JP4288901B2 - 高さ測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルタや半導体などの表面に形成された突起状物の高さを測定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
突起状物が形成された基板、例えばスペーサーを形成したカラーフィルタを製造する際、種々の原因で、前記スペーサーの高さなどの特性値が変化する。スペーサーの形成方法には種々の方法があるが、たとえば特開平９−４３４２５号公報にブラックマトリクス上に各着色層を積層しスペーサーとする方法が公開されている。このスペーサーは、セル組みの際に対向する駆動電極基板に接触しセルギャップを形成するものであるが、前記スペーサーの特性値が設計値から外れるとセル組み後に表示欠陥が発生する。
【０００３】
そこで、スペーサーの特性値が、設計値から外れたカラーフィルタをユーザーに出荷しないという品質保証のためには、全ての基板について前記特性値を測定し、設計値から外れた不良品を分別する必要がある。このため、前記スペーサーの特性値を精度良く検査する必要がある。
【０００４】
ところで、カラーフィルタ上に設置されたスペーサーの測定方法として、特開平１１−２１８４６６号公報に高さ測定器により突起状物を含む領域の３次元高さデータを測定し、このデータから突起状物を認識し、この突起状物の位置を基準として高さの基準となる部位を設定し、基準から突起状物の高さを測定する技術が開示されている。しかし、この方法には以下に述べるような問題がある。
【０００５】
すなわち、基板が傾いている場合には高さ測定値に誤差が生じるというものである。特に、カラーフィルタの基板をステージに保持する際には、吸着するのが一般的であるが、吸着溝の付近で基板に傾きが生じる場合がある。測定したい突起状物の高さは、基準となる部位からの高さの差であるため、基準となる部位が突起状物から離れるほど、また傾きが大きくなるほど測定値の誤差は大きくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の技術における上述した問題点を解決するもので、基板が傾いている場合でも、精度良く突起状物の高さを測定可能な測定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に関わる基板の測定方法は、液晶表示素子を構成する一対の基板のうちいずれかの基板上に形成された突起状物の高さを測定するにあたり、高さ測定手段で基板上表面の高さを測定し、突起状物測定手段で突起状物を認識して頂部の高さを測定し、基準高さ測定手段により突起状物の高さの基準となる部位の高さを複数点測定し、測定された前記突起状物の頂部の高さと基準高さ測定手段により測定された複数点の内少なくとも２点の基準となる部位の高さに基づいて基準となる部位から突起状物の頂部までの高さを測定する高さ測定方法であって、該基準高さ測定手段が、基板が水平であれば同じ高さとなるように設計されている数点の部位の位置を突起状物の位置を基準として予め設定して基準高さを測定する手段であることを特徴とするものである。
【０００８】
さらに、本発明においては、高さ測定手段が、光干渉式高さ計であることが好ましい。さらにまた、本発明においては、高さ測定手段が光干渉式高さ計であり、照明として白色光を使用していることが好ましい。
【０００９】
被検査物としては、液晶表示素子を構成する一対の基板のいずれかであり、かつ突起状物が少なくとも１層の樹脂層で形成され前記一対の基板間の間隙を一定に保つためのスペーサーであることが好ましい。さらに、前記基板がカラーフィルタであることが好ましい。
また、設定されている相対位置部分がカラーフィルタの窓部であることが好ましい。
