JP4184480B2 - 塗布材料の膜厚ムラ検査方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，金属基材上に塗布された樹脂等、塗布材料の膜厚ムラ検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カラーテレビは、カラー画像の大型化に加え、高画質化の要求がますます強くなってきており、カラーテレビジョン用ブラウン管に用いられる、丸貫通孔や矩形貫通孔を持つシャドウマスクやスリット状の貫通孔を持つアパーチャグリル等においては、その品質要求から、透過光検査におけるムラができるだけないものが望まれている。
シャドウマスクやアパーチャグリルは、金属板に耐エッチング性の感光性膜を塗布、乾燥し、更に所定のパターン状に製版して、これを耐エッチング性マスク（レジスト）として用いて金属板をエッチング加工して、作製されている。
シャドウマスクやアパーチャグリルのムラは、その貫通孔部の大きさが局所的に大きい場合、あるいは小さい場合にムラとなって見えるもので、その作製工程は長く、ムラの発生原因も多々あり、従来、その原因を特定することは難しいものとされていたが、金属板への耐エッチング性の感光性膜の塗布膜厚の局所的な不均一（膜厚ムラと言う）が、エッチング加工した後の、シャドウマスクやアパーチャグリルのムラとなることも次第に分かってきた。
【０００３】
このため、最近では、金属板への耐エッチング性の感光性膜の塗布膜厚の局所的な不均一（膜厚ムラ）の抽出を、所定波長の光を用い、その反射光を人が観察して検査することにより行っていた。
しかし、この方法は、程度のひどい膜厚ムラは検査により抽出できるが、程度のひどくないムラは抽出できないという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、エッチングによるシャドウマスクの外形加工においては、カラー画像の高画質化の要求に応えるために、金属板への耐エッチング性の感光性膜の塗布膜厚の局所的な不均一（膜厚ムラ）の抽出を高い精度で行うことができる膜厚ムラの検査方法が求められていた。
本発明は、これに対応するもので、基材上に薄膜状に塗布されている塗布材料の膜厚ムラの抽出を高い精度で行うことができる検査方法で、比較的簡単に表示装置を介して目視にて確認することができる検査方法、および自動検査方法を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の塗布材料の膜厚ムラ検査方法は、基材上に薄膜状に塗布されている、特定の光波長域に対して、膜厚差を波長の光の強度としてとらえることができるように、光透過性を有し、且つ、光吸収性を有する塗布材料の膜厚ムラを、コンピュータ処理を主体として、自動で検査する方法であって、前記特定の光波長域を含む照明光を塗布材料に入射して、基材面にて反射された照明光の正反射光で、且つ前記特定波長域の光のみで撮影し、検査領域を撮影した撮影画像を得る撮影処理と、前記撮影により得られた撮影画像の、画素毎に撮影において受けた光の強度に対応した画素値を持つ第１の画像データに対し、該撮影画像を撮影した撮影装置により予め均一な照度分布の照明光に対して均一な照度分布を有する対象物を撮影した第２の画像データを用い、対応する各画素毎に、それぞれ、第２の画像データの画素値で第１の画像データの画素値を除算する除算処理と、除算処理の結果得られた第３の画像データに対して、あらかじめ決めておいた周波数よりも高い空間周波数成分のみを抽出して、信号の緩やかな変化分を除去する、信号の緩やかな変化分除去処理とを、各処理記載順に行うもので、信号の緩やかな変化分除去処理の結果得られた第４の画像データに、各画素毎にそれぞれ、平滑化処理、微分処理を施して、得られた第５の画像データに対し、各画素毎にその画素値をしきい値と比較して、該しきい値以上、あるいは以下の画素を抽出して、抽出された画素領域を膜厚ムラ部として抽出することを特徴とするものである。
そして、上記において、撮影手段としてラインセンサカメラを用い、且つ、照明手段として面状照明を用いることを特徴とするものである。
そしてまた、上記において、基材が金属板材で、塗布材料が製版用のレジストであることを特徴とするものである。
特に、本発明の検査方法がシャドスマスクやアパーチャグリルを作製する際の、金属板へのレジスト膜の塗布におけるレジスト膜の膜厚ムラの抽出に用いられた場合には、有効である。
【０００６】
【作用】
本発明の塗布材料の膜厚ムラ検査方法は、上記のように構成することにより、基材上に薄膜状に塗布されている塗布材料の膜厚ムラの抽出を高い精度で行うことを可能とする検査方法で、比較的簡単に表示装置を介して目視にて確認することができる検査方法、および自動検査の提供を可能としている。
