JP5375083B2 - 円形の幅寸法測定装置 - Google Patents

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本発明はカラーフィルタ基板上の円形のフォトスペーサーの幅寸法を測定する装置に関するものである。
円形状として、カラーフィルタ基板に形成されたフォトスペーサーの場合を例として説明する。
図1はカラー液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を断面で示した図であり、ガラス基板10上にブラックマトリックス(以下、BM)11、レッドRの着色画素(以下、R画素)12−1、グリーンGの着色画素(以下、G画素)12−2、ブルーBの着色画素(以下、B画素)12−3、透明電極13、及び14−1と14−2からなるフォトスペーサー(Photo Spacer)が順次形成されたものである。
上記構造のカラーフィルタの製造方法は、フォトリソグラフィー法、印刷法、インクジェット法が知られている。
図2はフォトリソグラフィー法の工程を示す概略ブロック図である。カラーフィルタは、先ずガラス基板上にブラックマトリックス(BM)を形成する工程、ガラス基板を洗浄する工程、着色フォトレジストを塗布および予備乾燥する工程、着色フォトレジストを乾燥、硬化するプリベーク工程、露光する工程、現像する工程、着色フォトレジストを硬化させる工程、透明電極成膜工程、PSを形成する工程がこの順に行われ製造される。
例えば、R画素、G画素、B画素の順に画素が形成される場合には、ガラス基板を洗浄する工程から、着色フォトレジストを硬化する工程間ではレッドR、グリーンG、ブルーBの順に着色レジストを変更して3回繰り返されてR画素、G画素、B画素が形成される。
前記カラーフィルタの製造途中では種々の規格管理項目があるが、その1つに線幅や幅寸法の規格管理がある。管理する線幅や幅寸法には長方形、正方形、円形など、さまざまな形状がある。これら形状の線幅や幅寸法に対して手動で線幅測定機を用いて線幅や幅寸法を測定し規格管理している。
それぞれの形状の線幅や幅寸法を線幅測定機を用いて測定する場合には、前記さまざまな形状の撮像画像からオペレータが形状のエッジ部分を判断して線幅や幅寸法を測定している。しかし、オペレータが形状のエッジ部分を判断して測定しているために、測定に時間がかかってしまう。そのため、自動で線幅や幅寸法を測定する装置が望まれている。
上記問題を解決するために、測定対象の左右または上下のエッジを検出し、エッジ間の距離を測定して線幅や幅寸法を測定する方法が提案されている(特許文献1)。
しかし上記方法では、長方形や正方形などの端部のエッジ検出が容易なものに限られ、円形のような円弧状のエッジ検出の場合には適用できない。
図3は図1の破線15で示される部分を拡大した図を示す。図3においてPS14は14−1と14−2の部分から形成されるが、14−1の部分は例えば16はレッドの着色フォトレジストで形成される層、17はグリーンの着色フォトレジストで形成される層、18はブルーの着色フォトレジストで形成される層であって、円錐の形状をなすものである。更に、透明電極13が成膜された後、セル組みの際に対向する駆動電極との接触を避けるためのスペーサーとして14−2の部分が形成される。
図4は、前記図3におけるPSの一部14−1の上面図を示す。14−1はレッドの着色フォトレジストの層16とグリーンの着色フォトレジストの層17とブルーの着色フォトレジストの層18から成る。BM(図示せず)とレッドの着色フォトレジストの層16の境界部分19と、レッドの着色フォトレジストの層16とグリーンの着色フォトレジストの層17の境界部分20と、グリーンの着色フォトレジストの層17とブルーの着色フォトレジストの層18の境界部分21とがあり、前記3つの境界部分19,20,21はいずれも円形状を形成している。
図4における19、20、21の円形状のエッジ部分のコントラストは低く、更に円弧になっているためにエッジの検出が不正確になり、検出結果にバラツキが生じてしまう。