また、基準高さ測定手段が、カラーフィルタの１つの窓部に対して、複数の高さの基準となる部位の測定を行うことが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１において、装置はステージ２に被検査物であるカラーフィルタ1を固定し、その上方に高さ測定装置３を配置している。高さ測定装置３はデータ処理装置４と接続され、制御装置６はステージ２、高さ測定装置３、データ処理装置５と接続されている。表示装置５はデータ処理装置４と接続されている。
【００１１】
ステージ２は、カラーフィルタ１を表面に載置、固定し、カラーフィルタ１の任意の点が測定できるようにするものでＸＹ方向に移動する。高さ測定装置３は、カラーフィルタ上のある範囲を画素に分割して、その画素ごとの高さを測定し、高さデータをデータ処理装置４に転送する。データ処理装置４は、測定した高さデータから、スペーサーの高さ、断面積、位置を測定する。制御装置６は、決められた手順に基づいて、ステージ２、高さ測定装置３、データ処理装置４に操作指令を与えるためのものである。表示装置５は、データ処理装置４で測定したスペーサーの高さ、断面積等を表示するためのものである。
【００１２】
図２は、スペーサーを設置したカラーフィルタ１の上面図である。図３はこのカラーフィルタ１の断面図である。次に本発明の測定対象であるスペーサーについて説明する。スペーサー７は、例えば図３に示すようにブラックマトリクス上に青色層、緑色層および赤色層を積層した突起状物である。このスペーサーを挟んで対向する駆動電極基板と張り合わせ、液晶を注入する隙間（セルギャップ）を形成する。このスペーサーの高さが設計値通りになっていない場合には表示欠陥となるので、パネル化する前にスペーサーの高さＨｒを測定し、規格から外れたものを除外する必要がある。スペーサーの高さＨｒは、基準とする窓部の高さとスペーサー１０７の最も高い部分との高さの差である。なお、窓部はＲＧＢ各色毎に高さが異なるので、予め決められた色の窓部を基準とする必要がある。
【００１３】
図４は、高さ測定装置で測定した高さデータを示したものであり、濃い網掛け部分が低い部分、薄い網掛け部分が高い部分である。図４に示すスペーサー部分のＸＸ’、ＹＹ’の高さのプロファイルを図５、図６に示す。図５、図６に示すように基板が傾いている場合には、カラーフィルタの表面も歪んだ形状となる。例えばＹ部分を高さの基準とした場合には、基板の傾きによりスペーサー部分の高さＨｒは実際よりも高くなることになる。精度よく測定するためには、これらの基板の傾きを補正する必要がある。
【００１４】
カラーフィルタでの傾き補正について説明する。カラーフィルタは、図３に示すとおりブラックマトリクス、各着色層の積層により形成されているため、その表面は図６に示すとおり、場所により高さが異なる。基板の傾きを精度良く知るためには、基板が水平であれば同じ高さとなるように設計されている数点の部位の位置を予め設定して高さを測定し、この情報から傾きを計算する必要がある。ところが、リニアスケール等を使用していないステージでは、ステージ原点からの位置決め精度が悪く、設定した部位の位置で測定を行うことができない。
【００１５】
カラーフィルタは一般的にフォトリソ加工で画素や柱が形成されるので、これらの位置関係は基板位置によらず一定である。このため、高さ測定装置３で柱を含む特定の範囲を画素に分割して高さを測定し、この高さデータに対して柱の位置を認識し、この柱位置からの相対位置で基準とする部位の位置を設定すると、ステージの位置決め精度によらずに精度の良く基準とする部位の高さが測定可能である。
次に本発明の検査装置の作用を図７のフローチャートを用いて説明する。
【００１６】
まず、カラーフィルタをステージに設置する。（ステップ１）
次に、制御装置６は測定するスペーサーが撮像装置の測定範囲内にくるように予め設定した移動量と、移動開始信号をステージ２に与える。移動開始信号を与えられたステージ２は移動を開始し、移動終了後に移動終了信号を制御装置６に与える（ステップ２）。
【００１７】
移動終了信号が与えられた制御装置６は、高さ測定装置３に高さ測定開始信号を与える。高さ測定開始信号を与えられた高さ測定装置３は高さ測定を開始し、測定終了後にデータ処理装置４に高さデータを送り、高さ測定終了信号を制御装置６に与える（ステップ３）。高さ測定終了信号を与えられた制御装置６は、データ処理装置４にデータ処理開始信号を与える。データ処理開始信号を与えられたデータ処理装置４は、以下の手順でスペーサーの高さを測定する。
