JP2015148604A - 高さ検出装置、塗布装置および高さ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物体の表面に形成された凹凸部の高さを、安価な装置構成で定量的に検出する。【解決手段】高さ検出部は、凹凸部と対物レンズとを上下方向に相対移動させながら画像を撮影し、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について求めた焦点位置に基づいて凹凸部の高さを検出する。高さ検出部は、撮像装置の撮影周期内において、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について、撮影した画像の輝度が最大になる位置決め装置の位置を焦点の候補位置とする第１段階の処理と、撮像装置が全ての画像を撮像した後、画像を構成する複数の画素の各々について、第１段階の処理によって求められた焦点の候補位置の前後で撮影された画像の複数の前記輝度を基に求めたコントラスト値に基づいて焦点位置を求め、当該焦点位置に基づいて凹凸部の高さを検出する第２段階の処理とを実行する。【選択図】図７

Description

この発明は、高さ検出装置、塗布装置および高さ検出方法に関し、特に、物体の表面に形成された凹凸部の高さを検出する技術に関する。

先端径が数十μｍの塗布針や、スポット径が数μｍ〜数十μｍのレーザ光を用いたパターン加工技術は、マイクロメートルオーダーの精密位置決め技術と組み合わせることにより、微細なパターンでも所定の位置に正確に加工することができるため、従来より、フラットパネルディスプレイの修正作業や、太陽電池のスクライブ作業などの利用されてきた（たとえば、特許文献１〜３参照）。特に、塗布針を用いる加工技術は、ディスペンサが不得意とする粘度の高いペーストにも塗布できることから、最近では、フラットパネルディスプレイと比較して厚い１０μｍ以上の膜の形成にも利用されている。たとえば、ＭＥＭＳやセンサなどの半導体デバイスの電子回路パターンやプリント基板配線の形成に用いられる。また、将来的にも有望な製造技術であるプリンテッドエレクトロニクス技術で作製されるパターンも厚膜に分類され、今後の用途拡大が期待される加工技術である。

図１９（ａ）〜（ｃ）は、液晶カラーフィルタ基板の製造工程において発生する欠陥を示す図である。図１９（ａ）〜（ｃ）において、液晶カラーフィルタ基板は、透明基板と、その表面に形成されたブラックマトリクス５１と呼ばれる格子状パターンと、複数組のＲ（赤色）画素５２、Ｇ（緑色）画素５３、およびＢ（青色）画素５４とを含む。液晶カラーフィルタ基板の製造工程においては、図１９（ａ）に示すように画素やブラックマトリクス５１の色が抜けてしまった白欠陥５５や、図１９（ｂ）に示すように隣りの画素と色が混色したり、ブラックマトリクス５１に画素がはみ出してしまった黒欠陥５６や、図１９（ｃ）に示すように画素に異物が付着した異物欠陥５７などが発生する。

白欠陥５５を修正する方法としては、インク塗布機構により、白欠陥５５が存在する画素と同色のインクを塗布針の先端部に付着させ、塗布針の先端部に付着したインクを白欠陥５５に塗布して修正する方法がある。また、黒欠陥５６や異物欠陥５７を修正する方法としては、欠陥部分をレーザカットして矩形の白欠陥５５を形成した後、インク塗布機構により、塗布針の先端部に付着したインクをその白欠陥５５に塗布して修正する方法がある（たとえば特許文献１参照）。

また、修正処理前後における欠陥を含む領域の画像を撮影し、修正処理前後の明るさを比較し、比較結果に基づいて修正処理の異常を検出する方法もある（たとえば特許文献２参照）。

特開２００９−１２２２５９号公報 特開２００９−２３７０８６号公報 特開２０１２−６０７７号公報

液晶ディスプレイは、電子回路が形成されているＴＦＴ基板と、画素の色を表現する液晶カラーフィルタ基板とを貼り合わせ、２枚の基板の間に液晶を封止したものである。したがって、２枚の基板の内の少なくとも一方の基板の表面に所定の高さより高い突起が存在すると、２枚の基板の間に液晶を正常に封止することができなくなる。このため、２枚の基板を貼り合わせる前に基板の表面の突起の有無を検査することによって貼り合わせが可能か否かを判定する必要がある。たとえば粘度の高いインクを塗布して白欠陥５５を修正した場合、塗布したインクからなるインク塗布部は液晶カラーフィルタ基板の表面の突起になる。したがって、白欠陥５５を修正した後に、インク塗布部の高さを測定する必要がある。しかしながら、上記特許文献２に記載される方法では、インク塗布部の色味や濃さ、あるいはサイズや形状など平面的な不具合を検出できても、インク塗布部の高さを定量的に検出することはできなかった。

一方、インク塗布部の高さを定量的に検出するために、高さ方向の数多くの画像を撮影し、画像を構成する複数の画素の各々について、それらの輝度を基に高さを検出する方法がある。この方法では、画像を構成する複数の画素の各々について、高さ方向の数多くの輝度を基に多くの演算処理を行なって高さを算出するが、画素数が増大するに従って演算処理の負荷もさらに増大するため、欠陥修正装置の制御を司るコンピュータにおいては、高い処理能力が要求される。また、演算結果を記憶するメモリにおいても大容量のものが必要となってくる。この結果、欠陥修正装置が高価なものとなってしまうという問題がある。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、物体の表面に形成された凹凸部の高さ、特に、基板の表面に塗布された液状材料からなる塗布部の高さを、安価な装置構成で定量的に検出することである。

この発明による高さ検出装置は、対象物の表面に形成された凹凸部の高さを検出する。高さ検出装置は、白色光を出力する照明装置と、照明装置から出射された白色光を二光束に分離して、一方を対象物表面に照射するとともに他方を参照面に照射することにより、これら両面からの反射光を干渉させ干渉光を得るための対物レンズと、干渉光を観察する観察光学系と、観察光学系を介して干渉光を撮影する撮像装置とを含むヘッド部と、ヘッド部または対物レンズと対象物とを相対移動させる位置決め装置と、位置決め装置および撮像装置を制御し、凹凸部とヘッド部または対物レンズとを上下方向に相対移動させながら画像を撮影し、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について焦点位置を求め、求めた焦点位置に基づいて凹凸部の高さを検出する高さ検出部とを備える。高さ検出部は、撮像装置の撮影周期内において、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について、撮影した画像の輝度が最大になる位置決め装置の位置を焦点の候補位置とする第１段階の処理と、撮像装置が全ての画像を撮像した後、画像を構成する複数の画素の各々について、第１段階の処理によって求められた焦点の候補位置の前後で撮影された画像の複数の輝度を基に求めたコントラスト値に基づいて焦点位置を求め、当該焦点位置に基づいて凹凸部の高さを検出する第２段階の処理とを実行する。

この発明による塗布装置は、基板の表面に液状材料を塗布する。塗布装置は、白色光を出力する照明装置と、照明装置から出射された白色光を二光束に分離して、一方を対象物表面に照射するとともに他方を参照面に照射することにより、これら両面からの反射光を干渉させ干渉光を得るための対物レンズと、干渉光を観察する観察光学系と、観察光学系を介して干渉光を撮影する撮像装置とを含むヘッド部と、ヘッド部または対物レンズと基板とを相対移動させる位置決め装置と、位置決め装置および撮像装置を制御し、液状材料の塗布部とヘッド部または対物レンズとを上下方向に相対移動させながら画像を撮影し、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について焦点位置を求め、求めた焦点位置に基づいて塗布部の高さを検出する高さ検出部とを備える。高さ検出部は、撮像装置の撮影周期内において、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について、撮影した画像の輝度が最大になる位置決め装置の位置を焦点の候補位置とする第１段階の処理と、撮像装置が全ての画像を撮像した後、画像を構成する複数の画素の各々について、第１段階の処理によって求められた焦点の候補位置の前後で撮影された画像の複数の輝度を基に求めたコントラスト値に基づいて焦点位置を求め、当該焦点位置に基づいて塗布部の高さを検出する第２段階の処理とを実行する。

