JP2012184988A - 膜厚むらの検査装置および検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部材表面に形成された皮膜の膜厚むらを、光の位相特性を認識することができない場合においても適切に検査することが可能な膜厚むらの検査装置を提供する。
【解決手段】表面に皮膜が形成された部材を所定の移動方向に移動させる移動手段と、部材を移動させながら皮膜の外観画像を繰り返し撮像する撮像手段と、外観画像中の一の画素を特定する画素番号と、前記一の画素にて撮像された皮膜部分の皮膜上における位置を特定する位置座標と、上記一の画素における外観画像部分の輝度とからなる多次元データを格納するデータ格納手段と、外観画像が移動方向に分割されてなる一の分割画像領域内の画素に対応する画素番号を有する多次元データを抽出して一の部分集合を形成する部分集合形成手段と、該部分集合に含まれる多次元データの輝度の分布に基づいて皮膜の膜厚むらの有無を検知する膜厚むら検知手段を備えたことを特徴とする膜厚むらの検査装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーフィルタの製造工程などにおいて、基板上に形成されたフィルタ皮膜の膜厚むらの有無を検査するための膜厚むらの検査装置および検査方法に関する。

従来から、フラットパネルディスプレイに用いられるカラーフィルタの製造工程などにおいて、顔料分散の不均一や、成分凝集、膜厚変動による色むらが発生する事が知られている。その色むらが生じたままで製造作業を継続するという不都合の発生を防止するために、カメラと光源とを用いて、色むらの有無、程度などを検査することが行われていた。

例えば、特許文献１に記載される色むら検査方法は、カラー皮膜が形成された基板に対して光源により光を照射し、カラー皮膜が形成された基板面を、焦点調節可能な集光光学系を通して撮像装置により撮像し、撮像結果に基づいて色むらを検査する方法であって、検査開始時に、基板を元に、集光光学系の焦点を自動調整する方法である。この方法によれば、検査開始時に集光光学系の焦点を自動調整することによって、色むらの有無、程度などを検査することができる。

また、特許文献２には、平板上に設けた薄膜の膜厚の面内分布を高速に取得するために、被膜からの干渉を起こした反射光を受光装置により測定し、反射光の受光強度の変動における極大値と極小値を取る照射光の入射角から被膜の膜厚を取得する技術が開示されている。

特開２００６−２３４４７０号公報 特開２００４−２７９２９６号公報

特許文献１に記載される方法は、膜厚むら自体を検査する方法ではないため、皮膜上に膜厚むらが存在していても、それに起因する色むらが発生しない限りは膜厚むらを検出することができない。また、特許文献２に記載される方法は膜厚自体を取得する方法であるが、基材表面上の薄膜における光の干渉原理を利用しているため、かかる方法には光源には波長の揃った単色光を用いなければならず、さらに、光の位相特性を適切に計算するため被膜と受光装置との間の空間的位置関係を高精度で観察し、認識しなければならないという制約が伴う。

そこで本発明の課題は、部材表面に形成された皮膜の膜厚むらを、光の位相特性を認識することができない場合においても適切に検査することが可能な膜厚むらの検査装置および検査方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る膜厚むらの検査装置は、表面に皮膜が形成された部材を所定の移動方向に移動させる移動手段と、
前記部材を前記移動方向に移動させながら前記皮膜の外観画像を繰り返し撮像する撮像手段と、
該外観画像中の一の画素を特定する画素番号と、前記一の画素にて撮像された皮膜部分の前記皮膜上における位置を特定する位置座標と、前記一の画素における外観画像部分の輝度とからなる多次元データを格納するデータ格納手段と、
前記外観画像が前記移動方向に分割されてなる一の分割画像領域内の画素に対応する画素番号を有する多次元データを抽出して一の部分集合を形成する部分集合形成手段と、
前記部分集合に含まれる多次元データの輝度の分布に基づいて前記皮膜の膜厚むらの有無を検知する膜厚むら検知手段を備えたことを特徴とするものからなる。

このような本発明に係る膜厚むらの検査装置によれば、皮膜表面で反射する光と皮膜を透過して部材表面で反射する光との間の干渉による強度変化を含む輝度分布、あるいは部材表面で反射する光の輝度分布を利用して、撮像手段が撮影した画像の輝度分布に基づいて膜厚むらを検査することができる。

