JP5728348B2 - パターン画像表示装置およびパターン画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、基材上に形成された薄膜パターンの画像を表示する技術に関する。

従来より、様々な分野において、フィルム状または板状の基材上に形成されたパターンの検査が行われている。例えば、特許文献１に開示されるパターン検査装置では、樹脂フィルム上に形成された配線パターンの検査が行われる。パターン検査装置では、光源に波長５００ｎｍ以上の光のみを放射するＬＥＤ(Light Emitting Diode)が用いられることにより、コントラストの良い画像が得られる。

なお、特許文献２に開示される膜厚測定装置では、半導体レーザから透明ポリエステルフィルムに光が照射され、シリコンフォトダイオードにて正反射光強度が検出される。半導体レーザおよびシリコンフォトダイオードは、ステッピングモータにより、０°から９０°の範囲内で移動し、光入射角が変更される。

特開２００６−１１２８４５号公報 特開２００４−１０１５０５号公報

ところで、近年、様々な電子機器にＦＰＤ(Flat Panel Display)が設けられる。このような表示装置の製造において透明電極等の透明なパターンの外観を観察する場合、例えば、ガラス基板に光を照射し、反射光を受光することによりパターンの画像が取得および表示される。

パターン画像の取得では、光源にランプやＬＥＤ、ＬＤ(Laser Diode)等が使用され、観察対象における光干渉によりパターンと背景との間に明るさの差、すなわち、コントラストが生じる。光干渉を利用してパターンの画像を取得する場合、パターンやその上に存在する薄膜の厚さおよび光学定数等の影響により、コントラストの良い画像が取得可能な波長が変化する。したがって、光源としてランプおよび複数の干渉フィルタを切り替える機構が設けられたり、複数の波長を出射する複数のＬＥＤが設けられる。このような手法を採用する場合、光源が大掛かりとなり、装置の製造コストが増大する。

また、複数の波長の光を用いる場合、光学系における色消しや収差補正を多波長に対して実現する必要があり、光学系の設計および製作の難易度が上がり、光量の増加が必要となったり、光学系の製造コストが増大する。加えて、例えば、観察対象が感光性のレジストを含む場合、短い波長域の光を照射することができず、理想的な波長の光を使用してパターンを観察することができない場合がある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、パターンの観察において、コントラストの高いパターン画像の表示を低コストにて実現することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基材上に形成された薄膜パターンの画像を表示するパターン画像表示装置であって、前記薄膜パターンに対して透過性を有する波長の光を出射する光照射部と、前記光が照射される線状の撮像領域からの光を受光するラインセンサと、前記基材を前記撮像領域と交差する方向に前記撮像領域に対して相対的に移動する移動機構と、前記光照射部から前記撮像領域に至る光軸と前記基材の法線とのなす照射角と、前記撮像領域から前記ラインセンサに至る光軸と前記法線とのなす検出角とを等しく維持しつつ前記照射角および前記検出角を変更する角度変更機構と、前記ラインセンサからの出力に基づいて前記薄膜パターンの画像を表示する表示部と、前記照射角および前記検出角と、前記薄膜パターンと背景との間のコントラストとの関係を示すプロファイルを取得するプロファイル取得部と、前記プロファイルから前記照射角および前記検出角の設定角度を求める角度決定部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパターン画像表示装置であって、前記基材上における表示対象位置の入力を受け付ける入力受付部と、前記表示対象位置が前記撮像領域を通過するように、前記移動機構により前記基材を前記撮像領域に対して相対的に移動する制御部とをさらに備える。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のパターン画像表示装置であって、複数の受光素子が２次元に配列され、前記基材の補助画像を取得する補助撮像部と、前記移動機構を制御する制御部とをさらに備え、前記補助画像が前記表示部に表示され、前記補助画像が示す前記基材上の位置が前記撮像領域を通過するように、前記制御部が、前記移動機構により前記基材を前記撮像領域に対して相対的に移動する。

請求項４に記載の発明は、基材上に形成された薄膜パターンの画像を表示するパターン画像表示方法であって、ａ）前記薄膜パターンに対して透過性を有する波長の光を出射する光照射部から線状の撮像領域に至る光軸と前記基材の法線とのなす照射角の設定角度を求める工程と、ｂ）前記照射角を前記設定角度に設定し、前記撮像領域からラインセンサに至る光軸と前記法線とのなす検出角も前記設定角度に設定する工程と、ｃ）前記基材を前記撮像領域と交差する方向に前記撮像領域に対して相対的に移動する工程と、ｄ）前記ラインセンサからの出力に基づいて前記薄膜パターンの画像を表示部に表示する工程とを備え、前記ａ）工程が、ａ１）前記照射角および前記検出角と、前記薄膜パターンと背景との間のコントラストとの関係を示すプロファイルを取得する工程と、ａ２）前記プロファイルから前記照射角および前記検出角の前記設定角度を求める工程とを備える。

本発明によれば、コントラストの高いパターン画像の表示を低コストにて実現することができる。また、請求項２および３の発明では、基材上における所望の位置の画像を容易に表示することができる。