この発明による高さ検出方法は、対象物の表面に形成された凹凸部の高さを検出する高さ検出方法である。高さ検出方法は、白色光を出力する照明装置と、照明装置から出射された白色光を二光束に分離して、一方を対象物表面に照射するとともに他方を参照面に照射することにより、これら両面からの反射光を干渉させ干渉光を得るための対物レンズと、対物レンズを介して得られた干渉光を観察する観察光学系および観察光学系を介して干渉光を撮影する撮像装置とを含むヘッド部、または対物レンズと、対象物とを相対移動させるステップと、凹凸部とヘッド部または対物レンズとを上下方向に相対移動させながら画像を撮影し、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について焦点位置を求め、求めた焦点位置に基づいて凹凸部の高さを検出するステップとを備える。凹凸部の高さを検出するステップは、撮像装置の撮影周期内において、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について、撮影した画像の輝度が最大になる位置を焦点の候補位置とする第１段階の処理を行なうステップと、撮像装置が全ての画像を撮像した後、画像を構成する複数の画素の各々について、第１段階の処理によって求められた焦点の候補位置の前後で撮影された画像の複数の輝度を基に求めたコントラスト値に基づいて焦点位置を求め、当該焦点位置に基づいて凹凸部の高さを検出する第２段階の処理を行なうステップとを含む。

この発明によれば、物体の表面に形成された凹凸部の高さ、特に、基板の表面に塗布された液状材料からなる塗布部の高さを検出することができる。さらに、塗布部の高さを、画像を構成する画素の輝度を基に算出できるため、演算結果を保持するための大容量のメモリを必要とせず、安価な装置構成で定量的に検出することができる。

この発明の実施の形態１による高さ測定装置の代表例である欠陥修正装置の全体構成を示す斜視図である。 観察光学系およびインク塗布機構の要部を示す斜視図である。 図２のＡ方向から要部を見た図であって、インク塗布動作を示す図である。 図１に示した液晶カラーフィルタ基板の表面を示す図である。 図１に示した制御用コンピュータの欠陥検出動作を示す図である。 この発明の実施の形態１による欠陥修正装置の要部を示す図である。 図６に示したミラウ型干渉対物レンズを用いた画素の高さ検出方法を示す図である。 高さ検出工程を実行するための制御構成を示すブロック図である。 図２で示したインク塗布機構によって塗布したインク塗布部の検査条件を示す図である。 実施の形態１の問題点を説明するための図である。 実施の形態１の問題点を説明するための他の図である。 この発明の実施の形態２による高さ検出方法の原理を説明するための図である。 画像上にある１ラインのピーク位置を示す図である。 図１３に示したピーク位置に最寄りの位相δの０点を示す図である。 図１２に示したピーク位置と図１３に示した０点とのずれ量を示す図である。 修正後のずれ量を示す図である。 修正後の０点を示す図である。 塗布針の検査項目を示す図である。 液晶カラーフィルタの欠陥を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
［欠陥修正装置の構成］
図１は、この発明の実施の形態１による高さ測定装置の代表例である欠陥修正装置１の全体構成を示す斜視図である。欠陥修正装置１は、基板７の表面に液状材料を塗布する「塗布装置」を構成する。

図１を参照して、欠陥修正装置１は、観察光学系２、ＣＣＤカメラ３、カット用レーザ装置４、インク塗布機構５、およびインク硬化用光源６から構成される修正ヘッド部と、この修正ヘッド部を修正対象の液晶カラーフィルタ基板７に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させるＺステージ８と、Ｚステージ８を搭載してＸ軸方向に移動させるＸステージ９と、基板７を搭載してＹ軸方向に移動させるＹステージ１０と、装置全体の動作を制御する制御用コンピュータ１１と、ＣＣＤカメラ３によって撮影された画像などを表示するモニタ１２と、制御用コンピュータ１１に作業者からの指令を入力するための操作パネル１３とを備える。

観察光学系２は、照明用の光源を含み、基板７の表面状態や、インク塗布機構５によって塗布された修正インク（液状材料）の状態を観察する。観察光学系２によって観察される画像は、ＣＣＤカメラ３により電気信号に変換され、モニタ１２に表示される。カット用レーザ装置４は、観察光学系２を介して基板７上の不要部にレーザ光を照射して除去する。

インク塗布機構５は、基板７に発生した白欠陥に修正インクを塗布して修正する。インク硬化用光源６は、たとえばＣＯ_２レーザを含み、インク塗布機構５によって塗布された修正インクにレーザ光を照射して硬化させる。

なお、この装置構成は一例であり、たとえば、観察光学系２などを搭載したＺステージ８をＸステージに搭載し、さらにＸステージをＹステージに搭載し、Ｚステージ８をＸＹ方向に位相可能とするガントリー方式と呼ばれる構成でもよく、観察光学系２などを搭載したＺステージ８を、修正対象の基板７に対してＸＹ方向に相対的に移動可能な構成であればどのような構成でもよい。

次に、複数の塗布針を用いたインク塗布機構の例について説明する。図２は、観察光学系２およびインク塗布機構５の要部を示す斜視図である。図２を参照して、この欠陥修正装置１は、可動板１５と、倍率の異なる複数（たとえば５個）の対物レンズ１６と、異なる色のインクを塗布するための複数（たとえば５個）の塗布ユニット１７とを備える。

可動板１５は、観察光学系２の観察鏡筒２ａの下端と基板７との間で、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に設けられている。また、可動板１５には、たとえば５個の貫通孔１５ａが形成されている。

対物レンズ１６は、Ｙ軸方向に所定の間隔で、それぞれ貫通孔１５ａに対応するように可動板１５の下面に固定されている。５個の塗布ユニット１７は、それぞれ５個の対物レンズ１６に隣接して配置されている。可動板１５を移動させることにより、所望の塗布ユニット１７を修正対象の白欠陥の上方に配置することが可能となっている。

図３（ａ）〜（ｃ）は、図２のＡ方向から要部を見た図であって、インク塗布動作を示す図である。塗布ユニット１７は、塗布針１８とインクタンク１９とを含む。まず図３（ａ）に示すように、所望の塗布ユニット１７の塗布針１８を修正対象の白欠陥の上方に位置決めする。このとき、塗布針１８の先端部は、インクタンク１９内の修正インク内に浸漬されている。

次いで図３（ｂ）に示すように、塗布針１８を下降させてインクタンク１９の底の孔から塗布針１８の先端部を突出させる。このとき、塗布針１８の先端部には修正インクが付着している。次に図３（ｃ）に示すように、塗布針１８およびインクタンク１９を下降させて塗布針１８の先端部を白欠陥に接触させ、白欠陥に修正インクを塗布する。この後、図３（ａ）の状態に戻る。

複数の塗布針を用いたインク塗布機構は、この他にも様々な技術が知られているため詳細な説明を省略する。たとえば特許文献１（特開２００９−１２２２５９号公報）などに示されている。欠陥修正装置１は、たとえば図２に示すような機構をインク塗布機構５として用いることにより、複数のインクのうちの所望の色のインクを用いて欠陥を修正することができ、また、複数の塗布針のうち所望の塗布径の塗布針を用いて欠陥を修正することができる。

［欠陥修正工程］
図４は、液晶カラーフィルタ基板７の表面を示す図である。図４を参照して、液晶カラーフィルタ基板７は、ガラス基板の表面に形成された複数個の絵素ＰＣを含む。縦横に形成されているブラックマトリックス部ＢＭの交差位置に、絵素ＰＣの始まりＤＳおよび絵素ＰＣの終わりＤＥが存在する。また、絵素ＰＣの始まりＤＳをカラーフィルタの位置と称する。制御用コンピュータ１１は、このカラーフィルタの位置を特定する。また、同図において四角で囲まれた絵素ＰＣの始まりＤＳから終わりＤＥまでの範囲が絵素ＰＣを構成する。

２値画像において絵素ＰＣにおける値１の画素の集合が絵素のカラーフィルタ部（同図中にカラーフィルタ部ＣＦを示す）であり、値０（同図のハッチング部分）の画素の集合が絵素ＰＣのブラックマトリックス部（同図中にブラックマトリックス部ＢＭで示す）である。また、各絵素ＰＣは互いに異なるＲＧＢ（Red，Blue，Green）のうちのいずれかの色を有し、一定の周期で繰り返し形成されている。