このような本発明に係る膜厚むらの検査装置においては、複数の前記部分集合に対し、一の位置座標と、該一の位置座標を有する多次元データ毎に輝度の値を用いて演算された演算結果としての合成輝度とからなる合成多次元データを作成するデータ合成手段をさらに備え、前記膜厚むら検知手段が、前記合成輝度の分布に基づいて膜厚むらの有無を検知するように構成することが好ましい。このように、多次元データの部分集合を複数用いて所定の位置座標ごとに輝度の値を合成することにより、撮像される皮膜部分と撮像手段との間の空間的位置関係等の撮像条件の相違に起因して生じるノイズとしての輝度変動を低減あるいは消去することが可能となる。

とくに、前記データ合成手段が、一の位置座標と、該一の位置座標を有する多次元データ毎に輝度の値同士を加算しつつ所定値を減算して得られた演算結果としての合成輝度とからなる合成多次元データを作成するように膜厚むらの検査装置を構成することが好ましい。このように、複数の部分集合に属する輝度の値をマイナス方向にシフトさせつつ合成することにより、輝度分布のＳ／Ｎ比を強調し、高いコントラストの輝度分布を得ることが可能となる。

また、本発明に係る膜厚むらの検査装置は、前記部分集合に含まれる多次元データの位置座標と輝度とを用いて前記皮膜の疑似外観画像を描画する疑似画像描画手段をさらに備えていることが好ましい。このような被膜の疑似外観画像を描画し表示させることにより、皮膜上の膜厚むらが、およそどのあたりの領域にどの程度の割合で生じているかという多義的情報を視覚的に表現することが可能となるので、検査装置の検知結果の信頼性を高めることが可能となる。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る膜厚むらの検査方法は、
表面に皮膜が形成された部材を所定の移動方向に移動させながら前記皮膜の外観画像を繰り返し撮像し、
該外観画像中の一の画素を特定する画素番号と、前記一の画素にて撮像された皮膜部分の前記皮膜上における位置を特定する位置座標と、前記一の画素における外観画像部分の輝度とからなる多次元データを格納し、
前記外観画像が前記移動方向に分割されてなる一の分割画像領域内の画素に対応する画素番号を有する多次元データを抽出して一の部分集合を形成し、
前記部分集合に含まれる多次元データの輝度の分布に基づいて前記皮膜の膜厚むらの有無を検知することを特徴とする方法からなる。

このような本発明に係る膜厚むらの検査方法によれば、皮膜表面で反射する光と皮膜を透過して部材表面で反射する光との間の干渉による強度変化を含む輝度分布、あるいは部材表面で反射する光の輝度分布を利用して、撮像手段が撮影した画像の輝度分布に基づいて膜厚むらを検査することができる。

本発明によれば、簡便な機構にて迅速に皮膜の膜厚むらを検知することが可能な膜厚むらの検査装置および検査方法が提供される。

本発明の一実施態様に係る膜厚むらの検査装置を示す概略正面図である。 本発明の他の実施態様に係る膜厚むらの検査装置を示す概略平面図である。 図２の膜厚むらの検査装置を用いた疑似外観画像を描画する手順の一例を説明する説明図であり、（Ａ）は歪み補正前の外観画像、（Ｂ）は歪み補正後の外観画像、（Ｃ）は（Ｂ）の外観画像のデータから作成された疑似外観画像を示す。 図２の膜厚むらの検査装置を用いたデータ合成の手順の一例を説明する説明図であり、（Ａ）はデータ合成前の単一の輝度分布、（Ｂ）は（Ａ）の輝度分布から所定値だけ輝度の値を減算した輝度分布、（Ｃ）は５つの輝度分布を合成した後の合成輝度分布を示す。 本発明の一実施態様に係る膜厚むらの検査方法を示す概略フロー図である。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る膜厚むらの検査装置１を示す概略正面図である。検査装置１は、ＣＣＤカメラ等からなる撮像手段２と、蛍光灯等からなる光源３と、可動ステージやローラーコンベア等からなる移動手段４を備えている。移動手段４の上に載置されたガラス基板等の板状部材５の表面にはカラーフィルタ塗膜等からなる皮膜６が形成されており、皮膜６に向けて光源３から可視光が照射される。このような状態にて、板状部材５が移動手段４により移動方向７に向けて移動される。板状部材５の移動中には、板状部材５とともに移動する皮膜６の外観を示す複数の画像が、ＣＣＤカメラ等からなる撮像手段７を用いて繰り返し撮像される。

図２は、本発明の他の実施態様に係る膜厚むらの検査装置を示す概略平面図である。本実施態様においては、広い面積を有する板状部材２５の表面に形成された皮膜２６を高解像度で撮像するために、複数の撮像手段２２（２２ａ〜２２ｅ）が板状部材２５の移動方向２７と交差する方向に配列されている。

