(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設計された凸部を複数有する基板の凸部の相対高さを測定する基板の測定方法であって、基板が対向する一対の基板の間に液晶組成物を挟持してなる液晶表示素子を構成する少なくとも一方の基板であり、高さ測定手段が該凸部を１つ以上含む測定領域内を均等に画素分割し、分割された画素単位毎に高さを測定する手段であり、
凸部の相対高さを、
（１）高さ測定手段で得られた高さ情報から高さのしきい値を設定し、
（２）しきい値を超える高さを持つ画素の塊の特徴量を測定し、
（３）特徴量が予め設定している範囲に入っている塊を凸部として認識し、
（４）凸部の位置を基準に、予め設定された相対位置にウインドウを設定してウィンドウ内の平均高さを測定し、
（５）凸部の高さと前記ウインドウ内の平均高さとの差をとることにより算出する、
ことを特徴とする基板の測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の基板の測定方法において、前記凸部がカラーフィルタのブラックマトリクス上に成形されたスペーサーであることを特徴とする基板の測定方法。
【請求項３】
請求項１に記載の基板の測定方法において、前記凸部の位置を、
（１）前記高さ測定方法で得られた高さ情報の分布図から高さのしきい値を設定し、
（２）前記しきい値を越える高さを持つ画素から突起状物の位置を測定し、
（３）窓部の位置を測定し、突起状物の窓部からの相対的な位置を測定する、
ことを特徴とする基板の測定方法。
【請求項４】
カラーフィルタまたは透明電極基板の製造方法であって、前記カラーフィルタまたは透明電極基板上の凸部を複数有する基板の１つ以上の凸部の高さを請求項１〜３の何れかに記載の測定方法によって測定し、前記カラーフィルタまたは透明電極基板の良否判定を行うことを特徴とするカラーフィルタまたは透明電極基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルタ、ＴＦＴアレイ基板、半導体などの積層膜構造体の各層または全体の高さまたは断面積または位置等の表面形状を測定するＬＣＤ用透明基板などの基板の測定装置およびカラーフィルタまたは透明電極基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーフィルタ上にスペーサーを成形する方法としては種々の方法が知られている。たとえば、特開平９−４３４２５号公報に記載されているように、ＢＭ上に各着色層を積層しスペーサとする技術がある。このスペーサーの測定技術として、スペーサーの高さ測定については触針式高さ計を使用し、スペーサーの面積、長さ、位置、数、あるいは画素開口部幅、画素開口部間の距離、ストライプ幅、ストライプ間の距離は光学顕微鏡を用いて測定を実施していた。しかしながら、そのような測定には、以下に述べるような問題があった。
【０００３】
すなわち、スペーサーの高さ測定については、触針式高さ計を使用していたが、ある直線上の高さを測定するために、測定線上にスペーサーをとらえるのが困難であり、このため、測定する直線をわずかに移動させながらある範囲内について複数回測定していた。しかも破壊測定のため、測定したカラーフィルターは廃棄しなければならず、また、得られたチャートより検査員が高さを読み取っていたため、読み取り誤差が大きく、測定時間も長かった。
【０００４】
また、スペーサーの面積および位置、画素開口部幅、画素開口部間の距離、ストライプ幅、ストライプ間の距離については、光学顕微鏡で拡大した画像に対し測定員が測長器にて測定を行っていたが、手動による測定のため読み取り誤差が大きく、測定時間も長かった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術における上述した問題点を解決するもので、測定時間を短縮し、精度・再現性の良い基板の測定装置およびカラーフィルタまたは透明電極基板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の基板の測定装置は、以下の構成を有する。
すなわち、予め設計された凸部を複数有する基板の凸部の相対高さを測定する基板の測定方法であって、基板が対向する一対の基板の間に液晶組成物を挟持してなる液晶表示素子を構成する少なくとも一方の基板であり、高さ測定手段が該凸部を１つ以上含む測定領域内を均等に画素分割し、分割された画素単位毎に高さを測定する手段であり、
凸部の相対高さを、
（１）高さ測定手段で得られた高さ情報から高さのしきい値を設定し、
（２）しきい値を超える高さを持つ画素の塊の特徴量を測定し、
（３）特徴量が予め設定している範囲に入っている塊を凸部として認識し、
