JP2005265841A - 光学式測定装置および光学式測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極の周期配列パターンに対する測定を精度良く行えるようにする。
【解決手段】 測定対象のガラス基板に集光レンズ１１４を介した集束光を照射すると、電極３１の配列パターンにより生じた回折光が発生し、基板の表面３ａおよび裏面３ｂで反射する。この表面反射光および裏面反射光が集光状態に近い状態で入射する位置に一次元ＣＣＤ１２２が配備される。一次元ＣＣＤ１２２上には、各反射光が分離して入射するとともに、ｍ次の表面反射光の入射位置と（ｍ＋１）次の表面反射光の入射位置との間にｍ次の裏面反射光が入射する。この一次元ＣＣＤ１２２により得られた受光量データの中から表面反射光の強度のみを抽出し、その分布状態に基づき電極３１の配列パターンを測定する。
【選択図】 図５

Description

この発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板のように、所定大きさの構造物が周期性をもって配列された透光性を有する基板を対象として、前記構造物の周期配列構造を測定する光学式測定装置に関する。
なお、この明細書では、構造物として、電極を例にして説明するが、これに限らず、カラーフィルタ、ブラックマトリクスなどを構造物とすることもできる。いずれの構造物についても、大きさ、形状、高さ、幅などを測定することができる。

周期性を持つ凹凸パターンを測定する従来の方法では、観測対象の凹凸パターンに光を照射することにより複数次の回折光を発生させ、各次の回折光の強度の関係を理論値と照合することにより、凹部の深さや幅、配列の周期などを測定している。（特許文献１参照。）

特開平９−５０４９号 公報

上記の従来技術を透明基板に適用する場合には、基板表面で反射した回折光（以下、「表面反射光」という。）に加え、基板を透過して裏面側で反射した回折光（以下、「裏面反射光」という。）を考慮する必要がある。図１７は、従来の構成の光学系で透明基板を測定した場合の光の進行状態を示すものである。図中の３ａはガラス基板３の上面であり、所定の間隔毎に電極３１が形成されている。この明細書では、この上面３ａをガラス基板３の表面と考える。また、ガラス基板３の底面の内側の面３ｂを裏面と考える。

従来の光学系は、測定対象に対し、コリメートレンズなどにより平行化した光を照射する一方、ガラス基板３からの反射光の光路に集光レンズ２００や一次元ＣＣＤ２０１（以下、単に「ＣＣＤ２０１」という。）を配備している。図１７では、ガラス基板３（以下、単に「基板３」という。）への照射光および表面反射光の光路を実線で示す一方、基板３内への透過光および裏面反射光の光路を一点鎖線により示している。基板３に対し、平行なビーム光が照射される場合には、基板３側からの反射光も平行な状態となる。また裏面反射光と表面反射光とも平行な関係になるから、集光レンズ２００を通過した後の反射光を特定の位置に集めることができる。前記ＣＣＤ２０１は、この反射光の集光位置に対応させて配備される。

なお、上記図１７では、０次回折光の進行状態のみを示しているが、他の回折光についても、同様の原理により、表面反射光および裏面反射光をＣＣＤ２０１の特定位置に集めることができる。

この図１７の例において、基板３の厚みが光源のコヒーレント長よりも大きいものとすると、表面反射光と裏面反射光とは干渉しない状態となり、いずれの回折光についても、表面反射光の強度と裏面反射光の強度とを加算した値に相当する受光量を得ることができる。

図１８は、上記の考察を説明するためのものである。図１８（１）は、ＣＣＤ２０１上に表面反射光のみが集光したと想定した場合の受光量の分布曲線であり、図１８（２）は、裏面反射光のみが集光したと想定した場合の受光量の分布曲線である。これらの曲線には、いずれも、各次数の回折光の強度を反映した複数のピークが現れているが、曲線間におけるピークの座標は一致している。図１８（３）は、前記（１）の曲線の示す強度に（２）の曲線が示す強度を加算して得られる曲線である。前記図１７の光学系によれば、この図１８（３）の分布曲線が得られると考えることができる。

上記のような測定処理は、一般に、「定盤」と称される支持台（鋳鉄定盤や石定盤などがある。）の上にガラス基板を設置した状態下で行われる。しかしながら、基板がこのような状態で支持されていると、つぎのような要因により、裏面反射光の強度を正しく得るのが困難になる。

まず１つには、定盤の上面は完全な水平面ではないため、図１９に示すように、定盤（図中、符号４００で示す。）と基板３との間に空気層が生じることがある。ガラス基板３の裏面の反射率は、定盤４００に接する場合と空気に接する場合とで異なるものとなるから、裏面反射光の強度は、反射の位置によって異なるものとなる。また、図中、点線の矢印ｑ_１，ｑ_２で示すように、基板３から透過した光が空気層内で多重反射すると、その反射光が裏面反射光の強度に影響を及ぼすおそれがある。

また、石定盤には、反射光を低減するために黒色の石が使用されることが多いが、材料となる石の色は均一ではなく、白っぽい石が混入することがあるため、定盤の反射率を一定にできない。鋳鉄定盤についても、反射光の低減のために黒色に塗装されるが、塗装に色むらがあると、同様に反射率を一定にできなくなる。このような定盤の反射率のばらつきも、裏面反射光の強度における誤差を大きくする要因となる。

上記したような要因により裏面反射光の強度を正確に得られない場合、電極パターンの形状を精度良く反映した反射光の分布曲線を得るのが困難となり、測定誤差が大きくなるという問題が生じる。
この発明は、この問題に着目し、基板の表面反射光を裏面反射光から切り離して取り出すことにより、構造物の周期配列パターンに対する測定を精度良く行えるようにすることを目的とする。

この発明にかかる光学式測定装置は、透光性を有する基板の表面に周期性をもって配列された構造物を測定対象として、前記基板の表面に対し、複数の構造物を横切るように光を照射したときに生じる回折光を用いて前記構造物の周期配列構造を測定するものである。この装置は、前記構造物の配列方向に沿う一辺を有し、その一辺が基板表面に接触した状態で起立する仮想平面を入射面として、前記構造物の配列方向における大きさが徐々に小さくなるような集束光を基板の表面に対して斜めに入射させる投光部と、少なくとも一方向に沿って配列された複数の受光用画素を含む撮像素子であって、前記集束光に対する基板からの反射光に含まれる各次数の回折光を前記画素の一配列方向において受光するように配置された撮像素子を含む受光部とを具備する。また前記撮像素子上において、前記集束光により前記基板から生じた表面反射光のｍ次の回折光が入射する位置と（ｍ＋１）次の回折光が入射する位置との間に裏面反射光のｍ次の回折光が入射するように、前記基板に対する投光部の距離ならびにその集束光の照射角度と、前記基板に対する受光部の距離ならびに前記基板に対する撮像素子の受光面の角度が調整されている。

上記光学式測定装置では、ガラス基板のような透明基板上の構造物のほか、光を透過させることが可能な半透明の基板に形成された構造物を測定対象とすることができる。基板の表面とは、構造物が配列された凹凸のある面と考えることができる。また、裏面は基板の底面の内側の面と考えることができる。

投光部は、レーザーダイオードのような光源と複数のレンズとを含み、周期性をもって配列された複数の構造物を含むスポット光または帯状光を照射できるように構成されるのが望ましい。この投光部の入射面は、測定対象の基板に垂直に起立する面に限らず、斜めに起立する面であってもよい。
また、前記投光部のレンズ群には、前記基板の表面に集束光を照射するために、集光レンズを含ませるのが望ましい。一方、受光部側には、集光レンズを設けなくともよい。また、撮像素子としては、基板からの反射光に含まれる各回折光を受光するように配置された一次元撮像素子を用いることができるが、これに代えて２次元撮像素子を使用し、その画素の一配列方向において前記各回折光を受光するようにしてもよい。なお、撮像素子の具体例としては、ＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス、フォトダイオードアレイなどをあげることができる。