第１の実施の形態に係るパターン画像表示装置の概略構成を示す図である。 画像取得部の正面図である。 画像取得部の平面図である。 画像取得部の背面図である。 パターン画像表示装置の機能構成を示すブロック図である。 パターン画像表示装置の動作の流れを示す図である。 プロファイルの例を示す図である。 ガラス基板上の複数の矩形領域を示す図である。 プロファイルの例を示す図である。 画像取得部の他の例を示す正面図である。 プロファイルの例を示す図である。 プロファイルの例を示す図である。 プロファイルの例を示す図である。 プロファイルの例を示す図である。 プロファイルの例を示す図である。 プロファイルの例を示す図である。 プロファイルの例を示す図である。 第２の実施の形態に係るパターン画像表示装置の機能構成の一部を示す図である。 パターン画像表示装置の動作の流れの一部を示す図である。 第３の実施の形態に係るパターン画像表示装置を示す図である。 画像取得部の他の例を示す図である。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るパターン画像表示装置１の概略構成を示す図である。パターン画像表示装置１は、基材上に形成された多層の薄膜パターンの画像であるパターン画像を取得して表示する。図１では、基材はガラスの基板である。薄膜パターンは、例えば、透明電極膜であり、本実施の形態では、基材および薄膜パターンは、透明膜により覆われる。実際には、基材上に反射防止膜等の他の層も設けられる。以下の説明では、薄膜パターンを単に「パターン」と呼ぶ。基材および基材上の膜をまとめて「ガラス基板９」または「表示対象」と呼ぶ。ガラス基板９は、静電容量型のタッチパネルの製造に用いられる。

パターン画像表示装置１は、ガラス基板９を移動する移動機構１１と、膜厚計１２と、画像取得部１３と、補助撮像部１４と、コンピュータ３とを備える。移動機構１１は、ガラス基板９を上面上に保持するステージ４１と、ステージ４１をガラス基板９の主面に平行な図１中のＸ方向へと移動するＸ方向移動部４２と、ガラス基板９の主面に平行、かつ、Ｘ方向に垂直なＹ方向へとＸ方向移動部４２を移動するＹ方向移動部４３とを備える。移動機構１１はガラス基板９の主要部である基材を後述の撮像領域９０に対して相対的に移動する機構である。なお、Ｘ方向およびＹ方向に垂直な図１中のＺ方向にステージ４１を移動する機構や、Ｚ方向に平行な軸を中心としてステージ４１を回動する機構が、移動機構１１に追加されてもよい。

膜厚計１２は、光干渉式の分光膜厚計であり、測定光をガラス基板９に照射し、反射光のスペクトルを取得する。予め設定された膜構造を前提として、計算上の各層の膜厚を変化させ、計算により求められる分光スペクトルを測定により取得された分光スペクトルにフィッティングすることにより各層の膜厚が求められる。補助撮像部１４では、複数の受光素子が２次元に配列され、ガラス基板９の画像が取得される。画像取得部１３により取得される画像と区別するため、補助撮像部１４により取得される画像を補助画像と呼ぶ。

図２は、画像取得部１３の正面図であり、図３は平面図であり、図４は背面図である。画像取得部１３は、ガラス基板９上の撮像領域９０に向かって光を出射する光照射部１３１と、撮像領域９０からの反射光を受光するラインセンサ１３２と、光照射部１３１による光の照射角およびラインセンサ１３２による検出角を変更する角度変更機構１３３とを備える。ここで、照射角とは、光照射部１３１から撮像領域９０に至る光軸Ｊ１とガラス基板９の法線Ｎとのなす角θ１である。検出角とは、撮像領域９０からラインセンサ１３２に至る光軸Ｊ２と法線Ｎとのなす角θ２である。

光照射部１３１は、パターンに対して透過性を有する波長の光を出射する。光は、少なくとも線状の撮像領域９０に照射される。光照射部１３１は、Ｘ方向に配列された複数のＬＥＤと、ＬＥＤからの光を均一化して撮像領域９０へと導く光学系とを備える。ラインセンサ１３２は、１次元の撮像素子と、撮像領域９０と撮像素子の受光面とを光学的に共役とする光学系とを備える。なお、光照射部１３１、ラインセンサ１３２および角度変更機構１３３をガラス基板９の法線Ｎの方向に一体的に移動するオートフォーカス機構が画像取得部１３に設けられてもよい。

後述するパターン画像の取得時には、ガラス基板９は、移動機構１１により、撮像領域９０と交差する方向に移動する。すなわち、移動機構１１はガラス基板９の基材を撮像領域９０に対して相対的に移動する機構である。本実施の形態では、ガラス基板９は撮像領域９０に対して垂直なＹ方向に移動するが、撮像領域９０は移動方向に対して傾斜してもよい。画像取得部１３には移動機構１１の一部が含まれると捉えられてもよい。

