査方法および検査装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面欠陥の検査方法は、粗な表面部を有し、基材の表面部につながり内側に凹んだ形状の孔部からなるパターンを周期的に繰り返して配設した周期パターンを有する試料の、前記表面部につながる孔部からなるパターンの形状欠陥を検査する検査方法であって、試料を撮影系に対して相対的に移動させながら、且つ、反射明視野照明の光軸上にある試料の各撮影領域が、反射明視野照明されるその受光角度を、照明光の光軸を中心として０°以上、３０°以下とする拡散光にて反射明視野照明し、線状領域撮像手段により試料面を撮影して撮影画像を得た後、該撮影画像の画像データを画像処理して、試料の周期性パターンの各パターンのフィレ径、およびまたは、投影面積を求め、それぞれの値が所定の範囲内でない箇所を、欠陥箇所と判断することを特徴とするものである。
そして、上記において、撮影画像の画像データの画像処理が、撮影画像の画像データの各画素を所定のスライスレベルで、２値化して２値化画像を作成し、該２値化画像から試料の各パターンのフィレ径、およびまたは、各パターンの投影面積を求め、それぞれの値が所定の範囲内でない箇所を、欠陥箇所と判断するものであることを特徴とするものである。
そしてまた、上記において、試料がシャドウマスクであることを特徴とするものである。
一般には、所定の方向に投影された図形の径を、フィレ径としている。
尚、ここで言う投影面積とは、凹凸を含む立体的な構造である凹んだ孔部全体を、所定の面に投影して得られる平面的な像の面積であり、具体的には、撮影画像の画像データを２値化した場合の、凹んだ孔部に相当する領域の値（０ないし１）の画素数で表すことができる。
【０００５】
本発明の表面欠陥の検査装置は、粗な表面部を有し、基材の表面部につながり内側に凹んだ形状の孔部からなるパターンを周期的に繰り返して配設した周期パターンを有する試料の、前記表面部につながる孔部からなるパターンの形状欠陥を検査する検査装置であって、試料を撮影系に対して相対的に移動させる搬送部と、試料面を撮影する線状領域撮像手段と、撮影に際し、試料面を、反射明視野照明の光軸上にある試料の各撮影領域が、反射明視野照明されるその受光角度を、照明光の光軸を中心として０°以上、３０°以下とする拡散光にて反射明視野照明する線状照明手段と、撮影して、得られた撮影画像データから、試料の周期性パターンの各パターンのフィレ径、およびまたは、投影面積を求め、それぞれの値が所定の範囲内でない箇所を、欠陥箇所と判断する画像処理部とを備えていることを特徴とするものである。
そして、上記において、試料がシャドウマスクであることを特徴とするものである。
【０００６】
【作用】
本発明の表面欠陥の検査方法は、上記のように構成することにより、粗な表面部を有し、基材の表面部につながり内側に凹んだ形状の孔部からなるパターンを周期的に繰り返して配設した周期パターンを有す試料の表面部につながる孔部からなるパターンの形状欠陥を検査する検査方法で、高い検出感度をもち、且つ、比較的作業性も良い、欠陥検出方法の提供を可能としている。
特に、シャドウマスクの表孔の形状欠陥の検査に適用した場合、検出感度を上げる為に線状領域撮影手段と線光源を用い、シャドウマスク面に対して所定の角度に線状領域撮影手段と光源を配置し、シャドウマスク面の斜めから、シャドウマスクを透過した透過光を撮影する検査方法のように、品種毎に、照明光の最適制御角を調整したり、孔部の全方向に光を照射するような手間は必要とせず、また、試料を透過照明してエリアセンサとミラーを用いて撮影する検査方法のように、検査時間を多く必要とせず、実用的なものと言える。