（４）凸部の位置を基準に、予め設定された相対位置にウインドウを設定してウィンドウ内の平均高さを測定し、
（５）凸部の高さと前記ウインドウ内の平均高さとの差をとることにより算出する、
ことを特徴とする基板の測定方法である。
【０００７】
また、カラーフィルタまたは透明電極基板の製造方法であって、前記カラーフィルタまたは透明電極基板上の凸部を複数有する基板の１つ以上の凸部の高さを測定し、前記カラーフィルタまたは透明電極基板の良否判定を行うことを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
以下、本発明における高さ情報を用いた測定の一実施例を図面に基づいて説明する。
【０００９】
図１は、本発明の測定対象であるカラーフィルタ１の上面図である。図２はカラーフィルタの断面図である。次に測定対象であるスペーサーの高さ、断面積、位置、画素開口部幅、画素開口部間の距離、ストライプ幅、ストライプ間の距離を説明する。
【００１０】
スペーサー高さは図２のＨS に示すように、画素開口部１０９からスペーサー１１０の最上部までの距離である。
【００１１】
スペーサー断面積は、図２のＡＡ’での着色層（赤色層）の断面積である。
【００１２】
スペーサー位置は、図１のストライプ端部１１２からの距離Ｐ1 ，画素開口部１０９の端部からの距離Ｐ2 ，Ｐ3 を測定する。
【００１３】
画素開口部間の距離を図１のＬ1 、Ｌ5 、画素開口部幅を図１のＬ2 、ストライプ幅を図１のＬ3 、ストライプ間の距離を図１のＬ4 にそれぞれ示す。
【００１４】
図３は、本発明の測定装置の模式図で、ステージ２、高さ測定装置３、データ処理装置５、制御装置６、表示装置６から構成されている。
【００１５】
ステージ２は、カラーフィルタを表面に載置、固定し、カラーフィルタの任意の点が測定できるようにするもので、ＸＹ方向に移動する。
【００１６】
高さ測定装置３は、カラーフィルタ上のある範囲を画素に分割して、その画素ごとの高さを測定するもので、制御装置６より高さ測定開始信号を与えられると高さ測定を開始し、測定を終了すると高さ測定終了信号を制御部６に出力し、高さデータをデータ処理装置５に転送する。高さ測定装置３は、ある範囲を画素に分割して、その画素ごとの高さを測定するものであれば、どのようなものでもかまわない。
【００１７】
データ処理装置５は、高さ測定装置３で測定した高さ情報から、スペーサーの高さ、断面積、長さ、位置、数およびカラーフィルタ画素開口部幅、画素開口部間の距離、ストライプ幅、ストライプ間の距離を測定するものである。制御装置６からデータ処理開始信号を与えられるとデータ処理を開始し、データ処理を終了するとデータ処理終了信号を制御装置６に出力する。
【００１８】
制御装置６は、決められた手順に基づいて、前記ステージと高さ測定装置とデータ処理装置に操作指令を与えるためのものである。
【００１９】
表示装置７は、データ処理装置で測定したスペーサーの高さ、断面積、長さ、位置、数を表示するためのものである。
【００２０】
次に本発明の測定装置の作用を図７のフローチャートを用いて説明する。
【００２１】
まず、サンプルをステージに設置し測定開始ボタンを押す。（ステップ１）
サンプルの設置は、手動でも、ロボットアーム等で自動で行ってもかまわない。測定開始ボタンが押されると、制御装置６は測定するスペーサーが高さ測定装置の測定範囲内にくるように予め設定した移動量と、移動開始信号をステージ２に与える。この時、サンプル設置位置にバラツキがある場合は、アライメントをかけ設置誤差を測定しステージの移動量を補正するのが望ましい。移動開始信号を与えられたステージ２は移動を開始し、移動終了後に移動終了信号を制御装置６に与える（ステップ２）。
【００２２】
移動終了信号が与えられた制御装置６は、高さ測定装置３に高さ測定開始信号を与える。測定開始信号を与えられた高さ測定装置３は高さ測定を開始し、測定終了後にデータ処理装置５に高さデータを送り、高さ測定終了信号を制御装置６に与える（ステップ３）。高さ測定装置３はカラーフィルタ表面の最も低い位置よりさらに数μｍ低い位置を高さの原点として測定を開始する。測定範囲は、測定対象であるカラーフィルタの表面の凹凸をすべて測定できるように設定する。
図４は高さ測定装置３で測定されたカラーフィルタの高さデータで、高い部分を１０８に示すように薄いハッチングで、低い部分を１０２に示すように濃いハッチングで表示している。図５は図４のＸＸ’間の高さを、図６は図４のＹＹ’間の高さを示しており、横軸が位置、縦軸が高さである。
【００２３】
高さ測定終了信号を与えられた制御装置６は、データ処理装置５にデータ処理開始信号を与える。データ処理開始信号を与えられたデータ処理装置５は、以下の手順でスペーサーの高さ、断面積、位置を測定する。
【００２４】