投光部側の集光レンズとして、このレンズと基板との距離よりも十分に長い焦点距離を持つものを使用すれば、集束する光であっても、複数の構造物を横切る大きさの光を照射することができる。この照射光によって生じた回折光は、基板の表面および裏面で反射するが、反射の後も集束状態が維持され、所定の位置に集光するようになる。また、裏面反射光は、表面反射光よりも投光部から離れた場所で反射するから、表面反射光とは異なる位置に集光させることができる。

前記撮像素子は、集光レンズが基板から所定距離だけ離れて設置されている場合、測定に必要な表面反射光が集光すると考えられる位置に合わせて配備するのが望ましい。この場合、構造物の大きさや周期によって、集光位置が若干変動することが予想されるが、集光レンズの焦点深度を深くすれば、撮像素子に十分に絞り込みされた光を入射させることができる。また、裏面反射光の集光位置は、撮像素子よりも手前になると考えられるが、同様に、十分に絞り込みされた状態の光を入射させることができる。よって、表面反射光、裏面反射光のいずれについても、撮像素子上に十分に鮮明な像を結像させることができる。

また上記の撮像素子は、ｍ次の表面反射光の入射位置と（ｍ＋１）次の表面反射光の入射位置との間にｍ次の裏面反射光が入射するように配備されるので、受光量の分布曲線として、表面反射光の像と裏面反射光の像とが交互かつ次数の順に並んだ状態の曲線を得ることができる。よって、この分布曲線中のピークを１つおきに選択することにより、各次数にかかる表面反射光の強度を求めることができ、その強度に基づき、構造物の大きさや配列の周期などを測定することができる。
前記ｍの値は、前記基板から生じた各回折光の並びにおいて前記投光部から遠ざかる方向を正方向として変化する。受光部に受光レンズを使用しない場合には、撮像素子上の各回折光が入射可能な範囲においても、投光部から遠ざかる方向が正方向となる。一方、受光部に受光レンズを設けた場合には、投光部より遠ざかる方向が負方向となり、投光部に近づく方向が正方向となる可能性もある。

好ましい態様にかかる光学式測定装置は、前記撮像素子の画素配列のうち前記回折光が入射可能な範囲から得られた受光量の分布データから最大の受光量を抽出するとともに、この最大受光量および前記投光部と受光部との位置関係に基づき、前記受光量の分布データの中から各次数の表面反射光の強度を個別に抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された各表面反射光の強度を用いて前記構造物を測定する測定手段とが設けられる。

この態様は、ＬＣＤ用の基板のように、矩形状の構造物がマトリクス配列された構成のパターンを測定対象とする場合に適用できる。このようなマトリクス配列により基板の表面に矩形状の凹凸パターンが生じる場合には、０次回折光の強度が圧倒的に優勢になる場合が多い。このような場合の０次回折光の反射光は、表面反射、裏面反射ともに、他の回折光の反射光よりも強くなると考えることができる。

また、上記した光学系によれば、受光量の分布曲線では、表面反射光に対応するピークと裏面反射光に対応するピークとが交互かつ次数の順に並んでいるから、この中の最大のピークと２番目に大きいピークとが並ぶ部分が０次回折光に対応するものと考えることができる。また、表面反射は裏面反射よりも投光部に近い場所で生じるから、基板からの各回折光の並び方向に沿って前記撮像素子の画素が配列されている場合には、表面反射光の像は裏面反射光の像よりも投光部に近い位置に生成されると考えることができる。

受光量の分布データは、撮像素子からの受光量信号をディジタル変換することにより得ることができる。前記抽出手段や測定手段は、この受光量の分布データを処理するコンピュータにより構成することができる（以下の態様でも同様である。）。抽出手段は、上記の原理に基づき、受光量の分布データが示すピークの中から最大値とその隣の２番目に大きいピークとを抽出し、このうちの投光部に近い方のピークを０次回折光の表面反射光に対応するピークとして抽出することができる。さらに、この０次回折光の表面反射光に対応するピークを基準にして１つおきにピークを抽出することにより、０次以外の次数の回折光の表面反射光に対応するピークを抽出することができる。よって、次数毎に抽出されたピークの示す値をその次数の表面反射光の強度として特定することができる。なお、表面反射光の強度はピークの値のみに限らず、ピークを中心とする所定範囲のデータを積分した値とすることもできる。

前記測定手段は、抽出された各次数の強度の分布曲線をあらかじめ用意された複数とおりの理論曲線と比較するなどして、構造物の高さ、幅などを測定することができる。なお、理論曲線は、構造物の高さ、幅、周期が所定値であるものとして、回折光の表面反射光の強度を求めることにより得ることができる。また、各理論曲線は、それぞれその曲線を導き出すためのパラメータ（前記した構造物の高さ、幅、配列の周期など）に対応づけた状態で、前記抽出手段や測定手段が設定されたコンピュータのメモリに登録されるのが望ましい。

測定手段は、前記抽出された強度による分布曲線について、たとえば最小自乗法によりこの分布曲線に最も近い理論曲線を抽出し、この理論曲線に対応するパラメータの示す配列パターンを測定対象の構造として特定することができる。よって、特定された配列パターンにかかるパラメータの示す値を、測定結果として出力することができる。

上記の態様に含まれるより好ましい態様の光学式測定装置は、測定対象の構造物の配列周期を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された配列周期を用いて前記撮像素子における各次数の表面反射光の入射位置の間隔を算出する算出手段とを具備する。この場合の抽出手段は、前記撮像素子の画素配列のうち前記回折光が入射可能な範囲から得られた受光量の分布データを対象として、この受光量の分布データから最大のピークと２番目に大きなピークとが並ぶ部分を抽出し、この２つのピークのうち、各ピークの並びを前記基板から生じた各回折光の並びに合わせたときに前記投光部に近くなる方のピークを０次の表面反射光の入射位置として特定するとともに、この入射位置から前記算出手段により算出された間隔のｍ倍（ただしｍ≠０）に相当する距離だけ離れた位置をｍ次の表面反射光の入射位置として特定する。そして、これら特定された位置に基づき、各表面反射光の強度を抽出する。

上記において、入力手段は、キーボードなどの入力部または外部機器から配列周期を示すデータを入力する入力ポートとして構成することができる。算出手段は、前記抽出手段や測定手段と同様のコンピュータにより構成することができる。この算出手段は、０次の表面反射光が一次元撮像素子に達するまでの距離Ｌ、投光部の光の波長、入射角、および前記配列周期に基づき、撮像素子上でのｍ次の表面反射光の入射位置と（ｍ＋１）次の表面反射光の入射位置との距離ａを求めることができる。この距離ａが前記各次数の表面反射光の入射位置の間隔に相当する、と考えることができる。
なお、前記距離Ｌは、前記受光部の位置を調整するための条件として、あらかじめ求めることができる。

この態様の抽出手段も、前出の原理に基づき、受光量の分布データ中の最大値と２番目に大きいピークとが並ぶ部分から、投光部に近い方のピークを表面反射光に対応するものとして特定し、そのピークの座標を０次の表面反射光の入射位置とすることができる。なお、受光部に受光レンズが設けられ、撮像素子における正負方向が回折光の並びにおける正負方向と逆転する場合には、前記２つのピークのうちで表面反射光に対応するものとして特定されるのは、投光部から遠い方のピークとなる。

さらに、この０次の表面反射光の入射位置を基準に正負両方向に（ａ×ｍ）だけ離れた位置をｍの値を変えながら求めることで、０次以外の複数の表面反射光の入射位置を特定することができる。ただし、この抽出処理は撮像素子の画素配列の長さの範囲内で行われるものであり、正方向の抽出数と負方向の抽出数とは必ずしも一致しない。
このようにして、複数次数分の表面反射光の入射位置が特定されると、抽出手段は、これらの入射位置毎に、その位置を中心とする所定範囲を積分するなどして、各表面反射光の強度を抽出することができる。

