(57)【要約】【課題】  二光束干渉光学系を備えた装置を利用した表面形状の測定における誤計測を的確に判別することにより、誤計測に起因する種々の問題を無くすことのできる表面形状測定方法を提供する。【解決手段】  本発明の表面形状測定方法は、観察対象となる基板面を、該基板の観察対象部位の法線方向に走査しながら二光束干渉光学系を用いて観察して得られた画像データから、上記観察対象部位における走査方向の明度変調量を算出し（ステップＳ３）、算出して得られた明度変調量から、上記観察対象部位の高さまたは深さを計測する（ステップＳ４）。そして、上記観察対象部位に対して得られる明度変調量のうち予め設定された基準値を越えた明度変調量を走査方向に抽出して得られる明度変調領域から、上記ステップＳ４で計測された該観察対象部位における計測値が誤計測であるか否かを判別する（ステップＳ８）。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象となる基板面を、該基板の観察対象部位の法線方向に走査しながら二光束干渉光学系を用いて観察して画像データを得る観察手段と、
上記観察手段によって得られた画像データから、上記観察対象部位における走査方向の明度変調量を算出する明度変調量算出手段と、
上記明度変調量算出手段によって得られた明度変調量から、上記観察対象部位の高さまたは深さを計測する計測手段と、
上記観察対象部位に対して得られる明度変調量のうち予め設定された基準値を越えた明度変調量を走査方向に抽出して得られる明度変調領域から、上記計測手段によって計測された該観察対象部位における計測値が誤計測であるか否かを判別する誤計測判別手段とを備えていることを特徴とする表面形状測定装置。
【請求項２】
上記基準値は、基板面の干渉が発生しない走査方向の位置で得られた画像データによって設定されていることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項３】
上記観察手段は、観察対象部位の法線方向への走査時に一定の距離間隔で観察して画像データを得ることを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項４】
上記誤計測判別手段は、明度変調領域の幅を判別基準として誤計測を判別することを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項５】
さらに、上記計測手段によって計測された計測値から基板面の形状を特定する形状特定手段を備え、
上記形状特定手段は、上記誤計測判別手段によって誤計測であると判別された計測値を除いた計測値から基板面の形状を特定することを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
【請求項６】
観察対象となる基板面を、該基板の観察対象部位の法線方向に走査しながら二光束干渉光学系を用いて観察して得られた画像データから、上記観察対象部位における走査方向の明度変調量を算出する第１のステップと、
算出して得られた明度変調量から、上記観察対象部位の高さまたは深さを計測する第２のステップと、
上記観察対象部位に対して得られる明度変調量のうち予め設定された基準値を越えた明度変調量を走査方向に抽出して得られる明度変調領域から、上記第２のステップで計測された該観察対象部位における計測値が誤計測であるか否かを判別する第３のステップとを含んでいることを特徴とする表面形状測定方法。
【請求項７】
観察対象となる基板面を、該基板の観察対象部位の法線方向に走査しながら二光束干渉光学系を用いて観察して得られた画像データから、上記観察対象部位における走査方向の明度変調量を算出する第１の手順と、
算出して得られた明度変調量から、上記観察対象部位の高さまたは深さを計測する第２の手順と、
上記観察対象部位に対して得られる明度変調量のうち予め設定された基準値を越えた明度変調量を走査方向に抽出して得られる明度変調領域から、上記第２の手順で計測された該観察対象部位における計測値が誤計測であるか否かを判別する第３の手順とをコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムをコンピュータ読取可能に記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネル基板・半導体ウエハ等の基板面の表面形状の測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display；略称ＬＣＤ）およびプラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel；略称ＰＤＰ）などによって代表されるフラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display；略称ＦＰＤ）は、近年高精細化が進み、画素数が増加している。そのため、製造工程での欠陥発生率が高くなっている。さらに、大型化によりＦＰＤ単価も上昇している。この２つの理由により、ＦＰＤ製造工程で発生した欠陥を迅速に検出することが望まれている。
【０００３】
ＦＰＤの製造工程で発生する欠陥の一つとして、異物の付着や表面に生成した膜の欠損による凹凸形状を有する欠陥が存在する。例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor；略称ＴＦＴ）方式のＬＣＤパネルの製造工程の場合、ＴＦＴを形成したＴＦＴ基板と、カラーフィルタを形成したカラーフィルタ基板を一定のギャップを有する状態で貼り合わせて、貼り合わせた面のギャップ部に液晶を注入することでＬＣＤパネルを製造する。この工程では、ＴＦＴ基板またはカラーフィルタ基板面に異物に起因する突起である凸形状の欠陥があると、ギャップ不均一による表示品位の低下や、透明電極のショート等の不良が発生することがある。また、ＴＦＴ基板を製造する際、トランジスタやゲート・ソース等のバスラインを形成した上に絶縁膜を成膜する場合、絶縁膜が欠損する凹形状の欠陥が発生することがあり、これにより、電極のショート等による不良が発生することもある。