具体的には、粗な表面部を有し、基材の表面部につながり内側に凹んだ形状の孔部からなるパターンを周期的に繰り返して配設した周期パターンを有する試料の、前記表面部につながる孔部からなるパターンの形状欠陥を検査する検査方法であって、試料を撮影系に対して相対的に移動させながら、且つ、所定の広がり角度内に制御された拡散光にて反射明視野照明し、線状領域撮像手段により試料面を撮影して撮影画像を得た後、該撮影画像の画像データを画像処理して、試料の周期性パターンの各パターンのフィレ径、およびまたは、投影面積を求め、それぞれの値が所定の範囲内でない箇所を、欠陥箇所と判断することにより、これを達成している。
即ち、所定の広がり角度内に制御された拡散光にて反射明視野照明し、線状領域撮像手段により試料面を撮影して撮影画像を得ることにより、試料面の表面部が粗であることに起因する、撮影画像からの欠陥検出感度の低下をほぼ止めることができるものとしている。
特に、試料シャドウマスクの場合には、反射明視野照明の光軸上にある試料の各撮影領域が、反射明視野照明されるその受光角度を、０°以上、３０°以下となるように、反射明視野照明の拡散光を制御しておくと有効である。
撮影画像の画像データの画像処理としては、撮影画像の画像データの画像処理が、撮影画像の画像データの各画素を所定のスライスレベルで、２値化して２値化画像を作成し、該２値化画像から試料の各パターンのフィレ径、およびまたは、各パターンの投影面積を求め、それぞれの値が所定の範囲内でない箇所を、欠陥箇所を欠陥箇所と判断する処理が挙げられる。
【０００７】
本発明の表面欠陥の検査装置は、上記のように構成することにより、高い検出感度をもち、且つ、比較的作業性も良いシャドウマスクの表面検査装置の提供を可能としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の表面欠陥の検査装置の実施の形態の例を挙げて説明する。
図１（ａ）は、本発明の表面欠陥の検査装置の実施の形態の第１の例の概略装置図で、図１（ｂ）は第１の例の反射明視野照明の拡散光による撮影系を説明するための図、図２は第１の例の反射明視野照明の拡散光の制御を説明するための図で、図３はシャドウマスクの表孔欠陥を示した図で、図４は光ファイバーによる光の照射角度の制御を説明するための図で、図５は実施の形態の第２の例の装置概略図である。
尚、図２（ａ）は図１（ａ）と同じ方向の一側面図で、図２（ｂ）は図２（ａ）において、Ａ１側からみた図で、図２（ｃ）は図２（ａ）のＡ２−Ａ３における遮光板（光制御板）の断面図である。
図１〜図５中、１１０は試料（シャドウマスク）、１１０Ｓは撮影領域、１１１は基材、１１３は表孔部（パターン）、１１４は裏孔部、１１５は基材の表面部、１１８は表孔部形状不良部、１２０は線状照明手段、１２１は照明光源（線状光源）、１２５は遮光板（光制御板）、１３０は線状領域撮影手段（ＣＣＤラインセンサカメラ）、１３5 はレンズ、１４０は画像処理部、１６０はステージ、１８０はハーフミラー、１９０は光ファイバーである。
【０００９】
まず、実施の形態の第１の例の表面欠陥の検査装置を説明する。
本例の装置は、エッチング外形加工されたシャドウマスクを試料として、基材（図３の１１１）の表面部（図３の１１５）につながり内側に凹んだ形状の表孔部（図３の１１３）からなるパターンを周期的に繰り返して配設した周期パターンを有する試料の、前記表面部につながる孔部からなるパターンの形状欠陥を検査する検査装置で、図１（ａ）に示すように、試料（シャドウマスク）１１０を載せて、撮影系に対して相対的に移動させるステージ１６０と、試料１１０の一面を撮影するＣＣＤラインセンサカメラからなる線状領域撮像手段１３０と、撮影に際し、試料１１０の一面を所定の広がり角度の拡散光にて反射明視野照明する線状照明手段１２０と、撮影して、得られた撮影画像データから、試料の周期性パターンの各パターンのフィレ径、投影面積を求め、それぞれ、所定のパターンの所定のフィレ径、および所定の投影面積と異なる箇所を欠陥箇所と判断する画像処理部１４０とを備えている。
