JP2790284B2 - 周期性パターンの検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、カラーテレビ用ブラウン管に用いられるシ
ャドウマスク、カラー撮像装置用色分解フィルタ、液晶
表示パネル用カラーフィルタ、電子管に用いられるメッ
シュ状電極、VDTフィルタ、濾過装置用メッシュ用フィ
ルタ、ロータリーエンコーダ、リニアエンコーダ、IC用
フォトマスク、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ
など一定の光学的性質、形状をもつ単位（以下単位パタ
ーン）が１次元方向、或いは２次元方向に規則的に繰り
返し配列されている工業製品、或いは単位パターンがそ
の光学的性質、形状及び１次元方向、２次元方向の配列
ピッチが徐々に変化しながら繰り返し配列されている工
業製品のキズ、ピンホール、黒点、ゴミ、透過率（開口
率）などの欠陥を自動的に検査する周期性パターンの検
査方法に係わり、特に周期性パターン部分が所定の形状
をもつ工業製品の欠陥やムラを周期性パターン部の外周
近くまで良好に検査することが可能な周期性パターンの
検査方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、単位パターンが周期的に繰り返し配列されてい
る工業製品の欠陥検査は、目視または顕微鏡観察により
行われているのが通例であるが、このような方法では多
数の製品を検査するためには多大の人手を必要とし、ま
た官能検査であるために検査精度及び信頼性に欠けるこ
とから、さまざまな検査方法が提案されている。

例えば、等ピッチ配列の周期性パターンをもつ工業製
品に関しては、配列単位及び欠陥の形状を十分に解像す
るような顕微鏡撮影装置によって得られたビデオ信号を
調べてパターン認識を行うか、或いは欠陥のないパター
ンを同様に撮影して得られた信号と比較する等の手段に
より欠陥を検出する方法があるが、検出しようとする欠
陥の大きさに応じた機械的精度が必要となるため、装置
が高価となり、また顕微鏡的な撮影であるために一度に
処理できる画面の大きさが小さくなり、検査すべきパタ
ーン全体を検査するのに多大の時間を要するという問題
があった。

また、周期的開口をもつ製品、例えば電子管用メッシ
ュ状電極などについては、コヒーレント光を照射したと
きの周期性パターンによる光の回折現象を利用する光学
的フーリエ変換空間フィルタリング法により欠陥を検出
方法があるが、検査速度、検出感度には優れているもの
の、被検査パターン毎に空間フィルタを作成しなければ
ならず、かつ精密な光学系が必要となるために装置が高
価となり、さらに欠陥は検出できるが、その欠陥開口の
基準値に対する大小関係が判別できないという問題があ
った。

これに対して、周期性パターンを能率良く、高精度に
検査するために従来提案されている方法について第５図
〜第７図により説明する。

第６図に示すような周期的な開口を単位パターン51と
して持つパターンの開口面積の異常を検知するため、直
流電源49で点灯される白熱ランプ48と拡散板47で構成さ
れる透過照明部により被検査パターン46を照明し、TVカ
メラ40で検査領域を撮影する。TVカメラの出力信号をA/
D変換して画像処理装置42に取り込み、フレームメモ
リ、及び演算器により画面の加算、減算を含む各種の画
像処理を高速で行う。制御装置43は画像処理装置42、及
びXYステージ50と駆動機構45で構成されるパターン移動
機構を制御してパターンの移動を行う。なお、第６図に
おいて52、53は欠陥をもった単位パターンである。

第５図においてパターンを移動変位させる方向がTVカ
メラ40の走査線方向で、パターンの変位距離が画素ピッ
チの整数倍となっている場合について、第７図により説
明する。

パターンの欠陥がある所を通る直線上の光透過率分布
は、例えば第７図（ａ）に示すようになり、第６図の53
で示すような開口面積が正常なパターン51よりも大きい
欠陥、即ち白欠陥による光透過率の変化54や、第６図の
52で示すように開口面積が正常なパターン51よりも小さ
い欠陥、即ち黒欠陥による光透過率の変化55が検出され
る。また、第７図（ａ）の場合と同じ線上を走査したビ
デオ信号を示すと第７図（ｂ）のようになり、パターン
の照明ムラ、撮像面の感度ムラ等による緩やかな信号変
化（シェーディング）とビデオ信号処理装置で発生する
ランダムノイズ、及び光学系に付着したゴミなどによる
信号の局部的な変化56が現れる。