具体的には、基材上に薄膜状に塗布されている、特定の光波長域に対して、光透過性を有し、且つ、吸収性を有する塗布材料の膜厚ムラを検査する方法であって、順に、照明光を塗布材料に入射して、基材面にて反射された照明光の正反射光で、且つ前記特定波長域の光のみで撮影し、検査領域を撮影した撮影画像を得る撮影処理と、前記撮影により得られた撮影画像の画像データに対し、該撮影画像を撮影した撮影装置により予め均一な照度分布を有する対象物を撮影した画像データを用い、対応する各画素毎に、それぞれ、除算する除算処理と、除算処理の結果得られた画像データに対して、所定の周波数よりも高い空間周波数成分のみを抽出して、信号の緩やかな変化分を除去する、シエーディング除去処理とを行うことにより、これを達成している。
即ち、照明光を塗布材料に入射して、基材面にて反射された照明光の正反射光で、且つ、塗布材料が透過性、吸収性を有する特定波長域の光のみで、検査領域を撮影することにより、後述するように、撮影画像の画像データに、塗布材料の膜厚に対応した信号分が含まれることとなる。
また、撮影により得られた撮影画像の画像データに対し、該撮影画像を撮影した撮影装置により予め均一な照度分布を有する対象物を撮影した画像データを用い、対応する各画素毎に、それぞれ、除算する除算処理を行うことにより、撮影手段の画素感度のバラツキの影響を補正した画像データを得ることができるものとしている。
更に、画像データから信号の緩やかな変化分を除去する、シエーディング除去処理を行うことにより、抽出しようとしている塗布材料の膜厚ムラに因るものではない、照明光の照度分布の不均一性等に因る信号の緩やかな変化分（シエーディング）を除去できるものとしている。
更に具体的には、シエーディング除去処理の結果得られた画像データに対して、特定の階調範囲を引き伸ばして、表示手段に表示して検査することにより、高い精度で、比較的簡単に、人の観察で、塗布材料の膜厚ムラを抽出することを可能としている。
また、シエーディング除去処理の結果得られた画像データに、各画素毎にそれぞれ、平滑化処理、微分処理を施して、得られた画像データに対し、各画素毎に所定のしきい値と比較して、所定のしきい値以上、あるいは以下の画素を抽出して、抽出された画素領域を膜厚ムラ部として抽出することにより、塗布材料の膜厚ムラを抽出を高い精度で、自動化してできるものとしている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の塗布材料の膜厚ムラ検査方法の実施の形態の例を挙げて説明する。
図１は、実施の形態のフロー図で、図２は実施の形態を実施するための装置の概略構成図で、図３は撮影する試料の一部の拡大断面図で、図４は他の装置例を示した図で、図５は画像データのフィルター処理（フィルターリング）を説明するための図である。
図１〜図４中、１１０は試料、１１１は基材、１１２は塗布材料、１１５は試料、１２０は線状の照明光源、１２１は照明光、１２５は面状の照明光源、１３０は撮影装置（ＣＣＤラインセンサカメラ）、１３１は正反射光（撮影光）、１４０は光学フィルター、１５０は画像処理部、１６０は搬送部、１７０は表示装置、θは（法線に対する）入射角あるいは反射角である。
本例は、基材１１１上に薄膜状に塗布されている、特定の光波長域に対して、光透過性を有し、且つ、吸収性を有する塗布材料１１２の膜厚ムラを検査する方法であって、図２に示す装置を用いて、塗布材料１１２が光透過性を有し、且つ、吸収性を有する特定の光波長域で、試料１１０を撮影し、塗布材料１１２の膜厚ムラを検査するものである。
【０００８】
図２、図３を用いて、本発明の膜厚ムラ測定の基本原理を簡単に説明しておく。
図２に示すように、撮影は、線状の照明光源１２０にて照射した領域の正反射光１３１のみが、撮影装置（ＣＣＤラインセンサカメラ）１３０の各画素に入り撮影されるように、撮影装置１３０、試料１１０、光源１２０の各位置を設定して行う。
こうすることにより、図３に示すように、照明光１２１が、試料１１０の塗布材料１１２を通過する距離が、膜厚にほぼ比例するようできるのである。
詳しくは、図３に示すように、Ａ１、Ａ２各箇所の塗布材料の厚さｔ１、ｔ２とすると、Ａ１箇所における塗布材料を通過する距離Ｌ１は、（Ｌ１／２）ｃｏｓθがほぼｔ１となることより、ほぼ２ｔ１／ｃｏｓθとなり、Ａ２箇所における塗布材料を通過する距離Ｌ２は、（Ｌ２／２）ｃｏｓθがほぼｔ２となることより、ほぼ２ｔ２／ｃｏｓθとなり、照明光１２１が、試料１１０の塗布材料１１２を通過する距離が、膜厚にほぼ比例することが分かる。