なお、以下の説明では、必要に応じて基材とパターンとを区別して説明するが、表示対象（ガラス基板９）の大部分は基材であることから、表示対象の取り扱い等に関しては、表示対象と基材とは厳密に区別することなく説明を行っている。

角度変更機構１３３は、照射角θ１と検出角θ２とを等しく維持しつつ照射角θ１および検出角θ２を変更する。したがって、以下の説明における検出角の大きさは照射角の大きさでもあり、照射角の大きさは検出角の大きさでもある。光照射部１３１およびラインセンサ１３２は、角度変更機構１３３を介して、ベース壁１３４に支持される。ベース壁１３４は、Ｙ方向およびＺ方向に平行な板部材である。

ベース壁１３４には、撮像領域９０を中心とする円弧状の第１開口２０１および第２開口２０２が設けられる。第１開口２０１には光照射部１３１を支持する第１支持部２１が挿入される。第２開口２０２にはラインセンサ１３２を支持する第２支持部２２が挿入される。第１支持部２１および第２支持部２２は角度変更機構１３３の一部である。角度変更機構１３３は、さらに、光照射部１３１を移動させるための第１ガイド部２３１、第１モータ２４１、第１ラック２５１、並びに、ラインセンサ１３２を移動させるための第２ガイド部２３２、第２モータ２４２、第２ラック２５２を備える。

第１ガイド部２３１は、第１開口２０１に沿ってベース壁１３４の光照射部１３１側に設けられ、撮像領域９０を中心とする円周方向に光照射部１３１の移動を案内する。第１支持部２１の移動体２１１は、第１ガイド部２３１に沿って移動する。第１支持部２１はベース壁１３４の光照射部１３１とは反対側に支持板２１２をさらに備え、第１モータ２４１は支持板２１２に支持される。第１ラック２５１は、第１開口２０１に沿ってベース壁１３４の光照射部１３１とは反対側に設けられる。第１ラック２５１は第１モータ２４１の出力軸に設けられたピニオンギアと歯合し、駆動力を第１支持部２１に与え、光照射部１３１を移動させる。

ラインセンサ１３２を移動させる機構は、光照射部１３１を移動させる機構と同様である。すなわち、第２ガイド部２３２は、第２開口２０２に沿ってベース壁１３４のラインセンサ１３２側に設けられ、撮像領域９０を中心とする円周方向にラインセンサ１３２の移動を案内する。第２支持部２２の移動体２２１は、第２ガイド部２３２に沿って移動する。第２支持部２２はベース壁１３４のラインセンサ１３２とは反対側に支持板２２２をさらに備え、第２モータ２４２は支持板２２２に支持される。第２ラック２５２は、第２開口２０２に沿ってベース壁１３４のラインセンサ１３２とは反対側に設けられる。第２ラック２５２は第２モータ２４２の出力軸に設けられたピニオンギアと歯合し、駆動力を第２支持部２２に与え、ラインセンサ１３２を移動させる。

図５は、パターン画像表示装置１の機能構成を示すブロック図である。破線にて囲む構成は、図１に示す構成であり、他の構成は、コンピュータ３により実現される。パターン画像表示装置１は、膜厚計１２からの出力が入力されるプロファイル取得部３１、プロファイル取得部３１にて求められた後述のプロファイルが入力される角度決定部３２、全体を制御する全体制御部３０、ラインセンサ１３２からの出力が入力される表示制御部３３、表示部であるディスプレイ３４、および、操作者等からの各種情報の入力を受け付ける入力受付部３５を備える。

図６は、パターン画像表示装置１の動作の流れ図である。パターン画像表示装置１では、まず、移動機構１１が制御されることにより、ガラス基板９においてパターンが存在する領域が膜厚計１２の下方に（すなわち、図１中にて二点鎖線にて示す位置に）配置され、膜厚計１２により各層の膜厚が取得される。さらに、移動機構１１が制御されることにより、パターンの周囲の領域である背景の領域が膜厚計１２の下方に配置され、背景の領域においても各層の膜厚が取得される（ステップＳ１１）。なお、パターンが存在する領域のみにおいて各層の膜厚が取得され、これらの膜厚から背景における各層の膜厚が推定されてもよい。

膜厚の測定結果はプロファイル取得部３１に入力される。プロファイル取得部３１では、基材上における層構造および各層の膜厚に基づいて、（照射角および）検出角とコントラストとの関係を示すプロファイルが演算により求められる（ステップＳ１２）。図７は取得されるプロファイルを例示する図である。実線８１１は厚さ３０ｎｍの透明電極パターン上に厚さ９００ｎｍの透明膜を形成した場合の検出角とコントラストとの関係を示す。背景では厚さ９００ｎｍの透明膜のみが存在するものとしている。照射光の波長は５７０ｎｍである。

ここで、コントラストとは、基材上にパターンを含む多層膜が存在する場合にラインセンサ１３２に入射する光の強度と、基材上に上記多層膜からパターンを除いた膜のみが存在する場合にラインセンサ１３２に入射する光の強度との比である。換言すれば、コントラストは、パターンと背景との間の明度比（＝（パターン領域の明度）／（背景領域の明度））である。明度はその波長における反射率に対応し、明度比は反射率比でもある。もちろん、コントラストとしては、明度や反射率の差等の他の値が利用されてもよい。

