JP2012237585A - 欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン形成や色の変化を設けない無地の有効面全面に亘って均質な表面を有するように形成された基板において、局部的に発生する光学的に不均質な欠陥を検出して分類する一般的で容易に実現できる欠陥検査方法を提供すること。
【解決手段】カメラ画像情報の２値化処理により検出した１次欠陥画素情報にその周囲の画素の輝度情報を加えた欠陥像の２次判定を行うことにより、分類することを特徴とする欠陥検査方法であって、前記１次欠陥画素情報の周囲の画素の輝度情報が、１次欠陥画素の輪郭に沿って正の整数ｎ個分拡張した数のカメラ画素で囲った領域における輝度情報であり、前記欠陥像の２次判定のための条件としてｎを設定できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、無地の基板における光学的欠陥を検出し分類する方法に関する。

液晶表示装置等の平面型表示装置の表面に貼り付けて用いられる反射防止フィルムは、表示画面を物理的化学的に保護し、防塵・防汚の働きをするとともに、外部からの光の映りこみを防止して表示装置にとって最も重要な品質特性の一つである視認性（見易さ）を向上するために、多く利用されている。反射防止フィルムの製造工程は、長尺帯状の透光性のフィルムをロール状に巻いて取り扱い、反射防止材料の塗工、乾燥を単数または複数回行い、所定の光学特性を有する光学膜をフィルム表面に均一に形成する。

上記反射防止フィルムを始めとする透明フィルム等の無地の基板において、その製造段階で、形成する被膜の膜厚が変動して、ムラや色相変化等による光学欠陥を生じたり、表面上のキズやシミ、基板の表面に付着したり内部に含有する異物、または基板内部や被膜に覆われた気泡や凹みや歪み等、を生じたりして、光学的に不均質な欠陥が局部的に発生することがある。有効面全面に亘って均質な表面を求められるべき基板の品質が低下した上記のような基板を使用すると、その基板が用いられる装置全体の品質を低下させるので、早期に簡単に基板を検査して良否判定する検査方法が必要とされた。

一般に、無地の基板の欠陥検出処理には、注目画素とその周辺の輝度値を用いて平均輝度値を算出し、基準領域内の平均輝度値との差を２値化処理により欠陥検出を行う。例えば、従来の欠陥検出処理の例を図２の模式図に従って説明すると、（ａ）のカメラ画素の集合体からなる平面画像１を基準領域として、基準領域内の平均輝度値より暗い欠陥候補２を含む場合について、基準領域内を破線矢印３で示す方向に画像処理のための通常の手法であるプロジェクションを行う。その結果の一軸方向の輝度変化を階調の変化として表す画像信号４を（ｂ）に示すと、輝度値の下方閾値５を下回る画像信号の領域５１を黒欠陥と認識することができる。

具体的な検査形態としては、特許文献１によれば、反射防止膜を付した透明基板に光を照射して光源と反対側に設置した投影シートに映る光と影を検査することにより、透明基板の良否を確実かつ効率的に判定できる。また、特許文献２によれば、検査対象の透明フィルムに艶無し黒色ロールからなる支持ロール上で光照射して、透明フィルムに存在する欠陥からの微弱な散乱反射光を撮像カメラで検出し、画像情報の処理により、欠陥種類の識別を含めた認識を確定する。さらに、特許文献３によれば、反射防止フィルムの欠陥検出を自動的に行うことを可能にする装置と方法の提供を目的として、検査対象のフィルムに照射したコヒーレントな検査光の反射光を直交する２つの偏光成分に分離し、各偏光成分の強度を評価することにより、異物および膜厚変動を識別でき、自動欠陥検出を達成する。

上記各提案により、一定の欠陥種類の識別が可能とは言え、いずれも反射防止フィルム等の透明フィルムに対して欠陥を高速で検出することが主眼となっており、前述の各種欠陥について、その発生原因の究明に繋がる解析に寄与できる検査方法として期待するには不充分である。また、無地の基板として上記透明フィルムに限らず、透明なガラス基板や、ガラス基板上に遮光性の金属薄膜を形成して後にフォトリソグラフィー法によりフォトマスクを形成するための基板となるフォトマスクブランクス等に対しても、同様の検査方法を適用できるような一般化した欠陥検査方法を提供することは困難であった。