【０００４】
このように基板面上の凸形状の欠陥の有無は品質や製造工程管理に影響する為、これを測定することの重要性が増している。
【０００５】
又、近年、製造歩留まり向上のため、インクジェット方式及びディスペンサー方式を用い、カラーフィルタ基板面のフィルタ膜の欠陥に対しインク材料を塗布することにより欠陥を修正する方法が導入されている。しかしながら、インク材料を塗布することにより、塗布した材料に突起が発生するなどがあり、修正する際には、修正後に管理基準を超えるような高さの突起の有無を判別する必要が高まっている。
【０００６】
これらの凹凸形状の欠陥を検出する方法としては、従来よりレーザー共焦点顕微鏡や二光束干渉顕微鏡を用いて物体面の三次元形状を測定して、基板面の高さを基準として高さ変位部分を検出することで凹凸物体を検出する方法等が用いられてきた。特に二光束干渉顕微鏡は、レーザー共焦点顕微鏡と違い、レーザー光をスキャンする必要性が無く、顕微鏡寸法を小さくできるメリットがあり、ＦＰＤの製造工程へ導入する装置への組み込み性が良いことから、利用される事例が増加している。
【０００７】
二光束干渉を用いた三次元測定方法または装置には、特許文献１に示す装置や、非特許文献１に示す方法がある。
【特許文献１】特開２００１-６６１２２（２００１年３月１６日公開）
【非特許文献１】精密工学会主催  第１３回外観検査の自動化ワークショップ    講演論文集  ２００１年１２月６日、７日  北川克一  他    「信号処理に一般標本化定理を応用した光干渉式高速表面形状測定装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、二光束干渉顕微鏡を用いた代表的な表面形状測定装置は、干渉レンズを対物レンズに用いた撮像カメラを搭載した明視野照明光源と観察画像を撮像する撮像カメラを具備した顕微鏡観察システムと、計測対象の基板面と顕微鏡観察システムの基板面に対し法線方向の位置関係を任意量移動する１軸の位置決め機構とを用い、基板面を該基板面に対し法線方向に走査して得られた画像の明度変化により干渉光による光強度変化を計測し、これにより光強度変化が最大になる時の基板面の法線方向の位置を合焦点位置、すなわち表面高さと判断する方法により表面形状を測定している。
【０００９】
ところが、上記のような二光束干渉顕微鏡を用いて、カラーフィルタ基板面上の欠陥に対し、フィルタ材料を塗布した基板面の表面形状を測定した場合、高さを誤計測する計測点が発生することが判明した。この誤計測する計測点は、フィルタ材料の塗布形状が基板面に対し斜めの急峻な斜面になっている領域と、カラーフィルタ間に形成するブラックマトリックス領域とカラーフィルタ領域との境界領域にあり、必ず発生するものではないが、計測時に用いるカメラ撮像画像の画素単位での高さ計測においては、１画面のサイズに対して数百画素に及ぶ誤計測画素が発生することがある。
【００１０】
ここで、誤計測する画素について、顕微鏡と基板面の位置関係を走査した際の撮像画像の明度変調を観察したところ、干渉光による明度変調に加え、本来の干渉光に関係しない明度変化が発生しており、干渉光による明度変調よりも変調量が大きな場合に誤計測していることが判明した。
【００１１】
このように、誤計測が発生すると、例えば突起の最大高さを測定して製品の良否を判定する装置においては、実際には存在しない誤計測により発生した突起を不良品と誤判定する等の問題が発生する。
【００１２】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、二光束干渉光学系を備えた装置を利用した表面形状の測定における誤計測を的確に判別することにより、誤計測に起因する上述したような問題を無くすことのできる表面形状測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る表面形状測定装置は、上記課題を解決するために、観察対象となる基板面を、該基板の観察対象部位の法線方向に走査しながら二光束干渉光学系を用いて観察して画像データを得る観察手段と、上記観察手段によって得られた画像データにから、上記観察対象部位における走査方向の明度変調量を算出する明度変調量算出手段と、上記明度変調量算出手段によって得られた明度変調量から、上記観察対象部位の高さまたは深さを計測する計測手段と、上記観察対象部位に対して得られる明度変調量のうち予め設定された基準値を越えた明度変調量を走査方向に抽出して得られる明度変調領域から、上記計測手段によって計測された該観察対象部位における計測値が誤計測であるか否かを判別する誤計測判別手段とを備えていることを特徴としている。
【００１４】
通常、二光束干渉方式において、基板面の観察対象部位における干渉光による明度変調は、合焦点、すなわち観察対象部位における高さまたは深さに相当する位置を基準に前後で生じている。この明度変調が生じている領域を明度変調領域とする。この明度変調領域は、使用する二光束光学系によってほぼ同じ大きさになるので、明度変調領域の大きさを比較すれば、観察対象部位の計測値が誤計測であるか否かを容易に判別することが可能となる。
【００１５】
従って、上記構成のように、観察対象部位に対して得られる明度変調量のうち予め設定された基準値を越えた明度変調量を走査方向に抽出して得られる明度変調領域を判別基準として、上記計測手段によって計測された該観察対象部位における計測値が誤計測であるか否かを判別する誤計測判別手段を備えることで、簡単な構成で的確に誤計測した計測値を判別することができる。
