(57)【要約】【課題】フォトスペーサの形状に左右されることなくその高さを正確に測定できるようにする。【解決手段】焦点位置を示すピーク値を検出できない輝度信号、すなわち輝度信号の最大値が所定の閾値以下のものについては、高さ測定処理を行なわずに、その箇所のデータを排除することにした。これによって、円柱状のスペーサのエッジ部分における異常な高さを示す信号を除去し、エッジ部分以外の高さを測定することによって、円柱状のスペーサの高さを正確に測定することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
指定エリア内の各測定点上で光学系の焦点位置を移動させながら検査光を基準面及び被測定物の表面へ照射し、前記検査光が前記基準面又は前記被測定物の表面で反射された反射光をピンホールを通して受光し、受光した反射光の輝度信号の変化に基づいて、前記被測定物の表面に合った光学系の第１の焦点位置と、前記基準面に合った光学系の第２の焦点位置とを検出し、前記第１及び第２の焦点位置の差異に基づいて前記被測定物の高さを求める高さ測定方法において、
前記各測定点における前記輝度信号の最大値が所定の閾値よりも大きい場合に前記被測定物の高さ測定処理を実行し、前記輝度信号の最大値が所定の閾値以下の場合は前記被測定物の高さ測定処理を実行しないことを特徴とする高さ測定方法。
【請求項２】
検査光を基準面及び被測定物の表面へ照射する投光手段と、
前記検査光が前記基準面又は前記被測定物の表面で反射された反射光をピンホールを通して受光し、受光した反射光の輝度信号を出力する受光手段と、
指定エリア内の各測定点上で前記受光手段の焦点位置を移動させる焦点位置移動手段と、
前記受光手段から出力される前記輝度信号の変化に基づいて、前記被測定物の表面に合った光学系の第１の焦点位置と、前記基準面に合った光学系の第２の焦点位置とを検出し、前記第１及び第２の焦点位置の差異に基づいて前記被測定物の高さを求める信号処理手段とを備えた高さ測定装置において、
前記信号処理手段は、前記各測定点における前記輝度信号の最大値が所定の閾値よりも大きい場合には、前記被測定物の高さ測定処理を実行し、前記輝度信号の最大値が所定の閾値以下の場合は前記被測定物の高さ測定処理を実行しないことを特徴とする高さ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の基準面からの高さを測定する高さ測定方法及び装置に係り、基板の間隔を保つためのスペーサ形状による高さ測定時の信号異常による影響を除去した高さ測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブマトリクス駆動方式の液晶ディスプレイ装置は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板とカラーフィルタ基板との間に液晶を封入 して製造される。製造工程において、ＴＦＴ基板又はカラーフィルタ基板の表面には、両基板の間隔を保つためのスペーサ（フォトスペーサ）が形成される。そして、形成されたフォトスペーサは、両基板の間隔を一定にして液晶層の厚さを均一にするため、高さ測定が行われる。従来、フォトスペーサの高さ測定は、白色光又はレーザー光の干渉縞を測定する干渉計を用いて行われていた。フォトスペーサの高さ測定を行なうものとして、特許文献１〜３に記載のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０３００３９号公報
【特許文献２】特開２００４−２０２０２号公報
【特許文献３】特開２００４−３７２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１〜３に記載のものは、液晶滴下量を制御するために、スペーサの高さを測定している。一方、フォトスペーサの形状には種々のものが存在する。例えば、スペーサ側面の傾斜が垂直になった円柱状（断面が円形や楕円）のものや横断面が台形をした（スペーサ側面の傾斜が角度を持った斜面となった）円錐状のものなどが存在する。高さ測定装置は、このように多様な形をしたフォトスペーサについて、高さを測定する必要がある。