JP2008134180A - 顕微鏡測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタなどの被検体の分光計測領域を正確に設定することが可能で、被検体の分光情報を正確に把握できる顕微鏡測定装置を提供する。
【解決手段】被検体Ｂ上に結像した微小スポットからの反射光の分光測定を行う顕微鏡測定装置である。反射光の光路に光を入光させる計測領域表示光源５０を備え、被検体Ｂ上に計測領域表示スポットＳを結像させる。制御手段３８は、照明光又は透過光を被検体Ｂに投射して計測領域表示スポットＳが映った画像Ｉを捉える画像取得手段３１と、この画像取得手段３１の画像Ｉに基づいて被検体Ｂに対する計測領域表示スポットＳの相対位置を検知して、上記移動手段１１にて計測領域表示スポットＳが被検体Ｂの所定の位置に結像するように移動させる画像処理手段３０とを有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、顕微鏡測定装置に関し、特に大型液晶カラーフィルタ基板におけるカラーパターン内部のレジスト膜厚を測定するような場合に使用するのに好適な顕微鏡測定装置に関するものである。

カラー液晶パネルでは、色表示素子としてカラーフィルタが使用されている。カラーフィルタの製膜工程は、近年、基板の大型化に伴いその方法が変化してきている。すなわち、小型のガラスサイズに対しては、レジストをガラス基板に滴下しガラスを回転させて膜厚及び均一性を管理するスピン方式が可能であった。しかしながら、１ｍ角を越える大型サイズのガラス基板に対しては、装置サイズ及びレジスト消費量を押さえるため、隙間を直線状に動かしてレジストを塗布するスリット方式が主流となってきている。このスリット方式では、機械的精度により膜厚の均一性をあげる必要があること、及びテレビジョン（ＴＶ）向け需要でより色管理が重要となったことで、大型ガラス基板における製造ライン内でのパターン面内の膜厚測定が重要となっている。

上記膜厚測定に際しては、液晶カラーフィルタ基板におけるカラーパターン内部のレジスト膜厚を測定する顕微鏡測定装置が使用されている。この装置は、光源からの測定光を基板上に微小スポットとして結像させると共に、微小スポットＳを合焦させ、カラーパターン上に結像した微小スポットからの反射光を分光測定することによって得られる分光情報から膜厚を測定する装置である。この際、微小スポットを正確にカラーパターン上に合焦させるために、微小スポットを基板上において移動させる移動手段と、カラーパターンに対する微小スポットの相対位置を検知して、これに基づいて移動手段にて微小スポットをカラーパターン上に結像させる制御手段を備えた顕微鏡測定装置が提案されている（例えば、特許文献１、及び特許文献２参照）。

上記特許文献１においては、微小スポットの移動を、屈折光学系を一対のウェッジプリズムにて構成し、各プリズムの独立した回転にて光軸の曲がり度合いの調整を可能とし、この光軸の曲がり度合いの調整によって微小スポットの位置の調整を行うようにしており、また、特許文献２においては、基板を載置したＸＹステージを移動させることによって、微小スポットの位置調整を行うようにしている。
特開２００６−３００７６号公報 特開２００６−１８４０６０号公報

上記従来例においては、カラーパターンの所定位置に正確に微小スポットを位置させることが可能である。そして上記各装置においては、微小スポットの結像位置と、分光器における計測領域とが、機械的に常に一致するとの前提のもとに、上記制御がなされている。しかしながら、両者の位置がどの程度一致するかについては、機械的精度の良否に委ねられており、厳密な意味で一致しているとはいい難い状態である。そして分光分析の精度からいえば、微小スポットをどの位置に結像させるのかということよりも、どの領域を計測しているのかという方が重要な因子となる。

この発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、カラーフィルタなどの被検体の分光計測領域を正確に設定することが可能であり、そのため、被検体の分光情報を正確に把握できる顕微鏡測定装置を提供することにある。