図７において、通常、コントラストが０．５以下または２以上の場合に良好なパターン表示が可能となる。実線８１１の場合、検出角がおよそ０°以上２８°以下、または、４０°以上４５°以下の場合に、適切なパターン画像が取得される。ただし、４５°は図７における形式的な上限にすぎない。なお、コントラストが０．７７以下または１．３以上であれば、条件によってはパターン観察が可能である。好ましくは、コントラストは、０．６７以下または１．５以上である。また、「コントラストが高い」とはコントラストが良好であることを指し、明暗がはっきり区別できる状態を意味する。コントラストが高いことは、必ずしもコントラストの値が大きいことを意味しない。

図７の破線８１２は厚さ３０ｎｍの透明電極パターン上に厚さ９６０ｎｍの透明膜を形成した場合の検出角とコントラストとの関係を示す。背景では厚さ９６０ｎｍの透明膜のみが存在するものとしている。一点鎖線８１３は厚さ３０ｎｍの透明電極パターン上に厚さ１０００ｎｍの透明膜を形成した場合の検出角とコントラストとの関係を示す。背景では厚さ１０００ｎｍの透明膜のみが存在するものとしている。照射光の波長は５７０ｎｍである。曲線８１１〜８１３にて示すように、透明膜の厚さが変化することにより、コントラストが高いパターン画像が取得される検出角が大きく変化することが判る。

すなわち、検出角を変化させると透明な各層を経由する光の光路長が変化して光の干渉状態が変化し、これにより、特定の検出角では高いコントラストが得られない場合であっても、波長を変えることなく検出角を変化させることにより、高いコントラストを得ることが可能となる。さらに換言すれば、検出角を変化させることにより、白色光源および多数のフィルタを用いて多数の波長から波長を選択してパターン画像を取得することと同等の画像取得が実現される。

角度決定部３２では、取得されたプロファイルに基づいて、照射角および検出角の設定すべき角度（以下、「設定角度」という。）が決定される（ステップＳ１３）。設定角度の決定では、光照射部１３１およびラインセンサ１３２の可動範囲や他の条件が考慮される。設定角度は全体制御部３０へと入力され、全体制御部３０が角度変更機構１３３を制御することにより、照射角および検出角が設定角度となる（ステップＳ１４）。

上記準備作業が完了すると、入力受付部３５においてガラス基板９上における所望の表示対象位置を示す座標の入力が受け付けられ（ステップＳ１５）、全体制御部３０が移動機構１１を制御することにより、表示対象位置が光照射部１３１およびラインセンサ１３２の下方近傍に配置される。続いて、光照射部１３１からの光の出射が開始され、表示対象位置が撮像領域９０を通過するように、移動機構１１によりガラス基板９がＹ方向に移動する。ガラス基板９の移動に並行して、ラインセンサ１３２では、線状の撮像領域９０のライン画像が高速に繰り返し取得される（ステップＳ１６）。ライン画像のデータは表示制御部３３に入力され、これにより、表示対象位置における薄膜パターンを示す２次元のパターン画像がコンピュータ３のディスプレイ３４に表示される（ステップＳ１７）。なお、ステップＳ１５にて複数の表示対象位置が設定され、複数の表示対象位置におけるパターン画像が順次取得されてディスプレイ３４に表示されてもよい。

以上のようにして、透明電極膜にて形成される透明な薄膜パターンの画像が、ラインセンサ１３２からの出力に基づいて表示（可視化）されることにより、当該薄膜パターンの形状等を作業者が確認することができ、薄膜パターンの形成プロセスの改善等を行うことができる。また、パターン画像表示装置１では、ディスプレイ３４に表示されたパターン画像において、入力部により任意の２点を選択することにより、当該２点間の距離が表示（または出力）される。さらに、パターン画像のデータに基づいて、任意の位置における断面プロファイルを表示することも可能であり、当該断面プロファイルにおける任意の２点間の距離の表示も可能である。

また、ステージ４１上におけるガラス基板９の基準位置および向きを予め登録しておくことにより、ディスプレイ３４上のパターン画像における任意の位置を指定して当該位置の座標（基準位置に対する相対的な座標）を表示することも可能である。他の測定器においてガラス基板９に対して各種測定を行う際には、薄膜パターンに合わせた測定位置を特定することが困難であるが、パターン画像表示装置１にて取得した上記座標を用いることにより、当該測定器において測定位置を容易に特定することが可能となる。