特開２００３−１７２７０７号公報 特開２００５−６２１１９号公報 特開２００６−１１２８２８号公報

本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、パターン形成や色の変化を設けない無地の有効面全面に亘って均質な表面を有するように形成された基板において、局部的に発生する光学的に不均質な欠陥を検出して分類する一般的で容易に実現できる欠陥検査方法を提供することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、パターン形成や色の変化を設けない無地の有効面全面に亘って均質な表面を有するように形成された基板において、局部的に発生する光学的に不均質な欠陥を検出して分類する方法であって、カメラ画像情報の２値化処理により検出した１次欠陥画素情報にその周囲の画素の輝度情報を加えた欠陥像の２次判定を行うことにより、分類することを特徴とする欠陥検査方法である。

また、請求項２に記載の発明は、前記１次欠陥画素情報の周囲の画素の輝度情報が、１次欠陥画素の輪郭に沿って正の整数ｎ個分拡張した数のカメラ画素で囲った領域における輝度情報であり、前記欠陥像の２次判定のための条件としてｎを設定できることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法である。

また、請求項３に記載の発明は、前記欠陥像の２次判定が、欠陥の白／黒検出順のタイプに応じて分類することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査方法である。

また、請求項４に記載の発明は、前記欠陥像の２次判定が、円形または楕円形と判定される欠陥像から検出されるエッジ数に応じて分類することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の欠陥検査方法である。

また、請求項５に記載の発明は、前記欠陥像の２次判定が、欠陥深さに対応する白欠陥部の輝度情報に応じて分類することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の欠陥検査方法である。

また、請求項６に記載の発明は、前記基板が、反射防止フィルムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の欠陥検査方法である。

本発明は、カメラ画像情報の２値化処理により検出した１次欠陥情報にその周囲の輝度情報を加えた欠陥像の２次判定を行うことにより、分類することができるので、パターン形成や色の変化を設けない無地の有効面全面に亘って均質な表面を有するように形成された基板において、局部的に発生する光学的に不均質な欠陥を検出して分類する一般的で容易に実現できる欠陥検査方法を提供することができる。その結果、各種の欠陥について、その発生原因の究明に繋がる解析に寄与できる検査方法として利用することができる。

本発明の欠陥検査方法の一例を説明するための模式図であって、（ａ）は、カメラ画像情報の２値化処理により検出した１次欠陥画素情報を含む平面画像を示し、（ｂ）は、１次欠陥画素情報にその周囲の画素の輝度情報を加えた欠陥像の平面画像を示し、（ｃ）は、輝度変化を表す画像信号とその画像処理による２次判定の方法を示す。 従来の欠陥検出処理の例を説明するための模式図であって、（ａ）は、カメラ画素の集合体からなる平面画像を示し、（ｂ）は、輝度変化を表す画像信号とその２値化処理の方法を示す。 本発明の方法を、顕微鏡画像による実例に基いて説明するための模式図であって、（ａ）は、顕微鏡画像の一例、（ｂ）は、（ａ）をモデル化した説明図、（ｃ）は、１次欠陥画素情報にその周囲の画素の輝度情報を加えた欠陥像の平面画像のイメージ、（ｄ）は、輝度変化を表す画像信号とその画像処理による２次判定の方法を示す。 本発明の方法を、顕微鏡画像による他の実例に基いて説明するための模式図であって、（ａ）は、顕微鏡画像の他の一例、（ｂ）は、（ａ）をモデル化した説明図、（ｃ）は、１次欠陥画素情報にその周囲の画素の輝度情報を加えた欠陥像の平面画像のイメージ、（ｄ）は、輝度変化を表す画像信号とその画像処理による２次判定の方法を示す。 本発明における閾値設定方法の２つの例を示す説明図であって、（ａ）は、図３（ａ）の欠陥を検出するのに適した検出タイプであり、（ｂ）は、図４（ａ）の欠陥を検出するのに適した検出タイプである。 本発明におけるエッジによる解析方法を示す説明図であって、（ａ）は、円形判定方法を示し、（ｂ）は、エッジ検出方法を示す。 本発明における欠陥深さ検出に用いる検量線グラフの一例である。

