JP3718101B2 - 周期性パターンの欠陥検査方法および装置 - Google Patents
周期性パターンの欠陥検査方法および装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶ディスプレイやその表示基板、カラーフィルタ等の構成部品、カラーブラウン管用のシャドウマスクやトリニトロン管（ソニー（株）の登録商標）等用のアパーチャグリル、プラズマディスプレイ、周期性配置の電極や配線パターンを有するプリント配線板など、周期性パターンを有する工業製品の欠陥を検査する周期性パターンの欠陥検査方法、ならびに、その方法を実施するために使用される周期性パターンの欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記したような周期性パターンを有する工業製品の周期性パターン上に欠陥があるかどうかを検査する方法としては、従来、個々のパターンを、その大きさの数十分の１程度以下の高解像度で撮像し、パターンの形状測定や面積測定などの種々の画像処理を行うことにより、パターンの異常を発見する方法が行われていた。また、特開平７−１０３９１１号公報や特開平１０−７８３０７号公報には、周期性パターンのピッチの数分の１のセンサ解像度で画像データを得て、その画像データに対し微分演算処理等の画像データ処理を施すことにより、点状の欠陥による急峻な信号変化を検出し、これによって被検査物の欠陥の検査を行う方法が開示されている。この方法では、周期性パターンのピッチとラインセンサカメラ等の撮像手段の１画素ピッチとの不整合により生じるモアレ（画像信号に混入して欠陥検出感度に悪影響を与える周波数成分）の問題を避けるために、周期性パターンのピッチと撮像手段の画素サイズとの比を整数にする。また、特開平６−３０８０４６号公報には、被検査物を周期性パターンのピッチの数倍の低解像度で撮像して画像処理を行うことにより、周期性パターン上の点状の欠陥による急峻な信号変化を検出する方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被検査物を高解像度で撮像して画像処理を行うことにより周期性パターンの欠陥を検出する方法は、膨大な画像データを処理する必要があり、装置コストが高くなる、といった問題点がある。また、特開平７−１０３９１１号公報や特開平１０−７８３０７号公報に開示されているように、周期性パターンのピッチの数分の１の解像度で撮像し、微分等の画像処理を行うことによって欠陥を検出する方法では、点状の欠陥の大きさを定量化することが難しい。また、この方法では、複数の周期性パターンにわたって発生しているシミなどの比較的大きな欠陥の検出も難しい、といった問題点がある。一方、特開平６−３０８０４６号公報に開示されているように、被検査物を低解像度で撮像し画像処理して周期性パターンの欠陥を検出する方法は、画像データの量が極めて少なくなり有利であるが、この方法ではモアレを完全に消すことが難しく、欠陥検出能力に限界がある。
【０００４】
また、特開平１０−７８３０７号公報等に開示されているように、モアレを無くす目的で周期性パターンのピッチと撮像手段の画素サイズとの比を整数に設定しても、結像光学系のレンズにディストーション（歪曲収差）がある場合や、周期性パターンのピッチが中央部から周辺部へ向かうのに伴って僅かながら次第に変化するような場合、また周期性パターンの並列方向に対して撮像手段のセンサが傾いている場合などには、モアレを完全に消すことができない。このため、モアレの影響により欠陥検出感度が低下する、といった問題が残る。
【０００５】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、画像処理するデータ量が比較的少なくて済み、欠陥を定量化することが可能で、個々の周期性パターンでの欠陥は小さいながらも複数の周期性パターンにわたり広範囲に分布して発生しているシミなどの欠陥も検出可能であり、モアレの影響を少なくして高い欠陥検出感度を持つような周期性パターンの欠陥検出方法を提供すること、および、その方法を好適に実施することができる周期性パターンの欠陥検出装置を提供することを目的とする。また、周期性パターンの投影像が僅かに非周期性を持つような場合にも、それによるモアレの影響を低減させることができる方法、および、その方法を好適に実施することができる装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、平面的に配列された周期性パターンを有する被検査物の画像を用いて周期性パターン上に欠陥があるかどうかを検査する周期性パターンの欠陥検査方法において、縦方向および横方向の各辺が前記周期性パターンの縦方向および横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍の長さを有し検出しようとする欠陥より大きい矩形領域を、被検査面上において周期性パターンとの相対位置関係を規定することなく設定し、被検査面を走査して、前記矩形領域単位での光量を順次測定していき、それぞれの矩形領域ごとの測定値と、その矩形領域以外の複数の矩形領域での測定値の平均値との比を求め、その比から矩形領域における欠陥の有無を判定することを特徴とする。上記矩形領域には、その縦・横方向の各辺が周期性パターンの縦・横方向における各ピッチのそれぞれ１倍の長さを有するものも含まれる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の欠陥検査方法において、解像度の低下に伴う欠陥画像の輪郭の、被検査面上において想定される広がりが、被検査面上において設定される矩形領域から食み出ない限度で、矩形領域単位での光量を測定する際の解像度を最大に低下させることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、平面的に配列された周期性パターンを有する被検査物の画像を用いて周期性パターン上に欠陥があるかどうかを検査する周期性パターンの欠陥検査装置において、縦方向および横方向の各辺が前記周期性パターンの縦方向および横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍の長さを有し検出しようとする欠陥より大きくなるようにかつ被検査面上において周期性パターンとの相対位置関係を規定することなく設定される矩形領域単位での光量を測定し、縦方向および横方向の各辺の長さが前記矩形領域の投影像の縦方向および横方向における各長さと同一または各長さのそれぞれ整数分の１である画素単位で画像データを取得する撮像手段と、被検査物の被検査面を走査するように、前記撮像手段と被検査物とを相対的に平行移動させる移動手段と、前記撮像手段によって測定されたそれぞれの矩形領域ごとの測定値と、その矩形領域以外の複数の矩形領域での測定値の平均値との比を求める演算手段と、この演算手段によって求められた比から矩形領域における欠陥の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の欠陥検査装置において、解像度の低下に伴う欠陥画像の輪郭の、被検査面上において想定される広がりが、被検査面上において設定される前記矩形領域から食み出ない限度で、矩形領域単位での光量を測定する際の解像度を最大に低下させる解像度低下手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る発明の欠陥検査方法によると、被検査物の透過光量または反射光量、あるいは被検査物自身が発光する場合には発光量を、周期性パターンと同等かまたはそれより大きい面積の矩形領域ごとに測定するので、それぞれの矩形領域内に欠陥が無ければ、それぞれの矩形領域の光量の測定値は同じになる。一方、ある矩形領域に欠陥があれば、その矩形領域の光量の測定値は、欠陥の無い矩形領域の光量の測定値より大きくなるかまたは小さくなる。したがって、矩形領域単位で測定された光量を比較することにより、矩形領域に欠陥があるかどうかを判定することが可能になる。この場合、矩形領域の光量の測定値を１対１で比較したのでは、その比較されている両方の矩形領域にそれぞれ欠陥があったときに、欠陥を検出することができない。この発明の検査方法では、それぞれの矩形領域ごとの測定値が、その矩形領域以外の複数の矩形領域での測定値の平均値を基準としてその平均値と比較されるので、当該矩形領域に欠陥があるかどうかの検出が可能になる。また、この検査方法では、それぞれの矩形領域ごとの測定値と複数の矩形領域での測定値の平均値との比を求め、その光量比から、すなわちその光量比が１であるかどうか、あるいは１からの差が所定値以上であるかどうかといったことにより、欠陥の有無が判定されるので、被検査物に対する照明光量の不均一性などに関わらず、欠陥を定量化して検出することが可能になる。そして、光量比が１より小さいと、当該矩形領域に光量を低下させる欠陥があることが分かり、光量比が１より大きいと、当該領域に光量を増加させる欠陥があることが分かることになる。また、光量比の、１からの差により、当該領域に存在する欠陥の程度（大きさ）を測定することができる。