パターン画像表示装置１では、補助撮像部１４により取得される補助画像に基づいて表示対象位置の入力が行われてもよい。例えば、図８に示すガラス基板９では、それぞれがタッチパネルとなる複数の矩形領域９３が主面上に設定されており、各矩形領域９３の外縁部には、金属材料にて所定のパターン（例えば、透明電極膜に接続される引き出し電極のパターンであり、以下、「可視パターン」という。）９３１が形成されている。このような場合、補助撮像部１４による補助画像では、透明電極膜の薄膜パターンは背景と区別可能に映し出されないが、可視パターン９３１は視認可能である。したがって、補助画像中の可視パターン９３１を参照しつつ操作者が所定の入力を行うことによりガラス基板９がＸ方向およびＹ方向に移動し、ガラス基板９上の所望の領域が補助撮像部１４の撮像範囲内に配置される。これにより、当該領域を示す補助画像がディスプレイ３４に表示される。

補助画像における所望の位置を表示対象位置として指示する入力を操作者が行うことにより、入力受付部３５において当該入力が受け付けられ（ステップＳ１５）、ガラス基板９上の表示対象位置が光照射部１３１およびラインセンサ１３２の下方近傍に配置される。続いて、光照射部１３１からの光の出射が開始され、表示対象位置が撮像領域９０を通過するように、移動機構１１によりガラス基板９がＹ方向に移動する。これにより、表示対象位置における薄膜パターンを示すパターン画像が取得されてディスプレイ３４に表示される（ステップＳ１６，Ｓ１７）。なお、補助画像が示すガラス基板９上の領域のおよそ全体におけるパターン画像が取得されてもよい。また、補助画像およびパターン画像は２つのディスプレイにそれぞれ表示されてもよく、この場合、当該２つのディスプレイが表示部となる。さらに、可視パターンは、引き出し電極のパターン以外に、例えば表示装置用のパネルにおいて画素を構成する各セルの外縁部（通常、金属材料にて形成される。）等であってもよい。

以上に説明したように、パターン画像表示装置１では、撮像領域９０に照射される光の波長を変更することなく、パターンと背景との間のコントラストが高いパターン画像を取得して表示することができる。これにより、波長を変更するための複雑な構造や多波長の光に対応した光学系の設計や煩雑な調整が不要となり、パターン画像表示装置１の製造コストを削減することができる。さらに、例えば、感光性のレジストがパターン上の層に含まれる場合等であっても、使用できない波長の光を避けつつ、パターン画像の表示を容易に行うことができる。

また、プロファイル取得部３１がプロファイルを取得するため、角度決定部３２にて最も好ましい角度を容易に決定することができる。膜厚計１２を用いることによりプロファイルを速やかに取得することができ、効率よくパターン画像の表示を行うことができる。 パターン画像表示装置１では、入力受付部３５がガラス基板９上の表示対象位置を示す入力を受け付けることにより、表示対象位置におけるパターン画像の取得が自動的に行われる。これにより、ガラス基板９上における所望の位置の画像をディスプレイ３４に容易に表示することができる。また、補助撮像部１４により、ガラス基板９の補助画像が取得され、補助画像が示すガラス基板９上の位置が撮像領域９０を通過するように、全体制御部３０により移動機構１１が制御される。この場合も、ガラス基板９上における所望の位置のパターン画像をディスプレイ３４に容易に表示することができる。

図９は、パターンの膜厚が薄い場合のプロファイルを例示する図である。実線８２１は、３０ｎｍの透明電極膜上に６５０ｎｍの透明膜を形成した場合のプロファイルを示す。長い破線８２２、短い破線８２３、一点鎖線８２４は、それぞれ透明電極膜の厚さを２０ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎｍに変更した場合のプロファイルを示し、透明膜の厚さは６５０ｎｍである。背景では６５０ｎｍの透明膜のみが存在するものとしており、以下の類似の図においても同様である。

図９に示すように、実用上は、パターンの厚さは１０ｎｍ以上であることが好ましい。また、透明電極にてパターンが形成される場合、パターンの厚さは、通常、１００ｎｍ以下である。異なる膜種により透明なパターンが形成される場合でも、パターンの厚さは、通常、２０００ｎｍ以下である。パターンには種々の材料が適用可能であり、例えば、クロムの薄膜でもよい。

図１０は画像取得部１３の他の例を示す正面図である。図１０に示す画像取得部１３では、撮像領域９０とラインセンサ１３２との間に偏光子１３６が配置される。これにより、ラインセンサ１３２にはガラス基板９からの反射光のうち、ｐ偏光光のみが入射する。パターン画像表示装置１の他の構成は図１と同様である。

図１０の画像取得部１３を含むパターン画像表示装置１では、プロファイル取得部３１にてｐ偏光光に関するプロファイルが取得される。すなわち、パターンが形成された領域からのｐ偏光光の強度と背景からのｐ偏光光の強度との比であるコントラストが検出角に依存して変化する様子が、プロファイルとして取得される。

図１１．Ａ、図１１．Ｂおよび図１１．Ｃは、それぞれ厚さ３０ｎｍの透明電極パターン上に厚さ９００ｎｍ、９６０ｎｍおよび１０００ｎｍの透明膜を形成した場合のプロファイルを示す。光の波長は５７０ｎｍである。実線８４１、８４３、８４５はｐ偏光光によるプロファイルを示し、破線８４２、８４４、８４６はｓ偏光光によるプロファイルを示す。これれらのプロファイルから、図１１．Ｂおよび図１１．Ｃに示す膜構造では、ｐ偏光光を利用すると、偏光光を利用しない場合に比べてコントラストが高いパターン画像が取得可能であることが判る。また、透明膜の厚さによって好ましい検出角が大きく変化することも判る。