図２において、撮像手段２２ａによる撮像範囲８が破線で示されている。撮像範囲８は、撮像手段２２ａの撮像方向と皮膜２６のなす角度に対応した台形となるが、皮膜２６が撮像されない部分や隣接する撮像手段２２ｂがカバーする部分の画像データは検査に使用されず、長方形の画像使用部分９の画像データのみが検査のために供される。

図３は、図２の膜厚むらの検査装置を用いた疑似外観画像を描画する手順の一例を説明する説明図であり、（Ａ）は歪み補正前の皮膜の外観画像１０、（Ｂ）は歪み補正後の皮膜の外観画像１１、（Ｃ）は（Ｂ）の外観画像のデータから作成された皮膜の疑似外観画像１２を示している。

図２を用いて説明したように、撮像手段２２の撮像範囲は上底側に向けて広がる台形となるが、図３（Ａ）に示すように撮像手段２２の視野１３自体は長方形をなすので、皮膜２６の外観画像の視野により得られる皮膜の外観画像１０は下底側に向けて広がる台形となる。

皮膜の外観画像１０は、図３（Ｂ）に示すように歪み補正がなされる。この歪み補正は、台形の外観画像１０を、本来の皮膜の形状である長方形へと補正するものである。撮像手段２２の設置位置、撮像手段２２の視野角および皮膜６の変位を把握できれば、外観画像１０中の各画素を皮膜６上の位置に関連付けることができるので、例えば、各画素を特定するための画素番号の配列（Ｘ，Ｙ）と、各画素にて撮像された皮膜６の一部分の皮膜６上における位置を特定する位置座標（ｘ，ｙ）との間の関係式を予め求めておき、各画素における輝度の値を８ｂｉｔ，２５６階調のグレースケールとして位置座標（ｘ，ｙ）上に表示することによって、歪み補正後の皮膜の外観画像１１を得ることができる。

なお、本発明において画素とは、狭義では画像中で画像情報を有する最小単位をいうが、広義では、複数の画素をまとめて１つの画素グループとし、当該画素グループに画素情報の代表値を与えた場合の各画素グループをも含むものとする。従って、上記歪み補正に際し、長方形の外観画像１１における狭義の画素密度が上辺側よりも下辺側で密となるが、データ処理効率の観点から画素グループを適宜形成し、あるいはデータを間引くなどして歪み補正後の外観画像１１の画素密度を画像全体にわたって均一化してもよい。

また、図３（Ｂ）においては、歪み補正後の皮膜の外観画像１１を表示させているが、これは画像データの処理手順を理解しやすくするためのものであって、膜厚むらの検査を実施するに際しては、必ずしも外観画像１１を表示させる必要はなく、各パラメータを演算するにとどめてもよい。すなわち、輝度を変数Ｚで示した場合に，多次元データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ）の配列を記憶媒体等のデータ格納手段に格納しておけば、外観画像１１をいつでも表示できるようになる。

図３（Ｃ）においては、図３（Ｂ）の外観画像１１が板状部材２５の移動方向２７に分割されてなる分割画像領域１４（１４ａ〜１４ｄ）中の画素に対応する画素番号を有する多次元データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ）を各分割画像領域１４に分けて各部分集合を形成し、各部分集合に含まれる多次元データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ）の位置座標（ｘ，ｙ）と輝度Ｚとを用いて、皮膜２６の疑似外観画像１２（１２ａ〜１２ｄ）が描画されている。疑似外観画像１２においては、撮像される皮膜６の部分と撮像手段２２との間の空間的位置関係（特に、光源からの光が皮膜６で反射して撮像手段２２で検知される際の反射角）の等しい多次元データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ）が抽出されているので、各画素における輝度Ｚの値を８ｂｉｔ，２５６階調のグレースケールとして位置座標（ｘ，ｙ）上に表示することによって、皮膜６全体にわたって均一な撮像条件下で撮像された画像データ（輝度）からなる疑似外観画像１２を得ることができる。撮像条件が皮膜６全体にわたって均一であることから輝度分布のバックグラウンドも均一であるため、疑似外観画像１２中に輝度むらが存在する場合には高感度にて輝度むらを検出することが可能である。そして、この輝度むらの存在を根拠として、皮膜６上の対応箇所に膜厚むらが存在すると判定することができる。以上のような疑似外観画像１２の描画操作を概念的に説明すれば、図３（Ｂ）の分割画像領域１４ａ〜１４ｄを複数の外観画像１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，・・・）から切り取って、板状部材２５の移動方向２７に沿って並べたモンタージュ写真を描画するようなものであるといえる。