まず、与えられた高さデータの最大値Ｈｍａｘ、最小値Ｈｍｉｎを求め、ＨｍａｘとＨｍｉｎの差を高さ範囲Ｒとし、予め設定した値Ｈと比較する。Ｒ≧Ｈの場合は、そのまま処理を継続するが、Ｒ＜Ｈの場合は画面内にスペーサーが存在しないかスペーサーの高さが極端に低いとして処理を終了し、表示装置７に高さ範囲Ｒを表示する（ステップ４）。Ｈはカラーフィルタの着色層の膜厚等から決定する。
【００２５】
次にスペーサー部分を切り出すために高さによる２値化を行なう。（ステップ５）。２値化のしきい値ＴＨは前記ＨｍａｘとＨｍｉｎからスペーサー部分をうまく切り出すように設定する。２値化は、高さ測定装置３で得られた各画素の高さとしきい値ＴＨを比較して、高い場合は１、低い場合は０とした。スペーサー部分を切り出した２値化画像を図８に示す。白い部分がしきい値より高いスペーサー部分である。
【００２６】
次に図８の白い塊に対して面積、長さ、幅、重心位置等の特徴量を測定する（ステップ６）。これらの特徴量が予め設定している範囲内に入っているものをスペーサーとして認識する。特徴量が設定した範囲内に入っている前記塊が１つも存在しなかった場合は、スペーサーが存在しないものとして処理を終了し、表示装置７にその旨を表示する（ステップ７）。
【００２７】
前記塊が１つの場合は、重心位置Ｘｃ，Ｙｃを記憶する（ステップ８）。前記塊が２つ存在した場合は、１画面に複数のスペーサーがあるものとし、ステップ８〜ステップ１８を各スペーサーごとに繰り返す。
【００２８】
次に前記重心位置を基準にして、図９に示すＷ1 〜Ｗ6 のウインドウを設定する（ステップ９）。これらのウインドウの大きさとＸc ，Ｙc との相対位置は測定するカラーフィルタに応じて予め設定している。Ｗ1 はスペーサー部分の高さおよび各層の膜厚を測定するためのウインドウである。Ｗ2 は開口部の高さを測定するためのウインドウである。Ｗ3 、Ｗ4 は開口部エッジを測定するウインドウである。Ｗ5 、Ｗ6 は開口部エッジおよびストライプエッジおよび隣接するストライプエッジを測定するためのウインドウである。
【００２９】
次にウインドウＷ2 内の平均高さを求めて、開口部高さＷH とする（ステップ１０）。
【００３０】
次にウインドウＷ1 について高さデータの分布図を作成する（ステップ１１）。図１０は図９のウインドウＷ1 部分を拡大した図である。図１１は高さデータの分布図であり、横軸が高さ分割値、縦軸が画素数である。高さ分割値は実際の高さを整数に変換したものである。この図１１の１０２部分のピークは、図１０で示す樹脂ブラックマトリクス１０２部分であり、以下同様に１０６〜１０８は対応している。
【００３１】
次に図１１の高さ分布図のピークを認識し、各着色層の高さを測定する。（ステップ１２）。ピーク認識は、どのような手法を用いてもかまわない。
【００３２】
次に、スペーサー高さＨS を求める（ステップ１３）。スペーサー高さはカラーフィルタをセル組みした後、セルギャップを決定する重要な要素である。スペーサー高さはＷ1 の最大値をＨT としても良いが、測定精度を向上させるためスペーサーの断面積がある面積になる高さをＨT とし、高さ測定装置３でのスパイクノイズなどの影響をなくすのが望ましい。
【００３３】
次に、得られた各層の高さから、各層の膜厚を計算する（ステップ１４）。
【００３４】
次に、スペーサの断面積、スペーサーの位置を測定する（ステップ１５）。ステップ５で行った２値化では、スペーサーのどの部分で２値化したか正確にはわからない。そこで、ステップ１２で求めた各着色層の高さからしきい値ＴHSを求め、再度２値化を行なう。
【００３５】
しきい値ＴHSで２値化した画像について特徴量を測定し、スペーサー断面積  Ａs 、スペーサー位置Ｘ軸最大値Ｘmax 、最小値Ｘmin 、Ｙ軸最大値Ｙmax 、Ｙmin を求める（ステップ１６）。
【００３６】
次にウインドウ内のエッジ位置を測定する（ステップ１７）。開口部エッジの測定について、Ｗ3 のウインドウについて説明する。まず、測定するエッジと平行方向にウインドウ内で高さデータの平均を取りノイズを除去する。図１２に平均後の高さデータを示す。このデータにさらに移動平均をかけノイズを除去し、微分をかけたデータを図１３に示す。この図１３の微分値のピーク位置をエッジ位置Ｅ3 として認識する。ピークの認識にはどのような手法を用いてもかまわない。以下同様にＷ4 について開口部エッジを測定しＥ4 を求める。
【００３７】
次にストライプ部分のエッジ測定について、Ｗ5 のウインドウについて説明する。まず、測定するエッジと平行方向にウインドウ内で高さデータの平均をとりノイズを除去する。図１４に平均後の高さデータを示す。このデータにさらに移動平均をかけノイズを除去し、微分をかけたデータを図１５に示す。この図１５の微分値のピーク位置をエッジとして認識する。ピーク○１は開口部エッジ、ピーク○２はストライプエッジ、ピーク○３は隣のストライプエッジ、ピーク○４は隣の画素の開口部エッジである。ピーク認識はウインドウＷ３と同様に行い、開口部エッジＥ5a、ストライプエッジ位置Ｅ5b、隣のストライプエッジ位置Ｅ5c、隣の画素の開口部エッジ位置Ｅ5dを測定する。
