(57)【要約】【課題】大面積基板上の微細な凹凸形状の高さなどを、基板全面について短時間で評価できる方法を提供する。【解決手段】測定の対象とする凹凸形状基板１３の表面に対して、線状の光であるスリット光１１を照射し、その反射光であるスリット投影光像１４を、異方拡大倍率レンズ１６を含む光学系光路を介して、撮像手段である撮像用カメラ１５により撮像することでスリット投影光画像を取得し、取得したこのスリット投影光画像を利用して、凹凸形状基板１３の表面の凹凸形状を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定の対象とする対象物表面に対して、線状の光であるスリット光を照射し、その反射光を光学系光路を介して撮像手段により撮像することでスリット投影光画像を取得し、取得した前記スリット投影光画像を利用して前記対象物表面の形状を測定する方法であって、前記光学系光路は、その光軸に垂直な面上で互いに直交する二つの軸において、一方の軸での拡大倍率と他方の軸での拡大倍率とが異なった異方拡大倍率光学系であることを特徴とする３次元微細形状測定方法。
【請求項２】
前記光学系光路は、線状の光である前記スリット光に対して垂直な方向の前記拡大倍率が、前記スリット光に対して水平な方向の前記拡大倍率よりも大きくなるように、異方拡大倍率レンズを配置した前記異方拡大倍率光学系であることを特徴とする請求項１記載の３次元微細形状測定方法。
【請求項３】
前記異方拡大倍率レンズは、その形状において、円筒面を有した弓弧断面柱状形状レンズであることを特徴とする請求項２記載の３次元微細形状測定方法。
【請求項４】
前記異方拡大倍率レンズは、リニアフレネルレンズであることを特徴とする請求項２記載の３次元微細形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばフラットパネルディスプレイに用いる３次元微細形状パターンの表面形状および高さを測定評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電界放出型ディスプレイやプラズマディスプレイなど、映像を表示するフラットパネルディスプレイでは大画面に対応する大面積の基板が用いられ、これらの製造段階において、この大面積基板の表面に微細な３次元凹凸形状構造を形成する工程がある。この工程で形成される構造はパネルを構成する要素として重要な役割を担っており、３次元形状の高さや幅の均一性や局所的な凹凸のないことが求められている。
【０００３】
フラットパネルディスプレイの３次元凹凸形状構造としては、例えば、プラズマディスプレイパネル（以下、適宜、パネルと呼ぶ）の背面基板における隔壁リブ層などがある。すなわち、この隔壁リブ層は、各蛍光体を仕切るために複数のリブ（隔壁）がストライプ状に形成され、リブの間に蛍光体が塗布された構造であり、各リブとそのリブ間とによる凹凸の形状を有している。この塗布形成された層を評価するには、高さ精度や面内均一性の良さを要求されるため、目視によるムラ評価および局所凹凸評価と形成膜破断断面観察とによる膜厚分布評価などを組み合わせた複合評価が行われていた。このうち、正確に数値化した評価をする場合には、段差計または光学干渉測定式膜厚段差測定装置などで、塗布形成膜層の各場所における膜厚や段差を測定し、測定膜厚の関係から膜厚のムラや表面形状を評価するという方法が一般的であった。
【０００４】
一方、プラズマディスプレイパネルにおいては、通常、基板上の塗布形成膜は塗布状態が１枚１枚で微妙に異なる。このため、塗布形成膜の性状を評価するときは、全数についての評価とともに、各基板ごとにその基板全面の状態を評価できることが求められる。したがって、上述の評価検査法のように、点あるいは微少エリアの測定評価を積み重ねて基板全面を評価する方法では、局所的な膜厚異常を短いタクトで正確に検出することは非常に難しいことであった。
【０００５】