【００１６】
上記基準値は、基板面の干渉が発生しない走査方向の位置で得られた画像データによって設定されていることが好ましい。
【００１７】
この場合、基板面の干渉が発生しない走査方向の位置は、基板面からの距離が正確であるので、この位置で得られた画像データによって明度変調領域を規定する基準値を設定することにより、表面形状測定装置毎の固有の明度変調領域をより的確に規定することができる。
【００１８】
これにより、より精度の高い誤計測の判別を行うことが可能となるので、従来のように、高さを誤計測する可能性があるとして測定失敗となり表面形状を測定できない測定点の発生を、少なくすることができる。
【００１９】
上記観察手段は、観察対象部位の法線方向への走査時に一定の距離間隔で観察して画像データを得るようにすることが好ましい。
【００２０】
この場合、観察対象部位の高さまたは深さを特定するのに必要な間隔で画像データを取得すればよいので、誤計測の判別にかかる処理時間を短くすることが可能となる。
【００２１】
上記誤計測判別手段は、明度変調領域の幅（干渉長）を判別基準として誤計測を判別することが好ましい。
【００２２】
これにより、明確な判別基準を利用して誤計測を判別することが可能となる。
【００２３】
さらに、上記計測手段によって計測された計測値から基板面の形状を特定する形状特定手段を備え、上記形状特定手段は、上記誤計測判別手段によって誤計測であると判別された計測値を除いた計測値から基板面の形状を特定するようにしてもよい。
【００２４】
この場合、誤計測値が利用されずに基板面の形状を特定することができるので、誤計測値に起因する種々の問題点、すなわち、突起の最大高さを測定して製品の良否を判定する装置において、実際には存在しない誤計測により発生した突起を不良品と誤判定する等の問題を生じさせないようできる。
【００２５】
本発明の表面形状測定方法は、上記の課題を解決するために、観察対象となる基板面を、該基板の観察対象部位の法線方向に走査しながら二光束干渉光学系を用いて観察して得られた画像データから、上記観察対象部位における走査方向の明度変調量を算出する第１のステップと、算出して得られた明度変調量から、上記観察対象部位の高さまたは深さを計測する第２のステップと、上記観察対象部位に対して得られる明度変調量のうち予め設定された基準値を越えた明度変調量を走査方向に抽出して得られる明度変調領域から、上記第２のステップで計測された該観察対象部位における計測値が誤計測であるか否かを判別する第３のステップとを含んでいることを特徴としている。
【００２６】
上記の構成によれば、各観察部位における計測値が誤計測であるか否かを的確に判別することが可能となる。
【００２７】
また、上記表面形状測定方法を、観察対象となる基板面を、該基板の観察対象部位の法線方向に走査しながら二光束干渉光学系を用いて観察して得られた画像データから、上記観察対象部位における走査方向の明度変調量を算出する第１の手順と、算出して得られた明度変調量から、上記観察対象部位の高さまたは深さを計測する第２の手順と、上記観察対象部位に対して得られる明度変調量のうち予め設定された基準値を越えた明度変調量を走査方向に抽出して得られる明度変調領域から、上記第２の手順で計測された該観察対象部位における計測値が誤計測であるか否かを判別する第３の手順とをコンピュータに実行させるプログラムによって実現してもよい。
【００２８】
上記プログラムをコンピュータ読取可能な記録媒体に記録して使用してもよい。
【００２９】
これにより、表面形状測定方法を汎用のコンピュータにより実現することができるので、表面形状測定装置を安価に製造することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る表面形状測定装置は、以上のように、観察対象となる基板面を、該基板の観察対象部位の法線方向に走査しながら二光束干渉光学系を用いて観察して画像データを得る観察手段と、上記観察手段によって得られた画像データにから、上記観察対象部位における走査方向の明度変調量を算出する明度変調量算出手段と、上記明度変調量算出手段によって得られた明度変調量から、上記観察対象部位の高さまたは深さを計測する計測手段と、上記観察対象部位に対して得られる明度変調量のうち予め設定された基準値を越えた明度変調量を走査方向に抽出して得られる明度変調領域から、上記計測手段によって計測された該観察対象部位における計測値が誤計測であるか否かを判別する誤計測判別手段とを備えている構成である。
【００３１】
これにより、観察対象部位に対して得られる明度変調量のうち予め設定された基準値を越えた明度変調量を走査方向に抽出して得られる明度変調領域を判別基準として、上記計測手段によって計測された該観察対象部位における計測値が誤計測であるか否かを判別する誤計測判別手段を備えることで、簡単な構成で的確に誤計測した計測値を判別することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明に係る表面形状測定装置を、修正状態の基板表面を検査する検査装置に適用した実施の形態について図１ないし図９に基づいて説明すると以下の通りである。
【００３３】
上記検査装置は、図３に示すように、液晶パネル基板などの基板１の表面膜の欠損等による欠陥を、表面膜材料を塗布して修正した状態の基板面を検査し、突起状態となり修正が失敗しているか否かを判定するためのものである。
【００３４】
上記検査装置は、被検査対象の基板１の表面を鉛直な方向（上記基板１の表面方向に対し垂直な方向）より観察するための、二光束干渉用の対物レンズ２と、ピエゾアクチュエータ（移動手段）３と、ピエゾアクチュエータコントローラ４と、鏡筒５と、撮像カメラ６と、制御用パーソナルコンピュータ（略称：制御ＰＣ、制御手段、計算処理手段）７と、表示機器８と、基板ステージ（移動手段）９と、基板ステージ９のコントローラ１０とを有している。本発明の観測手段は、対物レンズ２と、鏡筒５と、撮像カメラ６とを少なくとも有している。