【００３８】
以下同様にＷ6 について、開口部エッジＥ6d、ストライプエッジ位置Ｅ6c、隣のストライプエッジ位置Ｅ6b、隣の画素の開口部エッジ位置Ｅ6aを測定した。また、Ｗ1 〜Ｗ6 以外にウインドウを設定してエッジを測定し、他の項目について測定を行ってもかまわない。
【００３９】
次にスペーサー位置、エッジ位置から、ストライプ端部からの距離Ｐ1 、窓開口部端部からの距離Ｐ2 ，Ｐ3 、画素開口部間の距離Ｌ1 、画素開口部幅Ｌ2 、ストライプ幅Ｌ3 、ストライプ間の距離Ｌ4 、Ｌ5 をそれぞれ求める（ステップ１８）。
【００４０】
最後に測定結果を表示装置７に表示する。（ステップ１９）
以下、実際の測定結果の一例を説明する。測定は図１に示すカラーフィルタにおいて、製造時のエッチング時間および着色層膜厚の水準を変化させた複数のサンプルについて行った。以下にある水準のサンプル中央付近のスペーサーの測定について説明する。
【００４１】
まず、手動でサンプルをステージ２に設置して測定開始すると、ステージ２は高さ測定装置の測定範囲内に前記スペーサーがくるようにサンプルを移動させる。
【００４２】
次に、高さ測定装置３は高さ測定を開始し、データ処理装置５に高さデータを送る。高さ測定装置３は、光干渉式高さ計を用い、□２００μｍの範囲について、１画素□０．４μｍで５００×５００画素について、高さ精度±０．０５μｍの精度で測定した。データ処理装置５で高さデータの最大値Ｈmax 、最小値Ｈmin 、高さ範囲Ｒを求めたところ以下のようになった。なお、Ｈ＝４．００とした。
【００４３】
Ｈmax   ＝  ８．９０［μｍ］
Ｈmin   ＝  １．００［μｍ］
Ｒ      ＝  ７．９０［μｍ］
次にスペーサー部分を切り出すために高さによる２値化を実施した。２値化のしきい値ＴＨを下記［式１］により決めたところ、ＴＨ＝７．３２となった。
［式１］
ＴＨ  ＝  Ｈｍｉｎ  ＋  ０．８×Ｒ
２値化した画像の白い塊に対して面積、長さ、幅、重心位置等の特徴量を測定したところ、予め設定した面積、長さ、幅の範囲内に入っている塊が１つ存在したため、これをスペーサーとして認識し、重心位置Ｘｃ，Ｙｃを記憶した。
【００４４】
次に前記重心位置Ｘｃ，Ｙｃを基準にして、Ｗ1 〜Ｗ6 のウインドウを設定した。
【００４５】
次にウインドウＷ2 内の平均高さを求めたところ、開口部高さＷH は以下のようになった。
【００４６】
ＷH   ＝  ２．５０［μｍ］
次にウインドウＷ1 について高さデータの分布図を作成した。本実施例では、分布の刻み間隔Ｈdiv をＨdiv ＝０．０２［μｍ］として下記［式２］より分割数ＤＩＶを求めところ、ＤＩＶ＝３９５となった。
［式２］
ＤＩＶ＝（Ｈmax −Ｈmin ）／Ｈdiv   （ＤＩＶは整数）
高さデータの分布図横軸の高さ分割値Ｄと実際の高さＨには、下記［式３］の関係がある。
［式３］
Ｈ＝Ｈmin ＋Ｈdiv ・Ｄ
次に高さ分布図のピーク位置を認識した。ピーク位置の認識は、まず高さ最小値からＢＭ膜厚設計値の範囲で、画素数が最大となる高さ分割値をＢＭ高さの分割値ＨＤBMと認識し、上記［式３］によってＢＭ高さＨBMを求める。以下同様に、このＢＭ高さを基準として、青色層膜厚設計値の６０％から１４０％の範囲で画素数が最大となる高さ分割値から青色層高さＨB を求める。次に青色層高さを基準に緑色層膜厚設計値の６０％から１４０％の範囲で画素数が最大となる高さ分割値から緑色層高さＨG を求める。次に緑色層高さを基準に赤色層膜厚設計値の６０％から１４０％の範囲で画素数が最大となる高さ分割値から赤色層高さＨB を求める。今回は、前述のようなピーク認識手法を使用したが、微分等を利用してピークを認識してもかまわない。それぞれのピーク位置、着色層高さは以下のようになった。
【００４７】
ＨＤBM  ＝  １５
ＨＤB   ＝  １４０
ＨＤG   ＝  ２６５
ＨBM  ＝  １．３０  ［μｍ］
ＨB   ＝  ３．８０  ［μｍ］
ＨG   ＝  ６．３０  ［μｍ］
次に、スペーサー頂上部の高さＨT を求める（ステップ１３）。高さ測定装置３でのスパイクノイズなどの影響をなくし測定精度を向上させるため、ある断面積Ｓになる分割値ＨＤT を求める。高さ分布図のある分割値ＨＤT でのスペーサー断面積Ｓは、下記［式４］になる。
［式４］
DIV
Ｓ  ＝Σ  ｆ（ｘ）×  Ｐ2
ｘ= ＨD T
ｘ      ：高さ分割値
ｆ（ｘ）：高さ分割値ｘでの画素数
ＤＩＶ  ：高さ分布図の分割数
