JP4144389B2 - 光学式膜計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式膜計測装置に関する。特に、透光性を有する薄膜の厚みや色度等の膜特性を計測するための光学式膜計測装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
液晶表示デバイス（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＤＰ）の製造工程において、ガラス基板や半導体基板などの基板に光を照射し、その反射光より基板上に形成された薄膜の膜厚を計測するための装置としては、図１に示すような構造の膜厚検査装置が知られている。
【０００３】
この膜厚検査装置１にあっては、計測対象物を載置して計測対象物を水平面内で２次元方向に移動させるための移動ステージ２が設けられており、移動ステージ２の上方には顕微鏡３が配置されている。顕微鏡３は、顕微鏡光学系の一部を納めた鏡筒部４の下に対物レンズ５が設けられ、鏡筒部４の上方には接眼レンズ６が設けられており、鏡筒部４の側面には光源７が設けられている。顕微鏡３の上方には回折格子９及び光検出器１０からなる分光器ユニット８とカメラ１１とが取り付けられている。また、この膜厚検査装置１にあっては、計測対象物の膜厚を演算して出力する信号処理部１２と、顕微鏡３の視野（観測エリア）内の画像を表示させる表示装置１３とを備えている。
【０００４】
しかして、この膜厚検査装置１にあっては、予め計測対象物を移動ステージ２の上にセットしておき、光源７から出た光を側面から鏡筒部４内に入射させる。鏡筒部４の内部に入射した光は、鏡筒部４の内部に設けられているハーフミラー（図示せず）によって反射され、対物レンズ５を通して計測対象物を同軸落射照明する。顕微鏡３は、その光軸上に位置する膜厚計測点と、その周囲の観測エリアを視野範囲としており、表示装置１３にはカメラ１１で撮影された観測エリア内の画像が表示される。計測対象物に照射された光のうち、観測エリアの中心に位置する膜厚計測点で反射された反射光は、顕微鏡３内部の結像位置に設けられている反射鏡のピンホール（図示せず）を通過した後、回折格子９によって分光され、回折格子９によって生成された分光スペクトルは光検出器１０によって受光されている。膜厚検査装置１の計測スイッチが押されてオンになると、信号処理部１２は、光検出器１０から受信した受光強度信号に基づき、所定のアルゴリズムに従って計測対象物の膜厚を計測し、計測結果を表示装置１３に表示する（このような膜厚検査装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。）。
【０００５】
図２は、計測対象物の一例として液晶表示デバイスのＴＦＴ基板１４を示しており、膜厚検査装置１の観測エリア内の画像を表している。ＴＦＴ基板１４は、ガラス基板の表面に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や配線を形成し、その上にポリイミド膜を成膜したものである。ＴＦＴ基板１４において薄膜トランジスタや配線を形成されている領域を以下では遮光領域（ブラックマトリクス）１５といい、遮光領域１５に囲まれた領域を画素開口１６と呼ぶ。このようなＴＦＴ基板１４が計測対象物となるとき、膜厚検査装置１により計測されるのは、例えば、ポリイミド膜の画素開口１６内における膜厚である。
【０００６】
しかしながら、上記のような膜厚検査装置１においては、膜厚計測は光干渉方式を用いているので、光軸付近の正反射光を受光できる領域（観測エリアの中心の膜厚計測点Ｐ）でしか膜厚計測を行うことができない。そのため、膜厚検査装置１の膜厚計測点ＰがＴＦＴ基板１４の遮光領域１５の上に位置していると、画素開口１６におけるポリイミド膜の膜厚を正しく計測することができない。
【０００７】
そのため、従来にあっては、接眼レンズ６から顕微鏡３の画像を覗きながら、あるいは、表示装置１３に表示されている画像を確認しながら、移動ステージ２でＴＦＴ基板１４を動かして膜厚計測を行いたい点（すなわち、ＴＦＴ基板１４の画素開口１６にある膜厚計測点Ｐ）が光軸の真下にくるように位置調整した後、ポリイミド膜の膜厚計測を行っている。
【０００８】
よって、従来の膜厚検査装置１にあっては、膜厚計測を行うのに時間が掛かることになり、そのため生産ラインに取り付けて計測対象物の全数検査を行うことが困難であり、計測対象物を抜き取り検査するしかなかった。
【０００９】
【特許文献１】
特公平７−３３６５号公報
【００１０】
【発明の開示】
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、計測対象物の位置決めを行うことなく、計測対象物の所定箇所における膜厚や色度などの膜特性を計測することができる光学式膜計測装置を提供することにある。
【００１１】
本発明にかかる光学式膜計測装置は、計測対象物の所定の膜計測位置における膜の特性を計測する光学式膜計測装置であって、前記膜計測位置よりも広い領域を観測エリアとする光検出器と、前記光検出器に所定の波長域の光のみを入射させることができ、かつ、その波長域を選択的に切り換えることができる分光手段と、前記光検出器により取り込まれた観測エリアの画像に基づいて前記膜計測位置を決定する手段と、前記光検出器により取り込まれた観測エリアのうちから、前記膜計測位置における信号を抽出する手段と、前記信号抽出手段により抽出された信号に基づいて膜の特性を演算する手段とを備え、計測対象物の構成に関する情報に基づき、前記光検出器に取り込まれる画像のコントラストがもっとも高くなる分光画像の波長域を予め登録された計測対象物の光学定数と厚みに基づいて計算により求めておくことを特徴としている。本発明の光学式膜計測装置は、例えば膜厚や膜の色度などの膜の特性を計測するために用いることができる。
【００１２】
本発明にかかる光学式膜計測装置によれば、計測対象物の構成に関する情報に基づき、前記光検出器に取り込まれる画像のコントラストがもっとも高くなる分光画像の波長域を予め登録された計測対象物の光学定数と厚みにもとづいて計算により求めておけば、予備試験を不要にすることができる。そして、前記光検出器に所定の波長域の光のみを入射させることができ、かつ、その波長域を選択的に切り換えることができる分光手段を備えているので、分光手段を切り換えて得た異なる波長域の画像に基づいて膜の特性を計測することができ、単一波長又は白色光のみで計測する場合に比べて高い精度で膜の特性を計測することが可能になる。
また、本発明にかかる光学式膜計測装置によれば、光検出器により取り込んだ膜計測位置よりも広い観測エリアの画像に基づいて膜計測位置を定め、その膜計測位置から抽出した信号に基づいて膜の特性を演算することができるので、１つ１つの計測対象物を計測する都度、計測対象物の膜計測位置を所定位置に位置決めする必要がなくなる。従って、計測対象物の位置に関係なく所定の膜計測位置における膜の特性を計測することが可能になる。
【００１３】
その結果、膜計測に要する時間を短縮することができ、効率的に膜の特性を計測することができる。また、短時間で膜の計測を行うことができるので、この光学式膜計測装置を生産ラインに取り付けてインライン計測することが可能になる。さらに、計測対象物の位置決めが不要になるので、位置決め用のステージが不要となり、装置コストを安価にできると共に膜計測作業を簡略化することができる。
【００１４】
前記光検出器が取り込む計測対象物の画像が、四角形や六角形等の所定形状をしたパターンの周期的に繰り返したものである場合においては、例えば、前記膜計測位置を決定する手段が、前記光検出器により取り込まれた計測対象物の画像から前記パターンのいずれかを抽出し、そのパターン内の所定位置を前記膜計測位置とするようにすればよい。パターンが周期的に繰り返した画像では、画像認識技術などを用いれば、繰り返しの単位となるパターンを抽出することができるので、この実施態様では、そのパターン内の所定位置に膜計測位置を決めることにより、計測対象物の位置によらず一定位置に膜計測位置を決定することができる。所定形状をしたパターンの周期的に繰り返したものには液晶基板が含まれる。
【００１５】
前記膜計測位置を決定する手段が膜計測位置を定める別な方法としては、前記光検出器により取り込まれた計測対象物の画像から予め登録されたパターンを抽出し、そのパターン内の所定位置を前記膜計測位置としてもよい。この実施態様によれば、光検出器により取り込まれた画像から予め登録されたパターンを抽出し、そのパターン内の所定位置に膜計測位置を決めることにより、計測対象物の位置によらず一定位置に膜計測位置を決定することができる。また、パターンを登録する方法によれば、画像が複数のパターンを含んでいる場合でも、目的とするパターンを確実に抽出させることができる。
【００１６】
前記パターン内における前記膜計測位置は、作業者等があらかじめ入力手段を通じて外部から指定し記憶手段に登録させておいてもよく、抽出されたパターンに応じて、例えばパターンの中心や角、交点などに自動的に決定されるようにしてもよい。前者によれば細かな膜計測位置の指定が可能になり、後者によれば膜計測位置が自動的に決定されるので、膜計測作業を簡略にできる。
【００１７】
画像から抽出されたパターンを登録する方法としては、光検出器により取り込まれた計測対象物の画像に対して外部から入力手段を通じて特徴点が指定されると、当該特徴点に基づいて抽出されたパターンを前記登録パターンとして記憶手段に登録させる手段と、前記抽出されたパターンを観測エリアの画像上に重ねて表示する手段とを用いることができる。特徴点に基づいてパターンを抽出するとは、例えば作業者等によって指定された特徴点に囲まれた領域ないし形状をパターンとする場合である。このような実施態様によれば、パターンを簡単に指定することができる。また、前記抽出されたパターンを観測エリアの画像上に重ねて表示することで、作業者が意図したパターンが正しく登録されたかどうかの確認が容易に行うことができる。表示は、該パターンの形状と画面上の位置とが画面内において明確に識別できるような表示であればよく、白黒反転表示や特定の色表示を行ったり、パターンの外形を太線や破線等で囲む表示方法が含まれる。
【００１８】
また、画像から抽出されたパターンを登録する別な方法としては、光検出器により取り込まれた計測対象物の画像に対して外部から入力手段を通じて部分画像が指定されると、当該部分画像に含まれるパターンを抽出して前記登録パターンとして記憶手段に登録させる手段と、前記抽出されたパターンを観測エリアの画像上に重ねて表示する手段とを用いてもよい。この実施態様によれば、登録パターンとして指定したいパターンより一回り広い領域を指定するだけで、その内部に含まれるパターンが登録パターンとして抽出されるので、正確に登録パターンを指定する必要が無く、パターンを登録する作業を簡単にできる。
【００１９】
また、画像から抽出されたパターンを登録するさらに別な方法としては、光検出器により取り込まれた計測対象物の画像に対して外部から入力手段を通じて１点又は１領域を指定されると、当該１点又は１領域を含む、画像上で明るさが略一定である領域をパターンとして抽出し、抽出されたパターンを前記登録パターンとして記憶手段に登録する手段と、前記抽出されたパターンを観測エリアの画像上に重ねて表示する手段とを用いてもよい。この実施態様によれば、正確に登録パターンを指定する必要が無く、パターンを登録する作業を簡単にできる。
【００２１】
分光手段を備えた実施態様においては、膜計測位置を決定する手段が観測エリアの画像に基づいて前記膜計測位置を決定する際には、当該画像のコントラストがもっとも高くなるように設定するのが望ましい。画像のコントラストがもっとも高くなるようにして膜計測位置を決定すれば、膜計測位置を決定する精度を高くすることができる。
【００２２】
また、本発明の光学式膜計測装置は、分光手段により得られた複数の波長域に対応する画像をもとに、各画素について、得られた複数の波長域に対応する画像のうち可視光領域で最も光検出強度が高い波長域に対応する色でカラー表示する表示する手段を備え、前記カラー表示された画像上で膜計測位置を設定可能とされる。このようにすれば、特にカラーフィルタの場合、特定の色の画素を選んで膜計測位置として設定することが作業者にとって確実かつ容易となる。
【００２３】
本発明の実施の態様では、前記光検出器が取り込む計測対象物の画像が、所定形状をしたパターンの周期的に繰り返したものである場合において、前記膜計測位置を決定する手段は、前記光検出器により取り込まれた計測対象物の画像から前記パターンの特徴点を抽出し、その特徴点を基準とする所定位置を前記膜計測位置としている。なお、特徴点を基準とする所定位置とは、特徴点そのものも含まれる。この実施態様によれば、パターンそのものでなく、パターンの特徴点例えばパターンの角などを基準にして膜計測位置を決めることができる。このパターンの特徴点を基準とする所定位置は予め登録しておいてもよく、一定位置に決めておいてもよい。
【００２４】
光検出器が取り込む計測対象物の画像が、格子状ないし枠状をしたパターンを有するものである場合においては、前記パターンの交差点の中心を前記膜計測点とするができる。この実施態様によれば、格子状ないし枠状をした箇所における膜の特性を容易に計測することができる。
【００２５】
本発明の実施の態様では、膜計測位置決定手段が、前記光検出器により取り込まれた観測エリアの画像に基づいて複数箇所の膜計測位置を決定し、膜特性演算手段が、複数箇所の膜計測位置から抽出された信号に基づいて膜の特性を演算するようになっていてもよい。このような実施態様では、複数箇所で平均化された膜の特性を算出することができ、計測結果の安定性を向上させることができる。
【００２６】
本発明の実施の態様では、光検出器により、計測対象物の角部を含むようにして計測対象物の画像を取り込み、光検出器により取り込まれた画像から計測対象物の角部を抽出し、抽出した計測対象物の角部を基準として前記膜計測位置を決定するようにしてもよい。
【００２７】
また、基板上に複数に分けて形成された計測対象物を計測する場合においては、光検出器により、前記基板の角を含むようにして計測対象物の画像を取り込み、光検出器により取り込まれた画像から基板の角を抽出し、抽出した基板の角を基準として計測対象物の前記膜計測位置を決定するようにしてもよい。このようにすれば、複数の計測対象物が基板に形成されている場合でも、所定位置の計測対象物を計測させることができる。
【００２８】
観測エリアの領域を設定する際には、基板の品種毎に光検出器で画像を取り込む観測エリアの領域を作業者が自由に設定できるようにすれば、計測対象物に応じた画像を抽出させることが可能になる。
【００２９】
本発明の実施の態様では、白色光を照射する光源と、可視領域から近赤外領域にわたる範囲の分光フィルタを備えた分光手段と、着色された薄膜の色度及び膜厚を計測する手段とを備えている。この実施態様では、一度に計測対象物である薄膜の色度と膜厚を計測することが可能になり、計測作業を効率的に行える。
【００３０】
本発明の実施の態様では、白色光を照射する光源と、４５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約５５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約６５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、可視光領域の複数の分光フィルタ、及び近赤外領域ないし赤外領域の複数の分光フィルタが並べられることにより構成された分光手段とを備え、少なくとも４５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約５５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約６５０ｎｍ近辺の分光フィルタが順に連続して並べられているので、最初に４５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約５５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約６５０ｎｍ近辺の分光フィルタにより膜計測位置を定めるための必要な画像を短時間で取得することができるようになる。
【００３１】
また、前記光源から出射し計測対象物に照射させた光の反射光と透過光を前記光検出器に取り込めるようにすれば、例えば、反射光の画像から膜厚を計測し、透過光の画像から色度を計測することが可能になる。
【００３２】
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図３は本発明の第１の実施形態による膜厚計測装置２１の概略構成図である。この膜厚計測装置２１における光学系の構成は、光源２２、投光光学系２３、結像光学系２４、分光器２５、光検出器２６、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）２７、信号処理部２８、入出力部（入力部と出力部に分かれていてもよい。）２９及び表示装置３０によって構成されている。光源２２は白色光又は多色光を出射するものであって、例えばハロゲンランプや白色ＬＥＤ、あるいは出射光波長の異なる複数個のＬＥＤなどを用いることができる。投光光学系（照明光学系）２３は、光源２２から出射された光を所定の広がりを有する観測エリアに照射させるための光学系であり、レンズ等により構成されている。結像光学系２４は、投光光学系２３により照射され、観測エリアに置かれた計測対象物３６で反射された光を光検出器２６に結像させるための光学系であって、顕微鏡光学系などによって構成されている。分光器２５は、結像光学系２４により取り込んだ観測エリアの画像から特定波長の画像（以下、分光画像という。可視光域の画像に限らない。）を抽出するものであって、例えば透過型又は反射型の分光フィルタによって構成される。分光器２５の選択波長域は切り換えられるようになっており、分光器２５の切り換えによって異なる色又は異なる波長域の分光画像を得ることができる。光検出器２６には、分光器２５で抽出された分光画像が結像させられる。光検出器２６としては、複数ないし多数の検知セルが２次元で集合した領域分割型の受光素子、例えば２次元ＣＣＤカメラやフォトダイオードアレイ等が用いられており、各受光セルにおける受光強度信号を出力可能になっている。
【００３４】
図４は上記膜厚計測装置２１に用いられている光学系の具体的構成の一例を示す図である。図４に示す具体的構成では、光源２２は、ハロゲンランプ等の白色光源と反射板によって構成されており、横向けにして結像光学系２４の側面に配置されている。投光光学系２３は、光源２２から出射された白色光（全波長域の光）を平行光に変換するコリメートレンズ３７と、結像光学系２４内に配置されたハーフミラー３８によって構成されている。しかして、光源２２から出射された白色光は、コリメートレンズ３７によって平行光に変換された後、ハーフミラー３８で反射されて下方の観測エリアに向けて投射される。よって、観測エリアに計測対象物３６が位置していれば、計測対象物３６は白色平行光により同軸落射照明される。計測対象物３６の薄膜に照射された光は、薄膜の表面と裏面で反射し、薄膜の表面で反射した光と裏面で反射した光が薄膜の膜厚に応じて各波長毎に干渉を起こす。
【００３５】
結像光学系２４は、ハーフミラー３８の上方に配置された複数枚のレンズからなる顕微鏡光学系３９と、遮光板４０により構成されている。遮光板４０の中央部にはピンホール４１が開口されている。光源２２から計測対象物３６に照射された後、計測対象物３６で正反射して戻ってくる白色反射光は、顕微鏡光学系３９によってピンホール４１の位置で１点に集光され、ピンホール４１を通過した白色光は分光器２５を透過する。
【００３６】