すなわち、上述したような評価方法を用いると、膜厚分布傾向の評価はできるが、局所的な膜厚異常まで検出しようとすると測定ポイント数を非常に多くとらねばならないことになり、非現実的な検査タクトとなってしまっていた。例えば、１平方メートルのエリア中において直径５ミリメートルの窪みを見つけるには、最小でもエリアを２００×２００の４００００点（あるいはエリア）に分割して各点（あるいは各エリア）について測定を行い、その測定値の比較分析で局所ムラの有無を判定することになる。各ポイントでの測定時間と測定ポイント間の移動時間を合わせて５秒と仮定すると２０００００秒（約５６時間）の検査時間となってしまうものである。よって、このような検査評価の方法では、パネルの全面について膜厚の局所的な異常、あるいは表面凹凸の異常部分を検出する検査を導入することは非常に困難であった。
【０００６】
このため、従来、例えば、特許文献１のような光切断法に基づく高さ測定方法を利用し、より高速にパネルの隔壁リブ層のような微細形状を３次元的に測定し、評価するような手法が提案されている。
【０００７】
図６は、パネル評価における、このような従来の高さ測定方法の構成例を示した斜視図である。また、図７はその側面図、図８はその平面図である。
【０００８】
図６、図７および図８に示すように、スリット光源１２から線状の光であるスリット光１１が、評価対象とする凹凸形状基板１３の基板表面に照射される。すると、このスリット光１１により、基板表面の各凹凸を横切るようなスリット投影光像１４が形成される。撮像用カメラ１５は、このスリット投影光像１４を撮像する。このとき、スリット投影光像１４に対してその形状が見えやすい方向から撮像するように、この撮像用カメラ１５を設置している。すなわち、例えば、プラズマディスプレイパネル用の背面基板である凹凸形状基板１３の凹凸形状をしたリブ３１の高さ測定であれば、リブ３１の長手直線形状方向に沿った方向で凹凸形状基板１３の上面からある俯角で撮像用カメラ１５を設置する。このようにして、撮像用カメラ１５は、撮像角９９に対応した凹凸形状基板１３上のエリアを撮像する。
【０００９】
図９は、このようにした撮像したスリット投影光画像の一例を示した図である。図９に示すように、凹凸形状基板１３の凹凸形状、すなわち基板底面からの高さ方向に対応したスリット投影光の画像が得られる。従来の測定方法は、このようにして得られたスリット投影光画像に対して、図９に示すように、凹凸形状の頂部位置と底部位置との距離に相当する凹凸高さ相当距離Ｈを測定することにより、各リブ３１の高さを測定する。
【００１０】
このような従来の測定方法によれば、図９の撮像エリアＷで示すように１度に複数のリブ３１の高さ測定が可能である。さらに、スリット光１１の照射位置を固定し、凹凸形状基板１３を移動させながら測定用のスリット投影光画像を順次取り込むことも可能であるため、各点での画像取り込み時間を短くでき、高速化を図ることができる。すなわち、この従来の測定方法では、例えば、撮像用カメラ１５対凹凸形状基板１３を一定速度で相対移動させながらスリット投影光画像を一定時間間隔で撮像するという方法により、検査時間の短縮を図れる。また、１度に複数のリブ３１に対応した画像を取り込むことができるため、撮像用カメラ１５による撮像角１９をより拡くすることで測定するエリアを拡くし、撮像用カメラ１５の往復回数を少なくすることによっても検査時間の短縮化を図ることができる。
【特許文献１】特開平５−６０５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の測定方法でも以下に説明するように十分に短い測定タクトを実現するには限界があった。
【００１２】
すなわち、測定のタクトを速くする目的のために撮像用カメラ１５が１回で取り込む画像のエリアを拡くすると、図９の撮像エリアＷの取り込み幅が拡がり対応するリブ３１の数を増せるが、エリアが拡がるとともに撮像画像上の凹凸高さ相当距離Ｈが低くなってしまう。図１０は、このように撮像エリアＷの取り込み幅を拡げた場合のスリット投影光画像の一例を示している。図１０に示すように、取り込み幅を拡げると、凹凸高さが低くなり分解能が低下することとなるため、測定精度が悪化してしまう。
【００１３】