そこで請求項１の顕微鏡測定装置は、光源１と、この光源１からの測定光を被検体Ｂ上に微小スポットとして結像させるレンズ群２と、被検体Ｂ上に結像した微小スポットからの反射光の分光測定を行う分光手段５とを備えた顕微鏡測定装置であって、さらに、上記反射光の光路に光を入光させる計測領域表示光源５０を備え、被検体Ｂ上に計測領域表示スポットＳを結像させるようにしたことを特徴としている。

請求項２の顕微鏡測定装置は、さらに、上記被検体Ｂと計測領域表示スポットＳとを相対移動させる移動手段１１と、制御手段３８とを備え、この制御手段３８は、照明光又は透過光を被検体Ｂに投射して計測領域表示スポットＳが映った画像Ｉを捉える画像取得手段３１と、この画像取得手段３１の画像Ｉに基づいて被検体Ｂに対する計測領域表示スポットＳの相対位置を検知して、上記移動手段１１にて計測領域表示スポットＳが被検体Ｂの所定の位置に結像するように移動させる画像処理手段３０とを有することを特徴としている。

請求項３の顕微鏡測定装置は、上記計測領域表示光源５０を、微小スポットからの分光手段５への反射光の光路に対し出退自在に配置していることを特徴としている。

請求項４の顕微鏡測定装置は、上記計測領域表示光源５０を、分光手段５本体に内設していることを特徴としている。

請求項５顕微鏡測定装置は、上記計測領域表示光源５０を、ＬＥＤで構成したことを特徴としている。

上記請求項１の顕微鏡測定装置によれば、分光手段による分光計測領域を、測定用の微小スポットの結像位置よりも優先して設定するようにしているので、カラーフィルタなどの被検体の分光計測領域を正確に設定することが可能であり、そのため、被検体の分光情報を正確に把握でき、分析精度を向上することが可能となる。

上記請求項２の顕微鏡測定装置では、画像取得手段にて、計測領域表示スポットが映った画像を捉えることができ、画像処理手段にて、被検体Ｂに対する計測領域表示スポットの相対位置を検知することができる。しかも、この位置情報に基づいて移動手段にて計測領域表示スポットを被検体の所定位置に結像するようにできる。従って、被検体の分光計測領域を正確、かつ迅速に設定することが可能となる。

上記請求項３の顕微鏡測定装置では、分光手段の動作時には、上記計測領域表示光源を、微小スポットからの分光手段へと至る反射光の光路から退避させておくことができるので、分光手段の性能を妨害することなく、測定光の光量を確保して、Ｓ／Ｎの低下を抑制できる。

上記請求項４の顕微鏡測定装置では、上記計測領域表示光源を、分光手段本体に内設しているので、迷光の光路内への侵入を防止でき、分光手段の性能低下を抑制できる。

上記請求項５顕微鏡測定装置では、上記計測領域表示光源を、ＬＥＤで構成しているので、装置の小型化を図ることができる。

次に、この発明の顕微鏡測定装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は、この顕微鏡測定装置の全体構成図を示し、この顕微鏡測定装置は、液晶カラーフィルタ基板Ｂ（被検体）のカラーパターンＰ（図３参照）内部のレジスト等の膜厚を測定するものである。そして、この顕微鏡測定装置は、ハロゲン光源等にて構成される光源1と、この光源１からの測定光を上記基板Ｂの上に微小スポットとして結像するレンズ群２と、基板Ｂ上に照明光を投射するための反射照明装置３と、基板Ｂに透過光を投射するための透過照明装置４と、微小スポットからの反射光の分光測定を行う分光手段５等を備える。なお、この装置の可動部分は、ＸＹＺテーブル（移動手段）１１によって支持され、ＸＹ平面内とＺ軸方向とに駆動される。