分光器２５は、パルスステップモータ等の制御用モータ４３によってフィルタ板４２を回転させるようにしたものである。図５は分光器２５の正面図である。円板状をしたフィルタ板４２の中心は、制御用モータ４３の回転軸４４によって支持されており、フィルタ板４２の外周部には、回転軸４４から等しい距離となるようにして複数の開口が設けられており、１つを除く開口にはそれぞれ選択波長の異なる透過型の分光フィルタ（バンドパスフィルタ）４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…が嵌め込まれており、１つの開口は分光フィルタの嵌められていない透孔４６となっている。このような透過型分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…としては、誘電体多層膜などを用いることができる。分光器２５のフィルタ板４２は、遮光板４０の上に近接して配置されており、制御用モータ４３によってフィルタ板４２を回転させることにより、透孔４６又は任意の分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…を遮光板４０のピンホール４１と対向する位置へ移動させることができる。よって、いずれかの分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…がピンホール４１の上に位置している場合には、ピンホール４１を通過した白色光は、その上の分光フィルタ例えば４５ａに入射し、その分光フィルタで決まる特定の波長域の光だけが光検出器２６に入射する。なお、ピンホール４１は、計測対象物３６で反射した反射光のうち平行光のみをピンホール４１を通過させることにより、結像光学系２４と計測対象物３６との間の距離のバラツキによる影響を小さくするものであり、さらに、１つの分光フィルタのサイズを小さくしてフィルタ板４２に多種類の分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…を設けておくことができるようにする。
【００３７】
光検出器２６は、ＣＣＤやフォトダイオードアレイ等の領域分割型の受光素子によって構成されている。顕微鏡光学系３９の焦点距離を調整することにより、計測対象物３６と光検出器２６の受光面とは互いに共役な位置となるように調節されており、光検出器２６の受光面には計測対象物３６の観測エリア（受光視野）の画像が結像される。ただし、いずれかの分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…がピンホール４１の上にセットされている場合には、計測対象物３６の画像がそのまま結像される訳ではなく、計測対象物３６の画像のうち分光フィルタの種類で決まる所定波長域の分光画像が光検出器２６に結像される。
【００３８】
光検出器２６に結像された画像は、光検出器２６によって光電変換された後、Ａ／Ｄ変換器２７へ送られる。Ａ／Ｄ変換器２７は、図３又は図４に示されている光検出器２６から出力されたアナログ画像信号をデジタル信号に変換して信号処理部２８へ入力するものである。なお、光検出器２６と信号処理部２８との間では、各種制御信号やタイミング信号なども送受信されている。
【００３９】
信号処理部２８は、図３に示すように、前処理部３１、計測点抽出部３２、膜厚演算部３３、制御部３４及び記憶部３５によって構成されており、ＣＰＵや電子回路、パーソナルコンピュータ及びソフトウエア等によって実現されている。制御部３４は、前処理部３１や計測点抽出部３２、膜厚演算部３３等の全体の動作を制御して信号処理部２８に膜厚計測を行わせるものである。また、制御部３４は、光源２２や分光器２５に制御信号を出力し、光源２２を点灯又は消灯させたり、分光器２５のフィルタ板４２を回転させて選択波長を切り換える。記憶部３５は、計測点抽出部３２において膜厚計測点を抽出するためのデータやプログラム、また、膜厚演算部３３において膜厚演算するためのデータやプログラムなどを記憶させられており、ハードディスクやメモリ、ＣＤ、ＤＶＤ等の媒体によって構成されている。
【００４０】
前処理部３１は、Ａ／Ｄ変換器２７を通じて入力されたデジタル信号（光検出器２６からの画像信号）を受信し、受信したデジタル信号にノイズ低減処理を施すものである。ノイズ低減処理としては、例えば、信号の平均化処理を用いることができる。平均化処理としては、時間軸に関して行われる平均化でもよく、光検出器２６の各受光セルについてその周囲の受光セルとの間で平均値を求める空間的な平均化でもよく、両者を併用してもよい。前処理部３１で処理されたデジタル信号は、計測点抽出部３２へ送られる。また、前処理部３１で処理されたデジタル信号は表示装置３０へ出力され、光検出器２６で撮像された計測対象物３６の計測画像が表示装置３０に表示される。
【００４１】
計測点抽出部３２は、画像認識技術を用いて、前処理部３１から受け取ったデジタル信号に基づき、観測エリアの計測画像のうちから、例えば所定のパターンを抽出し、その抽出パターン内における所定の膜厚計測点を決定する。計測点抽出部３２は、膜厚計測点を決定すると、画像信号のうち膜厚計測点における信号（即ち、膜厚計測点における受光セルの信号、あるいは膜厚計測点及びその周囲の受光セルの信号）だけを膜厚演算部３３へ送信する。また、計測点抽出部３２で抽出されたパターンと膜厚計測点データを表示装置３０へ出力し、抽出パターン及びその膜厚計測点を表示装置３０で表示させるようにしてもよい。なお、計測点抽出部３２における計測点抽出の方法ないしアルゴリズムについては具体的に後述する。
【００４２】
膜厚演算部３３は、分光器２５の分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…を切り換えて得られた異なる選択波長の複数の分光画像から抽出された膜厚計測点の信号を記憶部３５に格納し、それらの膜厚計測点におけるデータ（干渉光の反射率データ）と理論モデルとを比較することにより膜厚計測点における計測対象物の膜厚を算出する。例えば、各選択波長毎の反射率の計測値の集合を理論モデルにおける各選択波長における反射率の集合と比較することにより膜厚を算出する。算出された膜厚値は、表示装置３０や入出力部２９へ出力されて表示される。
【００４３】
図６はコンベアにより間欠的に搬送されている計測対象物３６の膜厚を上記膜厚計測装置２１によって計測する工程を説明するフロー図である。図６に従って図３又は図４のような膜厚計測装置２１により各計測対象物３６の膜厚を計測する工程の動作を説明する。膜厚計測が開始すると、制御部３４は光源２２を点灯して観測エリアの計測対象物を照明し（ステップＳ１）、膜厚計測装置２１はコンベアで搬送されてきた計測対象物３６がその直下で停止するまで待機する（ステップＳ２）。計測対象物３６が膜厚計測装置２１の真下で停止すると、結像光学系２４及び分光器２５を通して光検出器２６が白色画像又はいずれかの選択波長の分光画像を撮像する。光検出器２６により撮像された計測画像のデータは、Ａ／Ｄ変換器２７及び前処理部３１を経て計測点抽出部３２に取り込まれる（ステップＳ３）。計測点抽出部３２は画像認識技術により計測画像から例えば所定のパターンを抽出し、その抽出パターン内の所定の膜厚計測点を決定する（ステップＳ４）。こうして抽出された所定のパターンの画像や決定された膜厚計測点は、表示装置３０に表示されるようにしてもよい。膜厚計測点が決定されると、膜厚計測点の位置（受光セル位置）は記憶部３５に記憶される。
【００４４】
ついで、制御部３４から分光器２５に制御信号を出力して所定の選択波長の分光フィルタ例えば４５ａをピンホール４１の上にセットし（ステップＳ５）、所定の波長域の分光画像を光検出器２６により計測する（ステップＳ６）。光検出器２６により計測された分光画像のデータは、Ａ／Ｄ変換器２７及び前処理部３１を通って計測点抽出部３２へ送られる。計測点抽出部３２は、この分光画像のデータのうちから膜厚計測点における信号のみを抽出して膜厚演算部３３へ送る（ステップＳ７）。膜厚計測点の信号を受信すると、膜厚演算部３３はその信号から膜厚計測点の分光反射率を演算し、演算結果を記憶部３５に一時的に保存する（ステップＳ８）。
【００４５】
こうして膜厚計測点における所定波長の分光反射率が求められると、膜厚演算部３３は必要な数の波長に対する分光反射率のデータが揃ったか判定する（ステップＳ９）。膜厚計測に必要な数の分光反射率のデータが揃っていない場合には、再度ステップＳ５へ戻って分光器２５を異なる分光フィルタ例えば４５ｂに切り換え、光検出器２６により異なる波長の分光画像を計測し、計測点抽出部３２で膜厚計測点における信号を抽出して膜厚演算部３３へ送り、膜厚演算部３３で演算された膜厚計測点の分光反射率を記憶部３５に保存し、必要な数の波長に対する分光反射率のデータが揃ったか判定する（Ｓ５〜Ｓ９）。
【００４６】
このようにしてステップＳ５〜Ｓ９を繰り返し、ステップＳ９において必要なデータが揃ったと判断すると、記憶部３５に一時的に記憶している分光反射率の複数のデータと予め記憶している分光反射率の理論値とを比較する（ステップＳ１０）ことにより、計測対象物３６の膜厚を算出する（ステップＳ１１）。計測対象物３６の膜厚が算出されたら、その膜厚計測結果を、表示装置３０や入出力部２９へ出力する（ステップＳ１２）。
【００４７】
膜厚計測装置２１の下に停止している計測対象物３６の膜厚計測が完了すると、当該計測対象物３６はコンベアによって膜厚計測装置２１の下方から搬出される。計測の完了した計測対象物３６が搬出されると、膜厚計測装置２１は次の計測対象物３６が搬入されるまで待機し、次の計測対象物３６が膜厚計測装置２１の下にセットされると、ステップＳ２〜Ｓ１３のステップを実行してその膜厚を計測する。
【００４８】
このような膜厚計測装置２１によれば、膜厚計測点よりも充分広い観測エリアの分光画像データを計測し、その分光画像データを元にして計測点抽出部３２により自動的に所定位置（膜厚計測点）のデータを抽出した後、計測対象物３６である薄膜の膜厚計測点における厚みを計測することが可能になるので、１つ１つの計測対象物３６について計測前にそれぞれの所定位置に膜厚計測点を定める必要がなくなる。従って、計測対象物３６の位置に関係なく所定の膜厚計測点における膜厚を計測することが可能になり、その結果、膜厚計測に要する時間を短縮でき、効率的に膜厚計測を行うことができる。また、短時間で膜厚計測を行うことができるので、この膜厚計測装置２１を生産ラインに取り付けてインライン計測することが可能になる。
【００４９】
さらに、計測対象物３６の位置決めが不要になるので、位置決め用のステージが不要となり、膜厚計測装置２１のコストを安価にできると共に膜厚計測作業を簡略化することができる。また、膜厚計測点よりも充分広い観測エリアの膜厚計測ができるため、計測する位置が異なる計測対象物３６に対しても、計測対象物毎に膜厚計測装置２１の取り付け位置を変更する必要がない。
【００５０】
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態による膜厚計測装置２１の概略構成図である。第１の実施形態による膜厚計測装置２１では、白色光を計測対象物３６に照射し、その反射光を分光器２５の分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…に通して得た分光画像を光検出器２６で計測するようにしていたが、第２の実施形態による膜厚計測装置２１では、光源２２から出射された白色光を分光器２５の分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ…に通した後、この分光された光を計測対象物３６に照射し、計測対象物３６で反射した反射光を光検出器２６に入射させて光検出器２６で分光画像を計測するようにしている。
【００５１】
図８は第２の実施形態の膜厚計測装置２１に用いられている光学系の具体的構成の一例を示す図である。第２の実施形態では、第１の実施形態において遮光板４０と光検出器２６の間に配置されていた分光器２５のフィルタ板４２を、光源２２とコリメートレンズ３７の間に配置している。
【００５２】
第２の実施形態による膜厚計測装置２１によっても、第１の実施形態による膜厚計測装置２１と同様にして、光検出器２６で得た分光画像に膜厚計測点を定めて各波長の分光画像から膜厚計測点の分光画像のデータを取り出すことができ、こうして得た分光画像のデータから異なる波長に対する分光反射率を求め、膜厚計測点において膜厚計測を行うことができ、第１の実施形態による膜厚計測装置２１と同じ効果を得ることができる。
【００５３】
（第１の膜厚計測点抽出方法）
次に、本発明にかかる膜厚計測装置、特に第１及び第２の実施形態の膜厚計測装置２１で用いられている計測点抽出部３２における種々の膜厚計測点抽出方法を説明する。まず、第１の膜厚計測点抽出方法としては、対象物の画像から繰り返しの単位パターンを抽出するものを説明する。
【００５４】
図９は第１の膜厚計測点抽出方法におけるパターン登録プロセスを説明するフロー図である。図１０はそのパターン登録方法を説明する図である。図１０（ａ）は光検出器２６で撮像された計測対象物３６の観測エリアにおける画像を表している。この画像は、図２に関連して説明したようなＴＦＴ基板１５を表しており、遮光領域１５と画素開口１６とが繰り返し配列されている。ここでは、画素開口１６における表面のポリイミド膜の膜厚を計測することを目的とする。図９及び図１０に示すものは、計測対象物から繰り返しの単位パターンを抽出して登録するプロセスと、膜厚計測点を決定するプロセスとに分かれたものである。
【００５５】
以下においては、図９のフロー図に従って、パターン登録の手順を説明する。抽出パターンを登録するにあたっては、まず計測対象物３６のサンプルを膜厚計測装置２１の真下の観測エリアに置く。サンプルを置いて登録開始指令を入力すると、光源２２が点灯して光検出器２６が図１０（ａ）のようなサンプルの観測エリアにおける画像を撮像し、画像データがＡ／Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換されて信号処理部２８に取り込まれる（ステップＳ２１）。ついで、計測点抽出部３２は、画像認識技術により、取り込まれた計測画像から図１０（ａ）で２点鎖線で囲んだ領域のパターン、すなわち繰り返しの単位となるパターンＱを抽出し（ステップＳ２２）、図１０（ｂ）のような抽出パターンＱを表示装置３０へ出力し、抽出パターンＱを観測エリアの画像に重ねた状態で表示装置３０に表示させる（ステップＳ２３）。ついで、信号処理部２８は、表示装置３０に表示されている抽出パターンＱの確認を要求する（ステップＳ２４）。作業者は、表示装置３０に表示された抽出パターンＱを確認し、抽出パターンＱが正しく認識されていれば、例えば「ＯＫ」ボタンを押し、正しく認識されていないと判断すれば、「ＮＧ」ボタンを押す。
【００５６】
ステップＳ２４においてＮＧボタンが押されると、膜厚計測装置２１は再度サンプル画像を読み込み直し、読み込み直したサンプル画像から単位パターンを抽出して表示装置３０に表示し、再び作業者による確認を求める（ステップＳ２１〜Ｓ２４）。
【００５７】
これに対し、ステップＳ２４においてＯＫボタンが押されると、膜厚計測装置２１は、抽出パターンＱを記憶部３５に記憶し、パターン登録を完了する（ステップＳ２５）。
【００５８】
上記のようにして抽出パターンＱが登録されると、計測対象物３６の膜厚計測工程においては、図６で説明した手順により計測対象物３６の膜厚計測が行われる。図１１は、図６におけるステップＳ４、すなわち膜厚計測点Ｐを決定するプロセスを示すフロー図である。また、図１２（ａ）は図１１のフロー図に従って膜厚計測点Ｐを決定する様子を表している。
【００５９】
図１１のフロー図に従って、膜厚計測点Ｐを決定する手順を説明する。膜厚計測にあたっては、前記のように計測対象物３６が膜厚計測装置２１の真下に搬入され、計測対象物３６の画像が光検出器２６により取り込まれ（図６のステップＳ１〜Ｓ３）、膜厚計測点Ｐが決定される（図６のステップＳ４）。ステップＳ４において計測点抽出部３２が膜厚計測点Ｐを決定するプロセスでは、図１１に示すように、まずパターンが記憶部３５に登録されているか確認する（ステップＳ３１）。パターンが記憶部３５に登録されていない場合（ステップＳ３１でＮＧの場合）には、膜厚計測装置２１は表示装置３０又は入出力部２９に「パターンが登録されていません。」といったエラーメッセージを出力して（ステップＳ３２）処理を中止する。
【００６０】
一方、パターンが登録されているのが確認されると（ステップＳ３１でＯＫの場合）、計測点抽出部３２は記憶部３５から登録パターンを読み出し、図１２（ａ）に示すような計測画像と読み出した登録パターンとを比較し、計測画像から登録パターンとマッチするパターンＱを抽出する（ステップＳ３３）。抽出されたパターンＱを図１２（ａ）では２点鎖線で囲んで示している（パターン登録時と同じ図を用いて説明する。）。計測画像から登録パターンとマッチしたパターンＱが抽出されると、図１２（ａ）に示すように、計測点抽出部３２は抽出したパターンＱの中央又は幾何学的な重心位置を演算し、そこに膜厚計測点Ｐを決定する（ステップＳ３４）。
【００６１】
こうして膜厚計測点Ｐが決定されると、計測点抽出部３２は膜厚計測点Ｐが正しく決定されたか判定する（ステップＳ３５）。膜厚計測点Ｐが正しく決定されていないと判定した場合（ステップＳ３５でＮＧの場合）には、再度計測対象物３６の画像を取り込み直し、再度パターンＱの抽出と膜厚計測点Ｐの決定を行う（ステップＳ３６、Ｓ３３〜Ｓ３４）。
【００６２】
膜厚計測点が正しく決定されたと判定した場合（ステップＳ３５でＯＫの場合）には、図６のステップＳ５以下の工程が実行され、計測対象物３６の膜厚が計測される。
【００６３】
なお、図１１のフロー図においては、膜厚計測点を決定する工程において、膜厚計測点を決定するたびに登録パターンの確認（ステップＳ３１）を行ったが、登録パターンの確認は、図６のような膜厚計測の工程を開始する際に一度行えば十分であるので、図１１におけるステップＳ３１、Ｓ３２を省き、膜厚計測の開始時に（例えば、図６のステップＳ１の前で）一度だけ登録パターンの確認を行うようにしてもよい（以下の実施形態においても同様）。
【００６４】
また、図１２（ｂ）に示すものは、第１の膜厚計測点抽出方法の変形例を説明している。この変形例では、パターン登録時に図９のステップＳ２４でパターンが正しく登録されていることが作業者により確認された後、作業者に膜厚計測点の入力を求める。例えば、作業者は、表示装置３０に表示された単位パターンに対して、マウスポインタを操作して膜厚計測点Ｐを入力したり、表示装置３０の表面に設けられたタッチパネルからタッチ入力したりする。作業者により入力された膜厚計測点Ｐは、図１２（ｂ）に示すように、抽出パターンＱ内における座標（ｘ、ｙ）に変換され、図９のステップＳ２５で抽出パターンＱと共に記憶部３５に記憶される。一方、膜厚計測点を決定するプロセスでは、図１１のステップＳ３４に代えて、記憶部３５から相対座標（ｘ、ｙ）を読み出し、図１２（ｂ）のように抽出パターンＱ内の（ｘ、ｙ）の位置に膜厚計測点Ｐを決める。
【００６５】
また、図１３は、第１の膜厚計測点抽出方法の異なる変形例を説明するフロー図である。これは予めパターン登録をしないで膜厚計測点を抽出できるようにしたものである。すなわち、図１３に沿って説明すると、以下のようにして膜厚計測点が決められる。図６の膜厚計測点を決定するステップＳ４が開始すると、計測点抽出部３２は、画像認識技術を用いて、光検出器２６で撮像した計測画像から繰り返し単位となるパターンＱを抽出し（ステップＳ４１）、抽出パターンＱの中心（あるいは、単位パターンＱの幾何学的な重心位置などの所定の位置）を検出し、その点に膜厚計測点Ｐを定める（ステップＳ４２）。こうして膜厚計測点Ｐが決定されると、計測点抽出部３２は膜厚計測点Ｐが正しく決定されたか判定する（ステップＳ４３）。膜厚計測点Ｐが正しく決定されていないと判定した場合（ステップＳ４３でＮＧの場合）には、再度計測対象物３６の画像を取り込み直し、再度単位パターンＱの抽出と膜厚計測点Ｐの決定を行う（ステップＳ４４、Ｓ４１〜Ｓ４２）。膜厚計測点Ｐが正しく決定されたと判定した場合（ステップＳ４３でＯＫの場合）には、図６のステップＳ５以下の工程が実行され、計測対象物３６の膜厚が計測される。
【００６６】
図１３の変形例のように予めパターンを登録しないで膜厚計測工程で計測画像から所定のパターンを抽出する方法によれば、予めパターン登録する必要がないので、準備の手間が軽減される。これに対し、予め所定のパターンを登録しておき、膜厚計測工程では抽出したパターンと登録パターンとを比較する方法によれば、膜厚計測点の確実性が向上する。特に、計測対象物に２種以上のパターンが含まれている場合でも、所定のパターンを抽出してより確実に膜厚計測点を決めることができる。
【００６７】
（第２の膜厚計測点抽出方法）
第２の膜厚計測点抽出方法は、作業者により膜厚計測点を入力させて膜厚計測点の相対位置を登録するプロセスと、登録されている膜厚計測点の相対位置を用いて膜厚計測点を決定するプロセスとからなるものである。図１４は、膜厚計測点の相対位置を予め登録しておく手順を説明するフロー図である。図１５（ａ）（ｂ）は入力された膜厚計測点から相対位置を抽出する様子を説明する図である。図１６は第２の膜厚計測点抽出方法において膜厚計測点を決定する手順を説明するフロー図である。
【００６８】