なお、上記した２つの態様は、０次回折光が他の次数の回折光よりも圧倒的に優勢になることを前提としたものであるが、構造物の形状によっては、周期性をもって配列されていても、０次回折光が最大とならない場合がある。このような場合に対応する態様の装置は、構造物が配列されていない測定対象と同種の基板に投光部からの光を照射したときに生じる反射光、すなわち鏡面反射光について、前記撮像素子への入射位置を表すデータがあらかじめ登録された登録手段と、前記測定対象の基板について、前記撮像素子の画素配列のうち前記回折光が入射可能な範囲から得られた受光量の分布データの中から前記登録手段に登録された入射位置に対応する受光量を抽出するとともに、この受光量の抽出値および前記投光部と受光部との位置関係に基づき、受光量の分布データの中から各次数の表面反射光の強度を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された各表面反射光の強度を用いて前記構造物を測定する測定手段とを具備する。

構造物が配列されていない基板からの反射光が入射する位置は、測定対象の基板の表面から裏面までの間に反射面が位置するものと仮定して、理論的に求めることができる。この場合、理論上の入射位置から正負両方向に前記距離ａより小さい所定距離ｃだけ離れた位置の範囲を設定し、この範囲を前記入射位置を表すデータとして登録することができる。なお、前記登録手段は、不揮発性のメモリ装置により構成されるのが望ましい。

０次回折光が最大とならない場合に対応する測定装置のより好ましい態様では、測定対象の構造物の配列周期を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された配列周期を用いて前記撮像素子における各次数の表面反射光の入射位置の間隔を算出する算出手段とが設けられる。前記登録手段には、前記反射光の入射位置を表すデータとして、あらかじめ前記撮像素子の画素配列のうちの前記回折光が入射可能な範囲から抽出した所定大きさの範囲が登録される。前記抽出手段は、前記撮像素子の画素配列のうち前記登録手段に登録された範囲において最大のピークと２番目に大きなピークとが並ぶ部分を抽出し、この２つのピークのうち、各ピークの並びを前記基板から生じた各回折光の並びに合わせたときに前記投光部に近くなる方のピークを０次の表面反射光の入射位置として特定するとともに、前記回折光が入射可能な全範囲からの受光量の分布データに対し、前記０次の表面反射光の入射位置から前記算出手段により算出された間隔のｍ倍に相当する距離だけ離れた位置をｍ次の表面反射光の入射位置として特定し、特定された各入射位置に基づき各次数の表面反射光の強度を抽出する。なお、入力手段や算出手段については、２番目に説明した態様と同様に構成することができる。抽出手段についても、同じく２番目の態様の構成を適用できるが、２つのピークを抽出する範囲は登録手段に登録されたデータに基づいて限定される。

この発明にかかる光学式測定装置には、前記構造物の配列方向に直交する方向に対する投光部の位置を調整するための位置調整手段と、前記撮像素子により得られた受光量の分布データを用いて、前記位置調整手段による位置調整処理を制御する制御手段とを設けることができる。この場合の位置調整手段は、基板または投光部のいずれか一方を移動させる駆動機構として構成することができる。特に基板側を移動させる場合には、移動調整手段は、基板を支持するＸＹステージとして構成することができる。

制御手段は、前記抽出手段や測定手段と同様のコンピュータにより構成することが可能であって、前記位置調整手段に位置調整処理を行わせる都度、その状態下で得られた受光量の分布データから０次の表面反射光および０次の裏面反射光のいずれにも対応しない範囲の受光量を抽出する手段と、前記抽出された受光量を所定の基準値と比較する手段と、前記比較処理の結果を用いて、前記基板と投光部とについて測定に適した位置関係を判別する手段とを含むものとすることができる。

矩形状の構造物がマトリクス配列された基板を測定対象とする場合、各方向にかかる構造物のいずれか一方を測定対象とすることになる（勿論、各方向を順に測定対象とすることもできる。）。この場合に、前記測定対象の構造物による回折光を撮像素子に入射させるには、この構造物の配列を横切り、かつ他方の（測定対象でない）構造物にかからないような光を照射する必要がある。もし、測定対象外の構造物に光が照射されてしまうと、光の回折は生じにくくなり、０次の反射光のみが優勢になると考えることができる。上記の態様によれば、測定対象の構造物の配列に直交する方向に対する投光部の位置を調整しつつ、０次の反射光以外の受光量が基準値を上回る位置をサーチして、投光部と測定対象の構造物との位置関係が測定に適した状態になるように調整することができる。または、あらかじめ定めた回数だけ、位置調整処理、受光量の抽出処理、および比較処理を実行し、受光量の抽出値が基準値に最も近い状態になったときの基板と投光部との位置関係を最適な状態であると判断してもよい。このように、基板と投光部との位置を調整した上で測定処理を行うことにより、測定処理の精度を大幅に高めることができる。

なお、上記の態様でも、受光量の抽出処理では、撮像素子により得られた受光量分布データまたは前記した登録範囲内の分布データから最大のピークおよび２番目に大きなピークが並ぶ部分を０次の回折光に対応すると判断することができる。よって、この０次回折光に対応する部分を除外した範囲の一部または全体から受光量を抽出して、前記基準値と比較すればよい。基準値は、あらかじめ、モデルの基板を用いた測定により抽出しても良いし、理論値から導き出した値としてもよい。いずれの場合も、基準値は、装置内のメモリに登録しておくのが望ましい。

さらに、この発明にかかる測定方法は、透光性を有する基板の表面に周期性をもって配列された構造物を測定対象として、前記基板の表面に対し、複数の構造物を横切るように光を照射したときに生じる回折光を用いて、前記構造物の周期配列パターンを測定するものである。この方法では、前記構造物の配列方向に沿う一辺を有し、その一辺が基板表面に接触した状態で起立する仮想平面が入射面となるように設定された投光部により、前記構造物の配列方向における大きさが徐々に小さくなるような集束光を基板の表面に対して斜めに入射させ、少なくとも一方向に沿って配列された複数の受光用画素が配列された撮像素子を、前記集束光により前記基板から生じた表面反射光のｍ次の回折光が入射する位置と（ｍ＋１）次の回折光が入射する位置との間に裏面反射光のｍ次の回折光が入射するように配置して、前記投光部からの集束光に対する基板からの反射光を受光する。

上記の光学式測定方法にかかる好ましい態様では、前記撮像素子の画素配列のうち前記回折光が入射可能な範囲から得られた受光量の分布データから最大の受光量を抽出するとともに、この最大受光量および前記投光部と受光部との位置関係に基づき、前記受光量の分布データの中から各次数の表面反射光の強度を個別に抽出し、抽出された各表面反射光の強度を用いて前記構造物を測定する。

また、他の好ましい態様にかかる光学式測定方法では、前記構造物に対する光の照射位置を構造物の配列方向に直交する方向に沿って移動させながら、撮像素子により得られた受光量の分布データを用いて前記照射位置が測定に適した位置であるか否かを判別するステップを繰り返し実行する。この判別のステップでは、前記撮像素子により得られた受光量の分布データから０次の表面反射光および裏面反射光のいずれにも対応しない範囲の受光量を抽出するステップと、前記抽出された受光量を所定の基準値と比較するステップとを実行し、前記基準値を上回る受光量が得られたとき、その時点での光の照射位置が測定に適していると判別する。

この発明によれば、撮像素子により、表面反射光の像と裏面反射光の像とが交互かつ次数の順に並んだ状態の受光量の分布曲線を得ることができるので、この受光量の分布曲線の中から各次数の表面反射光の強度を抽出して測定を行うことができる。よって、ノイズ成分を多く含んだ裏面反射光の影響を受けることなく、高精度の測定処理を行うことができる。

図１は、この発明の一実施例にかかる光学式測定装置の外観を使用例とともに示す。
この光学式測定装置は、ＬＣＤ用のガラス基板３に形成された電極について、その大きさや配列の周期などを測定するためのもので、センサヘッド１とコントローラ２とをケーブル４により接続して成る。なお、コントローラ２は、パーソナルコンピュータにセンサヘッド１用のインターフェース基板やプログラムが組み込まれたもので、キーボード２ａやモニタ２ｂなどの周辺機器を含む。

