JP3878317B2 - 周期性開口パターンの検査方法及び装置 - Google Patents

Description

【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）を目視により観察し、その程度が大きいと主観的に判断された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４は、明るさが均一な面光源により、シャドウマスクＳＭを裏面側より照射して、表面側から透過光を観察する理想的な状態を概念的に示したものである。
【０００５】
このように、シャドウマスクＳＭを理想的な面光源で照射した際の透過光を観察すると、図５（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ＳＭの全体について観察される透過光のイメージは、同図（Ｂ）に斜線で示すように、全体的に明るさが均一になる。
【０００６】
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。
【０００７】
以上のように、シャドウマスクＳＭに形成されている孔に開口面積の大小があると、透過光のイメージには明暗のムラが観察されることから、そのムラの程度があるレベルを越えた場合に不良品とする検査が行われている。
【０００８】
次に、透過光を目視により直接観察する場合を具体的に説明する。図６は、目視検査用装置の要部構成を概念的に示したもので、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とからなる面光源１４と、該面光源１４の上方に配設されたステージ１６とを備えている。
【０００９】
この検査装置では、上記ステージ１６の上に検査試料であるシャドウマスクＳＭを載置し、その上方の“目”の位置から目視により透過光を観察して検査を行う。その際、上記シャドーマスクＳＭは、上向き矢印で示した面光源１４からの照明光が照射される試料用開口部１６Ａに検査領域が一致するようにステージ１６上に載置されるが、検査員が手でシャドウマスクＳＭを動かして最適な照明位置に移動させることにより、検査の信頼性を上げることもできる。
【００１０】
ところが、このような直接目視による検査方法には、後述する光源ムラの影響は、上記のようにシャドウマスクＳＭを手で動かしてその場所を避けることで除外できる利点はあるものの、（１）検査の信頼性、精度が低い、（２）検査員に熟練が要求される、（３）判定の基準がばらつく、等の問題がある。
【００１１】
そこで、図７に示したように、前記図６に示した“目”の位置に配設されたＣＣＤカメラ（撮像手段）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。
【００１２】
この検査装置によれば、光源１０からの光が拡散板１２を通してシャドウマスクＳＭ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を所定の画像処理して検査することができる。
【００１３】
ところが、上記図７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８（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。
【００１４】
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５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。
【００１５】
又、図９に拡散板１２と、その一部１２Ａを拡大した状態を概念的に示したように、拡散板１２の透過率が全体で均一でないために、上述した光源ムラの場合と同様に、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もある。
【００１６】
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７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ＳＭ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ＳＭ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。
【００１７】
【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。
【００１８】
以下、この問題点について詳述する。但し、便宜上、前記図６に示した目視による検査については説明を省略する。
【００１９】
本発明者等は、前記図７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。
【００２０】
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。
【００２１】
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ＳＭ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。
【００２２】
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ＳＭ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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
本発明は、前記従来の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。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、面光源から試料の裏面を照射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周期性開口パターンの検査方法において、前記試料裏面への照明光が該裏面で反射されて、前記面光源側へ戻る裏面反射光を、前記面光源と試料との間に配設されたガラス又はハーフミラーからなり、且つ、透過光量を減少させる働きをするＮＤシートが貼付されている裏面反射除去板により除去することにより、前記課題を解決したものである。
【００３０】
本発明は、又、面光源から試料の裏面を照射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周期性開口パターンの検査装置において、前記試料裏面への照明光が該裏面で反射されて、前記面光源側へ戻る裏面反射光を除去する裏面反射除去手段が設けられ、前記裏面反射除去手段が、前記面光源と試料との間に配設されたガラス又はハーフミラーからなる裏面反射除去板であり、且つ、前記裏面反射除去板に、透過光量を減少させる働きをするＮＤシートが貼付されていることにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００３１】
【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。
【００３２】
図１は、本発明に係る第１実施形態の検査装置の要部構成を示す、一部ブロック図を含む概略断面図である。
【００３３】
本実施形態の検査装置は、前記図７に示したものと実質的に同一の基本構成を有し、複数の蛍光灯からなる光源（発光手段）１０、及び、その上方に配設された光拡散板１２からなる面光源１４により、シャドウマスク（試料）ＳＭの裏面を照明した際の透過光に基づいて、該シャドウマスクＳＭ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ものである。
【００３４】
又、この検査装置では、同様に前記シャドーマスクＳＭの透過光を検査画像データとして取り込む、該シャドーマスクＳＭの表面側に配設されたＣＣＤカメラ（撮像手段）１８と、取り込まれた画像データを画像処理する画像処理装置２０と、画像処理した結果を表示するモニタ（表示手段）２２と、を備えている。
【００３５】
又、前記画像処理装置２０は、前記ＣＣＤカメラ１８により取り込まれた検査画像データを、階調画像データとして処理することも、前記ＣＣＤカメラ１８により取り込まれた検査画像データを、試料が無いときに該ＣＣＤカメラ１８により取り込んだ照明光画像データに対する比の透過率画像データとして処理することも、共に実行できるようになっている。
【００３６】
本実施形態においては、前記シャドウマスクＳＭの裏面への照明光が該裏面で反射されて、前記面光源１４側へ戻る裏面反射光ＢＲを除去する裏面反射除去板としてガラス板２４が、前記面光源１４とシャドウマスクＳＭとの間に配設されている。
【００３７】
上記のようにガラス板２４を、ＣＣＤカメラ１８の光軸に対して適切な角度で傾斜させて配設したことにより、面光源１４からの照明光はシャドウマスクＳＭ側へは透過するが、図２にガラス板２４の位置を拡大した断面図と共に裏面反射光ＢＲを矢印の太さを変えて示したように、該裏面反射光ＢＲを図中左方向に反射させて除去し、面光源１４側への入射光量を従来に比べて大幅に低減することが可能となった。その結果、前記図１０に示したような裏面反射に起因する透過光のムラの発生を有効に防止することが可能となった。
【００３８】
従って、本実施形態によれば、前記図８に示したような問題点がある透過光そのものを撮像する場合でも、又はこの問題点を解消するために、前記特開平６−２２９７３６号公報等に開示されている透過率を算出する場合でも、周期性開口パターンの検査精度を大幅に向上することが可能となる。
【００３９】
図３は、本発明に係る第２実施形態の検査装置に適用される裏面反射除去板の特徴を拡大して示した、前記図２に相当する要部断面図である。
【００４０】
本実施形態の検査装置は、ガラス板２４の片側面に、所定の比率で透過光量を減少させる働きをするＮＤシート（フィルタ）２６を貼付して裏面反射除去板とした以外は、前記第１実施形態と実質的に同一である。
【００４１】
本実施形態では、同様に太さを変えた矢印を用いて裏面反射光ＢＲの光量の変化を図３に併記して示したように、第１実施形態に比べて面光源１４側へ抜ける裏面反射光は、ＮＤシートの働きにより更に減少すると共に、光拡散板１２で再反射されてシャドウマスクＳＭ側へ戻る光量も同様に減少するため、透過光の光量に影響する裏面反射光は極めて少なくなる。
【００４２】
従って、本実施形態によれば、一段と検査精度を向上することが可能となる。但し、前記第１実施形態の場合と同一強度のシャドウマスクＳＭに対する照明光を得るためには、光源１０の光量を、ＮＤシート２６によって吸収される分だけ増やしてやる必要がある。
【００４３】
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。
【００４４】
例えば、前記実施形態では、裏面反射除去板としてガラス又はＮＤシートが貼付されたガラス板を使用する例を示したが、これに限定されず、ガラスの代わりにハーフミラーを使用しても、又、アクリル樹脂等からなる透明樹脂板を使用してもよい。
【００４５】
又、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、前記図６に示した直接目視用の場合であってもよい。
【００４６】
又、撮像手段としては、前記ＣＣＤカメラに限らず、例えば撮像管であってもよい。
【００４７】
【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証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】本発明に係る第１実施形態の検査装置の要部構成を示す概略断面図
【図２】第１実施形態の作用を示す説明図
【図３】第２実施形態の作用を示す説明図
【図４】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５】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６】目視用の検査装置の要部構成を示す概略断面図
【図７】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８】面光源に起因する問題点を示す説明図
【図９】光拡散板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
【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
２４…ガラス板
２６…ＮＤシート