第２の膜厚計測点抽出方法では、単位パターンでなく、ＴＦＴ基板１４から遮光領域（ブラックマトリクス）１５のパターンを抽出し、この略格子状ないし枠状をしたパターン（以下、格子状のパターンということがある。）を基準にして膜厚計測点を決定する。まず、図１４のフロー図に従って、抽出された格子状のパターンに対して膜厚計測位置を入力させ、その相対位置を抽出し登録する手順を説明する。膜厚計測点相対位置を登録するプロセスにおいては、サンプルの観測エリアにおける画像を光検出器２６により撮像し、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換された計測画像を信号処理部２８に取り込む（ステップＳ５１）。ついで、計測点抽出部３２は、画像認識技術により、取り込まれた計測画像から図１５（ａ）に示すような遮光領域１５にあたる格子状のパターン１５Ａを抽出し（ステップＳ５２）、この抽出パターン１５Ａを画像エリアの画像に重ね合わせた状態で表示装置３０に出力して表示させる（ステップＳ５３）。
【００６９】
抽出パターン１５Ａが表示装置３０に表示されると、信号処理部２８は、作業者に抽出パターン１５Ａの確認を要求するメッセージを出力する（ステップＳ５４）。作業者は、そのメッセージに従って表示装置３０に表示された抽出パターン１５Ａを確認し、抽出パターン１５Ａが正しく認識されていれば、「ＯＫ」ボタンを押し、正しく認識されていないと判断すれば、「ＮＧ」ボタンを押す。
【００７０】
ステップＳ５４においてＮＧボタンが押されると、膜厚計測装置２１はサンプル画像を読み込み直し、読み込み直したサンプル画像から格子状のパターン１５Ａを再度抽出して表示装置３０に表示させ、再び作業者による判断を求める（ステップＳ５１〜Ｓ５４）。
【００７１】
これに対し、ステップＳ５４においてＯＫボタンが押されると、信号処理部２８は、作業者に膜厚計測点Ｐの入力を要求する（ステップＳ５５）。膜厚計測点Ｐの入力を求められた作業者がマウスを操作して、あるいは表示装置３０の表面に設けられたタッチパネル等から表示装置３０の抽出パターン１５Ａに対して膜厚計測点Ｐを入力すると、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、計測点抽出部３２は入力された膜厚計測点Ｐに近い特徴点Ｒ（例えば、抽出パターン１５Ａの交差点や抽出パターン１５Ａで囲まれた領域のエッジなど）を選択し、選択した特徴点Ｒを基準とする膜厚計測点Ｐの相対位置（ｘ、ｙ）を計測する（ステップＳ５６）。こうして得られた膜厚計測点Ｐの相対位置（ｘ、ｙ）は記憶部３５に記憶され、登録が完了する（ステップＳ５７）。
【００７２】
上記のようにして膜厚計測点Ｐの相対位置が登録されると、計測対象物３６の膜厚計測工程においては、図６で説明した手順により計測対象物３６の膜厚計測が行われる。図６のステップＳ４、すなわち膜厚計測点Ｐを決定するプロセスでは、図１６に示すように、まず膜厚計測点Ｐの相対位置が記憶部３５に登録されているか確認する（ステップＳ６１）。相対位置が記憶部３５に登録されていない場合（ステップＳ６１でＮＧの場合）には、膜厚計測装置２１は表示装置３０に「膜厚計測点の位置が登録されていません。」といったエラーメッセージを出力して（ステップＳ６２）処理を中止する。
【００７３】
一方、相対位置の登録が確認されると（ステップＳ６１でＯＫの場合）、計測点抽出部３２は記憶部３５から膜厚計測点Ｐの相対位置（ｘ、ｙ）を読み出す。ついで、光検出器２６で撮像されている計測画像から格子状のパターン１５Ａを抽出し（ステップＳ６３）、格子状の抽出パターン１５Ａから適当な特徴点Ｒ（例えば、観測エリアの中心にもっとも近い特徴点）Ｒを選択する（ステップＳ６４）。そして、選択した特徴点Ｒを基準とする位置（ｘ、ｙ）に膜厚計測点Ｐを決定する（その様子は、図１５（ｂ）と同様になる。）（ステップＳ６５）。
【００７４】
こうして膜厚計測点Ｐが決定されると、計測点抽出部３２は膜厚計測点Ｐが正しく決定されたか判定する（ステップＳ６６）。膜厚計測点Ｐが正しく決定されていないと判定した場合（ステップＳ６６でＮＧの場合）には、計測対象物３６の画像を取り込み直し（ステップＳ６７）、再度格子状のパターン１５Ａの抽出と膜厚計測点Ｐの決定を行う（ステップＳ６３〜Ｓ６５）。
【００７５】
膜厚計測点Ｐが正しく決定されたと判定した場合（ステップＳ６６でＯＫの場合）には、図６のステップＳ５以下の工程が実行され、計測対象物３６の膜厚が計測される。
【００７６】
なお、格子状のパターンの特徴点を基準とする膜厚計測点の相対位置が予め決まっているのであれば、この実施形態でも膜厚計測点の相対位置を登録するプロセスを省略することが可能になる。
【００７７】
図１７（ａ）（ｂ）は、第２の膜厚計測点抽出方法の変形例を表している。この変形例では、膜厚計測点の相対位置を登録するプロセスで複数点の膜厚計測点Ｐを入力させている。例えば、膜厚計測点の相対位置を登録するプロセスにおいて、抽出された格子状のパターン１５Ａに対して複数箇所の膜厚計測点Ｐを入力すると、近傍の特徴点Ｒ（例えば、格子状の抽出パターン１５Ａに囲まれた四角形の領域のエッジ）を基準とする各膜厚計測点Ｐの相対位置が計測されて記憶部３５に登録される。そして、膜厚計測点を決定するプロセスにおいては、記憶部３５に記憶されている複数の位置データに基づき、抽出された格子状のパターン１５Ａに対して複数の膜厚計測点Ｐが決められる（図６のステップＳ４）。ついで、図６のステップＳ８において、これらの各膜厚計測点Ｐにおける分光反射率データを各波長毎に平均し、図６のステップＳ１０、Ｓ１１では平均された各分光反射率データに基づいて計測対象物の膜厚を計測する。あるいは、図６のステップＳ１１、Ｓ１２で、各膜厚計測点毎に計測対象物の膜厚を計測した後、それらの膜厚の平均値を求めて出力させてもよい。このようにして複数の膜厚計測点を用いて平均化させることにより、計測対象物の膜厚計測の安定性を向上させることができる。
【００７８】
（第３の膜厚計測点抽出方法）
第３の膜厚計測点抽出方法は、計測対象物の計測画像から特徴点を抽出して膜厚計測点を決定するものである。図１８は第３の膜厚計測点抽出方法を表している。これは、遮光領域１５におけるポリイミド膜の膜厚を計測する場合である。この方法では、膜厚計測点を決定するプロセスにおいて（抽出パターンを登録するプロセスや、膜厚計測点の位置を登録するプロセスなどは不要）、格子状のパターン１５Ａを抽出した後、その抽出パターン１５Ａの特徴点である交差点を抽出し、抽出した交差点の中心を膜厚計測点Ｐとして決定するものである。
【００７９】
図１９は第３の膜厚計測点抽出方法の変形例であって、やはり遮光領域１５におけるポリイミド膜の膜厚を計測する。この変形例においては、膜厚計測点を決定するプロセスで格子状のパターン１５Ａを抽出した後、抽出パターン１５Ａに囲まれた四角形の領域のエッジを特徴点として抽出し、抽出したエッジ部分の中心を膜厚計測点Ｐとして決定するものである。出力する膜厚は、各膜厚計測点Ｐで計測された膜厚の平均値でもよく、各膜厚計測点Ｐにおける分光反射率の平均値から求めた膜厚でもよい。
【００８０】
（第４の膜厚計測点抽出方法）
第４の膜厚計測点抽出方法は、パターン登録のプロセスにおいて、作業者がパターンとなる領域を指定して登録させるようにしたものである。図２０は第４の膜厚計測点抽出方法においてパターンを登録する手順を説明するフロー図であり、図２１（ａ）（ｂ）はその説明図である。これは、作業者が計測画像に対して直接登録パターンを指定できるようにしたものである。
【００８１】
第４の膜厚計測点抽出方法におけるパターン登録のプロセスを図２０のフロー図に従って説明する。このプロセスにおいては、サンプルの観測エリアにおける画像を光検出器２６により撮像し、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換された画像データを信号処理部２８に取り込む（ステップＳ７１）。ついで、計測点抽出部３２は、表示装置３０に画像データを出力して取り込まれた計測画像を表示装置３０に表示させ（ステップＳ７２）、パターンを抽出するために計測画像に対してパターンとなる領域を指定するよう作業者に要求する（ステップＳ７３）。
【００８２】
パターンの抽出を要求された作業者は、膜厚計測点として指定したい点が中心となるようにして領域を指定する。すなわち、マウス等の入力手段（入出力部２９）を用いて、図２１（ａ）のように、表示装置３０に表示された計測画像に対してパターンとして抽出する領域を指定する。領域が指定されると、計測点抽出部３２は、指定された領域を抽出パターンＴとして認識し、図２１（ｂ）のように、抽出されたパターンＴを表示装置３０へ出力し、観測エリアの画像に重ね合わせて表示装置３０に表示させる（ステップＳ７４）。ついで、信号処理部２８は作業者に対して、表示されている抽出パターンＴでよいか確認を要求する（ステップＳ７５）。確認を要求された作業者は、表示装置３０に表示された抽出パターンＴを確認し、表示されている抽出パターン１５Ａでよければ「ＯＫ」ボタンを押し、パターンの修正をしたければ「ＮＧ」ボタンを押す。
【００８３】
ステップＳ７５においてＮＧボタンが押されると、膜厚計測装置２１は再度パターンの抽出を要求し、抽出されたパターンＴを表示装置３０に表示し、再び作業者による確認を求める（ステップＳ７３〜Ｓ７５）。
【００８４】
これに対し、ステップＳ７５においてＯＫボタンが押されると、計測点抽出部３２は、抽出されたパターンＴが適当しているか否か判定する。例えば、パターンＴの領域が狭過ぎたり、広過ぎたりすれば、エラーメッセージを出力して（ステップＳ７７）再度パターンを抽出するように要求する（ステップＳ７３）。あるいは、ステップＳ７６でＮＧの場合には、ステップＳ７７において他の登録方法で設定するようにエラーメッセージを出力するようにしてもよい。
【００８５】
ステップＳ７６において適合していると判断された場合には、得られた抽出パターンＴは記憶部３５に記憶され、パターン登録が完了する（ステップＳ７８）。
【００８６】
こうして抽出パターンＴの登録が完了した後は、膜厚計測工程における膜厚計測点を決定するプロセスでは、図１１のフロー図に示したのと同じ手順により、抽出パターンＴとマッチする領域が分光画像から抽出され、その中心に膜厚計測点が設定される。
【００８７】
このような方法によれば、作業者が計測画像を見て抽出パターンを指定することができるので、ユーザーである作業者が容易に抽出パターンを設定することが可能になり、登録に要する時間の短縮を図ることができる。
【００８８】
また、上記のようにして作業者により指定されたパターンＴから繰り返しの単位パターンを抽出し、それを登録パターンとして記憶部３５に記憶させるようにしてもよい。
【００８９】
また、作業者によりパターンを指定させる別な方法としては、作業者により複数点を指定させ、その複数点で囲まれた領域をパターンとして登録するようにしても良い。例えば図１９で特徴点Ｒとして示した×印の位置を作業者によって指示させ、×印で囲まれた四角形の領域をパターンとして登録してもよい。
【００９０】
（第５の膜厚計測点抽出方法）
第５の膜厚計測点抽出方法は、パターン登録のプロセスにおいて、作業者による膜厚計測点の入力に基づいてパターンを自動的に抽出し登録するようにしたものである。図２２は第５の膜厚計測点抽出方法においてパターンを登録する手順を説明するフロー図であり、図２３（ａ）（ｂ）、図２４（ｃ）（ｄ）はその説明図である。これは、作業者が計測画像に対して直接膜厚計測点Ｐを指定できるようにしたものである。
【００９１】
第５の膜厚計測点抽出方法におけるパターン登録のプロセスを図２２のフロー図に従って説明する。このプロセスにおいては、サンプルの観測エリアにおける画像を光検出器２６により撮像し、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換された画像データを信号処理部２８に取り込む（ステップＳ８１）。ついで、計測点抽出部３２は、表示装置３０に画像データを出力して取り込まれた計測画像を表示装置３０に表示させ（ステップＳ８２）、計測画像に膜厚計測点Ｐを入力するよう、作業者に要求する（ステップＳ８３）。
【００９２】
膜厚計測点の入力を要求された作業者は、マウスやタッチパネルを用い、表示装置３０に表示されている計測画像に対して膜厚計測点Ｐを指定する。図２３（ａ）のように膜厚計測点Ｐが指定されると、指定された膜厚計測点Ｐを表示装置３０に表示させ、計測点抽出部３２は、指定された膜厚計測点Ｐを含む領域を目的とするパターン領域として抽出する（ステップＳ８４）。抽出パターンを決定する方法としては、例えば図２３（ｂ）に示すように、膜厚計測点Ｐを入力されると、その膜厚計測点Ｐを中心として抽出パターンＴとなる正方形領域を抽出し、さらに図２３（ｃ）に示すように、膜厚計測点Ｐを中心として抽出パターンＴとなる正方形領域を拡大していき、最適な大きさの領域を選択して抽出パターンＴを決定する。このようにして正方形領域を拡大していく場合には、連続的に大きくしていっても差し支えないが、図２３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す例では、少なくとも一辺が遮光領域１５の縁に一致するようにして飛び飛びに正方形領域を大きくしてもよい。あるいは、観測エリアの画像上で、指定された膜厚計測点Ｐを含み明るさが一定の領域を抽出パターンＴとしてもよい。
【００９３】
こうして正方形領域が決定されると、計測点抽出部３２は、指定された領域を抽出パターンＴとして認識し、抽出されたパターンＴを表示装置３０へ出力し、図２４（ｄ）のような抽出パターンＴを観測エリアの画像に重ね合わせて表示装置３０に表示させる（ステップＳ８５）。ついで、信号処理部２８は作業者に対して、表示されている抽出パターンＴでよいか確認を要求する（ステップＳ８６）。確認を要求された作業者は、表示装置３０に表示された抽出パターンＴを確認し、表示されている抽出パターン１５Ａでよければ「ＯＫ」ボタンを押し、パターンの修正をしたければ「ＮＧ」ボタンを押す。
【００９４】
ステップＳ８６においてＮＧボタンが押されると、膜厚計測装置２１は再度膜厚計測点の入力を要求し、抽出されたパターンＴを表示装置３０に表示し、再び作業者による確認を求める（ステップＳ８３〜Ｓ８６）。
【００９５】
これに対し、ステップＳ８６においてＯＫボタンが押されると、得られた抽出パターンＴは記憶部３５に記憶され、パターン登録が完了する（ステップＳ８７）。
【００９６】
こうして抽出パターンＴの登録が完了した後は、膜厚計測工程における膜厚計測点を決定するプロセスでは、図１１のフロー図に示したのと同じ手順により、抽出パターンＴをマッチする領域が分光画像から抽出され、その中心に膜厚計測点Ｐが設定される。
【００９７】
このような方法によれば、作業者が計測画像を見て抽出パターンを指定することができるので、ユーザーである作業者が容易に抽出パターンを設定することが可能になり、登録に要する時間の短縮を図ることができる。
【００９８】
（第６の膜厚計測点抽出方法）
第６の膜厚計測点抽出方法は、分光画像によってコントラストが異なることを考慮し、パターン登録の精度を向上させるようにしたものである。図２５は第６の膜厚計測点抽出方法においてパターンを登録する手順を説明するフロー図であり、図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）及び図２７はその説明図である。
【００９９】
以下、図２５のフロー図に従って、パターン登録の手順を説明する。抽出パターンの登録にあたっては、まず、いずれかの分光フィルタを通過した計測対象物３６の分光画像を光検出器２６から信号処理部２８へ取り込む（ステップＳ９１）。ついで、所定回数になるまで（ステップＳ９２）分光フィルタを異なる波長域のものに切り換え（ステップＳ９３）、切り換えた分光フィルタを通過した分光画像を信号処理部２８へ取り込む。この結果、計測点抽出部３２には、例えば図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように波長の異なる所定の数の分光画像が得られる。
【０１００】
次に、計測点抽出部３２は複数の分光画像のコントラストを比較する（ステップＳ９４）。例えば、ＴＦＴ基板１４から抽出されたパターンの場合には、遮光領域１５では反射率にあまり差が無く、受光量レベルがほぼ一定値Ｌｔであるが、画素開口１６では波長によって反射率が異なるので、図２７に示すように分光画像のＣ−Ｃ線に沿って受光量レベルを計測すると、画素開口１６における受光量レベルは波長によってＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄというように異なる。
【０１０１】
計測点抽出部３２は各分光画像のうちから、最もコントラストの高い分光画像を選択する（ステップＳ９５）。図２７に示されているもののうちでは、画素開口１６における受光量レベルがＬｃのものが最もコントラストが高いので、これが例えば図２６（ｃ）の分光画像から得た抽出パターンＱのものであるとすれば、計測点抽出部３２は図２６（ｃ）の分光画像を選択する。
【０１０２】
ついで、計測点抽出部３２は、図２６（ｃ）に示すように、選択した分光画像からパターンＱを自動的に抽出する（ステップＳ９６）。このパターン抽出方法は、これまでに述べたもの、あるいはそれ以外の方法でもよい。パターンＱは最もコントラストの高い分光画像に基づいて抽出されるので、より抽出の精度が高くなり、安定してパターン抽出を行うことが可能になる。計測点抽出部３２は、抽出パターンＱを表示装置３０へ出力し、抽出パターンＱを表示装置３０に表示させる（ステップＳ９７）。ついで、信号処理部２８は、表示装置３０に表示されている抽出パターンＱの確認を要求する（ステップＳ９８）。作業者は、表示装置３０に表示された抽出パターンＱを確認し、抽出パターンＱが正しく認識されていれば、例えば「ＯＫ」ボタンを押し、正しく認識されていないと判断すれば、「ＮＧ」ボタンを押す。
【０１０３】
ステップＳ９８においてＮＧボタンが押されると、膜厚計測装置２１は再度パターンを抽出して表示装置３０に表示し、再び作業者による確認を求める（ステップＳ９６〜Ｓ９８）。
【０１０４】
これに対し、ステップＳ９８においてＯＫボタンが押されると、膜厚計測装置２１は、抽出パターンＱと選択した分光画像の波長（又は、そのとき使用する分光フィルタ）を記憶部３５に記憶し、パターン登録を完了する（ステップＳ９９）。
【０１０５】
上記のようにして抽出パターンＱが登録されると、計測対象物３６の膜厚計測工程においては、図６で説明した手順により計測対象物３６の膜厚計測が行われ、そのうち図６におけるステップＳ４では、図１１に示したような手順で膜厚計測点Ｐが決定される。この膜厚計測点Ｐを決定するプロセスでも登録パターンとマッチするパターンが抽出されるが、登録パターンとマッチするパターンを抽出するための分光画像としてステップＳ９９で登録されている波長の分光画像を用いれば、登録パターンとマッチするパターンを精度良く抽出することができる。
【０１０６】
なお、予め抽出パターンを登録する工程を必要としない場合には、膜厚計測点を決定するプロセスでパターンを抽出する前に、分光画像を比較してコントラストの高い分光画像を選択しておいてもよい。
【０１０７】
（第７の膜厚計測点抽出方法）
ガラス基板に赤、緑、青のカラーレジストを塗布されたカラーフィルタにおいて、各カラーレジスト（セル）の膜厚を計測する場合を考えると、分光反射率の計測を行うための光検出器２６はカラーには対応していないので、光検出器２６で白色光による白色画像を撮像している場合には、表示装置３０に表示されるカラーレジストの計測画像は、例えば図２８に示すような画像となり、赤色レジスト４８Ｒ、緑色レジスト４８Ｇ、青色レジスト４８Ｂの区別がつかない。そのため、膜厚計測対象とするパターンを登録する際、色の区別をすることができない。また、赤色分光フィルタ、緑色分光フィルタ、青色分光フィルタの透過率特性は、図２９に示すようになっているので、例えば赤色分光フィルタを透過した赤色画像を光検出器２６で撮像している場合には、表示装置３０に表示されるカラーレジストの計測画像は、例えば図３０に示すような画像となり、赤色レジスト４８Ｒの領域は白っぽくなるが、緑色レジスト４８Ｇの領域と青色レジスト４８Ｂの領域とを区別することができない。そのため、膜厚計測対象とするパターンを登録する際、緑色レジスト４８Ｇと青色レジスト４８Ｂの区別をすることができない。
【０１０８】
第７の膜厚計測点抽出方法は、このような場合にカラー対応できるようにしたものである。すなわち、この膜厚計測点抽出方法においては、パターン登録のプロセスが開始すると、まず分光器２５の分光フィルタを赤（Ｒ）、緑（Ｂ）、青（Ｂ）に切り換えて計測画像を取り込む。赤色分光フィルタを透過した計測画像では、赤色レジスト４８Ｒの領域が白っぽい領域となり、緑色分光フィルタを透過した計測画像では、緑色レジスト４８Ｇの領域が白っぽい領域となり、青色分光フィルタを透過した計測画像では、青色レジスト４８Ｂの領域が白っぽい領域となるので、これらの計測画像を解析することにより、赤色レジスト４８Ｒ、緑色レジスト４８Ｇ、青色レジスト４８Ｂの各領域をマッピングし、記憶部３５に記憶させておくことができる。各色の領域をマッピングし終えると、信号処理部２８は図３１に示すように、白色光の計測画像を取り込んで白色光による計測画像と選択メニュー４９とを表示装置３０に表示させる。そして、作業者が、選択メニュー４９からレジスト色を選択（例えば、図３１のように赤色レジストを選択）すると、表示装置３０のポインタ５０が計測画像上で赤色レジスト４８Ｒの領域を指し、赤色レジスト４８Ｒの領域のパターンを抽出し、抽出したパターンと対応する分光フィルタの種類とを記憶部３５に記憶する。