【００１１】
また、この検査方法では、矩形領域単位での光量を測定することができればよいので、最大で、周期性パターンの縦方向および横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍の長さを有する矩形領域の投影像と同じ大きさの画素単位により、低解像度で撮像することができる。したがって、画像処理するデータ量が比較的少なくて済む。さらに、複数の周期性パターンにわたって広範囲で発生しているシミなどの欠陥も、その欠陥より大きい矩形領域を設定することにより、高感度での欠陥の検出が可能になる。また、矩形領域の縦・横方向の各辺の長さは、周期性パターンの縦・横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍であるので、撮像する際の画素の大きさを、矩形領域の投影像の縦・横方向における各長さと同一または各長さのそれぞれ整数分の１とすることにより、周期性パターンのピッチと画素ピッチとの不整合により生じるモアレによる影響を少なくすることが可能になる。
【００１２】
請求項２に係る発明の検査方法では、被検査面上において想定される欠陥画像の輪郭の広がりが矩形領域から食み出ない限度で、解像度が最大に低下させられることにより、撮像手段の結像光学系のレンズにディストーションがあったり、周期性パターンのピッチが中央部から周辺部へ向かうのに伴って僅かずつ変化していたり、周期性パターンの並列方向に対して撮像手段のセンサが傾いていたりしても、モアレの影響が最小となり、かつ、欠陥検出感度には影響が出ない。
【００１３】
請求項３に係る発明の欠陥検出装置においては、移動手段により、撮像手段と被検査物とが相対的に平行移動させられて、被検査物の被検査面が走査され、撮像手段により、被検査物の透過光量または反射光量、あるいは被検査物自身が発光する場合には発光量が、周期性パターンと同等かまたはそれより大きい面積の矩形領域単位で測定され、矩形領域の投影像の縦・横方向における各長さと同一または各長さのそれぞれ整数分の１である画素単位で画像データが取得される。この得られた画像データから、演算手段により、それぞれの矩形領域ごとの光量の測定値とその矩形領域以外の複数の矩形領域での光量の測定値の平均値との比が求められ、その光量比から、判定手段により当該矩形領域における欠陥の有無が判定される。すなわち、当該矩形領域に欠陥があると、その矩形領域の光量の測定値が複数の矩形領域の光量の測定値の平均値より小さくなるかまたは大きくなって、光量比が１より小さくなるかまたは大きくなるので、判定手段により光量比からそれぞれの矩形領域における欠陥の有無が判定される。
【００１４】
請求項４に係る発明の欠陥検出装置では、解像度低下手段により、被検査面上において想定される欠陥画像の輪郭の広がりが矩形領域から食み出ない限度で、解像度が最大に低下させられる。したがって、撮像手段の結像光学系のレンズにディストーションがあったり、周期性パターンのピッチが中央部から周辺部へ向かうのに伴って僅かずつ変化していたり、周期性パターンの並列方向に対して撮像手段のセンサが傾いていたりしても、欠陥検出感度が何ら低下することなく、モアレの影響が最小に抑えられることになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
この発明に係る欠陥検査方法では、図１に一部拡大平面図を示すように、縦方向および横方向にそれぞれ所定ピッチで周期性パターン１０が配列された被検査物、例えば液晶ディスプレイ用のカラーフィルタやカラーブラウン管用のシャドウマスク等の被検査物の被検査面上において、光量を測定しようとする単位領域として、極太線１２で便宜的に囲み表示した矩形領域１４（以下、「測光単位１４」という）を設定する。この測光単位１４の大きさは、縦方向および横方向の各辺の長さｌ、ｍが周期性パターン１０の縦方向および横方向における各ピッチａ、ｂのそれぞれ整数倍に設定される。図１に示した例では、測光単位１４の縦方向および横方向の各辺の長さが、周期性パターン１０の縦方向および横方向における各ピッチのそれぞれ２倍に設定されているが、測光単位１４の縦・横方向の各辺の長さを周期性パターン１０の縦・横方向における各ピッチのそれぞれ１倍、すなわち周期性パターン１０の縦・横方向における各ピッチとそれぞれ同じにするようにしてもよい。また、周期性パターン１０の縦・横方向における各ピッチに対する測光単位１４の縦・横方向の各辺の長さの倍率は、縦方向と横方向とで相違してもよく、例えば、測光単位１４の縦方向の長さを周期性パターン１０の縦方向におけるピッチの２倍とし、測光単位１４の横方向の長さを周期性パターン１０の横方向におけるピッチの３倍とする、といったことも可能である。
【００１７】
この測光単位１４の大きさは、検出しようとする欠陥の大きさを考慮して適宜決められる。例えば、検出する欠陥が１つの周期性パターン１０内に存在する点状のものであれば、測光単位１４の縦・横方向の各辺の長さを周期性パターン１０の縦・横方向における各ピッチとそれぞれ等しくする。このようにすると、各測光単位１４間での光量の変化が顕著になって有利である。一方、個々の周期性パターン１０での欠陥は小さいながらも複数の周期性パターン１０にわたり広範囲に分布して発生しているシミなどの欠陥を検出する場合には、そのシミ欠陥が含まれる程度の縦・横方向の長さを持った測光単位１４を設定する。また、測光単位１４は、被検査面上における周期性パターン１０との相対位置関係（位相差）を規定して設定されるものではなく、被検査面上の任意の位置に設定される。さらに、測光単位１４は、被検査面を複数区画に分割してタイル状に敷き詰められた状態となるように設定されるだけでなく、一部重なり合う部分を持ちながら設定することもできる。
【００１８】
図２は、この発明に係る欠陥検査方法を実施するために使用される欠陥検査装置の概略構成の１例を示す模式的斜視図である。この装置の基本構成は、従来の装置と同様であり、ＣＣＤラインセンサ、一次元フォトダイオードアレイ等のラインセンサを有するセンサ部１８と結像光学系を有する入光部２０とからなるラインセンサカメラ１６、被検査物、例えば有効領域２に多数の微細透孔が形成されたシャドウマスク１を、ラインセンサカメラ１６のラインセンサの副走査方向（矢印Ａ方向）へ移動させる移動機構（図示を省略）、シャドウマスク１の下面側に向かって線状光を照射する線状透過照明２２、および、ラインセンサカメラ１６から出力される画像信号を処理する画像演算装置２４から構成されている。もちろん、欠陥検査装置の構成は図２に示したものに限らず、例えば、撮像手段としてＣＣＤカメラ等の二次元カメラを使用し、照明を面状透過照明としてもよい。また、被検査物が非透光性であるときは、反射照明が用いられ、また、被検査物が、液晶ディスプレイなどのようにそれ自身で発光するものであるときは、一般に照明は不要である。さらに、シャドウマスク１を移動させる代わりに、ラインセンサカメラ１６をラインセンサの副走査方向へ移動させるようにしてもよい。
【００１９】