図５（ａ）および（ｂ）は、制御用コンピュータ１１が入力画像の水平方向に欠陥検出を行なう際の動作を示す図である。制御用コンピュータ１１は、カラーフィルタの画素の明るさに基づいて欠陥箇所を検出する。より詳細には、制御用コンピュータ１１は、周期的に、すなわち等間隔で配置されている絵素の間隔をＰとすると、入力画像における位置（ｘ，ｙ）の輝度ｆ（ｘ，ｙ）に対して、以下の式（１）で示されるように比較検査を行なう。

上記のように、制御用コンピュータ１１は、輝度ｆ（ｘ，ｙ）と、１周期前の輝度ｆ（ｘ−Ｐ，ｙ）および１周期後の輝度ｆ（ｘ＋Ｐ，ｙ）とを比較する。ここで、ｓ_−ｐ（ｘ，ｙ）とはｆ（ｘ，ｙ）とｆ（ｘ−Ｐ，ｙ）との比較結果を示し、ｓ_＋ｐ（ｘ，ｙ）はｆ（ｘ，ｙ）とｆ（ｘ＋Ｐ，ｙ）との比較結果を示す。

制御用コンピュータ１１は、ｓ_−ｐ（ｘ，ｙ）およびｓ_＋ｐ（ｘ，ｙ）の符号が一致している場合にｓ_Ｈ（ｘ，ｙ）をスライスレベルＴｄと比較する。また、制御用コンピュータ１１は、ｓ_−ｐ（ｘ，ｙ）およびｓ_＋ｐ（ｘ，ｙ）の符号が一致していない場合には、位置（ｘ−Ｐ，ｙ）または位置（ｘ＋Ｐ，ｙ）における画素欠陥として誤検出する可能性が高く、検査の信頼性が低いため、位置（ｘ，ｙ）を検査対象から除外する。このような構成により、入力画像のノイズによる欠陥検出の誤りを防ぐことができる。

そして、制御用コンピュータ１１は、ｓ_Ｈ（ｘ，ｙ）がＴｄ以上の場合は位置（ｘ，ｙ）における画素を欠陥と判断し、結果をｄ_Ｈ（ｘ，ｙ）に格納する。ｄ_Ｈ（ｘ，ｙ）において、値１の画素は欠陥であることを示し、値０の画素は正常であることを示す。

次に制御用コンピュータ１１は、値が１である部分（すなわち白欠陥）の重心位置を計算し、計算した重心位置の座標がモニタ１２の画面の中心に一致するようにＸステージ９およびＹステージ１０を制御する。さらに制御用コンピュータ１１は、白欠陥に塗布すべきインクの色を判定する。また、制御用コンピュータ１１は、白欠陥内のインク塗布位置を計算する。このような欠陥検出工程は、たとえば特開２００７−２３３２９９号公報に開示されている。

この後、制御用コンピュータ１１は、判定した色のインクを塗布するための塗布ユニット１７を選択し、その塗布ユニット１７の塗布針１８の先端を、計算したインク塗布位置に接触させることにより、判定した色の修正インクを白欠陥に塗布する。インク硬化用光源６の光を照射することによって白欠陥に塗布した修正インクを硬化させて、白欠陥の修正が終了する。

［高さ検出工程］
この工程では、制御用コンピュータ１１が欠陥修正装置１を制御し、白欠陥に塗布して硬化させた修正インクからなるインク塗布部の高さを検出する。

この高さ検出方法では、対物レンズ１６に二光束干渉対物レンズを使用する。二光束干渉対物レンズでは焦点位置での干渉光強度が最大になることを利用し、Ｚステージ８を基板７に対して相対的に移動させながら干渉光の画像を撮像し、画素ごとに干渉光強度が最大になるＺステージ位置を求め、その位置を当該画素の高さとする。この高さ測定方法は、数μｍ以下の微小な高さの検出に適している。

二光束干渉対物レンズは、光源から出射された白色光を二光束に分離して一方を対象物の表面に照射するとともに、他方を参照面に照射することにより、対象物の表面からの反射光と、参照面からの反射光とを干渉させるものである。本実施の形態では、ミラウ型干渉対物レンズを用いるが、マイケルソン型やリニーク型の干渉対物レンズを用いてもよい。

また、光源としては白色光源を用いる。白色光源を用いた場合、レーザなどの単一波長の光源を用いる場合とは異なり、二光束干渉対物レンズの焦点位置でのみ干渉光強度が最大になる。このため、高さを測定するのに適している。

図６は、対物レンズ１６にミラウ型干渉対物レンズ３０を用いたときの観察光学系２の光学素子の配置図である。ミラウ型干渉対物レンズ３０は、レンズ３１、参照鏡３２、およびビームスプリッタ３３を含む。

対物レンズ１６をミラウ型干渉対物レンズ３０に切換えると同時に、落射光源３４の出射部にフィルタ切換装置３５によってフィルタ３６を挿入する。落射光源３４を出射した光がフィルタ３６を通過すると、中心波長λ（ｎｍ）の白色光が得られる。

落射光源３４として、たとえば白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いてもよい。白色ＬＥＤの発光スペクトルは、波長４５０ｎｍおよび５６０ｎｍの２つのピークを有しているが、フィルタ３６は、長波長側の５６０ｎｍを中心とする光を選択的に透過させるローパスフィルタにより構成されることが好ましい。これは、４５０ｎｍを中心とする光よりも、５６０ｎｍを中心とする光の方が波長帯域が広いため、可干渉距離を短くできるからである。可干渉距離は、干渉縞を観測できる高さ方向の距離を示す。可干渉距離の短い方が、後述する第２段階で説明するコントラスト値の近似計算や重心計算で用いるデータ数を少なくすることができるため、処理の高速化が可能になる。

フィルタ３６を通過した光は、ハーフミラー３７でレンズ３１の方向に反射される。レンズ３１に入射した光は、ビームスプリッタ３３で基板７の方向に通過する光と参照鏡３２の方向に反射する光とに分けられる。基板７の表面で反射した光と参照鏡３２の表面で反射した光とは再びビームスプリッタ３３で合流し、レンズ３１で集光される。この後、レンズ３１から出た光は、ハーフミラー３７を通過した後、結像レンズ３８を経てＣＣＤカメラ３の撮像面３ａに入射する。

通常は、Ｚステージ８によりミラウ型干渉対物レンズ３０を光軸方向に移動させて基板７の表面反射光と参照鏡３２の表面反射光との間に光路長差を生じさせる。そして、Ｚステージ８によりミラウ型干渉対物レンズ３０を移動させながら上記光路長差により発生する干渉光をＣＣＤカメラ３で撮像する。この干渉光の強度、すなわち明るさは基板７からの反射光と参照鏡３２からの反射光との光路長が等しいとき最大となる。また、このとき基板７の表面に焦点が合っている。

Ｚステージ８は、修正ヘッド部またはミラウ型干渉対物レンズ３０と、修正対象である基板７とを相対移動させるための「位置決め装置」を構成する。なお、Ｚステージ８の他に、基板７自身をテーブルで上下させたり、ミラウ型干渉対物レンズ３０と観察光学系２との連結部にピエゾテーブルを取り付けることによってミラウ型干渉対物レンズ３０の位置を上下させてもよい。

次に、探索手順について説明する。Ｚステージ８を探索開始位置に移動させる。現在位置をＺｐ、探索範囲をΔとおくと、たとえばＺステージ８を初期位置（Ｚｐ−Δ／２）に移動させる。ここで、Ｚステージ８のマイナス方向を基板７に近付く方向とし、プラス方向を基板７から遠ざかる方向とする。探索は、初期位置（Ｚｐ−Δ／２）からプラス方向、すなわちＺステージ８が基板７から遠ざかる方向に行なうこととする。したがって、初期位置（Ｚｐ−Δ／２）からプラス方向にΔの範囲を探索する。なお、探索方向は必ずしも基板７から遠ざかる方向である必要はなく、基板７に近付く方向であってもよい。

画像のサンプリングは、Ｚステージ８が移動を始め、定速状態になってから開始する。制御用コンピュータ１１は一定周期でサンプリングを行なう。好ましくはＣＣＤカメラ３の垂直同期信号の周期でサンプリングを行なうことにより、より正確に画像をサンプリングすることができる。