このようなビデオ信号を複数フレーム加算することに
より、加算回数をＮとしたときランダムノイズ成分の比
率を にまで減少することができる（第７図（ｃ））。次に、
パターンを変位させて同様の画面加算処理をした場合、
第７図（ｄ）に示すように、パターンの移動と共にパタ
ーン上の欠陥による信号も移動しているが、撮像系のシ
ェーディングや光学系のゴミ等による信号56の位置は変
化していない。そこで、第７図（ｃ）で示すデータから
第７図（ｄ）に示すデータを減算すると、両データに含
まれるシェーディングやゴミなどによる信号56は消去さ
れ、パターンの光透過変化による信号と低減されたラン
ダムノイズ成分だけが残り、この結果、欠陥による信号
はパターンの移動量に応じた画素数離れた位置でその近
傍の平均値に対する値の差がほぼ同じで、符号が反転し
て現れ、その反転する順序は欠陥の種類（白欠陥、黒欠
陥）によって逆転する。

以上のような処理をした画像データは欠陥部のみ明る
さが局部的に変化しているため、モニタで観察すれば容
易に欠陥として認識することができ、また欠陥部での周
囲に対する明暗の反転の順序で欠陥の種類を識別するこ
ともできる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、第８図に示すように被試験体46の周期パタ
ーン部ＢがTVカメラの視野Ａ内に入っているときの撮像
動作、即ちフレーム積分とパターン移動による撮像によ
り第９図（ａ）、第９図（ｂ）のようなビデオ信号が得
られたとすると、差データは第９図（ｃ）のようにな
り、パターン外周部の移動が観測される部分における画
素データが極めて大きくなり、この近傍に影響を出てし
まい、微小な信号変化にしたならない欠陥やムラは検出
できない。また、第10図に示すように、照明部60の表面
が平滑面の場合にはその面に映っている試料の像61、TV
カメラ自身の像62も映り、撮像動作後の画像データに影
響が出てしまうという問題があった。

本発明は上記問題点を解消し、周期パターン部の外周
部まで良好に検査できると共に、試料やTVカメラ自身の
像による画像データへの影響をなくすことができる周期
性パターンの検査方法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〕

そのために本発明は、単位パターンの繰返し配列から
なる周期性パターンを第１の位置で撮像し、前記周期性
パターンを所定の方向に所定の距離だけ変位させた第２
の位置で撮像し、第１の位置における撮像により得られ
た画像データから、第２の位置における撮像により得ら
れた画像データを減算して得た画像データに基づいて欠
陥検査を行う方法において、前記第１の位置における撮
像は、少なくとも１辺の側については境界より少なくと
も前記所定の距離だけ内側まで、対向する他の辺側につ
いては境界までを有効領域とし、前記第２の位置におけ
る撮像は、前記対向する他の辺側については境界より少
なくとも前記所定の距離だけ内側まで、前記少なくとも
１辺の側については境界までを有効領域としてそれぞれ
撮像するものであり、具体的には試料よりも光源側にマ
スクを設けて周期性パターン部の外周部を遮り、また光
学的結像手段により周期性パターン部よりも小さい領域
を照明し、また照明部の試料と対向する面を粗面とする
ことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明は周期性パターン部の外周部の移動が画像に現
れないように撮像した画像データに基づいて検査するこ
とにより、外周部の大きな画素データの影響を除去し、
外周部近傍における検査も良好に行うことができ、また
照明部の試料と対向する面を粗面とすることにより試
料、またはTVカメラ自身が照明部に映って撮像された画
像データに影響を与えてしまうことを防止することがで
きる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の周期性パターンの検査方法の一実施
例を示す図で、図中、１はTVカメラ、２は被検査体、３
はマスク、４は照明部、５は周期性パターンである。

第１図に示すように、被検査体２の裏側（光源側）に
マスクを設け、照明部４で照明して撮像するに際し、第
２図に示すようにマスク３の開口内に周期性パターンの
エッジの移動が入らないようにする。即ち、移動前の撮
像を行う第２図（ａ）の状態では、例えばパターンの上
端をマスク開口に一致させ、次にパターンを上方へ移動
させてその下端にマスクの開口に一致させて第２図
（ｂ）の状態とする。この第２図（ａ）、（ｂ）の位置
で撮像することにより移動の前後で周期性パターン部の
外周部の移動は観測されないことになる。なお、周期性
パターン部の左右端は直線で移動方向に平行であるため
移動は観測されない。このとき、第２図ｌ上の両画像は
第３図（ａ）、第３図（ｂ）のようになり、両画像の差
は第３図（ｃ）に示すようになり、外周部近傍まで良好
な検出ができる。またマスクが照明側にあるため、照明
部に映る像の移動も観測されない。