画像演算装置２４では、ラインセンサカメラ１６によって撮像された画像から、上記した測光単位１４ごとの光量が算定される。ラインセンサカメラ１６において、入光部２０の結像光学系によってセンサ部１８のラインセンサに投影される画像の１画素のサイズは、図１に示した例では、測光単位１４の投影像と等しい大きさである。また、１画素の縦方向および横方向の各辺の長さを測光単位１４の投影像の縦方向および横方向における各長さのそれぞれ整数分の１とし、測光単位１４の投影像に複数画素が含まれるようにしてもよい。この場合でも、測光単位１４の投影像に含まれる複数画素の出力を足し合わせれば、画素サイズを測光単位１４の投影像の大きさとしたときの測光単位１４の出力と等価になる。図３に示した例では、一点鎖線２６で囲み表示した１つの画素２８の縦方向の長さｃが測光単位１４の投影像の縦方向における長さｌの５分の１とされ、画素２８の横方向の長さｄが測光単位１４の投影像の横方向における長さｍの４分の１とされており、測光単位１４の投影像内に２０個の画素が含まれている。
【００２０】
以上のように、撮像に際しては、測光単位１４の投影像と画素２８とが等しい大きさであるか、あるいは前者が後者の整数倍の大きさである必要があるので、画素２８のサイズを縦方向および横方向において互いに独立に精度良く決めることが必要になる。これを実現する方法としては種々のものがあるが、例えば撮像手段がＣＣＤラインセンサカメラである場合には、ラインセンサの主走査方向については結像光学系の倍率調整により、ラインセンサの副走査方向についてはカメラと被検査物との相対移動速度または信号の取込み周期の調整により、画素サイズを設定することができる。また、撮像手段が二次元カメラである場合には、周期性パターン１０の縦・横方向の各ピッチを考慮して予め結像光学系に、縦・横方向のそれぞれに独立の結像倍率を持たせておくことにより、画素サイズを設定することができる。また、予め測光単位１４の投影像の縦・横方向における各長さのそれぞれ整数分の１の縦・横方向の各辺の長さを持ったフォトダイオードを一次元アレイ配列したセンサを用いることも可能である。
【００２１】
次に、この欠陥検査方法における欠陥検出の方法と欠陥の定量化の方法について説明する。
【００２２】
移動機構によりシャドウマスク１を矢印Ａ方向に移動させながら、シャドウマスク１の有効領域２を全面にわたり走査して、ラインセンサカメラ１６によりシャドウマスク１の透過光の投影像を撮影する。そして、画像演算装置２４において、得られた画像データから測光単位１４ごとの光量を求め、それぞれの測光単位１４について、注目する測光単位１４での光量の測定値が、その測光単位１４以外の複数の測光単位１４での光量の測定値の平均値を基準としてその平均値と順次比較される。比較の際に基準とする複数の測光単位１４の選定は、検出しようとする欠陥の大きさや周期性パターン１０の均一性、ラインセンサカメラ１６の性能などを考慮して適宜行われるが、通常は、注目する測光単位１４の周辺領域の複数の測光単位１４が選定される。
【００２３】
図４は、１つの周期性パターン１０内の点欠陥を検出する場合に好適な例を示し、この例では、測光単位１４を周期性パターン１０の１ピッチに相当する倍率で撮像し、光量比較を行う際の基準となる複数の測光単位１４ｂとして、注目する測光単位１４ａを取り囲む８つの近傍位置のものを選定している。そして、欠陥の有無の判定に際しては、注目する測光単位１４ａでの光量の測定値と８つの近傍位置の測光単位１４ｂでの光量の測定値の平均値との比が算出される。注目する測光単位１４ａでの光量をＩ０、周辺領域の各測光単位１４ｂでのそれぞれの光量をＩ１〜Ｉ８とすると、光量比＝Ｉ０／〔（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６＋Ｉ７＋Ｉ８）／８〕と表され、この光量比により欠陥の有無が判定される。このように光量の割り算を行っていることにより、照明光量の不均一性などに関わらず、欠陥を定量化することが可能になる。そして、前記光量比が１より小さければ、注目する測光単位１４ａ内に光量を低下させる欠陥が存在し、光量比が１より大きければ、測光単位１４ａ内に光量を増加させる欠陥が存在することが分かる。但し、後述するように、実際には光量比が１から所定値以上外れている場合に欠陥があると判定される。また、光量比の、１からの差によって欠陥の程度（大きさ）を測定することができる。
【００２４】
また、複数の周期性パターン１０にまたがるシミなどの欠陥を検出する場合には、例えば図５に示すように、縦・横方向の各辺の長さが周期性パターン１０の縦・横方向における各ピッチのそれぞれ３倍である測光単位１４を設定する。このように、検出しようとするシミ欠陥より大きな測光単位１４を設定することにより、欠陥検出の感度を上げることができる。また、図５に示した例では、光量比較の際の基準となる周辺領域の複数の測光単位１４ｄとして、注目する測光単位１４ｃに対し横方向に並列した位置の６つのものが選定されている。この場合の光量比は、光量比＝Ｉ０／〔（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）／６〕の式で表される。
【００２５】
ここで、欠陥が測光単位１４の周辺部に位置した場合には、欠陥画像が、その測光単位１４と隣接する測光単位１４とにまたがってしまう。このため、上記したように周辺領域の測光単位１４での光量の平均値を基準にして光量比を算出すると、欠陥信号が低くなってしまうことになる。これを避けるために、図１に示したように測光単位１４の投影像とセンサの画素サイズとが等しい場合には、図２に示した装置において、ラインセンサカメラ１６とシャドウマスク１とを相対的に微小移動させて、周期性パターン１０の位置を少し（測光単位１４の縦・横方向の各辺のそれぞれ数分の１程度）ずつ縦・横方向にずらしながら、複数回撮像を行うようにすればよい。また、図３に示したように画素２８のサイズが測光単位１４の投影像の数分の１である場合には、画像メモリ上で測光単位１４を縦・横方向に１画素ずつずらしながら、上記した演算を行うようにするとよい。
【００２６】
この欠陥検査方法では、上記したように測光単位１４の縦・横方向の各辺の長さを周期パターン１０の縦・横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍に設定しているので、普通はモアレが発生しない。ところが、ラインセンサカメラ１６の結像光学系のレンズにディストーションがあったり、周期性パターン１０のピッチがシャドウマスク１の中央部から周辺部へ向かうのに伴って僅かずつ変化したり、周期性パターン１０の並列方向に対してラインセンサカメラ１６のセンサが傾いていたりすると、モアレが発生し、欠陥検出の感度に影響を与えることになる。モアレの影響を低減させるためには、結像光学系にデフォーカス等により解像度を低下させたり、画像データにスムージングを加えたりするが、この発明の欠陥検査方法では、測光単位１４の縦・横方向の長さが周期性パターンの縦・横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍（１倍であるときを含む）であるので、比較的解像度を低く設定することができ、モアレの低減には好都合である。以下に、図６および図７に基づいて、デフォーカスにより解像度を低下させる手法を例にとって説明する。
【００２７】
図６において、３０は、ラインセンサカメラ１６の結像光学系、３２が絞り、３４がセンサである。デフォーカスによってモアレの影響を低減させる場合、結像光学系３０のレンズそのものの解像限界を無視すると、シャドウマスク１上の１つの点３（大きさは実質的に０と考えられる）は、デフォーカスによって丁度δＤの大きさを持つ欠陥としてセンサ上に投影される。このため、シャドウマスク１上の欠陥３６の大きさをφとすると、デフォーカスしたときの欠陥画像３８（図７において二点鎖線で表す）の大きさは、φ＋δＤとなる。この欠陥画像３８が測光単位１４から食み出さなければ、すなわちａ≧（φ＋δＤ）（ａ：測光単位１４の短辺の長さ）であれば、感度を低下させることなく欠陥を検出することができる。したがって、欠陥画像３８の輪郭の広がりが測光単位１４から食み出ない限度で解像度を最大に低下させたとき（欠陥が測光単位１４の中央にあるとした場合には、ａ＝（φ＋δＤ）となるようにデフォーカス量δｆを設定したとき）に、欠陥信号に影響を与えることなく、モアレの影響が最小になる。
【００２８】
次に、図２に示した欠陥検査装置を使用してシャドウマスク１上の欠陥、すなわち白ピンや黒ピンと呼ばれる欠陥を検出する方法について、より具体的に説明する。
【００２９】
