JP2007178261A - 電気光学装置用基板の検査方法、電気光学装置用基板の製造方法、及び検査装置 - Google Patents
電気光学装置用基板の検査方法、電気光学装置用基板の製造方法、及び検査装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】三次元形状データに対して、所定のアルゴリズムを実行して高さを求めることで、高精度の高さ測定ができる電気光学装置用基板の検査方法等を提供する。
【解決手段】段差を含む所定平面領域に対して、光干渉法を適用して三次元形状を測定し、三次元形状データを作成する工程と、頂点Hの三次元座標上の位置を求める工程と、三次元形状データを、所定高さにあるXY平面と水平な平面で二分割して2値化する工程と、第1の三次元形状データから、XY平面方向に投影した二次元形状データの重心Gを求める工程と、二次元形状データにおいて、重心から所定距離の位置に、基準点を複数設定する工程と、二次元形状データにおける重心及び基準点の、三次元形状データ上でのZ座標を求め、三次元座標上の位置をそれぞれ求める工程と、複数の基準点を含む平面と、重心Gの三次元座標上の位置との最短距離を求め、段差の高さとする工程と、を含む。
【選択図】図2
【解決手段】段差を含む所定平面領域に対して、光干渉法を適用して三次元形状を測定し、三次元形状データを作成する工程と、頂点Hの三次元座標上の位置を求める工程と、三次元形状データを、所定高さにあるXY平面と水平な平面で二分割して2値化する工程と、第1の三次元形状データから、XY平面方向に投影した二次元形状データの重心Gを求める工程と、二次元形状データにおいて、重心から所定距離の位置に、基準点を複数設定する工程と、二次元形状データにおける重心及び基準点の、三次元形状データ上でのZ座標を求め、三次元座標上の位置をそれぞれ求める工程と、複数の基準点を含む平面と、重心Gの三次元座標上の位置との最短距離を求め、段差の高さとする工程と、を含む。
【選択図】図2
Description
本発明は電気光学装置用基板の検査方法、電気光学装置用基板の製造方法、及び検査装置に関する。特に、光干渉法を用いて得られた三次元形状データを、所定のアルゴリズムに基づいてデータ処理することにより、基板上に設けられた段差の高さを精度良く検査することができる電気光学装置用基板の検査方法、電気光学装置基板の製造方法、及び検査装置に関する。
従来、電気光学装置の一態様である液晶装置は、それぞれ電極を備えた一対の基板を対向配置するとともに、当該一対の基板間に液晶材料を配置して構成されている。この液晶装置は、対向する電極に電圧を印加して液晶材料を配向させ、通過する光を偏向させることにより、画像表示させるものである。
このような液晶装置を構成している基板の表面上には、電気配線、電極、スイッチング素子、フォトスペーサ等の各種部材が所定位置に配置され、複雑な積層構造を形成している。
その中でもフォトスペーサは、セルギャップを正確に規定するための部材であって、その高さが表示特性に影響を与えることから、特に微細かつ高精度な加工が要求されている。
しかしながら、このような微細加工された部材の形成状態を検査するにあたり、当該部材が複雑な積層構造を有する基板表面上に存在することから、下地層の影響や、測定装置にセットした際の基板の傾斜、あるいは基板自体の反りといった幾つかの要因によって測定値が大きく変動し、精度良く検査することができないという問題が生じていた。
このような液晶装置を構成している基板の表面上には、電気配線、電極、スイッチング素子、フォトスペーサ等の各種部材が所定位置に配置され、複雑な積層構造を形成している。
その中でもフォトスペーサは、セルギャップを正確に規定するための部材であって、その高さが表示特性に影響を与えることから、特に微細かつ高精度な加工が要求されている。
しかしながら、このような微細加工された部材の形成状態を検査するにあたり、当該部材が複雑な積層構造を有する基板表面上に存在することから、下地層の影響や、測定装置にセットした際の基板の傾斜、あるいは基板自体の反りといった幾つかの要因によって測定値が大きく変動し、精度良く検査することができないという問題が生じていた。
そこで、このような検査精度上の問題を解決するために、フォトスペーサ等の微小部材の高さを高精度に測定する方法として、光干渉法を用いるとともに、測定対象物の位置を検出する予備測定部と、当該測定対象物の高さ測定を行う主測定部と、からなる測定装置を用いることにより、測定対象物の位置決めを自動的かつ高精度に実施できる寸法測定方法が開示されている。(例えば、特許文献1参照)
より具体的には、図15に示すように、白色光源521及び複数のレンズ系から構成される主測定部503と、測定対象物としての微小測定部Wの位置決めを行うための予備測定部502と、各ユニットを連動して制御するための制御部531と、から主に構成される測定装置501を用いた測定方法である。
この測定装置501では、測定対象物Wの測定位置を決定する方法として、予備測定部502に接続されたCCDカメラ510を用いて、測定対象物W近傍の二次元画像を撮像し、当該二次元画像を画像処理することにより、測定位置を決定することができる。
特開2004−20202号公報(特許請求の範囲、図1)
より具体的には、図15に示すように、白色光源521及び複数のレンズ系から構成される主測定部503と、測定対象物としての微小測定部Wの位置決めを行うための予備測定部502と、各ユニットを連動して制御するための制御部531と、から主に構成される測定装置501を用いた測定方法である。
この測定装置501では、測定対象物Wの測定位置を決定する方法として、予備測定部502に接続されたCCDカメラ510を用いて、測定対象物W近傍の二次元画像を撮像し、当該二次元画像を画像処理することにより、測定位置を決定することができる。
しかしながら、特許文献1に記載の測定方法では、CCDカメラ510を用いて撮像する際に、光干渉法特有の現象として、基板の厚み変化や傾斜の影響により、等厚干渉縞や等傾角干渉縞といった干渉縞が発生して、画像内に写り込む場合が見られた。このような干渉縞が写り込んだ画像に対して、二次元のパターンマッチング法により位置合わせを実施した場合には、正確なパターン認識が行われずに、測定精度を低下させるという問題が見られた。
その一方で、この干渉縞は入射光の焦点深度を変えることにより、その発生箇所をシフトさせることができる。すなわち、焦点深度をジャストフォーカスから意図的に外すことにより、干渉縞の写り込みのない二次元画像を得ることも可能である。しかしながら、この方法では、焦点が外れた状態での画像となることから、測定対象物と基板との境界が曖昧になり、測定精度を低下させるという問題が見られた。
更に、この測定装置には、主測定部503の他に、測定対象物を正確にアライメントするための予備測定部502が設けてあることから、特に測定対象物近傍での装置構成が複雑化してしまうという問題も見られた。
その一方で、この干渉縞は入射光の焦点深度を変えることにより、その発生箇所をシフトさせることができる。すなわち、焦点深度をジャストフォーカスから意図的に外すことにより、干渉縞の写り込みのない二次元画像を得ることも可能である。しかしながら、この方法では、焦点が外れた状態での画像となることから、測定対象物と基板との境界が曖昧になり、測定精度を低下させるという問題が見られた。
更に、この測定装置には、主測定部503の他に、測定対象物を正確にアライメントするための予備測定部502が設けてあることから、特に測定対象物近傍での装置構成が複雑化してしまうという問題も見られた。
そこで、本発明の発明者は鋭意検討した結果、光干渉法を用いて三次元形状を測定することで、基板の傾斜や厚み変化によって発生する干渉縞の影響を除外するとともに、当該三次元形状データに対して、所定のアルゴリズムに基づいてデータ処理することにより、基板上に設けられた段差の高さを精度良く検査することができることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、光干渉法を用いて形状測定するにあたり、焦点深度を変化させながら測定する三次元形状測定を実施することで、干渉縞の影響を除去した形状測定をするとともに、この三次元形状データに対して、所定のアルゴリズムを実行して高さを求めることで、高精度の高さ測定ができる電気光学装置用基板の検査方法、電気光学装置用基板の製造方法、及びこれらに用いられる検査装置を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、光干渉法を用いて形状測定するにあたり、焦点深度を変化させながら測定する三次元形状測定を実施することで、干渉縞の影響を除去した形状測定をするとともに、この三次元形状データに対して、所定のアルゴリズムを実行して高さを求めることで、高精度の高さ測定ができる電気光学装置用基板の検査方法、電気光学装置用基板の製造方法、及びこれらに用いられる検査装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、基板上に設けられた段差の高さを検査するための電気光学装置用基板の検査方法であって、段差を含む所定平面領域に対して、光干渉法を適用して三次元形状を測定し、三次元形状データを作成する工程と、三次元形状データにおいて、最高位置としての頂点Hの三次元座標上の位置を求める工程と、三次元形状データを、所定高さにあるXY平面と平行な平面で二分割し、所定高さ以上に位置するとともに頂点Hを含む第1の三次元形状データ及び所定高さ未満に位置する第2の三次元形状データに2値化する工程と、第1の三次元形状データから、XY平面方向に投影した二次元形状データを求め、かつ当該二次元形状データの重心の二次元座標上の位置G(Xg、Yg)を求める工程と、二次元形状データにおいて、重心Gから所定距離の位置に、基準点Pi(Xi、Yi)を複数設定する工程と、二次元形状データにおける重心G及び基準点Piの、三次元形状データ上でのZ座標を求め、三次元座標上の位置G(Xg、Yg、Zg)及びPi(Xi、Yi、Zi)をそれぞれ求める工程と、複数の基準点Piを含む基準平面Sjと重心Gとの最短距離を求め、段差の高さとする工程と、を含むことを特徴とする電気光学装置用基板の検査方法が提供され、上述した問題を解決することができる。
すなわち、三次元形状測定に光干渉法を用いることにより、干渉縞の情報を含まない三次元形状データを得ることができ、更に、データ処理として、三次元形状データを2値化して二次元形状データを作成し、二次元形状データと三次元形状データとを組み合わせるといったアルゴリズムを実施することにより、高精度の高さ測定ができる。
したがって、かかる方法をフォトスペーサ形状測定に適用したような場合には、セルギャップが精度良く規定され、表示特性に優れた電気光学装置を製造することができる。
すなわち、三次元形状測定に光干渉法を用いることにより、干渉縞の情報を含まない三次元形状データを得ることができ、更に、データ処理として、三次元形状データを2値化して二次元形状データを作成し、二次元形状データと三次元形状データとを組み合わせるといったアルゴリズムを実施することにより、高精度の高さ測定ができる。
したがって、かかる方法をフォトスペーサ形状測定に適用したような場合には、セルギャップが精度良く規定され、表示特性に優れた電気光学装置を製造することができる。
また、本発明を実施するにあたり、頂点Hを求める工程の後に、頂点Hの位置と所定の基準位置とを一致させるように、三次元形状データを補正する工程を実施することが好ましい。
このように実施することにより、測定時のアライメントが不十分であっても、それをデータ上で補正して、後のデータ処理を効率的に実施することができる。
このように実施することにより、測定時のアライメントが不十分であっても、それをデータ上で補正して、後のデータ処理を効率的に実施することができる。
また、本発明を実施するにあたり、基準点Pi(Xi、Yi)を複数設定する際に、その設定個数を4個以上とするとともに、当該4個以上の複数の基準点のうち3個を含む平面を基準平面Sjとし、当該基準平面Sjと重心Gとの最短距離を段差の高さとすることが好ましい。
このように実施することにより、段差高さの基準となる基準平面Sjを一義的に規定することができ、正確な段差高さ測定を実施することができる。