また、測定者によるフォトスペーサーの幅寸法測定の場合には、測定者の判断でフォトスペーサーのエッジが決定されてしまうので、測定者によって測定結果に差が生じている。

上記の理由から、フォトスペーサーのエッジを自動検出して円形を求め、該フォトスペーサーの幅寸法を測定する方法、装置が望まれている。
本発明は、これら上記の問題を鑑みてなされたもので、フォトスペーサーのエッジを自動検出して円形を求め、該フォトスペーサーの幅寸法の測定を可能にする円形の幅寸法測定装置を提供することを課題とする。
本発明の請求項1に係る発明は、円形のフォトスペーサーパターンが形成されたカラーフィルタ基板を上方から撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって得られた画像から円のフォトスペーサーパターンの仮中心点を求める手段と、
前記仮中心点から円形のフォトスペーサーパターンのエッジパターンる手段と、
前記円形の複数のエッジパターンから仮想円の中心を求める手段と、
前記仮想円の中心と前記複数のエッジパターンとの平均距離から仮想円の径を求める手段と、
前記仮想円から円形のフォトスペーサーパターンの幅寸法を得る幅寸法算出手段と
からなる円形の幅寸法測定装置であって、
(1)ブラックマトリックス上に複数の着色フォトレジストが円錐状に積層されていているフォトスペーサーを形成した前記カラーフィルタ基板から円形のフォトスペーサーパターンを前記撮像装置にて取得して、
(2)前記撮像手段によって得られた画像から予め登録しておいたブラックマトリックスのパターンと該ブラックマトリックスのパターンとフォトスペーサーの円形状パターンの中心点の相対的な位置情報から、前記円形のフォトスペーサーパターンの仮中心点を、仮中心点を求める手段にて求め、
(3)放射状に設定した複数の検査エリア毎に円形のフォトスペーサーパターンの複数のエッジパターンを、エッジパターンを得る手段にて得て、
(4)前記円形の複数のエッジパターンの中から選択したエッジパターンを用いて仮想円の中心を、仮想円の中心を求める手段にて求め、
(5)前記仮想円の中心と前記円形の複数のエッジパターンとの平均距離から仮想円の径を、仮想円の径を求める手段にて求め、
(6)前記仮想円から予め設定された距離を外れたエッジパターンを削除し、残りのエッジパターンから再度仮想円を求めることを繰り返して、削除する検出エッジが無くなった時の仮想円を検出円として、前記検出円の直径をフォトスペーサーパターンの幅寸法とする幅寸法算出手段にて求めることを特徴とする円形の幅寸法測定装置である。
フォトスペーサーのエッジの検出を自動し、検出した円形状からフォトスペーサーの幅寸法の自動測定を可能にする。その結果、幅寸法測定者の測定負荷が解消され、しかも測定者による測定結果の誤差のないフォトスペーサーの幅寸法の測定が可能となり、更にカラーフィルタの製造工程中で、フォトスペーサーの幅寸法の測定を行い、幅寸法不良の原因を発見することによって、幅寸法不良を最小限に留めることが可能となる。
以下、図面を参照して本発明に係る円形の幅寸法測定装置を用いてフォトスペーサーの幅寸法の測定を実施するための最良の形態を、カラーフィルタ基板の着色レジストによって形成されたフォトスペーサーの一部の円形の幅寸法を測定する場合を例として説明する。
図5は本発明に係るカラーフィルタ基板の着色フォトレジストによって形成されたフォトスペーサーの一部を断面で示した図である。ガラス基板30上にはBM31、R画素32、B画素33の着色画素が形成されており、更にBM31上にはレッドの着色フォトレジストの層36とグリーンの着色フォトレジストの層37とブルーの着色フォトレジストの層38の3層を有するPSの一部35が形成されている。各着色フォトレジストの層36と37と38は各着色画素と同時に形成される。