白ピンや黒ピンは、１つの周期性パターン内に発生する点欠陥であるので、この場合には、測光単位１４を、その縦・横方向の各辺の長さが周期性パターンの縦・横方向における各ピッチとそれぞれ等しくなる大きさとした。また、測光単位１４を、縦・横方向にそれぞれ４つの画素２８、したがって１６個の画素２８で構成（図８参照）するように、結像光学系のレンズの倍率、移動機構によるシャドウマスク１の送り速度、およびラインセンサカメラ１６の入力周期を決定した。ここで、シャドウマスク１の周期性パターン（微細透孔）の縦・横方向における各ピッチはそれぞれ２８０μｍ程度であり、このときの測光単位１４は、シャドウマスク１上で２８０μｍ角相当で、ラインセンサカメラ１６の１つの画素は、７０μｍ角相当になる。
【００３０】
図２に示した欠陥検査装置によりシャドウマスク１の有効領域２を走査して、図８に一部拡大平面図を模式的に示したような画像（図８中、４０が欠陥を表す）を取り込んだ後、画像演算装置２４において、図４に関して説明したような光量比の演算を画像全体にわたって行う。この場合、互いに隣接し合う測光単位１４に欠陥画像がまたがって、欠陥信号が低くなってしまうことを避けるために、測光単位１４を画像メモリ上で１画素ずつ４画素分まで縦・横方向にそれぞれずらしながら、合計で１６回の光量比の演算を行うようにした。
【００３１】
このようにして得られた被検査面全体の光量比の変化を表す信号値（図９および図１０参照）には、センサの雑音やシャドウマスク１の孔面積のばらつきなどの信号も含まれており、欠陥が無くても、光量比が必ずしも１に等しくはならない。そこで、欠陥であると判定する量（閾値）ｈを設定しておき、光量比が１＋ｈ１以上、あるいは１−ｈ２以下であるときに、当該測光単位１４内に欠陥４０が存在するとして検出し、そのときのピーク値（図９参照）が欠陥の大きさを示していると考える。そして、光量比のピーク値が１−ｈ２より小さければ、欠陥は、シャドウマスク１の透過光量を低下させる黒ピンであり、ピーク値が１＋ｈ１より大きければ、欠陥は、透過光量を増加させる白ピンである、といったことが分かることになる。また、例えば光量比のピーク値が１．１であれば、本来の孔面積の１．１倍となる白ピンであり、ピーク値が０．９であれば、本来の孔面積の０．９倍となる黒ピンである、といったことが分かることになる。このようにして、欠陥の定量化（面積比の測定）が可能になる。
【００３２】
図９は、本来の孔面積より１３％程度、面積の大きな白ピン欠陥が存在するシャドウマスクから得られた光量比の変化を示す図である。この図において、欠陥部分以外の信号には、センサの雑音やシャドウマスク１の孔面積のばらつきなどの信号が含まれている。
【００３３】
また、シャドウマスク１では、設計上、中央部から周辺部へ向かうに従って周期性パターン（微細透孔）のピッチを少しずつ変化させるようにしている。このため、得られた画像の周辺部でモアレが発生し、欠陥の検出やその大きさの定量化に支障が出ることになる。このモアレの影響を低減させるために、結像光学系のレンズにデフォーカスを加える。図６および図７に関して説明したように、結像光学系３０の物体側のＦ値（＝焦点距離ｆ／レンズ径ｄ）が４０であるとすると、δＤ／δｆ＝ｆ／ｄ＝４０であり、δＤ＝δｆ×４０である。シャドウマスク１の透孔ピッチを２８０μｍであるとし、欠陥４０の大きさが透孔ピッチに比べて十分に小さい（欠陥が点欠陥である）とすると、最大デフォーカス量は、δｆｍａｘ＝２８０μｍ×４０＝１１．２ｍｍとなる。このようにデフォーカスしたときに、モアレの影響が十分に低減して、比較的小さい白ピンや黒ピンの検出が可能になる。図１０の（ａ）は、デフォーカスによるモアレ低減を行わなかったときの信号変化を示し、図１０の（ｂ）は、上記したような条件で最適なデフォーカスを加えたときの信号変化を示す図である。これらの図では、シャドウマスク１のＸ軸上の全面にわたる信号変化を表示している。図１０の（ａ）と（ｂ）とを比較すると、明らかにデフォーカスによりモアレの影響が低減していることが分かる。なお、図１０には、欠陥信号を表示していないが、上記条件によりデフォーカスを加えたときは、デフォーカスによる欠陥信号の低下は殆んど見られない。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の欠陥検査方法によると、画像処理するデータ量が比較的少なくて済み、欠陥を定量化することができ、また、個々の周期性パターンでの欠陥は小さいながらも複数の周期性パターンにわたり広範囲に分布して発生しているシミなどの欠陥も検出することができ、さらに、モアレの影響を少なくして高感度で欠陥を検出することができる。
【００３５】
請求項２に係る発明の欠陥検査方法では、周期性パターンの投影像が僅かに非周期性を持つような場合にも、それによるモアレの影響を低減させて、高感度での欠陥検出を行うことができる。
【００３６】
請求項３に係る発明の欠陥検査装置を使用すると、請求項１に係る発明の欠陥検査方法を好適に実施して、上記効果を得ることができる。
【００３７】
請求項４に係る発明の欠陥検査装置を使用すると、請求項２に係る発明の欠陥検査方法を好適に実施して、上記効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る欠陥検査方法の実施形態の１例を示し、この方法によって欠陥の検出が行われる被検査物の一部拡大平面図である。
【図２】この発明に係る欠陥検査方法を実施するために使用される欠陥検査装置の概略構成の１例を示す模式的斜視図である。
【図３】この発明に係る欠陥検査方法の、図１とは異なる実施形態を示し、この方法によって欠陥の検出が行われる被検査物の一部拡大平面図である。
【図４】この発明に係る欠陥検査方法における欠陥検出の方法を説明するための図であって、被検査物の一部拡大平面図である。
【図５】この発明に係る欠陥検査方法における欠陥検出の、図４とは異なる方法を説明するための図であって、被検査物の一部拡大平面図である。
【図６】デフォーカスにより解像度を低下させる手法を説明するための模式図である。
【図７】同じく、デフォーカスにより解像度を低下させる手法を説明するための図である。
【図８】図２に示した欠陥検査装置によりシャドウマスクを走査して得られた画像の１例を模式的に示す一部拡大平面図である。
【図９】白ピン欠陥が存在するシャドウマスクから得られた光量比の変化を示す図である。
【図１０】（ａ）は、デフォーカスによるモアレ低減を行わなかったときの信号変化を示す図であり、（ｂ）は、最適なデフォーカスを加えたときの信号変化を示す図である。
【符号の説明】
１ シャドウマスク
１０ 周期性パターン
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 矩形領域（測光単位）
１６ ラインセンサカメラ
１８ ラインセンサを有するセンサ部
２０ 結像光学系を有する入光部
２２ 線状透過照明
２４ 画像演算装置
２８ 画素
３０ ラインセンサカメラの結像光学系
３２ 絞り
３４ センサ
３６、４０ 欠陥
３８ 欠陥画像
ｌ、ｍ 矩形領域（測光単位）の縦方向および横方向の各辺の長さ
ａ、ｂ 周期性パターンの縦方向および横方向における各ピッチ
ｃ、ｄ 画素の縦方向および横方向における各長さ
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶ディスプレイやその表示基板、カラーフィルタ等の構成部品、カラーブラウン管用のシャドウマスクやトリニトロン管（ソニー（株）の登録商標）等用のアパーチャグリル、プラズマディスプレイ、周期性配置の電極や配線パターンを有するプリント配線板など、周期性パターンを有する工業製品の欠陥を検査する周期性パターンの欠陥検査方法、ならびに、その方法を実施するために使用される周期性パターンの欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記したような周期性パターンを有する工業製品の周期性パターン上に欠陥があるかどうかを検査する方法としては、従来、個々のパターンを、その大きさの数十分の１程度以下の高解像度で撮像し、パターンの形状測定や面積測定などの種々の画像処理を行うことにより、パターンの異常を発見する方法が行われていた。また、特開平７−１０３９１１号公報や特開平１０−７８３０７号公報には、周期性パターンのピッチの数分の１のセンサ解像度で画像データを得て、その画像データに対し微分演算処理等の画像データ処理を施すことにより、点状の欠陥による急峻な信号変化を検出し、これによって被検査物の欠陥の検査を行う方法が開示されている。