(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜パターンを形成した試料の微小領域に光を照射して、その反射光を取得する測定ヘッドと、前記反射光を分光して分光データを取得する分光器と、前記分光データから前記薄膜の膜厚を算出する膜厚算出部とを有するセル内膜厚測定装置であって、
前記測定ヘッドは、カメラと、前記試料の位置決め及び測定対象セルの識別を行うための視野を可視光で照明する観察用照明と、前記観察用照明を遮断する観察用シャッタと、前記観察用照明を試料に均一に照明するための観察用の照明光学系と、前記測定対象セルのセル内における膜厚を測定するために可視光及び近赤外光で照明する測定用照明と、前記測定用照明を遮断する測定用シャッタと、前記測定用照明を前記測定対象セルのセル内に照明するための測定用の照明光学系と、前記試料からの反射光を前記分光器の受光素子及び前記カメラの受光素子に結像させるための結像光学系とを具備し、
前記結像光学系は、可視光を透過し近赤外光を反射するホットミラーを含み、該ホットミラーを透過した可視光を前記カメラの前記受光素子に結像させ、該ホットミラーで反射した近赤外光を前記分光器の前記受光素子に結像させるように構成されている、
ことを特徴とするセル内膜厚測定装置。
【請求項２】
前記カメラで取得される前記測定用照明の画像情報に基づいて自動焦点調整を行うことを特徴とする請求項１記載のセル内膜厚測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置用のガラス基板などの基板上にパターニングされた着色膜のセル内における膜厚を非接触・非破壊で求めるセル内膜厚測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液晶表示装置において、カラーフィルタの赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各膜の膜厚は表示特性に大きく影響する因子であるので、その製造工程内で厳しく管理されている。膜厚測定は膜の一部を鋭利な刃物で掻き取って膜表面と基板表面との段差を作り、触針式の段差計による測定で行われるが、このような方法は測定のための準備が煩わしく、測定時間も掛かるうえに被測定物を破壊する破壊計測であるため、測定に伴うロスが多い。
【０００３】
例えば、フォトリソ法と呼ばれるカラーフィルタの製造では、図１５に示すように、ガラス基板１１上にブラックマトリクス（ＢＭ）１２、Ｒｅｄ着色膜１３、Ｇｒｅｅｎ着色膜１４、Ｂｌｕｅ着色膜１５を順次積層してそれぞれのパターンに形成する。
そして、このような複数の工程でＲＧＢセル内の膜厚測定が行われ、測定対象はＲ着色膜を塗布してプリベークした状態（図１５（ａ）：Ｒコート品）、Ｒコート品を露光・現像・ポストベークした状態（図１５（ｂ）：Ｒ仕上がり品）、Ｒ仕上がり品にＧ着色膜を塗布した状態（図１５（ｃ）：Ｇコート品）、Ｇコート品を露光・現像・ポストベークした状態（図１５（ｄ）：Ｇ仕上がり品）、Ｇ仕上がり品にＢ着色膜を塗布した状態（図１５（ｅ）：Ｂコート品）、Ｂコート品を露光・現像・ポストベークしてＲＧＢのセルが形成された状態（図１５（ｆ）：Ｂ仕上がり品）等多岐に及んでいるので、時間的ロス・経済的ロスを削減するためにも膜厚の非接触・非破壊測定が強く求められている。
【０００４】
また、Ｒ、Ｇ、Ｂの各セルを一括形成することでコスト削減を実現する印刷法やインクジェット法と呼ばれる製造においても、更なるコスト削減のために、膜厚の非接触・非破壊測定が強く求められている。
【０００５】
そこで、例えばカラーフィルタのセル内のように、微小領域における膜厚を非破壊で測定するためには、顕微鏡の光学系を利用して微小スポット光を測定対象であるセル内に照射し、該セル内からの反射光を分光器に入力して分光反射スペクトルを取得し、該分光反射スペクトルに基づいて膜厚を計算する顕微分光干渉方式の膜厚測定装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