前記センサヘッド１には、レーザーダイオードを光源とする投光部や一次元ＣＣＤ（以下単に「ＣＣＤ」という。）を有する受光部などが含まれる。コントローラ２は、このセンサヘッド１の動作を制御するとともに、ＣＣＤからの出力を取り込んで後記する測定処理を実行する。なお、この実施例のセンサヘッド１は、その主軸を鉛直方向に合わせて配備されているが、これに限らず、主軸を斜めに傾けた状態で配備してもよい。

図２は、上記光学式測定装置の電気構成を示す。前記センサヘッド１には、投光部１１および受光部１２のほか、投光回路１３、受光回路１４、タイミング制御回路１５などが含められる。なお、投光部１１，受光部１２の構成については、後で図４を用いて説明するが、投光部１１にはレーザーダイオード１１１（図４に示す。）が、受光部１２にはＣＣＤ１２２（図４に示す。）が、それぞれ配備される。

コントローラ２は、ＣＰＵ２１、メモリ２２、ハードディスク２３、入出力部２４など、パーソナルコンピュータにおける通常の構成を具備するほか、前記した専用のインターフェース基板２０を有する。インターフェース基板２０には、インターフェース部２５、Ａ／Ｄ変換回路２６、センサ制御回路２７、トリガ入力部２８、電源回路２９などが搭載されており、インターフェース部２５を介してＣＰＵバス２０１に接続されている。

上記において、コントローラ２のハードディスク２３内には、測定処理を実行するためのプログラムや判定テーブルなどが格納される。メモリ２２は、測定に使用する受光量データを一時保存するのに用いられる。入出力部２４は、キーボード２ａ、モニタ２ｂ、図示しない外部機器への出力端子などを含む。

インターフェース基板２０のセンサ制御回路２７は、センサヘッド１のタイミング制御回路１５に測定処理のタイミングを知らせるトリガ信号を与えるためのものである。このトリガ信号は、トリガ入力部２８からの外部信号に基づき生成することができるほか、ＣＰＵ２１からのコマンドに基づき生成することもできる。いずれのトリガ信号を採用するかは、事前のデータ入力により設定することができる。なお、トリガ入力部２８は、基板検知用のセンサなどに接続されるものである。

タイミング制御回路１５は、前記トリガ信号に応じて所定長さのタイミング信号を生成し、これを投光回路１３および受光回路１４に出力する。投光回路１３は、このタイミング信号に基づき投光部１１のレーザーダイオード１１１を駆動する。受光回路１４は、前記タイミング信号に基づき、受光部１２のＣＣＤ１２２を駆動する。これにより、レーザーダイオード１１１の発光に同期するタイミングでガラス基板３からの反射光を受光することができる。

ＣＣＤ１２２により生成された受光量信号は、インターフェース基板２０のＡ／Ｄ変換回路２６に入力されて、ディジタル変換される。ＣＰＵ２１は、この受光量信号のディジタルデータ（以下、「受光量データ」という。）をインターフェース部２５を介して取り込んで、メモリ２２に格納した後、このメモリ２２内の受光量データを用いて前記した測定処理を実行する。

なお、前記電源回路２９は、センサヘッド１に電源を供給するためのものである。図２では図示していないが、この電源回路２９からの電源ライン、センサ制御回路２７からのトリガ信号の伝送ライン、ＣＣＤ１２２からの受光量信号の伝送ラインなどは、前記ケーブル４内に収容されることになる。

図３は、前記ガラス基板３の側面および上面を拡大して示す。このガラス基板３（以下、単に「基板３」という。）は、所定の厚みｔを持つもので、上面３ａには、縦横の各方向に沿って、それぞれ所定幅の矩形状電極３１が一定間隔おきに配備される。この実施例では、２方向のいずれか一方における電極３１の周期配列に着目し（勿論、各方向の周期配列に順に着目することも可能である。）、その配列方向に沿って所定長さの帯状光５を照射する。これにより、電極３１の凹凸状態を反映した複数の回折光が発生し、基板の表面および裏面で反射するようになる。なお、基板３の表面とは、前記電極３１が配列された上面３ａに相当する。また、基板３の裏面とは、底面の内側の面３ｂと考えることができる。また、基板３の底面は図示しない定盤上に支持されるものとする。

図３において、ｈは電極３１の高さを、ｄは電極３１の幅を、Λは電極３１の配列の周期を、それぞれ示す。この実施例では、基板３の厚みｔおよび周期Λは一定であり、ｈ，ｄの値を測定対象とする。この測定のために、この実施例では、前記ｈ，ｄの値の組み合わせが異なる複数とおりの周期配列パターンについて、あらかじめ、各回折光の表面反射光の理論上の強度を求め、前記メモリ２２に登録している。具体的には、各回折光の強度を配列パターン毎に対応づけた判定テーブルが登録される。ＣＰＵ２１は、処理対象の基板３から得た受光量データを用いて各次数にかかる表面反射光の強度を測定し、その測定値を前記判定テーブルと照合することにより、前記基板３におけるｈ，ｄの値を特定する。この処理の詳細については後記する。

図４は、前記センサヘッド１内の投光部１１および受光部１２の主要構成を、これらの作用とともに示す。なお、図中、ｘ，ｙは、測定対象の電極の配列を基準にした座標軸であって、ｙが電極の配列方向に、ｘがこれに直交する方向に、それぞれ対応する。また、図中の吹き出し（Ａ）は、基板３への光の照射状態を示し、吹き出し（Ｂ）は、ＣＣＤ１２２への反射光の集光状態を示す。

前記投光部１１は、光源となるレーザーダイオード１１１の前方に、コリメートレンズ１１２、シリンドリカルレンズ１１３、および集光レンズ１１４が順に配置されて成る。一方、受光部１２は、前記ＣＣＤ１２２の前方にシリンドリカルレンズ１２１が配備された構成のものである。なお、投光部１１側のレーザーダイオード１１１および各レンズ１１２，１１３，１１４は、それぞれ専用のホルダ１１５，１１６，１１７，１１８内により支持される。同様に、受光部１２側のレンズ１２１やＣＣＤ１２２も、専用のホルダ１２３，１２４により支持されている。

上記において、レーザーダイオード１１１から出射された光はコリメートレンズ１１２により平行にされた後、シリンドリカルレンズ１１３および集光レンズ１１４を順に通過する。シリンドリカルレンズ１１３は、前記コリメートレンズ１１２を通過した平行光をｘ方向で絞り込んで、ｙ方向に長い帯状光を生成する。この帯状光を構成する平行光は、集光レンズ１１４によって集束光に変換される。ただし、集光レンズ１１４には、このレンズ１１４から基板３までの標準的な距離よりも十分に長い焦点距離を有するものが使用されるので、吹き出し（Ａ）に示すように、基板３に対し、所定数の電極３１を横切る長さの帯状光５を照射することができる。

受光部１２側のＣＣＤ１２２は、この集光レンズ１１４の焦点距離に対応する位置であって、前記帯状光５に対する回折光の反射光を切り分けて受光できる位置に配備される（詳細については後記する。）。なお、投光部１１側のシリンドリカルレンズ１１３の作用により、各反射光は前記投光部１２側での絞り込みの方向と反対方向に広がる光となるが、受光部１２側のシリンドリカルレンズ１２１は、この広がりを絞り込み、前記反射光を所定長さの帯状光６に成形するように機能する。

なお、この実施例では、帯状光６がＣＣＤ１２２の画素１２２ａの幅よりも長くなるように、シリンドリカルレンズ１２１の曲率を調整している。また、ＣＣＤ１２２は、その画素配列を帯状光６の並び方向に対応させて配備される。吹き出し（Ｂ）においては、ＣＣＤ１２２の画素配列方向をＹ、これに直交する方向をＸとして示す。

図５は、前記図４の光学系による光の進行状態を模式的に示す。この図５では、基板３への照射光および表面反射光を実線で示し、基板３への透過光および裏面反射光を一点鎖線で示す。なお、この図５では、各表面反射光と裏面反射光との関係を明瞭にするために、０次回折光にかかる光路のみを示すが、他の回折光についても、同様の関係を得ることができる。