Ｐ  ：１画素の幅［μｍ］
そこで、以下の［式５］を満たす分割値ＨＤT を求めることで、スペーサーの断面積Ａになる分割値が得られる。
［式５］
DIV                             DIV
Σ  ｆ（ｘ）  ≦  Ａ／Ｐ  ＜    Σ  ｆ（ｘ）
ｘ= ＨD T ＋１                  ｘ= ＨD T
本実施例では、Ａ＝２．００としたところ、ＨD T ＝３４５を得た。この高さ分割値ＨＤT を［式３］代入して、スペーサー頂上部の高さＨT は以下のようになった。
【００４８】
ＨT ＝      ７．９０  ［μｍ］
これよりスペーサー高さＨS は次のようになる。
【００４９】
ＨS     ＝      ＨT   −  ＨW
＝      ６．３０  ［μｍ］
次に、得られた各層の高さから、各層の膜厚を計算する。ＢＭ膜厚ＴBM、青色層膜厚ＴB 、緑色層膜厚ＴG 、赤色層膜厚ＴR を［式６］［式７］［式８］［式９］より計算。
［式６］
ＴBM  ＝  ＨB −ＨW
［式７］
ＴB   ＝  ＨB −ＨBM
［式８］
ＴG   ＝  ＨG −ＨB
［式９］
ＴR   ＝  ＨT −ＨG
得られた各層の膜厚は以下のようになった。
【００５０】
ＴBM  ＝  １．３０  ［μｍ］
ＴB   ＝  ２．５０  ［μｍ］
ＴG   ＝  ２．５０  ［μｍ］
ＴR   ＝  ２．５０  ［μｍ］
次に、スペーサの断面積、スペーサーの位置を測定した。本実施例では、赤色層の中央での柱断面の面積をスペーサー断面積としたので、２値化のしきい値ＴHSは［式１０］で求めた。その結果、ＴＨS ＝７．５５を得た。
［式１０］
ＴＨS ＝  （  ＨT   ＋  ＨG   ）／２
しきい値ＴＨS で２値化した画像について特徴量を測定し、スペーサー断面積Ａs 、スペーサー位置Ｘ軸最大値Ｘmax 、最小値Ｘmin 、Ｙ軸最大値Ｙmax 、Ｙmin を求めたところ、以下のようになった。
【００５１】
Ａs   ＝  １４０        ［μｍ2 ］
Ｘmax ＝  １２５
Ｘmin ＝  ２００
Ｙmax ＝  ２３０
Ｙmin ＝  ２７０
次にウインドウＷ3 、Ｗ4 、Ｗ5 、Ｗ6 のエッジ位置を測定したところ、エッジ位置は以下のようになった。
【００５２】
Ｅ3 ＝  ２００．０
Ｅ4 ＝  ３００．０
Ｅ5a  ＝  ５０．０
Ｅ5b  ＝  ５７．５
Ｅ5c  ＝  ６７．５
Ｅ5d  ＝  ７５．０
Ｅ6a  ＝  ２５０．０
Ｅ6b  ＝  ２５７．５
Ｅ6c  ＝  ２６７．５
Ｅ6d  ＝  ２７５．０
次にスペーサー位置、エッジ位置から、ストライプ端部からの距離Ｐ1 を［式１１］で、窓開口部端部からの距離Ｐ2 ，Ｐ3 を［式１２］、［式１３］で、画素開口部間の距離Ｌ1 を［式１４］で、画素開口部幅Ｌ2 を［式１３］で、ストライプ幅Ｌ3 を［式１６］で、ストライプ間の距離Ｌ4 、Ｌ5 を［式１７］［式１８］でそれぞれ求めた。
［式１１］
Ｐ1 ＝（  Ｘmin   −  Ｅ5b  ）×  Ｐ
［式１２］
Ｐ2 ＝（  Ｙmin   −  Ｅ3   ）×  Ｐ
［式１３］
Ｐ3 ＝（  Ｅ4   −  Ｙmax ）×  Ｐ
［式１４］
Ｌ1 ＝（  Ｅ4   −  Ｅ3   ）×  Ｐ
［式１５］
Ｌ2 ＝（  Ｅ6a  −  Ｅ5d  ）×  Ｐ
［式１６］
Ｌ3 ＝（  Ｅ6b  −  Ｅ5c  ）×  Ｐ
［式１７］
Ｌ4 ＝（  Ｅ5c  −  Ｅ5b  ）×  Ｐ
［式１８］
Ｌ5 ＝（  Ｅ5d  −  Ｅ5a  ）×  Ｐ
計算結果は以下のようになった。
【００５３】
Ｐ1 ＝  ２７．０  ［μｍ］
Ｐ2 ＝  １２．０  ［μｍ］
Ｐ3 ＝  １２．０  ［μｍ］
Ｌ1 ＝  ４０．０  ［μｍ］
Ｌ2 ＝  ７０．０  ［μｍ］
Ｌ3 ＝  ７６．０  ［μｍ］
Ｌ4 ＝    ４．０  ［μｍ］
Ｌ5 ＝  １０．０  ［μｍ］
他の着色層上のスペーサーおよび、他の水準のサンプルについても同様にして測定を行った。得られた測定結果と、従来の方法で得られた結果には高い相関があった。また、同じサンプルを繰り返し測定した場合の繰り返し精度は、いずれの測定項目も従来の方法より向上した。測定時間については大幅に短縮できた。
【００５４】
本実施例では高さ測定装置として、ある範囲を画素に分割してその画素ごとの高さを測定する装置を用いたが、予め設定したある直線もしくは、ある点について高さを測定することで、突起状物の有無を判定してもかまわない。
【００５５】
本実施例では、図２に示すカラーフィルタについて測定を実施したが、図１６に示すカラーフィルタについても測定可能である。図１６は、３色の着色層以外に樹脂層１１１を積層し、パターン加工してスペーサーを設置したカラーフィルタである。
【００５６】