このような膜厚測定装置は、製造工程の管理や、不良品発生に対する迅速な対処を可能とするためにも、製造工程の前後の製造ライン上（インライン）にて行うことが好ましく、焦点調整、位置決め、ＲＧＢ測定対象セルの識別を自動で行うことが求められている。
【０００７】
分光干渉方式による膜厚測定では、試料の分光強度データを分光反射率に換算するために、試料の測定に先立って分光反射率が既知の光学ガラスＢＫ７等をリファレンスとして測定する。
【特許文献１】特公平７−３３６５号公報
【特許文献２】特開平１１−１４２７４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、リファレンスにはパターンが存在しないために、画像信号の微分成分に基づいて自動焦点調整（以下、オートフォーカスと称する）を行う所謂画像コントラスト方式のオートフォーカスでは合焦点位置を自動検出することができないという問題があった。
【０００９】
また、例えば、カラーフィルタのセル内における膜厚を測定するためには、高倍率の対物レンズを使用することにより、測定用照明がセル内のみに照射されるようにする必要がある。
ところが、高倍率の対物レンズでは、視野がパターンの存在しないセル内に限定されるため、このような場合においても、取得される画像信号には微分成分が含まれないために合焦点位置を自動検出することができないという問題があった。
【００１０】
なお、試料にパターンが存在しない、つまり、微分成分が無いときには、輝度変化のある擬似パターンを照明光学系の光学的合焦点位置に配置して、前記擬似パターンの像を試料に投影させ、常に画像信号に微分成分を形成させる顕微鏡用オートフォーカス装置も開示されている（例えば特許文献２参照）。
【００１１】
しかし、前記擬似パターンの投影像は、オートフォーカスを行うときには好適であるが、パターン認識による位置決めやＲＧＢ測定対象セルの識別、さらに、エッジ検出による線幅測定等を自動で行うときには邪魔な情報となってしまう。
【００１２】
本発明は上記の問題に鑑みなされたものであり、その課題とするところは、擬似パターンを用いることなく、パターンが存在しない測定対象物であっても合焦点位置を確実かつ高速に検出できるオートフォーカス手段を具備したセル内膜厚測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明のセル内膜厚測定装置は、基板上に薄膜パターンを形成した試料の微小領域に光を照射して、その反射光を取得する測定ヘッドと、前記反射光を分光して分光データを取得する分光器と、前記分光データから前記薄膜の膜厚を算出する膜厚算出部とを有するセル内膜厚測定装置であって、前記測定ヘッドは、カメラと、前記試料の位置決め及び測定対象セルの識別を行うための視野を可視光で照明する観察用照明と、前記観察用照明を遮断する観察用シャッタと、前記観察用照明を試料に均一に照明するための観察用の照明光学系と、前記測定対象セルのセル内における膜厚を測定するために可視光及び近赤外光で照明する測定用照明と、前記測定用照明を遮断する測定用シャッタと、前記測定用照明を前記測定対象セルのセル内に照明するための測定用の照明光学系と、前記試料からの反射光を前記分光器の受光素子及び前記カメラの受光素子に結像させるための結像光学系とを具備し、前記結像光学系は、可視光を透過し近赤外光を反射するホットミラーを含み、該ホットミラーを透過した可視光を前記カメラの前記受光素子に結像させ、該ホットミラーで反射した近赤外光を前記分光器の前記受光素子に結像させるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のセル内膜厚測定装置によれば、薄膜パターンを形成した試料の位置決め及び測定対象セルの識別を行うための可視光を用いた観察用照明及びその照明光学系と、測定対象セルのセル内における膜厚を測定するための可視光及び近赤外光を用いた測定用照明及びその照明光学系とを備え、そして、結合光学系において、可視光と近赤外光とをホットミラーで分離して、可視光をカメラの受光素子に結像させ、近赤外光を分光器の受光素子に結像させるようにしたことから、測定用の照明を試料に照射して