このように実施することにより、段差高さの基準となる基準平面Sjを一義的に規定することができ、正確な段差高さ測定を実施することができる。
また、本発明を実施するにあたり、基準平面Sjを設定する際に、それぞれ異なる複数の基準平面Sjを設定し、当該複数の基準平面Sjと重心Gとの、それぞれの最短距離Hjを平均化した値を、段差の高さとすることが好ましい。
このように実施することにより、下地層の影響によって基準平面Sjが適切に設定されないような場合であっても、複数の基準平面を設定し、最短距離Hjを平均化することにより、正確な段差の高さを求めることができる。
このように実施することにより、下地層の影響によって基準平面Sjが適切に設定されないような場合であっても、複数の基準平面を設定し、最短距離Hjを平均化することにより、正確な段差の高さを求めることができる。
また、本発明を実施するにあたり、基準点Pi(Xi、Yi)を複数設定する際に、重心Gを中心とする同心円上に等間隔で設定することが好ましい。
このように実施することにより、複数の基準点Piを、重心Gに対して偏ることなく設定することができ、段差高さの測定精度を高めることができる。
このように実施することにより、複数の基準点Piを、重心Gに対して偏ることなく設定することができ、段差高さの測定精度を高めることができる。
また、本発明を実施するにあたり、同心円の半径を1〜10(μm)の範囲内の値とすることが好ましい。
このように実施することにより、複数の基準点Piの設定領域を、所定領域内に規定することができ、データ処理時間を短縮することができる。
このように実施することにより、複数の基準点Piの設定領域を、所定領域内に規定することができ、データ処理時間を短縮することができる。
また、本発明を実施するにあたり、光干渉法が白色干渉法であることが好ましい。
このように実施することにより、単色光を用いた場合に生じる干渉光強度の周期的変化をなくして、測定対象物の位置を絶対的に規定することができる。
すなわち、単色光では、光路差が波長λの整数倍となる全ての位置で干渉光強度が最大となるため、干渉光強度の最大位置を測定対象物の高さとして検出する場合に、その高さを一律に規定することができない。
その一方、白色光は複数の波長から構成されるため、このような現象が生じることなく、唯一、光路差が0の場合にのみ干渉光強度を最大とすることができる。
したがって、この干渉光強度の最大位置を検出することで、測定対象物の高さを絶対的に規定して、三次元形状データを正確に求めることができる。
このように実施することにより、単色光を用いた場合に生じる干渉光強度の周期的変化をなくして、測定対象物の位置を絶対的に規定することができる。
すなわち、単色光では、光路差が波長λの整数倍となる全ての位置で干渉光強度が最大となるため、干渉光強度の最大位置を測定対象物の高さとして検出する場合に、その高さを一律に規定することができない。
その一方、白色光は複数の波長から構成されるため、このような現象が生じることなく、唯一、光路差が0の場合にのみ干渉光強度を最大とすることができる。
したがって、この干渉光強度の最大位置を検出することで、測定対象物の高さを絶対的に規定して、三次元形状データを正確に求めることができる。
また、本発明を実施するにあたり、段差が樹脂材料からなるフォトスペーサにより形成される段差であることが好ましい。
このように実施することにより、かかる発明を液晶装置用基板に適用した場合には、セルギャップを正確に規定することができ、表示特性に優れた液晶装置とすることができる。
このように実施することにより、かかる発明を液晶装置用基板に適用した場合には、セルギャップを正確に規定することができ、表示特性に優れた液晶装置とすることができる。
また、本発明を実施するにあたり、所定平面領域の面積を1×100〜1×104(μm2)の範囲内の値とすることが好ましい。
このように実施することにより、測定対象物及びその周囲に設定される基準点の配置位置を、所定領域内に限定することができ、測定時間を短縮して効率的な高さ測定ができる。
このように実施することにより、測定対象物及びその周囲に設定される基準点の配置位置を、所定領域内に限定することができ、測定時間を短縮して効率的な高さ測定ができる。
また、本発明の別の態様は、基板上に段差を備えた電気光学装置用基板の製造方法であって、段差を含む所定平面領域に対して、光干渉法を適用して三次元形状を測定し、三次元形状データを作成する工程と、三次元形状データにおいて、最高位置としての頂点Hの三次元座標上の位置を求める工程と、三次元形状データを、所定高さにあるXY平面と平行な平面で二分割し、所定高さ以上に位置するとともに頂点Hを含む第1の三次元形状データ及び所定高さ未満に位置する第2の三次元形状データに2値化する工程と、第1の三次元形状データから、XY平面方向に投影した二次元形状データを求め、かつ当該二次元形状データの重心Gの二次元座標上の位置G(Xg、Yg)を求める工程と、二次元形状データにおいて、重心Gから所定距離の位置に、基準点Pi(Xi、Yi)を複数設定する工程と、二次元形状データにおける重心G及び基準点Piの、三次元形状データ上でのZ座標を求め、三次元座標上の位置G(Xg、Yg、Zg)及びPi(Xi、Yi、Zi)をそれぞれ求める工程と、複数の基準点Piを含む基準平面Sjと重心Gとの最短距離を求め、段差の高さとする工程と、を有する検査工程を含むことを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法である。
したがって、このように製造された電気光学装置用基板を用いて構成される電気光学装置であれば、例えば、段差としてフォトスペーサの高さ測定に適用したような場合には、セルギャップが高精度に規定されて、表示特性に優れる電気光学装置を提供することができる。
したがって、このように製造された電気光学装置用基板を用いて構成される電気光学装置であれば、例えば、段差としてフォトスペーサの高さ測定に適用したような場合には、セルギャップが高精度に規定されて、表示特性に優れる電気光学装置を提供することができる。
また、本発明の更に別の態様は、電気光学装置用基板上に設けられた段差の高さを検査するための検査装置であって、段差を含む所定平面領域と入射光との相対位置を調整するための位置調整手段と、所定平面領域からの干渉光を検出する検出手段と、検出手段から得られた結果を演算して、所定平面領域における三次元形状データを求める演算手段と、三次元形状データに対して所定のアルゴリズムに基づいてデータ処理することにより段差の高さを求めるデータ処理手段と、データ処理手段から得られた結果を表示する表示手段と、を含むことを特徴とする検査装置である。
したがって、このように構成された検査装置を用いて、段差高さ測定を実施した電気光学装置用基板であれば、例えば、フォトスペーサの高さが精度良く規定された電気光学装置用基板を製造することができる。
したがって、このように構成された検査装置を用いて、段差高さ測定を実施した電気光学装置用基板であれば、例えば、フォトスペーサの高さが精度良く規定された電気光学装置用基板を製造することができる。
[第1実施形態]
本発明における第1の実施形態は、基板上に設けられた段差の高さを検査するための電気光学装置用基板の検査方法であって、段差を含む所定平面領域に対して、光干渉法を適用して三次元形状を測定し、三次元形状データを作成する工程と、三次元形状データにおいて、最高位置としての頂点Hの三次元座標上の位置を求める工程と、三次元形状データを、所定高さにあるXY平面と平行な平面で二分割し、所定高さ以上に位置するとともに頂点Hを含む第1の三次元形状データ及び所定高さ未満に位置する第2の三次元形状データに2値化する工程と、第1の三次元形状データから、XY平面方向に投影した二次元形状データを求め、かつ当該二次元形状データの重心の二次元座標上の位置G(Xg、Yg)を求める工程と、二次元形状データにおいて、重心Gから所定距離の位置に、基準点Pi(Xi、Yi)を複数設定する工程と、二次元形状データにおける重心G及び基準点Piの、三次元形状データ上でのZ座標を求め、三次元座標上の位置G(Xg、Yg、Zg)及びPi(Xi、Yi、Zi)をそれぞれ求める工程と、複数の基準点Piを含む基準平面Sjと重心Gとの最短距離を求め、段差の高さとする工程と、を含むことを特徴とする電気光学装置用基板の検査方法である。
以下、本実施形態の電気光学装置用基板の検査方法として、TFT(Thin Film Transistor)素子構造を有する素子基板上に設けられたフォトスペーサの高さを検査する検査方法を例に採って、図1〜図9を参照しつつ説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであって、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することができる。
本発明における第1の実施形態は、基板上に設けられた段差の高さを検査するための電気光学装置用基板の検査方法であって、段差を含む所定平面領域に対して、光干渉法を適用して三次元形状を測定し、三次元形状データを作成する工程と、三次元形状データにおいて、最高位置としての頂点Hの三次元座標上の位置を求める工程と、三次元形状データを、所定高さにあるXY平面と平行な平面で二分割し、所定高さ以上に位置するとともに頂点Hを含む第1の三次元形状データ及び所定高さ未満に位置する第2の三次元形状データに2値化する工程と、第1の三次元形状データから、XY平面方向に投影した二次元形状データを求め、かつ当該二次元形状データの重心の二次元座標上の位置G(Xg、Yg)を求める工程と、二次元形状データにおいて、重心Gから所定距離の位置に、基準点Pi(Xi、Yi)を複数設定する工程と、二次元形状データにおける重心G及び基準点Piの、三次元形状データ上でのZ座標を求め、三次元座標上の位置G(Xg、Yg、Zg)及びPi(Xi、Yi、Zi)をそれぞれ求める工程と、複数の基準点Piを含む基準平面Sjと重心Gとの最短距離を求め、段差の高さとする工程と、を含むことを特徴とする電気光学装置用基板の検査方法である。
以下、本実施形態の電気光学装置用基板の検査方法として、TFT(Thin Film Transistor)素子構造を有する素子基板上に設けられたフォトスペーサの高さを検査する検査方法を例に採って、図1〜図9を参照しつつ説明する。ただし、かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであって、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することができる。
1.検査対象物
まず、本発明に係る検査方法で検査される素子基板を含む液晶装置、及び検査対象物としてのフォトスペーサについて説明する。
図1(a)〜(b)は、フォトスペーサを含む素子基板60と、カラーフィルタ等を含む対向基板30と、を貼り合わせた液晶装置10の概略断面図及び平面図を示している。
この図に示されるように、素子基板60は、ガラス、プラスチック等の透明材料からなる基体61上に、スイッチング素子として機能するアクティブ素子としてのTFT素子69と、透明性樹脂からなる層間絶縁膜としての絶縁膜81と、この絶縁膜81の上層に形成された画素電極63と、ポリイミド系の高分子樹脂からなる配向膜85と、が順次積層され構成されている。
更に、この素子基板60には、セルギャップを規定するための調整部材としてフォトスペーサ106が配置されている。また、このフォトスペーサ106は、感光性樹脂材料に所定のパターニング処理を施すことにより、図1(b)に示すように、表示に寄与しない領域にあるデータ線65等の上方に形成される。
まず、本発明に係る検査方法で検査される素子基板を含む液晶装置、及び検査対象物としてのフォトスペーサについて説明する。
図1(a)〜(b)は、フォトスペーサを含む素子基板60と、カラーフィルタ等を含む対向基板30と、を貼り合わせた液晶装置10の概略断面図及び平面図を示している。
この図に示されるように、素子基板60は、ガラス、プラスチック等の透明材料からなる基体61上に、スイッチング素子として機能するアクティブ素子としてのTFT素子69と、透明性樹脂からなる層間絶縁膜としての絶縁膜81と、この絶縁膜81の上層に形成された画素電極63と、ポリイミド系の高分子樹脂からなる配向膜85と、が順次積層され構成されている。