Ｚステージ８は予め定められた速度ｖ（μｍ／秒）で移動する。Ｚステージ８の移動速度ｖ（μｍ／秒）は次のように定める。白色光の中心波長をλ（μｍ）とし、ＣＣＤカメラ３の垂直同期信号の周波数をＦ（Ｈｚ）とすると、移動速度ｖ（μｍ／秒）は、画像のサンプリング周期１／Ｆ（秒）の間にＺステージ８がλ／８（μｍ）だけ移動するように定められる。すなわち、Ｚステージ８の移動速度ｖは、ｖ＝（λ／８）×Ｆ（μｍ／秒）となる。この移動速度ｖは白色光の位相増分でπ／２に相当し、ナイキスト原理を満たしている。位相をπ／２ずつ変化させることにより、干渉光強度のピーク点を容易に検出することができる。

位相をπ／２ずつ変化させながら画像をサンプリングしたとき、画像ｆ_ｉを中心とする前後±２枚の合計５枚の画像ｆ_ｉ−２，ｆ_ｉ−１，ｆ_ｉ，ｆ_ｉ＋１，ｆ_ｉ＋２を用いてコントラスト値Ｍ_ｉを次式（２）を用いて算出する。

ここで、ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）は画像ｆ_ｉの位置（ｘ，ｙ）における画素の輝度を示す。なお、ｉは取得した順に画像に付された番号（以下「サンプル番号」ともいう）であって、ｉ＝１，２，・・・，Ｎ（Ｎは自然数）の値をとる。

図７（ａ）はサンプル番号ｉと輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）との関係を示す図である。図７（ｂ）はサンプル番号ｉとコントラスト値Ｍ_ｉとの関係を示す図である。図７（ｃ）はＺステージ８の位置と移動速度との関係を示す図である。

図７（ａ）〜（ｃ）において、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）およびコントラスト値Ｍ_ｉはともに画像ｐの近傍でピークを示している。このピーク点に対応するＺステージ８の位置が画素（ｘ，ｙ）の焦点位置である。

上記式（２）で表わされるコントラスト値Ｍ_ｉは、図７（ａ）に示す輝度ｆ_ｉの包絡線を示している。したがって、コントラスト値Ｍ_ｉを演算すればピーク点を求めることができる。しかしながら、ここでは演算を高速に行なうため、平方根を求める演算および除算を行なわない。たとえば実際の計算では、次式（３）を用いて、コントラスト値Ｍ_ｉを簡素化させたコントラスト値Ｍ_ｉ♯を演算する。このコントラスト値Ｍ_ｉ♯はコントラスト値Ｍ_ｉを２乗した値に比例するため、コントラスト値Ｍ_ｉに代えてコントラスト値Ｍ_ｉ♯を用いても、包絡線のピーク点および画素の焦点位置がずれることはない。

高さ検出工程は２段階の処理により構成される。第１段階の処理では、画像ｆ_ｉの各画素（ｘ，ｙ）について、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）が最大となるＺステージ８の位置を求める。これは、図７（ａ）および（ｂ）から分かるように、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）とコントラスト値Ｍ_ｉとが、画素ｐの近傍において共にピークを示すことを利用している。すなわち、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）がピークとなる画像ｐを求めることによって、コントラスト値Ｍ_ｉのピーク点の見当を付けることができる。これにより、第２段階の処理範囲を狭めることができるため、処理の高速化が可能になる。このように、第１段階の処理においては、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について焦点の候補位置を求めるものである。

次に、第２段階の処理では、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）が最大となる画像ｐを中心とする前後±ｎ枚（ｎは自然数）の合計（２ｎ＋１）枚の画像を選択して、上記式（３）によりコントラスト値Ｍ_ｉ♯を演算する。そして、演算したコントラスト値Ｍ_ｉ♯が最大となるＺステージ８の位置を求め、このＺステージ８の位置を画素（ｘ，ｙ）の最終的な焦点位置とする。すなわち、第２段階の処理は、第１段階の処理で求めた焦点の候補位置を基に、コントラスト値Ｍｉ♯を用いて正確な焦点位置を求めるものである。

図８は、高さ検出工程を実行するための制御構成を示すブロック図である。図８を参照して、高さ検出工程に係る制御構成は、ＣＣＤカメラ３と、取込装置４０と、処理装置４２とから構成される。なお、取込装置４０および処理装置４２は、制御用コンピュータ１１の内部に設けられる。

取込装置４０は、一定周期（好ましくはＣＣＤカメラ３の垂直同期信号の周期）で画像のサンプリングを行なう。具体的には、取込装置４０は、ＣＣＤカメラ３の垂直同期信号をトリガとして、画像のサンプリングを開始する。そして、画像のサンプリングが完了すると、サンプリングした画像を直ちに処理装置４２に転送する。このとき、取込装置４０は、処理装置４２の記憶部４４に対して画像を直接的に転送する。この画像転送には、たとえばＤＭＡ（Direct Memory Access）転送が用いられる。取込装置４０による画像のサンプリングおよび転送は、ＣＣＤカメラ３の垂直同期信号の周波数をＦ（Ｈｚ）とすると、画像のサンプリング周期１／Ｆ（秒）で繰り返し実行される。

処理装置４２は、記憶部４４と、中央処理部４６とを含む。記憶部４４には、画像のサンプリング周期１／Ｆ（秒）で取込装置４０から画像ｆ_ｉが転送される。記憶部４４は転送された画像ｆ_ｉを順番に記憶する。中央処理部４６は、記憶部４４に画像が転送された直後に、第１段階の処理である輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）の最大値を求める処理を開始する。そして、中央処理部４６は、この輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）の最大値を求める処理を、次回の画像が転送されるタイミングの直前までに完了する。すなわち、第１段階の処理は、画像のサンプリング周期１／Ｆ（秒）の間に実行される。

（第１段階の処理）
以下、第１段階の処理である輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）の最大値を求める処理の手順について詳細に説明する。

図８において、記憶部４４には、ＣＣＤカメラ３の解像度と同じ解像度となるように記憶セルが２次元に配列された記憶領域が３つ用意されている。これら３つの記憶領域のうち、第１の記憶領域には、画像ｆ_ｉの位置（ｘ，ｙ）における輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）の最大値が格納される。すなわち、２次元配列された記憶セルの各々には、対応する画素（ｘ，ｙ）の輝度の最大値が格納される。以下の説明では、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）の最大値を“Ｍａｘ（ｘ，ｙ）”と表記する。

第２の記憶領域には、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）が最大となる画像ｆ_ｉを撮影したときのＺステージ８の位置が格納される。すなわち、２次元配列された記憶セルの各々には、対応する画素（ｘ，ｙ）の輝度が最大となるときのＺステージ８の位置が格納される。以下の説明では、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）が最大となるときのＺステージ８の位置を“Ｐｚ（ｘ，ｙ）”と表記する。

第３の記憶領域には、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）が最大となる画像ｆ_ｉを撮影したときのサンプル番号ｉが格納される。すなわち、２次元配列された記憶セルの各々には、対応する画素（ｘ，ｙ）の輝度が最大となる画像ｆ_ｉのサンプル番号ｉが格納される。以下の説明では、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）が最大となる画像ｆ_ｉのサンプル番号ｉを“Ｉ（ｘ，ｙ）”と表記する。

なお、記憶部４４に格納されるＭａｘ（ｘ，ｙ），Ｐｚ（ｘ，ｙ），Ｉ（ｘ，ｙ）の３つの値は、探索を開始する前の初期状態において「０」に設定されている。探索が開始されると、取込装置４０から記憶部４４に対して、画像がサンプリング周期１／Ｆ（秒）で順次転送される。中央処理部４６は、画像ｆ_ｉの転送が完了すると、画素ごとに、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）とＭａｘ（ｘ，ｙ）とを比較し、比較結果に基づいてＭａｘ（ｘ，ｙ），Ｐｚ（ｘ，ｙ），Ｉ（ｘ，ｙ）の値を更新する。具体的には、中央処理部４６は、画像ｆ_ｉの位置（ｘ，ｙ）における輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）と、当該画素（ｘ，ｙ）の輝度の最大値Ｍａｘ（ｘ，ｙ）とを比較する。ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）≦Ｍａｘ（ｘ，ｙ）の関係が成り立つとき、中央処理部４６は、Ｍａｘ（ｘ，ｙ）の値を維持する。このとき中央処理部４６は、Ｐｚ（ｘ，ｙ）およびＩ（ｘ，ｙ）の値についても維持する。