常に画像信号に微分成分を形成させることができ、測定対象物が微分成分の無いリファレンスである場合や、視野内にパターンが存在しない場合であっても、合焦点位置を確実かつ高速に検出することができ、高機能のオートフォーカス手段を具備したセル内膜厚測定装置を提供できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態によるセル内膜厚測定装置では、まず、結像光学系にホットミラーを適用することによって、試料からの反射光のうち、可視光と近赤外光を効率よく分離し、可視光をカメラの受光素子に結像させ、近赤外光を分光器の受光素子に結像させるようにしている。
すなわち、試料からの反射光を効率的に分離させることによってカメラと分光器に良質な信号が入力されるようにしており、カメラから出力される信号に基づいて位置決め、ＲＧＢセルの識別、線幅測定、オートフォーカス等の処理を行う一方、分光器から出力される信号に基づいて膜厚測定を行う。なお、膜厚測定に近赤外光を利用する理由は、カラーフィルタの着色膜の場合、可視光域ではＲＧＢの各膜で吸収が起こるのに対して、９００ｎｍ以降の近赤外域では吸収が見られない（図１６参照）ため、理論曲線（モデル式に基づいた分光干渉波形）に良く一致した分光干渉波形を取得することができ、精度の良い測定が可能となるからである。なお、図１６は入射光の波長に対するＲＧＢの各膜の分光透過率を示している。
【００１６】
また、オートフォーカスについては、本来セル内における膜厚を測定するための測定用の照明光を利用して行うようにしている。
すなわち、試料に微分成分が無いときや、視野内にパターンが存在しない場合であっても、測定用のスポット照明を試料に照射することにより、常に画像信号に微分成分を形成させるようにしている。
【００１７】
さらに、オートフォーカス時には、カメラの部分読み出し機能を利用して撮像範囲を測定用のスポット照明周辺部に限定するようにしている。こうすることによって、カメラのフレームレートを高くし、測定ヘッド（レンズ−被写体間距離）を高速に変化させながらでも、細かいピッチで画像情報を取得することができるようにしている。
【００１８】
以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
図１は本実施例におけるセル内膜厚測定装置の概観を示す斜視図である。
このセル内膜厚測定装置は、測定対象物（本例ではカラーフィルタ基板）３１を位置決め配置するステージ３５と、このステージ３５上で測定ヘッド３２を移動する３次元移動機構３６と、被写体の基準サンプルであるリファレンス３３、ダーク３４を有している。
カラーフィルタ基板サイズは近年大型化し、１辺の長さが１ｍを越えるようになっているので、それに対応した大型のステージを設け、測定対象物３１をステージに載せ、所望の測定場所に測定ヘッド３２を移動させて測定を行う。
【００１９】
次に、測定に使用する光の波長について説明する。
薄膜が形成された基板に光を照射すると、この薄膜の表面で反射する光と、薄膜と基板との境界面で反射する光とが干渉する。但し、薄膜の表面で反射する光に比べて、薄膜と基板との境界面で反射する光の光量が著しく小さいと干渉は観察されない。つまり、薄膜で吸収されずに、透過する波長を選択することが必要である。カラーフィルタの着色膜の場合、可視光域ではＲＧＢの各膜で吸収が起こるのに対して、９００ｎｍ以降の近赤外域では吸収が見られない（図１６参照）ため、理論曲線に良く一致した分光干渉波形を取得することができ、精度の良い測定が可能となる。
【００２０】
次に、本実施例のセル内膜厚測定装置の概略構成について図２を用いて説明する。
図示のように、このセル内膜厚測定装置は、測定ヘッド４０１、カメラ４０２、ホットミラー４０３、結像レンズ４０４、ビームスプリッター４０５、ビームスプリッター４０６、対物レンズ４０７、光ファイバー４０８、分光器４０９、リレーレンズ４１０、カットフィルタ４１１、ピンホール４１２、コンデンサーレンズ４１３、シャッタ４１４、４１９、測定用照明光源４１５、リレーレンズ４１６、カットフィルタ４１７、コンデンサーレンズ４１８、観察用照明光源４２０、シャッタコントローラー４２１、制御コントローラー４２２、コンピュータ４２３、画像入力ボード４２４、キーボード４２５、マウス４２６、モニタ４２７などを有しており、カラーフィルタ基板４２８の測定を行う。