レンズ群２は、鏡筒６内に、第１ビームスプリッタ７ａと結像レンズ８と第２ビームスプリッタ７ｂとが収納された本体部１０と、この本体部１０の下端に付設される対物レンズ１２とを備える。また、光源（光源装置）1とレンズ群２とは、光ファイバ１３にて連結され、光源装置1からの測定光がこの光ファイバ１３を介してレンズ群２の第１ビームスプリッタ７ａに入光する。

また、本体部１０は、第３ビームスプリッタ７ｃを有する副鏡筒２６を備え、副鏡筒２６にカメラ２７が付設されている。そして、この副鏡筒２６と上記分光手段５とは、光ファイバ２８を介して接続されている。また、副鏡筒２６と光ファイバ２８とは、筒体２１を介して接続されており、筒体２１内には、計測領域制限スリット２２が配置され、分光手段５に対して、計測領域制限スリット２２で制限された所定領域の反射光が入射するようになっている。なお、この計測領域制限スリット２２の光軸方向のセンタ位置は、液晶カラーフィルタ基板Ｂ（被検体）の表面と光学的に共役の関係にある。

上記分光手段５について、さらに詳しく説明すると、図２に示すように、光ファイバ２８の先端部は、分光器入射スリト２３に接続されており、この分光器入射スリット２３に入射した反射光が、回折格子２４を経由して、ラインセンサ２５へと入力されるようになっている。また、上記分光器入射スリット２３から回折格子２４へと至る反射光の光路の途中には、計測領域表示光源としてのＬＥＤ５０が配置されている。このＬＥＤ５０は、小型の駆動アクチュエータ５１に支持されており、このアクチュエータ５１によって上下動され、反射光の光路に侵入した状態と、反射光の光路から退避した状態とを切り替え可能となっている。上記ＬＥＤ５０が光路から退避した状態では、通常の分光分析を行い、ＬＥＤ５０が光路内に位置して点灯した状態では、この光が、分光器入射スリト２３、連結線２８、計測領域制限スリット２２、第３ビームスプリッタ７ｃ、第１ビームスプリッタ７ａ、結像レンズ８、第２ビームスプリッタ７ｂ、対物レンズ１２を経由して、基板Ｂ上に照射され、計測領域表示スポットＳ（図３参照）を形成する。

さらに図１に示すように、カメラ２７には、電気的連結線２９を介して、マイクロコンピュータ等にて構成される画像処理手段３０が接続されている。この場合、カメラ２７と、上記反射照明装置３（又は透過照明装置４）等にて、後述するように、計測領域表示スポットＳを映し出す画像取得手段３１が構成される。さらに、画像処理手段３０とＸＹＺテーブル１１（移動手段）とは信号線４３にて接続され、この画像処理手段３０からの指示が移動手段２５に伝達される。

反射照明装置３は、レンズ群２の鏡筒６に付設される反射照明３２と、この反射照明３２に連結線３３を介して接続される電源部３４とを有し、反射照明３２からの照明光を、第２ビームスプリッタ７ｂと対物レンズ１２とを介して基板Ｂ上に照射する。また、透過照明装置４は、基板Ｂの裏面側に配設される透過照明３５と、この透過照明３５に連結線３６を介して接続される電源部３７とを有し、透過照明３５からの透過光を基板Ｂの裏面側からこの基板Ｂに向けて照射する。

また、分光手段５は、上記レンズ群２の副鏡筒２６とが上記光ファイバ２８にて連結される一方、さらに連結線４２を介して制御用機器２４が連結されている。この制御用機器２４は、パーソナルコンピュータなどの演算装置より成るものである。そして、画像処理手段３０と、画像取得手段３１等とで計測領域表示スポットＳをカラーパターンＰ上に結像する制御手段３８を構成することができる。すなわち、制御手段３８は、図３に示すように、画像取得手段３１の画像Ｉに映し出される計測領域表示スポットＳの位置情報に基づいて基板ＢのカラーパターンＰに対する計測領域表示スポットＳの相対位置を検知して、上記移動手段１１にて、計測領域表示スポットＳがカラーパターンＰ上の適所に形成されるように移動させるものである。なお、画像処理手段３０と制御用機器２４と反射照明装置３と透過照明装置４とは信号線４４にて接続されている。