前記投光部１１で生成された平行光は、集光レンズ１１４を通過することによって集束光に変換された後、基板３に照射される。基板３は鏡面であるので、表面反射光においても集束状態が維持され、所定位置で集光するようになる。裏面反射光でも、同様に収束状態が維持されるが、この裏面反射光は、投光部１１に対し、表面反射光よりも遠方で反射するから、表面反射光とは異なる位置に集光するようになる。
なお、照射光の１光路に対応する表面反射光と裏面反射光とに着目すると、これらの反射光は、基板３の上方において平行に進行する光となる。

この実施例では、前記した電極３１の高さｄおよび幅ｗがそれぞれ所定値であり、前記集光レンズ１１４が基板３から前記標準的な距離をおいて置かれたときの表面反射光の集光位置に合わせて、ＣＣＤ１２２を配備するようにしている。また、電極３１の配列パターンやセンサヘッド１の高さ位置が変動すると、ＣＣＤ１１２に対する表面反射光の集光位置も変化すると考えられる。また、裏面反射光は、表面反射光に比べて、集光レンズ１１４から反射位置までの距離が長くなるので、上記のように表面反射光の集光位置に合わせてＣＣＤ１２２を配備すると、ＣＣＤ１２２の手前に集光するようになる。しかしながら、集光レンズ１１４の焦点深度を深くすれば、これらの集光位置のずれはわずかなものとなり、いずれの反射光も、集光状態とみなし得る状態でＣＣＤ１１２に入射させることができる。よって、表面反射光と裏面反射光とをＣＣＤ１２２上に分離して入射させ、各反射光の鮮明な像を得ることができる。

図６は、光学系が前記図５のように調整されている場合に、ＣＣＤ１２２の各画素により得られる受光量の強度分布の望ましい状態を示す。図６（１）は、ＣＣＤ１２２上に表面反射光のみが集光したと想定した場合の分布曲線であり、各次数の表面反射光に対応する山状の画像が所定間隔をおいて出現している。以下、この山状の画像を「表面反射光像」という。図６（２）は、裏面反射光のみが集光したと想定した場合の分布曲線であり、同様に、各次数の裏面反射光に対応する山状の画像が所定間隔をおいて出現している。以下、この山状の画像を「裏面反射光像」という。図６（３）は、前記（１）の分布曲線が示す強度に（２）の分布曲線が示す強度を加算して得られる曲線である。基板３の厚みｔが光源のコヒーレント長よりも大きく、表面反射光と裏面反射光とが干渉しない場合には、この（３）に示すような受光量の分布曲線が得られることになる。

なお、上記いずれの曲線も、横軸は受光量データの座標を表すもので、前記図４の吹き出し（Ｂ）のＹ方向に対応する。投光部１１と受光部１２とが前記図４の関係をもって配置される場合、図６では、投光部１１から離れる方向に進むほど座標が大きくなることになる。

各回折光の反射光が、前記図５に示した原理に基づいてＣＣＤ１２２上に集光する場合、この図６の例のように、ｍ次の回折光にかかる表面反射光像Ｐ_ｍと裏面反射光像ｐ_ｍとが異なる位置に現われるようになる。また、この図６の例では、ｍ次の表面反射光像Ｐ_ｍとつぎの（ｍ＋１）次の表面反射光像Ｐ_ｍ＋１との間にｍ次の裏面反射光像ｐ_ｍが位置している。言い換えれば、各表面反射光像と裏面反射光像とが交互かつ次数の順に並んだ状態となっている。

また、前記電極の周期パターンのような矩形状の構造物による凹凸パターンに光を照射すると、０次回折光が他の回折光よりも圧倒的に優勢になる場合が多い。図６（１）の例ではピークが最大の表面反射光像Ｐ_０が、図６（２）の例ではピークが最大の裏面反射光像ｐ_０が、それぞれ０次回折光に対応すると考えることができる。これらの反射光像Ｐ_０，ｐ_０は、実際に得られる受光量の分布曲線においては、図６（３）に示すように、隣り合わせに位置すると考えることができる。なお、図中、０次よりも右側の像Ｐ_１，ｐ_１，Ｐ_２，ｐ_２，Ｐ_３，ｐ_３・・・は、１次、２次、３次・・・の表面反射光像および裏面反射光像であり、０次よりも左側の像Ｐ_−１，ｐ_−１，Ｐ_−２，ｐ_−２，Ｐ_−３，ｐ_−３は、−１次、−２次、−３次・・・の表面反射光像および裏面反射光像である。

この実施例にかかる光学式測定装置では、各回折光の表面反射光と裏面反射光とが前記図６（３）のような状態でＣＣＤ１２２上に分離して集光するような条件をあらかじめ求め、この条件に基づき、集光レンズ１１４の焦点距離や、集光レンズ１１４とＣＣＤ１２２との位置関係などを調整する。以下、この条件について、図７〜９を用いて説明する。

まず、図７は、前記図６（３）のように、各次数にかかる表面反射光像と裏面反射光像とを交互かつ次数の順に並べるための条件を示す。図中、Ｐ_ｍ，Ｐ_ｍ＋１は、それぞれｍ次、（ｍ＋１）次の表面反射光像であり、ｐ_ｍ，ｐ_ｍ＋１は、ｍ次、（ｍ＋１）次の裏面反射光像である。前記図６（３）のような受光量の分布曲線を得るには、同じ次数にかかる表面反射光像Ｐ_ｍと裏面反射光像ｐ_ｍとの距離ｂが表面反射光像Ｐ_ｍ，ｐ_ｍ＋１間の距離ａよりも小さくなる必要がある。すなわち、ａ＞ｂの関係が必要となる。

図８（１）は、前記ｍ次および（ｍ＋１）次の表面反射光の光路により前記距離ａを示したものである。図中のＬは、基板３への光照射位置Ｃで生じた０次の表面反射光がＣＣＤ１２２に集光するように調整した場合の０次表面反射光の光路の長さである。以下、このＬを距離Ｌという。この実施例では、前記光学系の調整に必要な条件を、距離Ｌにより示すようにしている。

図中、θ_ｍはｍ次の回折角である。ここで、電極の配線パターンの周期をΛ、照射光の波長をλ、基板の厚みをｔ、光の入射角をθｉとすると、回折角θ_ｍは、つぎの（１）式により求めることができる。

θ_ｍ＋１は（ｍ＋１）次の回折角であり、上記（１）式のｍを（ｍ＋１）に置き換えることにより求めることができる。ここで、回折角θ_ｍ，θ_ｍ＋１がきわめて小さい（θ_ｍ，θ_ｍ＋１≪１）と考えると、前記距離ａは、つぎの（２）式による値に近似するものとなる。

つぎに、図８（２）は、前記ｍ次の回折光の表面反射光および裏面反射光の光路により距離ｂを示したものである。図中の角度θ_ｔｒは、基板３に透過した回折光が垂直方向に対してなす角度である。回折角θ_ｍがきわめて小さい場合には、前記距離ｂは、つぎの（３）式に近似するものとなる。なお、（３）式中、ｎ_２は基板裏面の屈折率である。

上記（２）（３）を前記した条件：ａ＞ｂにあてはめることにより、前記距離Ｌについて、つぎの（４）式を導き出すことができる。

ただし、表面反射光像の幅ｗが、前記距離ａ，ｂに対して無視できないほどの大きさになる場合には、上記の分布曲線を得るための条件を、つぎの（５）式のように設定するのが望ましい。この場合には、前記距離Ｌについて、（４）式に代えて、（６）式を導き出すことができる。なお、前記表面反射光の幅ｗについては、たとえば、図９に示すように、表面反射光像のピークに対する強度が１／ｅ^２以上となる領域の幅とすることができる。

この実施例にかかる光学式測定装置では、センサヘッド１を基板３から所定の距離だけ離して設置したときに、基板３とＣＣＤ１２２との距離が前記（４）式または（６）式の関係を満たすように、集光レンズ１１４とＣＣＤ１２２との位置関係が調整されている。また、集光レンズ１１４としては、上記の位置関係において、表面反射光がＣＣＤ１２２上に集光し、かつ裏面反射光も集光しているとみなすことができる状態になるような焦点距離を持つものが採用される。なお、前記距離Ｌの特定に必要なパラメータΛ，λ，θｉ，ｔ，ｎ_２は、測定対象の基板や電極のパターン、投光部１１の構成などに基づき、あらかじめ特定することができる。

