JP6127458B2

JP6127458B2 - パターン測定装置およびパターン測定方法

Info

Publication number: JP6127458B2
Application number: JP2012247145A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　康之; 康之鈴木
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2032-11-09
Also published as: JP2014095618A

Description

本発明は位相差フィルムのパターンの寸法測定を行うためのパターン測定装置およびパターン測定方法に関する。

液晶パネル用の位相差フィルムなどを製造するにあたり、位相差フィルムの配向方向のパターンの寸法を品質管理等のために測定することがある。

この寸法測定では偏光を利用することがあるが、位相差フィルムに保護フィルムが設けられていると、この保護フィルムのリタデ−ションによる位相差が生じて測定が難しくなることがある。そこで、位相差板を用いて、保護フィルムによるリタデーションをキャンセルする例が特許文献１に記載されている。

特開２００５−９９１９号公報

しかしながら、保護フィルムによるリタデ−ションは、保護フィルムの各領域で均一ではなく、特許文献１のように位相差板を用いる場合、測定領域のリタデ−ションによる位相差をキャンセルするために配置等を定めた位相差板が、別の領域のリタデ−ションに対しては適切でなく、測定領域ごとの設定が面倒であったり、測定精度を低下させたりする恐れがあった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、位相差フィルムのパターンの寸法測定を容易かつ精度良く行えるパターン測定装置およびパターン測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する第１の発明は、位相差フィルムの配向方向のパターンについて寸法測定を行うパターン測定装置であって、撮像装置と、情報処理装置と、赤外光を照射する照明装置と、を備え、前記情報処理装置は、前記赤外光が照射された前記位相差フィルムを撮像した画像を用いて、前記パターンについて寸法測定を行い、前記位相差フィルムの保護フィルムによるリタデーションをキャンセルするための位相差板を更に備えることを特徴とするパターン測定装置である。

第１の発明では、赤外光を用いて位相差フィルムを撮像し、これにより位相差フィルムの配向方向のパターンについて寸法測定を行う。赤外光を用いると、保護フィルム等によるリタデーションや、リタデ−ションのムラによる影響が小さくなるので、これらの影響が低減されて、寸法測定を容易かつ精度良く行うことができる。

また、前記位相差フィルムの保護フィルムによるリタデ−ションをキャンセルするための位相差板を更に備えることによって、若干残ったリタデーションの影響もキャンセルし、さらに精度良く寸法測定が行える。

第１の発明のパターン測定装置は、前記照明装置と前記位相差フィルムの間に配置される第１の偏光フィルタと、前記位相差フィルムと前記撮像装置の間に配置される第２の偏光フィルタと、をさらに備え、前記第１の偏光フィルタと第２の偏光フィルタは、偏光方向が直交するように配置されることが望ましい。
また、前記位相差フィルムは、配向方向が直交する２つのパターンを有し、前記第１の偏光フィルタもしくは前記第２の偏光フィルタは、前記位相差フィルムの一方のパターンの配向方向と、２０°以上７０°以下の角度をなすように配置されることが望ましい。
これによって、位相差フィルムの配向方向が直交する２つのパターンが、画像上の明暗パターンとして好適に現れるので、これを用いてパターンの寸法測定を行える。

第２の発明は、位相差フィルムの配向方向のパターンについて寸法測定を行うパターン測定方法であって、撮像装置により、照明装置から赤外光が照射された前記位相差フィルムを撮像するステップと、情報処理装置が、前記撮像装置が前記位相差フィルムを撮像した画像に基づいて、前記パターンについて寸法測定を行うステップと、を含み、前記位相差フィルムの撮像を、位相差板によって前記位相差フィルムの保護フィルムによるリタデーションをキャンセルして行うことを特徴とするパターン測定方法である。

本発明により、位相差フィルムのパターンの寸法測定を容易かつ精度良く行えるパターン測定装置およびパターン測定方法を提供することができる。

パターン測定装置１を示す図位相差フィルム２０の例を示す図パターン測定装置１による測定について示す図カメラ３１、３２によって撮像した画像の例を示す図偏光フィルム１５、偏光フィルタ３６の偏光方向、および配向パターン２３ａ、２３ｂの配向方向の関係を模式的に示す図照明光の波長とリタデーションの関係を示す図情報処理装置６０の処理フローの例を示す図パターン測定装置の別の例を示す図