従来の高さ測定装置は、円錐状のスペーサについては、問題なく高さを測定することができるが、円柱状のスペーサについては、測定時にスペーサの側面部で異常な高さを示す信号が発生することがあり、正確な高さを測定することができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、フォトスペーサの形状に左右されることなくその高さを正確に測定することのできる高さ測定方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る高さ測定方法の特徴は、指定エリア内の各測定点上で光学系の焦点位置を移動させながら検査光を基準面及び被測定物の表面へ照射し、前記検査光が前記基準面又は前記被測定物の表面で反射された反射光をピンホールを通して受光し、受光した反射光の輝度信号の変化に基づいて、前記被測定物の表面に合った光学系の第１の焦点位置と、前記基準面に合った光学系の第２の焦点位置とを検出し、前記第１及び第２の焦点位置の差異に基づいて前記被測定物の高さを求める高さ測定方法において、前記各測定点における前記輝度信号の最大値が所定の閾値よりも大きい場合に前記被測定物の高さ測定処理を実行し、前記輝度信号の最大値が所定の閾値以下の場合は前記被測定物の高さ測定処理を実行しないことにある。
この発明に係る高さ測定方法は、液晶ディスプレイ装置等で使用されるスペーサの高さ測定に応用されるものである。このスペーサの形状には上述のように円柱状のものや横断面が台形をした円錐状のものなどが存在する。円柱状のスペーサについて高さを測定した場合、円柱状のスペーサのエッジ部分で異常な高さを示す信号が発生し、焦点位置を示すピーク値が検出されずに、正確な高さを測定することができない。そこで、この発明では、焦点位置を示すピーク値を検出できない輝度信号、すなわち輝度信号の最大値が所定の閾値以下のものについては、高さ測定処理を行なわずに、その箇所のデータを排除することにした。これによって、円柱状のスペーサのエッジ部分における異常な高さを示す信号を除去し、エッジ部分以外の高さを測定することによって、円柱状のスペーサの高さを正確に測定することができる。
【０００７】
本発明に係る高さ測定装置の特徴は、検査光を基準面及び被測定物の表面へ照射する投光手段と、前記検査光が前記基準面又は前記被測定物の表面で反射された反射光をピンホールを通して受光し、受光した反射光の輝度信号を出力する受光手段と、指定エリア内の各測定点上で前記受光手段の焦点位置を移動させる焦点位置移動手段と、前記受光手段から出力される前記輝度信号の変化に基づいて、前記被測定物の表面に合った光学系の第１の焦点位置と、前記基準面に合った光学系の第２の焦点位置とを検出し、前記第１及び第２の焦点位置の差異に基づいて前記被測定物の高さを求める信号処理手段とを備えた高さ測定装置において、前記信号処理手段は、前記各測定点における前記輝度信号の最大値が所定の閾値よりも大きい場合には、前記被測定物の高さ測定処理を実行し、前記輝度信号の最大値が所定の閾値以下の場合は前記被測定物の高さ測定処理を実行しないことにある。これは、前記高さ測定方法を利用した高さ測定装置の発明である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フォトスペーサの形状に左右されることなくその高さを正確に測定することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る高さ測定装置の概略構成を示す図である。
【図２】輝度信号と光学系の焦点位置との関係を示す図である。
【図３】フォトスペーサの形状を示す図である。
【図４】図３（Ｂ）に示すような円柱状フォトスペーサを測定した場合の異常突発信号（虚報信号）の一例を示す図である。
【図５】本発明の高さ測定装置に係る高さ測定処理の一例を示すフローチャート図である。
【図６】図５の高さ測定処理の実行する信号処理の概念を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る高さ測定装置の概略構成を示す図である。この実施の形態は、カラーフィルタ基板１の表面に形成されたフォトスペーサの高さ測定を行う高さ測定装置の一例を示している。高さ測定装置は、光学系、ピエゾ素子２０、駆動回路３０、アナログ・ディジタル変換器４０、信号処理装置５０、メモリ６０、及び制御装置７０を含んで構成されている。
【００１１】
光学系は、投光系と受光系とからなる。投光系は、光源１１、ハーフミラー１２及び対物レンズ１３を含んで構成されている。光源１１から発生された白色光は、ハーフミラー１２で反射され、対物レンズ１３を介してカラーフィルタ基板１の表面へ照射される。
【００１２】