この方法では、周期性パターンのピッチとラインセンサカメラ等の撮像手段の１画素ピッチとの不整合により生じるモアレ（画像信号に混入して欠陥検出感度に悪影響を与える周波数成分）の問題を避けるために、周期性パターンのピッチと撮像手段の画素サイズとの比を整数にする。また、特開平６−３０８０４６号公報には、被検査物を周期性パターンのピッチの数倍の低解像度で撮像して画像処理を行うことにより、周期性パターン上の点状の欠陥による急峻な信号変化を検出する方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、被検査物を高解像度で撮像して画像処理を行うことにより周期性パターンの欠陥を検出する方法は、膨大な画像データを処理する必要があり、装置コストが高くなる、といった問題点がある。また、特開平７−１０３９１１号公報や特開平１０−７８３０７号公報に開示されているように、周期性パターンのピッチの数分の１の解像度で撮像し、微分等の画像処理を行うことによって欠陥を検出する方法では、点状の欠陥の大きさを定量化することが難しい。また、この方法では、複数の周期性パターンにわたって発生しているシミなどの比較的大きな欠陥の検出も難しい、といった問題点がある。一方、特開平６−３０８０４６号公報に開示されているように、被検査物を低解像度で撮像し画像処理して周期性パターンの欠陥を検出する方法は、画像データの量が極めて少なくなり有利であるが、この方法ではモアレを完全に消すことが難しく、欠陥検出能力に限界がある。
【０００４】
また、特開平１０−７８３０７号公報等に開示されているように、モアレを無くす目的で周期性パターンのピッチと撮像手段の画素サイズとの比を整数に設定しても、結像光学系のレンズにディストーション（歪曲収差）がある場合や、周期性パターンのピッチが中央部から周辺部へ向かうのに伴って僅かながら次第に変化するような場合、また周期性パターンの並列方向に対して撮像手段のセンサが傾いている場合などには、モアレを完全に消すことができない。このため、モアレの影響により欠陥検出感度が低下する、といった問題が残る。
【０００５】
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、画像処理するデータ量が比較的少なくて済み、欠陥を定量化することが可能で、個々の周期性パターンでの欠陥は小さいながらも複数の周期性パターンにわたり広範囲に分布して発生しているシミなどの欠陥も検出可能であり、モアレの影響を少なくして高い欠陥検出感度を持つような周期性パターンの欠陥検出方法を提供すること、および、その方法を好適に実施することができる周期性パターンの欠陥検出装置を提供することを目的とする。また、周期性パターンの投影像が僅かに非周期性を持つような場合にも、それによるモアレの影響を低減させることができる方法、および、その方法を好適に実施することができる装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、平面的に配列された周期性パターンを有する被検査物の画像を用いて周期性パターン上に欠陥があるかどうかを検査する周期性パターンの欠陥検査方法において、縦方向および横方向の各辺が前記周期性パターンの縦方向および横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍の長さを有し検出しようとする欠陥より大きい矩形領域を、被検査面上において周期性パターンとの相対位置関係を規定することなく設定し、被検査面を走査して、前記矩形領域単位での光量を順次測定していき、それぞれの矩形領域ごとの測定値と、その矩形領域以外の複数の矩形領域での測定値の平均値との比を求め、その比から矩形領域における欠陥の有無を判定することを特徴とする。上記矩形領域には、その縦・横方向の各辺が周期性パターンの縦・横方向における各ピッチのそれぞれ１倍の長さを有するものも含まれる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の欠陥検査方法において、解像度の低下に伴う欠陥画像の輪郭の、被検査面上において想定される広がりが、被検査面上において設定される矩形領域から食み出ない限度で、矩形領域単位での光量を測定する際の解像度を最大に低下させることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明は、平面的に配列された周期性パターンを有する被検査物の画像を用いて周期性パターン上に欠陥があるかどうかを検査する周期性パターンの欠陥検査装置において、縦方向および横方向の各辺が前記周期性パターンの縦方向および横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍の長さを有し検出しようとする欠陥より大きくなるようにかつ被検査面上において周期性パターンとの相対位置関係を規定することなく設定される矩形領域単位での光量を測定し、縦方向および横方向の各辺の長さが前記矩形領域の投影像の縦方向および横方向における各長さと同一または各長さのそれぞれ整数分の１である画素単位で画像データを取得する撮像手段と、被検査物の被検査面を走査するように、前記撮像手段と被検査物とを相対的に平行移動させる移動手段と、前記撮像手段によって測定されたそれぞれの矩形領域ごとの測定値と、その矩形領域以外の複数の矩形領域での測定値の平均値との比を求める演算手段と、この演算手段によって求められた比から矩形領域における欠陥の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の欠陥検査装置において、解像度の低下に伴う欠陥画像の輪郭の、被検査面上において想定される広がりが、被検査面上において設定される前記矩形領域から食み出ない限度で、矩形領域単位での光量を測定する際の解像度を最大に低下させる解像度低下手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る発明の欠陥検査方法によると、被検査物の透過光量または反射光量、あるいは被検査物自身が発光する場合には発光量を、周期性パターンと同等かまたはそれより大きい面積の矩形領域ごとに測定するので、それぞれの矩形領域内に欠陥が無ければ、それぞれの矩形領域の光量の測定値は同じになる。一方、ある矩形領域に欠陥があれば、その矩形領域の光量の測定値は、欠陥の無い矩形領域の光量の測定値より大きくなるかまたは小さくなる。したがって、矩形領域単位で測定された光量を比較することにより、矩形領域に欠陥があるかどうかを判定することが可能になる。この場合、矩形領域の光量の測定値を１対１で比較したのでは、その比較されている両方の矩形領域にそれぞれ欠陥があったときに、欠陥を検出することができない。この発明の検査方法では、それぞれの矩形領域ごとの測定値が、その矩形領域以外の複数の矩形領域での測定値の平均値を基準としてその平均値と比較されるので、当該矩形領域に欠陥があるかどうかの検出が可能になる。また、この検査方法では、それぞれの矩形領域ごとの測定値と複数の矩形領域での測定値の平均値との比を求め、その光量比から、すなわちその光量比が１であるかどうか、あるいは１からの差が所定値以上であるかどうかといったことにより、欠陥の有無が判定されるので、被検査物に対する照明光量の不均一性などに関わらず、欠陥を定量化して検出することが可能になる。そして、光量比が１より小さいと、当該矩形領域に光量を低下させる欠陥があることが分かり、光量比が１より大きいと、当該領域に光量を増加させる欠陥があることが分かることになる。また、光量比の、１からの差により、当該領域に存在する欠陥の程度（大きさ）を測定することができる。
【００１１】
また、この検査方法では、矩形領域単位での光量を測定することができればよいので、最大で、周期性パターンの縦方向および横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍の長さを有する矩形領域の投影像と同じ大きさの画素単位により、低解像度で撮像することができる。したがって、画像処理するデータ量が比較的少なくて済む。さらに、複数の周期性パターンにわたって広範囲で発生しているシミなどの欠陥も、その欠陥より大きい矩形領域を設定することにより、高感度での欠陥の検出が可能になる。また、矩形領域の縦・横方向の各辺の長さは、周期性パターンの縦・横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍であるので、撮像する際の画素の大きさを、矩形領域の投影像の縦・横方向における各長さと同一または各長さのそれぞれ整数分の１とすることにより、周期性パターンのピッチと画素ピッチとの不整合により生じるモアレによる影響を少なくすることが可能になる。