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明および添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

［１．パターン測定装置１の構成］
まず、本実施形態のパターン測定装置について、図１を参照して説明する。

図１は、パターン測定装置１の概要を示す図である。パターン測定装置１は、測定テーブル４０、搬送ステージ３０、５０、カメラ３１、３２、照明装置５１、５２、情報処理装置６０等により構成される。このパターン測定装置１は、配向方向のパターンを有する位相差フィルムをカメラ３１、３２で撮像し、画像処理によってパターンについての寸法測定を行うものである。

測定テーブル４０は、位相差フィルムを配置する矩形状のテーブルである。測定テーブル４０の中央部には、テーブル長辺方向に沿って開口部４１が設けられており、この開口部４１に透明のガラス板１０が嵌め込まれる。ガラス板１０としては、石英ガラス等、熱膨張による長さの変化がないものが用いられる。ガラス板１０には、測長の基準となる基準パターンが形成されている。この基準パターンについては後述する。

測定テーブル４０のテーブル長辺方向の両端には、門型の支持部４３、４３が設けられる。測定テーブル４０の上方では、支持部４３、４３の間に搬送ステージ３０が架け渡される。

搬送ステージ３０には、カメラ３１、３２が取り付けられる。カメラ３１、３２は、モーター等の駆動手段により、搬送ステージ３０に沿ってテーブル長辺方向に移動可能である。

カメラ３１、３２は、位相差フィルムのパターンとともに前記の基準パターンを撮像する撮像装置である。カメラ３１、３２の受光部にはアダプタ３５が取り付けられている。アダプタ３５は、後述する偏光フィルタおよび位相差板等を内蔵している。

測定テーブル４０の下方には照明装置５１、５２が配置される。照明装置５１、５２は、テーブル長辺方向に沿って配置された搬送ステージ５０に取り付けられ、開口部４１に向けて上方に照明光を照射する。照明装置５１、５２は、モーター等の駆動手段により、搬送ステージ５０に沿ってテーブル長辺方向に移動可能である。

照明装置５１、５２の光源としては、例えば波長７８０ｎｍ以上の赤外光を発生するものを用いる。このような光源としては、赤外域にピーク波長を有する単波長光源であるＬＥＤランプなどがある。従って、前記のカメラ３１、３２としては、この光源の波長を含む波長領域に感度を有するものを用い、測定テーブル４０の周囲は暗室で囲っておくことが望ましい。

情報処理装置６０は、カメラ３１、３２の移動や撮像、照明装置５１、５２の移動や点灯の制御を行うとともに、カメラ３１、３２によって撮像した画像を取得し、画像処理を行って位相差フィルムのパターンについて寸法測定を行う。情報処理装置６０は、制御部、記憶部、通信部、表示部等で構成される一般的なコンピュータで実現できる。

［２．位相差フィルム２０］
図２は測定対象の位相差フィルム２０を示す図である。図２（ａ）は位相差フィルム２０の配向方向のパターンを示す。図２（ｂ）は位相差フィルム２０の厚さ方向の断面を示す。

この位相差フィルム２０は、３Ｄ表示装置などに用いられるＦＰＲ（Film
Patterned Retarder）フィルムである。ＦＰＲフィルムでは、図２（ａ）に示すように、配向方向（図の矢印で示す）が互いに直交する２つのパターン２３ａ、２３ｂが、フィルム長手方向に沿って交互に繰り返される。

図２（ｂ）に示すように、この位相差フィルム２０では、フィルム基材２７上に、配向方向のパターン２３ａ、２３ｂを有する位相差層２３が設けられる。位相差フィルム２０の上面には、製造過程での損傷を防ぐために保護フィルム２８が設けられる。保護フィルム２８はポリエステルフィルム等の透明の樹脂フィルムであり、位相差フィルム２０が液晶パネル等に用いられる際に剥がされる。なお、保護フィルム２８を位相差フィルム２０の下面にさらに設ける場合もある。