更に、この素子基板60には、セルギャップを規定するための調整部材としてフォトスペーサ106が配置されている。また、このフォトスペーサ106は、感光性樹脂材料に所定のパターニング処理を施すことにより、図1(b)に示すように、表示に寄与しない領域にあるデータ線65等の上方に形成される。
2.検査方法
(1)工程フロー
図2は、この検査方法を工程毎に示したフロー図である。このフロー図に示すように、本発明における検査方法は、工程S1として示される三次元形状測定と、工程S2〜S9として示されるアルゴリズムに基づくデータ処理と、に大別される。以下、この工程順序に従って説明していく。
(1)工程フロー
図2は、この検査方法を工程毎に示したフロー図である。このフロー図に示すように、本発明における検査方法は、工程S1として示される三次元形状測定と、工程S2〜S9として示されるアルゴリズムに基づくデータ処理と、に大別される。以下、この工程順序に従って説明していく。
(2)三次元形状データを作成する工程(S1)
図2にS1として示される三次元形状データを作成する工程は、白色干渉法を採用した検査装置によりフォトスペーサ106の三次元形状データを測定する工程である。
まず、本発明に適用される白色干渉法の原理、及びこれを用いて得られる三次元形状データについて説明する。
白色干渉法は、光干渉効果を利用した形状測定方法の一つであって、図3に示すように、白色光源からの平行光を集束させるための対物レンズ1と、この対物レンズ1により集束された光を分離するためのビームスプリッタ2と、このビームスプリッタ2からの光を反射させるための反射鏡3と、から構成される干渉光学系9を用いて実施される。
また、このビームスプリッタ2と反射鏡3とは、一体として干渉計4を構成しており、光軸方向に微小移動して、測定対象物106との距離(L1)を変化させることができる機構を備えている。
このような干渉光学系9において、まず、白色光源から出射された入射光は、対物レンズ1に対して照射されて集束光(I0)となる。
この集束光(I0)は、レンズ1の下方に配置されたビームスプリッタ2によって、上側に反射する第1の光(I1)と、測定対象物106方向に透過する第2の光(I2)とに分離される。
このように分離された2つの光のうち、第1の光(I1)は、反射鏡3の下面で反射し、更にビームスプリッタ2の上面で反射して、対物レンズ1方向へと向かう。
一方、第2の光(I2)は、測定対象物106の表面で反射し、更にビームスプリッタ2を透過して、同じく、対物レンズ1方向へと向かう。
すなわち、この第1の光(I1)と第2の光(I2)は、それぞれ一部異なる経路を経由しつつ、対物レンズ1方向へと向かう経路では、同一経路上に重なって進行する。このとき、これらの光は互いに干渉して干渉光を形成することとなる。
このように形成された干渉光の特徴は、干渉計4と測定対象物106との間の距離(L1)と、反射鏡3とビームスプリッタ2との間の距離(L2)と、の距離差ΔL(=L1−L2)により、その強度が大きく変化する点にある。
図2にS1として示される三次元形状データを作成する工程は、白色干渉法を採用した検査装置によりフォトスペーサ106の三次元形状データを測定する工程である。
まず、本発明に適用される白色干渉法の原理、及びこれを用いて得られる三次元形状データについて説明する。
白色干渉法は、光干渉効果を利用した形状測定方法の一つであって、図3に示すように、白色光源からの平行光を集束させるための対物レンズ1と、この対物レンズ1により集束された光を分離するためのビームスプリッタ2と、このビームスプリッタ2からの光を反射させるための反射鏡3と、から構成される干渉光学系9を用いて実施される。
また、このビームスプリッタ2と反射鏡3とは、一体として干渉計4を構成しており、光軸方向に微小移動して、測定対象物106との距離(L1)を変化させることができる機構を備えている。
このような干渉光学系9において、まず、白色光源から出射された入射光は、対物レンズ1に対して照射されて集束光(I0)となる。
この集束光(I0)は、レンズ1の下方に配置されたビームスプリッタ2によって、上側に反射する第1の光(I1)と、測定対象物106方向に透過する第2の光(I2)とに分離される。
このように分離された2つの光のうち、第1の光(I1)は、反射鏡3の下面で反射し、更にビームスプリッタ2の上面で反射して、対物レンズ1方向へと向かう。
一方、第2の光(I2)は、測定対象物106の表面で反射し、更にビームスプリッタ2を透過して、同じく、対物レンズ1方向へと向かう。
すなわち、この第1の光(I1)と第2の光(I2)は、それぞれ一部異なる経路を経由しつつ、対物レンズ1方向へと向かう経路では、同一経路上に重なって進行する。このとき、これらの光は互いに干渉して干渉光を形成することとなる。
このように形成された干渉光の特徴は、干渉計4と測定対象物106との間の距離(L1)と、反射鏡3とビームスプリッタ2との間の距離(L2)と、の距離差ΔL(=L1−L2)により、その強度が大きく変化する点にある。
ここで、図4において、干渉光の強度Iと、距離差ΔLと、の関係を表す特性図を示す。この特性図は、横軸に、かかる距離差ΔL(=L1−L2)を採り、縦軸に、干渉光の強度Iを採って示してある。また、実線は干渉光の強度Iの実測値を示しており、点線は、この実測値の包絡曲線を示している。
この特性図から理解できるように、干渉光の強度Iは、所定周期で振動するとともに、距離差ΔLが0、すなわち第1の光(I1)の光路長と第2の光(I2)の光路長とが等しくなったときに、その値が最大となる減衰振動を示すことが理解できる。
したがって、干渉光の強度Iが最大となったときの干渉計4の高さ位置を記録することを、あらかじめ設定された所定平面領域に対して実施することにより、測定対象物106の断面プロファイルを得ることができる。
このようにして得られた測定対象物の断面プロファイルの一例を図5(a)に示す。
図5(a)は、横軸に平面領域内での位置を採り、縦軸に、干渉計4の高さ位置、すなわち測定対象物106の最表面位置を採って示してある。
更に、このような断面プロファイルを、上述した所定平面領域内の異なる位置で測定していくことで、図5(b)に示すような三次元形状データを得ることができる。
この特性図から理解できるように、干渉光の強度Iは、所定周期で振動するとともに、距離差ΔLが0、すなわち第1の光(I1)の光路長と第2の光(I2)の光路長とが等しくなったときに、その値が最大となる減衰振動を示すことが理解できる。
したがって、干渉光の強度Iが最大となったときの干渉計4の高さ位置を記録することを、あらかじめ設定された所定平面領域に対して実施することにより、測定対象物106の断面プロファイルを得ることができる。
このようにして得られた測定対象物の断面プロファイルの一例を図5(a)に示す。
図5(a)は、横軸に平面領域内での位置を採り、縦軸に、干渉計4の高さ位置、すなわち測定対象物106の最表面位置を採って示してある。
更に、このような断面プロファイルを、上述した所定平面領域内の異なる位置で測定していくことで、図5(b)に示すような三次元形状データを得ることができる。
このとき、かかる所定平面領域としては、その面積を1×100〜1×104(μm2)の範囲内の値とすることが好ましい。この理由は、このような範囲内の値であれば、測定対象物に対して過度に広範囲を測定することなく、効率的な測定ができるためである。
その一方で、かかる面積が過度に狭くなったような場合には、後述する高さ測定に十分なデータが採取できず、精度を低下させる場合がある。
したがって、かかる面積の範囲としては、1×102〜1×104(μm2)の範囲内の値とすることが好ましく、5×102〜5×103(μm2)の範囲内の値とすることがより好ましい。
以下、このようにして得られた三次元形状データから、測定対象物106の高さを求めるアルゴリズムについて説明する。
その一方で、かかる面積が過度に狭くなったような場合には、後述する高さ測定に十分なデータが採取できず、精度を低下させる場合がある。
したがって、かかる面積の範囲としては、1×102〜1×104(μm2)の範囲内の値とすることが好ましく、5×102〜5×103(μm2)の範囲内の値とすることがより好ましい。
以下、このようにして得られた三次元形状データから、測定対象物106の高さを求めるアルゴリズムについて説明する。
(3)頂点Hの三次元座標上の位置を求める工程(S2)
まず、図2にS2として示される、図5(b)に示すような三次元形状データに対して頂点Hを求める工程を実施する。
この頂点Hとは、得られた三次元形状データにおいて、Z座標が最大となる点を意味しており、言い換えれば、図3において、干渉計4と測定対象物106との距離が最も近くなったときの高さに相当する。すなわち、この頂点Hは、例えば、基板が傾いているような場合には、必ずしも測定対象物106の頂上部とはならないが、このような場合であっても、本発明に係る検査方法を適用した場合には、正確に測定対象物106の高さを測定することができる。
まず、図2にS2として示される、図5(b)に示すような三次元形状データに対して頂点Hを求める工程を実施する。
この頂点Hとは、得られた三次元形状データにおいて、Z座標が最大となる点を意味しており、言い換えれば、図3において、干渉計4と測定対象物106との距離が最も近くなったときの高さに相当する。すなわち、この頂点Hは、例えば、基板が傾いているような場合には、必ずしも測定対象物106の頂上部とはならないが、このような場合であっても、本発明に係る検査方法を適用した場合には、正確に測定対象物106の高さを測定することができる。
(4)頂点Hの位置と所定の基準位置との差を補正する工程(S3)
次いで、図2にS3として示される、頂点Hの位置と所定の基準位置との差を補正する工程を実施することが好ましい。
この工程は、工程S2で得られた三次元形状データにおいて、頂点Hの位置を、三次元座標上に設けられた所定の基準位置C(X0、Y0、Z0)までシフトさせる工程である。
より具体的には、図5(a)に示すように、生データとしての三次元形状データ(A)における頂点Hの位置を、三次元座標上にあらかじめ設けられた所定の基準位置C(X0、Y0、Z0)の位置までシフトさせ、三次元形状データ(B)を形成する工程である。図5(a)はX軸方向に沿ってシフトさせた場合を示しているが、Y軸方向及びZ軸方向についても同様に実施することができる。
このような工程を実施することにより、測定した時点でのアライメントが不十分であっても、それをデータ上で補正して、後述するアルゴリズムを精度良く実施することができる。
したがって、測定装置において、位置決めのためのアライメント機構として高精度なものを設けることなく、基板載置台上に位置決めピンを設けるといった、簡易なアライメント方法を採用することができ、装置構成を簡略化することができる。
次いで、図2にS3として示される、頂点Hの位置と所定の基準位置との差を補正する工程を実施することが好ましい。
この工程は、工程S2で得られた三次元形状データにおいて、頂点Hの位置を、三次元座標上に設けられた所定の基準位置C(X0、Y0、Z0)までシフトさせる工程である。
より具体的には、図5(a)に示すように、生データとしての三次元形状データ(A)における頂点Hの位置を、三次元座標上にあらかじめ設けられた所定の基準位置C(X0、Y0、Z0)の位置までシフトさせ、三次元形状データ(B)を形成する工程である。図5(a)はX軸方向に沿ってシフトさせた場合を示しているが、Y軸方向及びZ軸方向についても同様に実施することができる。
このような工程を実施することにより、測定した時点でのアライメントが不十分であっても、それをデータ上で補正して、後述するアルゴリズムを精度良く実施することができる。
したがって、測定装置において、位置決めのためのアライメント機構として高精度なものを設けることなく、基板載置台上に位置決めピンを設けるといった、簡易なアライメント方法を採用することができ、装置構成を簡略化することができる。
(5)三次元形状データを2値化する工程(S4)
次いで、図2にS4として示される、三次元形状データを2値化する工程を実施する。
この工程は、図5(a)〜(b)に示す三次元形状データを、図6(a)〜(b)に示すように、所定高さ(h)にあるXY平面と平行な平面(C)で二分割し、かつ高さ(h)以上に位置するとともに頂点Hを含む第1の三次元形状データ(D1)と、所定高さ未満に位置する第2の三次元形状データ(D2)と、に2値化する工程である。