上記のような調整を行うことにより、ＣＣＤ１２２では、同じ次数にかかる表面反射光像と裏面反射光像との組が次数毎に順に並んだ分布曲線を生成することができる。前記コントローラ２のＣＰＵ２１は、この分布曲線を示す受光量データの中から各次数の表面反射光像を示すものを抽出し、それらの強度を用いて電極の周期パターンを測定する。

なお、この実施例は、０次回折光が他の次数の回折光よりも圧倒的に優勢になることを前提としたものであるが、電極３１の形状によっては、周期性をもって配列されていても、０次回折光が最大とならない場合がある。このようなケースに対応するには、電極３１が配列されていない測定対象と同種の基板３に投光部１２からの光を照射したときに生じる反射光、すなわち鏡面反射光について、あらかじめＣＣＤ１２２に対する入射位置の範囲を求めてメモリ２２内に登録しておき、測定時に、前記登録された範囲の受光量から最大のピークと２番目のピークとを抽出し、これらを０次回折光に対応するものとして特定すればよい。
電極３１が配列されていない基板３からの反射光が入射する位置は、基板３の表面３ａから裏面３ｂまでの間に反射面が位置するものと仮定して、理論的に求めることができる。この場合、理論上の入射位置から正負両方向に前記（２）式の距離ａより小さい所定距離ｃだけ離れた位置の範囲を設定し、これを前記入射位置の範囲として登録することができる。

図１０は、上記した表面反射光の強度の抽出にかかるＣＰＵ２１の手順を示す。なお、この手順は、後記する図１２のステップ２の詳細な手順にあたるので、各ステップを２０番代の数字により示す。また、この図１０および以下の説明では、各ステップを「ＳＴ」と略す。

前記したように、０次回折光にかかる表面反射光と裏面反射光とは、いずれも他の次数にかかる反射光よりも強度が高く、また受光量の分布曲線中に並んで位置する関係にある。そこで、この手順では、ＳＴ２１において、受光量データ中の各反射光像の中からピークが最大のものとピークが２番目に大きいものとを抽出する。そして、これらのピーク間の距離が前記距離ｂに近い値であり、両者の間に他のピークが存在しないことを確認した上で、これらのピークに対応する２つの反射光像を０次回折光に対応するものとして特定する。

つぎのＳＴ２２では、前記０次回折光に対応する一対の反射光像のいずれか一方を、表面反射光像として特定する。前記図５に示したように、裏面反射光は、表面反射光よりも投光部１１から離れた位置で反射し、表面反射光と平行に進行するから、ＣＣＤ１２２上においても、投光部１１から離れた位置に集光することになる。したがって、ＳＴ２２では、前記一対の反射光像のうち投光部１１に近い方の像（図６の座標軸によれば、座標の小さい方の像となる。）を、表面反射光像として特定する。

また、この実施例にかかる受光量の分布曲線では、各次数にかかる表面反射光像は、前記図７の距離ａを隔てて次数の順に並んでいる。そこで、つぎのＳＴ２３では、前記０次の表面反射光像の位置から前記距離ａをｍ倍（ｍ＜０，ｍ＞０）した値だけ離れた位置を、ｍ次の表面反射光像の位置として特定する。なお、ａの具体的な値は、前記した（２）式により求めることができる。

ＳＴ２４では、特定された各表面反射光像の強度を求める。この強度として、この実施例では、図１１に示すように、各表面反射光像Ｐ_ｍ，Ｐ_ｍ＋１・・・につき、それぞれ幅ｗ_ｍ，ｗ_ｍ＋１・・・の範囲に含まれるデータの積分値を求めるようにしている。なお、この場合の幅ｗ_ｍ，ｗ_ｍ＋１・・・も、前記図９に示した幅ｗと同様に、ピークの１／ｅ^２以上の強度を得た領域に対応するものとすることができる。

図１２は、電極の配列パターンの測定にかかる一連の手順を示す。なお、この図および以下の説明においても、各ステップは「ＳＴ」と略して示す。

まず、最初のＳＴ１では、測定処理に必要な受光量データを取り込む処理を行う。この処理では、前記センサ制御回路２７を介してセンサヘッド１側の投光回路１３および受光回路１４を駆動した後、ＣＣＤ１２２からの受光量信号をＡ／Ｄ変換し、メモリ２２に格納することになる。

つぎのＳＴ２では、ＳＴ１で得た受光量データにつき、前記図１０の手順を実行することにより、各次数の表面反射光の強度を検出する。つぎのＳＴ３では、前記した判定テーブルから所定の配列パターンにかかる理論上の表面反射光の強度（回折光毎の複数の強度を含むデータである。）を読み出す。ＳＴ４では、前記ＳＴ２で抽出された各強度と前記理論上の強度とについて、最小自乗法により両者の誤差σを算出する。

以下、判定テーブルに登録された配列パターン毎に、ＳＴ３、４の処理を実行することにより、順に誤差σを求める。登録されたすべての配列パターンについて誤差σが求められると、ＳＴ５が「ＹＥＳ」となり、つぎのＳＴ６において、前記誤差σが最小となったときの配列パターンを測定対象の構造として特定する。この後、ＳＴ７では、この特定された周期パターンにかかる電極の幅ｄおよび高さｈを、測定結果として外部に出力する。

ＣＰＵ２１が光学式測定装置として行う処理は上記図１２のとおりである。さらに、ＣＰＵ２１は、この測定結果から前記電極の配列パターンの良否を判別する処理を行うこともできる。

このように、上記の処理によれば、定盤の特性の影響を受けやすい裏面反射光を除外して、表面反射光のみによる測定を行うことができるから、電極の周期パターンについて、精度の高い測定を行うことができる。

ところで、前記図３〜５では、基板上の一方向に沿って配列される電極３１のみを示したが、実際のＬＣＤ用の基板３では、ソース線およびゲート線の２種類の電極がマトリクス配列されており、前記帯状光５は、測定対象となる方の電極の配列に沿って照射されることになる。この場合、測定対象の電極に対する測定処理を精度良く行うには、他方の電極にかからない位置に帯状光５が照射されるように、基板３に対するセンサヘッド１の位置を調整する必要がある。

図１３は、測定対象の電極と帯状光５との位置関係について、良好な例と良好でない例とを対比させて示す。図中、水平方向（ｙ方向）に沿って配列される電極３１ａはソース線であり、垂直方向（ｘ方向）に沿って配列される電極３１ｂはゲート線である。また、これらの電極３１ａ，３１ｂで囲まれる領域毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３２が設けられる。

ここで、ソース線３１ａを測定対象とした場合には、前記帯状光５はｙ軸方向に沿って照射されることになる。この場合の帯状光５は、図中の矢印Ａに示すように、ゲート線３１ｂや薄膜トランジスタ３２にかからない位置に照射されるのが望ましい。矢印ＢやＣのように、ゲート線３１ｂにかかる位置に帯状光５が照射されると、ソース線３１ａの配列周期に起因した光の回折は殆ど起こらなくなり、前記図６（３）に示したような受光量データを得るのは困難となる。

特に、大型基板の電極構造を検査する場合には、基板に複数の測定対象領域を設定した上で、基板またはセンサヘッド１を移動させて、各測定対象領域にセンサヘッド１を順に位置合わせして測定を行う必要がある。しかしながら、この種の基板における電極間の間隔はきわめて微小なものであるから、基板やセンサヘッド１を機械的に位置決めするだけでは、帯状光５を適正な位置に照射するのは困難である。

そこで、つぎに示す実施例では、測定処理に先立ち、帯状光５の照射位置を微小移動させつつ、各位置で得た受光量の分布データを用いて、測定に最適な照射位置を特定するようにしている。