このように、従来の測定方法では撮像用カメラ１５の拡大撮像率によって撮像エリアＷの取り込み幅と高さ測定精度とが決まってしまうため、高さ測定精度を上げようとすると撮像エリアＷの取り込み幅が狭くなり、これにより測定のタクトが遅くなってしまう。逆に、測定タクトを速くするために撮像エリアＷを拡げると高さ測定精度が悪くなって十分な高さ測定の結果が得られないという課題があった。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、対象物の３次元高さ測定を高精度でしかも高速に測定、検査できる３次元微細形状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の３次元微細形状測定方法は、測定の対象とする対象物表面に対して、線状の光であるスリット光を照射し、その反射光を光学系光路を介して撮像手段により撮像することでスリット投影光画像を取得し、取得したスリット投影光画像を利用して対象物表面の形状を測定する方法であって、この光学系光路は、その光軸に垂直な面上で互いに直交する二つの軸において、一方の軸での拡大倍率と他方の軸での拡大倍率とが異なった異方拡大倍率光学系としている。
【００１６】
さらに、本発明の３次元微細形状測定方法は、線状の光であるスリット光に対して垂直な方向の拡大倍率が、スリット光に対して水平な方向の拡大倍率よりも大きくなるように、異方拡大倍率レンズを配置した異方拡大倍率光学系としている。
【００１７】
さらに、本発明の３次元微細形状測定方法は、異方拡大倍率レンズを、円筒面を有した弓弧断面柱状形状レンズまたはリニアフレネルレンズとしている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の３次元微細形状測定方法によれば、広い面積に形成された凹凸形状の高さを高精度かつ高速に測定でき、基板凹凸形状検査のタクトを大幅に短縮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における３次元微細形状測定方法を利用して、微細形状を測定する微細形状測定装置の構成例を示した斜視図である。また、図２はその側面図である。
【００２１】
本実施の形態においても、プラズマディスプレイパネルの背面基板の隔壁リブ層である凹凸形状基板に対して、そのムラ評価や局所凹凸評価などを行うため、３次元的にその微細な凹凸形状の高さなどを測定する一例を挙げて説明する。図１および図２において、図６および図７と同一の構成要素については同一の符号を付している。
【００２２】
図１に示すように、評価対象となる凹凸形状基板１３は、各蛍光体を仕切るために複数のリブ３１がストライプ状に形成され、各リブの間に蛍光体が塗布された構造である。
【００２３】
凹凸形状基板１３の上方に設置したスリット光源１２からは、線状の光であるスリット光１１が、評価対象とする凹凸形状基板１３の基板表面に照射される。このとき、スリット光１１は、リブ３１の長手方向に対して直角方向（以下、リブ直角方向と呼ぶ）に、その線状の光が各リブ３１を横切るように照射される。すると、このスリット光１１が凹凸形状基板１３上を反射し、これにより凹凸形状基板１３の表面の各凹凸に対応したスリット投影光像１４が形成される。
【００２４】
このようなスリット投影光像１４に対して、リブ３１の長手方向に沿った方向で、凹凸形状基板１３の上面からある俯角をもってこのスリット投影光像１４を撮像するように撮像手段としての撮像用カメラ１５を設置する。
【００２５】
さらに、本発明の実施の形態では、凹凸形状基板１３と撮像用カメラ１５との間において、スリット投影光像１４の光路上に撮像用カメラ１５の光軸を中心として異方拡大倍率レンズ１６を配置したことを特徴としている。この異方拡大倍率レンズ１６は、互いに垂直な断面上で拡大倍率に差があるレンズであり、光軸に垂直な平面内において、例えば、横方向と縦方向とでは異なった拡大倍率を有したレンズである。本実施の形態では、このような異方拡大倍率レンズ１６として、凸状の円筒面を有したレンズである弓弧断面柱状形状の異方拡大倍率レンズ１６を一例に挙げて説明する。また、本実施の形態では、このような弓弧断面柱状形状の異方拡大倍率レンズ１６を、凹凸形状基板１３に対して水平方向である横方向に比べて、凹凸形状基板１３に対して垂直方向である縦方向の拡大倍率が大きくなるように配置している。