この工程における2値化とは、連続データに対して、所定の基準を用いて0もしくは1の数値を割り当てることを意味している。すなわち、本発明では、第1の三次元形状データ(D1)に属するデータに対して1を割り当て、第2の三次元形状データ(D2)に属するデータに対して0を割り当てることを意味している。
このように2値化された三次元形状データをフィルタリングすることで、1が割り振られたデータのみ、すなわち第1の三次元形状データ(D1)のみを選択的に抽出することができる。
また、上述した平面(C)の高さ(h)は、測定対象物の形状に合わせて適宜変更することができるが、その性質上、測定対象物106を切断する位置、すなわち、頂点Hよりも低くなる位置に設定する必要がある。
次いで、図2にS4として示される、三次元形状データを2値化する工程を実施する。
この工程は、図5(a)〜(b)に示す三次元形状データを、図6(a)〜(b)に示すように、所定高さ(h)にあるXY平面と平行な平面(C)で二分割し、かつ高さ(h)以上に位置するとともに頂点Hを含む第1の三次元形状データ(D1)と、所定高さ未満に位置する第2の三次元形状データ(D2)と、に2値化する工程である。
この工程における2値化とは、連続データに対して、所定の基準を用いて0もしくは1の数値を割り当てることを意味している。すなわち、本発明では、第1の三次元形状データ(D1)に属するデータに対して1を割り当て、第2の三次元形状データ(D2)に属するデータに対して0を割り当てることを意味している。
このように2値化された三次元形状データをフィルタリングすることで、1が割り振られたデータのみ、すなわち第1の三次元形状データ(D1)のみを選択的に抽出することができる。
また、上述した平面(C)の高さ(h)は、測定対象物の形状に合わせて適宜変更することができるが、その性質上、測定対象物106を切断する位置、すなわち、頂点Hよりも低くなる位置に設定する必要がある。
この所定高さ(h)の数値を設定するにあたり、例えば、構造設計上推定される段差の高さ、すなわち構造設計上推定される頂点HのZ座標を100(%)としたとき、20〜80(%)の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、かかる範囲を20(%)未満とした場合には、基板あるいは段差の加工精度によっては、平面(C)が下地層を含むような位置に設定されてしまい、後述する重心Gを正確に算出することができない場合があるためである。その一方で、80(%)を超える値とした場合には、基板あるいは段差の加工精度によっては、切断面を十分広くとることができず、二次元形状データが作成できない場合があるためである。
したがって、かかる範囲としては、30〜70(%)の範囲内の値とすることが好ましく、40〜60(%)の範囲内の値とすることがより好ましい。
なお、ここで構造設計上推定される段差の高さとは、設計シミュレーションの段階で得られる理想的な段差の高さを意味している。すなわち、加工が理想的に行われたときに得られる段差の高さを意味している。
この理由は、かかる範囲を20(%)未満とした場合には、基板あるいは段差の加工精度によっては、平面(C)が下地層を含むような位置に設定されてしまい、後述する重心Gを正確に算出することができない場合があるためである。その一方で、80(%)を超える値とした場合には、基板あるいは段差の加工精度によっては、切断面を十分広くとることができず、二次元形状データが作成できない場合があるためである。
したがって、かかる範囲としては、30〜70(%)の範囲内の値とすることが好ましく、40〜60(%)の範囲内の値とすることがより好ましい。
なお、ここで構造設計上推定される段差の高さとは、設計シミュレーションの段階で得られる理想的な段差の高さを意味している。すなわち、加工が理想的に行われたときに得られる段差の高さを意味している。
また、他の設定方法として、図6(a)に示す断面プロファイルにおいて、平面(C)から頂点Hまでの距離を(h1)とし、基板平面と推測される平坦面(S)から頂点Hまでの距離を(h2)としたとき、(h1/h2)×100(%)で表される値が、10〜90(%)の範囲内の値となるように、所定高さ(h)を決定することが好ましい。
この理由は、かかる範囲を10(%)未満とした場合には、段差形状等によっては、切断面を十分広くとることができず、重心Gの位置精度を低下させる場合がある。その一方で、90(%)を超えるような場合には、その切断面が測定対象物の下端部分に位置してしまい、やはり重心Gの位置精度を低下させてしまう場合がある。
したがって、かかる範囲としては、20〜80(%)の範囲内の値とすることが好ましく、30〜70(%)の範囲内の値とすることがより好ましい。
また、より具体的な設定値として、例えば、フォトスペーサの高さを5(μm)とし、基板厚さを500(μm)とした場合に、高さ(h)の値としては、501〜504(μm)の範囲内の値とすることが好ましく、501.5〜503.5(μm)とすることがより好ましく、502〜503(μm)とすることが更に好ましい。
この理由は、かかる範囲を10(%)未満とした場合には、段差形状等によっては、切断面を十分広くとることができず、重心Gの位置精度を低下させる場合がある。その一方で、90(%)を超えるような場合には、その切断面が測定対象物の下端部分に位置してしまい、やはり重心Gの位置精度を低下させてしまう場合がある。
したがって、かかる範囲としては、20〜80(%)の範囲内の値とすることが好ましく、30〜70(%)の範囲内の値とすることがより好ましい。
また、より具体的な設定値として、例えば、フォトスペーサの高さを5(μm)とし、基板厚さを500(μm)とした場合に、高さ(h)の値としては、501〜504(μm)の範囲内の値とすることが好ましく、501.5〜503.5(μm)とすることがより好ましく、502〜503(μm)とすることが更に好ましい。
(6)重心Gを求める工程(S5)
次いで、図2にS5として示される、重心Gを求める工程を実施する。
この工程は、図6(b)に示す第1の三次元形状データ(D1)から、図7に示すXY平面方向に投影した二次元形状データを求め、かつ当該二次元形状データからなる所定形状(D1´)における重心Gを求める工程である。
重心Gを求める方法としては、例えば、かかる所定形状(D1´)におけるZ軸まわりの慣性モーメントを求め、当該慣性モーメントが最小となる点を重心Gとすることができる。
また、この重心Gを求めるにあたり、かかる所定形状(D1´)を簡易な形状に近似して求めることが好ましい。
この理由は、データ処理量を減らして処理時間を短縮させることができるためである。なお、ここでいう簡易な形状とは、例えば円、楕円、長方形、三角形等であって、上述した慣性モーメントを求めるにあたり、計算負荷が少ない形状を意味している。
その一方で、より高精度に重心Gを求める方法としては、平面形状の比重分布を考慮することが好ましい。
この理由は、平面形状の比重(密度)分布を考慮することで、上述した慣性モーメントを、更に正確に求め、より精度良く重心Gを求めることができるためである。
次いで、図2にS5として示される、重心Gを求める工程を実施する。
この工程は、図6(b)に示す第1の三次元形状データ(D1)から、図7に示すXY平面方向に投影した二次元形状データを求め、かつ当該二次元形状データからなる所定形状(D1´)における重心Gを求める工程である。
重心Gを求める方法としては、例えば、かかる所定形状(D1´)におけるZ軸まわりの慣性モーメントを求め、当該慣性モーメントが最小となる点を重心Gとすることができる。
また、この重心Gを求めるにあたり、かかる所定形状(D1´)を簡易な形状に近似して求めることが好ましい。
この理由は、データ処理量を減らして処理時間を短縮させることができるためである。なお、ここでいう簡易な形状とは、例えば円、楕円、長方形、三角形等であって、上述した慣性モーメントを求めるにあたり、計算負荷が少ない形状を意味している。
その一方で、より高精度に重心Gを求める方法としては、平面形状の比重分布を考慮することが好ましい。
この理由は、平面形状の比重(密度)分布を考慮することで、上述した慣性モーメントを、更に正確に求め、より精度良く重心Gを求めることができるためである。
(7)基準点Piを設定する工程(S6)
次いで、図2にS6として示される、基準点Piを設定する工程を実施する。
この工程は、重心Gの周囲に、後述する基準平面Sjを決めるための点を基準点Piとして設定する工程である。
このような基準点Piの個数及び位置としては、特に限定されるものではないが、例えば、図7に示すように、複数設定するとともに、重心Gを中心とする同心円上に等間隔で設定することが好ましい。
この理由は、重心Gに対して、基準点Piが均等に配置されることとなり、後述する基準平面Sjの設定上の偏りを低減させることができるためである。
また、この基準点Piを設定するにあたり、工程S3において用いられた所定の基準位置Cを中心とする同心円上に等間隔で設定することが好ましい。
この理由は、測定対象物106が中心対称に近い形状であるような場合には、基準位置Cが、測定対象物106の二次元座標上の重心Gとほぼ一致することとなり、後述する基準平面Sjを偏りなく設定することができるためである。
次いで、図2にS6として示される、基準点Piを設定する工程を実施する。
この工程は、重心Gの周囲に、後述する基準平面Sjを決めるための点を基準点Piとして設定する工程である。
このような基準点Piの個数及び位置としては、特に限定されるものではないが、例えば、図7に示すように、複数設定するとともに、重心Gを中心とする同心円上に等間隔で設定することが好ましい。
この理由は、重心Gに対して、基準点Piが均等に配置されることとなり、後述する基準平面Sjの設定上の偏りを低減させることができるためである。
また、この基準点Piを設定するにあたり、工程S3において用いられた所定の基準位置Cを中心とする同心円上に等間隔で設定することが好ましい。
この理由は、測定対象物106が中心対称に近い形状であるような場合には、基準位置Cが、測定対象物106の二次元座標上の重心Gとほぼ一致することとなり、後述する基準平面Sjを偏りなく設定することができるためである。
また、基準点Piの設定個数を4個以上とすることが好ましい。
この理由は、設定個数を4個以上とすることにより、基準平面Sjを複数設定することができるためである。すなわち、平面を規定するために必要な最低の基準点個数である3個を選ぶ際に、その選び方を複数選択することができるためである。
しかしながら、この個数を過度に多く設定したような場合には、計算負荷が大きくなる場合がある。したがって、かかる設定個数としては、4〜10個とすることが好ましく、4〜6個とすることがより好ましい。
この理由は、設定個数を4個以上とすることにより、基準平面Sjを複数設定することができるためである。すなわち、平面を規定するために必要な最低の基準点個数である3個を選ぶ際に、その選び方を複数選択することができるためである。
しかしながら、この個数を過度に多く設定したような場合には、計算負荷が大きくなる場合がある。したがって、かかる設定個数としては、4〜10個とすることが好ましく、4〜6個とすることがより好ましい。
また、当該同心円の半径rを1〜10(μm)の範囲内の値とすることが好ましい。
この理由は、半径rを過度に大きく設定した場合には、基板の反りや傾斜といった、比較的長い周期の変動も含んでしまう場合があるためである。
また、その一方で、かかる半径rを狭く設定しすぎた場合には、測定対象物の大きさによっては、段差の上段部分に基準点Piが設定されてしまい、実質的に高さ測定ができない場合がある。
したがって、かかる同心円の半径rの範囲としては、2〜8(μm)の範囲内の値とすることが好ましく、3〜7(μm)の範囲内の値とすることがより好ましい。
この理由は、半径rを過度に大きく設定した場合には、基板の反りや傾斜といった、比較的長い周期の変動も含んでしまう場合があるためである。
また、その一方で、かかる半径rを狭く設定しすぎた場合には、測定対象物の大きさによっては、段差の上段部分に基準点Piが設定されてしまい、実質的に高さ測定ができない場合がある。
したがって、かかる同心円の半径rの範囲としては、2〜8(μm)の範囲内の値とすることが好ましく、3〜7(μm)の範囲内の値とすることがより好ましい。
