JP2009079979A - 周期性パターン試料検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示に影響するような欠陥及びムラや製品製造での不具合につながる様な欠陥を容易に判別し、良好な光透過性周期性パターン試料検査装置を提供する。
【解決手段】光透過性を有する周期性パターン試料検査装置であって、前記周期性パターン試料をステージ上に載置しＸ平面上を移動させる試料移動手段と、光照射手段と、前記周期性パターン試料からの透過光又は反射光を撮像し、複数のセンサ素子を二次元方向に配列してなる二次元センサアレイを具備した撮像手段と、前記撮像手段と前記周期性パターン試料との間の距離を測定する為の距離測定手段と、前記距離測定手段により得られた距離を基に撮像手段の焦点位置へ撮像手段を移動させるＺ方向移動手段と、画素データを処理する画像処理手段と、前記画像処理手段で処理された結果を表示する表示手段と、を有することを特徴とする周期性パターン試料検査装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光透過性を有する周期性パターン試料である液晶ディスプレイに用いられるカラーフィルタ、あるいはカラーテレビのブラウン管に用いられるシャドウマスク、有機エレクトロルミネッセンス等の周期性パターン試料検査装置に関する。

ガラス基板等に透過性樹脂により規則的に繰返し配列された周期性パターンを有する工業製品の１つにカラーフィルタがある。カラーフィルタは液晶ディスプレイの色を決定する重要な構成部材として使用されており、カラーフィルタのムラ等の欠陥は液晶ディスプレイの品質に直結する。

従来カラーフィルタの欠陥やムラについては人による目視検査が一般的であったが、検査員の個人能力差や周期性パターンの微細化等問題点が多くあった。このため、最近はカメラ等により取得した画像から検査を行う自動検査が多く用いられている。

カラーフィルタの欠陥やムラの自動検査方法とし、多く提案されている。例えば、予め限度見本のようなものを使用し、これを標準として閾値を設定することによりカメラ等から取得した画像と比較することにより異常部を検出し良否判定を行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、カラーフィルタ構成要素である赤部、緑部、青部のいずれか１つの部分のみに光を透過又は反射させるようなマスクを使用し、その画像から良否判定を検出する方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特許文献１においては常に全く同じものを検査するには目視検査と同等の有効性がある。

また、特許文献２においても物理的にマスクをすることにより、各色での欠陥、ムラは目視検査と同等の有効性がある。

以下に先行技術文献を示す。
特開２００３−２８７１９号公報 特開２００１−２５５２３４号公報

しかしながら、特許文献１の色調検査装置および方法は、検査対象物の大きさや性質が変化した場合、つまり、異常検査のための物理量（輝度、色度等）が変化した場合においては、規則性に乱れは無いが数値が異なるという事が発生する。このため、その度に閾値を変えなければならず誤作動もしくは誤検査の要因となるという問題がある。

また、特許文献２のカラーフィルタの検査方法とこれに用いる検査用マスクは検査対象物の大きさが変わったり、周期性パターンに変更があった場合等には、当然マスクの大きさも変わる。このため、その度マスクを作り直すという事態が起こり、特許文献１と同様に誤作動もしくは誤検査の要因となるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、表示に影響するような欠陥及びムラや製品製造での不具合につながる様な欠陥を容易に判別し、良好な光透過性周期性パターン試料検査装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、
光透過性を有する周期性パターン試料検査装置であって、
前記周期性パターン試料をステージ上に載置しＸ平面上を移動させる試料移動手段と、
前記周期性パターン試料に対し光を照射する光照射手段と、
前記周期性パターン試料からの透過光又は反射光を撮像し、複数のセンサ素子を二次元方向に配列してなる二次元センサアレイを具備した撮像手段と、
前記撮像手段と前記周期性パターン試料との間の距離を測定する為の距離測定手段と、
前記距離測定手段により得られた距離を基に撮像手段の焦点位置へ撮像手段を移動させるＺ方向移動手段と、
前記撮像手段により撮像された画素データを処理する画像処理手段と、
前記画像処理手段で処理された結果を表示する表示手段と、
を有することを特徴とする周期性パターン試料検査装置である。