また、この測定装置を製造工程で使用したところ、工程の安定化、不良品の流出防止等の効果をあげることができた。工程の安定化については、最終製品のスペーサーを測定することで各着色層の膜厚および現像状態がわかるため、これをフィードバックすることで工程状態の変動を問題のない範囲内に管理できた。今回は常に測定結果を監視していたが、ある設定枚数の不良品がでた場合に警報をならして作業員に工程の異常を知らせてもかまわない。また、全ての基板について測定をおこない良否判定し、不良品を抜き出すことで不良品の流出防止がはかれた。
［実施例２］
以下、本発明における輝度情報を用いた測定の実施の一例を図面に基づいて説明する。
【００５７】
測定対象は実施例１と同様のため説明は省略する。
【００５８】
図１７は、本発明の測定装置の模式図で、ステージ２、照明装置８、撮像装置４、データ処理装置５、制御装置６、表示装置７から構成されている。
【００５９】
ステージ２は、カラーフィルタを表面に載置、固定し、カラーフィルタの任意の点が測定できるようにするもので、ＸＹ方向に移動する。
【００６０】
照明装置８は測定対象に光を照射する。今回は同軸落射照明を用いたが、暗視野照明を用いても構わない。また、透過照明を併用してもかまわない。
【００６１】
撮像装置４は、カラーフィルタ上のある範囲を画素に分割して、その画素ごとの輝度を測定するもので、制御装置６より輝度測定開始信号を与えられると輝度測定を開始し、測定を終了すると輝度測定終了信号を制御部６に出力し、輝度データをデータ処理装置５に転送する。撮像装置として、本実施例ではエリアセンサＣＣＤカメラを用いたが、ある範囲を画素に分割して、その画素ごとの輝度を測定するものであれば、ラインセンサＣＣＤカメラ等を用いても構わない。
【００６２】
データ処理装置５は、撮像装置４で測定した輝度データから、スペーサーの断面積、長さ、位置、数およびカラーフィルタ画素開口部幅、画素開口部間の距離、ストライプ幅、ストライプ間の距離を測定するものである。制御装置６からデータ処理開始信号を与えられるとデータ処理を開始し、データ処理を終了するとデータ処理終了信号を制御装置６に出力する。
【００６３】
制御装置６は、決められた手順に基づいて、前記ステージと輝度測定装置とデータ処理装置に操作指令を与えるためのものである。
【００６４】
表示装置７は、データ処理装置で測定したスペーサーの断面積、長さ、位置、数を表示するためのものである。
【００６５】
次に本発明の測定装置の作用を図２１のフローチャートを用いて説明する。
【００６６】
まず、サンプルをステージに設置し測定開始ボタンを押す。（ステップ１）
サンプルの設置は、手動でも、ロボットアーム等で自動で行ってももかまわない。測定開始ボタンが押されると、制御装置６は測定するスペーサーが撮像装置の測定範囲内にくるように予め設定した移動量と、移動開始信号をステージ２に与える。この時、サンプル設置位置にバラツキがある場合は、アライメントをかけ設置誤差を測定しステージの移動量を補正するのが望ましい。移動開始信号を与えられたステージ２は移動を開始し、移動終了後に移動終了信号を制御装置６に与える（ステップ２）。
【００６７】
移動終了信号が与えられた制御装置６は、撮像装置４に輝度測定開始信号を与える。測定開始信号を与えられた撮像装置４は輝度測定を開始し、測定終了後にデータ処理装置５に輝度データを送り、輝度測定終了信号を制御装置６に与える（ステップ３）。図１８は撮像装置４で測定されたカラーフィルタの輝度データの模式図で、輝度が高い部分を白く、低い部分を黒く表示している。図１９は図１８のＸＸ’間の輝度を、図２０は図１８のＹＹ’間の輝度を示しており、横軸が位置、縦軸が輝度である。
【００６８】
輝度測定終了信号を与えられた制御装置６は、データ処理装置５にデータ処理開始信号を与える。データ処理開始信号を与えられたデータ処理装置５は、以下の手順でスペーサーの長さ、断面積、位置、数を測定する。
【００６９】
まず、図２２に示すように予め設定されたスペーサー部分の輝度データをマスターパターンとして図１８の輝度データに対してパターンマッチングをかけてスペーサーの概略位置、数を測定する。スペーサーの数が１つ以上の場合は、そのまま処理を継続するが、存在しないときは画面内にスペーサーが存在しないかスペーサーの形が極端に異なるとして処理を終了し、表示装置７にその旨を表示する（ステップ４）。
【００７０】
スペーサーが１つの場合は、マスターパタン中心位置Ｘｃ，Ｙｃを記憶する（ステップ５）。スペーサーが２つ存在した場合は、ステップ６〜ステップ１１を各スペーサーごとに繰り返す。
【００７１】