【００１２】
請求項２に係る発明の検査方法では、被検査面上において想定される欠陥画像の輪郭の広がりが矩形領域から食み出ない限度で、解像度が最大に低下させられることにより、撮像手段の結像光学系のレンズにディストーションがあったり、周期性パターンのピッチが中央部から周辺部へ向かうのに伴って僅かずつ変化していたり、周期性パターンの並列方向に対して撮像手段のセンサが傾いていたりしても、モアレの影響が最小となり、かつ、欠陥検出感度には影響が出ない。
【００１３】
請求項３に係る発明の欠陥検出装置においては、移動手段により、撮像手段と被検査物とが相対的に平行移動させられて、被検査物の被検査面が走査され、撮像手段により、被検査物の透過光量または反射光量、あるいは被検査物自身が発光する場合には発光量が、周期性パターンと同等かまたはそれより大きい面積の矩形領域単位で測定され、矩形領域の投影像の縦・横方向における各長さと同一または各長さのそれぞれ整数分の１である画素単位で画像データが取得される。この得られた画像データから、演算手段により、それぞれの矩形領域ごとの光量の測定値とその矩形領域以外の複数の矩形領域での光量の測定値の平均値との比が求められ、その光量比から、判定手段により当該矩形領域における欠陥の有無が判定される。すなわち、当該矩形領域に欠陥があると、その矩形領域の光量の測定値が複数の矩形領域の光量の測定値の平均値より小さくなるかまたは大きくなって、光量比が１より小さくなるかまたは大きくなるので、判定手段により光量比からそれぞれの矩形領域における欠陥の有無が判定される。
【００１４】
請求項４に係る発明の欠陥検出装置では、解像度低下手段により、被検査面上において想定される欠陥画像の輪郭の広がりが矩形領域から食み出ない限度で、解像度が最大に低下させられる。したがって、撮像手段の結像光学系のレンズにディストーションがあったり、周期性パターンのピッチが中央部から周辺部へ向かうのに伴って僅かずつ変化していたり、周期性パターンの並列方向に対して撮像手段のセンサが傾いていたりしても、欠陥検出感度が何ら低下することなく、モアレの影響が最小に抑えられることになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１６】
この発明に係る欠陥検査方法では、図１に一部拡大平面図を示すように、縦方向および横方向にそれぞれ所定ピッチで周期性パターン１０が配列された被検査物、例えば液晶ディスプレイ用のカラーフィルタやカラーブラウン管用のシャドウマスク等の被検査物の被検査面上において、光量を測定しようとする単位領域として、極太線１２で便宜的に囲み表示した矩形領域１４（以下、「測光単位１４」という）を設定する。この測光単位１４の大きさは、縦方向および横方向の各辺の長さｌ、ｍが周期性パターン１０の縦方向および横方向における各ピッチａ、ｂのそれぞれ整数倍に設定される。図１に示した例では、測光単位１４の縦方向および横方向の各辺の長さが、周期性パターン１０の縦方向および横方向における各ピッチのそれぞれ２倍に設定されているが、測光単位１４の縦・横方向の各辺の長さを周期性パターン１０の縦・横方向における各ピッチのそれぞれ１倍、すなわち周期性パターン１０の縦・横方向における各ピッチとそれぞれ同じにするようにしてもよい。また、周期性パターン１０の縦・横方向における各ピッチに対する測光単位１４の縦・横方向の各辺の長さの倍率は、縦方向と横方向とで相違してもよく、例えば、測光単位１４の縦方向の長さを周期性パターン１０の縦方向におけるピッチの２倍とし、測光単位１４の横方向の長さを周期性パターン１０の横方向におけるピッチの３倍とする、といったことも可能である。
【００１７】
この測光単位１４の大きさは、検出しようとする欠陥の大きさを考慮して適宜決められる。例えば、検出する欠陥が１つの周期性パターン１０内に存在する点状のものであれば、測光単位１４の縦・横方向の各辺の長さを周期性パターン１０の縦・横方向における各ピッチとそれぞれ等しくする。このようにすると、各測光単位１４間での光量の変化が顕著になって有利である。一方、個々の周期性パターン１０での欠陥は小さいながらも複数の周期性パターン１０にわたり広範囲に分布して発生しているシミなどの欠陥を検出する場合には、そのシミ欠陥が含まれる程度の縦・横方向の長さを持った測光単位１４を設定する。また、測光単位１４は、被検査面上における周期性パターン１０との相対位置関係（位相差）を規定して設定されるものではなく、被検査面上の任意の位置に設定される。さらに、測光単位１４は、被検査面を複数区画に分割してタイル状に敷き詰められた状態となるように設定されるだけでなく、一部重なり合う部分を持ちながら設定することもできる。
【００１８】
図２は、この発明に係る欠陥検査方法を実施するために使用される欠陥検査装置の概略構成の１例を示す模式的斜視図である。この装置の基本構成は、従来の装置と同様であり、ＣＣＤラインセンサ、一次元フォトダイオードアレイ等のラインセンサを有するセンサ部１８と結像光学系を有する入光部２０とからなるラインセンサカメラ１６、被検査物、例えば有効領域２に多数の微細透孔が形成されたシャドウマスク１を、ラインセンサカメラ１６のラインセンサの副走査方向（矢印Ａ方向）へ移動させる移動機構（図示を省略）、シャドウマスク１の下面側に向かって線状光を照射する線状透過照明２２、および、ラインセンサカメラ１６から出力される画像信号を処理する画像演算装置２４から構成されている。もちろん、欠陥検査装置の構成は図２に示したものに限らず、例えば、撮像手段としてＣＣＤカメラ等の二次元カメラを使用し、照明を面状透過照明としてもよい。また、被検査物が非透光性であるときは、反射照明が用いられ、また、被検査物が、液晶ディスプレイなどのようにそれ自身で発光するものであるときは、一般に照明は不要である。さらに、シャドウマスク１を移動させる代わりに、ラインセンサカメラ１６をラインセンサの副走査方向へ移動させるようにしてもよい。
【００１９】
画像演算装置２４では、ラインセンサカメラ１６によって撮像された画像から、上記した測光単位１４ごとの光量が算定される。ラインセンサカメラ１６において、入光部２０の結像光学系によってセンサ部１８のラインセンサに投影される画像の１画素のサイズは、図１に示した例では、測光単位１４の投影像と等しい大きさである。また、１画素の縦方向および横方向の各辺の長さを測光単位１４の投影像の縦方向および横方向における各長さのそれぞれ整数分の１とし、測光単位１４の投影像に複数画素が含まれるようにしてもよい。この場合でも、測光単位１４の投影像に含まれる複数画素の出力を足し合わせれば、画素サイズを測光単位１４の投影像の大きさとしたときの測光単位１４の出力と等価になる。図３に示した例では、一点鎖線２６で囲み表示した１つの画素２８の縦方向の長さｃが測光単位１４の投影像の縦方向における長さｌの５分の１とされ、画素２８の横方向の長さｄが測光単位１４の投影像の横方向における長さｍの４分の１とされており、測光単位１４の投影像内に２０個の画素が含まれている。
【００２０】
以上のように、撮像に際しては、測光単位１４の投影像と画素２８とが等しい大きさであるか、あるいは前者が後者の整数倍の大きさである必要があるので、画素２８のサイズを縦方向および横方向において互いに独立に精度良く決めることが必要になる。これを実現する方法としては種々のものがあるが、例えば撮像手段がＣＣＤラインセンサカメラである場合には、ラインセンサの主走査方向については結像光学系の倍率調整により、ラインセンサの副走査方向についてはカメラと被検査物との相対移動速度または信号の取込み周期の調整により、画素サイズを設定することができる。また、撮像手段が二次元カメラである場合には、周期性パターン１０の縦・横方向の各ピッチを考慮して予め結像光学系に、縦・横方向のそれぞれに独立の結像倍率を持たせておくことにより、画素サイズを設定することができる。また、予め測光単位１４の投影像の縦・横方向における各長さのそれぞれ整数分の１の縦・横方向の各辺の長さを持ったフォトダイオードを一次元アレイ配列したセンサを用いることも可能である。