【００３５】
上記鏡筒５は、円筒状で内周面が黒色といった光吸収仕上げとなっており、上記鏡筒５の中心軸が上記対物レンズ２の光軸と同軸上となるように設けられている。上記対物レンズ２は、鏡筒５における基板１側の一端部に取り付けられている。また、上記撮像カメラ６は、撮像カメラ６の受光の光軸を上記鏡筒５の中心軸と同軸上となるように鏡筒５における基板１側とは反対側の他端部に取り付けられている。
【００３６】
なお、本実施の形態では、上記の観測手段として、例えば代表的な製品として、東レエンジニアリング株式会社製のSP-500Mを使用することができる。
【００３７】
本実施の形態では、上記表示機器８は、ＬＣＤモニターで構成され、上記制御ＰＣ７に設けられており、データを画像として表示するためのものである。上記基板ステージ９は、制御ＰＣ７により制御され、基板１を固定して保持し水平方向（上記基板１の表面方向に沿った二次元方向つまり後述するＸＹ軸方向）へ移動することが可能な支持台である。上記コントローラ１０は、制御ＰＣ７からの、基板ステージ９の座標位置を示す信号により、基板ステージ９の移動を制御するためのものである。
【００３８】
本実施の形態においては、対物レンズ２の倍率は例えば１０倍を用いている。基板１上の凹凸形状の計測方法としては、白色二光束干渉方式を用いており、ピエゾアクチュエータ３により基板１を観察するための対物レンズ２の光軸方向に沿って対物レンズ２が往復移動するように構成され、ピエゾアクチュエータ３内のピエゾ素子の駆動により対物レンズ２と基板１の相対位置関係を前記鉛直な方向に沿った往復方向に変位させて走査できる構成となっている。
【００３９】
また、本実施の形態では、基板１の表面方向と並行な（表面方向に沿った方向の）軸方向をＸＹ軸、基板１の表面に鉛直な軸方向をＺ軸と定義する。ピエゾアクチュエータ３の先端部には対物レンズ２が取り付けられ、鏡筒５の一端部（基板１に対面する端部）においては、ピエゾアクチュエータ３が取り付けられ、鏡筒５の他端部には、撮像カメラ６も取り付けられている。
【００４０】
その上、鏡筒５内には図示しないハロゲンランプによる白色光源が設けられている。上記白色光源は、鏡筒５内の図示しないハーフミラーを介して鏡筒５内の撮像カメラ６による観察光軸と同軸方向で観察面を落射する照明を構成している。
【００４１】
上記対物レンズ２は、二光束干渉用対物レンズを用いており、例えば株式会社ニコンインステックのCF  IC  EPI Plan  DI  １０X  を用いている。この対物レンズ２内に、観察側からの光源光をハーフミラーにより観察対象と参照ミラーへの光へと分岐し、観察対象と参照ミラーからの反射光を再び重ね合わせて干渉像光を発生し、その干渉像光を撮像カメラ６により撮影することで、基板１の表面に対する、Ｚ軸方向の走査が可能な白色二光束干渉方式の顕微鏡観察系が構成されている。
【００４２】
撮像カメラ６により撮像された顕微鏡観察画像（以下、画像と称する）は、制御ＰＣ７で画像データとしてキャプチャーされ、表示機器８に制御ＰＣ７のディスプレイ表示内容と共に、表示される。
【００４３】
制御ＰＣ７には、撮像カメラ６のキャプチャーの制御とピエゾアクチュエータコントローラ４による対物レンズ２をＺ軸方向に制御することに基づく干渉像光及び非干渉光による画像および三次元形状を測定し出力する機能と、測定した三次元形状より欠陥を検出し良否を判定し結果を出力する機能と、対物レンズ２をＺ軸方向の所定値に固定してコントローラ１０により制御される基板ステージ９によって任意の位置に基板１をＸＹ軸方向に移動して観察する機能と、これらの機能を実現する為に必要なデータおよびプログラムを記憶し必要に応じて読み出し実行することのできる機能と、オペレータ（操作員）の操作に必要な操作入力機能とが、それぞれ互いに独立して機能するように設けられている。
【００４４】
上記構成の検査装置は、図１に示すような機能ブロック図で構成される表面形状測定装置を備えている。
【００４５】
図１に示す表面形状測定装置は、図３に示す検査装置の各部に対応する、入力部１０１、表示部１０２、表面形状計測部１０３、計測値記憶部１０４、明度変調量算出部１０５、干渉長算出部１０６、誤計測判別部１０７、駆動制御部１０８、ＲＯＭ１０９、ＲＡＭ１１０、ＣＰＵ１１１を備えた構成となっている。
【００４６】
上記入力部１０１は、図３に示す対物レンズ２、鏡筒５、撮像カメラ６で構成される観測手段、ユーザが操作するための操作パネル（図示せず）を含んだ構成となっている。
【００４７】
上記表示部１０２は、図３に示す表示機器８に相当し、ユーザが観測状態を確認できるような画像を表示するようになっている。
【００４８】
上記表面形状計測部１０３は、上述したように、上記入力部１０１を構成する撮像カメラ６のキャプチャーの制御とピエゾアクチュエータコントローラ４による対物レンズ２をＺ軸方向に制御することによって得られた干渉像光及び非干渉光に基づいて画像および三次元形状を測定することで、基板１の表面形状を計測する機能を実現するものである。
【００４９】
上記計測値記憶部１０４は、上記表面形状計測部１０３によって計測された表面形状に対応する計測値を記憶するものである。この計測値記憶部１０４には、上記入力１０１から一定の間隔で出力されてくる画像データが逐次記憶されるようになっている。
【００５０】
上記明度変調量算出部１０５は、上記入力部１０１からの画像データから計測対象である基板１の表面の観察対象部位における明度変調量を算出するものである。
【００５１】