受光系は、対物レンズ１３、ハーフミラー１２、ピンホール１４、結像レンズ１５及びＣＣＤカメラ１６を含んで構成されている。カラーフィルタ基板１の表面に形成されたフォトスペーサの表面を被測定面とし、カラーフィルタ基板１の表面を基準面とすると、被測定面及び基準面からの反射光は、対物レンズ１３で集光され、ハーフミラー１２を透過した後、ピンホール１４へ照射される。ピンホール１４を通過した反射光は、結像レンズ１５で集束されて、ＣＣＤカメラ１６の受光面で結像する。ＣＣＤカメラ１６は、受光面の２次元方向に複数の画素が配列されており、各画素が受光した光の輝度信号を出力する。
【００１３】
駆動回路３０は、制御装置７０の制御により、ピエゾ素子２０へ電圧を印加する。ピエゾ素子２０は、駆動回路３０から印加された電圧により伸縮して、対物レンズ１３を上下に移動させる。これにより、受光系の焦点位置が移動する。制御装置７０は、駆動回路３０の電圧から対物レンズ１３の移動量を検出し、受光系の焦点位置の移動データとしてメモリ６０に記憶する。
【００１４】
この実施の形態では、受光系の焦点位置を、被測定面の上方から基準面へ向かって図面下方向へ移動する。まず、受光系の焦点位置が被測定面より上に合っているとき、被測定面及び基準面からの反射光はピンホール１４で遮断されてほとんど受光されない。受光系の焦点位置を下げて焦点位置が被測定面に合ったとき、被測定面からの反射光はピンホール１４を通過して強く受光され、基準面からの反射光はピンホール１４で遮断されてほとんど受光されない。受光系の焦点位置をさらに下げて焦点位置が被測定面と基準面との間に合っているとき、被測定面及び基準面からの反射光はピンホール１４で遮断されてほとんど受光されない。そして、光学系の焦点位置が基準面に合ったとき、基準面からの反射光はピンホール１４を通過して強く受光され、被測定面からの反射光はピンホール１４で遮断されてほとんど受光されない。
【００１５】
図２は、輝度信号と光学系の焦点位置との関係を示す図である。ＣＣＤカメラ１６の受光面上で、被測定面からの反射光を受光する位置にある画素の輝度信号Ｓａは、受光系の焦点位置が被測定面に合ったＦ１のときに最大となる。一方、基準面からの反射光を受光する位置にある画素の輝度信号Ｓｂは、受光系の焦点位置が基準面に合ったＦ２のときに最大となる。
【００１６】
アナログ・ディジタル変換器４０は、ＣＣＤカメラ１６が出力した輝度信号をディジタル信号に変換して、信号処理装置５０へ出力する。信号処理装置５０は、アナログ・ディジタル変換器４０から入力したディジタル信号を、輝度信号のデータとしてメモリ６０に記憶する。そして、信号処理装置５０は、制御装置７０の制御により、メモリ６０に記憶された受光系の焦点位置の移動データ及び輝度信号のデータを処理して、被測定面に合った受光系の焦点位置と、基準面に合った受光系の焦点位置とを検出し、両者の差異から被測定面の高さを検出する。
【００１７】
以上説明したように、この高さ測定装置は、被測定物の基準面からの高さを測定するものであって、光学系の焦点位置を移動しながら、検査光を被測定物の表面及び基準面へ照射し、検査光が被測定物の表面又は基準面で反射された反射光をピンホールを通して受光して、受光した反射光の輝度信号の変化から、被測定物の表面に合った光学系の焦点位置と、基準面に合った光学系の焦点位置とを検出し、両者の差異から被測定物の高さを求めるものである。
【００１８】
輝度信号の信号処理方法は、信号のピーク位置を算出する信号処理方法であって、信号に重み付き平均処理を行った後、信号を任意の折り返し位置で折り返し、折り返し位置の両側の所定の範囲について、折り返し前の信号と折り返し後の信号との差分を求める処理を、折り返し位置を移動しながら行い、折り返し位置を移動して求めた差分の変化を４次近似し、得られた結果が最小となる折り返し位置を信号のピーク位置とするものである。なお、この信号処理方法については、特許文献１に詳細が示してあるので、ここではその説明は省略する。
【００１９】
上述の高さ測定装置を用いて円柱状フォトスペーサの高さを測定した場合、輝度信号処理後の結果に異常な高さを示す虚報信号を発生することが実験の結果判明した。そこで、この実施の形態では、高さ測定装置を用いて円柱状フォトスペーサの高さを測定した場合に発生する虚報信号を削除することでフォトスペーサの形状に左右されることなくその高さを正確に測定することとした。以下、その高さ測定装置の測定方式について説明する。
【００２０】