【０１０９】
ついで、赤色レジスト４８Ｒの膜厚を計測する工程では、記憶部３５に登録されている分光フィルタの種類と登録パターンを読み出して分光器２５を登録されている分光フィルタ、例えば赤色分光フィルタにセットする。そして、当該分光フィルタを透過した特定波長の分光画像のうち、受光量の大きな領域（白っぽい領域）から登録パターンとマッチするパターンを抽出し、その中央などに膜厚計測点を決定する。
【０１１０】
このような方法によれば、カラーの計測対象物に対する計測作業を効率化することができ、目的とする色の薄膜の膜厚を間違いなく計測することができる。なお、計測対象物３６の色は、上記のような赤、緑、青に限るものでない。また、図３１とは逆に、ポインタで計測画像の領域をポイントすると、選択メニューにその領域の色の種類（色名）が表示されるようにしてもよい。
【０１１１】
（第８の膜厚計測点抽出方法）
第８の膜厚計測点抽出方法は、パターンを抽出する分光画像の決定に関するものである。膜厚計測装置２１により膜厚を計測するためには、予め膜の構成、膜の光学定数ないし物理定数が入力されている。これに加え、製造ラインにおいては、狙いとする領域の膜厚値も明確であるので、この方法では、その狙いとする膜厚値の情報も信号処理部２８に入力しておく。そして、これらの情報（特に、膜厚の目標値と光学定数）をもとに理論の反射率を算出し、その結果より反射率が最大、最小となる波長を決定する。狙いとする膜の反射率が最大、最小となる波長が理論的に決定したら、計測対象物に関する情報（例えば、基板の構成、計測領域の周辺の膜種、周辺の反射率の実測値など）に基づいて画像のコントラストが最大となる波長（分光色）を決定する。
【０１１２】
例えば、ガラス基板上に厚さ１５０ｎｍのＩＴＯ膜、厚さ８０ｎｍのポリイミド膜を成膜したものを計測対象物とした場合の理論反射率の計算結果が図３２で表されたとする。この理論反射率では、約５５０ｎｍの波長で反射率が最大となり、約４３０ｎｍの波長で反射率が最小となっている。この計測対象物の膜厚を計測しようとする領域の周囲が電極が設けられている場合には、電極領域での反射率は波長によらず非常に大きいので（図２７参照）、膜厚計測領域では反射率が小さくなるようにすることにより計測画像のコントラストが大きくなる。よって、計測画像からパターンを抽出するのに用いる光の波長又は分光フィルタの種類としては、反射率が最小となる波長、すなわち約４３０ｎｍの波長とし、この波長の光を透過させるような分光フィルタを用いる。
【０１１３】
このような方法によれば、コントラストの高い分光画像を得るために、最適な光の波長又は分光フィルタの種類を予め実験的に決定する必要がなく、膜厚計測を効率化することができる。
【０１１４】
（第９の膜厚計測点抽出方法）
第９の膜厚計測点抽出方法は、ＦＰＤパネルなどの複数枚のパネル５１を形成されたマザーガラス５２の状態でパネル５１の膜厚計測点を決定するものである。図３３（ａ）は複数のパネル５１を形成されたマザーガラス５２に対して予め膜厚計測点を登録する際の様子を表しており、図３３（ｂ）は図３３（ａ）の破線で囲まれた領域を拡大した画像である。
【０１１５】
図３３（ａ）に示している計測対象物３６では、大判のマザーガラス５２の上に複数枚のパネル５１が並べて形成されている。パネル５１の縁には画素開口１６のない遮光領域５４が枠状に形成されている。これらのパネル５１は、最終的には、マザーガラス５２をダイシングすることにより切り離される。
【０１１６】
第９の膜厚計測点抽出方法では、作業者が予め膜厚計測点をティーチングし信号処理部２８に登録しておく場合には、図３３（ａ）に示すように、パネル５１の隅の部分だけが計測視野５３となるように、サンプルのマザーガラス５２又は膜厚計測装置２１を配置する。そして、図３３（ｂ）に示すような計測視野５３内の画像から、パネル５１の縁の遮光領域５４の一部（図３３（ｂ）で斜線をほどこした部分）をパターンＱとして抽出する。ついで、作業者によりいずれかの画素開口１６内の点が計測点Ｐとして指示されると、信号処理部２８は抽出パターンＱの角又は隅を基準とする計測点Ｐまで変位量を計測し、この変位量を記憶部３５に記憶させる。
【０１１７】
膜厚計測工程における膜厚計測点を決定するプロセスでも同様に、信号処理部２８はパネル５１の隅の部分を計測視野５３に納めて遮光領域５４の一部をパターンＱとして抽出し、パターンＱの角又は隅を基準とする登録位置に膜厚計測点Ｐを決定する。
【０１１８】
また、別な方法としては、図３４（ａ）に示すように、パネル５１の隅の部分とマザーガラス５２の角の部分とが計測視野５３に入るように、サンプルのマザーガラス５２又は膜厚計測装置２１を配置する。そして、図３４（ｂ）に示すような計測視野５３内の画像から、マザーガラス５２の角を特徴点Ｒとして抽出する。ついで、作業者によりいずれかの画素開口１６内の点が計測点Ｐとして指示されると、信号処理部２８は特徴点Ｒを基準とする計測点Ｐまで変位量を計測し、この変位量を記憶部３５に記憶させるようにしてもよい。
【０１１９】
図３３又は図３４に示したような方法では、図３５（ａ）に示すように、マザーガラス５２の上に形成されているパネル５１の形状や数が異なっていても、各品種毎に膜厚計測点Ｐを設定することができるので、多品種に対応することができる。なお、図３３に示した方法では、図３５（ｂ）に示したような大きな計測視野５３ａを設定すると、いくつかのパターンＱ（すなわち、いくつかのパネル５１の隅の部分）が計測視野５３ａ内に含まれるので、いずれのパネル５１を基準とするか判別する必要があるが、図３５（ｂ）に示す計測視野５３のように計測視野５３を小さくすることで検索範囲が狭くなり、パターン抽出を高速化することができる。また、計測対象物の品種毎に観測エリアを調整するようにしてもよい。
【０１２０】
（第３の実施形態）
図３６は本発明の第３の実施形態による色度計測装置６１の構成を示す図である。この色度計測装置６１は、赤色レジスト、緑色レジスト及び青色レジストの各カラーセルがガラス基板上に配列された、液晶表示パネル用などのカラーフィルタの膜厚及び色度を計測することができるものである。この色度計測装置６１は、図４に示した膜厚計測装置２１と同様な構成を有しているので、異なる点を中心に説明する。計測対象物３６を置く支持台６２の中央部には開口６３を有しており、ハロゲンランプからなる光源２２の白色光を光ファイバ６４を通じて開口６３の下方へ導き、光ファイバ６４の先端から出射された白色光をコリメートレンズ６５で平行光に変換して開口６３から透光性を有する計測対象物３６に照射し、計測対象物３６を透過した光が結像光学系２４、ピンホール４１及び分光器２５を通過して光検出器２６に結像されるようにしている。また、光源２２から出た光を投光光学系２３側と光ファイバ６４側とに切り換えられるよう、光源２２と投光光学系２３の間の空間及び光源２２と光ファイバ６４との間の空間には、それぞれソレノイド６６、６８によって駆動されるシャッター６７、６９が配設されている。また、光検出器２６には、シリコン製ＣＣＤを搭載したカメラが用いられている。
【０１２１】
分光器２５を構成するフィルタ板４２の縁には、図３７に示すように、原点検出用の突起７０又は切欠きを設けてあり、フォトカプラ等の原点検出用センサ７１によって突起７０又は切欠きの位置を検出することでフィルタ板４２の原点位置を検出できるようにしている。フィルタ板４２が原点からどれくらいの角度回転しているかは、フィルタ板４２を回転させる制御用モータ４３に与えるパルス数で決まる。フィルタ板４２には、原点から順に４５０ｎｍの波長域の分光フィルタ７２ａ、５５０ｎｍの波長域の分光フィルタ７２ｂ、６５０ｎｍの波長域の分光フィルタ７２ｃが並んでおり、その次に４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍまでの可視領域の分光フィルタ７２ｄ〜７２ｇが設けられ、続いて８００ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、９５０ｎｍ、１０００ｎｍの近赤外領域の分光フィルタ７２ｈ〜７２ｌが並べられている。
【０１２２】
このような色度計測装置６１を用いてカラーフィルタの各カラーセルの膜厚及び色度を計測する場合には、以下のようにして行う。まず、初めには、フィルタ板４２は原点の位置にあり、４５０ｎｍの波長の分光フィルタ７２ａがピンホール４１の上に位置している。光学系は透過型となっており、シャッター６７が閉じてシャッター６９が開いており、光ファイバ６４の先端から出射した白色光がコリメートレンズ６５によって平行光に変換され、下方からカラーフィルタ（計測対象物３６）に照射されている。この状態でフィルタ板４２を回転させて、順次波長が４５０ｎｍの分光フィルタ７２ａ、５５０ｎｍの分光フィルタ７２ｂ、６５０ｎｍの分光フィルタ７２ｃに切り替え、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの分光波長の画像を得る。これらの分光画像では、それぞれ赤色レジスト、緑色レジスト、青色レジストに対して最も透過率が高くなるので、信号処理部２８により各色のレジストの位置の判別が可能になる。
【０１２３】
ついで、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視領域の分光フィルタ７２ｄ〜７２ｇを用いて分光画像を取り込む。そして、これまでに述べてきたような方法により膜計測位置を決定し、膜計測位置における画像データから膜計測位置における各カラーレジストの色度を演算する。
【０１２４】
この後、シャッター６９を閉じ、シャッター６７を開き、上方から白色光で同軸落射照明する。そして、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外領域の分光フィルタ７２ｇ〜７２ｌを用いて分光画像を取り込み、上記膜計測位置における画像データから膜計測位置における各カラーレジストの膜厚計測を行う。
【０１２５】
図３８はカラーフィルタの赤色レジスト（Ｒ）、緑色レジスト（Ｇ）、青色レジスト（Ｂ）の透過率特性を表している。赤色レジストでは約６００ｎｍよりも長波長側で透明な特性となっており、緑色レジスト及び青色レジストでは約８００ｎｍよりも長波長側で透明な特性になっている。従って、光源２２として８００ｎｍ〜１０００ｎｍ帯の光を出すハロゲンランプを用い、光検出器２６から８００ｎｍ〜１０００ｎｍ帯の画像信号を出力するようにすれば、カラーフィルタの色素の影響によって膜による干渉波形が乱されることなく膜厚計測を行うことができるのである。また、４００ｎｍ〜７００ｎｍの光波長を使用して透過型の光学系を用いることにより、カラーフィルタの色度を計測することができる。
【０１２６】
カラーフィルタの赤色レジスト、緑色レジスト、青色レジストはそれぞれ、可視領域で不透明な波長領域が存在する。青色レジストでは、５００〜７００ｎｍの領域、緑色レジストでは４００〜５００ｎｍと６００〜７００ｎｍの領域、赤色レジストでは６３０〜７００ｎｍの領域で不透明である。したがって、上記のような方法で、まずレジストの色を特定し、その後、可視領域と赤外領域の全ての分光画像を取得した後、それぞれの透明な波長領域における分光画像を使って膜厚演算すれば、７００〜１０００ｎｍの近赤外領域のみで膜厚計測するよりも、点数が増えた分、波長ノイズに強くなり、膜厚精度が向上する。
【０１２７】
【発明の効果】
本発明の光学式膜計測装置によれば、光検出器により取り込んだ膜計測位置よりも広い観測エリアの画像に基づいて膜計測位置を定め、その膜計測位置から抽出した信号に基づいて膜の特性を演算することができるので、１つ１つの計測対象物を計測する都度、計測対象物の膜計測位置を所定位置に位置決めする必要がなくなる。従って、計測対象物の位置に関係なく所定の膜計測位置における膜の特性を計測することが可能になる。
【０１２８】
その結果、膜計測に要する時間を短縮することができ、効率的に膜の特性を計測することができる。また、短時間で膜の計測を行うことができるので、この光学式膜計測装置を生産ラインに取り付けてインライン計測することが可能になる。さらに、計測対象物の位置決めが不要になるので、位置決め用のステージが不要となり、装置コストを安価にできると共に膜計測作業を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の膜厚検査装置の構成を示す側面図である。
【図２】同上の膜厚検査装置で観測されている計測対象物の一例（ＴＦＴ基板）を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による膜厚計測装置の概略構成図である。
【図４】同上の膜厚計測装置の光学系の具体的な例を示す構成図である。
【図５】図４の膜厚計測装置に用いられている分光器の正面図である。
【図６】膜厚計測装置により対象物の膜厚を計測する工程を説明するフロー図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による膜厚計測装置の概略構成図である。
【図８】同上の膜厚計測装置の光学系の具体的な例を示す構成図である。
【図９】第１の計測点抽出方法におけるパターン登録プロセスを説明するフロー図である。
【図１０】（ａ）はパターン登録するための計測対象物のサンプルの画像を示す図、（ｂ）はそこから抽出されたパターンの拡大図である。
【図１１】第１の計測点抽出方法における膜厚計測点の決定方法を説明するフロー図である。
【図１２】（ａ）は図１１のフロー図に示す手順に従って膜厚計測点を決定する様子を説明する図、（ｂ）は（ａ）の変形例、すなわち膜厚計測点を決定する異なる方法を説明する拡大図である。
【図１３】第１の膜厚計測点抽出方法の異なる変形例を説明するフロー図である。
【図１４】第２の計測点抽出方法において膜厚計測点を予め指示し登録させる手順を説明するフロー図である。
【図１５】（ａ）は計測画像に対して膜厚計測点を指示する様子を示す図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。
【図１６】第２の膜厚計測点抽出方法において膜厚計測点を決定する手順を説明するフロー図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は第２の実施形態の変形例を表わした図であって、（ｂ）は（ａ）の一部拡大した図である。
【図１８】（ａ）（ｂ）は第２の実施形態の異なる変形例を表わした図であって、（ｂ）は（ａ）の一部拡大した図である。
【図１９】第２の実施形態のさらに異なる変形例を表わした図である。
【図２０】第４の膜厚計測点抽出方法においてパターンを登録する手順を説明するフロー図である。
【図２１】（ａ）は計測画像に対してパターンとなる領域を指示している様子を説明する図、（ｂ）は計測画像から抽出されたパターンを示す拡大図である。
【図２２】第５の膜厚計測点抽出方法においてパターンを登録する手順を説明するフロー図である。
【図２３】（ａ）（ｂ）は計測画像に対して膜厚計測点を入力した後、パターンとなる領域が抽出される過程を説明する図である。
【図２４】（ｃ）は図２３（ａ）（ｂ）の続図であって、パターンとなる正方形領域が拡大される様子を説明する図、（ｄ）は計測画像から抽出されたパターンを示す拡大図である。
【図２５】第６の膜厚計測点抽出方法においてパターンを登録する手順を説明するフロー図である。
【図２６】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は異なるフィルタで得られた分光画像を示す図である。
【図２７】異なる分光画像から抽出されたパターンのコントラストを比較して示す図である。
【図２８】白色画像として撮像された計測画像の表示を示す図である。
【図２９】赤色フィルタ、緑色フィルタ及び青色フィルタの透過率特性を示す図である。
【図３０】赤色フィルタを透過した赤色の分光画像の表示を示す図である。
【図３１】第７の膜厚計測点抽出方法を説明する図であって、パターン登録時に表示される選択メニューと計測画像を示すものである。
【図３２】第８の膜厚計測点抽出方法を説明する図であって、計測対象とする薄膜の反射率を理論的に計算した結果を表したものである。
【図３３】（ａ）（ｂ）は第９の膜厚計測点抽出方法を説明する図である。
【図３４】（ａ）（ｂ）は第９の膜厚計測点抽出方法の変形例を説明する図である。
【図３５】図３３又は図３４の膜厚計測点抽出方法の利点を説明する図である。
【図３６】本発明の第３の実施形態による膜厚計測装置の構成図である。
【図３７】図３６の膜厚計測装置に用いられている分光器の正面図である。
【図３８】計測対象物であるカラーフィルタを構成する赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタの透過率を示す図である。
【符号の説明】
２１ 膜厚計測装置
２４ 結像光学系
２５ 分光器
２６ 光検出器
２８ 信号処理部
３０ 表示装置
３１ 前処理部
３２ 計測点抽出部
３３ 膜厚演算部
３６ 計測対象物
４０ 遮光板
４１ ピンホール
４２ フィルタ板
４３ 制御用モータ
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ, フィルタ
Ｐ 膜厚計測点
Ｑ 抽出パターン
Ｒ 特徴点
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式膜計測装置に関する。特に、透光性を有する薄膜の厚みや色度等の膜特性を計測するための光学式膜計測装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
液晶表示デバイス（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＤＰ）の製造工程において、ガラス基板や半導体基板などの基板に光を照射し、その反射光より基板上に形成された薄膜の膜厚を計測するための装置としては、図１に示すような構造の膜厚検査装置が知られている。
【０００３】
この膜厚検査装置１にあっては、計測対象物を載置して計測対象物を水平面内で２次元方向に移動させるための移動ステージ２が設けられており、移動ステージ２の上方には顕微鏡３が配置されている。顕微鏡３は、顕微鏡光学系の一部を納めた鏡筒部４の下に対物レンズ５が設けられ、鏡筒部４の上方には接眼レンズ６が設けられており、鏡筒部４の側面には光源７が設けられている。顕微鏡３の上方には回折格子９及び光検出器１０からなる分光器ユニット８とカメラ１１とが取り付けられている。また、この膜厚検査装置１にあっては、計測対象物の膜厚を演算して出力する信号処理部１２と、顕微鏡３の視野（観測エリア）内の画像を表示させる表示装置１３とを備えている。
【０００４】
しかして、この膜厚検査装置１にあっては、予め計測対象物を移動ステージ２の上にセットしておき、光源７から出た光を側面から鏡筒部４内に入射させる。鏡筒部４の内部に入射した光は、鏡筒部４の内部に設けられているハーフミラー（図示せず）によって反射され、対物レンズ５を通して計測対象物を同軸落射照明する。顕微鏡３は、その光軸上に位置する膜厚計測点と、その周囲の観測エリアを視野範囲としており、表示装置１３にはカメラ１１で撮影された観測エリア内の画像が表示される。計測対象物に照射された光のうち、観測エリアの中心に位置する膜厚計測点で反射された反射光は、顕微鏡３内部の結像位置に設けられている反射鏡のピンホール（図示せず）を通過した後、回折格子９によって分光され、回折格子９によって生成された分光スペクトルは光検出器１０によって受光されている。膜厚検査装置１の計測スイッチが押されてオンになると、信号処理部１２は、光検出器１０から受信した受光強度信号に基づき、所定のアルゴリズムに従って計測対象物の膜厚を計測し、計測結果を表示装置１３に表示する（このような膜厚検査装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。）。
【０００５】
図２は、計測対象物の一例として液晶表示デバイスのＴＦＴ基板１４を示しており、膜厚検査装置１の観測エリア内の画像を表している。ＴＦＴ基板１４は、ガラス基板の表面に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や配線を形成し、その上にポリイミド膜を成膜したものである。ＴＦＴ基板１４において薄膜トランジスタや配線を形成されている領域を以下では遮光領域（ブラックマトリクス）１５といい、遮光領域１５に囲まれた領域を画素開口１６と呼ぶ。このようなＴＦＴ基板１４が計測対象物となるとき、膜厚検査装置１により計測されるのは、例えば、ポリイミド膜の画素開口１６内における膜厚である。