【００２６】
撮像用カメラ１５は、このような異方拡大倍率レンズ１６を介し、凹凸形状基板１３上のエリアを撮像する。このとき、側面から見た撮像角は、図２に示すように撮像角１９になり、上面から見た撮像角、あるいは図７で示した撮像角９９よりも狭くなる。
【００２７】
図３は、以上のような構成により、撮像用カメラ１５で撮像したスリット投影光画像の一例を示した図である。図３に示すように、凹凸形状基板１３の凹凸形状、すなわち基板底面からの高さ方向に対応したスリット投影光の画像が得られる。図３において、撮像エリアＷは、リブ直角方向におけるスリット投影光像１４の取り込み幅を示しており、また、凹凸高さ相当距離Ｈは、凹凸形状基板１３における凹凸形状の頂部位置と底部位置との距離に相当する凹凸の高さを示している。
【００２８】
本実施の形態における３次元微細形状測定方法は、以上説明したように、測定の対象とする凹凸形状基板１３の表面の凹凸形状に対して、線状の光であるスリット光１１を照射し、その反射光であるスリット投影光像１４を、異方拡大倍率レンズ１６を含む光学系光路を介して、撮像手段である撮像用カメラ１５により撮像することでスリット投影光画像を取得し、取得したこのスリット投影光画像を利用して、凹凸形状基板１３の表面の凹凸形状を測定する方法である。さらに、この光学系光路は、異方拡大倍率レンズ１６を含んでいるため、その光軸に垂直な面上で互いに直交する二つの軸において、一方の軸での拡大倍率と他方の軸での拡大倍率とが異なった異方拡大倍率光学系である。また、この光学系光路は、線状の光であるスリット光１１に対して直角な方向の拡大倍率が、スリット光１１に対して水平な方向の拡大倍率よりも大きくなるように異方拡大倍率レンズ１６を配置している。
【００２９】
以上、本実施の形態における３次元微細形状測定方法は、このようにして得られたスリット投影光画像に対して、図３に示す凹凸形状の凹凸高さ相当距離Ｈを測定することにより、例えばプラズマディスプレイパネルの各リブ３１の高さなどを検出する。
【００３０】
以下、このような構成により凹凸形状基板１３の微細形状を測定する本発明の実施の形態の３次元微細形状測定方法について説明する。
【００３１】
まず、評価対象となる凹凸形状基板１３を位置決めし、スリット光源１２からこの凹凸形状基板１３に対してスリット光１１を照射する。すると、このスリット光１１により、凹凸形状基板１３の各凹凸を横切るようなスリット投影光像１４が形成される。撮像用カメラ１５は、このスリット投影光像１４を撮像する。このとき、上述したように、撮像用カメラ１５は、横方向に比べて縦方向の拡大倍率が大きくなるように配置された異方拡大倍率レンズ１６を介して、凹凸形状基板１３上のエリアを撮像する。このようにして、撮像用カメラ１５により、凹凸形状基板１３上の一つのエリアに対するスリット投影光像１４が撮像され、撮像用カメラ１５からの撮像した画像信号に基づいて、図３に示すようなスリット投影光画像が生成される。
【００３２】
次に、図３に示すようなスリット投影光画像を利用し、スリット投影光画像の凹部と凸部の距離、すなわち凹凸高さ相当距離Ｈをそれぞれについて測定する。スリット投影光画像の凹部は凹凸形状基板１３の底部位置に対応しており、凸部は底部位置から突出したリブ３１の頂部位置に対応している。このため、スリット投影光画像の凹凸高さ相当距離Ｈをそれぞれについて測定することで、各リブ３１の高さを測定できる。
【００３３】
このような測定を、例えば、撮像用カメラ１５を固定し、凹凸形状基板１３を一定速度で相対移動させながら一定時間間隔で撮像し、このような操作を繰り返し、凹凸形状基板１３の全面に対して実行することで、３次元的に凹凸形状基板１３に対する微細形状の測定を行う。また、それぞれ取り込んだスリット投影光画像に基づき、例えば、各リブ３１に対応した凹凸高さ相当距離Ｈが、あらかじめ設定した許容範囲とする距離内であるかどうかを判定することにより、リブ３１の間に塗布形成された層のムラや局所的な凹凸などの評価を行う。
【００３４】
本実施の形態の３次元微細形状測定方法は、以上のような手順で凹凸形状基板１３の微細形状を測定する。
【００３５】