(8)重心Gと基準点Piの三次元形状データ上での位置を求める工程(S7)
次いで、図2にS7として示される、重心Gと基準点Piの三次元形状データ上での位置を求める工程を実施する。
この工程は、工程S6において得られた、二次元座標上での重心G及び複数の基準点Piを、三次元形状データにフィードバックして、重心G及び基準点Piの三次元形状座標上での位置を求める工程である。
より具体的には、図8に示すように、二次元座標上で得られた重心G(Xg、Yg)及び複数の基準点P1(X1、Y1)〜P4(X4、Y4)を、工程S1で得られた三次元形状データと重ね合わせることで、三次元座標上の位置として重心G(Xg、Yg、Zg)及び複数の基準点P1(X1、Y1、Z1)〜P4(X4、Y4、Z4)を求めることができる。
すなわち、二次元座標上で得られた重心Gは、測定対象物106が中心対称に近い形状であった場合には、立体形状としての測定対象物106の重心とほぼ重なることとなる。
したがって、二次元座標上で得られた重心Gを中心として基準点Piを設定することは、測定対象物106を中心として基準点を設定することと、ほぼ同義となり、この測定対象物106から見て均等に基準点Piを設定することができることとなる。
次いで、図2にS7として示される、重心Gと基準点Piの三次元形状データ上での位置を求める工程を実施する。
この工程は、工程S6において得られた、二次元座標上での重心G及び複数の基準点Piを、三次元形状データにフィードバックして、重心G及び基準点Piの三次元形状座標上での位置を求める工程である。
より具体的には、図8に示すように、二次元座標上で得られた重心G(Xg、Yg)及び複数の基準点P1(X1、Y1)〜P4(X4、Y4)を、工程S1で得られた三次元形状データと重ね合わせることで、三次元座標上の位置として重心G(Xg、Yg、Zg)及び複数の基準点P1(X1、Y1、Z1)〜P4(X4、Y4、Z4)を求めることができる。
すなわち、二次元座標上で得られた重心Gは、測定対象物106が中心対称に近い形状であった場合には、立体形状としての測定対象物106の重心とほぼ重なることとなる。
したがって、二次元座標上で得られた重心Gを中心として基準点Piを設定することは、測定対象物106を中心として基準点を設定することと、ほぼ同義となり、この測定対象物106から見て均等に基準点Piを設定することができることとなる。
(9)基準点Piを含む基準平面Sjを求める工程(S8)
次いで、図2にS8として示される、基準点Piを含む基準平面Sjを求める工程を実施する。
ここでは、基準平面Sjを求めるにあたり、基準点Piの個数を4個、すなわち基準点をP1〜P4をとした場合を例に採って説明する。
図9に示すように、基準点P1〜P4を示した三次元座標上において、この複数の基準点P1〜P4のうち、P2、P3、P4の3個を選ぶとともに、当該3個の基準点を通る平面として基準平面S1を求める。このとき、基準点4個のうち3個を選ぶ選び方としては、全部で4通りあるが、そのいずれであっても構わない。
すなわち、基準平面はS1の他に、P1、P3、P4を含むS2と、P1、P2、P4を含むS3と、P1、P2、P3を含むS4と、をそれぞれ設定することができる。
次いで、図2にS8として示される、基準点Piを含む基準平面Sjを求める工程を実施する。
ここでは、基準平面Sjを求めるにあたり、基準点Piの個数を4個、すなわち基準点をP1〜P4をとした場合を例に採って説明する。
図9に示すように、基準点P1〜P4を示した三次元座標上において、この複数の基準点P1〜P4のうち、P2、P3、P4の3個を選ぶとともに、当該3個の基準点を通る平面として基準平面S1を求める。このとき、基準点4個のうち3個を選ぶ選び方としては、全部で4通りあるが、そのいずれであっても構わない。
すなわち、基準平面はS1の他に、P1、P3、P4を含むS2と、P1、P2、P4を含むS3と、P1、P2、P3を含むS4と、をそれぞれ設定することができる。
(10)重心Gと基準平面Sjとの距離を求める工程(S9)
次いで、図2にS9として示される、重心Gと基準平面Sjとの間の距離を求める工程を実施する。
この工程は、図9に示すように、工程S8で得られた基準平面Sjと重心Gとの最短距離Hjを求める工程である。これは、点と平面との法線距離として数学的に求めることができる。
また、図2のフロー図に矢印で示したように、工程S9と工程S8とを繰り返すことで、基準平面S1の他に、基準平面S2〜S4を求めるとともに、かつこれら複数の基準平面S2〜S4と重心Gとの最短距離H2〜H4を、それぞれ求めることができる。
次いで、図2にS9として示される、重心Gと基準平面Sjとの間の距離を求める工程を実施する。
この工程は、図9に示すように、工程S8で得られた基準平面Sjと重心Gとの最短距離Hjを求める工程である。これは、点と平面との法線距離として数学的に求めることができる。
また、図2のフロー図に矢印で示したように、工程S9と工程S8とを繰り返すことで、基準平面S1の他に、基準平面S2〜S4を求めるとともに、かつこれら複数の基準平面S2〜S4と重心Gとの最短距離H2〜H4を、それぞれ求めることができる。
(11)フォトスペーサの高さを求める工程(S10)
次いで、図2にS10として示される、フォトスペーサの高さを求める工程を実施する。
この工程においては、工程S8で設定した基準平面Sjが1つである場合には、特に演算をする必要はなく、そのときの最短距離がそのままフォトスペーサの高さとなる。
一方、工程S9で設定した基準平面が複数ある場合には、それぞれの基準平面と重心Gとの最短距離を求め、それらを平均した値を、フォトスペーサの高さとすることができる。例えば、複数の基準平面がS1〜S4であれば、これらと重心Gとの最短距離H1〜H4を平均した値を、フォトスペーサ106の高さ(H)とすることができる。
次いで、図2にS10として示される、フォトスペーサの高さを求める工程を実施する。
この工程においては、工程S8で設定した基準平面Sjが1つである場合には、特に演算をする必要はなく、そのときの最短距離がそのままフォトスペーサの高さとなる。
一方、工程S9で設定した基準平面が複数ある場合には、それぞれの基準平面と重心Gとの最短距離を求め、それらを平均した値を、フォトスペーサの高さとすることができる。例えば、複数の基準平面がS1〜S4であれば、これらと重心Gとの最短距離H1〜H4を平均した値を、フォトスペーサ106の高さ(H)とすることができる。
[第2実施形態]
本発明における第2の実施形態は、基板上に段差を備えた電気光学装置用基板の製造方法であって、段差を含む所定平面領域に対して、光干渉法を適用して三次元形状を測定し、三次元形状データを作成する工程と、三次元形状データにおいて、最高位置としての頂点Hの三次元座標上の位置を求める工程と、三次元形状データを、所定高さにあるXY平面と平行な平面で二分割し、所定高さ以上に位置するとともに頂点Hを含む第1の三次元形状データ及び所定高さ未満に位置する第2の三次元形状データに2値化する工程と、第1の三次元形状データから、XY平面方向に投影した二次元形状データを求め、かつ当該二次元形状データの重心Gの二次元座標上の位置G(Xg、Yg)を求める工程と、二次元形状データにおいて、重心Gから所定距離の位置に、基準点Pi(Xi、Yi)を複数設定する工程と、二次元形状データにおける重心G及び基準点Piの、三次元形状データ上でのZ座標を求め、三次元座標上の位置G(Xg、Yg、Zg)及びPi(Xi、Yi、Zi)をそれぞれ求める工程と、複数の基準点Piを含む基準平面Sjと重心Gとの最短距離を求め、段差の高さとする工程と、を有する検査工程を含むことを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法である。
以下、電気光学装置用基板の製造方法として、TFT(Thin Film Transistor)素子構造を有する素子基板と、着色層を有する対向基板と、からなる液晶装置用基板の製造方法を例に採って、図1及び図10〜図14を参照しつつ説明する。なお、上述した第1の実施形態との共通部分については適宜省略し、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
本発明における第2の実施形態は、基板上に段差を備えた電気光学装置用基板の製造方法であって、段差を含む所定平面領域に対して、光干渉法を適用して三次元形状を測定し、三次元形状データを作成する工程と、三次元形状データにおいて、最高位置としての頂点Hの三次元座標上の位置を求める工程と、三次元形状データを、所定高さにあるXY平面と平行な平面で二分割し、所定高さ以上に位置するとともに頂点Hを含む第1の三次元形状データ及び所定高さ未満に位置する第2の三次元形状データに2値化する工程と、第1の三次元形状データから、XY平面方向に投影した二次元形状データを求め、かつ当該二次元形状データの重心Gの二次元座標上の位置G(Xg、Yg)を求める工程と、二次元形状データにおいて、重心Gから所定距離の位置に、基準点Pi(Xi、Yi)を複数設定する工程と、二次元形状データにおける重心G及び基準点Piの、三次元形状データ上でのZ座標を求め、三次元座標上の位置G(Xg、Yg、Zg)及びPi(Xi、Yi、Zi)をそれぞれ求める工程と、複数の基準点Piを含む基準平面Sjと重心Gとの最短距離を求め、段差の高さとする工程と、を有する検査工程を含むことを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法である。
以下、電気光学装置用基板の製造方法として、TFT(Thin Film Transistor)素子構造を有する素子基板と、着色層を有する対向基板と、からなる液晶装置用基板の製造方法を例に採って、図1及び図10〜図14を参照しつつ説明する。なお、上述した第1の実施形態との共通部分については適宜省略し、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。
1.基本的構成
(1)素子基板
図1に示す素子基板60は、ガラス等からなる基体61上に、スイッチング素子としてのTFT素子69と、透明な有機絶縁膜81を挟んでTFT素子69の上層に形成された画素電極63と、を主として備える基板である。
ここで、画素電極63とは、反射領域Rにおいては、反射表示を行うための光反射膜79(63a)を兼ねて形成されるとともに、透過領域Tにおいては、ITOなどにより透明電極63bとして形成される。また、この画素電極63としての光反射膜79は、例えばAl(アルミニウム)、Ag(銀)等といった光反射性材料によって形成される。更に、この画素電極63の上には、ポリイミド系の高分子樹脂からなる配向膜85が形成されるとともに、この配向膜85に対して、配向処理としてのラビング処理が施される。
(1)素子基板
図1に示す素子基板60は、ガラス等からなる基体61上に、スイッチング素子としてのTFT素子69と、透明な有機絶縁膜81を挟んでTFT素子69の上層に形成された画素電極63と、を主として備える基板である。
ここで、画素電極63とは、反射領域Rにおいては、反射表示を行うための光反射膜79(63a)を兼ねて形成されるとともに、透過領域Tにおいては、ITOなどにより透明電極63bとして形成される。また、この画素電極63としての光反射膜79は、例えばAl(アルミニウム)、Ag(銀)等といった光反射性材料によって形成される。更に、この画素電極63の上には、ポリイミド系の高分子樹脂からなる配向膜85が形成されるとともに、この配向膜85に対して、配向処理としてのラビング処理が施される。
また、TFT素子69は、素子基板60上に形成されたゲート電極71と、このゲート電極71の上で素子基板60の全域に形成されたゲート絶縁膜72と、このゲート絶縁膜72を挟んでゲート電極71の上方位置に形成された半導体層70と、その半導体層70の一方の側にコンタクト電極77を介して形成されたソース電極73と、さらに半導体層70の他方の側にコンタクト電極77を介して形成されたドレイン電極66とを有する。
また、ゲート電極71はゲートバス配線(図示せず)から延びており、ソース電極73はソースバス配線(図示せず)から延びている。また、ゲートバス配線は素子基板60の横方向に延びていて縦方向へ等間隔で平行に複数本形成されるとともに、ソースバス配線はゲート絶縁膜72を挟んでゲートバス配線と交差するように縦方向へ延びていて横方向へ等間隔で平行に複数本形成される。