上記干渉長算出部１０６は、上記明度変調量算出部１０５によって算出された明度変調量に基づいて計測対象である基板１の表面における干渉長を算出するものである。
【００５２】
上記誤計測判別部１０７は、上記干渉長算出部１０６によって算出された干渉長に基づいて計測値が誤計測したものであるか否かを判断するようになっている。この場合の干渉長とは、上記観察対象部位に対して得られる明度変調量のうち予め設定された基準値を越えた明度変調量を走査方向に抽出して得られる明度変調領域の走査方向の幅を示す。
【００５３】
上記駆動制御部１０８は、撮像カメラ６のキャプチャーの制御、ピエゾアクチュエータコントローラ４による対物レンズ２のＺ軸方向への制御等の各部の駆動制御手段として機能する。
【００５４】
上記ＲＯＭ１０９は、各部による処理のプログラムを格納する記憶部である。
【００５５】
上記ＲＡＭ１１０は、上記のプログラムを処理するための作業領域となる記憶部である。
【００５６】
上記ＣＰＵ１１１は、上記の各部を制御するようになっている。
【００５７】
この構成により、基板１に対し観察機能のみでなく三次元形状の測定が可能な構成となっている。撮像カメラ６によって顕微鏡観察する基板１の位置は、基板ステージ９により移動することが可能である。移動する位置は、予め制御ＰＣ７内の座標位置を記憶する媒体に格納されており、制御ＰＣ７でのオペレータ操作もしくは自動制御によって順次移動し、基板１の各所で検査をそれぞれ行うことが可能である。
【００５８】
ここで、二光束干渉方式における誤計測発生のメカニズムについて図４〜図８を参照しながら以下に説明する。
【００５９】
図４は、Ｚ軸方向に沿って走査したときの白色二光束干渉方式の観察で得られた基板面の画像の中で、任意の１画素を対象部位としたときの干渉光による明度変調を示したインターフェログラムである。図４では、横軸にＺ軸の走査位置であるＺ座標を、縦軸に明度を示している。
【００６０】
本実施の形態では、白色二光束干渉の観察画像（干渉像光）は、対物レンズ２の合焦点位置とその付近において干渉が発生する様な構成となっている。干渉は、合焦点位置から離れるに従い１次、２次と干渉縞のコントラストが低下しながら変化し、３次以降の干渉縞はコントラストが低く観察することが困難になる。
【００６１】
白色光源にハロゲンランプを用いた場合、およその中心波長帯としては約６００[ｎｍ］付近となるので、干渉縞の発生周期であるλ／２は約３００［ｎｍ］となる。干渉縞が０次から２次まで観察した場合の可干渉長は合焦点位置を基準として前後に約０．９［μｍ］となる。可干渉長は、ハロゲンランプの発光分光分布や、撮像カメラ６の分光感度分布、カメラ撮像電子回路のＳ／Ｎ等の性能の組み合わせにより微小な変化があり実際の測定ではやや広域となり発明者が用いている構成では約１［μｍ］前後となる。このため、これ以降、本実施の形態での可干渉長は±１［μｍ］として記述する。
【００６２】
図４にはこの様子が示されており、Ｚ座標の合焦点位置１１とその前後で干渉による明度変化が最大となるコントラストが観察され、順次Ｚ軸が上下（Ｚ軸方向）にオフセットされるにつれコントラストが低下し、可干渉長の範囲である下限位置１２と上限位置１３の範囲内を越えると、もはや干渉による明度コントラストはノイズにうずもれて観察できなくなる。下限位置１２または上限位置１３は合焦点位置１１からの距離は約１［μｍ］である。
【００６３】
このた白色二光束干渉方式を用いた本形態での三次元測定では、Ｚ軸を走査して得られたインターフェログラムを用いて、干渉による明度コントラストが最大になるときに、測定点の合焦点位置があると判断して被測定物体面である基板１上の種々な高さを計測し、これを撮像画像の画素単位で行い、画像内の画素毎の高さ情報を画像として統合して三次元の表面形状を測定する方法を用いている。
【００６４】
図５は液晶パネル基板（以下、単に基板と称する）１６の表面材料の欠陥を修正した部分の法線方向からの観察画像の模式図であり、図６は、図５のＡＡ線矢視断面図を示す。尚、図５及び図６での斜線領域は明度値を示すものでは無く、領域を説明する為の記述である。
【００６５】
基板１６の表面上には、カラーフィルタ膜であるＲ(R:Red)膜１７、Ｇ(G:Green)膜１９、Ｂ（B:Blue)膜２０とＢＭ（BM:ブラックマトリクス）膜１８が生成されている。Ｇ膜１９には欠損があった為、修正の為にレーザー照射顕微鏡で方形にカラーフィルタ膜をトリミング（除去・整形）し、トリミング箇所２１にマイクロディスペンサ方式でＧ膜１９と等価な修正材料２２を塗布したものである。塗布された材料は、トリミング内部に注入されるとともに、周囲への滲みが発生し、滲み部の周囲に突起形状に盛り上がりが形成された状態を示しており、図で最も高い部分を突起２３として示している。このように塗布した材料にもよるが、塗布部周囲に突起が発生する場合があり、この場合には、この突起の高さを測定する必要がある。
【００６６】
図７は、図５及び図６に示した表面形状について、図５におけるＡＡ線矢視断面部分の高さを測定した断面形状を示している。横軸に測定画素位置、縦軸に高さを示している。
【００６７】
２箇所のＢＭ膜１８の両端部で各々誤計測による突起２５が、また塗布部の周囲に塗布材料による突起２４が発生しているが、この突起２４の斜面に部分的に誤計測による突起２６があり、いずれも実際には存在しない高さが誤測定されており、これらの誤測定は本来の塗布材料の突起より一般的に高い値を示すことが多い。
【００６８】
図８は、図７で示した測定点を白色二光束干渉方式で観察したときのインターフェログラムを示している。横軸にＺ軸方向の走査位置、縦軸に撮像画像の明度を示しており、正常な干渉光による光変調を明度変調３１に、ＢＭ膜１８の両端の誤計測部の光変調を明度変調３３に、滲み部の周囲の誤計測部の光変調を明度変調３２に示している。図８の３種類の明度変調は、各々１種類の明度変調の説明の為に３種類を明度の軸上に各々オフセットした位置に記述しており、実際に明度が明度変調３３、明度変調３１、明度変調３２の順で高くなっているとは限らない。