図１４は、ＬＣＤ基板の電極検査用の検査装置の構成を示す。この検査装置は、センサヘッド１のほか、基板３を支持するＸＹステージ７、２台のカメラ９、および２台のコントローラ２Ｓ，８などを含む。

ＸＹステージ７は、基板３の製造装置５０の隣に配備されており、製造装置５０から搬出された基板３を受け取った後、これを支持しながら、ｘ方向およびｙ方向に移動させることができる。センサヘッド１およびカメラ９は、それぞれ専用の支持部７１，７２によりＸＹステージ７の上方に固定配備される。なお、センサヘッド１の構成は、前記図２および図４に示したのと同様である。

この実施例の基板３には、複数の測定対象領域３００が設定されるとともに、これらの測定対象領域３００毎に、その領域をセンサヘッド１の下方に位置合わせするためのアライメントマーク（図示せず。）が設けられている。前記コントローラ８は、ＸＹステージ７およびカメラ９に接続されており、カメラ９からの画像を処理してアライメントマークの位置を抽出し、その抽出結果に基づきＸＹステージ７の動作を制御する。

もう一方のコントローラ２Ｓは、前記図１，２に示したコントローラ２に、ＸＹステージ７の制御や検査のための機能を付加したものである。このコントローラ２Ｓは、コントローラ８およびセンサヘッド１に接続されており、コントローラ８との通信によってＸＹステージの動作を制御しつつ、センサヘッド１からの受光量データを処理することによって、測定対象領域３００とセンサヘッド１とが最適な位置関係になるように調整する。

ここで図１５を用いて、ＸＹステージの位置調整のための受光量データの処理について説明する。
センサヘッド１の投光部１１からの帯状光５が前記図１３の矢印Ａで示す位置に照射された場合には、測定対象の電極３１ａによる複数の回折光が生じる。よって、この場合の受光量データでは、図１５（１）に示すように、各次数の表面反射光像と裏面反射光像とが交互かつ次数の順に並んだ状態となる。これに対し、前記矢印Ｂ，Ｃで示したように、帯状光５が測定対象外の電極にかかる位置に照射された場合には、測定対象の電極３１ａによる光の回折が起こりにくい状態となる。このため、受光量データでは、図１５（２）に示すように、０次の反射光像Ｐ_０，ｐ_０を除き、顕著な反射光像が表れない状態となる。

この実施例では、あらかじめ測定対象領域３００に適切に帯状光５を照射できた場合の受光量データの理論曲線から０次以外の所定の次数（図１５の例では２次とする。）の表面反射光および裏面反射光の強度を求め、これらを足し合わせた強度を基準値として、コントローラ２Ｓのメモリ内に登録する。一方、前記ＣＣＤ１２２から得た実際の受光量データについても、２次の表面反射光像Ｐ_２および裏面反射光像ｐ_２が含まれるはずの領域Ｒを特定し、その領域Ｒ内の受光量を抽出する。そして、この領域Ｒから抽出した受光量を前記基準値と比較することによって、測定に必要な回折光が得られているか否かを判断する。
なお、受光量データ中の領域Ｒを特定する際には、前記図１０と同様の手順で、最大のピークと２番目に大きいピークとが並ぶ領域を抽出した後、前記（２）式の距離ａを２倍した値に基づき、領域Ｒの位置を特定する。また、領域Ｒ内の受光量は、この領域Ｒ内の受光量データを積分することによって得ることができる。

図１６は、前記検査装置における処理の手順を示す。なお、この一連の手順を実行する主体は前記コントローラ２Ｓであるが、ＸＹステージ７の移動制御は、コントローラ８を介して行われる。なお、この実施例でも、測定対象の電極が配列される方向がｙ方向であり、ＸＹステージ７の位置調整はｘ方向に沿って行われるものとする。

図１６の手順は、前記ＸＹステージ７上に基板３が搬入されたことに応じてスタートする。最初のＳＴ１０１では、前記アライメントマークに基づき、１番目の測定対象領域３００がセンサヘッド１の下方にくるようにＸＹステージ７の位置を調整する。

ＳＴ１０２では、ＸＹステージ７の調整回数を計数するためのカウンタｍをゼロリセットする。つぎのＳＴ１０３では、センサヘッド１を駆動し、ＣＣＤ１２２からの受光量データを入力する。そして、ＳＴ１０４では、受光量データから前記した領域Ｒを特定して、その領域Ｒ内の受光量を抽出する。続くＳＴ１０５では、抽出した受光量をＸＹステージの現在位置とともにメモリ内に保存する。なお、ＸＹステージ７の現在位置は、たとえばｘｙ座標系におけるステージの原点の座標により表すことができる。

ＳＴ１０６では、前記ＸＹステージ７をｘ軸方向に沿って所定量Δｘだけ移動する。ＳＴ１０７では、前記カウンタｍを１つ大きな値に更新する。この更新後のｍが所定のしきい値Ｍ以下であれば、ＳＴ１０８からＳＴ１０３に戻る。

上記のようにして、ＸＹステージ７の位置を調整しつつ受光量データを取り込む処理をＭ回実行し、毎時の領域Ｒ内の受光量とＸＹステージの位置とを対応づけてメモリに保存する。この処理が終了すると、ＳＴ１０９に進み、保存された受光量を前記した基準値と比較する。そして、基準値との差が最も小さい受光量に対応するＸＹステージ７の位置を、測定に最適な位置であると判別する。

ＳＴ１１０では、前記ＳＴ１０９で判別した最適位置にＸＹステージ７を移動し、ＳＴ１１１で測定処理を実行する。なお、この測定処理では前記図１２に示したのと同様の手順を実行するので、ここでは詳細な説明を省略する。

以下、他の測定対象領域３００についても、同様にＳＴ１０１〜１１１の処理を実行する。すべての測定対象領域３００に対する処理が終了すると、ＳＴ１１２が「ＹＥＳ」となってＳＴ１１３に進み、測定対象領域３００毎の測定結果に基づき、前記電極の配列パターンの良否を判定する。そして、ＳＴ１１４において、モニタ２ａ（図１４に示す。）や図示しない上位システムなどに前記判定処理の結果を出力し、しかる後に処理を終了する。

上記の図１６の手順によれば、いずれの測定対象領域３００に対しても、前記図１３に矢印Ａで示した位置に帯状光５を照射して測定処理を行うことができるから、測定対象の電極により生じた回折光の表面反射光像を用いて、前記電極の配列パターンを精度良く測定することが可能となる。よって、検査の精度を大幅に向上して、信頼性の高い検査装置を提供することができる。

なお、上記実施例の検査装置では、説明を簡単にするために、センサヘッド１を固定配備するとしたが、実際の仕様では、検査対象の電極の配列周期Λに合わせて前記（４）式の距離Ｌを変動できるように、センサヘッド１を上下動可能に配備するのが望ましい。この場合、コントローラ２Ｓに検査対象の基板３の厚みｔや電極３１の周期Λを入力することによりＬの値を求め、この値に応じてセンサヘッド１の高さを調整することができる。また、測定処理時に、受光量データから各次数の表面反射光像を特定する処理（前記図１０のＳＴ２３に対応する処理）においても、入力されたΛの値に基づき前記距離ａを求めることによって、各表面反射光像の位置を特定することができる。

この発明にかかる光学式測定装置の外観および使用例を示す図である。 光学式測定装置の電気構成を示すブロック図である。 ガラス基板の構成を測定対象のパラメータおよび測定方法とともに示す図である。 投光部および受光部の主要構成を作用とともに示す図である。 照射光および反射光の進行状態を示す図である。 表面反射光と裏面反射光との好ましい分布の関係を示す図である。 図６の分布曲線を得るのに必要な条件を示す図である。 図７のａ，ｂを反射光の光路により示した図である。 表面反射光像の幅ｗにかかる定義を示す図である。 表面反射光の強度検出処理の手順を示すフローチャートである。 強度の計測方法を示す図である。 測定処理の手順を示すフローチャートである。 帯状光の照射位置について、良好な例と良好でない例とを対比させて示す図である。 電極検査用の検査装置の構成例を示す図である。 検査対象領域と帯状光との位置合わせのための受光量データの処理を説明する図である。 検査の手順を示すフローチャートである。 従来の測定方法にかかる光学系の構成を光の進行状態とともに示す図である。 図１７の光学系により得られる表面反射光と裏面反射光との分布の関係を示す図である。 図１７の光学系における問題点を示す図である。