なお、観察用照明４２０には可視光を放出するハロゲンランプなどを使用する。
【００２１】
まず、観察用照明４２０からの出射光は、コンデンサーレンズ４１８、カットフィルタ４１７、開口絞り（図示せず）、視野絞り（図示せず）、リレーレンズ４１６を経てビームスプリッター４０６に至る。この部分は一般的な近赤外対応の金属顕微鏡に装備されるケーラー照明ユニットを使用すれば良い。
観察用照明４２０は、シャッタコントローラー４２１によりシャッタ４１９の開閉で照射の入り・切りを制御できる。なお、カットフィルタ４１７は、５００ｎｍ以下の波長の光をカットする分光透過特性を有し、着脱可能なので被測定物４２８が感光性を有する場合には適宜使用することができる。
観察用照明４２０からの光は、ビームスプリッター４０６により下方に反射されて対物レンズ４０７を経て、被測定物４２８に照射される。
【００２２】
被測定物４２８からの反射光は、対物レンズ４０７、ビームスプリッター４０６、ビームスプリッター４０５、結像レンズ４０４を経て、ホットミラー４０３に至る。
ホットミラー４０３を透過した可視光は、カメラ４０２の受光素子上に結像される。
測定用照明４１５には、可視光及び近赤外光を放出するハロゲンランプなどを使用する。測定用照明４１５からの出射光は、コンデンサーレンズ４１３、ピンホール４１２、カットフィルタ４１１、リレーレンズ４１０を経て、ビームスプリッター４０５に至る。測定用照明は、シャッタコントローラー４２１によりシャッタ４１４の開閉で照射の入り・切りを制御できる。なお、測定用照明４１５には、近赤外域における分光放射強度を高めるために、金コーティングリフレクタが具備されたタイプのものを使用しても良い。
【００２３】
測定用照明４１５からの光は、ビームスプリッター４０５により下方に反射されてビームスプリッター４０６、対物レンズ４０７を経て、被測定物４２８に照射される。ここで、対物レンズ４０７の倍率と、ピンホール４１２の穴径の選択により、カラーフィルタのセル内膜厚測定に適した１０〜５０μm径の測定スポットが得られる。
【００２４】
１０〜５０μｍ径の測定スポット照明による被測定物４２８からの反射光は、対物レンズ４０７、ビームスプリッター４０６、ビームスプリッター４０５、結像レンズ４０４を経て、ホットミラー４０３に至る。
ホットミラー４０３を透過した可視光は、カメラ４０２の受光素子上に、ホットミラー４０３を反射した近赤外光は、光ファイバー４０８にそれぞれ結像される。なお、光ファイバー４０８には、近赤外光の伝送効率を高めるためにゲルマニウムドープ石英製のものを使用する。
【００２５】
分光器４０９は、スリット、ミラー、回折格子、光検出器、Ａ／Ｄ変換部で構成されており、光ファイバー４０８によって分光器４０９に取り込まれた光は、スリット、ミラーを介して回折格子によって分光され、その光の分光スペクトルに対応した信号が、光検出器からＡ／Ｄ変換部を介してコンピュータ４２４に供給される。なお、光検出器は、例えば電子冷却型ＩｎＧａＡｓアレイ検出器などのように、近赤外における感度が高い検出器を使用する。
【００２６】
コンピュータ４２４は、カメラ４０２が取得した画像信号に基づいてオートフォーカス、位置決め、ＲＧＢ測定対象セルの識別処理を行い、分光器４０９が取得した分光スペクトルに対応した信号に基づいて公知の方法により被測定物４２８の膜厚を求める。また、カメラ４０２、分光器４０９、シャッタコントローラー４２１、制御コントローラー４２２と後述する命令やデータの授受を行う。
モニタ４２７は、測定条件情報、測定ヘッド４０１に関する各種パラメータ・状態情報（ＸＹＺ座標、速度、使用対物レンズ等の情報）、カメラ４０２で撮像された被測定物の画像、算出された膜厚値、測定基板枚数情報、判定情報等を表示する。
【００２７】
次に、本実施例のセル内膜厚測定装置の動作について図３に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