次に、本発明の請求項２に係る発明は、
前記周期性パターン試料の表面に、気体を吹き付ける為の気体噴出機構を有することを特徴とする請求項１に記載の周期性パターン試料検査装置である。

次に、本発明の請求項３に係る発明は、
前記撮像手段の複数または一部分の単位センサ素子における測定値より、輝度、色度の測定を行い、前記周期性パターン試料が持つ情報毎に分類するパターン分類手段と、分類されたパターン毎に前記単位センサ素子における測定値の統計量を演算する演算手段と、
前記統計量に基づいて異常値を判定する判定手段と、
前記異常判定された部分を区分けし前記表示手段に表示させる表示手段と、
を有する事を特徴とした前記画像処理手段を有する請求項１又は２に記載の周期性パターン試料検査装置である。

次に、本発明の請求項４に係る発明は、
前記撮像手段の複数または一部分の単位センサ素子における測定値より、輝度を求め、前記周期性パターン試料が持つ情報毎に分類するパターン分類手段と、分類されたパターン毎に前記単位センサ素子における測定値の統計量を演算する演算手段と、
前記統計量に基づいて異常値を判定する判定手段と、
前記異常判定された部分を区分けし前記表示手段に表示させる表示手段と、
を有する事を特徴とした前記画像処理手段を有する請求項１又は２に記載の周期性パターン試料検査装置である。

次に、本発明の請求項５に係る発明は、
前記判定手段において異常検出された場合、異常検出部分を記録した後省き、前記演算装置により再度統計量を演算し、前記判定手段において、異常値が無くなるまでループ処理を行うことにより工程能力を算出する手段と、異常検出部分全てを前記表示手段に表示させる事を特徴とした請求項１乃至４のいずれか１項記載の周期性パターン試料検査装置である。

次に、本発明の請求項６に係る発明は、
請求項３又は４の少なくとも１つを有する周期性パターン試料検査装置において、前記統計量が複数の項目からなる場合、前記判定手段は各々の項目ごとに異常判定することを特徴とした請求項３乃至４記載のいずれか１項記載の周期性パターン試料検査装置である。

次に、本発明の請求項７に係る発明は、
請求項３乃至６の少なくとも１つを有する周期性パターン試料検査装置において、その統計量を管理することで工程管理能力を有することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項記載の周期性パターン試料検査装置である。

次に、本発明の請求項８に係る発明は、
前記周期性パターン試料がカラーフィルタであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の周期性パターン試料検査装置である。

次に、本発明の請求項９に係る発明は、
前記パターン分類は色画素毎の分類であることを特徴とする請求項８記載の周期性パターン試料検査装置である。

本発明の周期性パターン試料検査装置は正確に、且つ、迅速に周期性パターン試料が検査できる。そして、検査された光透過性周期性パターンを有する試料は、欠陥及びムラの無い良好な物を得ることができる。

本発明の周期性パターン試料検査装置を実施の形態に沿って以下に図面を参照にしながら詳細に説明する。

図１は、本発明の周期性パターン試料検査装置の一実施例の概略を示す概略図である。

図１に示すように、本実施形態における検査対象物である光透過性を有する周期性パターン試料としてカラーフィルタが用いられる。ただし、本来は光透過性を有する周期性パターン試料ならば例えばシャドウマスク等でも良く、これらに限定されるものではない。

検査対象物で周期性パターン試料であるカラーフィルタ１０１はステージ１０２上に載置される。そして、カラーフィルタ１０１のＸ方向の有効範囲を全て撮像部１０３で撮像できるようにする為、ステージ１０２上をカラーフィルタ１０１がスライドする機構になっている。

この際、ステージ１０２上に載置されたカラーフィルタ１０１をスライドさせる方法としてはモータ駆動やエアー浮上等があるが、カラーフィルタ１０１がＸ方向にスライドすればよく、これらに限定されるものではない。

また、カラーフィルタ１０１がＹ軸方向にずれないようレールやつまみ等でカラーフィルタ１０１を抑えることがより好ましい。

前記ステージ１０２上には撮像部１０３直下に光を通す為のスリット状の開口部１０５が設けられている。また、ステージ１０２下にある光照射部１０４により照射された光がスリット状の開口部１０５を通り、カラーフィルタ１０１を透過して撮像部１０３に透過画像として撮像される。