Claims (6)

1. 面光源から試料の裏面を照射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周期性開口パターンの検査方法において、
   前記試料裏面への照明光が該裏面で反射されて、前記面光源側へ戻る裏面反射光を、前記面光源と試料との間に配設されたガラス又はハーフミラーからなり、且つ、透過光量を減少させる働きをするＮＤシートが貼付されている裏面反射除去板により除去することを特徴とする周期性開口パターンの検査方法。
2. 面光源から試料の裏面を照射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周期性開口パターンの検査装置において、
   前記試料裏面への照明光が該裏面で反射されて、前記面光源側へ戻る裏面反射光を除去する裏面反射除去手段が設けられ、
   前記裏面反射除去手段が、前記面光源と試料との間に配設されたガラス又はハーフミラーからなる裏面反射除去板であり、且つ、
   前記裏面反射除去板に、透過光量を減少させる働きをするＮＤシートが貼付され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。
3. 請求項２において、
   前記試料の透過光を検査画像データとして取り込む、該試料の表面側に配設された撮像手段と、取り込まれた検査画像データを画像処理する画像処理手段と、
   画像処理した結果を表示する表示手段と、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。
4. 請求項２において、
   前記面光源が、発光手段と、その上方に配設されている光拡散板又は光拡散シートであることを特徴とする周期性開口パターンの検査装置。
5. 請求項３において、
   前記画像処理手段が、前記撮像手段により取り込まれた検査画像データを、階調画像データとして処理することを特徴とする周期性開口パターンの検査装置。
6. 請求項３において、
   前記画像処理手段が、前記撮像手段により取り込まれた検査画像データを、試料が無いときに前記撮像手段により取り込んだ照明光画像データに対する比の透過率画像データとして処理することを特徴とする周期性開口パターンの検査装置。

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