図４は、図２の膜厚むらの検査装置を用いたデータ合成の手順の一例を説明する説明図であり、（Ａ）はデータ合成前の単一の輝度分布、（Ｂ）は（Ａ）の輝度分布から所定値だけ輝度の値を減算した輝度分布、（Ｃ）は５つの輝度分布を合成した後の合成輝度分布を示している。例えば、図３（Ｃ）に示した疑似外観画像１２ａ〜１２ｄの画像データ（輝度）を他の疑似外観画像１２の画像データ（輝度）と合成するに際し、疑似外観画像１２の輝度分布に図４（Ａ）に示すような輝度むら１５が見られる場合には、疑似外観画像１２ａ〜１２ｄの画像データの輝度分布にも、対応する位置座標近傍に輝度むらが検出される可能性が高い。そこで、図４（Ｂ）に示すように輝度むら１５を含む輝度分布から予め所定値を減算した輝度分布１６を求めておき、図４（Ｃ）に示すように輝度むらを含む輝度分布同士を輝度の加算により重ね合わせつつ（１６ａ〜１６ｄ）、輝度むら１５における輝度とバックグラウンドにおける輝度との間の差を輝度むら１５ｄにまで増幅し、疑似外観画像１２のグレースケール表示における階調差を強調することにより、輝度むらを高感度で検出しやすくすることが可能である。

また、膜厚むらの検査装置を用いて未知の皮膜の膜厚むらを検査するに先立って、既知の膜厚むらが存在する皮膜の膜厚むらを予備的に検査し、検査装置の特性を把握しておくことも有用である。この予備的な検査によって、膜厚むらの有無を検知しやすい有効画像領域を把握し、図３（Ｃ）の疑似外観画像１２を描画するために設定する分割画像領域１４を上記有効画像領域に設定することで、膜厚むらの検査をより効率的に実施することが可能となる。

上記説明では、表面に皮膜が形成された部材として、ガラス基板を例示したが、透光性のある樹脂基板にも適用できる。また、本発明は、赤色、青色、緑色又は他の色のカラー皮膜や、透明薄膜の膜厚むら検査にも適用できる。

図５は、本発明の一実施態様に係る膜厚むらの検査方法を示す概略フロー図である。図５に記載されるように、基板が移動手段の上に載置されて移動している状態にて、基板上に形成された皮膜の外観画像が撮影される。撮影された画像のデータは、外観画像中の各画素を特定するための画素番号の配列（Ｘ，Ｙ）と、各画素にて撮像された皮膜部分の皮膜上における位置を特定する位置座標（ｘ，ｙ）と、各画素における輝度の値とを含む多次元データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ）として格納される。このような画像撮影（撮像）操作およびデータ格納操作は、十分な枚数の外観画像が撮影されて、基板上の皮膜全体にわたって十分な量の上記多次元データが格納されたと判定された後に完了する。撮像操作が完了およびデータ格納操作が終了すると、移動手段が停止することにより、基板の移動が停止される。

格納された上記多次元データは、画像処理に供される。具体的には、外観画像を皮膜の移動方向に沿って複数の画像領域に分割し、分割された各画像領域内の画素に対応する画素番号を含む多次元データを抽出する。抽出された多次元データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ）の部分集合は所定の分割画像領域内に画素番号（Ｘ，Ｙ）を有するものであるから、当該部分集合に含まれる多次元データは、撮像条件（撮像角度）が相互に近接したものとなる。このように撮像条件（撮像角度）が比較的近接した多次元データの輝度Ｚの値を位置座標（ｘ，ｙ）上に表示することによって、皮膜全体の疑似的外観を示す疑似外観画像を得ることができる。この疑似外観画像の輝度分布から輝度むらを検出することによって、膜厚むらが検知される。膜厚むらを検知した後は、移動手段上から基板を取り去り、例えば次の基板試料の検査に備える。

なお、上記多次元データから上記疑似外観画像を得る操作に先立って、多次元データの合成を行ってもよい。図５に示されるように、抽出された多次元データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ）の輝度Ｚの値に対し、同じ位置座標（ｘ，ｙ）ごとに平均化演算の処理を施すことによって、撮像手段としてのカメラ等の影響による電気的ノイズを緩和することが可能である。

また、抽出された多次元データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ）の輝度Ｚの値に対しては、上記平均化演算に代えて、あるいはそれに加えて強調化演算の処理を施してもよい。例えば、多次元データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｘ，ｙ）の輝度Ｚ同士を加算して輝度Ｚの和を算出しつつ、所定値を減算することによって、輝度のＳ／Ｎ比を向上させて輝度むらを強調することが可能である。