図6は本発明に係るカラーフィルタ基板のフォトスペーサーの幅寸法を測定する場合に使用する円形の幅寸法測定装置の一例の概略図を示す。カラーフィルタ基板41は測定ステージ42に載置される。測定ステージ42はX軸駆動部45、Y軸駆動部46によって駆動される。撮像手段である撮像部43は光源、レンズ、ハーフミラー、カメラを有しており、Z軸駆動部47によって駆動される。光源から発せられた照明光はレンズ、ハーフミラー等を介してカラーフィルタ基板41を照明し、照明されたカラーフィルタ基板41はレンズ、ハーフミラーを介してカメラによって上方から撮像される。制御ユニット44は画像を記憶する記憶部、測定結果等を表示する表示部、測定ステージ42を駆動するX軸駆動部45、Y軸駆動部46、撮像部43を駆動するZ軸駆動部47、撮像部43の制御を行う制御部、オペレータ操作用の操作部、画像情報を演算する演算部を有している。
例えばカラーフィルタの着色画素の形成が、R画素、G画素、B画素の順に行われる場合は、前記フォトスペーサーの幅寸法の測定は、R画素、G画素、B画素の各画素が形成される毎に行うか、あるいはB画素まで全ての画素が形成された後に行うかは、適宜選択される。
図7は本発明に係る円形の幅寸法測定装置を用いて、カラーフィルタ基板のフォトスペーサーの円形の幅寸法を測定する場合に使用するカラーフィルタ基板の一部を模式的に示した上面図である。BM51上に形成されたPSの一部50、BM51の中の特徴あるパターン(以下、特徴パターン)52、R画素53、G画素54、B画素55を示す
図8は図7のフォトスペーサーの一部50を撮像手段である撮像部43で撮像した画像を模式的に示した図である。レッドの着色フォトレジストの層56、グリーンの着色フォトレジストの層57、ブルーの着色フォトレジストの層58と、ブラックマトリックス(図示せず)とレッドの着色フォトレジストの層56の境界部分61、レッドの着色フォトレジストの層56とグリーンの着色フォトレジストの層57の境界部分62、グリーンの着色フォトレジストの層57とブルーの着色フォトレジストの層58の境界部分63を示し、前記3つの境界部分はいずれも円形状を有している。
図9は本発明に係る円形の幅寸法測定装置を用いてフォトスペーサーの幅寸法を測定する場合のフロー図を示す。
図7、図8、図9を用いて図8のフォトスペーサーの一部50の内、円形62の幅寸法Dを測定する場合を例として、次に詳細に説明する。
撮像した画像から円形状の仮中心点を求める手段を次に説明する。
先ず、特徴パターンを登録する(S−1)。特徴パターンは、例えば図7に示すBM51の中から特徴ある部分を特徴パターン52として採用する。特徴パターン52の登録はカラーフィルタ基板の中での特徴パターンの位置を示す座標とパターンの形状を登録することによって行われる。本実施形態では特徴パターンの登録は1枚のカラーフィルタ基板の中で例えば、4隅と中央部の計5箇所登録するが、これに限定するものではない。
前記特徴パターンからフォトスペーサーの一部50の円形の中心までの相対距離の登録(S−2)を行う。前記相対距離の登録は前記特徴パターンの登録同様、1枚のカラーフィルタ基板の中で例えば、4隅と中央部の計5箇所登録するが、これに限定するものではない。相対距離の登録後、フォトスペーサーの幅寸法測定を開始(S−3)する。
前記登録された特徴パターン52を、座標及びパターンマッチングによって検出(S−4)する。特徴パターンを検出後、円形状の仮中心点出し(S−5)を行う。前記登録された特徴パターンからの相対距離から求めた点を円形の仮中心点とする。
次に、前記仮中心点から円形の複数のエッジを求める手段を説明する。
円形状の仮中心点出し(S−5)を行った後、検査エリア設定(S−6)を行う。検査エリアの設定を図10を用いて説明する。71は前記求められた円形状の仮中心点であって、該円形状の仮中心点から放射状に複数の検査エリア72を設定する。検査エリア72の大きさと個数は予め登録されている。図10では検査エリアを12個(図10でのa1〜a12の12個)設定した例を示しているが、3個以上であればこれに限定するものではないが、設定個数が少ない場合には円検出が出来ない(円検出不能)、または円検出がされても正確な円検出が出来ないために幅寸法の測定に誤差が生じる可能性があるため、検査エリアは検出したい円の円周上の全てが含まれるように設定することが望ましい。