【０００６】
しかしながら、上記のような膜厚検査装置１においては、膜厚計測は光干渉方式を用いているので、光軸付近の正反射光を受光できる領域（観測エリアの中心の膜厚計測点Ｐ）でしか膜厚計測を行うことができない。そのため、膜厚検査装置１の膜厚計測点ＰがＴＦＴ基板１４の遮光領域１５の上に位置していると、画素開口１６におけるポリイミド膜の膜厚を正しく計測することができない。
【０００７】
そのため、従来にあっては、接眼レンズ６から顕微鏡３の画像を覗きながら、あるいは、表示装置１３に表示されている画像を確認しながら、移動ステージ２でＴＦＴ基板１４を動かして膜厚計測を行いたい点（すなわち、ＴＦＴ基板１４の画素開口１６にある膜厚計測点Ｐ）が光軸の真下にくるように位置調整した後、ポリイミド膜の膜厚計測を行っている。
【０００８】
よって、従来の膜厚検査装置１にあっては、膜厚計測を行うのに時間が掛かることになり、そのため生産ラインに取り付けて計測対象物の全数検査を行うことが困難であり、計測対象物を抜き取り検査するしかなかった。
【０００９】
【特許文献１】
特公平７−３３６５号公報
【００１０】
【発明の開示】
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、計測対象物の位置決めを行うことなく、計測対象物の所定箇所における膜厚や色度などの膜特性を計測することができる光学式膜計測装置を提供することにある。
【００１１】
本発明にかかる光学式膜計測装置は、計測対象物の所定の膜計測位置における膜の特性を計測する光学式膜計測装置であって、前記膜計測位置よりも広い領域を観測エリアとする光検出器と、前記光検出器に所定の波長域の光のみを入射させることができ、かつ、その波長域を選択的に切り換えることができる分光手段と、前記光検出器により取り込まれた観測エリアの画像に基づいて前記膜計測位置を決定する手段と、前記光検出器により取り込まれた観測エリアのうちから、前記膜計測位置における信号を抽出する手段と、前記信号抽出手段により抽出された信号に基づいて膜の特性を演算する手段とを備え、計測対象物の構成に関する情報に基づき、前記光検出器に取り込まれる画像のコントラストがもっとも高くなる分光画像の波長域を予め登録された計測対象物の光学定数と厚みに基づいて計算により求めておくことを特徴としている。本発明の光学式膜計測装置は、例えば膜厚や膜の色度などの膜の特性を計測するために用いることができる。
【００１２】
本発明にかかる光学式膜計測装置によれば、計測対象物の構成に関する情報に基づき、前記光検出器に取り込まれる画像のコントラストがもっとも高くなる分光画像の波長域を予め登録された計測対象物の光学定数と厚みにもとづいて計算により求めておけば、予備試験を不要にすることができる。そして、前記光検出器に所定の波長域の光のみを入射させることができ、かつ、その波長域を選択的に切り換えることができる分光手段を備えているので、分光手段を切り換えて得た異なる波長域の画像に基づいて膜の特性を計測することができ、単一波長又は白色光のみで計測する場合に比べて高い精度で膜の特性を計測することが可能になる。
また、本発明にかかる光学式膜計測装置によれば、光検出器により取り込んだ膜計測位置よりも広い観測エリアの画像に基づいて膜計測位置を定め、その膜計測位置から抽出した信号に基づいて膜の特性を演算することができるので、１つ１つの計測対象物を計測する都度、計測対象物の膜計測位置を所定位置に位置決めする必要がなくなる。従って、計測対象物の位置に関係なく所定の膜計測位置における膜の特性を計測することが可能になる。
【００１３】
その結果、膜計測に要する時間を短縮することができ、効率的に膜の特性を計測することができる。また、短時間で膜の計測を行うことができるので、この光学式膜計測装置を生産ラインに取り付けてインライン計測することが可能になる。さらに、計測対象物の位置決めが不要になるので、位置決め用のステージが不要となり、装置コストを安価にできると共に膜計測作業を簡略化することができる。
【００１４】
前記光検出器が取り込む計測対象物の画像が、四角形や六角形等の所定形状をしたパターンの周期的に繰り返したものである場合においては、例えば、前記膜計測位置を決定する手段が、前記光検出器により取り込まれた計測対象物の画像から前記パターンのいずれかを抽出し、そのパターン内の所定位置を前記膜計測位置とするようにすればよい。パターンが周期的に繰り返した画像では、画像認識技術などを用いれば、繰り返しの単位となるパターンを抽出することができるので、この実施態様では、そのパターン内の所定位置に膜計測位置を決めることにより、計測対象物の位置によらず一定位置に膜計測位置を決定することができる。所定形状をしたパターンの周期的に繰り返したものには液晶基板が含まれる。
【００１５】
前記膜計測位置を決定する手段が膜計測位置を定める別な方法としては、前記光検出器により取り込まれた計測対象物の画像から予め登録されたパターンを抽出し、そのパターン内の所定位置を前記膜計測位置としてもよい。この実施態様によれば、光検出器により取り込まれた画像から予め登録されたパターンを抽出し、そのパターン内の所定位置に膜計測位置を決めることにより、計測対象物の位置によらず一定位置に膜計測位置を決定することができる。また、パターンを登録する方法によれば、画像が複数のパターンを含んでいる場合でも、目的とするパターンを確実に抽出させることができる。
【００１６】
前記パターン内における前記膜計測位置は、作業者等があらかじめ入力手段を通じて外部から指定し記憶手段に登録させておいてもよく、抽出されたパターンに応じて、例えばパターンの中心や角、交点などに自動的に決定されるようにしてもよい。前者によれば細かな膜計測位置の指定が可能になり、後者によれば膜計測位置が自動的に決定されるので、膜計測作業を簡略にできる。
【００１７】
画像から抽出されたパターンを登録する方法としては、光検出器により取り込まれた計測対象物の画像に対して外部から入力手段を通じて特徴点が指定されると、当該特徴点に基づいて抽出されたパターンを前記登録パターンとして記憶手段に登録させる手段と、前記抽出されたパターンを観測エリアの画像上に重ねて表示する手段とを用いることができる。特徴点に基づいてパターンを抽出するとは、例えば作業者等によって指定された特徴点に囲まれた領域ないし形状をパターンとする場合である。このような実施態様によれば、パターンを簡単に指定することができる。また、前記抽出されたパターンを観測エリアの画像上に重ねて表示することで、作業者が意図したパターンが正しく登録されたかどうかの確認が容易に行うことができる。表示は、該パターンの形状と画面上の位置とが画面内において明確に識別できるような表示であればよく、白黒反転表示や特定の色表示を行ったり、パターンの外形を太線や破線等で囲む表示方法が含まれる。
【００１８】
また、画像から抽出されたパターンを登録する別な方法としては、光検出器により取り込まれた計測対象物の画像に対して外部から入力手段を通じて部分画像が指定されると、当該部分画像に含まれるパターンを抽出して前記登録パターンとして記憶手段に登録させる手段と、前記抽出されたパターンを観測エリアの画像上に重ねて表示する手段とを用いてもよい。この実施態様によれば、登録パターンとして指定したいパターンより一回り広い領域を指定するだけで、その内部に含まれるパターンが登録パターンとして抽出されるので、正確に登録パターンを指定する必要が無く、パターンを登録する作業を簡単にできる。
【００１９】
また、画像から抽出されたパターンを登録するさらに別な方法としては、光検出器により取り込まれた計測対象物の画像に対して外部から入力手段を通じて１点又は１領域を指定されると、当該１点又は１領域を含む、画像上で明るさが略一定である領域をパターンとして抽出し、抽出されたパターンを前記登録パターンとして記憶手段に登録する手段と、前記抽出されたパターンを観測エリアの画像上に重ねて表示する手段とを用いてもよい。この実施態様によれば、正確に登録パターンを指定する必要が無く、パターンを登録する作業を簡単にできる。
【００２１】
分光手段を備えた実施態様においては、膜計測位置を決定する手段が観測エリアの画像に基づいて前記膜計測位置を決定する際には、当該画像のコントラストがもっとも高くなるように設定するのが望ましい。画像のコントラストがもっとも高くなるようにして膜計測位置を決定すれば、膜計測位置を決定する精度を高くすることができる。
【００２２】
また、本発明の光学式膜計測装置は、分光手段により得られた複数の波長域に対応する画像をもとに、各画素について、得られた複数の波長域に対応する画像のうち可視光領域で最も光検出強度が高い波長域に対応する色でカラー表示する表示する手段を備え、前記カラー表示された画像上で膜計測位置を設定可能とされる。このようにすれば、特にカラーフィルタの場合、特定の色の画素を選んで膜計測位置として設定することが作業者にとって確実かつ容易となる。
【００２３】
本発明の実施の態様では、前記光検出器が取り込む計測対象物の画像が、所定形状をしたパターンの周期的に繰り返したものである場合において、前記膜計測位置を決定する手段は、前記光検出器により取り込まれた計測対象物の画像から前記パターンの特徴点を抽出し、その特徴点を基準とする所定位置を前記膜計測位置としている。なお、特徴点を基準とする所定位置とは、特徴点そのものも含まれる。この実施態様によれば、パターンそのものでなく、パターンの特徴点例えばパターンの角などを基準にして膜計測位置を決めることができる。このパターンの特徴点を基準とする所定位置は予め登録しておいてもよく、一定位置に決めておいてもよい。
【００２４】
光検出器が取り込む計測対象物の画像が、格子状ないし枠状をしたパターンを有するものである場合においては、前記パターンの交差点の中心を前記膜計測点とするができる。この実施態様によれば、格子状ないし枠状をした箇所における膜の特性を容易に計測することができる。
【００２５】
本発明の実施の態様では、膜計測位置決定手段が、前記光検出器により取り込まれた観測エリアの画像に基づいて複数箇所の膜計測位置を決定し、膜特性演算手段が、複数箇所の膜計測位置から抽出された信号に基づいて膜の特性を演算するようになっていてもよい。このような実施態様では、複数箇所で平均化された膜の特性を算出することができ、計測結果の安定性を向上させることができる。
【００２６】
本発明の実施の態様では、光検出器により、計測対象物の角部を含むようにして計測対象物の画像を取り込み、光検出器により取り込まれた画像から計測対象物の角部を抽出し、抽出した計測対象物の角部を基準として前記膜計測位置を決定するようにしてもよい。
【００２７】
また、基板上に複数に分けて形成された計測対象物を計測する場合においては、光検出器により、前記基板の角を含むようにして計測対象物の画像を取り込み、光検出器により取り込まれた画像から基板の角を抽出し、抽出した基板の角を基準として計測対象物の前記膜計測位置を決定するようにしてもよい。このようにすれば、複数の計測対象物が基板に形成されている場合でも、所定位置の計測対象物を計測させることができる。
【００２８】
観測エリアの領域を設定する際には、基板の品種毎に光検出器で画像を取り込む観測エリアの領域を作業者が自由に設定できるようにすれば、計測対象物に応じた画像を抽出させることが可能になる。
【００２９】
本発明の実施の態様では、白色光を照射する光源と、可視領域から近赤外領域にわたる範囲の分光フィルタを備えた分光手段と、着色された薄膜の色度及び膜厚を計測する手段とを備えている。この実施態様では、一度に計測対象物である薄膜の色度と膜厚を計測することが可能になり、計測作業を効率的に行える。
【００３０】
本発明の実施の態様では、白色光を照射する光源と、４５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約５５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約６５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、可視光領域の複数の分光フィルタ、及び近赤外領域ないし赤外領域の複数の分光フィルタが並べられることにより構成された分光手段とを備え、少なくとも４５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約５５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約６５０ｎｍ近辺の分光フィルタが順に連続して並べられているので、最初に４５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約５５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約６５０ｎｍ近辺の分光フィルタにより膜計測位置を定めるための必要な画像を短時間で取得することができるようになる。
【００３１】
また、前記光源から出射し計測対象物に照射させた光の反射光と透過光を前記光検出器に取り込めるようにすれば、例えば、反射光の画像から膜厚を計測し、透過光の画像から色度を計測することが可能になる。
【００３２】
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図３は本発明の第１の実施形態による膜厚計測装置２１の概略構成図である。この膜厚計測装置２１における光学系の構成は、光源２２、投光光学系２３、結像光学系２４、分光器２５、光検出器２６、Ａ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）２７、信号処理部２８、入出力部（入力部と出力部に分かれていてもよい。）２９及び表示装置３０によって構成されている。光源２２は白色光又は多色光を出射するものであって、例えばハロゲンランプや白色ＬＥＤ、あるいは出射光波長の異なる複数個のＬＥＤなどを用いることができる。投光光学系（照明光学系）２３は、光源２２から出射された光を所定の広がりを有する観測エリアに照射させるための光学系であり、レンズ等により構成されている。結像光学系２４は、投光光学系２３により照射され、観測エリアに置かれた計測対象物３６で反射された光を光検出器２６に結像させるための光学系であって、顕微鏡光学系などによって構成されている。分光器２５は、結像光学系２４により取り込んだ観測エリアの画像から特定波長の画像（以下、分光画像という。可視光域の画像に限らない。）を抽出するものであって、例えば透過型又は反射型の分光フィルタによって構成される。分光器２５の選択波長域は切り換えられるようになっており、分光器２５の切り換えによって異なる色又は異なる波長域の分光画像を得ることができる。光検出器２６には、分光器２５で抽出された分光画像が結像させられる。光検出器２６としては、複数ないし多数の検知セルが２次元で集合した領域分割型の受光素子、例えば２次元ＣＣＤカメラやフォトダイオードアレイ等が用いられており、各受光セルにおける受光強度信号を出力可能になっている。
【００３４】
図４は上記膜厚計測装置２１に用いられている光学系の具体的構成の一例を示す図である。図４に示す具体的構成では、光源２２は、ハロゲンランプ等の白色光源と反射板によって構成されており、横向けにして結像光学系２４の側面に配置されている。投光光学系２３は、光源２２から出射された白色光（全波長域の光）を平行光に変換するコリメートレンズ３７と、結像光学系２４内に配置されたハーフミラー３８によって構成されている。しかして、光源２２から出射された白色光は、コリメートレンズ３７によって平行光に変換された後、ハーフミラー３８で反射されて下方の観測エリアに向けて投射される。よって、観測エリアに計測対象物３６が位置していれば、計測対象物３６は白色平行光により同軸落射照明される。計測対象物３６の薄膜に照射された光は、薄膜の表面と裏面で反射し、薄膜の表面で反射した光と裏面で反射した光が薄膜の膜厚に応じて各波長毎に干渉を起こす。
【００３５】
結像光学系２４は、ハーフミラー３８の上方に配置された複数枚のレンズからなる顕微鏡光学系３９と、遮光板４０により構成されている。遮光板４０の中央部にはピンホール４１が開口されている。光源２２から計測対象物３６に照射された後、計測対象物３６で正反射して戻ってくる白色反射光は、顕微鏡光学系３９によってピンホール４１の位置で１点に集光され、ピンホール４１を通過した白色光は分光器２５を透過する。
【００３６】
分光器２５は、パルスステップモータ等の制御用モータ４３によってフィルタ板４２を回転させるようにしたものである。図５は分光器２５の正面図である。円板状をしたフィルタ板４２の中心は、制御用モータ４３の回転軸４４によって支持されており、フィルタ板４２の外周部には、回転軸４４から等しい距離となるようにして複数の開口が設けられており、１つを除く開口にはそれぞれ選択波長の異なる透過型の分光フィルタ（バンドパスフィルタ）４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…が嵌め込まれており、１つの開口は分光フィルタの嵌められていない透孔４６となっている。このような透過型分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…としては、誘電体多層膜などを用いることができる。分光器２５のフィルタ板４２は、遮光板４０の上に近接して配置されており、制御用モータ４３によってフィルタ板４２を回転させることにより、透孔４６又は任意の分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…を遮光板４０のピンホール４１と対向する位置へ移動させることができる。よって、いずれかの分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…がピンホール４１の上に位置している場合には、ピンホール４１を通過した白色光は、その上の分光フィルタ例えば４５ａに入射し、その分光フィルタで決まる特定の波長域の光だけが光検出器２６に入射する。なお、ピンホール４１は、計測対象物３６で反射した反射光のうち平行光のみをピンホール４１を通過させることにより、結像光学系２４と計測対象物３６との間の距離のバラツキによる影響を小さくするものであり、さらに、１つの分光フィルタのサイズを小さくしてフィルタ板４２に多種類の分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…を設けておくことができるようにする。
【００３７】
光検出器２６は、ＣＣＤやフォトダイオードアレイ等の領域分割型の受光素子によって構成されている。顕微鏡光学系３９の焦点距離を調整することにより、計測対象物３６と光検出器２６の受光面とは互いに共役な位置となるように調節されており、光検出器２６の受光面には計測対象物３６の観測エリア（受光視野）の画像が結像される。ただし、いずれかの分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…がピンホール４１の上にセットされている場合には、計測対象物３６の画像がそのまま結像される訳ではなく、計測対象物３６の画像のうち分光フィルタの種類で決まる所定波長域の分光画像が光検出器２６に結像される。
【００３８】
光検出器２６に結像された画像は、光検出器２６によって光電変換された後、Ａ／Ｄ変換器２７へ送られる。Ａ／Ｄ変換器２７は、図３又は図４に示されている光検出器２６から出力されたアナログ画像信号をデジタル信号に変換して信号処理部２８へ入力するものである。なお、光検出器２６と信号処理部２８との間では、各種制御信号やタイミング信号なども送受信されている。
【００３９】
信号処理部２８は、図３に示すように、前処理部３１、計測点抽出部３２、膜厚演算部３３、制御部３４及び記憶部３５によって構成されており、ＣＰＵや電子回路、パーソナルコンピュータ及びソフトウエア等によって実現されている。制御部３４は、前処理部３１や計測点抽出部３２、膜厚演算部３３等の全体の動作を制御して信号処理部２８に膜厚計測を行わせるものである。また、制御部３４は、光源２２や分光器２５に制御信号を出力し、光源２２を点灯又は消灯させたり、分光器２５のフィルタ板４２を回転させて選択波長を切り換える。記憶部３５は、計測点抽出部３２において膜厚計測点を抽出するためのデータやプログラム、また、膜厚演算部３３において膜厚演算するためのデータやプログラムなどを記憶させられており、ハードディスクやメモリ、ＣＤ、ＤＶＤ等の媒体によって構成されている。
【００４０】