【００６９】
明度変調３１は走査位置の中央付近で干渉光が発生し、干渉による代表的な明度変調が得られている様子を示している。
【００７０】
ここで誤計測が発生する理由を説明する。
【００７１】
ＢＭ膜１８とＧ膜１９では、ＢＭ膜よりもＧ膜１９の表面の光反射率が高い。これにより、ＢＭ膜１８の境界付近では、Ｚ軸を走査して撮像している最中に外乱による振動が発生して、基板面に沿った水平方向へ観察位置が変位するとＧ膜面を撮像するケースが発生する。またＢＭ膜１８とＧ膜１９の境界部は高さに段差があるため、境界部は急峻な斜面となっている。この急峻な斜面は、光を基板面の法線方向への反射率が非常に低い為、暗く観察される。
【００７２】
ＢＭ膜１８を撮像する最中に、この境界部の暗い部分を撮像するケースもあるため、ＢＭ膜１８の境界部分は図８に示すように実際の干渉光による明度変調のほかに、水平位置の変位による擬似的な明度変調が観察され、本図の説明のように干渉による明度変調を識別できなくなることがある。
【００７３】
このような擬似的な光変調が観察されると、従来の方法では、Ｚ軸を走査する間の最大の変調箇所を基板面と誤認識する為、図７で示したように高さを誤計測することになる。
【００７４】
塗布材料の突起部の周囲の誤計測部では、２つの傾向がある。１つは明度変調３２に示すように、複数と推定される膜面で干渉が発生し、干渉波形が複数発生した明度変調３４が、Ｚ軸の走査位置がずれた状態（符号３５で示す一の明度変調）で重なったように観察されるケースである。元々カラーフィルタ材料は光を透過する性質があるため、塗布した膜の裏面での反射光によりこのような現象が発生する傾向にあるが、材料内にはカラー顔料が点在し光の透過率が低く、これにより塗布した膜の裏面での反射は強度が低く、通常では画像からは観察できない。しかし塗布時の突起部周囲は斜面部であり膜表面からの反射光量が元々少なく、膜を透過して膜の裏面で反射した光や、突起部の内部に進入した光が、複数回の屈折・反射を経て迷い光となり、このように膜表面では存在しない光変調をもたらしていると考えられる。もうひとつは、ＢＭ膜１８の境界部分で説明した明度変調３３と同様に斜面の明度と例えば塗布材料による突起頂点部の平らな部分に明度差があり、振動による水平方向の変位で擬似的な明度変調が観察されるケースである。塗布材料による突起頂点は基板面に平行である為、基板の法線方向への反射率が高いため、発生する。
【００７５】
正常な干渉光による光変調が得られる部位は、可干渉長が±１μｍであるため、明度変調が観察されるＺ軸方向の幅も同様の長さとなる。しかし、擬似的な明度変調が観察される部位は、±１μｍを越える明度変調幅が観察される。従って本発明では、明度変調の幅を測定して誤計測を発生する画素であるか否かを判別する。
【００７６】
次に上記のメカニズムにより発生した誤計測を判別する方法について図９を参照しながら以下に説明する。
【００７７】
高さ測定では前記したように、Ｚ軸を走査して得られたインターフェログラムを用いて、干渉による明度コントラストが最大になる位置を求める。図９はインターフェログラムの明度変調成分のみを図示したものであり、撮像系のノイズ量を考慮して設定した干渉明度変調検出しきい値３６を超える明度変調成分を抽出して高さを計測する。この際、抽出した明度変調領域の幅すなわち干渉長３７を算出する。算出した干渉長が±１μｍを大きく超える場合には、誤計測の可能性があるとして、当該画素の高さ計測はデータとして用いないことにより、誤計測値を誤って利用することの無いようにすることができる。
【００７８】
また振動等による干渉光によらない明度変調は明度変調検出しきい値３６より大きな値を示すため、干渉長算出用変調検出しきい値３８は、これを考慮してノイズによる変調量を考慮した値よりも大きな値であり且つ振動等による擬似的な明度変調量を検出可能な値を設定する。干渉長算出用変調検出しきい値３８はノイズによる変調量を考慮した値よりも大きな値を設定するため、測定した干渉長は、実際に干渉光により観察された明度変調の幅よりも小さな値となる。このため、誤計測の判定における干渉長のしきい値はこれを考慮して設定する。１例としては正常に計測された干渉長を予め測定しておき、干渉長のばらつきを考慮して、正常に計測された干渉長よりも大きな値を設定する。
【００７９】
このような手段を用いると誤計測を解消することができるが、一方で干渉光による明度変調が振動による擬似的な明度変調よりも有意な値で観察されているにもかかわらず、振動による擬似的な明度変調を干渉長と判定される為に誤計測と判定され、修正後の判定に利用できない画素が多くなる。
【００８０】
干渉光による明度変調が擬似的な明度変調よりも有意差を持つ場合、有意差はその部位の明度反射率が高いために、干渉光による明度変調が大きく、これにより擬似的な明度変調よりも大きな変調を得ることがわかる。本構成における表面形状測定装置は、合焦点位置とその可干渉幅内で干渉が発生する為、合焦点位置では表面反射の量を測定することができない。しかしこのとき、合焦により明度変調量が最大になった位置よりも、可干渉長を超えたオフセット位置にＺ軸が位置した際に撮像した非干渉画像は、干渉による変調は無く、本来の物体の表面反射に応じた明度値を得ることが出来ている。従ってこのときの明度値が高い部位は、干渉光による明度変調が、擬似的な明度変調より有意差をもつことができる。従って、非干渉画像を用いて測定する画素の明度値により、干渉長算出用変調検出しきい値３８の値を誤計測判定時に調整することにより、擬似的な明度変調があっても、干渉光による明度変調が擬似的な明度変調よりも有意差を持つ場合には、誤計測判定されることなく正常に高さを測定できる。