かかるゲートバス配線は液晶駆動用IC(図示せず)に接続されて、例えば走査線として作用し、他方、ソースバス配線は他の駆動用IC(図示せず)に接続されて、例えば信号線として作用する。
また、画素電極63は、互いに交差するゲートバス配線とソースバス配線とによって区画される方形領域のうちTFT素子69に対応する部分を除いた領域に形成されている。
また、ゲート電極71はゲートバス配線(図示せず)から延びており、ソース電極73はソースバス配線(図示せず)から延びている。また、ゲートバス配線は素子基板60の横方向に延びていて縦方向へ等間隔で平行に複数本形成されるとともに、ソースバス配線はゲート絶縁膜72を挟んでゲートバス配線と交差するように縦方向へ延びていて横方向へ等間隔で平行に複数本形成される。
かかるゲートバス配線は液晶駆動用IC(図示せず)に接続されて、例えば走査線として作用し、他方、ソースバス配線は他の駆動用IC(図示せず)に接続されて、例えば信号線として作用する。
また、画素電極63は、互いに交差するゲートバス配線とソースバス配線とによって区画される方形領域のうちTFT素子69に対応する部分を除いた領域に形成されている。
また、有機絶縁膜81は、ゲートバス配線、ソースバス配線及びTFT素子を覆って素子基板60上の全域に形成されている。但し、有機絶縁膜81のドレイン電極66に対応する部分にはコンタクトホール83が形成され、このコンタクトホール83を介して画素電極63とTFT素子69のドレイン電極66との導通がなされている。
また、かかる有機絶縁膜81には、反射領域Rに対応する領域に、散乱形状として、山部と谷部との規則的な又は不規則的な繰り返しパターンから成る凹凸パターンを有する樹脂膜が形成されている。この結果、有機絶縁膜81の上に積層される光反射膜79(63a)も同様にして凹凸パターンから成る光反射パターンを有することになる。但し、この凹凸パターンは、光透過量を低下させてしまうため、透過領域Tには形成されていない。
また、かかる有機絶縁膜81には、反射領域Rに対応する領域に、散乱形状として、山部と谷部との規則的な又は不規則的な繰り返しパターンから成る凹凸パターンを有する樹脂膜が形成されている。この結果、有機絶縁膜81の上に積層される光反射膜79(63a)も同様にして凹凸パターンから成る光反射パターンを有することになる。但し、この凹凸パターンは、光透過量を低下させてしまうため、透過領域Tには形成されていない。
(2)対向基板
図1に示す対向基板30は、ガラス等からなる基体31上に、着色層37r、37g、37bと、対向電極33と、リタデーションを最適化するための層厚調整層41と、配向膜45と、を主として備える基板である。
ここで、対向電極33とは、ITO(インジウムスズ酸化物)等によって表面全域に形成された面状電極である。また、この対向電極33の下層には、素子基板60側の画素電極63に対応するように、R(赤)、G(緑)、B(青)等のカラーフィルタエレメントとしての着色層37r、37g、37bが配置されている。そして、この着色層37r、37g、37bに隣接し、かつ画素電極63に対向しない位置に、隣接色間の混色防止領域としてのブラックマトリクスすなわち遮光膜39が設けられている。
図1に示す対向基板30は、ガラス等からなる基体31上に、着色層37r、37g、37bと、対向電極33と、リタデーションを最適化するための層厚調整層41と、配向膜45と、を主として備える基板である。
ここで、対向電極33とは、ITO(インジウムスズ酸化物)等によって表面全域に形成された面状電極である。また、この対向電極33の下層には、素子基板60側の画素電極63に対応するように、R(赤)、G(緑)、B(青)等のカラーフィルタエレメントとしての着色層37r、37g、37bが配置されている。そして、この着色層37r、37g、37bに隣接し、かつ画素電極63に対向しない位置に、隣接色間の混色防止領域としてのブラックマトリクスすなわち遮光膜39が設けられている。
2.素子基板の製造方法
(1)TFT素子形成工程
まず、素子基板の製造工程として、素子基板の基体上に金属膜および絶縁膜を形成し、パターニングすることにより、図10(a)に示すように、TFT素子等のスイッチング素子を形成する。
このTFT素子を形成するにあたり、ガラス基板からなる基体61上に、ゲート電極71を形成する。このゲート電極71は、例えば、クロム、タンタル、モリブデン等の低抵抗材料から構成されており、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法を用いて形成することができる。
(1)TFT素子形成工程
まず、素子基板の製造工程として、素子基板の基体上に金属膜および絶縁膜を形成し、パターニングすることにより、図10(a)に示すように、TFT素子等のスイッチング素子を形成する。
このTFT素子を形成するにあたり、ガラス基板からなる基体61上に、ゲート電極71を形成する。このゲート電極71は、例えば、クロム、タンタル、モリブデン等の低抵抗材料から構成されており、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法を用いて形成することができる。
次いで、このゲート電極71上に、絶縁層としてのゲート絶縁膜72を形成する。このゲート絶縁膜72は、窒化シリコン(SiNx)、酸化シリコン(SiOx)等の電気絶縁材料を積層させて形成することができる。
次いで、このゲート絶縁膜72上に、a−Si、多結晶シリコン、CdSe等の半導体材料を積層させて半導体層70を形成することができる。さらに、この半導体層70の両端部分に、ドープトa−Si等によりコンタクト電極77を形成することができる。
最後に、このコンタクト電極77と接触するように、ソース電極73及びそれと一体をなすソースバス配線並びにドレイン電極66を形成することができる。このとき、ソース電極73、ソースバス配線(図示せず)及びドレイン電極66は、例えばチタン、モリブデン、アルミニウム等の低抵抗材料を、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法を用いることで形成することができる。
次いで、このゲート絶縁膜72上に、a−Si、多結晶シリコン、CdSe等の半導体材料を積層させて半導体層70を形成することができる。さらに、この半導体層70の両端部分に、ドープトa−Si等によりコンタクト電極77を形成することができる。
最後に、このコンタクト電極77と接触するように、ソース電極73及びそれと一体をなすソースバス配線並びにドレイン電極66を形成することができる。このとき、ソース電極73、ソースバス配線(図示せず)及びドレイン電極66は、例えばチタン、モリブデン、アルミニウム等の低抵抗材料を、スパッタリング法や電子ビーム蒸着法を用いることで形成することができる。
(2)画素電極等の形成工程
次いで、図10(b)〜(c)に示すように、TFT素子が形成された基体上に、透明絶縁膜からなる保護膜と、透明導電膜からなる画素電極と、を順次形成する。
より具体的には、TFT素子69が形成してある基体61上に、光硬化性樹脂等の樹脂材料を塗布するとともに、この樹脂層に対して所定のパターニングを施すことにより有機絶縁膜81を形成する。
次いで、この有機絶縁膜81内に設けられたコンタクトホール83の周辺部であって、反射領域(R)に相当する領域に対して、アルミニウム等の金属を蒸着した後、この膜に対して、フォトリソグラフィ及びエッチング法を施すことで、表示領域にマトリクス状の光反射膜79を形成する。一方、透過領域(T)に相当する領域に対して、スパッタリング法等により透明導電膜することにより、画素電極63を形成することができる。
最後に、このようにして得られた素子基板60に対して、ポリイミド樹脂等からなる配向膜85を形成するとともに、この配向膜85にラビング処理を施すことにより、配向制御機能を持たせることができる。
次いで、図10(b)〜(c)に示すように、TFT素子が形成された基体上に、透明絶縁膜からなる保護膜と、透明導電膜からなる画素電極と、を順次形成する。
より具体的には、TFT素子69が形成してある基体61上に、光硬化性樹脂等の樹脂材料を塗布するとともに、この樹脂層に対して所定のパターニングを施すことにより有機絶縁膜81を形成する。
次いで、この有機絶縁膜81内に設けられたコンタクトホール83の周辺部であって、反射領域(R)に相当する領域に対して、アルミニウム等の金属を蒸着した後、この膜に対して、フォトリソグラフィ及びエッチング法を施すことで、表示領域にマトリクス状の光反射膜79を形成する。一方、透過領域(T)に相当する領域に対して、スパッタリング法等により透明導電膜することにより、画素電極63を形成することができる。
最後に、このようにして得られた素子基板60に対して、ポリイミド樹脂等からなる配向膜85を形成するとともに、この配向膜85にラビング処理を施すことにより、配向制御機能を持たせることができる。
(3)スペーサ形成工程
次いで、TFT素子や画素電極が形成された基体上に、フォトリソグラフィ法等を用いて、感光性樹脂材料からなる樹脂膜としてのフォトスペーサを形成する。
すなわち、スペーサ形成工程は、所定の塗布装置を用いて樹脂材料を塗布する塗布工程と、その樹脂材料に対して、所定のフォトマスクを介して露光する露光工程と、露光された樹脂材料に現像液を滴下して現像する現像工程と、樹脂膜を熱硬化させて形状を安定化させる焼成工程と、から構成される。
次いで、TFT素子や画素電極が形成された基体上に、フォトリソグラフィ法等を用いて、感光性樹脂材料からなる樹脂膜としてのフォトスペーサを形成する。
すなわち、スペーサ形成工程は、所定の塗布装置を用いて樹脂材料を塗布する塗布工程と、その樹脂材料に対して、所定のフォトマスクを介して露光する露光工程と、露光された樹脂材料に現像液を滴下して現像する現像工程と、樹脂膜を熱硬化させて形状を安定化させる焼成工程と、から構成される。
(3)−1 塗布工程
まず、図11(a)に示すように、感光性樹脂材料を、例えば、スピンコータ等の塗布装置を用いて基板上に均一に塗布して、樹脂材料140を形成する。このとき、例えば、スピンコータを用いた場合、600〜2,000rpmの回転数で、5〜20秒の塗布時間として、厚さ1〜10μmの感光性樹脂材料を形成することができる。
ここで、樹脂材料140を構成する感光性樹脂材料の種類は特に制限されるものではないが、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、オキセタン系樹脂等の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。
また、感光性樹脂材料としては、光透過部を透過した光が照射された箇所が光分解して、現像剤に対して可溶化するポジ型と、光透過部を透過した光が照射された箇所が硬化し、現像剤に対して不溶化するネガ型とがあるが、いずれも好適に使用することができる。なお、本実施形態においては、ポジ型の感光性樹脂材料を使用した場合を例に採って説明する。
また、この塗布工程の後に、真空オーブン等に保管する乾燥工程を設けることも好ましい。このように実施することにより、塗布液中に含まれる溶媒を短時間に揮発させることができるようになり、常温で揮発させた場合に比べて、面内膜厚均一性に優れた樹脂材料を形成することができるようになる。
このとき、乾燥条件としては、乾燥時間1〜5分、加熱温度40〜150℃、真空度1000〜10000Paの条件で実施することができる。
まず、図11(a)に示すように、感光性樹脂材料を、例えば、スピンコータ等の塗布装置を用いて基板上に均一に塗布して、樹脂材料140を形成する。このとき、例えば、スピンコータを用いた場合、600〜2,000rpmの回転数で、5〜20秒の塗布時間として、厚さ1〜10μmの感光性樹脂材料を形成することができる。
ここで、樹脂材料140を構成する感光性樹脂材料の種類は特に制限されるものではないが、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、オキセタン系樹脂等の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。