前処理部３１は、Ａ／Ｄ変換器２７を通じて入力されたデジタル信号（光検出器２６からの画像信号）を受信し、受信したデジタル信号にノイズ低減処理を施すものである。ノイズ低減処理としては、例えば、信号の平均化処理を用いることができる。平均化処理としては、時間軸に関して行われる平均化でもよく、光検出器２６の各受光セルについてその周囲の受光セルとの間で平均値を求める空間的な平均化でもよく、両者を併用してもよい。前処理部３１で処理されたデジタル信号は、計測点抽出部３２へ送られる。また、前処理部３１で処理されたデジタル信号は表示装置３０へ出力され、光検出器２６で撮像された計測対象物３６の計測画像が表示装置３０に表示される。
【００４１】
計測点抽出部３２は、画像認識技術を用いて、前処理部３１から受け取ったデジタル信号に基づき、観測エリアの計測画像のうちから、例えば所定のパターンを抽出し、その抽出パターン内における所定の膜厚計測点を決定する。計測点抽出部３２は、膜厚計測点を決定すると、画像信号のうち膜厚計測点における信号（即ち、膜厚計測点における受光セルの信号、あるいは膜厚計測点及びその周囲の受光セルの信号）だけを膜厚演算部３３へ送信する。また、計測点抽出部３２で抽出されたパターンと膜厚計測点データを表示装置３０へ出力し、抽出パターン及びその膜厚計測点を表示装置３０で表示させるようにしてもよい。なお、計測点抽出部３２における計測点抽出の方法ないしアルゴリズムについては具体的に後述する。
【００４２】
膜厚演算部３３は、分光器２５の分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…を切り換えて得られた異なる選択波長の複数の分光画像から抽出された膜厚計測点の信号を記憶部３５に格納し、それらの膜厚計測点におけるデータ（干渉光の反射率データ）と理論モデルとを比較することにより膜厚計測点における計測対象物の膜厚を算出する。例えば、各選択波長毎の反射率の計測値の集合を理論モデルにおける各選択波長における反射率の集合と比較することにより膜厚を算出する。算出された膜厚値は、表示装置３０や入出力部２９へ出力されて表示される。
【００４３】
図６はコンベアにより間欠的に搬送されている計測対象物３６の膜厚を上記膜厚計測装置２１によって計測する工程を説明するフロー図である。図６に従って図３又は図４のような膜厚計測装置２１により各計測対象物３６の膜厚を計測する工程の動作を説明する。膜厚計測が開始すると、制御部３４は光源２２を点灯して観測エリアの計測対象物を照明し（ステップＳ１）、膜厚計測装置２１はコンベアで搬送されてきた計測対象物３６がその直下で停止するまで待機する（ステップＳ２）。計測対象物３６が膜厚計測装置２１の真下で停止すると、結像光学系２４及び分光器２５を通して光検出器２６が白色画像又はいずれかの選択波長の分光画像を撮像する。光検出器２６により撮像された計測画像のデータは、Ａ／Ｄ変換器２７及び前処理部３１を経て計測点抽出部３２に取り込まれる（ステップＳ３）。計測点抽出部３２は画像認識技術により計測画像から例えば所定のパターンを抽出し、その抽出パターン内の所定の膜厚計測点を決定する（ステップＳ４）。こうして抽出された所定のパターンの画像や決定された膜厚計測点は、表示装置３０に表示されるようにしてもよい。膜厚計測点が決定されると、膜厚計測点の位置（受光セル位置）は記憶部３５に記憶される。
【００４４】
ついで、制御部３４から分光器２５に制御信号を出力して所定の選択波長の分光フィルタ例えば４５ａをピンホール４１の上にセットし（ステップＳ５）、所定の波長域の分光画像を光検出器２６により計測する（ステップＳ６）。光検出器２６により計測された分光画像のデータは、Ａ／Ｄ変換器２７及び前処理部３１を通って計測点抽出部３２へ送られる。計測点抽出部３２は、この分光画像のデータのうちから膜厚計測点における信号のみを抽出して膜厚演算部３３へ送る（ステップＳ７）。膜厚計測点の信号を受信すると、膜厚演算部３３はその信号から膜厚計測点の分光反射率を演算し、演算結果を記憶部３５に一時的に保存する（ステップＳ８）。
【００４５】
こうして膜厚計測点における所定波長の分光反射率が求められると、膜厚演算部３３は必要な数の波長に対する分光反射率のデータが揃ったか判定する（ステップＳ９）。膜厚計測に必要な数の分光反射率のデータが揃っていない場合には、再度ステップＳ５へ戻って分光器２５を異なる分光フィルタ例えば４５ｂに切り換え、光検出器２６により異なる波長の分光画像を計測し、計測点抽出部３２で膜厚計測点における信号を抽出して膜厚演算部３３へ送り、膜厚演算部３３で演算された膜厚計測点の分光反射率を記憶部３５に保存し、必要な数の波長に対する分光反射率のデータが揃ったか判定する（Ｓ５〜Ｓ９）。
【００４６】
このようにしてステップＳ５〜Ｓ９を繰り返し、ステップＳ９において必要なデータが揃ったと判断すると、記憶部３５に一時的に記憶している分光反射率の複数のデータと予め記憶している分光反射率の理論値とを比較する（ステップＳ１０）ことにより、計測対象物３６の膜厚を算出する（ステップＳ１１）。計測対象物３６の膜厚が算出されたら、その膜厚計測結果を、表示装置３０や入出力部２９へ出力する（ステップＳ１２）。
【００４７】
膜厚計測装置２１の下に停止している計測対象物３６の膜厚計測が完了すると、当該計測対象物３６はコンベアによって膜厚計測装置２１の下方から搬出される。計測の完了した計測対象物３６が搬出されると、膜厚計測装置２１は次の計測対象物３６が搬入されるまで待機し、次の計測対象物３６が膜厚計測装置２１の下にセットされると、ステップＳ２〜Ｓ１３のステップを実行してその膜厚を計測する。
【００４８】
このような膜厚計測装置２１によれば、膜厚計測点よりも充分広い観測エリアの分光画像データを計測し、その分光画像データを元にして計測点抽出部３２により自動的に所定位置（膜厚計測点）のデータを抽出した後、計測対象物３６である薄膜の膜厚計測点における厚みを計測することが可能になるので、１つ１つの計測対象物３６について計測前にそれぞれの所定位置に膜厚計測点を定める必要がなくなる。従って、計測対象物３６の位置に関係なく所定の膜厚計測点における膜厚を計測することが可能になり、その結果、膜厚計測に要する時間を短縮でき、効率的に膜厚計測を行うことができる。また、短時間で膜厚計測を行うことができるので、この膜厚計測装置２１を生産ラインに取り付けてインライン計測することが可能になる。
【００４９】
さらに、計測対象物３６の位置決めが不要になるので、位置決め用のステージが不要となり、膜厚計測装置２１のコストを安価にできると共に膜厚計測作業を簡略化することができる。また、膜厚計測点よりも充分広い観測エリアの膜厚計測ができるため、計測する位置が異なる計測対象物３６に対しても、計測対象物毎に膜厚計測装置２１の取り付け位置を変更する必要がない。
【００５０】
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態による膜厚計測装置２１の概略構成図である。第１の実施形態による膜厚計測装置２１では、白色光を計測対象物３６に照射し、その反射光を分光器２５の分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、…に通して得た分光画像を光検出器２６で計測するようにしていたが、第２の実施形態による膜厚計測装置２１では、光源２２から出射された白色光を分光器２５の分光フィルタ４５ａ、４５ｂ、４５ｃ…に通した後、この分光された光を計測対象物３６に照射し、計測対象物３６で反射した反射光を光検出器２６に入射させて光検出器２６で分光画像を計測するようにしている。
【００５１】
図８は第２の実施形態の膜厚計測装置２１に用いられている光学系の具体的構成の一例を示す図である。第２の実施形態では、第１の実施形態において遮光板４０と光検出器２６の間に配置されていた分光器２５のフィルタ板４２を、光源２２とコリメートレンズ３７の間に配置している。
【００５２】
第２の実施形態による膜厚計測装置２１によっても、第１の実施形態による膜厚計測装置２１と同様にして、光検出器２６で得た分光画像に膜厚計測点を定めて各波長の分光画像から膜厚計測点の分光画像のデータを取り出すことができ、こうして得た分光画像のデータから異なる波長に対する分光反射率を求め、膜厚計測点において膜厚計測を行うことができ、第１の実施形態による膜厚計測装置２１と同じ効果を得ることができる。
【００５３】
（第１の膜厚計測点抽出方法）
次に、本発明にかかる膜厚計測装置、特に第１及び第２の実施形態の膜厚計測装置２１で用いられている計測点抽出部３２における種々の膜厚計測点抽出方法を説明する。まず、第１の膜厚計測点抽出方法としては、対象物の画像から繰り返しの単位パターンを抽出するものを説明する。
【００５４】
図９は第１の膜厚計測点抽出方法におけるパターン登録プロセスを説明するフロー図である。図１０はそのパターン登録方法を説明する図である。図１０（ａ）は光検出器２６で撮像された計測対象物３６の観測エリアにおける画像を表している。この画像は、図２に関連して説明したようなＴＦＴ基板１５を表しており、遮光領域１５と画素開口１６とが繰り返し配列されている。ここでは、画素開口１６における表面のポリイミド膜の膜厚を計測することを目的とする。図９及び図１０に示すものは、計測対象物から繰り返しの単位パターンを抽出して登録するプロセスと、膜厚計測点を決定するプロセスとに分かれたものである。
【００５５】
以下においては、図９のフロー図に従って、パターン登録の手順を説明する。抽出パターンを登録するにあたっては、まず計測対象物３６のサンプルを膜厚計測装置２１の真下の観測エリアに置く。サンプルを置いて登録開始指令を入力すると、光源２２が点灯して光検出器２６が図１０（ａ）のようなサンプルの観測エリアにおける画像を撮像し、画像データがＡ／Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換されて信号処理部２８に取り込まれる（ステップＳ２１）。ついで、計測点抽出部３２は、画像認識技術により、取り込まれた計測画像から図１０（ａ）で２点鎖線で囲んだ領域のパターン、すなわち繰り返しの単位となるパターンＱを抽出し（ステップＳ２２）、図１０（ｂ）のような抽出パターンＱを表示装置３０へ出力し、抽出パターンＱを観測エリアの画像に重ねた状態で表示装置３０に表示させる（ステップＳ２３）。ついで、信号処理部２８は、表示装置３０に表示されている抽出パターンＱの確認を要求する（ステップＳ２４）。作業者は、表示装置３０に表示された抽出パターンＱを確認し、抽出パターンＱが正しく認識されていれば、例えば「ＯＫ」ボタンを押し、正しく認識されていないと判断すれば、「ＮＧ」ボタンを押す。
【００５６】
ステップＳ２４においてＮＧボタンが押されると、膜厚計測装置２１は再度サンプル画像を読み込み直し、読み込み直したサンプル画像から単位パターンを抽出して表示装置３０に表示し、再び作業者による確認を求める（ステップＳ２１〜Ｓ２４）。
【００５７】
これに対し、ステップＳ２４においてＯＫボタンが押されると、膜厚計測装置２１は、抽出パターンＱを記憶部３５に記憶し、パターン登録を完了する（ステップＳ２５）。
【００５８】
上記のようにして抽出パターンＱが登録されると、計測対象物３６の膜厚計測工程においては、図６で説明した手順により計測対象物３６の膜厚計測が行われる。図１１は、図６におけるステップＳ４、すなわち膜厚計測点Ｐを決定するプロセスを示すフロー図である。また、図１２（ａ）は図１１のフロー図に従って膜厚計測点Ｐを決定する様子を表している。
【００５９】
図１１のフロー図に従って、膜厚計測点Ｐを決定する手順を説明する。膜厚計測にあたっては、前記のように計測対象物３６が膜厚計測装置２１の真下に搬入され、計測対象物３６の画像が光検出器２６により取り込まれ（図６のステップＳ１〜Ｓ３）、膜厚計測点Ｐが決定される（図６のステップＳ４）。ステップＳ４において計測点抽出部３２が膜厚計測点Ｐを決定するプロセスでは、図１１に示すように、まずパターンが記憶部３５に登録されているか確認する（ステップＳ３１）。パターンが記憶部３５に登録されていない場合（ステップＳ３１でＮＧの場合）には、膜厚計測装置２１は表示装置３０又は入出力部２９に「パターンが登録されていません。」といったエラーメッセージを出力して（ステップＳ３２）処理を中止する。
【００６０】
一方、パターンが登録されているのが確認されると（ステップＳ３１でＯＫの場合）、計測点抽出部３２は記憶部３５から登録パターンを読み出し、図１２（ａ）に示すような計測画像と読み出した登録パターンとを比較し、計測画像から登録パターンとマッチするパターンＱを抽出する（ステップＳ３３）。抽出されたパターンＱを図１２（ａ）では２点鎖線で囲んで示している（パターン登録時と同じ図を用いて説明する。）。計測画像から登録パターンとマッチしたパターンＱが抽出されると、図１２（ａ）に示すように、計測点抽出部３２は抽出したパターンＱの中央又は幾何学的な重心位置を演算し、そこに膜厚計測点Ｐを決定する（ステップＳ３４）。
【００６１】
こうして膜厚計測点Ｐが決定されると、計測点抽出部３２は膜厚計測点Ｐが正しく決定されたか判定する（ステップＳ３５）。膜厚計測点Ｐが正しく決定されていないと判定した場合（ステップＳ３５でＮＧの場合）には、再度計測対象物３６の画像を取り込み直し、再度パターンＱの抽出と膜厚計測点Ｐの決定を行う（ステップＳ３６、Ｓ３３〜Ｓ３４）。
【００６２】
膜厚計測点が正しく決定されたと判定した場合（ステップＳ３５でＯＫの場合）には、図６のステップＳ５以下の工程が実行され、計測対象物３６の膜厚が計測される。
【００６３】
なお、図１１のフロー図においては、膜厚計測点を決定する工程において、膜厚計測点を決定するたびに登録パターンの確認（ステップＳ３１）を行ったが、登録パターンの確認は、図６のような膜厚計測の工程を開始する際に一度行えば十分であるので、図１１におけるステップＳ３１、Ｓ３２を省き、膜厚計測の開始時に（例えば、図６のステップＳ１の前で）一度だけ登録パターンの確認を行うようにしてもよい（以下の実施形態においても同様）。
【００６４】
また、図１２（ｂ）に示すものは、第１の膜厚計測点抽出方法の変形例を説明している。この変形例では、パターン登録時に図９のステップＳ２４でパターンが正しく登録されていることが作業者により確認された後、作業者に膜厚計測点の入力を求める。例えば、作業者は、表示装置３０に表示された単位パターンに対して、マウスポインタを操作して膜厚計測点Ｐを入力したり、表示装置３０の表面に設けられたタッチパネルからタッチ入力したりする。作業者により入力された膜厚計測点Ｐは、図１２（ｂ）に示すように、抽出パターンＱ内における座標（ｘ、ｙ）に変換され、図９のステップＳ２５で抽出パターンＱと共に記憶部３５に記憶される。一方、膜厚計測点を決定するプロセスでは、図１１のステップＳ３４に代えて、記憶部３５から相対座標（ｘ、ｙ）を読み出し、図１２（ｂ）のように抽出パターンＱ内の（ｘ、ｙ）の位置に膜厚計測点Ｐを決める。
【００６５】
また、図１３は、第１の膜厚計測点抽出方法の異なる変形例を説明するフロー図である。これは予めパターン登録をしないで膜厚計測点を抽出できるようにしたものである。すなわち、図１３に沿って説明すると、以下のようにして膜厚計測点が決められる。図６の膜厚計測点を決定するステップＳ４が開始すると、計測点抽出部３２は、画像認識技術を用いて、光検出器２６で撮像した計測画像から繰り返し単位となるパターンＱを抽出し（ステップＳ４１）、抽出パターンＱの中心（あるいは、単位パターンＱの幾何学的な重心位置などの所定の位置）を検出し、その点に膜厚計測点Ｐを定める（ステップＳ４２）。こうして膜厚計測点Ｐが決定されると、計測点抽出部３２は膜厚計測点Ｐが正しく決定されたか判定する（ステップＳ４３）。膜厚計測点Ｐが正しく決定されていないと判定した場合（ステップＳ４３でＮＧの場合）には、再度計測対象物３６の画像を取り込み直し、再度単位パターンＱの抽出と膜厚計測点Ｐの決定を行う（ステップＳ４４、Ｓ４１〜Ｓ４２）。膜厚計測点Ｐが正しく決定されたと判定した場合（ステップＳ４３でＯＫの場合）には、図６のステップＳ５以下の工程が実行され、計測対象物３６の膜厚が計測される。
【００６６】
図１３の変形例のように予めパターンを登録しないで膜厚計測工程で計測画像から所定のパターンを抽出する方法によれば、予めパターン登録する必要がないので、準備の手間が軽減される。これに対し、予め所定のパターンを登録しておき、膜厚計測工程では抽出したパターンと登録パターンとを比較する方法によれば、膜厚計測点の確実性が向上する。特に、計測対象物に２種以上のパターンが含まれている場合でも、所定のパターンを抽出してより確実に膜厚計測点を決めることができる。
【００６７】
（第２の膜厚計測点抽出方法）
第２の膜厚計測点抽出方法は、作業者により膜厚計測点を入力させて膜厚計測点の相対位置を登録するプロセスと、登録されている膜厚計測点の相対位置を用いて膜厚計測点を決定するプロセスとからなるものである。図１４は、膜厚計測点の相対位置を予め登録しておく手順を説明するフロー図である。図１５（ａ）（ｂ）は入力された膜厚計測点から相対位置を抽出する様子を説明する図である。図１６は第２の膜厚計測点抽出方法において膜厚計測点を決定する手順を説明するフロー図である。
【００６８】
第２の膜厚計測点抽出方法では、単位パターンでなく、ＴＦＴ基板１４から遮光領域（ブラックマトリクス）１５のパターンを抽出し、この略格子状ないし枠状をしたパターン（以下、格子状のパターンということがある。）を基準にして膜厚計測点を決定する。まず、図１４のフロー図に従って、抽出された格子状のパターンに対して膜厚計測位置を入力させ、その相対位置を抽出し登録する手順を説明する。膜厚計測点相対位置を登録するプロセスにおいては、サンプルの観測エリアにおける画像を光検出器２６により撮像し、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換された計測画像を信号処理部２８に取り込む（ステップＳ５１）。ついで、計測点抽出部３２は、画像認識技術により、取り込まれた計測画像から図１５（ａ）に示すような遮光領域１５にあたる格子状のパターン１５Ａを抽出し（ステップＳ５２）、この抽出パターン１５Ａを画像エリアの画像に重ね合わせた状態で表示装置３０に出力して表示させる（ステップＳ５３）。
【００６９】
抽出パターン１５Ａが表示装置３０に表示されると、信号処理部２８は、作業者に抽出パターン１５Ａの確認を要求するメッセージを出力する（ステップＳ５４）。作業者は、そのメッセージに従って表示装置３０に表示された抽出パターン１５Ａを確認し、抽出パターン１５Ａが正しく認識されていれば、「ＯＫ」ボタンを押し、正しく認識されていないと判断すれば、「ＮＧ」ボタンを押す。
【００７０】
ステップＳ５４においてＮＧボタンが押されると、膜厚計測装置２１はサンプル画像を読み込み直し、読み込み直したサンプル画像から格子状のパターン１５Ａを再度抽出して表示装置３０に表示させ、再び作業者による判断を求める（ステップＳ５１〜Ｓ５４）。
【００７１】
これに対し、ステップＳ５４においてＯＫボタンが押されると、信号処理部２８は、作業者に膜厚計測点Ｐの入力を要求する（ステップＳ５５）。膜厚計測点Ｐの入力を求められた作業者がマウスを操作して、あるいは表示装置３０の表面に設けられたタッチパネル等から表示装置３０の抽出パターン１５Ａに対して膜厚計測点Ｐを入力すると、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、計測点抽出部３２は入力された膜厚計測点Ｐに近い特徴点Ｒ（例えば、抽出パターン１５Ａの交差点や抽出パターン１５Ａで囲まれた領域のエッジなど）を選択し、選択した特徴点Ｒを基準とする膜厚計測点Ｐの相対位置（ｘ、ｙ）を計測する（ステップＳ５６）。こうして得られた膜厚計測点Ｐの相対位置（ｘ、ｙ）は記憶部３５に記憶され、登録が完了する（ステップＳ５７）。
【００７２】
上記のようにして膜厚計測点Ｐの相対位置が登録されると、計測対象物３６の膜厚計測工程においては、図６で説明した手順により計測対象物３６の膜厚計測が行われる。図６のステップＳ４、すなわち膜厚計測点Ｐを決定するプロセスでは、図１６に示すように、まず膜厚計測点Ｐの相対位置が記憶部３５に登録されているか確認する（ステップＳ６１）。相対位置が記憶部３５に登録されていない場合（ステップＳ６１でＮＧの場合）には、膜厚計測装置２１は表示装置３０に「膜厚計測点の位置が登録されていません。」といったエラーメッセージを出力して（ステップＳ６２）処理を中止する。
【００７３】
一方、相対位置の登録が確認されると（ステップＳ６１でＯＫの場合）、計測点抽出部３２は記憶部３５から膜厚計測点Ｐの相対位置（ｘ、ｙ）を読み出す。ついで、光検出器２６で撮像されている計測画像から格子状のパターン１５Ａを抽出し（ステップＳ６３）、格子状の抽出パターン１５Ａから適当な特徴点Ｒ（例えば、観測エリアの中心にもっとも近い特徴点）Ｒを選択する（ステップＳ６４）。そして、選択した特徴点Ｒを基準とする位置（ｘ、ｙ）に膜厚計測点Ｐを決定する（その様子は、図１５（ｂ）と同様になる。）（ステップＳ６５）。
【００７４】