【００８１】
非干渉画像は、高さ計測において得られた高さのＺ軸の位置に、所定の高さとして例えば２［μｍ］をオフセットしたＺ軸位置での撮像画像より得ることができる。
【００８２】
Ｚ軸位置をオフセットすると焦点がぼける可能性があるため、Ｚ軸位置のオフセット量は焦点範囲を超えない範囲で設定することが望ましい。このオフセット値は対物レンズ２の倍率やＮ．Ａおよび撮像カメラの分解能により観察系の焦点深度は異なるが、１０倍程度の倍率の場合には、２［μｍ］とすることで、問題となるような基板面の像へのデフォーカスによる影響はない。
【００８３】
非干渉画像による干渉長算出用変調検出しきい値３８の調整の一例としては、予め基準となる干渉長算出用変調検出しきい値３８を基準値と調整値の２種類設定しておき、非干渉画像の明度値が所定の値を超えない場合には基準値を用い、超える場合には調整値を用いる。また、このように２段階だけでなく、撮像画像の量子化階調が多いことを利用して、より多くの多段階で設定しても良い。
【００８４】
以上述べた本実施の形態における基板１の表面における高さ測定処理の一例を図２に示すフローチャートに基づき説明する。この図２に示すフローチャートは、基板１のある任意の１箇所の高さを測定するときの測定フローチャートを示している。
【００８５】
まず、ＳＴＥＰ１では、予め制御ＰＣ７に記憶した基板面の検査位置を撮像できる位置となるように基板１を移動させる。
【００８６】
ＳＴＥＰ２においては、予め制御ＰＣ７に設定した速度でＺ軸を等速移動させ、移動中に定期的に画像を撮像し、撮像で得た複数の画像を制御ＰＣ７内の記憶部に保存する。
【００８７】
ＳＴＥＰ３においては、撮像画像の各画素毎に明度変調検出しきい値３６を用いて明度変調量を算出する。
【００８８】
ＳＴＥＰ４においては、明度変調量の最大強度の際のＺ軸位置を高さとして測定する。
【００８９】
ＳＴＥＰ５においては、ＳＴＥＰ４において得られたＺ軸位置から、２［μｍ］オフセットした位置の画像より本来の基板明度を得る。
【００９０】
ＳＴＥＰ６においては、ＳＴＥＰ５において得た明度により、干渉長算出用変調検出しきい値３８を選択・設定する。
【００９１】
ＳＴＥＰ７においては、干渉長算出用変調検出しきい値３８を用い、高さ計測した各画素毎に干渉長を算出する。
【００９２】
ＳＴＥＰ８においては、得られた干渉長を判断し、所定の幅を超える場合には
測定結果を誤計測値として扱う。所定の幅以下である場合には測定結果を正常計測値として扱う。
【００９３】
本実施の形態では、基板面上に凸形状の突起状の修正後状態を検査する場合を説明したが、基板面上の凹形状であっても良く、また修正後の良否判定のみならず、表面形状を測定し、測定した形状データを装置の利用者に提示する用途であっても良い。
【００９４】
なお、上記実施の形態では、信号処理部を構成する各部材のうち、制御ＰＣ７が「ＣＰＵなどの演算手段がＲＯＭやＲＡＭなどの記録媒体に格納されたプログラムコードを実行することで実現される機能ブロック」であり、残余の部材が、ハードウェアによって実現されている場合を例にして説明したが、制御ＰＣ７に対応する制御部を同様の処理を行うハードウェアで実現してもよい。
【００９５】
本発明に係る表面形状計測方法を、コンピュータにて直接実行可能なプログラムコード自体、または、後述する解凍などの処理によってプログラムコードを生成可能なデータとしてのプログラムは、当該プログラム（プログラムコードまたは上記データ）を記録媒体に格納し、当該記録媒体を配付したり、あるいは、上記プログラムを、有線または無線の通信路を介して伝送するための通信手段で送信したりして配付されるようにしてもよい。
【００９６】
なお、通信路を介して伝送する場合、通信路を構成する各伝送媒体が、プログラムを示す信号列を伝搬し合うことによって、当該通信路を介して、上記プログラムが伝送される。また、信号列を伝送する際、送信装置が、プログラムを示す信号列により搬送波を変調することによって、上記信号列を搬送波に重畳してもよい。この場合、受信装置が搬送波を復調することによって信号列が復元される。
【００９７】
一方、上記信号列を伝送する際、送信装置が、デジタルデータ列としての信号列をパケット分割して伝送してもよい。この場合、受信装置は、受信したパケット群を連結して、上記信号列を復元する。また、送信装置が、信号列を送信する際、時分割／周波数分割／符号分割などの方法で、信号列を他の信号列と多重化して伝送してもよい。この場合、受信装置は、多重化された信号列から、個々の信号列を抽出して復元する。何れの場合であっても、通信路を介してプログラムを伝送できれば、同様の効果が得られる。
【００９８】
ここで、プログラムを配付する際の記録媒体は、取外し可能である方が好ましいが、プログラムを配付した後の記録媒体は、取外し可能か否かを問わない。また、上記記録媒体は、プログラムがコンピュータにて読み取り可能に記憶されていれば、書換え（書き込み）可能か否か、揮発性か否か、記録方法および形状を問わない。記録媒体の一例として、磁気テープやカセットテープなどのテープ、あるいは、フロッピー（登録商標）ディスクやハードディスクなどの磁気ディスク、または、ＣＤ−ＲＯＭや光磁気ディスク（ＭＯ）、ミニディスク（ＭＤ）やデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）などのディスクが挙げられる。また、記録媒体は、ＩＣカードや光カードのようなカード、あるいは、マスクＲＯＭやＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭまたはフラッシュＲＯＭなどのような半導体メモリであってもよい。あるいは、ＣＰＵなどの演算手段内に形成されたメモリであってもよい。
【００９９】