次に前記中心位置を基準にして、図２３に示すＷ1 〜Ｗ6 のウインドウを設定する（ステップ６）。これらのウインドウの大きさとＸc ，Ｙc との相対位置は測定するカラーフィルタに応じて予め設定している。Ｗ1 はスペーサーの長さを測定するためのウインドウである。Ｗ2 はスペーサーの幅を測定するためのウインドウである。Ｗ3 、Ｗ4 は開口部エッジを測定するウインドウである。Ｗ5 、Ｗ6 は開口部エッジおよびストライプエッジおよび隣接するストライプエッジを測定するためのウインドウである。
【００７２】
次にウインドウＷ1 およびＷ2 内のエッジ個数から設計どおりに着色層が積層されているかを判定する（ステップ７）。エッジの測定について、Ｗ1 のウインドウについて説明する。ます、測定するエッジと平行方向にウインドウ内で輝度データの平均を取りノイズを除去する。図２４に平均後の輝度データを示す。
【００７３】
図２４のａおよびｄは図１の５の着色層のエッジであり、ｂおよびｃは図１の４の着色層のエッジである。このデータにさらに移動平均をかけノイズを除去し、２回微分をかけたデータを図２５に示す。この図２５の２回微分値のピーク位置をエッジ位置Ｅ1a、Ｅ1b、Ｅ1c、Ｅ1dとして認識する。ピークの認識にはどのような手法を用いてもかまわない。以下同様にＷ2 についてエッジ位置Ｅ2a、Ｅ2b、Ｅ2c、Ｅ2dを測定する。
【００７４】
次にウインドウＷ1 およびＷ2 内のエッジ位置からスペーサーの長さ、幅、断面積、位置を測定する（ステップ８）。
【００７５】
次にストライプ部分のエッジ測定を行う（ステップ９）。Ｗ3 〜Ｗ6 のウインドウについて、ステップ７と同様にエッジ位置の認識を行う。
【００７６】
次にスペーサー位置、エッジ位置から、ストライプ端部からの距離Ｐ1 、窓開口部端部からの距離Ｐ2 ，Ｐ3 、画素開口部間の距離Ｌ1 、画素開口部幅Ｌ2 、ストライプ幅Ｌ3 、ストライプ間の距離Ｌ4 、Ｌ5 をそれぞれ求める（ステップ１０）。
【００７７】
最後に測定結果を表示装置７に表示する。（ステップ１１）
以下、実際の測定結果の一例を説明する。測定は図１に示すカラーフィルタにおいて、製造時のエッチング時間および着色層膜厚の水準を変化させた複数のサンプルについて行った。以下にある水準のサンプル中央付近のスペーサーの測定について説明する。
【００７８】
まず、手動でサンプルをステージ２に設置して測定開始すると、ステージ２は輝度測定装置の測定範囲内に前記スペーサーがくるようにサンプルを移動させる。
【００７９】
次に、撮像装置４は輝度測定を開始し、データ処理装置５に輝度データを送る。撮像装置４は、エリアセンサＣＣＤカメラを用い、□２００μｍの範囲について、１画素□０．４μｍで５００×５００画素について輝度を測定した。
【００８０】
次に、パターンマッチングをかけてスペーサーの数を測定したところ、スペーサーの数は２つであった。まずこのうちの１つについての測定を説明する。
【００８１】
このスペーサーの中心座標Ｘc 、Ｙc は以下のようになった。
【００８２】
Ｘc ＝１６０
Ｙc ＝２５０
この中心座標を基準にウインドウＷ1 〜Ｗ6 を設定しエッジ位置を測定したところ、エッジ位置は以下のようになった。
【００８３】
Ｅ1a  ＝  １１５．０
Ｅ1b  ＝  １２５．０
Ｅ1c  ＝  ２００．０
Ｅ1d  ＝  ２１０．０
Ｅ2a  ＝  ２２０．０
Ｅ2b  ＝  ２３０．０
Ｅ2c  ＝  ２７０．０
Ｅ2d  ＝  ２８０．０
Ｅ3 ＝  ２００．０
Ｅ4 ＝  ３００．０
Ｅ5a  ＝    ５０．０
Ｅ5b  ＝    ５７．５
Ｅ5c  ＝    ６７．５
Ｅ5d  ＝    ７５．０
Ｅ6a  ＝  ２５０．０
Ｅ6b  ＝  ２５７．５
Ｅ6c  ＝  ２６７．５
Ｅ6d  ＝  ２７５．０
次にスペーサー位置、エッジ位置から、ストライプ端部からの距離Ｐ1 を［式１１］で、窓開口部端部からの距離Ｐ2 ，Ｐ3 を［式１２］、［式１３］で、スペーサーの長さＫ1 、幅Ｋ2 、断面積Ａを［式１４］、［式１５］、［式１６］で、画素開口部間の距離Ｌ1 を［式１７］で、画素開口部幅Ｌ2 を［式１８］で、ストライプ幅Ｌ3 を［式１９］で、ストライプ間の距離Ｌ4 、Ｌ5 を［式２０］［式２１］でそれぞれ求めた。
［式１１］
Ｐ1 ＝（  Ｅ1b  −  Ｅ5b  ）×  Ｐ
［式１２］
Ｐ2 ＝（  Ｅ2b  −  Ｅ3   ）×  Ｐ
［式１３］
Ｐ3 ＝（  Ｅ4   −  Ｅ2c  ）×  Ｐ
［式１４］
Ｋ1 ＝（  Ｅ1c  −  Ｅ1b  ）×  Ｐ
［式１５］
Ｋ2 ＝（  Ｅ2c  −  Ｅ2b  ）×  Ｐ
［式１６］
Ａ  ＝（  Ｋ1   −  Ｋ2   ）×  Ｋ2   ＋  ０．７８５  ×  Ｋ2 2
［式１７］
Ｌ1 ＝（  Ｅ4   −  Ｅ3   ）×  Ｐ
［式１８］
Ｌ2 ＝（  Ｅ6a  −  Ｅ5d  ）×  Ｐ
［式１９］
Ｌ3 ＝（  Ｅ6b  −  Ｅ5c  ）×  Ｐ
［式２０］