まず、Ｓ１では、分光器４０９が取得する分光強度データを分光反射率に換算するために、測定基板４２８の測定に先立って分光反射率が既知のリファレンス３３を測定する。
【００２８】
ここで、リファレンス測定処理Ｓ１の詳細を図４のフローチャートを参照しつつ説明する。まず、Ｓ１０１では、測定ヘッド４０１をリファレンス３３の位置に移動する。Ｓ１０２では、シャッタコントローラー４２１によりシャッタ４１４を開き、シャッタ４１９を閉じる。Ｓ１０３では、種々の倍率の対物レンズが装着されている電動レボルバ（図示せず）が制御コントローラー４２２からの制御信号を受け、測定に用いる倍率の対物レンズ４０７が選択される。こうすることによって、パターンの存在しないリファレンス３３の測定時であっても、画像信号には測定用のスポット照明４１５による微分成分が形成されることになり、Ｓ１０４では、この微分成分に基づき、オートフォーカスを行う。
【００２９】
次に、このオートフォーカス処理Ｓ１０４の詳細を図５のフローチャートを参照しつつ説明する。まず、カメラ４０２の部分読み出し機能をＯＮにすると共に、焦点評価値（画像の輪郭部が明瞭に認識できる度合いを数値で表現した値）を算出するための画像領域、合焦点位置の検索範囲（測定ヘッド４０１のＺ軸移動量）、測定ヘッド４０１のＺ駆動速度等の初期設定を行う（Ｓ１０４１）。
【００３０】
オートフォーカス制御の精度を高めるためには、測定ヘッド４０１の移動量を多く、駆動速度を低速に設定することで、測定ヘッド４０１のＺ座標に対応する画像を大量に取得し、取得した各画像から焦点評価値を計算し、その中から最大の焦点評価値を与える測定ヘッド４０１のＺ座標を検出することによって合焦点位置を決定する方式が考えられるが、このような方式ではオートフォーカス制御の高速性の確保が困難となる。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、カメラ４０２の部分読み出し機能を利用している。図６に示すように、部分読み出し機能を利用すると、通常の全画素読み出し設定時に比べ、取得される画像情報は減少する代わりに、高フレームレート化を実現することができる。本実施の形態においては、測定用のスポット照明像の微分成分に基づいてオートフォーカスを行うようにしているので、焦点評価値を算出するための画像領域（焦点評価値算出領域）として、測定用のスポット照明像の周辺部に限定することができる。なお、部分読み出し機能による高フレームレート化は、カメラのシャッタスピードを上げることを意味するので、取得される画像は通常設定時に比べて全体的に暗くなる。したがって、部分読み出し機能利用時には、カメラのＧＡＩＮを上げるようにしても良い。
【００３２】
測定ヘッド４０１は、制御コントローラー４２２からの制御信号を受け、オートフォーカス制御開始位置からＺ軸方向に沿って移動を始めると共に、被写体であるリファレンス３３の画像および測定ヘッド４０１のＺ座標を取得する（Ｓ１０４２〜Ｓ１０４３）。
その後、取得した画像の焦点評価値算出領域内において、次の式１で示すエッジ強調処理が行われ、焦点評価値が計算される（Ｓ１０４４〜Ｓ１０４５）。
【００３３】
【数１】
0004807659.tif 000002
【００３４】
輪郭部の画素間輝度変化は、焦点の合った画像では急峻であるのに対して、焦点の合っていないぼけた画像では緩やかな変化となる。そこで、輪郭部の輝度変化を数値で表現するための手法の１つとして、式１に示したエッジ強調処理を行い、輪郭部が強調された画像の輝度の総和を以って焦点評価値とするのが一般的である。なお、画像に含まれるスパイク状のノイズ成分を低減するために、エッジ強調処理に先立って、次の式２に示すようなスムージング処理を行っても良い。
【００３５】
【数２】
0004807659.tif 000003
【００３６】
測定ヘッド４０１が合焦点位置の検索範囲を移動する間、Ｓ１０４２〜Ｓ１０４５のループ処理が順次繰り返され、取得される各Ｚ座標に対応した画像データそれぞれに対して焦点評価値が計算される。