以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の欠陥検査方法の一例を説明するための模式図であって、（ａ）は、カメラ画像情報の２値化処理により検出した１次欠陥画素１２の情報を含む平面画像１１を示し、（ｂ）は、１次欠陥画素情報にその周囲の画素２３の輝度情報を加えた欠陥像の平面画像２１を示し、（ｃ）は、輝度変化を表す画像信号３４とその画像処理による２次判定の方法を示す。

本発明では、従来の画像処理の手法により、カメラ画像情報の２値化処理により検出した１次欠陥画素１２の情報が既に得られており、１次欠陥画素１２に対応する１次欠陥画素２２の周囲の画素２３を新たに１次欠陥画素２２に加えて構成する新たな欠陥像について、新たな検査基準を用いて検査することに特徴がある。前記新たな欠陥像は、１次欠陥画素２２の周囲に１次欠陥画素の輪郭に沿って、（ｂ）の濃い斜線部で示すように、正の整数ｎ個分拡張した数のカメラ画素で囲った領域２３を加えることによって構成される。本例では、正の整数ｎを２とした場合を示しており、１次欠陥の周囲への拡張を限定する線２５の太い線分により、新たな欠陥像の最外郭線を表す。なお、拡張を限定する線２５により規定できない部分で新たな欠陥像を形成するための輪郭領域を決めるには、以下の規則に従って決めることができる。すなわち、隣接する拡張限定線２５を最短で繋げる斜め線に最も接近し、１次欠陥の周囲の画素の面積としては小さい方を選択し、かつ、１次欠陥を構成する画素の角部を含めて周囲の画素で漏れなく囲むように、境界を決めることができる。また、拡張画素数ｎの設定は、前記欠陥像の２次判定のための条件として、設定できる。

前記新たな欠陥像について、新たな検査基準を用いて検査するには、新たな欠陥像を含む領域内を破線矢印２４で示す方向に画像処理のための通常の手法であるプロジェクションを行う。その結果の一軸方向の輝度変化を階調の変化として表す画像信号３４を（ｃ）に示す。欠陥検出のための輝度は、黒（暗）から白（明）に至る２５６段階のカメラの検出輝度階調で表現することができる。無地の基板の正常部の輝度を、０〜２５５に数値化
できる階調の中央値１２８に調整し、画像信号３４において、黒（暗）の方向と白（明）の方向とに大きくそれた領域を処理する。

すなわち、本発明は、輝度値が下方の閾値（例えば７０）を下回る黒欠陥と、輝度値が上方の閾値（例えば１８０）を上回る白欠陥との組み合わせによって、欠陥を２次判定して分類することを特徴としており、予め、輝度値の下方閾値３５と輝度値の上方閾値３６とを設定しておく。画像信号３４が、下方閾値３５を下回る領域３５１を黒欠陥と認識し、上方閾値３６を上回る領域３６１を白欠陥と認識することができる。

なお、前述のカメラ画像情報を得る手段としては、通常のカメラによる撮像手段を用いることができる。カメラとしては、エリアセンサカメラを用いて欠陥画像を一括して捉えることもできるが、ラインセンサカメラを用いて一定の撮像距離を保ったまま検査部上で基板を定速移動させることにより、逐次画像情報の入力を行うことができる。ラインセンサカメラは、例えばＣＣＤ素子を横一列に並べた撮像装置を、基板の移動方向と垂直な方向に素子の並びが向くように配置し、エリアセンサカメラより短い露光時間で高解像度の画像を撮影できる。撮影中の基板の安定動作を搬送機構の動きで保証する必要はあるが、欠陥の形状を高精度で読み取る手段として適している。