これに対して、ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）＞Ｍａｘ（ｘ，ｙ）の関係が成り立つときには、中央処理部４６は、Ｍａｘ（ｘ，ｙ）の値を輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）に書き換える。さらに中央処理部４６は、Ｐｚ（ｘ，ｙ）の値を画素値ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）に対応するＺステージ８の位置に書き換えるとともに、Ｉ（ｘ，ｙ）の値を輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）のサンプル番号ｉに書き換える。

中央処理部４６は、上述した輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）とＭａｘ（ｘ，ｙ）との比較動作、および比較結果に応じた記憶部４４の書換動作を、取込装置４０から記憶部４４に画像が転送されたタイミングから取込装置４０が次回の画像のサンプリングを開始するタイミングまでの期間を使って実行する。たとえばＣＣＤカメラ３の解像度を６４０×４８０とし、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）を１バイトと想定した場合、取込装置４０から記憶部４４に転送される画像データのサイズは３０７，２００バイトとなる。一方、ＣＣＤカメラ３の垂直同期信号の周波数を１２０Ｈｚとすると、画像のサンプリング周期は１／１２０秒となる。したがって、取込装置４０は、１／１２０秒（約８．３ｍ秒）ごとに３０７，２００バイトの画像データを取込んで処理装置４２の記憶部４４へ転送する。取込装置４０から記憶部４４へのデータ転送は、ＤＭＡ転送を用いることによって約２ｍ秒の時間で行なうことができる。したがって、処理装置４２は、サンプリング周期である約８．３ｍ秒のうち、データ転送に要する約２ｍ秒を除いた約６．３ｍ秒の時間を利用して、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）の最大値を求める処理を実行する。

このようにして画像のサンプリング周期ごとに、データ転送後の空き時間を用いて第１段階の処理を実行する。これにより、探索範囲内のすべての画像のサンプリングが完了したときには、記憶部４４には、各画素について、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）の最大値（＝Ｍａｘ（ｘ，ｙ））、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）が最大となるときのＺステージ８の位置（＝Ｐｚ（ｘ，ｙ）、および輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）が最大となる画像ｆ_ｉのサンプル番号（＝Ｉ（ｘ，ｙ））が格納されている。

（第２段階の処理）
次に、第２段階の処理であるコントラスト値Ｍ_ｉ♯が最大となるＺステージ８の位置を求める処理の手順について詳細に説明する。第２段階の処理は、探索範囲内のすべての画像のサンプリングが完了した後、中央処理部４６によって実行される。

中央処理部４６は、記憶部４４から、各画素について、輝度ｆ_ｉ（ｘ，ｙ）が最大となるサンプル番号ｉ（＝Ｉ（ｘ，ｙ））を読み出す。そして、中央処理部４６は、Ｉ（ｘ，ｙ）が示すサンプル番号ｉの画像ｆ_ｉを中心とする前後±ｎ枚の合計（２ｎ＋１）枚の画像を用いて、コントラスト値Ｍ_ｉ♯（ｘ，ｙ）のピーク点を求める。

具体的には、（２ｎ＋１）枚の画像の各々のサンプル番号をｊとすると、サンプル番号ｊは、Ｉ（ｘ，ｙ）−ｎ，Ｉ（ｘ，ｙ）−ｎ＋１，・・・，Ｉ（ｘ，ｙ）−１，Ｉ（ｘ，ｙ），Ｉ（ｘ，ｙ）＋１，・・・，Ｉ（ｘ，ｙ）＋ｎ−１，Ｉ（ｘ，ｙ）＋ｎの順で表わされる。中央処理部４６は、画像ｆ_ｊの輝度ｆ_ｊ（ｘ，ｙ）を上記式（３）に代入することにより、合計（２ｎ＋１）個のコントラスト値Ｍ_ｊ♯（ｘ，ｙ）を算出する。

ここで、コントラスト値Ｍ_ｊ♯（ｘ，ｙ）に対応するＺステージ８の位置をＺ_ｊとすると、Ｚ_ｊは次式（４）で表わすことができる。

図７（ｂ）で説明したように、コントラスト値Ｍ_ｊ♯はピーク点を中心とする左右対称の山型傾向を示すため、２次関数あるいはガウス関数を用いてコントラスト値Ｍ_ｊ♯を示す曲線を近似することができる。そこで、中央処理部４６は、コントラスト値Ｍ_ｊ♯とＺステージ８の位置Ｚ_ｊとの関係を２次関数あるいはガウス関数で近似し、求めた関数からコントラスト値Ｍ_ｊ♯がピークとなるＺステージ８の位置Ｚ_ｊを求める。そして、このＺステージ８の位置Ｚ_ｊを画素（ｘ，ｙ）の高さとする。

以上に説明したように、高さ検出工程においては、第１段階の処理として、撮影される画像を構成する複数の画素の各々について、撮影した画像の輝度が最大になるＺステージ位置を焦点の候補位置とする。その後、第２段階の処理として、焦点の候補位置の近傍で撮影した画像の輝度からコントラスト値を求め、各画素のコントラスト値が最大になるＺステージ位置を焦点位置として求め、求めた焦点位置からインク塗布部の高さを検出する。

このような構成とすることにより、第１段階の処理において、各画素についてコントラスト値を演算する処理を省略できるため、制御用コンピュータ１１における演算負荷を低減することができる。また、各画素のコントラスト値を記憶しておく必要がないため、大容量のメモリが不要となる。この結果、制御用コンピュータを安価に構成することができる。

また、第１段階の処理を、撮像装置の撮影周期（ＣＣＤカメラ３における画像のサンプリング周期）内の画像を転送した後の空き時間を利用して行なうことができるため、探索範囲内のすべての画像の撮影が完了した後の数値演算処理を軽減することができる。この結果、高さ検出工程の作業時間を短縮することが可能となる。

なお、上述した第２段階の処理においては、コントラスト値Ｍ_ｉ♯を２次関数あるいはガウス関数により近似する構成について説明したが、（２ｎ＋１）個のコントラスト値Ｍ_ｉ♯の重心位置を求め、求めた重心位置をピーク位置としてよい。この重心位置は、図７（ｂ）に示すような左右対称データの中心位置を示す。重心位置をＺ_ｇとおくと、Ｚ_ｇは次式（５）を用いて算出できる。

[高さ検査工程]
この工程では、塗布前後の画像に基づいてインク塗布部を抽出し、抽出したインク塗布部と基準部との高さを比較する。たとえば特許文献２（特開２００９−２３７０８６号公報）に記載されているように、塗布前後の画像の明るさを比較し、比較結果に基づいてインク塗布部を抽出する。インク塗布部の抽出結果をｂ（ｘ，ｙ）とする。ｂ（ｘ，ｙ）は位置（ｘ，ｙ）の画素がインク塗布部ならば１、それ以外なら０を返す関数である。

基準部は、基板７のうちの修正インクが塗布されていない正常な部分であり、塗布前または塗布後のいずれかの画像から抽出される。予め塗布開始点に対する基準部の中心座標（Δｘ，Δｙ）と、縦横のサイズ（ｗ，ｈ）を決めておく。ここで、高さ検出工程で求めた高さ情報が格納されている画像をｈ（ｘ，ｙ）、塗布開始点の座標を（ｘｓ，ｙｓ）とおき、基準部の高さを（ｘｓ＋Δｘ，ｙｓ＋Δｙ）を中心とする（±ｗ／２，±ｈ／２）の範囲内の高さの平均値とする。なお、基準部は上記手法に限らず、たとえば、基板７の特徴的な部分をパターンマッチングなどにより検出してその内部としたり、パターンマッチングにより求めた検出位置からオフセットした領域に設定してもよい。