また、照明部表面が平滑であると、第10図に示したよ
うに、試料やTVカメラ自身が映り、画像データに影響を
与えるが、照明部を粗面にすればこれを防止することが
できる。

なお、試料の大きさが、例えば10数mmと小さいような
場合には、これと等倍のマスクの製作は困難であり、ま
た試料に損傷を与えたり、ガラスの厚さがあるため試料
と十分に密着させることができず、シャープなマスキン
グができないという問題がある。

このような場合には、顕微鏡等でよく用いるケーラー
照明光学結像系により試料の周期性パターンよりも小さ
い領域を照明すれば同じ結果を得ることができる。

第４図はケーラー照明を用いた本発明の他の実施例を
示す図で、図中、１はTVカメラ、11は撮影レンズ、12は
入射瞳、13は射出瞳、14は対物レンズ、15は試料、16は
試料支持台、17はコンデンサ、18は開口絞り、19はマス
ク、20はコレタクトレンズ、21は光源である。

図において、光源21からの光をコレクタレンズで集光
し、マスク19の像を開口絞り18、コンデンサ17を介して
透明な試料支持台上に置かれた試料15上に結像する。像
が試料上に結像するため、均一な照明でしかもシャープ
なマスク像が得られる。こうして照明された部分の試料
像を対物レンズ、接眼レンズ11を介してTVカメラ１で撮
像する。このマスク像で照明された部分以外は暗くて撮
像されないので、マスクの大きさを適当に選ぶことによ
りパターンエッジの移動を観測されないようにすること
ができる。また、このマスクの位置や大きさ等が可変で
あれば種々の試料に対して対応が可能となり、CCD用カ
ラーフィルターや撮像管用メッシュ等に適用した場合効
果が大きい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、周期性パターン部の外
周まで良好に検査できると共に、外周部の方が周期性パ
ターン部よりも明るく撮像視野に入って起こす焼付等も
防止することができ、また照明部に試料やTVカメラ自身
が映って画像データに影響を与えることを防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の周期性パターンの検査方法の一実施例
を示す図、第２図はパターンとマスク開口の関係を説明
するための図、第３図は第２図の試料移動で撮像して得
られた信号波形図、第４図はケーラー照明を利用した本
発明の他の実施例を説明するための図、第５図は従来の
周期性パターンの検査方法を説明するための図、第６図
は周期性パターンとその欠陥を説明するための図、第７
図は従来の検出方法を説明するための図、第８図は視野
と周期性パターンとの関係を説明するための図、第９図
は試料移動と得られる信号波形との関係を示す図、第10
図は照明部の表面により試料像、TVカメラ像が撮像され
る様子を説明するための図である。 １……TVカメラ、２……被検査体、３……マスク、４…
…照明部、５……周期性パターン。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単位パターンの繰返し配列からなる周期性
   パターンを第１の位置で撮像し、前記周期性パターンを
   所定の方向に所定の距離だけ変位させた第２の位置で撮
   像し、第１の位置における撮像により得られた画像デー
   タから、第２の位置における撮像により得られた画像デ
   ータを減算して得た画像データに基づいて欠陥検査を行
   う方法において、 前記第１の位置における撮像は、少なくとも１辺の側に
   ついては境界より少なくとも前記所定の距離だけ内側ま
   で、対向する他の辺側については境界までを有効領域と
   し、 前記第２の位置における撮像は、前記対向する他の辺側
   については境界より少なくとも前記所定の距離だけ内側
   まで、前記少なくとも１辺の側については境界までを有
   効領域としてそれぞれ撮像することを特徴とする周期性
   パターンの検査方法。
2. 【請求項２】試料よりも光源側にマスクを設け、周期性
   パターン部の外周部を遮るようにして撮像する請求項１
   記載の周期性パターンの検査方法。
3. 【請求項３】光学的結像手段により周期性パターン部よ
   りも小さい領域を照明して撮像するようにした請求項１
   記載の周期性パターンの検査方法。
4. 【請求項４】照明部の試料と対向する面を粗面とする請
   求項１記載の周期性パターンの検査方法。