こうして膜厚計測点Ｐが決定されると、計測点抽出部３２は膜厚計測点Ｐが正しく決定されたか判定する（ステップＳ６６）。膜厚計測点Ｐが正しく決定されていないと判定した場合（ステップＳ６６でＮＧの場合）には、計測対象物３６の画像を取り込み直し（ステップＳ６７）、再度格子状のパターン１５Ａの抽出と膜厚計測点Ｐの決定を行う（ステップＳ６３〜Ｓ６５）。
【００７５】
膜厚計測点Ｐが正しく決定されたと判定した場合（ステップＳ６６でＯＫの場合）には、図６のステップＳ５以下の工程が実行され、計測対象物３６の膜厚が計測される。
【００７６】
なお、格子状のパターンの特徴点を基準とする膜厚計測点の相対位置が予め決まっているのであれば、この実施形態でも膜厚計測点の相対位置を登録するプロセスを省略することが可能になる。
【００７７】
図１７（ａ）（ｂ）は、第２の膜厚計測点抽出方法の変形例を表している。この変形例では、膜厚計測点の相対位置を登録するプロセスで複数点の膜厚計測点Ｐを入力させている。例えば、膜厚計測点の相対位置を登録するプロセスにおいて、抽出された格子状のパターン１５Ａに対して複数箇所の膜厚計測点Ｐを入力すると、近傍の特徴点Ｒ（例えば、格子状の抽出パターン１５Ａに囲まれた四角形の領域のエッジ）を基準とする各膜厚計測点Ｐの相対位置が計測されて記憶部３５に登録される。そして、膜厚計測点を決定するプロセスにおいては、記憶部３５に記憶されている複数の位置データに基づき、抽出された格子状のパターン１５Ａに対して複数の膜厚計測点Ｐが決められる（図６のステップＳ４）。ついで、図６のステップＳ８において、これらの各膜厚計測点Ｐにおける分光反射率データを各波長毎に平均し、図６のステップＳ１０、Ｓ１１では平均された各分光反射率データに基づいて計測対象物の膜厚を計測する。あるいは、図６のステップＳ１１、Ｓ１２で、各膜厚計測点毎に計測対象物の膜厚を計測した後、それらの膜厚の平均値を求めて出力させてもよい。このようにして複数の膜厚計測点を用いて平均化させることにより、計測対象物の膜厚計測の安定性を向上させることができる。
【００７８】
（第３の膜厚計測点抽出方法）
第３の膜厚計測点抽出方法は、計測対象物の計測画像から特徴点を抽出して膜厚計測点を決定するものである。図１８は第３の膜厚計測点抽出方法を表している。これは、遮光領域１５におけるポリイミド膜の膜厚を計測する場合である。この方法では、膜厚計測点を決定するプロセスにおいて（抽出パターンを登録するプロセスや、膜厚計測点の位置を登録するプロセスなどは不要）、格子状のパターン１５Ａを抽出した後、その抽出パターン１５Ａの特徴点である交差点を抽出し、抽出した交差点の中心を膜厚計測点Ｐとして決定するものである。
【００７９】
図１９は第３の膜厚計測点抽出方法の変形例であって、やはり遮光領域１５におけるポリイミド膜の膜厚を計測する。この変形例においては、膜厚計測点を決定するプロセスで格子状のパターン１５Ａを抽出した後、抽出パターン１５Ａに囲まれた四角形の領域のエッジを特徴点として抽出し、抽出したエッジ部分の中心を膜厚計測点Ｐとして決定するものである。出力する膜厚は、各膜厚計測点Ｐで計測された膜厚の平均値でもよく、各膜厚計測点Ｐにおける分光反射率の平均値から求めた膜厚でもよい。
【００８０】
（第４の膜厚計測点抽出方法）
第４の膜厚計測点抽出方法は、パターン登録のプロセスにおいて、作業者がパターンとなる領域を指定して登録させるようにしたものである。図２０は第４の膜厚計測点抽出方法においてパターンを登録する手順を説明するフロー図であり、図２１（ａ）（ｂ）はその説明図である。これは、作業者が計測画像に対して直接登録パターンを指定できるようにしたものである。
【００８１】
第４の膜厚計測点抽出方法におけるパターン登録のプロセスを図２０のフロー図に従って説明する。このプロセスにおいては、サンプルの観測エリアにおける画像を光検出器２６により撮像し、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換された画像データを信号処理部２８に取り込む（ステップＳ７１）。ついで、計測点抽出部３２は、表示装置３０に画像データを出力して取り込まれた計測画像を表示装置３０に表示させ（ステップＳ７２）、パターンを抽出するために計測画像に対してパターンとなる領域を指定するよう作業者に要求する（ステップＳ７３）。
【００８２】
パターンの抽出を要求された作業者は、膜厚計測点として指定したい点が中心となるようにして領域を指定する。すなわち、マウス等の入力手段（入出力部２９）を用いて、図２１（ａ）のように、表示装置３０に表示された計測画像に対してパターンとして抽出する領域を指定する。領域が指定されると、計測点抽出部３２は、指定された領域を抽出パターンＴとして認識し、図２１（ｂ）のように、抽出されたパターンＴを表示装置３０へ出力し、観測エリアの画像に重ね合わせて表示装置３０に表示させる（ステップＳ７４）。ついで、信号処理部２８は作業者に対して、表示されている抽出パターンＴでよいか確認を要求する（ステップＳ７５）。確認を要求された作業者は、表示装置３０に表示された抽出パターンＴを確認し、表示されている抽出パターン１５Ａでよければ「ＯＫ」ボタンを押し、パターンの修正をしたければ「ＮＧ」ボタンを押す。
【００８３】
ステップＳ７５においてＮＧボタンが押されると、膜厚計測装置２１は再度パターンの抽出を要求し、抽出されたパターンＴを表示装置３０に表示し、再び作業者による確認を求める（ステップＳ７３〜Ｓ７５）。
【００８４】
これに対し、ステップＳ７５においてＯＫボタンが押されると、計測点抽出部３２は、抽出されたパターンＴが適当しているか否か判定する。例えば、パターンＴの領域が狭過ぎたり、広過ぎたりすれば、エラーメッセージを出力して（ステップＳ７７）再度パターンを抽出するように要求する（ステップＳ７３）。あるいは、ステップＳ７６でＮＧの場合には、ステップＳ７７において他の登録方法で設定するようにエラーメッセージを出力するようにしてもよい。
【００８５】
ステップＳ７６において適合していると判断された場合には、得られた抽出パターンＴは記憶部３５に記憶され、パターン登録が完了する（ステップＳ７８）。
【００８６】
こうして抽出パターンＴの登録が完了した後は、膜厚計測工程における膜厚計測点を決定するプロセスでは、図１１のフロー図に示したのと同じ手順により、抽出パターンＴとマッチする領域が分光画像から抽出され、その中心に膜厚計測点が設定される。
【００８７】
このような方法によれば、作業者が計測画像を見て抽出パターンを指定することができるので、ユーザーである作業者が容易に抽出パターンを設定することが可能になり、登録に要する時間の短縮を図ることができる。
【００８８】
また、上記のようにして作業者により指定されたパターンＴから繰り返しの単位パターンを抽出し、それを登録パターンとして記憶部３５に記憶させるようにしてもよい。
【００８９】
また、作業者によりパターンを指定させる別な方法としては、作業者により複数点を指定させ、その複数点で囲まれた領域をパターンとして登録するようにしても良い。例えば図１９で特徴点Ｒとして示した×印の位置を作業者によって指示させ、×印で囲まれた四角形の領域をパターンとして登録してもよい。
【００９０】
（第５の膜厚計測点抽出方法）
第５の膜厚計測点抽出方法は、パターン登録のプロセスにおいて、作業者による膜厚計測点の入力に基づいてパターンを自動的に抽出し登録するようにしたものである。図２２は第５の膜厚計測点抽出方法においてパターンを登録する手順を説明するフロー図であり、図２３（ａ）（ｂ）、図２４（ｃ）（ｄ）はその説明図である。これは、作業者が計測画像に対して直接膜厚計測点Ｐを指定できるようにしたものである。
【００９１】
第５の膜厚計測点抽出方法におけるパターン登録のプロセスを図２２のフロー図に従って説明する。このプロセスにおいては、サンプルの観測エリアにおける画像を光検出器２６により撮像し、Ａ／Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換された画像データを信号処理部２８に取り込む（ステップＳ８１）。ついで、計測点抽出部３２は、表示装置３０に画像データを出力して取り込まれた計測画像を表示装置３０に表示させ（ステップＳ８２）、計測画像に膜厚計測点Ｐを入力するよう、作業者に要求する（ステップＳ８３）。
【００９２】
膜厚計測点の入力を要求された作業者は、マウスやタッチパネルを用い、表示装置３０に表示されている計測画像に対して膜厚計測点Ｐを指定する。図２３（ａ）のように膜厚計測点Ｐが指定されると、指定された膜厚計測点Ｐを表示装置３０に表示させ、計測点抽出部３２は、指定された膜厚計測点Ｐを含む領域を目的とするパターン領域として抽出する（ステップＳ８４）。抽出パターンを決定する方法としては、例えば図２３（ｂ）に示すように、膜厚計測点Ｐを入力されると、その膜厚計測点Ｐを中心として抽出パターンＴとなる正方形領域を抽出し、さらに図２３（ｃ）に示すように、膜厚計測点Ｐを中心として抽出パターンＴとなる正方形領域を拡大していき、最適な大きさの領域を選択して抽出パターンＴを決定する。このようにして正方形領域を拡大していく場合には、連続的に大きくしていっても差し支えないが、図２３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す例では、少なくとも一辺が遮光領域１５の縁に一致するようにして飛び飛びに正方形領域を大きくしてもよい。あるいは、観測エリアの画像上で、指定された膜厚計測点Ｐを含み明るさが一定の領域を抽出パターンＴとしてもよい。
【００９３】
こうして正方形領域が決定されると、計測点抽出部３２は、指定された領域を抽出パターンＴとして認識し、抽出されたパターンＴを表示装置３０へ出力し、図２４（ｄ）のような抽出パターンＴを観測エリアの画像に重ね合わせて表示装置３０に表示させる（ステップＳ８５）。ついで、信号処理部２８は作業者に対して、表示されている抽出パターンＴでよいか確認を要求する（ステップＳ８６）。確認を要求された作業者は、表示装置３０に表示された抽出パターンＴを確認し、表示されている抽出パターン１５Ａでよければ「ＯＫ」ボタンを押し、パターンの修正をしたければ「ＮＧ」ボタンを押す。
【００９４】
ステップＳ８６においてＮＧボタンが押されると、膜厚計測装置２１は再度膜厚計測点の入力を要求し、抽出されたパターンＴを表示装置３０に表示し、再び作業者による確認を求める（ステップＳ８３〜Ｓ８６）。
【００９５】
これに対し、ステップＳ８６においてＯＫボタンが押されると、得られた抽出パターンＴは記憶部３５に記憶され、パターン登録が完了する（ステップＳ８７）。
【００９６】
こうして抽出パターンＴの登録が完了した後は、膜厚計測工程における膜厚計測点を決定するプロセスでは、図１１のフロー図に示したのと同じ手順により、抽出パターンＴをマッチする領域が分光画像から抽出され、その中心に膜厚計測点Ｐが設定される。
【００９７】
このような方法によれば、作業者が計測画像を見て抽出パターンを指定することができるので、ユーザーである作業者が容易に抽出パターンを設定することが可能になり、登録に要する時間の短縮を図ることができる。
【００９８】
（第６の膜厚計測点抽出方法）
第６の膜厚計測点抽出方法は、分光画像によってコントラストが異なることを考慮し、パターン登録の精度を向上させるようにしたものである。図２５は第６の膜厚計測点抽出方法においてパターンを登録する手順を説明するフロー図であり、図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）及び図２７はその説明図である。
【００９９】
以下、図２５のフロー図に従って、パターン登録の手順を説明する。抽出パターンの登録にあたっては、まず、いずれかの分光フィルタを通過した計測対象物３６の分光画像を光検出器２６から信号処理部２８へ取り込む（ステップＳ９１）。ついで、所定回数になるまで（ステップＳ９２）分光フィルタを異なる波長域のものに切り換え（ステップＳ９３）、切り換えた分光フィルタを通過した分光画像を信号処理部２８へ取り込む。この結果、計測点抽出部３２には、例えば図２６（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように波長の異なる所定の数の分光画像が得られる。
【０１００】
次に、計測点抽出部３２は複数の分光画像のコントラストを比較する（ステップＳ９４）。例えば、ＴＦＴ基板１４から抽出されたパターンの場合には、遮光領域１５では反射率にあまり差が無く、受光量レベルがほぼ一定値Ｌｔであるが、画素開口１６では波長によって反射率が異なるので、図２７に示すように分光画像のＣ−Ｃ線に沿って受光量レベルを計測すると、画素開口１６における受光量レベルは波長によってＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄというように異なる。
【０１０１】
計測点抽出部３２は各分光画像のうちから、最もコントラストの高い分光画像を選択する（ステップＳ９５）。図２７に示されているもののうちでは、画素開口１６における受光量レベルがＬｃのものが最もコントラストが高いので、これが例えば図２６（ｃ）の分光画像から得た抽出パターンＱのものであるとすれば、計測点抽出部３２は図２６（ｃ）の分光画像を選択する。
【０１０２】
ついで、計測点抽出部３２は、図２６（ｃ）に示すように、選択した分光画像からパターンＱを自動的に抽出する（ステップＳ９６）。このパターン抽出方法は、これまでに述べたもの、あるいはそれ以外の方法でもよい。パターンＱは最もコントラストの高い分光画像に基づいて抽出されるので、より抽出の精度が高くなり、安定してパターン抽出を行うことが可能になる。計測点抽出部３２は、抽出パターンＱを表示装置３０へ出力し、抽出パターンＱを表示装置３０に表示させる（ステップＳ９７）。ついで、信号処理部２８は、表示装置３０に表示されている抽出パターンＱの確認を要求する（ステップＳ９８）。作業者は、表示装置３０に表示された抽出パターンＱを確認し、抽出パターンＱが正しく認識されていれば、例えば「ＯＫ」ボタンを押し、正しく認識されていないと判断すれば、「ＮＧ」ボタンを押す。
【０１０３】
ステップＳ９８においてＮＧボタンが押されると、膜厚計測装置２１は再度パターンを抽出して表示装置３０に表示し、再び作業者による確認を求める（ステップＳ９６〜Ｓ９８）。
【０１０４】
これに対し、ステップＳ９８においてＯＫボタンが押されると、膜厚計測装置２１は、抽出パターンＱと選択した分光画像の波長（又は、そのとき使用する分光フィルタ）を記憶部３５に記憶し、パターン登録を完了する（ステップＳ９９）。
【０１０５】
上記のようにして抽出パターンＱが登録されると、計測対象物３６の膜厚計測工程においては、図６で説明した手順により計測対象物３６の膜厚計測が行われ、そのうち図６におけるステップＳ４では、図１１に示したような手順で膜厚計測点Ｐが決定される。この膜厚計測点Ｐを決定するプロセスでも登録パターンとマッチするパターンが抽出されるが、登録パターンとマッチするパターンを抽出するための分光画像としてステップＳ９９で登録されている波長の分光画像を用いれば、登録パターンとマッチするパターンを精度良く抽出することができる。
【０１０６】
なお、予め抽出パターンを登録する工程を必要としない場合には、膜厚計測点を決定するプロセスでパターンを抽出する前に、分光画像を比較してコントラストの高い分光画像を選択しておいてもよい。
【０１０７】
（第７の膜厚計測点抽出方法）
ガラス基板に赤、緑、青のカラーレジストを塗布されたカラーフィルタにおいて、各カラーレジスト（セル）の膜厚を計測する場合を考えると、分光反射率の計測を行うための光検出器２６はカラーには対応していないので、光検出器２６で白色光による白色画像を撮像している場合には、表示装置３０に表示されるカラーレジストの計測画像は、例えば図２８に示すような画像となり、赤色レジスト４８Ｒ、緑色レジスト４８Ｇ、青色レジスト４８Ｂの区別がつかない。そのため、膜厚計測対象とするパターンを登録する際、色の区別をすることができない。また、赤色分光フィルタ、緑色分光フィルタ、青色分光フィルタの透過率特性は、図２９に示すようになっているので、例えば赤色分光フィルタを透過した赤色画像を光検出器２６で撮像している場合には、表示装置３０に表示されるカラーレジストの計測画像は、例えば図３０に示すような画像となり、赤色レジスト４８Ｒの領域は白っぽくなるが、緑色レジスト４８Ｇの領域と青色レジスト４８Ｂの領域とを区別することができない。そのため、膜厚計測対象とするパターンを登録する際、緑色レジスト４８Ｇと青色レジスト４８Ｂの区別をすることができない。
【０１０８】
第７の膜厚計測点抽出方法は、このような場合にカラー対応できるようにしたものである。すなわち、この膜厚計測点抽出方法においては、パターン登録のプロセスが開始すると、まず分光器２５の分光フィルタを赤（Ｒ）、緑（Ｂ）、青（Ｂ）に切り換えて計測画像を取り込む。赤色分光フィルタを透過した計測画像では、赤色レジスト４８Ｒの領域が白っぽい領域となり、緑色分光フィルタを透過した計測画像では、緑色レジスト４８Ｇの領域が白っぽい領域となり、青色分光フィルタを透過した計測画像では、青色レジスト４８Ｂの領域が白っぽい領域となるので、これらの計測画像を解析することにより、赤色レジスト４８Ｒ、緑色レジスト４８Ｇ、青色レジスト４８Ｂの各領域をマッピングし、記憶部３５に記憶させておくことができる。各色の領域をマッピングし終えると、信号処理部２８は図３１に示すように、白色光の計測画像を取り込んで白色光による計測画像と選択メニュー４９とを表示装置３０に表示させる。そして、作業者が、選択メニュー４９からレジスト色を選択（例えば、図３１のように赤色レジストを選択）すると、表示装置３０のポインタ５０が計測画像上で赤色レジスト４８Ｒの領域を指し、赤色レジスト４８Ｒの領域のパターンを抽出し、抽出したパターンと対応する分光フィルタの種類とを記憶部３５に記憶する。
【０１０９】
ついで、赤色レジスト４８Ｒの膜厚を計測する工程では、記憶部３５に登録されている分光フィルタの種類と登録パターンを読み出して分光器２５を登録されている分光フィルタ、例えば赤色分光フィルタにセットする。そして、当該分光フィルタを透過した特定波長の分光画像のうち、受光量の大きな領域（白っぽい領域）から登録パターンとマッチするパターンを抽出し、その中央などに膜厚計測点を決定する。
【０１１０】
このような方法によれば、カラーの計測対象物に対する計測作業を効率化することができ、目的とする色の薄膜の膜厚を間違いなく計測することができる。なお、計測対象物３６の色は、上記のような赤、緑、青に限るものでない。また、図３１とは逆に、ポインタで計測画像の領域をポイントすると、選択メニューにその領域の色の種類（色名）が表示されるようにしてもよい。
【０１１１】
（第８の膜厚計測点抽出方法）
第８の膜厚計測点抽出方法は、パターンを抽出する分光画像の決定に関するものである。膜厚計測装置２１により膜厚を計測するためには、予め膜の構成、膜の光学定数ないし物理定数が入力されている。これに加え、製造ラインにおいては、狙いとする領域の膜厚値も明確であるので、この方法では、その狙いとする膜厚値の情報も信号処理部２８に入力しておく。そして、これらの情報（特に、膜厚の目標値と光学定数）をもとに理論の反射率を算出し、その結果より反射率が最大、最小となる波長を決定する。狙いとする膜の反射率が最大、最小となる波長が理論的に決定したら、計測対象物に関する情報（例えば、基板の構成、計測領域の周辺の膜種、周辺の反射率の実測値など）に基づいて画像のコントラストが最大となる波長（分光色）を決定する。
【０１１２】
例えば、ガラス基板上に厚さ１５０ｎｍのＩＴＯ膜、厚さ８０ｎｍのポリイミド膜を成膜したものを計測対象物とした場合の理論反射率の計算結果が図３２で表されたとする。この理論反射率では、約５５０ｎｍの波長で反射率が最大となり、約４３０ｎｍの波長で反射率が最小となっている。この計測対象物の膜厚を計測しようとする領域の周囲が電極が設けられている場合には、電極領域での反射率は波長によらず非常に大きいので（図２７参照）、膜厚計測領域では反射率が小さくなるようにすることにより計測画像のコントラストが大きくなる。よって、計測画像からパターンを抽出するのに用いる光の波長又は分光フィルタの種類としては、反射率が最小となる波長、すなわち約４３０ｎｍの波長とし、この波長の光を透過させるような分光フィルタを用いる。
【０１１３】
このような方法によれば、コントラストの高い分光画像を得るために、最適な光の波長又は分光フィルタの種類を予め実験的に決定する必要がなく、膜厚計測を効率化することができる。
【０１１４】
（第９の膜厚計測点抽出方法）
第９の膜厚計測点抽出方法は、ＦＰＤパネルなどの複数枚のパネル５１を形成されたマザーガラス５２の状態でパネル５１の膜厚計測点を決定するものである。図３３（ａ）は複数のパネル５１を形成されたマザーガラス５２に対して予め膜厚計測点を登録する際の様子を表しており、図３３（ｂ）は図３３（ａ）の破線で囲まれた領域を拡大した画像である。