以上のようにして求めた基準部の高さ平均値をｈ０とおく。高さ画像ｈ（ｘ，ｙ）からｈ０を減算し、減算結果をｈ’（ｘ，ｙ）とおく。続けて、先に抽出したインク塗布部位ｂ（ｘ，ｙ）の値１を示す画素のｈ’（ｘ，ｙ）の合計値、最大値、最小値、分散値、平均値を算出する。なお、１画素の縦横寸法を（ｍｘ，ｍｙ）とおく。単位はｎｍとする。

合計値は、インク塗布部の体積に相当し、所定のインク塗布量が確保できているか、または上限を超えていないかなどの検査に有効である。合計値は次式（６）を用いて計算する。

最大値は、ｂ（ｘ，ｙ）の値が１なる画素のｈ’（ｘ，ｙ）の内の最大値であり、インク塗布部の高さが上限を超えているか否かの検査に有効である。

最小値は、ｂ（ｘ，ｙ）の値が１なる画素のｈ’（ｘ，ｙ）の内の最小値であり、一定の厚みを確保できているか否かの検査に有効である。

分散値は、インク塗布部の高さの均一性を評価したい場合に有効である。分散値は次式（７）に従って計算する。

平均値は、インク塗布部全体に渡り一定以上の高さを確保できているか否かの検査に有効である。平均値は次式（８）に従って計算する。

制御用コンピュータ１１は、計算した合計値、最大値、最小値、分散値、平均値のうちの少なくとも１つの値に基づいて、インク塗布部が正常か否かを判定する。

本実施の形態１による欠陥修正装置１では、検査項目を適用順に事前に登録する機能を持ち、塗布針、基板７、修正インクの種類によって検査項目や許容範囲を変更することが可能となっている。

図９は、図２で示したインク塗布機構５によってインク塗布を行なったときの検査条件を示す図である。インク塗布機構５は５本の塗布針を持っており、塗布針毎に検査条件を登録することができる。該当する塗布針で塗布を行なったときに、登録内容が参照される。ＡＮＤは指定したすべての条件が成立したときに合格とし、ＯＲはいずれか１つの条件が成立したときに合格とする。

「合計値」「最大値」「最小値」「分散値」「平均値」の欄に数値が指定されているときに適用され、それぞれの判定を「最終判定」でまとめる。本例では、「最終判定」には「ＡＮＤ」または「ＯＲ」の２種類の設定が可能となっている。数値欄は（下限値，上限値）のペアで指定する。下限値および上限値がともに数値指定されているときは、該当する検査項目の値が下限値以上、上限値未満で条件が成立する。下限値が「−」のときは値が上限値以下のとき条件が成立する。上限値が「−」のときは値が下限値以上のとき条件が成立する。両者が空欄のときは判定しない。

このようにこの発明の実施の形態１による高さ検出装置によれば、インク塗布部と対物レンズとを上下方向に相対移動させながら画像を撮影し、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について焦点位置を求めることにより、求めた焦点位置に基づいてインク塗布部の高さを検出することができる。その結果、修正インクの粘度の変化や、インク塗布機構の異常状態の検出などの正確な検査が可能となるため、製造工程の歩留りの向上に寄与することができる。

さらに、インク塗布部の高さを検出する工程を、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について、撮影した画像の輝度が最大になるＺステージ（位置決め装置）の位置を焦点の候補位置とする処理（第１段階の処理）と、画像を構成する複数の画素の各々について、焦点の候補位置の前後で撮影された画像の複数の輝度を基に求めたコントラスト値に基づいて焦点位置を求める処理（第２段階の処理）とによって実行する。この工程においては、撮像装置の撮像周期内の空き時間（画像転送後の空き時間）を利用して上記第１段階の処理を行ない、全ての画像の撮影が完了した後に上記第２段階の処理を行なう。

これによれば、第１段階の処理において、撮影した画像ごとに各画素のコントラスト値を記憶しておく必要がないため、大容量のメモリを用意する必要がない。よって、制御用コンピュータを安価な構成とすることができる。

また、第１段階の処理を簡素化したことで撮影周期内の空き時間を利用して第１段階の処理を完了できるため、画像を撮影した後の数値演算処理を軽減することができる。この結果、高さ検出工程の作業時間を短縮することが可能となる。

さらに、第１段階の処理において、撮像周期内の空き時間を利用して各画素のコントラスト値を算出しようとすると、制御用コンピュータには高い演算処理能力が要求され、装置コストの増加を招いてしまう。これに対して、本実施の形態１では、各画素のコントラスト値を算出するのに代えて、輝度を用いて各画素の焦点の候補位置を求めるため、制御用コンピュータを高速化させる必要がない。

［実施の形態２］
実施の形態２は、実施の形態１の高さ検出方法の検出精度を高める方法に関するものである。まず、実施の形態１の問題点について説明する。

光源の波長をλとすると、干渉光波形の強度ｇλは次式（９）で表すことができる。

ここで、ｓはサンプリング位置、ｈはインク塗布部の高さ、αとγは白色光の振幅から決まる係数である。

図１０は、サンプリング位置ｓと干渉光強度ｇλの関係を示す図である。図１０中の干渉光強度は上記式（９）を用いて計算したものである。●は、サンプリング点を示している。サンプリング点間隔は、図７と同様にλ／８（ｎｍ）である。

干渉光強度は、上記式（９）においてｓ＝ｈ、すなわち基板７からの反射光の光路長と参照鏡３２からの参照光の光路長とが同じときに最大となり、包絡線のピークと一致する。図１０に包絡線を重ねると、図１１のようになる。実際の測定では、上記式（９）のαやγが雑音の影響を受けて一定にはならず、ｇλが変動するため、包絡線のピーク点の位置にずれが生じる。

（位相を用いることのメリット）
位相情報は、上記式（９）のαやγの影響なしに求めることができる。ここでは説明を分かり易くするため、中心波長λの光について考える。干渉光波形の位相２π（２ｓ−２ｈ）／λをδとすると、上記式（９）はｇλ＝α（１＋γｃｏｓδ）となる。ここで、オイラーの公式より、次式（１０）が得られる。

ここで、上記式（１０）をフーリエ変換し、右辺の第２項のスペクトルだけをバンドパスフィルタにより抽出して逆フーリエ変換すると次式（１１）が得られる。

上記式（１１）をオイラーの公式により三角関数で表すと次式（１２）が得られる。

ここで、位相δは、次式（１３）で表わされ、αやγの影響を受けずに算出できることが分かる。

位相の算出方法としては、上記式（１３）の他に、５ステップ法と呼ばれる次式（１４）を用いる方法もある。

このほかにも、４ステップ法、７ステップ法などがある。ここでは干渉光の位相を算出できればよく、特に式（１３）や式（１４）に限定はしない。

[ピーク点と位相の併用]
包絡線のピークは雑音の影響で位置ずれが生じる可能性があるが、位相δは理論的には雑音の影響を最小限に止めることが可能であり、包絡線のピークと比較して高精度な検出が可能である。そこで、本実施の形態では、包絡線のピークと位相δの双方を利用してインク塗布部の高さを検出することとした。

（位相飛びの発生）
上記式（９）の干渉光強度ｇλはｓ＝ｈのとき最大となり、包絡線がピークとなる。同時に位相δはδ＝２（２ｓ−２ｈ）＝２π（２ｈ−２ｈ）／λ＝０となる。ただし、位相の周期は２πであるため、位相δが０になる位置（０点とも呼ぶ）も同様に２π毎に出現することから、包絡線のピークに最寄りの位相σの０点を採用することにする。なお、本発明では、包絡線のピークを１次高さと呼び、位相σの０点を２次高さと呼ぶ。

図１２は、包絡線に位相を重ねたもので、のこぎり状の波形が位相を示している。図１３から分かるように、位相δの０点はピークの左右に１箇所ずつ存在する。２次高さを求めるためにピーク点に最寄りの０点を採用するが、雑音によりピーク位置がずれると０点の選択ミスを招く。この選択ミスが発生した場合、位相δが−π〜πの値を取るために隣接画素間で２πの位相飛びが発生する。