したがって、塗布材料１１２に対し、光透過性を有し、且つ、吸収性を有する特定の光波長域についてのみ、撮影装置１３０にて撮影することにより、塗布材料の膜厚差を特定波長域の光の強度としてとられることができる。
本例では、特定の波長域の撮影を行うために、撮影装置１３０へ入射する光を光学フィルター１４０でフィルタリングしている。
このようにして、撮影した撮影画像の画像データには、膜厚に対応した信号分が含まれることとなる。
本発明は、簡単には、このようにして、膜厚に対応した信号分が含まれれた撮影画像の画像データから、画像処理（演算処理）により、撮影手段の各画素の感度バラツキに起因する信号分や、照明の不均一性に起因する緩やかな信号の変化分を除去して得られた画像データを用い、更に処理を施して膜厚ムラ不良部を抽出するものである。
【０００９】
以下、図１に基づいて本発明の実施の形態の例を説明する。
図１中、Ｓ１１０〜Ｓ２２０は処理ステップを示すものである。
はじめに、実施の形態の第１の例を図１に基づいて説明する。
まず、図２に示す装置にて、試料の検査領域を撮影する。（Ｓ１１０）
図２に示す装置では、撮影装置１３０に入射する試料１１０からの撮影光は、線状の照明光源１２０の照明光１２１の正反射光１３１となるように、撮影装置１３０、試料１１０、線状の照明光源１２０を設置してある。
ここでは、撮影装置１３０はＣＣＤラインセンサカメラで、撮影の照明光源が線状の照明光源であり、試料１１０は、搬送部１６０に所定の速度で搬送されながら撮影されて、検査領域の全体が撮影されることとなる。
撮影画像の画像データ▲１▼は、試料１１０の膜厚ムラによる光強度変化の他に、撮影装置１３０の各画素の感度差を含むものである。
一方、図２に示す装置の撮影装置１３０にて、予め均一な照度分布を示す、対象物を撮影しておく。（Ｓ１２０）
この画像データ▲２▼は、ほぼ各画素ごとの感度差のみを含む画像データである。次いで、対応する撮影装置１１０の各画素毎に、画像データ▲１▼を画像データ▲２▼で除算する。（Ｓ１３０）
除算処理により得られた、画像データ▲３▼には、撮影装置１３０の各画素の感度差が含まれないものとなる。
次いで、緩やかな（低周波数の）信号成分を除去するシエーディング処理を行い（Ｓ１４０）、膜厚ムラ部のみが局部的に変化した画像データ▲４▼を得る。
この処理は、画像データ▲３▼の各画素毎に、近傍平均値の減算、あるいは、微分処理を施すことにより、緩やかな（低周波数の）信号成分を除去するものである。
例えば、画像データ▲３▼に対し、さらに、カーネルサイズの局所平滑化フィルターをかけ、フィルター後の画像を元の画像から減算する。
フィルターとしては、図５（ａ）に示すような、フィルターの各要素を１としたものを用いても良い。
尚、画像データの着目画素をＸ（ｉ、ｊ）として、フィルターを図５（ｂ）のような、各要素（Ａ１１〜Ａ３３）をもつフィルターとした場合、フィルターリング後の、即ち、平滑化処理後の着目画素Ｘ（ｉ、ｊ）は、図５（ｃ）のようになる。但し、Ｘ（ｉ、ｊ）の対応する要素はＡ２２である。
線状の照明光源１２０の照度分布が不均一なことによる明暗差の空間周波数帯は、ほとんどの場合膜厚ムラの空間周波数よりも低周波であるため、所定の周波数よりも高い周波数成分のみを抽出することにより、画像データから、照度分布の不均一の影響を除外できる。
【００１０】
次いで、得られた画像データ▲４▼に対し、膜厚ムラによって生じた画像中の暗部もしくは明部の大きさに近いサイズ（以降、ムラサイズと言う）で局所平滑化処理を施し（Ｓ１５０）、平滑化処理を施した画像に対してムラサイズに近い距離で２次微分処理を施す。（Ｓ１６０）
得られた画像データ▲５▼は、膜厚ムラが強調された画像データである。
尚、ここで言う微分処理も、所定のフィルターをかけて行う。
ここでは、画像データ▲４▼に対し、平滑化処理、微分処理を順次施したが、微分処理、平滑化処理の順でも良い。
次いで、画像データ▲５▼に対し、各画素毎に、所定のしきい値と比較し、画像データ▲５▼の中に、所定のしきい値以上、あるいは所定のしきい値以下の画素がある場合、この画素の領域を膜厚ムラ不良の領域として抽出し（Ｓ１７０）、膜厚ムラ不良の領域を抽出した画像データ▲６▼を得る。
このようにして、自動化した膜厚ムラ不良の画像データを得ることができ、膜厚ムラ不良の自動検出ができる。
【００１１】
次いで、実施の形態の第２の例を図１に基づいて説明する。