特に、本実施の形態の３次元微細形状測定方法は、上述したように、撮像用カメラ１５と評価対象である凹凸形状基板１３との間に、縦方向の拡大倍率を変える弓弧断面柱状形状の異方拡大倍率レンズ１６を挿入し、これによって、基板表面に対して垂直方向の拡大倍率が大きくなるようにしている。このため、撮像用カメラ１５の縦方向の撮像角は、図２に示す撮像角１９のように、異方拡大倍率レンズ１６を挿入しない場合に比べて狭くなり、撮像用カメラ１５が撮像する縦方向の撮像エリア範囲も狭くなる。このため、撮像用カメラ１５で撮像したスリット投影光画像において、リブ直角方向におけるスリット投影光像１４の取り込み幅である撮像エリアＷは異方拡大倍率レンズ１６を挿入しない場合と同一であるのに対し、凹凸高さ相当距離Ｈが拡大されたスリット投影光画像を得ることができる。例えば、上述した従来の測定方法の場合、図１０に示したようなスリット投影光画像が得られたが、本実施の形態によれば、図３に示すような凹凸高さ相当距離Ｈが拡大されたスリット投影光画像が得られることとなり、凹凸形状基板１３の高さ精度をより高い精度で測定できる。言い換えれば、撮像用カメラ１５による横方向の撮像角を拡くすることで測定するエリアを拡くしても、縦方向の高さ精度が確保できるため、一度に広範囲のエリアを測定でき、その結果、撮像用カメラ１５の撮像回数や往復回数を少なくでき、検査時間の短縮化を図ることができる。
【００３６】
このように、本実施の形態の３次元微細形状測定方法によれば、対象物の３次元高さ測定を高精度でしかも高速に測定、検査できる。
【００３７】
なお、本実施の形態では、撮像用カメラ１５での縦横の拡大倍率を変えるための異方拡大倍率レンズ１６として弓弧断面柱状形状のレンズを用いた例を示したが、弓弧断面柱状形状のレンズに代えて、例えば、光軸に垂直な平面内で異なった拡大倍率を有したリニアフレネル凸レンズを用いても同様の効果を得ることができる。
【００３８】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における３次元微細形状測定方法を利用して、微細形状を測定する微細形状測定装置の構成例を示した平面図である。図４では、スリット光源１２からのスリット光１１の照射と撮像用カメラ１５による撮像との配置に対し、上から見た状態を示している。本実施の形態では、実施の形態１との比較において、凹凸形状基板１３と撮像用カメラ１５との間に、凹状の円筒面を有したレンズである凹弓弧断面柱状形状の異方拡大倍率レンズ２６を配置したところが異なっている。図４において、図１および図２と同一の構成要素については同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００３９】
図４に示すように、凹凸形状基板１３と撮像用カメラ１５との間において、スリット投影光像１４の光路上に撮像用カメラ１５の光軸を中心として凹弓弧断面柱状形状の異方拡大倍率レンズ２６を配置している。本実施の形態では、このような凹弓弧断面柱状形状の異方拡大倍率レンズ２６を、凹凸形状基板１３に対して垂直方向である縦方向に比べて、凹凸形状基板１３に対して水平方向である横方向の拡大倍率が小さくなるように配置している。
【００４０】
撮像用カメラ１５は、このような異方拡大倍率レンズ２６を介し、凹凸形状基板１３上のエリアを撮像する。このとき、上面から見た撮像角は、図４に示すように撮像角２９になり、側面から見た撮像角、あるいは図８で示した撮像角９９よりも拡くなる。
【００４１】
図５は、以上のような構成により、撮像用カメラ１５で撮像したスリット投影光画像の一例を示した図である。
【００４２】
本実施の形態の３次元微細形状測定方法は、以上のような構成で凹凸形状基板１３の微細形状を測定する。
【００４３】
特に、本実施の形態の３次元微細形状測定方法は、上述したように、撮像用カメラ１５と評価対象である凹凸形状基板１３との間に、横方向の拡大倍率を変える凹弓弧断面柱状形状の異方拡大倍率レンズ２６を挿入し、これによって、基板表面に対して水平方向の拡大倍率が大きくなるようにしている。このため、撮像用カメラ１５の横方向の撮像角は、図４に示す撮像角２９のように、異方拡大倍率レンズ２６を挿入しない場合に比べて拡くなり、撮像用カメラ１５が撮像する横方向の撮像エリア範囲が拡くなる。このため、撮像用カメラ１５で撮像したスリット投影光画像において、凹凸高さ相当距離Ｈは異方拡大倍率レンズ２６を挿入しない場合と同一であるのに対し、リブ直角方向におけるスリット投影光像１４の取り込み幅である撮像エリアＷが拡大されたスリット投影光画像を得ることができる。