図１３は、画像上のある１ラインのピーク位置を示す図である。図１３は、傾斜のある平面を測定した場合における水平方向の１ライン分のデータを示している。図１３の横軸は画素位置を示し、縦軸は画像のサンプル番号を示している。サンプル番号が大きくなるにつれて高くなる。なお、サンプル番号が１変化すると高さはλ／８変化する。

また、図１３で示したピーク位置に最寄りの位相δの０点を図１４に示す。図１４のＤやＥで位相飛びが発生している。また、図１３と図１４とを比較すると、位相δの０点の方がばらつきが少ないことも分かる。

（位相飛びの検出と修正）
位相飛びが発生する要因は包絡線のピーク点の左右にある位相δの０点の選択ミスであるから、最終的に、どの画素においても左または右のいずれか一方を統一して選択するように修正すればよい。

そこで、後処理として、包絡線のピーク点と位相δの０点とのずれ量を求め、画像上のほぼすべての画素についてずれ量の符号が一致するような修正処理を実施し、位相飛びを修正する。なお、この処理により画素の高さが変化するが、本検査方法では高さの評価に相対高さを用いるため問題はない。

最初に、ピーク点と位相δの０点とのずれ量をΔとし、しきい値をＴとし、しきい値の修正量をｔとし、修正回数をＭとする。画像上の位置（ｘ，ｙ）の包絡線のピークをＪ（ｘ，ｙ）、位相の０点をＫ（ｘ，ｙ）とおくと、ずれ量Δ（ｘ，ｙ）は、Δ（ｘ，ｙ）＝Ｋ（ｘ，ｙ）−Ｊ（ｘ，ｙ）となる。

ここで、図１３と同一箇所のΔ（ｘ，ｙ）を図１５に示す。図１５の横軸は画素位置を示し、縦軸はΔ（ｘ，ｙ）を示し、値１の変化がλ／８に相当する。次に、Δ（ｘ，ｙ）をしきい値Ｔと比較し、Δ（ｘ，ｙ）＜Ｔである場合は、Ｋ（ｘ，ｙ）をＫ′（ｘ，ｙ）＝Ｋ（ｘ，ｙ）＋４とする。また、Δ（ｘ，ｙ）＞Ｔである場合はＫ′（ｘ，ｙ）＝Ｋ（ｘ，ｙ）とする。なお、Ｋ’（ｘ，ｙ）＝Ｋ（ｘ，ｙ）＋４における「４」とは位相飛びの修正量を示し、その値は位相が２πだけ変化するときのサンプル数に等しい。なお、サンプリング間隔は位相の変化量でπ／２であることは段落００５０で説明している。

この後、すべての画素（ｘ，ｙ）の修正後のＫ′（ｘ，ｙ）を、（ｘ，ｙ）に隣接する少なくとも１画素以上と比較し、差分値の総和Ｓを求める。なお、差分値は隣接する画素のＫ′（ｘ，ｙ）との差分の絶対値とする。例えば、（ｘ＋１，ｙ）との差分値は、｜Ｋ′（ｘ，ｙ）−Ｋ′（ｘ＋１，ｙ）｜である。また、求めた総和値Ｓはしきい値Ｔと関連付けて保持しておく。次に、しきい値Ｔに修正量ｔを加算し、新たなしきい値Ｔを求める。再度、画像上のすべての画素（ｘ，ｙ）についてＫ′（ｘ，ｙ）を求め、総和値Ｓを求める。

以上の処理をＭ回繰り返し、最後に、求めた総和値Ｓの最小値を求め、最小値を示したときのしきい値Ｔを用いて再度Ｋ′（ｘ，ｙ）を求め、求めたＫ′（ｘ，ｙ）を各画素の３次高さとする。

図１４の最終的なＫ′（ｘ，ｙ）を図１７に示す。また、このときのΔ（ｘ，ｙ）を図１６に示す。図１５ではしきい値Ｔは−４から始め、修正量ｔを０．１として合計８０回の修正を行なった。しきい値Ｔは４まで変化する。図１７から位相飛びが修正されていることが分かる。

（検出方法の切り替え）
１回当たりのインク塗布量はインクの粘度によって異なる。高粘度のインクは表面張力が大きいため、低粘度のインクと比較すると厚膜となる。なお、インクの性質に関しては、予め行なうサンプル試験で事前に明らかとなっている場合が多い。

また、インク塗布量の判定基準は塗布対象とするパターンによって異なり、フラットパネルディスプレイや半導体のような薄膜の場合はサブミクロン以下であるが、プリント基板の電極など膜厚が必要な場合はミクロン単位である。

このように塗布するインクや、塗布対象のパターンに応じて必要検出精度も異なってくることから、本検出方法では、塗布するインクに応じて使用する高さ情報を切り替えられるようにした。

塗布するインクは、たとえば図２に示すインク塗布機構５を用いた場合、塗布針毎に変更することができる。そこで、図１８に示す「針−検査項目対応表」に「高さ種別」の選択欄を設け、該当する針で塗布したときに使用する高さ種別を登録する。例えば、塗布針Ａで塗布したときは３次高さを使用し、塗布針Ｂで塗布したときは１次高さを使用する。

また、インク毎に膜厚も異なるため、塗布針毎にスキャン範囲を設定できるようにした。これにより、インクに適したタクトタイムを設定でき、検査時間の効率化も可能である。

この実施の形態２では、実施の形態１よりも高い精度でインク塗布部の高さを検出することができる。

なお、上記の実施の形態１，２においては、本願発明が液晶カラーフィルタ基板７に塗布された修正インクからなるインク塗布部の高さの測定に適用された場合について説明したが、これに限るものではなく、本願発明は、物体の表面に形成された凹凸部の高さの測定に適用することができる。たとえば、ＴＦＴ基板表面の配線の断線欠陥部に塗布された導電性ペーストからなるペースト塗布部の高さの測定に適用可能である。または、液晶ディスプレイ装置や有機ＥＬディスプレイ装置などのフラットパネルディスプレイ用のガラス基板の表面粗度の測定に適用可能である。さらに、レーザ照射によって基板上に形成された微細な溝の深さの測定にも適用可能である。

さらに、上記の実施の形態１，２においては、塗布部の高さを、画像を構成する画素の輝度を基に算出することができ、演算結果を保持するための大容量のメモリを必要としないため、前の段落に例示したパターンよりも厚い、更に多くの画像を必要とする厚膜の形状測定に好適である。厚膜とは、一般的に膜厚が１０μｍ以上の膜を指し、たとえば、ＭＥＭＳやセンサなど半導体デバイスの電子回路パターンやプリント基板配線に用いられる。これらは、前の段落に例示したパターンの膜厚に対し、５倍〜１０倍の膜厚である。また、将来的に有望な製造技術であるプリンテッドエレクトロニクス技術で作製されるパターンも厚膜に分類される。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示されおよび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 欠陥修正装置、２ 観察光学系、２ａ 観察鏡筒、３ ＣＣＤカメラ、４ カット用レーザ装置、５ インク塗布機構、６ インク硬化用光源、７ 液晶カラーフィルタ基板、８ Ｚステージ、９ Ｘステージ、１０ Ｙステージ、１１ 制御用コンピュータ、１２ モニタ、１３ 操作パネル、１５ 可動板、１６ 対物レンズ、１７ 塗布ユニット、１８ 塗布針、１９ インクタンク、３０ ミラウ型干渉対物レンズ、３１ レンズ、３２ 参照鏡、３３ ビームスプリッタ、３４ 落射光源、３５ フィルタ切換装置、３６ フィルタ、３７ ハーフミラー、３８ 結像レンズ、４０ 取込装置、４２ 処理装置、４４ 記憶部、４６ 中央処理部、５１ ブラックマトリクス、５２ Ｒ画素、５３ Ｇ画素、５４ Ｂ画素、５５ 白欠陥、５６ 黒欠陥、５７ 異物欠陥。

Claims (11)