また、感光性樹脂材料としては、光透過部を透過した光が照射された箇所が光分解して、現像剤に対して可溶化するポジ型と、光透過部を透過した光が照射された箇所が硬化し、現像剤に対して不溶化するネガ型とがあるが、いずれも好適に使用することができる。なお、本実施形態においては、ポジ型の感光性樹脂材料を使用した場合を例に採って説明する。
また、この塗布工程の後に、真空オーブン等に保管する乾燥工程を設けることも好ましい。このように実施することにより、塗布液中に含まれる溶媒を短時間に揮発させることができるようになり、常温で揮発させた場合に比べて、面内膜厚均一性に優れた樹脂材料を形成することができるようになる。
このとき、乾燥条件としては、乾燥時間1〜5分、加熱温度40〜150℃、真空度1000〜10000Paの条件で実施することができる。
(3)−2 露光工程
次いで、図11(b)に示すように、基板60上方に、フォトマスク111を配置した後、記号Lで示されるi線等のエネルギー線を照射して、均一に塗布された感光性の樹脂材料140に対してパターン露光を実施する。
このとき、例えば、フォトマスクとして、部分的に光透過率を異ならせたハーフトーンマスクを用いたり、フォトマスクと基板との位置関係を都度変更しながら複数回露光する多段階露光方法を用いることで、より複雑な形状を形成することができる。
次いで、図11(b)に示すように、基板60上方に、フォトマスク111を配置した後、記号Lで示されるi線等のエネルギー線を照射して、均一に塗布された感光性の樹脂材料140に対してパターン露光を実施する。
このとき、例えば、フォトマスクとして、部分的に光透過率を異ならせたハーフトーンマスクを用いたり、フォトマスクと基板との位置関係を都度変更しながら複数回露光する多段階露光方法を用いることで、より複雑な形状を形成することができる。
(3)−3 現像工程
次いで、図11(c)に示すように、部分的に感光した樹脂材料140に対して、ノズル112を、現像液Gを滴下させながら走査させることにより、可溶化した樹脂材料と現像液とが反応して、樹脂膜としてのフォトスペーサ106を形成する。
このとき、ノズル112の走査速度や、現像液Gの滴下量を変更することにより、樹脂膜としてのフォトスペーサ106の立体形状を調整することができる。
また、ノズル112を基板中心上方に固定して現像液を滴下するとともに、基板60を回転させて現像するスピン現像法を用いることも好ましい。これらの方法は、基板形状や樹脂膜形状により、適宜選択することができる。
次いで、図11(c)に示すように、部分的に感光した樹脂材料140に対して、ノズル112を、現像液Gを滴下させながら走査させることにより、可溶化した樹脂材料と現像液とが反応して、樹脂膜としてのフォトスペーサ106を形成する。
このとき、ノズル112の走査速度や、現像液Gの滴下量を変更することにより、樹脂膜としてのフォトスペーサ106の立体形状を調整することができる。
また、ノズル112を基板中心上方に固定して現像液を滴下するとともに、基板60を回転させて現像するスピン現像法を用いることも好ましい。これらの方法は、基板形状や樹脂膜形状により、適宜選択することができる。
(3)−4 焼成工程
次いで、図11(d)に示すように、形成されたフォトスペーサ106を、オーブン等の加熱装置内に保管することで熱硬化させ、形状を安定化させる。
この焼成工程は、内部にヒータ114を備えた加熱装置113内に、素子基板60を保管することにより実施することができる。より具体的には、例えば、加熱時間1〜60分、加熱温度150〜250℃の条件で実施することができる。
次いで、図11(d)に示すように、形成されたフォトスペーサ106を、オーブン等の加熱装置内に保管することで熱硬化させ、形状を安定化させる。
この焼成工程は、内部にヒータ114を備えた加熱装置113内に、素子基板60を保管することにより実施することができる。より具体的には、例えば、加熱時間1〜60分、加熱温度150〜250℃の条件で実施することができる。
(4)検査工程
次いで、このようにして形成されたフォトスペーサ106に対して、第1実施形態における検査方法を用いて、その高さを測定する。
このとき、検査工程を実施するタイミングとしては、本実施形態に記載のように焼成工程後に実施することが好ましいが、工程設計上困難である場合には、現像後であっても良いし、あるいは、後述する貼合工程後であっても良い。
次いで、このようにして形成されたフォトスペーサ106に対して、第1実施形態における検査方法を用いて、その高さを測定する。
このとき、検査工程を実施するタイミングとしては、本実施形態に記載のように焼成工程後に実施することが好ましいが、工程設計上困難である場合には、現像後であっても良いし、あるいは、後述する貼合工程後であっても良い。
また、この検査工程を実施する際に用いられる検査装置として、図12に示すような白色干渉法を適用した非接触式検査装置200を用いることが好ましい。
この検査装置200は、白色干渉法を採用した光学系201と、段差を含む所定平面領域と入射光との相対位置を調整するための位置調整手段202と、所定平面領域からの干渉光を検出する検出手段203と、検出手段203から得られた結果を演算して、所定平面領域における三次元形状データを求める演算手段204と、三次元形状データに対して所定のアルゴリズムに基づいてデータ処理することにより段差の高さを求めるデータ処理手段205と、データ処理手段205から得られた結果を表示する表示手段206と、から構成される。
また、光学系201は、光源207から光ファイバ208を介して導入された入射光を誘導する照明レンズ209と、この照明レンズ209からの光を測定対象物106の方向へと導くハーフミラー210と、このハーフミラー210からの光を干渉させるための干渉光学系211と、測定対象物106方向からの干渉光を結像させるための結像レンズ212と、から構成される。
また、干渉光学系211は、ハーフミラー210からの入射光を集束させるための対物レンズ213と、反射鏡214と、ビームスプリッタ215と、から構成され、白色干渉を生じさせる構成となっている。
また、上述した光学系201と、位置調整手段202と、検出手段203と、光源207と、は、制御手段216を介して相互に連動し、データをフィードバックさせながら連続的に測定することができる機能を備えている。
さらに、この制御手段216により得られた測定データは、演算手段204へと送られ三次元形状データとなり、データ処理手段205にて段差の高さが算出され、表示手段206にて結果表示される。
この検査装置200は、白色干渉法を採用した光学系201と、段差を含む所定平面領域と入射光との相対位置を調整するための位置調整手段202と、所定平面領域からの干渉光を検出する検出手段203と、検出手段203から得られた結果を演算して、所定平面領域における三次元形状データを求める演算手段204と、三次元形状データに対して所定のアルゴリズムに基づいてデータ処理することにより段差の高さを求めるデータ処理手段205と、データ処理手段205から得られた結果を表示する表示手段206と、から構成される。
また、光学系201は、光源207から光ファイバ208を介して導入された入射光を誘導する照明レンズ209と、この照明レンズ209からの光を測定対象物106の方向へと導くハーフミラー210と、このハーフミラー210からの光を干渉させるための干渉光学系211と、測定対象物106方向からの干渉光を結像させるための結像レンズ212と、から構成される。
また、干渉光学系211は、ハーフミラー210からの入射光を集束させるための対物レンズ213と、反射鏡214と、ビームスプリッタ215と、から構成され、白色干渉を生じさせる構成となっている。
また、上述した光学系201と、位置調整手段202と、検出手段203と、光源207と、は、制御手段216を介して相互に連動し、データをフィードバックさせながら連続的に測定することができる機能を備えている。
さらに、この制御手段216により得られた測定データは、演算手段204へと送られ三次元形状データとなり、データ処理手段205にて段差の高さが算出され、表示手段206にて結果表示される。
3.対向基板の製造方法
(1)着色層等の形成工程
まず、図13(a)〜(b)に示すように、対向基板の基体上に着色層、遮光膜及び保護膜を順次形成する。
より具体的には、基体31上に、顔料や染料等の着色材を分散させた樹脂材料からなる感光性樹脂を基板上に塗布し、この感光性樹脂に対してパターン露光及び現像処理を順次施すことにより着色層を形成することができる。なお、かかる露光及び現像処理は、R(赤)、G(緑)、B(青)それぞれの色毎に繰り返すことで、着色層37r、37g、37bを形成することができる。
(1)着色層等の形成工程
まず、図13(a)〜(b)に示すように、対向基板の基体上に着色層、遮光膜及び保護膜を順次形成する。
より具体的には、基体31上に、顔料や染料等の着色材を分散させた樹脂材料からなる感光性樹脂を基板上に塗布し、この感光性樹脂に対してパターン露光及び現像処理を順次施すことにより着色層を形成することができる。なお、かかる露光及び現像処理は、R(赤)、G(緑)、B(青)それぞれの色毎に繰り返すことで、着色層37r、37g、37bを形成することができる。
次いで、それぞれの画素領域の境界領域に遮光膜39を形成する。この遮光膜39に用いられる材料としては、例えば、クロム(Cr)やモリブテン(Mo)等の金属膜を使用したり、あるいは、R、G、Bの3色の着色材を共に樹脂その他の基材中に分散させたものや、黒色の顔料や染料等の着色材を樹脂その他の基材中に分散させたものなどを用いたりすることができる。
例えば、金属膜を用いて遮光膜39を形成する場合には、クロム(Cr)等の金属材料をスパッタリング法等により基体31上に積層した後、所定のパターンに合わせてエッチング処理することにより形成する。
例えば、金属膜を用いて遮光膜39を形成する場合には、クロム(Cr)等の金属材料をスパッタリング法等により基体31上に積層した後、所定のパターンに合わせてエッチング処理することにより形成する。
最後に、着色層37r、37g、37bや遮光膜39等が形成された対向基板30上に、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂等を用いて、全面的に層厚調整層41を形成する。この層厚調整層41は、透過領域(T)と反射領域(R)とのリタデーション調整のための層であって、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等の樹脂材料に対して所定のパターニングを施すことにより形成される。
(2)対向電極等の形成工程
次いで、図13(c)に示すように、対向基板に形成された保護膜上に、透明導電材料等からなる対向電極を形成する。
より具体的には、着色層37r、37g、37b及び遮光膜39が形成された基体31上に、スパッタリング法等により透明導電膜を積層した後、フォトリソグラフィ法及びエッチング法により、表示領域全面に対向電極33を形成する。
さらに、この対向電極33が形成された基板表面に、ポリイミド樹脂等からなる配向膜45を形成することで、対向基板30を形成することができる。
ここで、素子基板に用いられるスイッチング素子が、TFT素子(Thin Film Transistor)の場合には、この対向電極33は、それぞれのセル領域に対応した面状電極としてパターニングされる。
次いで、図13(c)に示すように、対向基板に形成された保護膜上に、透明導電材料等からなる対向電極を形成する。
より具体的には、着色層37r、37g、37b及び遮光膜39が形成された基体31上に、スパッタリング法等により透明導電膜を積層した後、フォトリソグラフィ法及びエッチング法により、表示領域全面に対向電極33を形成する。
さらに、この対向電極33が形成された基板表面に、ポリイミド樹脂等からなる配向膜45を形成することで、対向基板30を形成することができる。
ここで、素子基板に用いられるスイッチング素子が、TFT素子(Thin Film Transistor)の場合には、この対向電極33は、それぞれのセル領域に対応した面状電極としてパターニングされる。
なお、本発明に係る電気光学装置用基板の製造方法は、対向基板上にある段差に対しても適用することができる。すなわち、カラーフィルタ、対向電極、遮光膜、反射膜、配向膜等により形成される段差に対しても適用することができる。