本例の装置では、図１（ｂ）に示すように、線状領域撮像手段１３０の光軸Ｌ１と、この光軸Ｌ１方向の試料１１０の面の撮影領域において垂直に立てた法線とのなす角度θ１とした場合、線状照明手段１２０の光軸Ｌ２と法線とのなす角度もθ１とし、この光軸Ｌ２に対して、所定の広がり角度θ０内に制御された拡散光にて反射明視野照明するものである。即ち、撮影領域１１０Ｓへ照射される照明光の光束を、光軸Ｌ２に対して、所定の広がり角度θ０内に制御して試料を撮影するものである。
カラーテレビのプラウン管に用いられるシャドウマスクは、一般に、エッチング加工により孔開けが行われるが、その一部平面を図３（ａ）に示し、その一部断面を図３（ｂ）に示すように、一方側に大きい孔部、他方側に小さい孔部が形成されており、両孔部により貫通孔を形成している。そして、カラーテレビはシャドウマスクの大きい孔部側を人が観察する側として用いるため、大きい孔部側の孔部を、通常、表孔部１１３、小さい孔部側の孔部を裏孔部１１４と言っている。ここでは表孔部の形状不良箇所を表孔部形状不良１１８と言っている。
尚、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ１−Ｂ２における断面を示した図である。
シャドウマスクの場合、その表面の粗の状態から、検出感度が良好なものは、一般には、θ０は０°以上、３０度以下である。
【００１０】
本例においては、上記のように、所定の広がり角度θ０内の拡散光にて反射明視野照明するが、図２（ａ）や、図２（ｂ）に示すように、照明光源１２１からの光は遮光板（光制御板）１２５により、撮影領域１１０Ｓへ入射する角度θ０の範囲を制御される。
遮光板１２５は図２（ｃ）に示すように平面は格子状で、所定の高さを持つもので、この部分に入射された光は反射せずに吸収する部材で作製されており格子の間隔と、その高さにより、遮光板１２５を通過する光の方向は制限される。
このため、試料１１０の撮影領域１１０Ｓと照明光源（線状光源）１２１との間に、遮光板１２５を置き、撮影領域１１０Ｓへ入射される照明光の角度θ０の範囲を所定の角度内に制御することができる。
尚、通常、遮光板１２５は黒色である。
シャドウマスクの表孔部欠陥を検出する場合には、図２に示す遮光板１２５に代え、図４に示すような光ファイバー１９０を用いて、撮影領域１１０Ｓへ入射される照明光の角度θ０を制御しても良い。
図４に示すように光ファイバーは、複数本で束ねられて使用されるが、各光ファイバーから放出される光の角度θ４（光軸Ｌ４からの広がり角度）は、その材質によるため、適した角度のものを選択して使用する。
こうして、撮影領域１１０Ｓへ入射される照明光の角度θ０を２０°以内に制御することができる。
【００１１】
次いで、実施の形態の第２の例の表面欠陥の検査装置を簡単に説明する。
図５に示す、第２の例の表面欠陥の検査装置は、照明光源１２１からの照明光を、ハーフミラー１８０を介して、試料１１０の撮影領域１１０Ｓにその光軸がほぼ試料１１０の面にほぼ垂直になるようにして照射し、試料１１０の撮影領域１１０Ｓからの反射光を、ハーフミラー１８０を介して、ＣＣＤラインセンサカメラからなる線状領域撮像手段１３０へと入射させて、試料１１０の撮影領域１１０Ｓを撮影するもので、図１に示す装置の場合と同様、撮影領域１１０Ｓへ入射される照明光の角度θ０を制御するため、ハーフミラー１８０と照明光源１２１との間に、遮光板（光制御板）１２５を配置している。
【００１２】
次に、本発明の表面欠陥の検査方法の実施の形態の１例を説明する。
また、これを以て、図１に示す検査装置の画像処理部の処理の説明に代える。