【００２１】
次に、この欠陥検査方法における欠陥検出の方法と欠陥の定量化の方法について説明する。
【００２２】
移動機構によりシャドウマスク１を矢印Ａ方向に移動させながら、シャドウマスク１の有効領域２を全面にわたり走査して、ラインセンサカメラ１６によりシャドウマスク１の透過光の投影像を撮影する。そして、画像演算装置２４において、得られた画像データから測光単位１４ごとの光量を求め、それぞれの測光単位１４について、注目する測光単位１４での光量の測定値が、その測光単位１４以外の複数の測光単位１４での光量の測定値の平均値を基準としてその平均値と順次比較される。比較の際に基準とする複数の測光単位１４の選定は、検出しようとする欠陥の大きさや周期性パターン１０の均一性、ラインセンサカメラ１６の性能などを考慮して適宜行われるが、通常は、注目する測光単位１４の周辺領域の複数の測光単位１４が選定される。
【００２３】
図４は、１つの周期性パターン１０内の点欠陥を検出する場合に好適な例を示し、この例では、測光単位１４を周期性パターン１０の１ピッチに相当する倍率で撮像し、光量比較を行う際の基準となる複数の測光単位１４ｂとして、注目する測光単位１４ａを取り囲む８つの近傍位置のものを選定している。そして、欠陥の有無の判定に際しては、注目する測光単位１４ａでの光量の測定値と８つの近傍位置の測光単位１４ｂでの光量の測定値の平均値との比が算出される。注目する測光単位１４ａでの光量をＩ０、周辺領域の各測光単位１４ｂでのそれぞれの光量をＩ１〜Ｉ８とすると、光量比＝Ｉ０／〔（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６＋Ｉ７＋Ｉ８）／８〕と表され、この光量比により欠陥の有無が判定される。このように光量の割り算を行っていることにより、照明光量の不均一性などに関わらず、欠陥を定量化することが可能になる。そして、前記光量比が１より小さければ、注目する測光単位１４ａ内に光量を低下させる欠陥が存在し、光量比が１より大きければ、測光単位１４ａ内に光量を増加させる欠陥が存在することが分かる。但し、後述するように、実際には光量比が１から所定値以上外れている場合に欠陥があると判定される。また、光量比の、１からの差によって欠陥の程度（大きさ）を測定することができる。
【００２４】
また、複数の周期性パターン１０にまたがるシミなどの欠陥を検出する場合には、例えば図５に示すように、縦・横方向の各辺の長さが周期性パターン１０の縦・横方向における各ピッチのそれぞれ３倍である測光単位１４を設定する。このように、検出しようとするシミ欠陥より大きな測光単位１４を設定することにより、欠陥検出の感度を上げることができる。また、図５に示した例では、光量比較の際の基準となる周辺領域の複数の測光単位１４ｄとして、注目する測光単位１４ｃに対し横方向に並列した位置の６つのものが選定されている。この場合の光量比は、光量比＝Ｉ０／〔（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４＋Ｉ５＋Ｉ６）／６〕の式で表される。
【００２５】
ここで、欠陥が測光単位１４の周辺部に位置した場合には、欠陥画像が、その測光単位１４と隣接する測光単位１４とにまたがってしまう。このため、上記したように周辺領域の測光単位１４での光量の平均値を基準にして光量比を算出すると、欠陥信号が低くなってしまうことになる。これを避けるために、図１に示したように測光単位１４の投影像とセンサの画素サイズとが等しい場合には、図２に示した装置において、ラインセンサカメラ１６とシャドウマスク１とを相対的に微小移動させて、周期性パターン１０の位置を少し（測光単位１４の縦・横方向の各辺のそれぞれ数分の１程度）ずつ縦・横方向にずらしながら、複数回撮像を行うようにすればよい。また、図３に示したように画素２８のサイズが測光単位１４の投影像の数分の１である場合には、画像メモリ上で測光単位１４を縦・横方向に１画素ずつずらしながら、上記した演算を行うようにするとよい。
【００２６】
この欠陥検査方法では、上記したように測光単位１４の縦・横方向の各辺の長さを周期パターン１０の縦・横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍に設定しているので、普通はモアレが発生しない。ところが、ラインセンサカメラ１６の結像光学系のレンズにディストーションがあったり、周期性パターン１０のピッチがシャドウマスク１の中央部から周辺部へ向かうのに伴って僅かずつ変化したり、周期性パターン１０の並列方向に対してラインセンサカメラ１６のセンサが傾いていたりすると、モアレが発生し、欠陥検出の感度に影響を与えることになる。モアレの影響を低減させるためには、結像光学系にデフォーカス等により解像度を低下させたり、画像データにスムージングを加えたりするが、この発明の欠陥検査方法では、測光単位１４の縦・横方向の長さが周期性パターンの縦・横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍（１倍であるときを含む）であるので、比較的解像度を低く設定することができ、モアレの低減には好都合である。以下に、図６および図７に基づいて、デフォーカスにより解像度を低下させる手法を例にとって説明する。
【００２７】
図６において、３０は、ラインセンサカメラ１６の結像光学系、３２が絞り、３４がセンサである。デフォーカスによってモアレの影響を低減させる場合、結像光学系３０のレンズそのものの解像限界を無視すると、シャドウマスク１上の１つの点３（大きさは実質的に０と考えられる）は、デフォーカスによって丁度δＤの大きさを持つ欠陥としてセンサ上に投影される。このため、シャドウマスク１上の欠陥３６の大きさをφとすると、デフォーカスしたときの欠陥画像３８（図７において二点鎖線で表す）の大きさは、φ＋δＤとなる。この欠陥画像３８が測光単位１４から食み出さなければ、すなわちａ≧（φ＋δＤ）（ａ：測光単位１４の短辺の長さ）であれば、感度を低下させることなく欠陥を検出することができる。したがって、欠陥画像３８の輪郭の広がりが測光単位１４から食み出ない限度で解像度を最大に低下させたとき（欠陥が測光単位１４の中央にあるとした場合には、ａ＝（φ＋δＤ）となるようにデフォーカス量δｆを設定したとき）に、欠陥信号に影響を与えることなく、モアレの影響が最小になる。
【００２８】
次に、図２に示した欠陥検査装置を使用してシャドウマスク１上の欠陥、すなわち白ピンや黒ピンと呼ばれる欠陥を検出する方法について、より具体的に説明する。
【００２９】
白ピンや黒ピンは、１つの周期性パターン内に発生する点欠陥であるので、この場合には、測光単位１４を、その縦・横方向の各辺の長さが周期性パターンの縦・横方向における各ピッチとそれぞれ等しくなる大きさとした。また、測光単位１４を、縦・横方向にそれぞれ４つの画素２８、したがって１６個の画素２８で構成（図８参照）するように、結像光学系のレンズの倍率、移動機構によるシャドウマスク１の送り速度、およびラインセンサカメラ１６の入力周期を決定した。ここで、シャドウマスク１の周期性パターン（微細透孔）の縦・横方向における各ピッチはそれぞれ２８０μｍ程度であり、このときの測光単位１４は、シャドウマスク１上で２８０μｍ角相当で、ラインセンサカメラ１６の１つの画素は、７０μｍ角相当になる。
【００３０】
図２に示した欠陥検査装置によりシャドウマスク１の有効領域２を走査して、図８に一部拡大平面図を模式的に示したような画像（図８中、４０が欠陥を表す）を取り込んだ後、画像演算装置２４において、図４に関して説明したような光量比の演算を画像全体にわたって行う。この場合、互いに隣接し合う測光単位１４に欠陥画像がまたがって、欠陥信号が低くなってしまうことを避けるために、測光単位１４を画像メモリ上で１画素ずつ４画素分まで縦・横方向にそれぞれずらしながら、合計で１６回の光量比の演算を行うようにした。
【００３１】