【００１８】
まず、測定した高さデータの最大値と最小値の差、つまり測定値の範囲を求め、この値が予め設定した値より小さければ、測定した範囲内にスペーサーは無いと判断し処理を終了する（ステップ４）。次に、高さデータの最大値からある高さ分低い高さで２値化を行い、図８に示すように、この高さより高い部分を白、低い部分を黒にする（ステップ５）。この２値化で得られた白い部分が、スペーサーの断面になる。次にこの白い部分の面積、長さ、幅等の特徴量を測定する（ステップ６）。この得られた特徴量が、予め設定した特徴量の許容範囲に入っている場合にその部分をスペーサーとして判定する（ステップ７）。スペーサーとして認識された部分が複数個ある場合には、何らかの基準により測定する順序を決定する（ステップ８）。次に測定するスペーサー断面の重心位置を基準として、図９に示すＷ₁〜Ｗ₃ のウインドウを設定する（ステップ９）。次に、これら３つのウインドウのそれぞれの平均高さを求め、この３点を含む平面の式を測定する（ステップ１０）。次に、スペーサー部分で最も高い部分の高さと位置を求める（ステップ１１）。この位置をステップ１０で求めた平面の式に代入して基準面における高さを求めた後、スペーサーの最も高い部分との差を取り、スペーサの高さＨｒを求める（ステップ１２）。最後に、スペーサの高さＨｒを表示装置に表示する。
【００１９】
なお、ステップ７で認識されたスペーサー部分が複数個ある場合には、ステップ７〜ステップ１３を各スペーサーごとに繰り返す。
【００２０】
また、上記では３つのウインドウの高さ情報から基準面を求めたが、図１０に示すように、１つのウインドウ内の複数の画素での高さから基準面をもとめても構わない。このように基準面を求めると、高さ測定装置で測定する範囲が狭い場合にも、傾きを補正することが可能である。
また、本発明の別の形態によれば、４点以上の基準となる部位の高さから、基準面を曲面として近似し、補正することも可能である。
また、スペーサーが基準とする窓部のストライプ上にある場合には、図１１のように２つのウインドウの情報からＹ方向の傾きのみを補正しても構わない。
また、測定対象であるスペーサーについては、各着色層を積層したものだけでなく、図１２に示すとおり着色層以外の層を積層した後、パターン加工して形成したものであっても構わない。
また、ステージまたは高さ測定装置が傾き調整手段を更に有し、前述のとおり傾きを測定した後にステージ平面と高さ測定装置での高さ方向とを直交させるように傾きを調整し、再度高さ測定を行っても構わない。このようにすると、スペーサーの断面積が精度良く測定できる。
また、高さ測定装置として、光干渉式高さ計を用いた場合には、非接触で基板表面の高さが測定できるため、出荷する基板に対しても測定可能であるため好ましい。なお、光干渉式高さ計には、マイケルソン光学系、ミラウ光学系等の方式があるが、ミラウ光学系を用いた場合には光学系の調整が簡易であり好ましい。
また、干渉式高さ計の照明として白色光源を使用した場合には、カラーフィルタ表面にＩＴＯ（透明電極）等の薄膜が形成されていても、この薄膜での干渉の影響を受けないので、精度の良い測定ができる。
【００２１】
【実施例】
図１に示す検査装置で、主要部の構成は以下のものを用いて検査を行った。
【００２２】
ステージ２としては一般的な基板固定方法である真空吸着方式のステージを使用した。高さ測定装置３としては、東レエンジニアリング社製の“ＳＰ−５００”を使用し、４１０×３８０μｍの範囲を５１２×４８０画素に分解し、それぞれの画素における高さを測定した。
【００２３】
測定対象となるカラーフィルターは、図２に示すものと同様のものを使用し、この基板について吸着溝の付近を含む複数の測定点について、測定を実施した。その結果、従来の方法では吸着溝付近での測定誤差が大きく、基板の傾きに起因する測定値の誤差は０．５μｍ程度であった。本発明による方法では吸着溝付近で基板が傾いている場合でも誤差が０．０２μｍ程度と少なく、精度の良い測定が可能となった。