なお、上記説明では皮膜全体の疑似的外観を示す疑似外観画像を１つだけ描画する方法を示したが、図５における多次元データの抽出操作を複数の撮像角度範囲について繰り返すことにより、疑似外観画像を複数描画することができる。このようにして得られた複数の疑似外観画像における輝度分布を観察することで、より高精度かつ高感度の膜厚むら検知が可能となる。

本発明に係る膜厚むらの検査装置および検査方法は、フラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板等の表面に形成されたフィルタ皮膜等の膜厚むらを検査するために利用可能である。

１ 検査装置
２、２２、２２ａ〜２２ｅ 撮像手段
３ 光源
４ 移動手段
５、２５ 板状部材
６、２６ 皮膜
７、２７ 移動方向
８ 撮像範囲
９ 画像使用部分
１０〜１１、１１ａ〜１１ｃ 外観画像
１２、１２ａ〜１２ｄ 疑似外観画像
１３ 視野
１４、１４ａ〜１４ｄ 分割画像領域
１５、１５ｄ 輝度むら
１６、１６ａ〜１６ｄ 輝度分布

Claims (8)

1. 表面に皮膜が形成された部材を所定の移動方向に移動させる移動手段と、
   前記部材を前記移動方向に移動させながら前記皮膜の外観画像を繰り返し撮像する撮像手段と、
   該外観画像中の一の画素を特定する画素番号と、前記一の画素にて撮像された皮膜部分の前記皮膜上における位置を特定する位置座標と、前記一の画素における外観画像部分の輝度とからなる多次元データを格納するデータ格納手段と、
   前記外観画像が前記移動方向に分割されてなる一の分割画像領域内の画素に対応する画素番号を有する多次元データを抽出して一の部分集合を形成する部分集合形成手段と、
   前記部分集合に含まれる多次元データの輝度の分布に基づいて前記皮膜の膜厚むらの有無を検知する膜厚むら検知手段を備えたことを特徴とする膜厚むらの検査装置。
2. 複数の前記部分集合に対し、一の位置座標と、該一の位置座標を有する多次元データ毎に輝度の値を用いて演算された演算結果としての合成輝度とからなる合成多次元データを作成するデータ合成手段を備え、
   前記膜厚むら検知手段が、前記合成輝度の分布に基づいて膜厚むらの有無を検知する、請求項１に記載の膜厚むらの検査装置。
3. 前記データ合成手段が、一の位置座標と、該一の位置座標を有する多次元データ毎に輝度の値同士を加算しつつ所定値を減算して得られた演算結果としての合成輝度とからなる合成多次元データを作成する、請求項２に記載の膜厚むらの検査装置。
4. 前記部分集合に含まれる多次元データの位置座標と輝度とを用いて前記皮膜の疑似外観画像を描画する疑似画像描画手段を備えた、請求項１〜３のいずれかに記載の膜厚むらの検査装置。
5. 表面に皮膜が形成された部材を所定の移動方向に移動させながら前記皮膜の外観画像を繰り返し撮像し、
   該外観画像中の一の画素を特定する画素番号と、前記一の画素にて撮像された皮膜部分の前記皮膜上における位置を特定する位置座標と、前記一の画素における外観画像部分の輝度とからなる多次元データを格納し、
   前記外観画像が前記移動方向に分割されてなる一の分割画像領域内の画素に対応する画素番号を有する多次元データを抽出して一の部分集合を形成し、
   前記部分集合に含まれる多次元データの輝度の分布に基づいて前記皮膜の膜厚むらの有無を検知することを特徴とする膜厚むらの検査方法。
6. 複数の前記部分集合に対し、一の位置座標と、該一の位置座標を有する多次元データ毎に輝度の値を用いて演算された演算結果としての合成輝度とからなる合成多次元データを作成し、該合成輝度の分布に基づいて膜厚むらの有無を検知する、請求項５に記載の膜厚むらの検査方法。
7. 複数の前記部分集合に対し、一の位置座標と、該一の位置座標を有する多次元データ毎に輝度の値同士を加算しつつ所定値を減算して得られた演算結果としての合成輝度とからなる合成多次元データを作成する、請求項６に記載の膜厚むらの検査方法。
8. 前記部分集合に含まれる多次元データの位置座標と輝度とを用いて前記皮膜の疑似外観画像を描画する、請求項５〜７のいずれかに記載の膜厚むらの検査方法。

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