符号の説明

１ センサヘッド
２，２Ｓ コントローラ
３ ガラス基板
５，６ 帯状光
７ ＸＹステージ
１１ 投光部
１２ 受光部
２１ ＣＰＵ
２７ センサ制御回路
３１，３１ａ，３１ｂ 電極
１１１ レーザーダイオード
１１４ 集光レンズ
１２２ 一次元ＣＣＤ
Ｐ_ｍ 表面反射光像
ｐ_ｍ 裏面反射光像

Claims (9)

1. 透光性を有する基板の表面に周期性をもって配列された構造物を測定対象として、前記基板の表面に対し、複数の構造物を横切るように光を照射したときに生じる回折光を用いて前記構造物の周期配列構造を測定する装置であって、
   前記構造物の配列方向に沿う一辺を有し、その一辺が基板表面に接触した状態で起立する仮想平面を入射面として、前記構造物の配列方向における大きさが徐々に小さくなるような集束光を基板の表面に対して斜めに入射させる投光部と、
   少なくとも一方向に沿って配列された複数の受光用画素を含む撮像素子であって、前記集束光に対する基板からの反射光に含まれる各次数の回折光を前記画素の一配列方向において受光するように配置された撮像素子を含む受光部とを具備し、
   前記撮像素子上において、前記集束光により前記基板から生じた表面反射光のｍ次の回折光（ｍは任意の整数であって、前記基板から生じた各回折光の並びにおいて前記投光部から遠ざかる方向を正方向として値が変化する。）が入射する位置と（ｍ＋１）次の回折光が入射する位置との間に裏面反射光のｍ次の回折光が入射するように、前記基板に対する投光部の距離ならびにその集束光の照射角度と、前記基板に対する受光部の距離ならびに前記基板に対する撮像素子の受光面の角度が調整されている光学式測定装置。
2. 請求項１に記載された光学式測定装置であって、
   前記撮像素子の画素配列のうち前記回折光が入射可能な範囲から得られた受光量の分布データから最大の受光量を抽出するとともに、この最大受光量および前記投光部と受光部との位置関係に基づき、前記受光量の分布データの中から各次数の表面反射光の強度を個別に抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された各表面反射光の強度を用いて前記構造物を測定する測定手段とを具備する光学式測定装置。
3. 請求項２に記載された光学式測定装置であって、
   測定対象の構造物の配列周期を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された配列周期を用いて前記撮像素子における各次数の表面反射光の入射位置の間隔を算出する算出手段とを具備し、
   前記抽出手段は、前記撮像素子の画素配列のうち前記回折光が入射可能な範囲から得られた受光量の分布データを対象として、この受光量の分布データから最大のピークと２番目に大きなピークとが並ぶ部分を抽出し、この２つのピークのうち、各ピークの並びを前記基板から生じた各回折光の並びに合わせたときに前記投光部に近くなる方のピークを０次の表面反射光の入射位置として特定するとともに、この入射位置から前記算出手段により算出された間隔のｍ倍に相当する距離だけ離れた位置をｍ次の表面反射光の入射位置として特定し、特定された各入射位置に基づき各次数の表面反射光の強度を抽出する光学式測定装置。
4. 請求項１に記載された光学式測定装置であって、
   前記構造物が配列されていない測定対象と同種の基板に投光部からの光を照射したときに基板から生じる反射光について前記撮像素子への入射位置を表すデータがあらかじめ登録された登録手段と、
   前記測定対象の基板について、前記撮像素子の画素配列のうち前記回折光が入射可能な範囲から得られた受光量の分布データの中から前記登録手段に登録された入射位置に対応する受光量を抽出するとともに、この受光量の抽出値および前記投光部と受光部との位置関係に基づき、受光量の分布データの中から各次数の表面反射光の強度を個別に抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された各表面反射光の強度を用いて前記構造物を測定する測定手段とを具備する光学式測定装置。
5. 請求項４に記載された光学式測定装置であって、
   測定対象の構造物の配列周期を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された配列周期を用いて前記撮像素子における各次数の表面反射光の入射位置の間隔を算出する算出手段とを具備し、
   前記登録手段には、前記反射光の入射位置を表すデータとして、あらかじめ前記撮像素子の画素配列のうちの前記回折光が入射可能な範囲から抽出した所定大きさの範囲が登録されており、
   前記抽出手段は、前記撮像素子の画素配列のうち前記登録手段に登録された範囲において最大のピークと２番目に大きなピークとが並ぶ部分を抽出し、この２つのピークのうち、各ピークの並びを前記基板から生じた各回折光の並びに合わせたときに前記投光部に近くなる方のピークを０次の表面反射光の入射位置として特定するとともに、前記回折光が入射可能な全範囲からの受光量の分布データに対し、前記０次の表面反射光の入射位置から前記算出手段により算出された間隔のｍ倍に相当する距離だけ離れた位置をｍ次の表面反射光の入射位置として特定し、特定された各入射位置に基づき各次数の表面反射光の強度を抽出する光学式測定装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載された光学式測定装置であって、
   前記構造物の配列方向に直交する方向に対する投光部の位置を調整するための位置調整手段と、前記撮像素子により得られた受光量の分布データを用いて、前記位置調整手段による位置調整処理を制御する制御手段とを具備し、
   前記制御手段は、前記位置調整手段に位置調整処理を行わせる都度、その状態下で得られた受光量の分布データから０次の表面反射光および０次の裏面反射光のいずれにも対応しない範囲の受光量を抽出する手段と、前記抽出された受光量を所定の基準値と比較する手段と、前記比較処理の結果を用いて、前記基板と投光部とについて測定に適した位置関係を判別する手段とを含んで成る光学式測定装置。
7. 透光性を有する基板の表面に周期性をもって配列された構造物を測定対象として、前記基板の表面に対し、複数の構造物を横切るように光を照射したときに生じる回折光を用いて、前記構造物の周期配列パターンを測定する方法であって、
   前記構造物の配列方向に沿う一辺を有し、その一辺が基板表面に接触した状態で起立する仮想平面が入射面となるように設定された投光部により、前記構造物の配列方向における大きさが徐々に小さくなるような集束光を基板の表面に対して斜めに入射させ、
   少なくとも一方向に沿って配列された複数の受光用画素が配列された撮像素子を、前記集束光により前記基板から生じた表面反射光のｍ次の回折光（ｍは任意の整数であって、前記基板から生じた各回折光の並びにおいて前記投光部から遠ざかる方向を正方向として値が変化する。）が入射する位置と（ｍ＋１）次の回折光が入射する位置との間に裏面反射光のｍ次の回折光が入射するように配置して、前記投光部からの集束光に対する基板からの反射光を受光することを特徴とする光学式測定方法。
8. 請求項７に記載された光学式測定方法において、
   前記撮像素子の画素配列のうち前記回折光が入射可能な範囲から得られた受光量の分布データから最大の受光量を抽出するとともに、この最大受光量および前記投光部と受光部との位置関係に基づき、前記受光量の分布データの中から各次数の表面反射光の強度を個別に抽出し、抽出された各表面反射光の強度を用いて前記構造物を測定するようにした光学式測定方法。
9. 請求項７または８に記載された光学式測定方法において、
   前記構造物に対する光の照射位置を構造物の配列方向に直交する方向に沿って移動させながら、撮像素子により得られた受光量の分布データを用いて前記照射位置が測定に適した位置であるか否かを判別するステップを繰り返し実行し、
   前記判別のステップでは、前記撮像素子により得られた受光量の分布データから０次の表面反射光および０次の裏面反射光のいずれにも対応しない範囲の受光量を抽出するステップと、前記抽出された受光量を所定の基準値と比較するステップとを実行し、前記基準値を上回る受光量が得られたとき、その時点での光の照射位置が測定に適していると判別する光学式測定方法。
   

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