図３は、本発明の方法を、顕微鏡画像による実例に基いて説明するための模式図であって、（ａ）は、欠陥の顕微鏡画像の一例、（ｂ）は、（ａ）の欠陥をモデル化した説明図、（ｃ）は、１次欠陥画素情報にその周囲の画素の輝度情報を加えた欠陥像の平面画像のイメージ、（ｄ）は、輝度変化を表す画像信号とその画像処理による２次判定の方法を示す。
（ａ）の顕微鏡画像は、可撓性の透明フィルムに反射防止膜を塗布した反射防止フィルムにおける埋め込み異物の欠陥の一例であり、カメラで撮影した写真上では、グレイに一様に見える無地の均質な表面を有する基板上に、局部的に発生する光学的に不均質な欠陥が、中央の白い部分を囲む左側の黒い部分と右側のやや黒い部分が隣接する形態で現れる。

本発明により、上記の画像情報を、先ず、輝度値の上方閾値により２値化して白欠陥を検出して、１次欠陥画素３２の情報を得る。次に、得られた１次欠陥画素３２の周囲の画素を、ｎ＝２として前述の規定に従って拡張して設定し、周囲の画素３３Ａおよび３３Ｂを得る。上記周囲の画素３３Ａおよび３３Ｂは、本来は、一群に設定されるものであるが、各カメラ画素の有する輝度情報に従って、後述の欠陥像の２次判定の結果を先取りして見易くするために異なる濃度で表現してある。また、１次欠陥画素３２と周囲の画素３３Ａおよび３３Ｂの総体で表される新たな欠陥像を除く部分の平面画像３１は、（ｃ）のイメージで白で表しているが、見易くする目的であって、欠陥像の２次判定に際して中間輝度とみなされる領域となる。

次に、（ｃ）の新たな欠陥像を含む平面画像を画像処理して２次判定を行う。前述の本発明の方法により、（ｄ）の画像信号３４に対して、予め、輝度値の下方閾値３５と輝度値の上方閾値３６とを設定しておくことにより、黒欠陥３５２と白欠陥３６２とをそれぞれ認識することができる。本例における１次欠陥画素の周囲の画素３３Ａは、（ａ）の顕微鏡画像で中央の白い部分に隣接する右側のやや黒い部分に相当するが、（ｄ）の輝度値の下方閾値３５を下回ることはないので、黒欠陥とは判定されない。

前記欠陥像の２次判定は、１次欠陥画素の情報に基く新たな欠陥像を対象にして、新たな閾値を設定して、白／黒の欠陥の組み合わせで分類できるものであり、例えば本例においては、（ｂ）のモデルで表すことができる。すなわち、黒欠陥のモデル領域７と白欠陥のモデル領域８とを、図のように組み合わせたモデルとして表現できる。

図４は、本発明の方法を、顕微鏡画像による実例に基いて説明するための模式図であって、（ａ）は、欠陥の顕微鏡画像の図３とは異なる他の一例、（ｂ）は、（ａ）の欠陥をモデル化した説明図、（ｃ）は、１次欠陥画素情報にその周囲の画素の輝度情報を加えた欠陥像の平面画像のイメージ、（ｄ）は、輝度変化を表す画像信号とその画像処理による２次判定の方法を示す。
（ａ）の顕微鏡画像は、可撓性の透明フィルムに反射防止膜を塗布した反射防止フィルムにおける埋め込み異物の欠陥の図３とは異なる他の一例であり、カメラで撮影した写真上では、周辺のグレイに一様に見える無地の均質な表面を有する基板上に、局部的に発生する光学的に不均質な欠陥が、中央の黒い核部を取り巻く白い部分をリング状にやや黒い部分が囲む形態で現れる。