パターン画像表示装置１では、ｐ偏光光のプロファイルに基づいて照射角および検出角が決定される。そして、ｐ偏光光をラインセンサ１３２にて受光することにより、コントラストが高い画像を取得および表示し、パターンの観察における精度が向上される。なお、ｓ偏光光を受光する方がコントラストが高いパターン画像が取得される場合、ラインセンサ１３２にてｓ偏光光を受光するための偏光子１３６が設けられる。偏光光の利用は、パターンが非常に薄い場合に特に適している。

図１２．Ａ、図１２．Ｂ、図１２．Ｃおよび図１２．Ｄは、それぞれ３０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍおよび５ｎｍの厚さの透明電極パターンによるプロファイルを示す。光の波長は５７０ｎｍである。実線８５１、８５３、８５５、８５７は、ｐ偏光光によるプロファイルを示し、破線８５２、８５４、８５６、８５８は、ｓ偏光光によるプロファイルを示す。これらのプロファイルにおいても、ｐ偏光光を利用することにより、偏光光を使用しない場合よりもコントラストが高いパターン画像を取得および表示することが可能であることが判る。また、実用上、パターンの膜厚が１０ｎｍ以上である場合に、コントラストを利用したパターンの観察が可能であることが判る。一般的に、パターンが薄い場合、検出角を大きくすることにより高いコントラストを得ることができる。

図１３は、第２の実施の形態に係るパターン画像表示装置１のプロファイル取得部３１の周辺の機能構成を示す図である。第２の実施の形態ではパターン画像表示装置１から膜厚計１２が省かれる。他の構成は第１の実施の形態と同様であり、以下、同様の構成には同符号を付す。

プロファイル取得部３１は、角度変更機構１３３を制御し、ラインセンサ１３２からの信号が入力される。プロファイルが取得される際には、まず、撮像領域９０にパターンおよび背景が存在するように移動機構１１がガラス基板９の位置決めを行う。次に、プロファイル取得部３１が照射角および検出角を変更しつつ、ラインセンサ１３２が撮像領域９０のライン画像を繰り返し取得する。プロファイル取得部３１では、ラインセンサ１３２にてライン画像が取得される毎に、パターンの領域からの光強度と背景の領域からの光強度との比がコントラストとして求められる。照射角および検出角は等しく維持されたまま最小角から最大角まで変更される。これにより、検出角とコントラストとの関係を示すプロファイルが取得される（図１４：ステップＳ２１）。

取得されたプロファイルは角度決定部３２へと送られ、設定角度が決定される（図６：ステップＳ１３）。以後、第１の実施の形態と同様の動作により、パターン画像の表示が実行される。

第２の実施の形態においても、撮像領域９０に照射される光の波長を変更することなく、パターンと背景との間のコントラストが高いパターン画像を取得および表示することができる。これにより、パターン画像表示装置１の製造コストを削減することができる。さらに、膜厚計が省かれるため、パターン画像表示装置１の製造コストをさらに削減することができる。

図１５は、第３の実施の形態に係るパターン画像表示装置１ａを示す図である。パターン画像表示装置１ａは、搬送機構１１ａと、膜厚計１２と、画像取得部１３と、補助撮像部１４と、コンピュータ３とを備え、搬送機構１１ａの構造および画像取得部１３の一部が図１と異なるという点を除いて第１の実施の形態と同様である。また、表示対象は、透明電極膜や透明膜等が形成された樹脂フィルムのウエブ、すなわち、連続シートである。

搬送機構１１ａは、図１５の右側（（＋Ｙ）側）に位置する供給部１１１と、左側（（−Ｙ）側）に位置する回収部１１２とを備える。供給部１１１は、ウエブ９ａをロール９１として支持し、左方向へとウエブ９ａを繰り出す。回収部１１２は、ウエブ９ａをロール９２として支持し、ウエブ９ａを回収する。搬送機構１１ａはウエブ９ａの主要部である基材を撮像領域９０に対して相対的に移動する移動機構である。図１５のパターン画像表示装置１ａでは、撮像領域９０がウエブ９ａの幅のおよそ全体に亘って設けられるが、撮像領域９０の長さをウエブ９ａの幅よりも小さくし、画像取得部１３をＸ方向に移動する機構が別途設けられてもよい。

膜厚計１２、補助撮像部１４および画像取得部１３は、供給部１１１から回収部１１２に向かってこの順で配置される。画像取得部１３には、撮像領域９０とラインセンサ１３２との間に偏光子１３６が配置され、光軸を中心として偏光子１３６を回転する回転機構１３７がさらに設けられる。回転機構１３７は、偏光子１３６による偏光方向を変更する偏光切替機構である。