次に上記のように構成された顕微鏡測定装置にて、膜厚を検査するため、分光手段５により反射光の計測領域を決定するための方法について説明する。この際、ＬＥＤ５０は下降させて、ＬＥＤ５０が光路内に位置した状態として、点灯する。そうすると、ＬＥＤ５０からの光は、分光器入射スリト２３、光ファイバ２８、計測領域制限スリット２２、第３ビームスプリッタ７ｃ、第１ビームスプリッタ７ａ、結像レンズ８、第２ビームスプリッタ７ｂ、対物レンズ１２を経由して、基板Ｂ上に照射され、計測領域表示スポットＳ（図３参照）を形成する。

次に、上記反射照明装置３から基板Ｂに照明光を照射、又は透過照明装置４から基板Ｂに透過光を照射して、この照明光の反射光又は透過光を、対物レンズ１２、第２ビームスプリッター７ｂ、屈折光学系９、結像レンズ８、第１ビームスプリッター７ａ、第３ビームスプリッター７ｃを介して、カメラ２７に入光させて、図３に示すように、基板Ｂのカラーパターン（カラーフィルタパターン）Ｐと計測領域表示スポットＳとが映った画像Ｉを捉える。その後、この画像Ｉに基づいてカラーパターンＰに対する計測領域表示スポットＳの相対位置を検知して、上記ＸＹＺテーブル１１を移動させて計測領域表示スポットＳをカラーパターンＰ上の適所に位置させる。この画像Ｉの中にはカラーパターンＰの情報及び計測領域表示スポットＳのカラーパターンＰに対する相対位置情報が含まれ、本情報を処理することにより計測領域表示スポットＳを指定された色パターン内部に駆動する制御量を決定することができる。そして、このように、計測領域表示スポットＳがカラーパターンＰ上に位置すれば、上記照明光又は透過光を消灯すると共に、ＬＥＤ５０も消灯し、ＬＥＤ５０を反射光の光路から退避させる。

次に、通常の膜厚検査を行う。このときには、光源１を点灯してハロゲン光源等の光源１からの光を光ファイバ１３からレンズ群２に伝送し、パターンＰ内部に４００ｎｍから９００ｎｍの領域の波長域の可視・近赤外光や９００ｎｍ以上の赤外光を照射する。この際、光ファイバ１３により測定光が鏡筒６内に導かれる。そして、鏡筒６内に入った光（測定光）は、第１ビームスプリッター７a、結像レンズ８、第２ビームスプリッター７ｂを介して対物レンズ１２に入射し、基板Ｂの表面に微小スポットを結像する。カラーパターンＰ上に結像している微小スポットからの反射光が、対物レンズ群１２、第２ビームスプリッター７ｂ、結像レンズ８、第１ビームスプリッター７ａ、第３ビームスプリッター７ｃ、計測領域制限スリット２２、光ファイバ２８を介して、分光手段５に入光し、分光データが制御用機器２４に出力され、カラーパターンＰの物理量（膜厚）が計算される。このように、パターンＰ内部からの反射光の分光測定を行うことができ、基板ＢのパターンＰ内部のレジストの膜厚を測定することができる。そしでさらに、微小スポットをカラーパターンＰ内において指定されたパターン位置に移動させて、そのパターン内部の分光情報を得る。