図７は、Ｓ１０４２〜Ｓ１０４５のループ処理によって取得された原画像、原画像にエッジ強調処理を施した画像、エッジ強調処理画像から計算された焦点評価値と測定ヘッド４０１のＺ座標の関係（以下、焦点評価値曲線と称する）を示したものである。この図に示すように、焦点評価値曲線は、焦点評価値が最大となる位置の近傍で上に凸の二次曲線に近い形状となる。そこで、焦点評価値が最大となる位置の近傍点から求まる近似二次曲線の頂点位置を合焦点位置とする（Ｓ１０４７）。
【００３７】
その後、測定ヘッド４０１をＳ１０４７で求めた合焦点位置に移動させると共にカメラ４０２の部分読み出し機能をＯＦＦし（全画素読み出しに設定し）、オートフォーカスの処理工程Ｓ１０４が完結する（Ｓ１０４８）。
そして、リファレンス３３の分光強度データＩＲｅｆ（λ）を取得してコンピュータ４２３のメモリに格納し（Ｓ１０５）、リファレンス測定処理Ｓ１が完結する。
【００３８】
次に、Ｓ２のダーク測定では、ダーク３４の分光強度データＩＤａｒｋ（λ）を取得してコンピュータ４２３のメモリに格納する。ダーク測定とは、暗電流による分光器４０９のノイズ成分信号を求めるステップのことで、分光器４０９に入力される光が存在しない条件の下で、分光器４０９から出力される信号ＩＤａｒｋ（λ）を取得する。したがって、ダーク３４は、測定用照明４１５の光を吸収する黒色無反射板等で構成される。分光器４０９にシャッタが具備されている場合は、シャッタを閉じた状態で取得されるデータをＩＤａｒｋ（λ）としても良い。
【００３９】
リファレンス３３の分光強度データＩＲｅｆ（λ）と、ダーク３４の分光強度データＩＤａｒｋ（λ）が取得されると、図８を参照して求まる次の式３により、後のステップで取得される測定基板４２８のセル内における分光強度データＩ（λ）から分光反射率Ｒ（λ）を計算することができる。なお、式３において、ＲＲｅｆ（λ）はリファレンス３３の分光反射率であり、既知の値である。
【００４０】
【数３】
0004807659.tif 000004
【００４１】
なお、Ｓ１のリファレンス測定とＳ２のダーク測定は、基板４２８を測定するための前準備にあたるステップであるが、測定前に毎回行う必要は無く、例えば１時間に１回という頻度で行えば十分である。
【００４２】
Ｓ３では、測定位置、位置決めのためのパターン画像、測定基板のセルピッチ、良否判定条件等の情報を含む測定条件を呼び出す。
Ｓ４では、基板搬送装置により測定基板４２８をステージ上に搬送し、Ｓ５では、ステージに具備されたクランプ機構（図示せず）により測定基板４２８を一定精度で位置決めする。
【００４３】
Ｓ６では、測定基板４２８に形成された複数のアライメントマークのうちの２箇所を読み取り、測定ヘッド４０１のＸＹ座標を変換（補正）する。
以下、ステップＳ６の詳細を図９のフローチャートを参照しつつ説明する。まず、電動レボルバを制御して低倍率の対物レンズを選択し、アライメントマークがカメラ４０２の視野内に収まるようにする（Ｓ６０１）。
【００４４】
次に、測定ヘッド４０１を１つめのアライメントマーク（以下、アライメントマークＡ）の名目座標位置（ＸＡ、ＹＡ）に移動させ（Ｓ６０２）、リファレンス３３の場合と同様にしてシャッタコントローラー４２１によりシャッタ４１４を開き、シャッタ４１９を閉じ、基板４２８に測定用照明４１５のみが照射される状態にし（Ｓ６０３）、オートフォーカスを行う（Ｓ６０４）。ここで、名目座標とは、規格として定められた測定基板４２８の原点に対する座標のことである。但し、リファレンス測定時に比べ、対物レンズ４０７の倍率は低く、焦点深度は大きいので、測定ヘッド４０１の移動速度をより高速に設定することでＳ６０３の処理時間を短縮するようにすることが望ましい。
【００４５】
次に、シャッタコントローラー４２１によりシャッタ４１４を閉じ、シャッタ４１９を開き、基板４２８に観察用照明４２０のみが照射される状態にする（Ｓ６０５）。このとき、モニタ４２７には図１０のような画像が表示されている。
【００４６】
次に、図１０の画像データと、予め登録しておいたテンプレート画像とのパターンマッチング処理により、アライメントマークＡの重心座標位置（ｘＡ、ｙＡ）を求める（Ｓ６０６）。ここで、（ｘＡ、ｙＡ）は測定ヘッド４０１のメカ的な座標である。