本実施形態においては透過光による撮像を行ったが、反射画像でも良い。その際は、光照射部１０４を撮像部１０３の撮像エリア外に設置して反射光を得るか、ハーフミラー等により垂直落下方式での照射でも良い。特にこれらに限定されるものではない。

また、ステージ１０２はカラーフィルタ以外での反射を防ぐ為、反射しないような色で塗装したり、ツヤ消し加工を施したりする事が好ましい。

また、撮像部１０３にはカラーフィルタ１０１との距離を一定に保ち画像のピントボケを防ぐ為、距離測定部である位置センサ１０６が設置されている。位置センサ１０６により測定された距離は制御部１０７へ送られ、撮像部１０３の焦点が合う高さを保つ為制御部１０７を介して駆動部１０８により撮像部１０３をＺ軸方向に移動可能な構造となっている。

さらに、撮像部１０３にセンサアレイが２次元的に配列されている。前記センサアレイとしては電荷結合素子（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｓｅ）を用いている。さらに本形態においては検査速度を増す為電荷結合素子が１直線上に１個ずつ並んでいる状態であるラインセンサカメラが用いられている。

これらは本実施における一形態にすぎずこれらに限定するものではく、より高分解能を実現させる為、エリアカメラより半ピクセルずつ動かしながら撮像して高分解能を得る超解像技術などどれでも良い。

また、撮像部１０３はカラーフィルタ１０１のＹ軸方向の有効範囲全てを撮像する為、制御部１０７を介して駆動部１０８によりＹ軸方向移動可能な構造となっている。

前記カラーフィルタ１０１をステージ１０２上に載置し、Ｘ軸上での撮像開始地点へ動かし、Ｙ軸方向での撮像開始地点へ制御部１０７を介し駆動部１０８によって撮像部１０３を移動させ、位置センサ１０６の情報を元に制御部１０７を介して駆動部１０８によって撮像部１０３とカラーフィルタ１０１との焦点が合う位置まで移動させる。

そして、測定位置及び撮像部１０３の焦点高さが適正になった段階で、制御部１０７よりエアーコンプレッサー１０９を介して、エアー噴出口１１０よりエアーを噴出しながら、カラーフィルタ１０１をＸ軸方向へ動かしながら撮像部１０３によって撮像を行う。

エアーを噴出しながら撮像することにより必要以上の不良品を出すことなく、また作業者による目視再検査も必要なくなる。本実施形態ではエアーを使用したが、気体であれば良く特に限定するものではない。この際の光照射部１０４については、任意の場所、つまり、透過光または反射光が撮像部１０３に入射する場所に設置する。

また、画像データ取得の際はステージ上に載置されたカラーフィルタ１０１をＸ軸方向に動かし、Ｘ軸方向有効範囲を撮像部１０３によって撮像した後、撮像部１０３の撮像有効エリア分だけＹ軸方向に撮像部１０３を動かす。そして、その後、先ほどとは逆方向のＸ軸方向にカラーフィルタ１０１を動かし撮像する。この事を繰り返すことによってカラーフィルタ１０１の有効範囲を全て撮像する。

また、取得した画像データは画像処理部１１１に送られ、画像データ処理を行った後合否判定を入出力装置１１２に出力する。

上述の装置を用いて、撮像された画像データ処理による検査方法を以下に説明する。

図２は、本実施形態の装置で撮像された画像に対するフローチャートである。このフローチャートのステップに従い以下に説明する。また、図３は本実施形態で撮像された周期性パターン試料であるカラーフィルタ画像の模式図を示す。

画像データを図１に示す画像処理部１１１に読み込ませる事によりデータ読み取りを行う。本実施形態においては図１に示す撮像部１０３により撮像された図３に示す周期性パターン試料であるカラーフィルタ画像の模式図のデータが図１に示す画像処理部１１１に送られる事によりデータの読み取りが行われる。また、予め撮像された画像をスキャナー等により取り込むなどの方法でもよく、ＰＣ、画像ボード、プロセッサーなどで処理できるようにする全ての方法で有効である。

また、図１に示す画像処理部１１１により読み込まれたデータ、すなわち図３に示す周期性パターン試料模式図は図１に示す画像処理部１１１内で画像処理を行うことにより各検査領域を抽出する。