エッジ検出(S−7)は一般的に用いられている方法を採用する。即ち、撮像した画像を二値化して白から黒に、または、黒から白に変化する部分をエッジとして検出する二値化方法と、撮像した画像を濃淡部分で微分して、該微分値の大きさが予め設定した閾値を越えた部分をエッジとする濃淡微分方法等が適宜採用することによってエッジ検出が行われる。図10の場合、61、62,63の3つの円形状があるが、測定する円形状は、検査エリア72において予め外側からN番目と任意指定したエッジの検出を行う。本実施形態ではN=2として予め指定しておき、外側から2番目の62で示される円形状のエッジを検出する。
検出した複数のエッジの一例を図11に示す。図11では、71は円形の仮中心点、62は幅寸法を測定する円、72は検出した複数のエッジ(図11では検出したエッジは合計24個)であって、各検出エリア毎に2個のエッジを検出し、合計24個のエッジ73が検出されているが、これに限定されるものではない。
次に、前記円形の複数のエッジから仮想円の中心を求める手段を説明する。
仮想円中心出し(S−8)は、次の手順で行う。
仮想円中心出し(S−8)の手順を図12の仮想円中心出しのフロー図と、図13の仮想円中心出しを説明するための図を用いて説明する。
仮想円中心出しスタート(K−1)後、前記検出された24個の検出エッジの1/3個(=A)、即ち8個のエッジを選択する(K−2)。前記8個のエッジの中から3個の代表点74−1、74−2、74−3を求め(K−3)、残りのエッジ数(B=A−3)即ち5を記憶(K−4)する。この時、前記3個の代表点を結ぶ三角形の各角度が鈍角にならないように3個の代表点を求める。前記3個の代表点から中心を求める(K−5)。前記3個の代表点から中心を求めるには、代表点3個を結ぶ3つの直線のうち2つの直線の垂直2等分線の交点を中心として求めることが出来る。求めた中心を仮の中心として記憶(K−6)した後、残りのエッジ数が3個以上の場合(本実施形態では8−3=5)は((K−7)のYES)、Bの値をAに入れ替え(A=B)(K−8)、再び3個の代表点を求める(K−3)。残ったエッジ数が3個以下になった場合(K−7のNO)は、(K−6)で記憶された仮の中心の平均を求め(K−9)、平均して求めた中心を仮想円76の中心75として仮想円中心出しを終了(K−10)する。本発明の実施形態は、円形の24個のエッジから3つのエッジの組み合わせを求め、前記3つのエッジの組み合わせから各々求められた3つの仮の中心の平均から仮想円の中心を求める場合の例である。
次に、前記仮想円の中心から仮想円を求める手段を説明する。
前記求められた仮想円の中心と全ての検出エッジの距離から仮想円の半径77を求める(S−9)。前記仮想円の半径77は仮想円の中心と全ての検出エッジの距離の平均あるいは仮想円の中心と全ての検出エッジの距離の二乗平均から求める。
次に、前記仮想円から検出円を求め、該検出円の幅を円形の幅寸法とする幅寸法算出手段を説明する。
前記求められた仮想円の中心と半径を持つ仮想円に対して、検出エッジが予め設定した規格範囲内にない場合は、該検出エッジを規格外エッジ78として削除する。前記削除する規格外エッジがある場合は(S−10のYES)、規格外エッジを削除し(S−11)、削除したエッジを除いた残りのエッジ数が全体の1/3以上の場合は(S−12のYES)、前記削除したエッジを除いた残りのエッジ数を基に、再度、仮想円中心出し(S−8)を行う。再度、仮想円中心出し(S−8)を行う理由は、仮想円の中心出しの精度を良くするためである。図14は図13に示される検出された24個のエッジから規格外エッジ2個78を削除した残りの22個のエッジ79を示すが、前記残りの22個のエッジを基に再度仮想円中心出し(S−8)を行う。