【００４７】
同様にして、測定ヘッド４０１を２つめのアライメントマーク（以下、アライメントマークＢ）の名目座標（ＸＢ、ＹＢ）位置に移動させ（Ｓ６０７）、基板４２８に測定用照明４１５のみが照射される状態にし（Ｓ６０８）、オートフォーカスを行い（Ｓ６０９）、基板４２８に観察用照明４２０のみが照射される状態にし（Ｓ６１０）、アライメントマークＢの重心座標位置（ｘＢ、ｙＢ）を求める（Ｓ６１１）。ここで、（ｘＢ、ｙＢ）は測定ヘッド４０１のメカ的な座標である。
【００４８】
以上のステップを経ることで、名目座標（ＸＡ、ＹＡ）、（ＸＢ、ＹＢ）に対する測定ヘッド４０１のメカ的な座標（ｘＡ、ｙＡ）、（ｘＢ、ｙＢ）が取得されるので、測定ヘッド４０１のメカ的な座標（ｘ、ｙ）を名目座標（Ｘ、Ｙ）に変換するための変換式（式４）が作成され（Ｓ６１１）、ステップＳ６が完結する。ここで、式４のθは（ｘＡ、ｙＡ）、（ｘＢ、ｙＢ）が結ぶ直線と（ＸＡ、ＹＡ）、（ＸＢ、ＹＢ）が結ぶ直線のなす角、ｄｘはX方向への水平移動量、ｄｙはY方向への水平移動量をそれぞれ表す。なお、ステップＳ６は、ステップＳ３の条件呼出において実施／省略を選択できるようになっており、要求される位置決め精度に応じた設定を行えるようにしている。
【００４９】
【数４】
0004807659.tif 000005
【００５０】
Ｓ７では、Ｓ３で名目座標として与えられた測定セル位置に測定ヘッド４０１を移動させる。
【００５１】
次に、ステップＳ８の詳細を図１１、図１２を参照しつつ説明する。まず、オートフォーカスを行い（図１１（ａ））、基板４２８に観察用照明４２０のみが照射される状態にし（図１１（ｂ））、Ｓ３で呼出してあるテンプレート画像（図１２）によるパターンマッチング処理を行い、測定ヘッド４０１の位置（測定用スポット照明像の位置）と測定セル中央位置との位置ずれ量ΔＸ、ΔＹを計算する。測定セル中央位置は、例えば、パターンマッチング処理により検出された領域の中心座標からの指定量オフセット位置として定めておけば良い。
【００５２】
続いて、測定ヘッド４０１をΔＸ、ΔＹだけ微移動させ（図１１（ｃ））、対物レンズ４０７を膜厚測定用の倍率、すなわち、リファレンス３３およびダーク３４を測定したときに使用した倍率の対物レンズに切り替え（図１１（ｄ））、対物レンズの切り替えに伴う画像のぼけを修正するために、再度オートフォーカスを行い（図１１（ｅ））、測定用スポット照明４１５が測定セルの中央位置に照射されるようにする（図１１（ｆ））。
【００５３】
Ｓ９では、測定セル中央部（図１１（ｆ）の測定用照明像部分）からの反射光を分光器４０９に入力し、取得される分光強度データＩ（λ）から式３により図１３のような分光反射率Ｒ（λ）を求める。
【００５４】
そして、前記分光反射率と、理論上の分光反射率とを比較する従来より周知のカーブフィット法により、測定セル中央部における膜厚を計算してモニタ４２７に表示する。このとき、算出された膜厚値が、Ｓ３で呼出してある良否判定条件により不良と判断された場合は、アラームを発令してラインを停止すると共に、前工程の再条件出しを作業員に促すので、不良品の早期発見によるロス削減・歩留まり向上を実現できる。なお、図１４は、本実施の形態により取得された膜厚値（横軸）と、触針式段差計により取得された膜厚値（縦軸）との相関を示した図である。
【００５５】
Ｓ１０では、Ｓ３で呼出してある全測定位置で膜厚測定が行われたかを判別し、測定途中であると判別された場合は次の測定位置近傍に測定ヘッドを移動させ（Ｓ７）、測定完了であると判別された場合は測定基板をアンクランプし（Ｓ１１）、基板搬出装置によって測定基板を搬出する（Ｓ１２）。
【００５６】
以上のように、本実施例のセル内膜厚測定装置によれば、測定用のスポット照明を試料に照射することにより、常に画像信号に微分成分を形成させるようにしているので、測定対象物が微分成分の無いリファレンスである場合や、視野内にパターンが存在しない場合（セル内中央部を高倍率の対物レンズで観察する場合）であっても、合焦点位置を確実に検出することができる。