1. 対象物の表面に形成された凹凸部の高さを検出する高さ検出装置であって、
   白色光を出力する照明装置と、前記照明装置から出射された白色光を二光束に分離して、一方を対象物表面に照射するとともに他方を参照面に照射し、これら両面からの反射光を干渉させ干渉光を得るための対物レンズと、前記干渉光を観察する観察光学系と、前記観察光学系を介して前記干渉光を撮影する撮像装置とを含むヘッド部と、
   前記ヘッド部または前記対物レンズと前記対象物とを相対移動させる位置決め装置と、
   前記位置決め装置および前記撮像装置を制御し、前記凹凸部と前記ヘッド部または前記対物レンズとを上下方向に相対移動させながら画像を撮影し、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について焦点位置を求め、求めた焦点位置に基づいて前記凹凸部の高さを検出する高さ検出部とを備え、
   前記高さ検出部は、
   前記撮像装置の撮影周期内において、前記撮影した画像を構成する複数の画素の各々について、前記撮影した画像の輝度が最大になる前記位置決め装置の位置を焦点の候補位置とする第１段階の処理と、
   前記撮像装置が全ての画像を撮像した後、画像を構成する複数の画素の各々について、前記第１段階の処理によって求められた前記焦点の候補位置の前後で撮影された画像の複数の輝度を基に求めたコントラスト値に基づいて焦点位置を求め、当該焦点位置に基づいて前記凹凸部の高さを検出する第２段階の処理とを実行する、高さ検出装置。
2. 前記高さ検出部は、前記第２段階の処理において、前記コントラスト値がピークとなるときの前記位置決め装置の位置を当該画素の焦点位置とする、請求項１に記載の高さ検出装置。
3. 前記高さ検出部は、前記第２段階の処理において、
   前記コントラスト値がピークとなるときの前記位置決め装置の位置を１次高さとし、
   さらに前記第１段階の処理によって求められた前記焦点の候補位置の近傍の画像の前記輝度を基に位相を求め、位相が０となる複数の前記位置決め装置の位置のうち、前記１次高さに最寄りの位相が０となる前記位置決め装置の位置を２次高さとし、
   さらに前記１次高さと前記２次高さとを比較して位相飛びの発生を検出し、位相飛びが検出された場合は前記２次高さを修正し、位相飛びが修正された３次高さを検出する、請求項２に記載の高さ検出装置。
4. 前記高さ検出部は、
   前記３次高さを算出する際、しきい値を設け、画像を構成する複数の画素の各々について、前記２次高さから前記１次高さを減算した値と前記しきい値とを比較し、減算結果が前記しきい値を下回っているとき現在の前記２次高さに対して位相が２πだけ増加した前記位置決め装置の位置を修正後の前記２次高さとし、前記修正後の２次高さについて、各画素について、隣接画素との差分値を計算して前記複数の画素の差分値の総和を求め、
   前記複数の画素の差分値の総和を求める処理を、予め定められた修正量ずつ合計Ｍ回前記しきい値を修正しながら繰り返し実行するとともに、前記しきい値ごとに前記差分値の総和を保持し、
   前記修正後の２次高さのうち、前記差分値の総和が最小となる前記しきい値で修正された前記２次高さを前記３次高さとする、請求項３に記載の高さ検出装置。
5. 前記照明装置は、白色ＬＥＤであり、
   前記照明装置と前記対物レンズとの間に設けられ、前記白色ＬＥＤの発光スペクトルが有する２つのピークのうち、長波長側の白色光を選択的に透過させるためのフィルタをさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の高さ検出装置。
6. 基板の表面に液状材料を塗布する塗布装置であって、
   白色光を出力する照明装置と、前記照明装置から出射された白色光を二光束に分離して、一方を対象物表面に照射するとともに他方を参照面に照射し、これら両面からの反射光を干渉させ干渉光を得るための対物レンズと、前記干渉光を観察する観察光学系と、前記観察光学系を介して前記干渉光を撮影する撮像装置とを含むヘッド部と、
   前記ヘッド部または前記対物レンズと前記基板とを相対移動させる位置決め装置と、
   前記位置決め装置および前記撮像装置を制御し、前記液状材料の塗布部と前記ヘッド部または前記対物レンズとを上下方向に相対移動させながら画像を撮影し、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について焦点位置を求め、求めた焦点位置に基づいて前記塗布部の高さを検出する高さ検出部とを備え、
   前記高さ検出部は、
   前記撮像装置の撮影周期内において、前記撮影した画像を構成する複数の画素の各々について、前記撮影した画像の輝度が最大になる前記位置決め装置の位置を焦点の候補位置とする第１段階の処理と、
   前記撮像装置が全ての画像を撮像した後、画像を構成する複数の画素の各々について、前記第１段階の処理によって求められた前記焦点の候補位置の前後で撮影された画像の複数の輝度を基に求めたコントラスト値に基づいて焦点位置を求め、当該焦点位置に基づいて前記塗布部を検出する第２段階の処理とを実行する、塗布装置。
7. 前記高さ検出部は、前記第２段階の処理において、前記コントラスト値がピークとなるときの前記位置決め装置の位置を当該画素の焦点位置とする、請求項６に記載の塗布装置。
8. 前記高さ検出部は、前記第２段階の処理において、
   前記コントラスト値がピークとなるときの前記位置決め装置の位置を１次高さとし、
   さらに前記第１段階の処理によって求められた前記焦点の候補位置の近傍の画像の前記輝度を基に位相を求め、位相が０となる複数の前記位置決め装置の位置のうち、前記１次高さに最寄りの前記Ｚステージの位置を２次高さとし、
   さらに前記１次高さと前記２次高さとを比較して位相飛びの発生を検出し、位相飛びが検出された場合は前記２次高さを修正し、位相飛びが修正された３次高さを検出する、請求項７に記載の塗布装置。
9. 前記高さ検出部は、
   前記３次高さを算出する際、しきい値を設け、画像を構成する複数の画素の各々について、前記２次高さから前記１次高さを減算した値と前記しきい値とを比較し、減算結果が前記しきい値を下回っているとき現在の前記２次高さに対して位相が２πだけ増加した前記位置決め装置の位置を修正後の前記２次高さとし、前記修正後の２次高さについて、各画素について、隣接画素との差分値を計算して前記複数の画素の差分値の総和を求め、
   前記複数の画素の差分値の総和を求める処理を、予め定められた修正量ずつ合計Ｍ回前記しきい値を修正しながら繰り返し実行するとともに、前記しきい値ごとに前記差分値の総和を保持し、
   前記修正後の２次高さのうち、前記差分値の総和が最小となる前記しきい値で修正された前記２次高さを前記３次高さとする、請求項８に記載の塗布装置。
10. 前記照明装置は、白色ＬＥＤであり、
    前記照明装置と前記対物レンズとの間に設けられ、前記白色ＬＥＤの発光スペクトルが有する２つのピークのうち、長波長側の白色光を選択的に透過させるためのフィルタをさらに備える、請求項６から９のいずれか１項に記載の塗布装置。
11. 対象物の表面に形成された凹凸部の高さを検出する高さ検出方法であって、
    白色光を出力する照明装置と、前記照明装置から出射された白色光を二光束に分離して、一方を対象物表面に照射するとともに他方を参照面に照射し、これら両面からの反射光を干渉させ干渉光を得るための対物レンズと、前記干渉光を観察する観察光学系および前記観察光学系を介して前記干渉光を撮影する撮像装置とを含むヘッド部、または前記対物レンズと、前記対象物とを相対移動させるステップと、
    前記凹凸部と前記ヘッド部または前記対物レンズとを上下方向に相対移動させながら画像を撮影し、撮影した画像を構成する複数の画素の各々について焦点位置を求め、求めた焦点位置に基づいて前記凹凸部の高さを検出するステップとを備え、
    前記凹凸部の高さを検出するステップは、
    前記撮像装置の撮影周期内において、前記撮影した画像を構成する複数の画素の各々について、前記撮影した画像の輝度が最大になる前記画像の撮影位置をに基づいて焦点の候補位置とするを求める第１段階の処理を行なうステップと、
    前記撮像装置が全ての画像を撮像した後、画像を構成する複数の画素の各々について、前記第１段階の処理によって求められた前記焦点の候補位置の前後で撮影された画像の複数の輝度を基に求めたコントラスト値に基づいて焦点位置を求め、当該焦点位置に基づいて前記凹凸部の高さを検出する第２段階の処理を行なうステップとを含む、高さ検出方法。

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