この画像処理の際公知の技術として、非検査エリアに対し予め用意していた画像を重ね合わせて検査領域を抽出するマスク技術などがあるがこれらに限定されるものではなく、検査領域を抽出できればそれでよい。

抽出された検査領域の模式図を図４に示す。この抽出された各検査領域（Ｒ１ａやＢ１ｂ等）において、統計的パラメータの代表値を取ることにより、周期性パターン試料のパターン毎に種類で分類する。本実施形態においてはカラーフィルタを用いている為、赤部、青部、緑部を種類として分類したが、分類手法は特に限定するものではない。

また、抽出された検査領域は、検査終了後再構築できるような形でナンバーを与える。本実施形態においては赤部をＲ、緑部をＧ、青部をＢの頭文字にし、Ｘ方向に左から１、２・・・上からａ、ｂ・・・としたナンバー付けを行ったが、その他の手法でも良い。そして、再構築できるならばどの方法でも構わない。

前記分類された各パターンにおいて、図１に示す撮像部１０３に備えられたセンサアレイとしての電荷結合素子毎に撮られた統計的データ、たとえば輝度や色度を抽出し、その抽出されたデータを元に管理上下限の算出を行う。

前記管理上下限の算出方法としては、集団平均値（Ｘ）に許容値を足したものを上限、引いたものを下限とする。許容値の算出方法として本実施形態では標準偏差（Ｓ）を用いて上下限をｘ±３ｓとしたが、許容値の算出方法として経験的、統計的、仕様と色々あるため本実施形態に限定するものではない。

また、異常検出の算出例として、抽出された１つの検査領域（図４におけるＧ２ｂ）において、統計的パラメータの代表値の１つである輝度を元に算出したものを図５に示す。図５における本実施形態では系統をセルの縦方向にとっているがこれに限定されるものでなく、処理や見易さを考えた系統取りであればよい。

図５の中の太い実線１０が集団平均値（Ｘ）、太い点線２０が管理上下限値である。図の中の丸で囲まれた部分が異常値であり、つまり周期性パターン試料における欠陥であることを示している。

また、図５で示した集団平均値（Ｘ）及び管理上下限値は上述した欠陥を含んだ値である。工程能力の意味を考えると集団平均（Ｘ）及び管理上下限値は異常値を含まない状態の数値で算出しなければならない。このため、異常と判定された部分を取り除き新たな集
団として算出しなければならない。このことから、異常値が出た部分についてマーキングするとともに、その部分を省いた状態で再度異常検出の算出を行い、異常検出されなくなるまで上記を繰り返す。

算出を繰り返し異常検出されなくなった状態を図６に示す。図６では上下限値外に検出されたものが無く、異常値が含まれない状態で工程能力が算出されていることを示す。本実施形態では異常部分を選んで工程能力を算出した為数回に至ったが、異常部分が無ければ１回の算出で図６の状態となる。

異常検出が無くなった時点で、各パターン内での最大値、最小値を検出し、その差を算出する。検出した差が、予め設定しておいた値よりも大きい場合１つのパターン内においてムラが発生していることを示す。このムラの発生パターンについてはパターン内でのムラであるので、ムラの発生の印をパターン内に記録する。印は特に限定するものでなく、ムラの発生で異常検出していることが分かればよい。

以上の検出を行い、各パターンにおける欠陥部分、ムラの発生の有無を記録し、分割時に付与されたナンバーにより再構築を行う。

前記再構築された状態での周期性パターン試料の各パターンでの集団平均値において、周期性パターン試料の同種類部分同士（本実施形態では赤部、青部、緑部などで、赤部なら赤部同士で比較する）のなかで最大の集団平均値及び最小の集団平均値を算出する。そして、その差が予め与えられた数値以上であるとき、周期性パターン試料全体としてムラが発生している事を示す。ムラが検出された場合は検査対象である周期性パターン試料全体で発生していることを示す印を付与する。この印も特に限定するものでなく、異常検出していることが分かれば良い。

上述までの算出を図１に示す制御部１１１により行い、その算出結果を表示部１１２に送ることにより、どの部分にどのような欠陥及びムラが発生しているかを示すことが出来る。