本例は、図１に示す第１の例の表面欠陥の検査装置を用い、シャドウマスクの表孔部形状欠陥の検査を行うもので、図１を参照にしながら、図６に基づいて簡単に説明する。
尚、図６は本例の工程フロー図である。
図６中、Ｓ１１０〜Ｓ１４０は処理ステップを示すものである。
先ず、図１（ａ）に示すように、シャドウマスク（試料）１１０を、検査する表孔部側を上にしてステージ１６０上に載せた状態で、試料１１０をステージ１６０により撮影系に対して相対的に移動させながら、且つ、所定の広がり角度（図１（ｂ）のθ０）内に制御された拡散光にて反射明視野照明し、線状領域撮像手段１３０により試料面の検査領域を撮影して撮影画像を得る。（Ｓ１１０）
シャドウマスクの測定であるため、その表面の粗の状態から、θ０を０°以上、３０度以下として行うが、他の試料についても、その表面の粗の状態に対応してθ０の値を決めることが好ましい。
試料１１０の検査領域と線状領域撮像手段１３０が撮影する視野の関係より、適当にステージ１６０の移動を決める。
例えば、図７（ａ）は、線状領域撮像手段１３０が撮影する視野１３０Ｓの幅が、試料１１０の検査領域の幅よりも狭い場合の、線状領域撮像手段１３０の撮影する視野の移動方向を矢印で示したものとすることにより試料の所定の検査領域を撮影できる。
また、２台の線状領域撮像手段１３０にて、１つの試料１１０の検査領域を撮影しても良く、図７における線状領域撮像手段１３０を２台用いた場合は、図７（ｂ）に示すように、あわせて、１台の線状領域撮像手段１３０のほぼ倍の撮影視野１３０Ｓとすることができる。それぞれの線状領域撮像手段１３０の撮影する視野の移動方向は矢印の方向として、試料の所定の検査領域を撮影できる。
【００１３】
次に、得られた撮影画像の画像データを２値化処理する。（Ｓ１２０）
例えば、シャドウマスクの一部を示す図８（ｂ）のＣ１−Ｃ２における画素列の各位置の画像データの値は、図８（ａ）のようになる。
この図８（ａ）の各画素の値を所定の値のレベル（スライスレベルＳＬ）と比較し、これ以上の画素の１（勿論他の決められた値２や、３でも良い）、所定の値のレベル以下の画素の値を０とすることにより、各画素をその値により２領域に分けた２値化画像データを得ることができる。
図８（ｂ）のＣ１−Ｃ２箇所に対応する２値化画像データの画素列は、例えば、図８（ｃ）のようになる。
表孔形状不良（エグレ不良とも言う）の箇所の０値の連続する画素列の数は、正常な孔部（パターン）１１３に比べ多いことが分かる。
次いで、このようにして得られた、各画素が２値化された２値化画像データについて、所定の方向、図８（ｂ）のような孔部（パターン）に対しては、Ｘ方向、Ｙ方向への投影して、Ｘ方向、Ｙ方向のフィレ径を得る。（Ｓ１３０）
あるいは、各画素が２値化された２値化画像データについて、図８（ｂ）のような各孔部（パターン）に対しては、２値化された画素のうち値が０の画素の数を数えて、表孔部の投影面積を求める。（Ｓ１３０）
尚、一般には、所定の方向に投影された図形の径をフィレ径としている。
次いで、得られた、各孔部（パターン）のＸ方向、Ｙ方向のフィレ径、投影面積に対し、それぞれの値が所定範囲内でない場合、その箇所を欠陥箇所として抽出する。（Ｓ１４０）
【００１４】
このようにして、撮影画像からシャドウマスクの表孔部形状不良を検出するのであるが、本例の方法の場合、所定の広がり角度（図１（ｂ）のθ０）内に制御された拡散光にて反射明視野照明し、線状領域撮像手段１３０により試料面の検査領域を撮影した撮影画像をもとに欠陥検出をすることにより、検出感度の高いものとしている。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、粗な表面部を有し、基材の表面部につながり内側に凹んだ形状の孔部からなるパターンを周期的に繰り返して配設した周期パターンを有す試料の表面部につながる孔部からなるパターンの形状欠陥を検査する検査方法で、高い検出感度をもち、且つ、比較的作業性も良い、欠陥検出方法の提供を可能とした。同時に、そのような検査方法を実施できる検査装置の提供を可能とした。