本発明により、上記の画像情報を、先ず、輝度値の上方閾値により２値化して白欠陥を検出して、１次欠陥画素４２の情報を得る。この場合は、上記黒い核部は２値化による識別ができないため無視される。次に、得られた１次欠陥画素４２の周囲の画素を、ｎ＝２として前述の規定に従って拡張して設定し、周囲の画素４３を得る。また、１次欠陥画素４２と周囲の画素４３の総体で表される新たな欠陥像を除く部分の平面画像４１は、（ｃ）のイメージで白で表しているが、見易くする目的であって、欠陥像の２次判定に際して中間輝度とみなされる領域となる。

次に、（ｃ）の新たな欠陥像を含む平面画像を画像処理して２次判定を行う。前述の本発明の方法により、（ｄ）の画像信号３４に対して、予め、輝度値の下方閾値３５と輝度値の上方閾値３６とを設定しておくことにより、黒欠陥３５３と白欠陥３６３とをそれぞれ認識することができる。

前記欠陥像の２次判定は、１次欠陥画素の情報に基く新たな欠陥像を対象にして、新たな閾値を設定して、白／黒の欠陥の組み合わせで分類できるものであり、例えば本例においては、（ｂ）のモデルで表すことができる。すなわち、黒欠陥のモデル領域７１と白欠陥のモデル領域８１とを、図のように同心円状に組み合わせたモデルとして表現でき、黒欠陥が２箇所のカメラ画素位置に現れる結果をモデル化している。

前記欠陥像の２次判定は、更なる分類に発展させることができる。
図５は、本発明における閾値設定方法の２つの例を示す説明図であって、（ａ）は、図３（ａ）の欠陥を検出するのに適した検出タイプであり、（ｂ）は、図４（ａ）の欠陥を検出するのに適した検出タイプである。それぞれの検出タイプは、設定条件フォルダー６１、６２として、通常の検査装置が有する機構に条件を入力する場合と同様に、検査に先立ってその画像処理の制御機構内に設定するために入力される。それぞれの設定条件フォルダーは、白欠陥を検出するための閾値条件と黒欠陥を検出するための閾値条件を任意に設定することができ、しかも、各フォルダー内での各欠陥の検出順を任意に複数設定することができる。上記のように、白／黒どの種類の欠陥を如何なる閾値で設定するかを定める個別条件情報６１１、６２１を、各フォルダー６１、６２内にそれぞれ複数有することができ、条件に適合した欠陥を検出することができる。

上記の方法は、ある種の欠陥について異なる検出タイプの適用を試みて、その結果をフィードバックすることにより、前記欠陥像の２次判定が、欠陥の白／黒検出順のタイプに応じて分類することが可能であることを示している。

また、本発明は、前記欠陥像の２次判定が、円形または楕円形と判定される欠陥像から検出されるエッジ数に応じて分類することができる。
図６は、本発明におけるエッジによる解析方法を示す説明図であって、（ａ）は、円形判定方法を示し、（ｂ）は、エッジ検出方法を示す。

先ず、１次欠陥画素情報にその周囲の画素の輝度情報を加えた欠陥像の平面画像のイメージから、一般的な手法で、欠陥像の重心４５を求める。画像の重心の求め方は、通常の画像処理の手法で多用される方法により可能である。得られた重心を中心とした円状フィッティング４６、４７により、適宜設定した許容値に収まる円形で代表させることができれば、対象とする欠陥を円形欠陥と判定することができる。

また、欠陥像の縦横比が１から大きくずれている場合は、楕円形と判定できないかを引き続き調べることにより、楕円形欠陥と判定することが可能である。ここで言う楕円形は、長円の広い概念である偏平な円形を指すものであり、幾何学的に正確な楕円形に限定されない。また、上記楕円形が画像として斜めに傾いている場合も処理できるように、上記処理操作の前提として、欠陥像の一定程度の角度回転を試行できるものであることが望ましい。さらに、上記円形または楕円形の外周の一部が欠けていても、一定の許容できる欠け率を設定しておき、その範囲内であれば、適正な円形または楕円形として認識することができる。