4.一対の基板の製造方法
(1)貼合工程
図14(a)〜(b)に示すように、素子基板と対向基板とを、シール材を介して貼り合わせる。
より具体的には、対向基板30と、シール材23が形成された素子基板60と、をアライメントして貼り合わせ位置を確定する。その後、両基板を重ね合わせて接合させた後、加熱しながら加圧保持して、対向基板30と素子基板60とを貼合せることにより、液晶注入口21aを備えた一対の基板20が形成される。
(1)貼合工程
図14(a)〜(b)に示すように、素子基板と対向基板とを、シール材を介して貼り合わせる。
より具体的には、対向基板30と、シール材23が形成された素子基板60と、をアライメントして貼り合わせ位置を確定する。その後、両基板を重ね合わせて接合させた後、加熱しながら加圧保持して、対向基板30と素子基板60とを貼合せることにより、液晶注入口21aを備えた一対の基板20が形成される。
(2)後工程
後工程は、次に述べる幾つかの工程から構成される。
まず、液晶注入口21aから公知の方法により基板間隙内に液晶材料を注入(液晶注入工程)した後、その注入口を封止材により封止する(封止工程)。
次いで、対向基板及び素子基板のそれぞれの外面に所定の偏光板や位相差板を配置するとともに、素子基板上の張り出し部に、半導体素子等の電子部品を実装したり、フレキシブル回路基板やバックライト等を接続したりするとともに、筐体に組み込むことで図1に示すような液晶装置10を製造する。より具体的には、図14(b)に示すように、素子基板60の張り出し部60T上に、走査線75と端子67とを電気接続するように半導体素子91を実装するとともに、この端子67の端部に、フレキシブル基板93を電気接続することで、図1に示すような液晶装置10が形成される(組立工程)。
後工程は、次に述べる幾つかの工程から構成される。
まず、液晶注入口21aから公知の方法により基板間隙内に液晶材料を注入(液晶注入工程)した後、その注入口を封止材により封止する(封止工程)。
次いで、対向基板及び素子基板のそれぞれの外面に所定の偏光板や位相差板を配置するとともに、素子基板上の張り出し部に、半導体素子等の電子部品を実装したり、フレキシブル回路基板やバックライト等を接続したりするとともに、筐体に組み込むことで図1に示すような液晶装置10を製造する。より具体的には、図14(b)に示すように、素子基板60の張り出し部60T上に、走査線75と端子67とを電気接続するように半導体素子91を実装するとともに、この端子67の端部に、フレキシブル基板93を電気接続することで、図1に示すような液晶装置10が形成される(組立工程)。
本発明の電気光学装置用基板の検査方法、電気光学装置用基板の製造方法、及び検査装置によれば、光干渉法を用いて三次元形状を測定することで、基板の傾斜や厚み変化といった要因によって発生する干渉縞の影響を除外するとともに、当該三次元形状データに対して、所定のアルゴリズムに基づいてデータ処理することにより、基板上に設けられた段差高さを精度良く検査することができるようになる。
したがって、本発明に係る検査方法、製造方法及び検査装置を用いて製造された電気光学装置は、高品位であって、高い経済性を発揮することができる。すなわち、本発明に係る電気光学装置やそれを用いた電子機器として、例えば、携帯電話機やパーソナルコンピュータ等をはじめとして、液晶テレビ、ビューファインダ型・モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電気泳動装置、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた電子機器や、電子放出素子を使用した装置(FED:Field Emission DisplayやSCEED:Surface-Conduction Electron-Emitter Display)、プラズマディスプレイ装置、有機エレクトロルミネッセンス装置及び無機エレクトロルミネッセンス装置が挙げられる。
したがって、本発明に係る検査方法、製造方法及び検査装置を用いて製造された電気光学装置は、高品位であって、高い経済性を発揮することができる。すなわち、本発明に係る電気光学装置やそれを用いた電子機器として、例えば、携帯電話機やパーソナルコンピュータ等をはじめとして、液晶テレビ、ビューファインダ型・モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電気泳動装置、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた電子機器や、電子放出素子を使用した装置(FED:Field Emission DisplayやSCEED:Surface-Conduction Electron-Emitter Display)、プラズマディスプレイ装置、有機エレクトロルミネッセンス装置及び無機エレクトロルミネッセンス装置が挙げられる。
10:液晶装置、21:電気光学物質(液晶材料)、23:シール部、23a:液晶注入口、30:対向基板(カラーフィルタ基板)、31:基体、33:画素電極、37:カラーフィルタ、39:遮光膜、41:保護膜(層厚調整層)、45:配向膜、47:位相差板、49:偏光板、60:素子基板、61:基体、63:光反射膜、66:ドレイン電極、69:TFT素子、71:ゲート電極、72:ゲート絶縁膜、73:ソース電極、75:走査線、77:コンタクト層、81:有機絶縁膜、83:コンタクトホール、87:位相差板、89:偏光板、106:フォトスペーサ(測定対象物)、200:検査装置
Claims (11)
- 基板上に設けられた段差の高さを検査するための電気光学装置用基板の検査方法であって、
前記段差を含む所定平面領域に対して、光干渉法を適用して三次元形状を測定し、三次元形状データを作成する工程と、
前記三次元形状データにおいて、最高位置としての頂点Hの三次元座標上の位置を求める工程と、
前記三次元形状データを、所定高さにあるXY平面と平行な平面で二分割し、前記所定高さ以上に位置するとともに前記頂点Hを含む第1の三次元形状データ、及び前記所定高さ未満に位置する第2の三次元形状データに2値化する工程と、
前記第1の三次元形状データから、前記XY平面方向に投影した二次元形状データを求め、かつ当該二次元形状データの重心の二次元座標上の位置G(Xg、Yg)を求める工程と、
前記二次元形状データにおいて、前記重心Gから所定距離の位置に、基準点Pi(Xi、Yi)を複数設定する工程と、
前記二次元形状データにおける重心G及び基準点Piの、前記三次元形状データ上でのZ座標を求め、三次元座標上の位置G(Xg、Yg、Zg)及びPi(Xi、Yi、Zi)をそれぞれ求める工程と、
複数の前記基準点Piを含む基準平面Sjと前記重心Gとの最短距離を求め、前記段差の高さとする工程と、を含むことを特徴とする電気光学装置用基板の検査方法。 - 前記頂点Hを求める工程の後に、前記頂点Hの位置と所定の基準位置とを一致させるように、前記三次元形状データを補正する工程を実施することを特徴とする請求項1に記載の電気光学装置用基板の検査方法。
- 前記基準点Pi(Xi、Yi)を複数設定する際に、その設定個数を4個以上とするとともに、当該4個以上の複数の基準点のうち3個を含む平面を前記基準平面Sjとし、当該基準平面Sjと前記重心Gとの最短距離を前記段差の高さとすることを特徴とする請求項1又は2に記載の電気光学装置用基板の検査方法。
- 前記基準平面Sjを設定する際に、それぞれ異なる複数の基準平面Sjを設定し、当該複数の基準平面Sjと前記重心Gとの、それぞれの最短距離Hjを平均化した値を、前記段差の高さとすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板の検査方法。
- 前記基準点Pi(Xi、Yi)を複数設定する際に、前記重心Gを中心とする同心円上に等間隔で設定することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板の検査方法。
- 前記同心円の半径を1〜10(μm)の範囲内の値とすることを特徴とする請求項5に記載の電気光学装置用基板の検査方法。
- 前記光干渉法が白色干渉法であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板の検査方法。
- 前記段差が、樹脂材料からなるフォトスペーサにより形成される段差であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板の検査方法。
- 前記所定平面領域の面積を1×100〜1×104(μm2)の範囲内の値とすることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の電気光学装置用基板の検査方法。
- 基板上に段差を備えた電気光学装置用基板の製造方法であって、
前記段差を含む所定平面領域に対して、光干渉法を適用して三次元形状を測定し、三次元形状データを作成する工程と、
前記三次元形状データにおいて、最高位置としての頂点Hの三次元座標上の位置を求める工程と、
前記三次元形状データを、所定高さにあるXY平面と平行な平面で二分割し、かつ前記所定高さ以上に位置するとともに前記頂点Hを含む第1の三次元形状データ、及び前記所定高さ未満に位置する第2の三次元形状データに2値化する工程と、
前記第1の三次元形状データから、XY平面方向に投影した二次元形状データを求め、かつ当該二次元形状データの重心Gの二次元座標上の位置G(Xg、Yg)を求める工程と、
前記二次元形状データにおいて、前記重心Gから所定距離の位置に、基準点Pi(Xi、Yi)を複数設定する工程と、
前記二次元形状データにおける重心G及び基準点Piの、前記三次元形状データ上でのZ座標を求め、三次元座標上の位置G(Xg、Yg、Zg)及びPi(Xi、Yi、Zi)をそれぞれ求める工程と、
複数の前記基準点Piを含む基準平面Sjと前記重心Gとの最短距離を求め、前記段差の高さとする工程と、を有する検査工程を含むことを特徴とする電気光学装置用基板の製造方法。 - 電気光学装置用基板上に設けられた段差の高さを検査するための検査装置であって、
前記段差を含む所定平面領域と入射光との相対位置を調整するための位置調整手段と、
前記所定平面領域からの干渉光を検出する検出手段と、
前記検出手段から得られた結果を演算して、前記所定平面領域における三次元形状データを求める演算手段と、
前記三次元形状データに対して所定のアルゴリズムに基づいてデータ処理することにより前記段差の高さを求めるデータ処理手段と、
前記データ処理手段から得られた結果を表示する表示手段と、を含むことを特徴とする検査装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005377132A JP2007178261A (ja) | 2005-12-28 | 2005-12-28 | 電気光学装置用基板の検査方法、電気光学装置用基板の製造方法、及び検査装置 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010008066A (ja) * | 2008-06-24 | 2010-01-14 | Toppan Printing Co Ltd | Vaパターン欠損検査方法および検査装置 |
JP2011508241A (ja) * | 2008-11-26 | 2011-03-10 | ザイゴ コーポレーション | 低コヒーレンス走査干渉法における走査エラー補正 |
CN113420364A (zh) * | 2021-01-25 | 2021-09-21 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种基于流固耦合的电泳过程车身结构变形仿真方法 |
CN115235344A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-10-25 | 苏州天准科技股份有限公司 | 基于涡旋光束的测量系统及高度测量方法 |
-
2005
- 2005-12-28 JP JP2005377132A patent/JP2007178261A/ja not_active Withdrawn
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