パターン画像の表示が行われる際には、膜厚計１２の下方にウエブ９ａが配置される。そして、ウエブ９ａの基材上の各層の膜厚が取得される（図６：ステップＳ１１）。続いて、プロファイル取得部３１が、膜厚計１２の測定結果に基づいて、プロファイルとして、ｐ偏光光によるパターンと背景との間の第１コントラストを示す第１プロファイルと、ｓ偏光光によるパターンと背景との間の第２コントラストを示す第２プロファイルとを取得する（ステップＳ１２）。

角度決定部３２は、第１コントラストと第２コントラストとの積を求め、この積が１から大きく異なる角度を設定角度として決定する（ステップＳ１３）。この手法は、第１コントラストおよび第２コントラストのいずれもが１に近いが、積が１から比較的異なる場合に適している。

なお、実質的に第１コントラストおよび第２コントラストの積が求められるのであれば、厳密な意味で第１プロファイルおよび第２プロファイルが準備される必要はない。例えば、パターンにおけるｐ偏光光による明度とｓ偏光光による明度との積と、背景におけるｐ偏光光による明度とｓ偏光光による明度との積との比を求めることにより、第１コントラストと第２コントラストとの積に相当する値が求められてもよい。このように、プロファイル取得部３１と角度決定部３２とは厳密に区別可能な機能である必要はない。

照射角および検出角が設定角度に設定されると（ステップＳ１４）、表示対象位置を示す入力が受け付けられる（ステップＳ１５）。そして、ウエブ９ａ上の表示対象位置が画像取得部１３の下方に配置され、光の照射およびウエブ９ａの移動が開始される。これにより、表示対象位置に対してｐ偏光光による第１パターン画像が画像取得部１３により取得される。さらに、回転機構１３７により偏光子１３６が回転され、光の照射およびウエブ９ａの移動（直前の移動とは反対の方向への移動）が再度行われ、表示対象位置に対してｓ偏光光による第２パターン画像が取得される（ステップＳ１６）。

表示制御部３３では、第１パターン画像の各画素の値と第２パターン画像の対応する画素の値との積が求められ、積を画素値として有する画像がパターン画像として表示される（ステップＳ１７）。パターン画像表示装置１ａでは、ｐ偏光光の強度とｓ偏光光の強度との積を用いてパターン画像の表示が行われるため、パターンと背景との間でこの積の差が大きい場合に適切な画像の表示が実現される。また、種類の異なる２つの画像が利用されるため、画像におけるノイズ等の影響も低減される。パターン画像表示装置１ａにおいても、光源の波長を切り替える機構が不要であるため、パターン画像表示装置１ａの製造コストを削減することができる。

パターン画像表示装置１ａでは、第１の実施の形態と同様に偏光子１３６を設けることなくパターン画像の表示が行われてもよく、ｐ偏光光またはｓ偏光光のみを用いて画像の表示が行われてもよい。また、膜厚計１２が省略され、図１４に示す動作が実行されてもよい。

パターン画像表示装置１，１ａでは、様々な変形が可能である。

表示対象の基材は、フィルムやガラス基板には限定されず、樹脂板等の他の材料により形成されたものであってよい。基材上に形成される膜構造は、既述のように様々なものであってよく、通常、上記実施の形態にて例示したものよりも複雑な構造を有する。表示対象となるパターンは１種類には限定されず、複数種類であってもよい。この場合、各表示対象のパターンの表示の際に、このパターンに重なる他のパターンは、背景として扱われる。

上記実施の形態では、背景は１種類であるものとして説明したが、背景は１種類には限定されない。背景が複数種類の場合、各背景に関してプロファイルが求められ、いずれの背景に対してもコントラストが高くなる照射角および検出角が角度決定部３２にて決定される。

薄膜パターンの組成は、照射光に対してある程度の透過性を有するのであれば、他の材料にて形成されたものであってよく、必ずしも可視光に対して透明である必要はない。パターンは透明電極には限定されず、他の用途のパターンであってもよい。ただし、パターン画像表示装置の用途としては、可視光を照射しても影ができない透明電極のパターン画像の表示に特に適している。

例えば、図１６に示す光照射部１３１ａがパターン画像表示装置に設けられてもよい。図１６の光照射部１３１ａでは、撮像領域９０を中心とする円弧状の支持部１３１０に複数のＬＥＤ１３１１が配列され、複数のＬＥＤ１３１１からの光は拡散板１３１２を介して撮像領域９０に照射される。このように、図１６の光照射部１３１ａは、撮像領域９０を中心とする所定の角度範囲αにおいて撮像領域９０に向けて光を照射するものである。光照射部１３１ａを有するパターン画像表示装置では、角度変更機構１３３ａは、ラインセンサ１３２のみを移動（回動）し、光照射部１３１ａは移動しないが、撮像領域９０に垂直な面上において、ガラス基板９の法線Ｎから光軸Ｊ２とは反対側に撮像領域９０を中心として検出角θ２だけ傾斜した角度位置が角度範囲αに含まれる限り、当該角度位置において、光照射部１３１ａから撮像領域９０に至る光軸が配置されていると捉えることができる。したがって、ラインセンサ１３２のみを移動する図１６の角度変更機構１３３ａも、実質的に照射角と検出角とを等しく維持しつつ照射角および検出角を変更するものである。