また、カメラの部分読み出し機能を利用して撮像範囲を測定用のスポット照明周辺部に限定するようにしているので、カメラのフレームレートを高くし、測定ヘッド（レンズ−被写体間距離）を高速に変化させながらでも、細かいピッチで画像情報を取得することができ、合焦点位置を確実かつ高速に検出することができる。
また、擬似パターンを用いることなく合焦点位置を確実かつ高速に検出することができるので、位置決めやＲＧＢ測定対象セルの識別処理を安定して自動で行うことができ、セル内における膜厚測定をインラインにて行うことができる。
さらに、画像情報に擬似パターンが含まれることはないので、例えば、安定したエッジ検出による線幅測定機能を付加することが可能となり、工程管理に必要不可欠な線幅測定機能を本発明のセル内膜厚測定装置に組み込むことが可能となるため、設備投資額や製造現場における床面積を大幅に節約することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施例によるセル内膜厚測定装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施例によるセル内膜厚測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例によるセル内膜厚測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例によるセル内膜厚測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例によるセル内膜厚測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】オートフォーカス時の部分読み出し機能と焦点評価値算出領域を示す説明図である。
【図７】オートフォーカス処理の詳細を示す説明図である。
【図８】分光強度データを分光反射率データに換算する方法を示した説明図である。
【図９】本発明の実施例によるセル内膜厚測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】アライメントマークの一例を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施例によるセル内膜厚測定装置の動作を示す説明図である。
【図１２】パターンマッチング処理時に用いるテンプレート画像を示す説明図である。
【図１３】カラーフィルタのセル内における分光反射率データを示した説明図である。
【図１４】本発明の実施例によるセル内膜厚測定装置により取得された膜厚値（横軸）と、触針式段差計により取得された膜厚値（縦軸）との相関を示した説明図である。
【図１５】測定対象物を示す説明図である。
【図１６】カラーフィルタの着色膜の分光透過率を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５８】
３１……測定対象物、３２……測定ヘッド、３３……リファレンス、３４……ダーク、３５……ステージ、３６……３次元移動機構、４０１……測定ヘッド、４０２……カメラ、４０３……ホットミラー、４０４……結像レンズ、４０５……ビームスプリッター、４０６……ビームスプリッター、４０７……対物レンズ、４０８……光ファイバー、４０９……分光器、４１０……リレーレンズ、４１１……カットフィルタ、４１２……ピンホール、４１３……コンデンサーレンズ、４１４、４１９……シャッタ、４１５……測定用照明光源、４１６……リレーレンズ、４１７……カットフィルタ、４１８……コンデンサーレンズ、４２０……観察用照明光源、４２１……シャッタコントローラー、４２２……制御コントローラー、４２３……コンピュータ、４２４……画像入力ボード、４２５……キーボード、４２６……マウス、４２７……モニタ、４２８……カラーフィルタ基板。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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