【０１１５】
図３３（ａ）に示している計測対象物３６では、大判のマザーガラス５２の上に複数枚のパネル５１が並べて形成されている。パネル５１の縁には画素開口１６のない遮光領域５４が枠状に形成されている。これらのパネル５１は、最終的には、マザーガラス５２をダイシングすることにより切り離される。
【０１１６】
第９の膜厚計測点抽出方法では、作業者が予め膜厚計測点をティーチングし信号処理部２８に登録しておく場合には、図３３（ａ）に示すように、パネル５１の隅の部分だけが計測視野５３となるように、サンプルのマザーガラス５２又は膜厚計測装置２１を配置する。そして、図３３（ｂ）に示すような計測視野５３内の画像から、パネル５１の縁の遮光領域５４の一部（図３３（ｂ）で斜線をほどこした部分）をパターンＱとして抽出する。ついで、作業者によりいずれかの画素開口１６内の点が計測点Ｐとして指示されると、信号処理部２８は抽出パターンＱの角又は隅を基準とする計測点Ｐまで変位量を計測し、この変位量を記憶部３５に記憶させる。
【０１１７】
膜厚計測工程における膜厚計測点を決定するプロセスでも同様に、信号処理部２８はパネル５１の隅の部分を計測視野５３に納めて遮光領域５４の一部をパターンＱとして抽出し、パターンＱの角又は隅を基準とする登録位置に膜厚計測点Ｐを決定する。
【０１１８】
また、別な方法としては、図３４（ａ）に示すように、パネル５１の隅の部分とマザーガラス５２の角の部分とが計測視野５３に入るように、サンプルのマザーガラス５２又は膜厚計測装置２１を配置する。そして、図３４（ｂ）に示すような計測視野５３内の画像から、マザーガラス５２の角を特徴点Ｒとして抽出する。ついで、作業者によりいずれかの画素開口１６内の点が計測点Ｐとして指示されると、信号処理部２８は特徴点Ｒを基準とする計測点Ｐまで変位量を計測し、この変位量を記憶部３５に記憶させるようにしてもよい。
【０１１９】
図３３又は図３４に示したような方法では、図３５（ａ）に示すように、マザーガラス５２の上に形成されているパネル５１の形状や数が異なっていても、各品種毎に膜厚計測点Ｐを設定することができるので、多品種に対応することができる。なお、図３３に示した方法では、図３５（ｂ）に示したような大きな計測視野５３ａを設定すると、いくつかのパターンＱ（すなわち、いくつかのパネル５１の隅の部分）が計測視野５３ａ内に含まれるので、いずれのパネル５１を基準とするか判別する必要があるが、図３５（ｂ）に示す計測視野５３のように計測視野５３を小さくすることで検索範囲が狭くなり、パターン抽出を高速化することができる。また、計測対象物の品種毎に観測エリアを調整するようにしてもよい。
【０１２０】
（第３の実施形態）
図３６は本発明の第３の実施形態による色度計測装置６１の構成を示す図である。この色度計測装置６１は、赤色レジスト、緑色レジスト及び青色レジストの各カラーセルがガラス基板上に配列された、液晶表示パネル用などのカラーフィルタの膜厚及び色度を計測することができるものである。この色度計測装置６１は、図４に示した膜厚計測装置２１と同様な構成を有しているので、異なる点を中心に説明する。計測対象物３６を置く支持台６２の中央部には開口６３を有しており、ハロゲンランプからなる光源２２の白色光を光ファイバ６４を通じて開口６３の下方へ導き、光ファイバ６４の先端から出射された白色光をコリメートレンズ６５で平行光に変換して開口６３から透光性を有する計測対象物３６に照射し、計測対象物３６を透過した光が結像光学系２４、ピンホール４１及び分光器２５を通過して光検出器２６に結像されるようにしている。また、光源２２から出た光を投光光学系２３側と光ファイバ６４側とに切り換えられるよう、光源２２と投光光学系２３の間の空間及び光源２２と光ファイバ６４との間の空間には、それぞれソレノイド６６、６８によって駆動されるシャッター６７、６９が配設されている。また、光検出器２６には、シリコン製ＣＣＤを搭載したカメラが用いられている。
【０１２１】
分光器２５を構成するフィルタ板４２の縁には、図３７に示すように、原点検出用の突起７０又は切欠きを設けてあり、フォトカプラ等の原点検出用センサ７１によって突起７０又は切欠きの位置を検出することでフィルタ板４２の原点位置を検出できるようにしている。フィルタ板４２が原点からどれくらいの角度回転しているかは、フィルタ板４２を回転させる制御用モータ４３に与えるパルス数で決まる。フィルタ板４２には、原点から順に４５０ｎｍの波長域の分光フィルタ７２ａ、５５０ｎｍの波長域の分光フィルタ７２ｂ、６５０ｎｍの波長域の分光フィルタ７２ｃが並んでおり、その次に４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍまでの可視領域の分光フィルタ７２ｄ〜７２ｇが設けられ、続いて８００ｎｍ、８５０ｎｍ、９００ｎｍ、９５０ｎｍ、１０００ｎｍの近赤外領域の分光フィルタ７２ｈ〜７２ｌが並べられている。
【０１２２】
このような色度計測装置６１を用いてカラーフィルタの各カラーセルの膜厚及び色度を計測する場合には、以下のようにして行う。まず、初めには、フィルタ板４２は原点の位置にあり、４５０ｎｍの波長の分光フィルタ７２ａがピンホール４１の上に位置している。光学系は透過型となっており、シャッター６７が閉じてシャッター６９が開いており、光ファイバ６４の先端から出射した白色光がコリメートレンズ６５によって平行光に変換され、下方からカラーフィルタ（計測対象物３６）に照射されている。この状態でフィルタ板４２を回転させて、順次波長が４５０ｎｍの分光フィルタ７２ａ、５５０ｎｍの分光フィルタ７２ｂ、６５０ｎｍの分光フィルタ７２ｃに切り替え、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの分光波長の画像を得る。これらの分光画像では、それぞれ赤色レジスト、緑色レジスト、青色レジストに対して最も透過率が高くなるので、信号処理部２８により各色のレジストの位置の判別が可能になる。
【０１２３】
ついで、４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視領域の分光フィルタ７２ｄ〜７２ｇを用いて分光画像を取り込む。そして、これまでに述べてきたような方法により膜計測位置を決定し、膜計測位置における画像データから膜計測位置における各カラーレジストの色度を演算する。
【０１２４】
この後、シャッター６９を閉じ、シャッター６７を開き、上方から白色光で同軸落射照明する。そして、７００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外領域の分光フィルタ７２ｇ〜７２ｌを用いて分光画像を取り込み、上記膜計測位置における画像データから膜計測位置における各カラーレジストの膜厚計測を行う。
【０１２５】
図３８はカラーフィルタの赤色レジスト（Ｒ）、緑色レジスト（Ｇ）、青色レジスト（Ｂ）の透過率特性を表している。赤色レジストでは約６００ｎｍよりも長波長側で透明な特性となっており、緑色レジスト及び青色レジストでは約８００ｎｍよりも長波長側で透明な特性になっている。従って、光源２２として８００ｎｍ〜１０００ｎｍ帯の光を出すハロゲンランプを用い、光検出器２６から８００ｎｍ〜１０００ｎｍ帯の画像信号を出力するようにすれば、カラーフィルタの色素の影響によって膜による干渉波形が乱されることなく膜厚計測を行うことができるのである。また、４００ｎｍ〜７００ｎｍの光波長を使用して透過型の光学系を用いることにより、カラーフィルタの色度を計測することができる。
【０１２６】
カラーフィルタの赤色レジスト、緑色レジスト、青色レジストはそれぞれ、可視領域で不透明な波長領域が存在する。青色レジストでは、５００〜７００ｎｍの領域、緑色レジストでは４００〜５００ｎｍと６００〜７００ｎｍの領域、赤色レジストでは６３０〜７００ｎｍの領域で不透明である。したがって、上記のような方法で、まずレジストの色を特定し、その後、可視領域と赤外領域の全ての分光画像を取得した後、それぞれの透明な波長領域における分光画像を使って膜厚演算すれば、７００〜１０００ｎｍの近赤外領域のみで膜厚計測するよりも、点数が増えた分、波長ノイズに強くなり、膜厚精度が向上する。
【０１２７】
【発明の効果】
本発明の光学式膜計測装置によれば、光検出器により取り込んだ膜計測位置よりも広い観測エリアの画像に基づいて膜計測位置を定め、その膜計測位置から抽出した信号に基づいて膜の特性を演算することができるので、１つ１つの計測対象物を計測する都度、計測対象物の膜計測位置を所定位置に位置決めする必要がなくなる。従って、計測対象物の位置に関係なく所定の膜計測位置における膜の特性を計測することが可能になる。
【０１２８】
その結果、膜計測に要する時間を短縮することができ、効率的に膜の特性を計測することができる。また、短時間で膜の計測を行うことができるので、この光学式膜計測装置を生産ラインに取り付けてインライン計測することが可能になる。さらに、計測対象物の位置決めが不要になるので、位置決め用のステージが不要となり、装置コストを安価にできると共に膜計測作業を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の膜厚検査装置の構成を示す側面図である。
【図２】同上の膜厚検査装置で観測されている計測対象物の一例（ＴＦＴ基板）を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による膜厚計測装置の概略構成図である。
【図４】同上の膜厚計測装置の光学系の具体的な例を示す構成図である。
【図５】図４の膜厚計測装置に用いられている分光器の正面図である。
【図６】膜厚計測装置により対象物の膜厚を計測する工程を説明するフロー図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による膜厚計測装置の概略構成図である。
【図８】同上の膜厚計測装置の光学系の具体的な例を示す構成図である。
【図９】第１の計測点抽出方法におけるパターン登録プロセスを説明するフロー図である。
【図１０】（ａ）はパターン登録するための計測対象物のサンプルの画像を示す図、（ｂ）はそこから抽出されたパターンの拡大図である。
【図１１】第１の計測点抽出方法における膜厚計測点の決定方法を説明するフロー図である。
【図１２】（ａ）は図１１のフロー図に示す手順に従って膜厚計測点を決定する様子を説明する図、（ｂ）は（ａ）の変形例、すなわち膜厚計測点を決定する異なる方法を説明する拡大図である。
【図１３】第１の膜厚計測点抽出方法の異なる変形例を説明するフロー図である。
【図１４】第２の計測点抽出方法において膜厚計測点を予め指示し登録させる手順を説明するフロー図である。
【図１５】（ａ）は計測画像に対して膜厚計測点を指示する様子を示す図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。
【図１６】第２の膜厚計測点抽出方法において膜厚計測点を決定する手順を説明するフロー図である。
【図１７】（ａ）（ｂ）は第２の実施形態の変形例を表わした図であって、（ｂ）は（ａ）の一部拡大した図である。
【図１８】（ａ）（ｂ）は第２の実施形態の異なる変形例を表わした図であって、（ｂ）は（ａ）の一部拡大した図である。
【図１９】第２の実施形態のさらに異なる変形例を表わした図である。
【図２０】第４の膜厚計測点抽出方法においてパターンを登録する手順を説明するフロー図である。
【図２１】（ａ）は計測画像に対してパターンとなる領域を指示している様子を説明する図、（ｂ）は計測画像から抽出されたパターンを示す拡大図である。
【図２２】第５の膜厚計測点抽出方法においてパターンを登録する手順を説明するフロー図である。
【図２３】（ａ）（ｂ）は計測画像に対して膜厚計測点を入力した後、パターンとなる領域が抽出される過程を説明する図である。
【図２４】（ｃ）は図２３（ａ）（ｂ）の続図であって、パターンとなる正方形領域が拡大される様子を説明する図、（ｄ）は計測画像から抽出されたパターンを示す拡大図である。
【図２５】第６の膜厚計測点抽出方法においてパターンを登録する手順を説明するフロー図である。
【図２６】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は異なるフィルタで得られた分光画像を示す図である。
【図２７】異なる分光画像から抽出されたパターンのコントラストを比較して示す図である。
【図２８】白色画像として撮像された計測画像の表示を示す図である。
【図２９】赤色フィルタ、緑色フィルタ及び青色フィルタの透過率特性を示す図である。
【図３０】赤色フィルタを透過した赤色の分光画像の表示を示す図である。
【図３１】第７の膜厚計測点抽出方法を説明する図であって、パターン登録時に表示される選択メニューと計測画像を示すものである。
【図３２】第８の膜厚計測点抽出方法を説明する図であって、計測対象とする薄膜の反射率を理論的に計算した結果を表したものである。
【図３３】（ａ）（ｂ）は第９の膜厚計測点抽出方法を説明する図である。
【図３４】（ａ）（ｂ）は第９の膜厚計測点抽出方法の変形例を説明する図である。
【図３５】図３３又は図３４の膜厚計測点抽出方法の利点を説明する図である。
【図３６】本発明の第３の実施形態による膜厚計測装置の構成図である。
【図３７】図３６の膜厚計測装置に用いられている分光器の正面図である。
【図３８】計測対象物であるカラーフィルタを構成する赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フィルタの透過率を示す図である。
【符号の説明】
２１ 膜厚計測装置
２４ 結像光学系
２５ 分光器
２６ 光検出器
２８ 信号処理部
３０ 表示装置
３１ 前処理部
３２ 計測点抽出部
３３ 膜厚演算部
３６ 計測対象物
４０ 遮光板
４１ ピンホール
４２ フィルタ板
４３ 制御用モータ
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ, フィルタ
Ｐ 膜厚計測点
Ｑ 抽出パターン
Ｒ 特徴点
Claims (17)
- 計測対象物の所定の膜計測位置における膜の特性を計測する光学式膜計測装置であって、
前記膜計測位置よりも広い領域を観測エリアとする光検出器と、
前記光検出器に所定の波長域の光のみを入射させることができ、かつ、その波長域を選択的に切り換えることができる分光手段と、
前記光検出器により取り込まれた観測エリアの画像に基づいて前記膜計測位置を決定する手段と、
前記光検出器により取り込まれた観測エリアの画像のうちから、前記膜計測位置における信号を抽出する手段と、
前記信号抽出手段により抽出された信号に基づいて膜の特性を演算する手段と、を備え、
計測対象物の構成に関する情報に基づき、前記光検出器に取り込まれる画像のコントラストがもっとも高くなる分光画像の波長域を予め登録された計測対象物の光学定数と厚みに基づいて計算により求めておくことを特徴とする光学式膜計測装置。 - 前記光検出器が取り込む計測対象物の画像が、所定形状をしたパターンの周期的に繰り返したものである場合において、
前記膜計測位置を決定する手段は、前記光検出器により取り込まれた計測対象物の画像から前記パターンのいずれかを抽出し、そのパターン内の所定位置を前記膜計測位置とすることを特徴とする、請求項１に記載の光学式膜計測装置。 - 前記膜計測位置を決定する手段は、前記光検出器により取り込まれた計測対象物の画像から予め登録されたパターンを抽出し、そのパターン内の所定位置を前記膜計測位置とすることを特徴とする、請求項１に記載の光学式膜計測装置。
- 前記光検出器により取り込まれた計測対象物の画像に対して外部から入力手段を通じて特徴点が指定されると、当該特徴点に基づいて抽出されたパターンを前記登録パターンとして記憶手段に登録する手段と、前記抽出されたパターンを観測エリアの画像上に重ねて表示する手段と、を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の光学的膜計測装置。
- 前記光検出器により取り込まれた計測対象物の画像に対して外部から入力手段を通じて部分画像が指定されると、当該部分画像に含まれるパターンを抽出して前記登録パターンとして記憶手段に登録する手段と、前記抽出されたパターンを観測エリアの画像上に重ねて表示する手段と、を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の光学式膜計測装置。
- 前記光検出器により取り込まれた計測対象物の画像に対して外部から入力手段を通じて１点又は１領域を指定されると、当該１点又は１領域を含む、画像上で明るさが略一定である領域をパターンとして抽出し、抽出されたパターンを前記登録パターンとして記憶手段に登録する手段と、前記抽出されたパターンを観測エリアの画像上に重ねて表示する手段と、を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の光学式膜計測装置。
- 前記分光手段は、前記膜計測位置を決定する手段が観測エリアの画像に基づいて前記膜計測位置を決定する際には、当該画像のコントラストがもっとも高くなるように設定されることを特徴とする、請求項１に記載の光学式膜計測装置。
- 前記分光手段により得られた複数の波長域に対応する画像をもとに、各画素を、得られた複数の波長域に対応する画像のうち可視光領域で最も光検出強度が高い波長域に対応する色でカラー表示する表示する手段を備え、前記カラー表示された画像上で膜計測位置を設定可能とした請求項１に記載の光学式膜計測装置。
- 前記光検出器が取り込む計測対象物の画像が、所定形状をしたパターンの周期的に繰り返したものである場合において、
前記膜計測位置を決定する手段は、前記光検出器により取り込まれた計測対象物の画像から前記パターンの特徴点を抽出し、その特徴点を基準とする所定位置を前記膜計測位置とすることを特徴とする、請求項１に記載の光学式膜計測装置。 - 前記光検出器が取り込む計測対象物の画像が、格子状ないし枠状をしたパターンを有するものである場合において、
前記パターンの交差点の中心を前記膜計測点とすることを特徴とする、請求項１に記載の光学式膜計測装置。 - 前記膜計測位置決定手段は、前記光検出器により取り込まれた観測エリアの画像に基づいて複数箇所の膜計測位置を決定し、
前記膜特性演算手段は、複数箇所の膜計測位置から抽出された信号に基づいて膜の特性を演算することを特徴とする、請求項１に記載の光学式膜計測装置。 - 前記光検出器により、計測対象物の角部を含むようにして計測対象物の画像を取り込み、
前記光検出器により取り込まれた画像から計測対象物の角部を抽出し、抽出した計測対象物の角部を基準として前記膜計測位置を決定するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の光学式膜計測装置。 - 基板上に複数に分けて形成された計測対象物を計測する場合において、
前記光検出器により、前記基板の角を含むようにして計測対象物の画像を取り込み、
前記光検出器により取り込まれた画像から基板の角を抽出し、抽出した基板の角を基準として計測対象物の前記膜計測位置を決定するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の光学式膜計測装置。 - 前記基板の品種毎に、前記光検出器で画像を取り込む観測エリアの領域を設定できるようにしたことを特徴とする、請求項１３に記載の光学式膜計測装置。
- 白色光を照射する光源と、可視領域から近赤外領域にわたる範囲の分光フィルタを備えた分光手段と、着色された薄膜の色度及び膜厚を計測する手段とを備えた、請求項１に記載の光学式膜計測装置。
- 白色光を照射する光源と、４５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約５５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約６５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、可視光領域の複数の分光フィルタ、及び近赤外領域ないし赤外領域の複数の分光フィルタが並べられることにより構成された分光手段とを備え、少なくとも４５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約５５０ｎｍ近辺の分光フィルタ、約６５０ｎｍ近辺の分光フィルタが順に連続して並べられている、請求項１に記載の光学色膜計測装置。
- 前記光源から出射し計測対象物に照射させた光の反射光と透過光を前記光検出器に取り込めるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の光学式膜計測装置。
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