第２の例も、第１の例と同様、基材１１１上に薄膜状に塗布されている、特定の光波長域に対して、光透過性を有し、且つ、吸収性を有する塗布材料１１２の膜厚ムラを検査する方法であって、図２に示す装置を用いて、塗布材料１１２が光透過性を有し、且つ、吸収性を有する特定の光波長域で、試料１１０を撮影した撮影画像の画像データを利用するものである。
第２の例は、人がモニター（表示手段）表示された画像を観察して、膜厚ムラ不良を抽出する検査方法であるが、画像処理の要部を第１の例と同じとするものである。
第２の例は、第１の例と同様に、撮影画像の画像データ▲１▼に対し、除算処理（Ｓ１３０）、シーディング除去処理（Ｓ１４０）を行い画像データ▲４▼を得た後、画像データ▲４▼を用い、膜厚ムラに対応する信号レベル区間のみを拡大し、これを表示手段に表示して、膜厚ムラ部の階調範囲を拡大して示す。（Ｓ２１０）
そして、表示手段に表示された画像を観察して、膜厚ムラ不良を抽出する。（Ｓ２１０）
【００１２】
図４は、実施の形態第１の例、第２の例を実施するための別の装置の概略構成図で、画像処理部表示部は省いてある。
図４の装置は、試料１１５の基材が薄く基材が波打つような場合にも対応できる装置で、照明光源として、面光源１２５を用いたものである。
詳しくは、試料１１５の基材が薄く、図４に示すように、基材が波打つ場合、図２に示す装置における線状の照明光源１２０で照明すると、画像に基材の波打ちによる明暗が生じてしまい、膜厚ムラによる明暗差が抽出しずらくなるが、図４の装置では、これに対応できる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、基材上に薄膜状に塗布されている塗布材料の膜厚ムラの抽出を高い精度で行うことができる検査方法で、比較的簡単に表示装置を介して目視にて確認することができる検査方法、および自動検査方法の提供を可能とした。
結果、エッチングによるシャドウマスクの外形加工においては、カラー画像の高画質化の要求に応えることができるようになった。また、その量産にも対応できるものとした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の塗布材料の膜厚ムラ検査方法の実施の形態のフロー図
【図２】実施の形態を実施するための装置の概略構成図
【図３】撮影する試料の一部の拡大断面図
【図４】実施の形態を実施するための他の装置例を示した図
【図５】画像データのフィルター処理（フィルターリング）を説明するための図
【符号の説明】
１１０、１１５ 試料
１１１ 基材
１１２ 塗布材料
１２０ 線状の照明光源
１２１ 照明光
１２５ 面状の照明光源
１３０ 撮影装置（ＣＣＤラインセンサカメラ）
１３１ 正反射光（撮影光）
１４０ 光学フィルター
１５０ 画像処理部
１６０ 搬送部
１７０ 表示装置
θ （法線に対する）入射角および反射角

Claims (3)

1. 基材上に薄膜状に塗布されている、特定の光波長域に対して、膜厚差を波長の光の強度としてとらえることができるように、光透過性を有し、且つ、光吸収性を有する塗布材料の膜厚ムラを、コンピュータ処理を主体として、自動で検査する方法であって、前記特定の光波長域を含む照明光を塗布材料に入射して、基材面にて反射された照明光の正反射光で、且つ前記特定波長域の光のみで撮影し、検査領域を撮影した撮影画像を得る撮影処理と、前記撮影により得られた撮影画像の、画素毎に撮影において受けた光の強度に対応した画素値を持つ第１の画像データに対し、該撮影画像を撮影した撮影装置により予め均一な照度分布の照明光に対して均一な照度分布を有する対象物を撮影した第２の画像データを用い、対応する各画素毎に、それぞれ、第２の画像データの画素値で第１の画像データの画素値を除算する除算処理と、除算処理の結果得られた第３の画像データに対して、あらかじめ決めておいた周波数よりも高い空間周波数成分のみを抽出して、信号の緩やかな変化分を除去する、信号の緩やかな変化分除去処理とを、各処理記載順に行うもので、信号の緩やかな変化分除去処理の結果得られた第４の画像データに、各画素毎にそれぞれ、平滑化処理、微分処理を施して、得られた第５の画像データに対し、各画素毎にその画素値をしきい値と比較して、該しきい値以上、あるいは以下の画素を抽出して、抽出された画素領域を膜厚ムラ部として抽出することを特徴とする塗布材料の膜厚ムラ検査方法。
2. 請求項１において、撮影手段としてラインセンサカメラを用い、且つ、照明手段として面状照明を用いることを特徴とする塗布材料の膜厚ムラ検査方法。
3. 請求項１ないし２において、基材が金属板材で、塗布材料が製版用のレジストであることを特徴とする塗布材料の膜厚ムラ検査方法。

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