次に、前記円形または楕円形と判定された欠陥像に関して、前記欠陥像の２次判定の一部として、エッジ検出を行うことができる。エッジは、画像信号３４の輝度値の変化を表す図の破線の傾き３７の絶対値が大きくなる箇所に相当し、微分処理によって算出する傾きが予め設定した±の閾値の絶対値を超える箇所をエッジとして検出することができる。上記のように検出したエッジの数がいくつであるかは、一般に欠陥の原因物に関連し、検出エッジ数の半分（整数未満は切り捨て）が、欠陥の原因物の数とみなすことができ、円形または楕円形と判定された欠陥の原因を探る上で有力な情報になる。

本発明はまた、白欠陥部の原因となる欠陥深さに応じた分類も可能とする。
図７は、本発明における欠陥深さ検出に用いる検量線グラフの一例である。対象とする基板の種類やカメラの検出波長により具体的な数値は異なるが、例えば浅いキズを照明して撮像する場合であれば、正常な基板表面からの検出結果と大差のない輝度値を示すが、深いキズによる白欠陥では、特別に高い輝度値を示すので、検量線を参照して概略の欠陥深さを推定することができ、輝度情報に応じた分類が可能になる。

以上、説明したとおり、本発明の欠陥検査方法は、カメラ画像情報の２値化処理により検出した１次欠陥情報にその周囲の輝度情報を加えた欠陥像の２次判定を種々の方法で行うことにより、分類することができるので、パターン形成や色の変化を設けない無地の有効面全面に亘って均質な表面を有するように形成された基板において、局部的に発生する光学的に不均質な欠陥を検出して分類する一般的で容易に実現できる欠陥検査方法を提供することができる。その結果、反射防止フィルムの欠陥のみでなく、各種の欠陥について、その発生原因の究明に繋がる解析に寄与できる検査方法として利用することができるが、特に前記基板が反射防止フィルムである場合は、欠陥の分類が容易に行えて、有用な解析に寄与できる。

１、１１、２１、３１、４１・・・平面画像（カメラ画素の集合体）
２・・・欠陥候補
３、２４・・・プロジェクション方向
４、３４・・・画像信号
５、３５・・・輝度値の下方閾値
５１、３５１、３５２、３５３・・・黒欠陥
３６・・・輝度値の上方閾値
３６１、３６２、３６３・・・白欠陥
７、７１・・・黒欠陥のモデル領域
８、８１・・・白欠陥のモデル領域
１２、２２、３２、４２・・・１次欠陥画素
２３、３３Ａ、３３Ｂ、４３・・・１次欠陥画素の周囲の画素
２５・・・１次欠陥の周囲への拡張を限定する線（ｎ＝２ の場合）
３７・・・輝度値の変化を表す画像信号の傾き
４５・・・重心
４６、４７・・・円状フィッティング
６１、６２・・・設定条件フォルダー
６１１、６２１・・・個別条件情報

Claims (6)

1. パターン形成や色の変化を設けない無地の有効面全面に亘って均質な表面を有するように形成された基板において、
   局部的に発生する光学的に不均質な欠陥を検出して分類する方法であって、
   カメラ画像情報の２値化処理により検出した１次欠陥画素情報にその周囲の画素の輝度情報を加えた欠陥像の２次判定を行うことにより、分類することを特徴とする欠陥検査方法。
2. 前記１次欠陥画素情報の周囲の画素の輝度情報が、１次欠陥画素の輪郭に沿って正の整数ｎ個分拡張した数のカメラ画素で囲った領域における輝度情報であり、前記欠陥像の２次判定のための条件としてｎを設定できることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査方法。
3. 前記欠陥像の２次判定が、欠陥の白／黒検出順のタイプに応じて分類することを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査方法。
4. 前記欠陥像の２次判定が、円形または楕円形と判定される欠陥像から検出されるエッジ数に応じて分類することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の欠陥検査方法。
5. 前記欠陥像の２次判定が、欠陥深さに対応する白欠陥部の輝度情報に応じて分類することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の欠陥検査方法。
6. 前記基板が、反射防止フィルムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の欠陥検査方法。