規格外エッジがない場合は(S−10のNO)、直前に求めた仮想円を検出円として(S−13)、該仮想円の半径から検出円の幅寸法Dが測定され(S−14)、終了する(S−16)。
削除したエッジを除いた残りのエッジ数が全体の1/3以下になった場合は((S−12のNO))、円検出が不能として(S−15)、終了する(S−16)。
前記削除したエッジを除いた残りのエッジ数が全体の1/3以下になり、円検出不能の場合は、1回目の仮想円中心出し時あるいは、複数回繰り返し行った仮想円中心出しの度に、多くのエッジが削除されたことを意味し、即ち、検出したエッジが広範囲に広がっている場合である。この原因は、フォトスペーサーの一部50を形成する段階で円形状の形成不良が発生した場合や、撮像部のカメラのフォーカス不良によるものである。したがって、フォトスペーサーを形成する段階で使用される製造装置のチエックやカメラのフォーカスの調整を行う必要がある。
なお、上記発明の最良の実施形態では、図8の62の円形状の幅寸法を測定する場合を例として説明したが、他の円形状61や63の測定や、透明電極を成膜後、最上層のフォトスペーサーの一部を形成した後に最上層のフォトスペーサーの円形の幅寸法の測定にも適用できる。更にはフォトスペーサーを着色フォトレジストで形成するのではなく、図15に示すように、ガラス基板80上にBM81、着色画素82、透明電極83を形成した後に1層で形成されたフォトスペーサーの円形の幅寸法の測定にも適用出来る。また、本発明の最良の実施形態でのカラーフィルタ基板のフォトスペーサーに限定されずに、全体として1または2以上の層を有するフォトスペーサーの幅寸法を測定する場合にも適用できる。
以上のように本発明によれば、カラーフィルタ基板のフォトスペーサーの円形状のエッジを自動で検出し、検出した円形状から円形の幅寸法の自動測定を可能にする。その結果、幅寸法測定者の測定負荷が解消され、しかも測定者による測定結果の誤差のない円形の幅寸法の測定が可能となり、更にカラーフィルタの製造工程中で、円形の幅寸法の測定を行うことによって、幅寸法の不良を最小限にとどめることが可能となる。
カラー液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を断面で示した図。 フォトリソグラフィー法の工程を示す概略ブロック図。 図1の破線15で示される部分を拡大した図。 フォトスペーサーの一部で着色フォトレジストで形成された部分を示す図。 本発明に係るカラーフィルタ基板の着色フォトレジストによって形成されたフォ トスペーサーの一部を断面で示した図。 本発明に係る円形の幅寸法測定装置を用いてカラーフィルタ基板のフォトスペー サーの円形の幅寸法を測定する場合に使用する装置の一例の概略図。 本発明に係る円形の幅寸法測定装置を用いてカラーフィルタ基板のフォトスペー サーの円形の幅寸法を測定する場合に使用するカラーフィルタ基板の一部を模式的に示した上面図。 本発明に係るフォトスペーサーの一部を撮像した画像を模式的に示した図。 本発明に係る円形の幅寸法測定装置を用いて円形の幅寸法を測定するフロー図。 本発明に係る検査エリアの設定を説明するための図。 本発明に係る検出したエッジの一例を示す図。 本発明に係る仮想円中心出しの詳細フロー図。 本発明に係る仮想円中心出しを説明するための図。 本発明に係る削除したエッジを除いた検出エッジを示す図。 本発明に係る円形の幅寸法測定装置が適用できるフォトスペーサーが1層の場合を示す図。
符号の説明
10・・・ガラス基板
11・・・BM
12−1・・・レッドRの着色画素
12−2・・・グリーンGの着色画素
12−3・・・ブルーBの着色画素
13・・・透明電極
14・・・フォトスペーサー
14−1・・・フォトスペーサーの一部
14−2・・・フォトスペーサーの一部
15・・・破線で囲まれた部分
16・・・レッドの着色フォトレジストの層
17・・・グリーンの着色フォトレジストの層
18・・・ブルーの着色フォトレジストの層
19・・・BMとレッドの着色フォトレジストの層16の境界部分