このようにして得られた被検査面全体の光量比の変化を表す信号値（図９および図１０参照）には、センサの雑音やシャドウマスク１の孔面積のばらつきなどの信号も含まれており、欠陥が無くても、光量比が必ずしも１に等しくはならない。そこで、欠陥であると判定する量（閾値）ｈを設定しておき、光量比が１＋ｈ１以上、あるいは１−ｈ２以下であるときに、当該測光単位１４内に欠陥４０が存在するとして検出し、そのときのピーク値（図９参照）が欠陥の大きさを示していると考える。そして、光量比のピーク値が１−ｈ２より小さければ、欠陥は、シャドウマスク１の透過光量を低下させる黒ピンであり、ピーク値が１＋ｈ１より大きければ、欠陥は、透過光量を増加させる白ピンである、といったことが分かることになる。また、例えば光量比のピーク値が１．１であれば、本来の孔面積の１．１倍となる白ピンであり、ピーク値が０．９であれば、本来の孔面積の０．９倍となる黒ピンである、といったことが分かることになる。このようにして、欠陥の定量化（面積比の測定）が可能になる。
【００３２】
図９は、本来の孔面積より１３％程度、面積の大きな白ピン欠陥が存在するシャドウマスクから得られた光量比の変化を示す図である。この図において、欠陥部分以外の信号には、センサの雑音やシャドウマスク１の孔面積のばらつきなどの信号が含まれている。
【００３３】
また、シャドウマスク１では、設計上、中央部から周辺部へ向かうに従って周期性パターン（微細透孔）のピッチを少しずつ変化させるようにしている。このため、得られた画像の周辺部でモアレが発生し、欠陥の検出やその大きさの定量化に支障が出ることになる。このモアレの影響を低減させるために、結像光学系のレンズにデフォーカスを加える。図６および図７に関して説明したように、結像光学系３０の物体側のＦ値（＝焦点距離ｆ／レンズ径ｄ）が４０であるとすると、δＤ／δｆ＝ｆ／ｄ＝４０であり、δＤ＝δｆ×４０である。シャドウマスク１の透孔ピッチを２８０μｍであるとし、欠陥４０の大きさが透孔ピッチに比べて十分に小さい（欠陥が点欠陥である）とすると、最大デフォーカス量は、δｆｍａｘ＝２８０μｍ×４０＝１１．２ｍｍとなる。このようにデフォーカスしたときに、モアレの影響が十分に低減して、比較的小さい白ピンや黒ピンの検出が可能になる。図１０の（ａ）は、デフォーカスによるモアレ低減を行わなかったときの信号変化を示し、図１０の（ｂ）は、上記したような条件で最適なデフォーカスを加えたときの信号変化を示す図である。これらの図では、シャドウマスク１のＸ軸上の全面にわたる信号変化を表示している。図１０の（ａ）と（ｂ）とを比較すると、明らかにデフォーカスによりモアレの影響が低減していることが分かる。なお、図１０には、欠陥信号を表示していないが、上記条件によりデフォーカスを加えたときは、デフォーカスによる欠陥信号の低下は殆んど見られない。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の欠陥検査方法によると、画像処理するデータ量が比較的少なくて済み、欠陥を定量化することができ、また、個々の周期性パターンでの欠陥は小さいながらも複数の周期性パターンにわたり広範囲に分布して発生しているシミなどの欠陥も検出することができ、さらに、モアレの影響を少なくして高感度で欠陥を検出することができる。
【００３５】
請求項２に係る発明の欠陥検査方法では、周期性パターンの投影像が僅かに非周期性を持つような場合にも、それによるモアレの影響を低減させて、高感度での欠陥検出を行うことができる。
【００３６】
請求項３に係る発明の欠陥検査装置を使用すると、請求項１に係る発明の欠陥検査方法を好適に実施して、上記効果を得ることができる。
【００３７】
請求項４に係る発明の欠陥検査装置を使用すると、請求項２に係る発明の欠陥検査方法を好適に実施して、上記効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る欠陥検査方法の実施形態の１例を示し、この方法によって欠陥の検出が行われる被検査物の一部拡大平面図である。
【図２】この発明に係る欠陥検査方法を実施するために使用される欠陥検査装置の概略構成の１例を示す模式的斜視図である。
【図３】この発明に係る欠陥検査方法の、図１とは異なる実施形態を示し、この方法によって欠陥の検出が行われる被検査物の一部拡大平面図である。
【図４】この発明に係る欠陥検査方法における欠陥検出の方法を説明するための図であって、被検査物の一部拡大平面図である。
【図５】この発明に係る欠陥検査方法における欠陥検出の、図４とは異なる方法を説明するための図であって、被検査物の一部拡大平面図である。
【図６】デフォーカスにより解像度を低下させる手法を説明するための模式図である。
【図７】同じく、デフォーカスにより解像度を低下させる手法を説明するための図である。
【図８】図２に示した欠陥検査装置によりシャドウマスクを走査して得られた画像の１例を模式的に示す一部拡大平面図である。
【図９】白ピン欠陥が存在するシャドウマスクから得られた光量比の変化を示す図である。
【図１０】（ａ）は、デフォーカスによるモアレ低減を行わなかったときの信号変化を示す図であり、（ｂ）は、最適なデフォーカスを加えたときの信号変化を示す図である。
【符号の説明】
１ シャドウマスク
１０ 周期性パターン
１４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 矩形領域（測光単位）
１６ ラインセンサカメラ
１８ ラインセンサを有するセンサ部
２０ 結像光学系を有する入光部
２２ 線状透過照明
２４ 画像演算装置
２８ 画素
３０ ラインセンサカメラの結像光学系
３２ 絞り
３４ センサ
３６、４０ 欠陥
３８ 欠陥画像
ｌ、ｍ 矩形領域（測光単位）の縦方向および横方向の各辺の長さ
ａ、ｂ 周期性パターンの縦方向および横方向における各ピッチ
ｃ、ｄ 画素の縦方向および横方向における各長さ
Claims (4)
- 平面的に配列された周期性パターンを有する被検査物の画像を用いて周期性パターン上に欠陥があるかどうかを検査する周期性パターンの欠陥検査方法において、
縦方向および横方向の各辺が前記周期性パターンの縦方向および横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍の長さを有し検出しようとする欠陥より大きい矩形領域を、被検査面上において周期性パターンとの相対位置関係を規定することなく設定し、被検査面を走査して、前記矩形領域単位での光量を順次測定していき、それぞれの矩形領域ごとの測定値と、その矩形領域以外の複数の矩形領域での測定値の平均値との比を求め、その比から矩形領域における欠陥の有無を判定することを特徴とする周期性パターンの欠陥検査方法。 - 解像度の低下に伴う欠陥画像の輪郭の、被検査面上において想定される広がりが、被検査面上において設定される前記矩形領域から食み出ない限度で、矩形領域単位での光量を測定する際の解像度を最大に低下させる請求項１記載の周期性パターンの欠陥検査方法。
- 平面的に配列された周期性パターンを有する被検査物の画像を用いて周期性パターン上に欠陥があるかどうかを検査する周期性パターンの欠陥検査装置において、
縦方向および横方向の各辺が前記周期性パターンの縦方向および横方向における各ピッチのそれぞれ整数倍の長さを有し検出しようとする欠陥より大きくなるようにかつ被検査面上において周期性パターンとの相対位置関係を規定することなく設定される矩形領域単位での光量を測定し、縦方向および横方向の各辺の長さが前記矩形領域の投影像の縦方向および横方向における各長さと同一または各長さのそれぞれ整数分の１である画素単位で画像データを取得する撮像手段と、
被検査物の被検査面を走査するように、前記撮像手段と被検査物とを相対的に平行移動させる移動手段と、
前記撮像手段によって測定されたそれぞれの矩形領域ごとの測定値と、その矩形領域以外の複数の矩形領域での測定値の平均値との比を求める演算手段と、
この演算手段によって求められた比から矩形領域における欠陥の有無を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする周期性パターンの欠陥検査装置。 - 解像度の低下に伴う欠陥画像の輪郭の、被検査面上において想定される広がりが、被検査面上において設定される前記矩形領域から食み出ない限度で、矩形領域単位での光量を測定する際の解像度を最大に低下させる解像度低下手段をさらに備えた請求項３記載の周期性パターンの欠陥検査装置。
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