Ｌ4 ＝（  Ｅ5c  −  Ｅ5b  ）×  Ｐ
［式２１］
Ｌ5 ＝（  Ｅ5d  −  Ｅ5a  ）×  Ｐ
計算結果は以下のようになった。
【００８４】
Ｐ1 ＝  ２７．０  ［μｍ］
Ｐ2 ＝  １２．０  ［μｍ］
Ｐ3 ＝  １２．０  ［μｍ］
Ｋ1 ＝  ３０．０  ［μｍ］
Ｋ2 ＝  １６．０  ［μｍ］
Ａ  ＝４２５．０  ［μｍ2 ］
Ｌ1 ＝  ４０．０  ［μｍ］
Ｌ2 ＝  ７０．０  ［μｍ］
Ｌ3 ＝  ７６．０  ［μｍ］
Ｌ4 ＝    ４．０  ［μｍ］
Ｌ5 ＝  １０．０  ［μｍ］
他の着色層上のスペーサーおよび、他の水準のサンプルについても同様にして測定を行った。得られた測定結果と、従来の方法で得られた結果には高い相関があった。また、同じサンプルを繰り返し測定した場合の繰り返し精度は、いずれの測定項目も従来の方法より向上した。測定時間については大幅に短縮できた。
【００８５】
本実施例ではスペーサーの認識としてパターンマッチングを用いたが、周波数フィルタ等を用いてスペーサー部分のみを強調し認識しても構わない。
【００８６】
本実施例では、図２に示すカラーフィルタについて測定を実施したが、図１６に示すように３色の着色層以外に樹脂層を使用してスペーサーを設置したカラーフィルタについても測定可能である。
【００８７】
また、この測定装置を製造工程で使用したところ、工程の安定化、不良品の流出防止等の効果をあげることができた。工程の安定化については、最終製品のスペーサーを測定することで各着色層の膜厚および現像状態がわかるため、これをフィードバックすることで工程状態の変動を問題のない範囲内に管理できた。今回は常に測定結果を監視していたが、ある設定枚数の不良品がでた場合に警報をならして作業員に工程の異常を知らせてもかまわない。また、全ての基板について測定をおこない良否判定し不良品を抜き出すことで不良品の流出防止がはかれた。
【００８８】
【発明の効果】
本発明の測定装置によれば、短時間で精度・再現性の良い判定が可能になるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定対象であるカラーフィルタの上面図である。
【図２】本発明の測定対象であるカラーフィルタの断面図である。
【図３】本発明の一例である測定装置の全体模式図である。
【図４】高さ測定結果を濃淡に変換した図である。
【図５】図４のＸＸ’の高さデータを示す図である。
【図６】図４のＹＹ’の高さデータを示す図である。
【図７】本発明の測定の手順の一例を示す図である。
【図８】高さ測定結果をある高さで２値化したときの図である。
【図９】ウインドウの位置関係を示す図である。
【図１０】ウインドウＷ１を拡大した図である。
【図１１】ウインドウＷ１の高さデータの分布図である。
【図１２】ウインドウＷ３の高さデータを示す図である。
【図１３】ウインドウＷ３の高さデータの微分値を示す図である。
【図１４】ウインドウＷ５を高さデータを示す図である。
【図１５】ウインドウＷ５を高さデータの微分値を示す図である。
【図１６】本発明で測定可能なカラーフィルタの断面図の一例である。
【図１７】本発明の一例である測定装置の全体模式図である。
【図１８】輝度測定結果を濃淡に変換した図である。
【図１９】図１８のＸＸ’の輝度データを示す図である。
【図２０】図１８のＹＹ’の輝度データを示す図である。
【図２１】本発明の測定の手順の一例を示す図である。
【図２２】パターンマッチングで使用したマスタパターンを示す図である。
【図２３】ウインドウの位置関係を示す図である。
【図２４】ウインドウＷ１の輝度データを示す図である。
【図２５】ウインドウＷ１の輝度データの微分値を示す図である。
【符号の説明】
１……カラーフィルタ
２……ステージ
３……高さ測定装置
４……撮像装置
５……データ処理装置
６……制御装置
７……表示装置
８……照明装置
１０１……透明基板（ガラス基板）
１０２……樹脂ブラックマトリクス
１０３……着色層（青色層）
１０４……着色層（緑色層）
１０５……着色層（赤色層）
１０６……樹脂ブラックマトリクス上に積層された青色層
１０７……樹脂ブラックマトリクス上に積層された緑色層
１０８……樹脂ブラックマトリクス上に積層された赤色層
１０９……画素開口部
１１０……スペーサー
１１１……樹脂層
１１２……ストライプ端部
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
0003820728.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
0003820728.tif 000025
【図２５】
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