【００４４】
例えば、上述した従来の測定方法の場合、図９に示したようなスリット投影光画像が得られたが、本実施の形態によれば、図５に示すような撮像エリアＷの取り込み幅が拡大されたスリット投影光画像が得られることとなり、所定の高さ精度において、より広範囲の凹凸形状基板１３のエリアを測定できる。すなわち、必要な縦方向の高さ精度を確保しながら、撮像用カメラ１５による横方向の撮像角を拡くすることで、測定するエリアを拡くできるため、一度に広範囲のエリアを測定でき、その結果、撮像用カメラ１５の撮像回数や往復回数を少なくでき、検査時間の短縮化を図ることができる。
【００４５】
このように、本実施の形態の３次元微細形状測定方法によっても、対象物の３次元高さ測定を高精度でしかも高速に測定、検査できる。
【００４６】
本実施の形態では、基板の表面に沿った方向の光学系拡大倍率を低くするような異方拡大倍率光学系とする異方光学倍率レンズとして凹弓弧断面柱状形状の異方拡大倍率レンズ２６を用いた例を示したが、例えば、光軸に垂直な平面内で異なった拡大倍率を有したリニアフレネル凹レンズを用いても同様の効果を得ることができる。
【００４７】
また、一般的に、ワイド画像などを目的として、撮像カメラに用いて撮像画像を横方向に圧縮するようなアナモフィックレンズという異方拡大倍率レンズが知られており、このレンズを用いればカメラと評価対象基板との間に別途レンズを挿入することなく同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、微細な表面形状および高さを、高速かつ高精度に測定および評価できるため、例えばプラズマディスプレイなど大面積の基板を有したフラットパネルディスプレイの基板表面の評価や検査に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態１における３次元微細形状測定方法を利用した微細形状測定装置の構成例を示した斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における３次元微細形状測定方法を利用した微細形状測定装置の構成例を示した側面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスリット投影光画像の一例を示した図
【図４】本発明の実施の形態２における３次元微細形状測定方法を利用した微細形状測定装置の構成例を示した平面図
【図５】本発明の実施の形態２におけるスリット投影光画像の一例を示した図
【図６】従来の高さ測定方法の構成例を示した斜視図
【図７】従来の高さ測定方法の構成例を示した側面図
【図８】従来の高さ測定方法の構成例を示した平面図
【図９】従来の高さ測定方法におけるスリット投影光画像の一例を示した図
【図１０】従来の高さ測定方法におけるスリット投影光画像の他の例を示した図
【符号の説明】
【００５０】
１１    スリット光
１２    スリット光源
１３    凹凸形状基板
１４    スリット投影光像
１５    撮像用カメラ
１６，２６    異方拡大倍率レンズ
１９，２９，９９    撮像角
３１    リブ
【図１】
2006349351.tif 000003
【図２】
2006349351.tif 000004
【図３】
2006349351.tif 000005
【図４】
2006349351.tif 000006
【図５】
2006349351.tif 000007
【図６】
2006349351.tif 000008
【図７】
2006349351.tif 000009
【図８】
2006349351.tif 000010
【図９】
2006349351.tif 000011
【図１０】
2006349351.tif 000012