基材を撮像領域に対して相対的に移動する移動機構は、基材を固定し、画像取得部１３を移動する機構であってもよい。角度変更機構１３３は、照射角および検出角を個別に変更する機構ではなく、両角度を連動させる機構であってもよい。角度変更機構１３３では照射角および検出角は連続的に変化する必要はなく、例えば、数段階にのみ変更可能であってもよい。また、角度変更機構１３３は手動で角度を変更するものでもよい。図１５では、偏光切替機構として回転機構１３７が設けられるが、偏光方向が異なる２つの偏光子を入れ替える機構が偏光切替機構として設けられてもよい。

光照射部１３１から出射される光の波長は、単一には限定されず、複数の波長の光が選択的に出射可能であってもよい。光源にはＬＥＤではなく、ＬＤが設けられてもよい。さらに、ハロゲンランプ等のランプとフィルタとの組み合わせが光源として設けられてもよい。膜厚計１２は、分光エリプソメータであってもよい。

表示対象における膜構造および各層の膜厚が既知であれば、これらの情報が操作者によりプロファイル取得部３１に直接入力され、膜厚計１２が省かれてもよい。さらには、プロファイル取得部３１および角度決定部３２が省かれ、別途求められた照射角および検出角が利用されてもよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

１，１ａ パターン画像表示装置
９ ガラス基板
９ａ ウエブ
１１ 移動機構
１１ａ 搬送機構
１４ 補助撮像部
３０ 全体制御部
３１ プロファイル取得部
３２ 角度決定部
３４ ディスプレイ
３５ 入力受付部
９０ 撮像領域
１３１，１３１ａ 光照射部
１３２ ラインセンサ
１３３，１３３ａ 角度変更機構
Ｊ１，Ｊ２ 光軸
Ｎ 法線
Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ１６，Ｓ１７ ステップ
θ１ 照射角
θ２ 検出角

Claims (4)

1. 基材上に形成された薄膜パターンの画像を表示するパターン画像表示装置であって、
   前記薄膜パターンに対して透過性を有する波長の光を出射する光照射部と、
   前記光が照射される線状の撮像領域からの光を受光するラインセンサと、
   前記基材を前記撮像領域と交差する方向に前記撮像領域に対して相対的に移動する移動機構と、
   前記光照射部から前記撮像領域に至る光軸と前記基材の法線とのなす照射角と、前記撮像領域から前記ラインセンサに至る光軸と前記法線とのなす検出角とを等しく維持しつつ前記照射角および前記検出角を変更する角度変更機構と、
   前記ラインセンサからの出力に基づいて前記薄膜パターンの画像を表示する表示部と、
   前記照射角および前記検出角と、前記薄膜パターンと背景との間のコントラストとの関係を示すプロファイルを取得するプロファイル取得部と、
   前記プロファイルから前記照射角および前記検出角の設定角度を求める角度決定部と、
   を備えることを特徴とするパターン画像表示装置。
2. 請求項１に記載のパターン画像表示装置であって、
   前記基材上における表示対象位置の入力を受け付ける入力受付部と、
   前記表示対象位置が前記撮像領域を通過するように、前記移動機構により前記基材を前記撮像領域に対して相対的に移動する制御部と、
   をさらに備えることを特徴とするパターン画像表示装置。
3. 請求項１に記載のパターン画像表示装置であって、
   複数の受光素子が２次元に配列され、前記基材の補助画像を取得する補助撮像部と、
   前記移動機構を制御する制御部と、
   をさらに備え、
   前記補助画像が前記表示部に表示され、
   前記補助画像が示す前記基材上の位置が前記撮像領域を通過するように、前記制御部が、前記移動機構により前記基材を前記撮像領域に対して相対的に移動することを特徴とするパターン画像表示装置。
4. 基材上に形成された薄膜パターンの画像を表示するパターン画像表示方法であって、
   ａ）前記薄膜パターンに対して透過性を有する波長の光を出射する光照射部から線状の撮像領域に至る光軸と前記基材の法線とのなす照射角の設定角度を求める工程と、
   ｂ）前記照射角を前記設定角度に設定し、前記撮像領域からラインセンサに至る光軸と前記法線とのなす検出角も前記設定角度に設定する工程と、
   ｃ）前記基材を前記撮像領域と交差する方向に前記撮像領域に対して相対的に移動する工程と、
   ｄ）前記ラインセンサからの出力に基づいて前記薄膜パターンの画像を表示部に表示する工程と、
   を備え、
   前記ａ）工程が、
   ａ１）前記照射角および前記検出角と、前記薄膜パターンと背景との間のコントラストとの関係を示すプロファイルを取得する工程と、
   ａ２）前記プロファイルから前記照射角および前記検出角の前記設定角度を求める工程と、
   を備えることを特徴とするパターン画像表示方法。

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