【００２４】
【発明の効果】
高さ測定手段で基板上表面の高さデータを測定し、突起状物測定手段で突起状物を認識して頂部の高さを測定し、基準高さ測定手段により突起状物の高さの基準となる部位の高さを複数点測定し、得られた突起状物の頂部の高さと、少なくとも２点の基準となる部位の高さに基づき、基準となる部位から突起状物の頂部までの高さの差を測定するので、基板が傾いた場合にも精度の良い測定ができる。
また、基準高さ測定手段が、突起状物に対して予め設定されている相対位置部分の高さから基準高さを測定するので、パターン加工により表面の形状が複雑に形成されている基板についても、精度良く測定できる。
また、基準高さ測定手段がカラーフィルタの１つの窓部に対して、複数の高さの基準となる部位の測定を行うので、測定範囲が狭い場合にも精度良く測定できる。
また、基板が液晶表示素子を構成する一対の基板のいずれかであり、かつ突起状物が少なくとも１層の樹脂層で形成され前記一対の基板間の間隙を一定に保つためのスペーサーであるので、スペーサーの高さを精度よく測定できる。
また、設定されている相対位置部分がカラーフィルタの窓部であるので、スペーサーの高さを精度よく測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る検査装置のブロック図である。
【図２】本発明の検査対象の一例であるカラーフィルタの上面図である。
【図３】本発明の検査対象の一例であるカラーフィルタの断面図である。
【図４】高さ測定結果を濃淡に変換した図である。
【図５】図４のＸＸ’の高さデータを示す図である。
【図６】図４のＹＹ’の高さデータを示す図である。
【図７】本発明の測定の手順の一例を示す図である。
【図８】高さ測定結果をある高さで２値化したときの図である。
【図９】ウインドウの位置関係を示す図である。
【図１０】ウインドウの位置関係を示す図である。
【図１１】ウインドウの位置関係を示す図である。
【図１２】本発明の検査対象の一例であるカラーフィルタの断面図である。
【符号の説明】
１ ……カラーフィルタ
２ ……ステージ
３ ……高さ測定装置
４ ……データ処理装置
５ ……表示装置
６ ……制御装置
１０１……透明基板（ガラス基板）
１０２……ブラックマトリクス
１０３……着色層（青色層）
１０４……着色層（緑色層）
１０５……着色層（赤色層）
１０６……窓部
１０７……スペーサー

Claims (5)

1. 液晶表示素子を構成する一対の基板のうちいずれかの基板上に形成された突起状物の高さを測定するにあたり、高さ測定手段で基板上表面の高さを測定し、突起状物測定手段で突起状物を認識して頂部の高さを測定し、基準高さ測定 手段により突起状物の高さの基準となる部位の高さを複数点測定し、測定された前記突起状物の頂部の高さと基準高さ測定手段により測定された複数点の内少なくとも２点の基準となる部位の高さに基づいて基準となる部位から突起状物の頂部までの高さを測定する高さ測定方法であって、該基準高さ測定手段が、基板が水平であれば同じ高さとなるように設計されている数点の部位の位置を突起状物の位置を基準として予め設定して基準高さを測定する手段であることを特徴とした高さ測定方法。
2. 基準高さ測定手段が、カラーフィルタの１つの窓部に対して、複数の高さの基準となる部位の測定を行うことを特徴とする、請求項１に記載の高さ測定方法。
3. 高さ測定手段が、光干渉式高さ計であることを特徴とする請求項１または２に記載の高さ測定方法。
4. 高さ測定手段が光干渉式高さ計であり、照明として白色光を使用していることを特徴とする請求項３に記載の高さ測定方法。
5. 突起状物が少なくとも１層の樹脂層で形成され前記一対の基板間の間隙を一定に保つためのスペーサーであることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の高さ測定方法。

Images