上記顕微鏡測定装置によれば、分光手段５による分光計測領域を、測定用の微小スポットの結像位置よりも優先して設定するようにしているので、カラーフィルタなどの被検体Ｂの分光計測領域を正確に設定することが可能であり、そのため、被検体Ｂの分光情報を正確に把握でき、測定精度を向上することが可能となる。また、画像取得手段３１にて、計測領域表示スポットＳが映った画像を捉えることができ、画像処理手段３０にて、被検体Ｂに対する計測領域表示スポットＳの相対位置を検知することができる。しかも、この位置情報に基づいて移動手段１１にて計測領域表示スポットＳを被検体Ｂの所定位置に結像するようにできる。従って、被検体Ｂの分光計測領域を正確、かつ迅速に設定することが可能となる。さらに、ＬＥＤ５０を、分光手段５本体に内設しているので、迷光の光路内への侵入を防止でき、分光手段５の性能低下を抑制できる。また、このようにＬＥＤ５０を用いるので、装置の小型化を図ることができる。

以上にこの発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、図１においては反射照明装置３と透過照明装置４とを具備しているが、どちらか一方を省略したものであってもよく、両方を具備している場合、検査者（測定者）の意思や検査する基板Ｂ等に応じて切換えてどちらか一方を使用するようにすればよい。また、上記実施形態では、ＬＥＤ５０を反射光の光路内に配置する構成を採用しているが、計測領域制限スリット２２と分光手段５との間の光路の途中を、ハーフミラや光ファイバで分岐して、ＬＥＤの光を計測領域制限スリット２２に照射するようにしてもよい。もっともこの場合には、分光手段５への反射光強度が半減することになるが、上記実施形態によれば、分光手段５の性能を妨害することなく、測定光の光量を確保して、Ｓ／Ｎの低下を抑制できるとの利点が生じることになる。また、実施形態において、ＬＥＤの移動にアクチュエータ５１を用いているが手動にて行うことも可能である。

この発明の顕微鏡測定装置の実施形態を示す簡略構成図である。 上記顕微鏡測定装置における分光手段の内部構造を説明するための説明図である。 計測領域表示スポットを示す簡略図である。

符号の説明

１・・光源、２・・レンズ群、５・・分光手段、１１・・移動手段（ＸＹテーブル）、３０・・画像処理手段、３１・・画像取得手段、３８・・制御手段、５０・・計測領域表示光源（ＬＥＤ）、Ｂ・・液晶カラーフィルタ基板、Ｉ・・画像、Ｐ・・カラーパターン、Ｓ・・計測領域表示スポット

Claims (5)

1. 光源１と、この光源（１）からの測定光を被検体（Ｂ）上に微小スポットとして結像させるレンズ群（２）と、被検体（Ｂ）上に結像した微小スポットからの反射光の分光測定を行う分光手段（５）とを備えた顕微鏡測定装置であって、さらに、上記反射光の光路に光を入光させる計測領域表示光源（５０）を備え、被検体（Ｂ）上に計測領域表示スポット（Ｓ）を結像させるようにしたことを特徴とする顕微鏡測定装置。
2. さらに、上記被検体（Ｂ）と計測領域表示スポット（Ｓ）とを相対移動させる移動手段（１１）と、制御手段（３８）とを備え、この制御手段（３８）は、照明光又は透過光を被検体（Ｂ）に投射して計測領域表示スポット（Ｓ）が映った画像（Ｉ）を捉える画像取得手段（３１）と、この画像取得手段（３１）の画像（Ｉ）に基づいて被検体Ｂに対する計測領域表示スポットＳの相対位置を検知して、上記移動手段（１１）にて計測領域表示スポット（Ｓ）が被検体（Ｂ）の所定の位置に結像するように移動させる画像処理手段（３０）とを有することを特徴とする請求項１の顕微鏡測定装置。
3. 上記計測領域表示光源（５０）を、微小スポットから分光手段（５）への反射光の光路に対し出退自在に配置していることを特徴とする請求項１または請求項２の顕微鏡測定装置。
4. 上記計測領域表示光源（５０）を、分光手段（５）本体に内設していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの顕微鏡測定装置。
5. 上記計測領域表示光源（５０）を、ＬＥＤで構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの顕微鏡測定装置。