図３は、フォトスペーサの形状を示す図である。図３（Ａ）は台形円柱状フォトスペーサの外観形状を示し、図３（Ｂ）は円柱状フォトスペーサの外観形状を示し、図３（Ｃ）は円柱状フォトスペーサの側面に突発する虚報信号の概念を示す図である。図３（Ａ）に示すような台形円柱状フォトスペーサを上述の高さ測定装置で測定した場合、虚報情報等は発生することなく、フォトスペーサの高さを正確に測定することができる。一方、図３（Ｂ）に示すような円柱状フォトスペーサを高さ測定装置で測定した場合、図３（Ｃ）に示すように円柱状フォトスペーサの円周縁部の高さが突発的に極大値を示す虚報信号が発生する。
【００２１】
図４は、図３（Ｂ）に示すような円柱状フォトスペーサを測定した場合の異常突発信号（虚報信号）の一例を示す図である。すなわち、円柱状フォトスペーサの高さを測定した場合、図３（Ｃ）に示すような突発的な極大値を示す虚報信号が発生した箇所における高さ測定結果を示す輝度信号は、図４に示すようになる。図３（Ｃ）に示すような突発した虚報信号部分の異常信号の原因とその信号の特徴を解析すると、異常部分の輝度信号は図４に示すような輝度信号となる。本来、輝度信号は図２に示すように焦点位置Ｆ１，Ｆ２で輝度信号のピークを示すものとなる。この図４の輝度信号と、通常の高さ測定結果を示す図２の輝度信号とを比べると明らかなように、図４に示す輝度信号には焦点位置における輝度信号のピークが存在しない。すなわち、焦点位置Ｆ１，Ｆ２における反射光輝度信号が検出されないという状態が発生している。その結果、図４の輝度信号に基づいて信号ピーク位置を算出する信号処理を行うと、輝度信号にピーク位置が存在しないため、計算異常値を算出することになり、その結果、異常な高さ測定値が発生することが判明した。
【００２２】
図５は、本発明の高さ測定装置に係る高さ測定処理の一例を示すフローチャート図である。図６は、図５の高さ測定処理の実行する信号処理の概念を示す図であり、図６（Ａ）は図４の異常突発信号の場合の処理を示し、図６（Ｂ）は図２の通常の輝度信号の場合の処理を示す。この実施の形態では、輝度ピークの存在しない図６（Ａ）のような輝度信号データを輝度信号の高さ測定処理から除外するために、図６に示すように閾値Ｔｈを設けて異常信号を排除するアルゴリズムを導入した。まず、高さ測定処理の最初のステップＳ１では、被測定面である指定エリア内の各測定点における高さ方向の輝度データを画像処理に基づいて検出する。次のステップＳ２では、前のステップによって検出された各測定点における輝度データの最大値を検出する。ステップＳ３では、検出された最大値が所定の閾値Ｔｈよりも大きいか否かの判定を行い、大きい（ｙｅｓ）場合は次のステップＳ４に進み、検出された最大値が閾値Ｔｈ以下の場合はステップＳ５に進む。図６（Ａ）の異常突発信号の場合は検出された最大値が閾値Ｔｈ以下に該当するので、ｎｏと判定される。一方、図６（Ｂ）の通常の輝度信号の場合は検出された最大値が閾値Ｔｈよりも大きいので、ｙｅｓと判定される。ステップＳ４では、輝度データの最大値が閾値Ｔｈよりも大きいと判断されたので、そのまま輝度データに基づいてその測定点における高さ（焦点位置Ｆ１）を測定して高さ測定処理を終了する。一方、ステップＳ５では、輝度データの最大値が閾値Ｔｈ以下と判断されたので、高さ測定を行なうことなく終了する。このように、輝度ピーク分別の信号処理方法は、閾値を一度も超えない輝度データは、輝度信号の信号処理を行うデータ群から除くようにした。このようにピークが検出されない虚報信号を高さ測定処理の対象から除くことで、フォトスペーサの形状に左右されることなくカラーフィルタ基板のフォトスペーサ高さを正確に測定することができる。
【００２３】
上述の実施の形態では、閾値として、輝度信号のピーク値の約３分の１の値を閾値としたが、これは一例であり、フォートスペーサの高さ測定の場合には、輝度信号のピーク値の約３分の１から３分の２の間に閾値を設定することが好ましい。
【符号の説明】
【００２４】
１…カラーフィルタ基板
１１…光源
１２…ハーフミラー
１３…対物レンズ
１４…ピンホール
１５…結像レンズ
１６…ＣＣＤカメラ
２０…ピエゾ素子
３０…駆動回路
４０…アナログ・ディジタル変換器
５０…信号処理装置
６０…メモリ
７０…制御装置
【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】
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【図６】
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