結果、シャドウマスクにおける、ますますの高品質化に対応できるものとし、高品質製品の量産化にも対応できるものとした。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の表面欠陥の検査装置の実施の形態の第１の例の概略装置図で、図１（ｂ）は第１の例の反射明視野照明の拡散光による撮影系を説明するための図
【図２】本発明の表面欠陥の検査装置の実施の形態の第１の例の反射明視野照明の拡散光の制御を説明するための図
【図３】シャドウマスクの表孔欠陥を示した図
【図４】光ファイバーによる光の照射角度の制御を説明するための図
【図５】本発明の表面欠陥の検査装置の実施の形態の第２の例の装置概略図
【図６】本発明の表面欠陥の検査方法の実施形態の１例のフロー図
【図７】線状領域撮影手段の視野の移動を説明するための図
【図８】撮影画像データの２値化処理を説明するための図
【図９】従来の検査方法を説明するための図
【符号の説明】
１１０試料（シャドウマスク）
１１０Ｓ撮影領域
１１１基材
１１３表孔部（パターン）
１１４裏孔部
１１５基材の表面部
１１８表孔部形状不良部
１１９擬似表孔部形状不良部
１２０線状照明手段
１２１照明光源（線状光源）
１２５遮光板（光制御板）
１３０線状領域撮影手段（ＣＣＤラインセンサカメラ）
１３５レンズ
１４０画像処理部
１６０ステージ
１８０ハーフミラー
１９０光ファイバー

Claims

粗な表面部を有し、基材の表面部につながり内側に凹んだ形状の孔部からなるパターンを周期的に繰り返して配設した周期パターンを有する試料の、前記表面部につながる孔部からなるパターンの形状欠陥を検査する検査方法であって、試料を撮影系に対して相対的に移動させながら、且つ、反射明視野照明の光軸上にある試料の各撮影領域が、反射明視野照明されるその受光角度を、照明光の光軸を中心として０°以上、３０°以下とする拡散光にて反射明視野照明し、線状領域撮像手段により試料面を撮影して撮影画像を得た後、該撮影画像の画像データを画像処理して、試料の周期性パターンの各パターンのフィレ径、およびまたは、投影面積を求め、それぞれの値が所定の範囲内でない箇所を、欠陥箇所と判断することを特徴とする表面欠陥の検査方法。
請求項１において、撮影画像の画像データの画像処理が、撮影画像の画像データの各画素を所定のスライスレベルで、２値化して２値化画像を作成し、該２値化画像から試料の各パターンのフィレ径、およびまたは、各パターンの投影面積を求め、それぞれの値が所定の範囲内でない箇所を、欠陥箇所と判断するものであることを特徴とする表面欠陥の検査方法。
請求項１ないし２において、試料がシャドウマスクであることを特徴とする表面欠陥の検査方法。
粗な表面部を有し、基材の表面部につながり内側に凹んだ形状の孔部からなるパターンを周期的に繰り返して配設した周期パターンを有する試料の、前記表面部につながる孔部からなるパターンの形状欠陥を検査する検査装置であって、試料を撮影系に対して相対的に移動させる搬送部と、試料面を撮影する線状領域撮像手段と、撮影に際し、試料面を、反射明視野照明の光軸上にある試料の各撮影領域が、反射明視野照明されるその受光角度を、照明光の光軸を中心として０°以上、３０°以下とする拡散光にて反射明視野照明する線状照明手段と、撮影して、得られた撮影画像データから、試料の周期性パターンの各パターンのフィレ径、およびまたは、投影面積を求め、それぞれの値が所定の範囲内でない箇所を、欠陥箇所と判断する画像処理部とを備えていることを特徴とする表面欠陥の検査装置。
請求項４において、試料がシャドウマスクであることを特徴とする表面欠陥の検査装置。