本発明の周期性パターン試料検査装置を用いて、周期性パターン試料であるカラーフィルタを検査したところ、軽異物である塵などにより異常検出はなく、重大な影響を及ぼす欠陥及びムラを簡便に検出することが可能であった。

本発明の周期性パターン試料検査装置一実施例の概略を示す説明図である。 本発明の周期性パターン試料検査装置のフローチャート図である。 本発明の周期性パターン試料検査装置で撮像された周期性パターン試料を説明する模式図である。 本発明の周期性パターン試料検査装置で撮像された周期性パターン試料から抽出された検査領域の模式図である。 図４Ｇ２ｂ部の工程能力算出結果を示す図である。 図４Ｇ２ｂ部の最終工程能力算出結果を示す図である。

符号の説明

１０１…周期性パターン試料
１０２…ステージ
１０３…撮像部
１０４…光照射部
１０５…スリット
１０６…位置センサ
１０７…制御部
１０８…駆動部
１０９…エアーコンプレッサー
１１０…エアー噴出口
１１１…処理部
１１２…表示部
１０…太い線
２０…太い点線

Claims (9)

1. 光透過性を有する周期性パターン試料検査装置であって、
   前記周期性パターン試料をステージ上に載置しＸ平面上を移動させる試料移動手段と、
   前記周期性パターン試料に対し光を照射する光照射手段と、
   前記周期性パターン試料からの透過光又は反射光を撮像し、複数のセンサ素子を二次元方向に配列してなる二次元センサアレイを具備した撮像手段と、
   前記撮像手段と前記周期性パターン試料との間の距離を測定する為の距離測定手段と、
   前記距離測定手段により得られた距離を基に撮像手段の焦点位置へ撮像手段を移動させるＺ方向移動手段と、
   前記撮像手段により撮像された画素データを処理する画像処理手段と、
   前記画像処理手段で処理された結果を表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする周期性パターン試料検査装置。
2. 前記周期性パターン試料の表面に、気体を吹き付ける為の気体噴出機構を有することを特徴とする請求項１に記載の周期性パターン試料検査装置。
3. 前記撮像手段の複数または一部分の単位センサ素子における測定値より、輝度、色度の測定を行い、前記周期性パターン試料が持つ情報毎に分類するパターン分類手段と、 分類されたパターン毎に前記単位センサ素子における測定値の統計量を演算する演算手段と、
   前記統計量に基づいて異常値を判定する判定手段と、
   前記異常判定された部分を区分けし前記表示手段に表示させる表示手段と、
   を有する事を特徴とした前記画像処理手段を有する請求項１又は２に記載の周期性パターン試料検査装置。
4. 前記撮像手段の複数または一部分の単位センサ素子における測定値より、輝度を求め、前記周期性パターン試料が持つ情報毎に分類するパターン分類手段と、 分類されたパターン毎に前記単位センサ素子における測定値の統計量を演算する演算手段と、
   前記統計量に基づいて異常値を判定する判定手段と、
   前記異常判定された部分を区分けし前記表示手段に表示させる表示手段と、
   を有する事を特徴とした前記画像処理手段を有する請求項１又は２に記載の周期性パターン試料検査装置。
5. 前記判定手段において異常検出された場合、異常検出部分を記録した後省き、前記演算装置により再度統計量を演算し、前記判定手段において、異常値が無くなるまでループ処理を行うことにより工程能力を算出する手段と、異常検出部分全てを前記表示手段に表示させる事を特徴とした請求項１乃至４のいずれか１項記載の周期性パターン試料検査装置。
6. 請求項３又は４の少なくとも１つを有する周期性パターン試料検査装置において、前記統計量が複数の項目からなる場合、前記判定手段は各々の項目ごとに異常判定することを特徴とした請求項３乃至４記載のいずれか１項記載の周期性パターン試料検査装置。
7. 請求項３乃至６の少なくとも１つを有する周期性パターン試料検査装置において、その統計量を管理することで工程管理能力を有することを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項記載の周期性パターン試料検査装置。
8. 前記周期性パターン試料がカラーフィルタであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の周期性パターン試料検査装置。
9. 前記パターン分類は色画素毎の分類であることを特徴とする請求項８記載の周期性パターン試料検査装置。