20・・・レッドの着色フォトレジストの層16とグリーンの着色フォトレジストの層1
7の境界部分
21・・・グリーンの着色フォトレジストの層17とブルーの着色フォトレジストの層1
8の境界部分
30・・・ガラス基板
31・・・BM
32・・・R画素
33・・・B画素
35・・・フォトスペーサーの一部
36・・・レッドの着色フォトレジストの層
37・・・グリーンの着色フォトレジストの層
38・・・ブルーの着色フォトレジストの層
41・・・カラーフィルタ基板
42・・・測定ステージ
43・・・撮像部
44・・・制御ユニット
45・・・X軸駆動部
46・・・Y軸駆動部
47・・・Z軸駆動部
50・・・フォトスペーサーの一部の中の特徴あるパターン
51・・・BM
52・・・特徴パターン
53・・・R画素
54・・・G画素
55・・・B画素
56・・・レッドの着色フォトレジストの層
57・・・グリーンの着色フォトレジストの層
58・・・ブルーの着色フォトレジストの層
61・・・BMとレッドの着色フォトレジストの層56の境界部分
62・・・レッドの着色フォトレジストの層56とグリーンの着色フォトレジストの層5
7の境界部分
63・・・グリーンの着色フォトレジストの層57とブルーの着色フォトレジストの層5
8の境界部分
71・・・円形の仮中心点
72・・・検査エリア
a1〜a12・・・検査エリア
73・・・検出された24個のエッジ
75・・・仮想円の中心
76・・・仮想円
77・・・仮想円の半径
78・・・規格外エッジ
79・・・検出された24個のエッジから規格外エッジを削除した残りのエッジ
80・・・ガラス基板
81・・・BM
82・・・着色画素
83・・・透明電極
84・・・フォトスペーサー

Claims (1)

  1. 円形のフォトスペーサーパターンが形成されたカラーフィルタ基板を上方から撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段によって得られた画像から円のフォトスペーサーパターンの仮中心点を求める手段と、
    前記仮中心点から円形のフォトスペーサーパターンのエッジパターンる手段と、
    前記円形の複数のエッジパターンから仮想円の中心を求める手段と、
    前記仮想円の中心と前記複数のエッジパターンとの平均距離から仮想円の径を求める手段と、
    前記仮想円から円形のフォトスペーサーパターンの幅寸法を得る幅寸法算出手段と
    からなる円形の幅寸法測定装置であって、
    (1)ブラックマトリックス上に複数の着色フォトレジストが円錐状に積層されていているフォトスペーサーを形成した前記カラーフィルタ基板から円形のフォトスペーサーパターンを前記撮像装置にて取得して、
    (2)前記撮像手段によって得られた画像から予め登録しておいたブラックマトリックスのパターンと該ブラックマトリックスのパターンとフォトスペーサーの円形状パターンの中心点の相対的な位置情報から、前記円形のフォトスペーサーパターンの仮中心点を、仮中心点を求める手段にて求め、
    (3)放射状に設定した複数の検査エリア毎に円形のフォトスペーサーパターンの複数のエッジパターンを、エッジパターンを得る手段にて得て、
    (4)前記円形の複数のエッジパターンの中から選択したエッジパターンを用いて仮想円の中心を、仮想円の中心を求める手段にて求め、
    (5)前記仮想円の中心と前記円形の複数のエッジパターンとの平均距離から仮想円の径を、仮想円の径を求める手段にて求め、
    (6)前記仮想円から予め設定された距離を外れたエッジパターンを削除し、残りのエッジパターンから再度仮想円を求めることを繰り返して、削除する検出エッジが無くなった時の仮想円を検出円として、前記検出円の直径をフォトスペーサーパターンの幅寸法とする幅寸法算出手段にて求めることを
    特徴とする円形の幅寸法測定装置。
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