なお、上記プログラムコードは、上記各処理の全手順を上記演算手段へ指示するコードであってもよいし、所定の手順で呼び出すことで、上記各処理の一部または全部を実行可能な基本プログラム（例えば、オペレーティングシステムやライブラリなど）が既に存在していれば、当該基本プログラムの呼び出しを上記演算手段へ指示するコードやポインタなどで、上記全手順の一部または全部を置き換えてもよい。
【０１００】
また、上記記録媒体にプログラムを格納する際の形式は、例えば、実メモリに配置した状態のように、制御ＰＣ７がアクセスして実行可能な格納形式であってもよいし、実メモリに配置する前で、制御ＰＣ７が常時アクセス可能なローカルな記録媒体（例えば、実メモリやハードディスクなど）にインストールした後の格納形式、あるいは、ネットワークや搬送可能な記録媒体などから上記ローカルな記録媒体にインストールする前の格納形式などであってもよい。
【０１０１】
また、プログラムは、コンパイル後のオブジェクトコードに限るものではなく、ソースコードや、インタプリトまたはコンパイルの途中で生成される中間コードとして格納されていてもよい。何れの場合であっても、圧縮された情報の解凍、符号化された情報の復号、インタプリト、コンパイル、リンク、または、実メモリへの配置などの処理、あるいは、各処理の組み合わせによって、上記演算手段が実行可能な形式に変換可能であれば、プログラムを記録媒体に格納する際の形式に拘わらず、同様の効果を得ることができる。
【０１０２】
本発明は、（１．）基板面上を二光束干渉光学系により観察する観察手段と基板面との間の相対位置関係を観察対象部位の法線方向に走査して走査時における観察データを一定間隔で取得し、観察データの走査方向の変調の幅を測定して得た干渉長により、表面形状の計測値の誤計測を判別することを特徴としている。
【０１０３】
（２．）記載の表面形状測定方法であって、観察データの走査方向の変調の幅を測定する際の条件を、表面で干渉が発生しない走査方向の位置で得られた観察データの値により補正すること特徴としている
（３．）（１．）ないし（２．）の１つ以上の面形状計測方法をコンピュータにて実行可能に記載したプログラムを有することを特徴としている。
【０１０４】
（４．）（３．）記載のプログラムをコンピュータにて読み取り可能に記録した記録媒体を有することを特徴としている。
【０１０５】
（５．) （１．)ないし（４.）に記載の方法または手段を有することを特徴としている。
【０１０６】
上記（１．）に記載の表面形状測定方法は、高さを誤計測することなく表面形状を測定することができる。
【０１０７】
上記（２．）に記載の表面形状測定方法は、高さを誤計測する可能性があるとして測定失敗となり表面形状を測定できない測定点の発生を、少なくすることができる。
【０１０８】
上記（３．）から（５．）の何れかに記載の手段は、高さを誤計測することなく、また高さを誤計測する可能性があるとして測定失敗となり表面形状を測定できない測定点の発生を少なくする表面形状測定装置を実現できる。
【０１０９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明の表面形状測定方法、プログラム、記録媒体および表面形状測定装置は、基板面上の光反射率に相違のある部位や表面に斜面のある基板の表面形状を、誤計測することなく測定できるので、液晶パネル等のフラットパネルディスプレイといった半導体装置の製造の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、表面形状測定装置の各機能を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示す表面形状測定装置によって行われる誤計測の判別処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図１に示す表面形状測定装置を備えた検査装置の要部構成を示すブロック図である。
【図４】任意の１画素の明度変化を示したインターフェログラムである。
【図５】観察対象となる基板において欠陥を修正した部分の周囲を示す平面図である。
【図６】図５のＡＡ線矢視断面図である。
【図７】図６に示された断面図の表面形状を示した図である。
【図８】図７で示した測定点を白色二光束干渉方式で観察したときのインターフェログラムである。
【図９】インターフェログラムの明度変調成分のみを示した図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１    基板
２    対物レンズ
３    ピエゾアクチュエータ
４    ピエゾアクチュエータコントローラ
５    鏡筒
６    撮像カメラ
７    制御用パーソナルコンピュータ
８    表示機器
９    基板ステージ
１０    コントローラ
１１    合焦点位置
１２    下限位置
１３    上限位置
１６    液晶パネル基板
１７  Ｒ膜
１８  ＢＭ膜
１９  Ｇ膜
２０  Ｂ膜
２１  トリミング箇所
２２  修正材料
２３〜２６  突起
３１〜３４  明度変調
３７  干渉長
１０１  入力部（観察手段）
１０２  表示部
１０３  表面形状計測部（計測手段）
１０４  計測値記憶部
１０５  明度変調量算出部（明度変調量算出手段）
１０６  干渉長算出部
１０７  誤計測判別部（誤計測判別手段）
１０８  駆動制御部
１０９  ＲＯＭ
１１０  ＲＡＭ
１１１  ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006153509.tif 000007
【図６】
2006153509.tif 000008
【図７】
2006153509.tif 000009
【図８】
2006153509.tif 000010
【図９】
2006153509.tif 000011