［３．パターン測定装置１による測定］
次に、パターン測定装置１によるパターンの寸法測定の詳細について説明する。図３（ａ）は、パターン測定装置１による測定時の位相差フィルム２０等の配置をテーブル短辺方向に沿って示す図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の線ａ−ａに沿ったテーブル長辺方向の構成を示す図である。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、パターンの距離測定時には、ガラス板１０の上に位相差フィルム２０が配置される。また、位相差フィルム２０の上には押さえガラス４２が配置されて、位相差フィルム２０が固定される。ただし、位相差フィルム２０の位置を固定する方法はこれに限ることはない。

ガラス板１０のテーブル短辺方向の中央部付近には基準パターン１１、１２が設けられている。これらの基準パターン１１、１２はテーブル長辺方向に所定の間隔Ｌを空けて設けられる。間隔Ｌは、位相差フィルム２０のパターンについて寸法測定する際に基準となるように、位相差フィルム２０の測定の規格に合わせてあらかじめ定められており、その値は情報処理装置６０の記憶部に記憶されている。

基準パターン１１、１２は、例えば、照明装置５１、５２からの照明光を遮光するパターンをガラス板１０の表面に施すことで形成できる。本実施形態では基準パターン１１を矩形状としているが、その形状や大きさ、また配置等も適宜定めることができる。

また、図３（ａ）に示すように、ガラス板１０の基準パターン１１、１２の側方は若干窪んでおり、ここに偏光フィルム１５（第１の偏光フィルタ）が配置される。窪みの深さは、偏光フィルム１５の厚み程度に定められる。

アダプタ３５内には、偏光フィルタ３６（第２の偏光フィルタ）と位相差板３７が配置される。偏光フィルタ３６の偏光方向は、偏光フィルム１５の偏光方向と直交するように設定され、クロスニコル配置となる。また、偏光フィルム１５もしくは偏光フィルタ３６の偏光方向は、位相差フィルム２０の一方のパターンの配向方向と２０°以上７０°以下の角度をなしている。

位相差フィルム２０は、ガラス板１０側から照明装置５１、５２で照明されて、カメラ３１、３２により、それぞれ基準パターン１１、１２とともに撮像される。

［４．カメラ３１、３２で撮像される画像］
図４は、カメラ３１、３２によって撮像された画像の例を模式的に示す図である。図４では、カメラ３１により撮像した画像１３１を左に、カメラ３２により撮像した画像１３２を右に示す。

図４に示すように、各画像１３１、１３２では、位相差フィルム２０の２つの配向方向のパターン２３ａ、２３ｂが明暗パターンとして交互に現れる。また、この明暗パターンとともに、画像１３１では基準パターン１１が、画像１３２では基準パターン１２がそれぞれ暗部として表示される。

ここで、配向方向のパターン２３ａ、２３ｂが明暗のパターンとして現れるのは、これらの配向方向の違いによるものである。

これを図５を参照して説明する。図５は偏光フィルム１５、偏光フィルタ３６の偏光方向、およびパターン２３ａ、２３ｂの配向方向の関係を模式的に示すものである。前記したように、偏光フィルム１５と偏光フィルタ３６の偏光方向、およびパターン２３ａ、２３ｂの配向方向はそれぞれ直交し、偏光フィルム１５の偏光方向に対し、パターン２３ａの配向方向が２０°以上７０°以下の範囲の角度θをなしている。

本実施形態では、照明装置５１、５２からはランダム偏光状態の照明光が照射されるが、この光は、偏光フィルム１５を透過することでその偏光方向に対応する偏光方向の直線偏光７１になる。この光は、位相差フィルム２０のパターン２３ａ、２３ｂの領域を透過することによって楕円偏光７２、７３となる。

楕円偏光７２、７３は、パターン２３ａ、２３ｂの領域を透過することにより、異なる方向の成分が卓越する。本実施形態では、楕円偏光７２において偏光フィルム１５の偏光方向の成分が卓越し、楕円偏光７３では、偏光フィルタ３６の偏光方向の成分が卓越している。

従って、これらの楕円偏光７２、７３の間で、偏光フィルタ３６を透過してカメラ３１、３２に入射する光量に差ができる。本実施形態では、パターン２３ｂの領域を通った楕円偏光７３が偏光フィルタ３６を透過する光量はより多くなり、パターン２３ａの領域を通った楕円偏光７２ではより少なくなる。従って、図４に示すように、パターン２３ａ、２３ｂが画像上の明暗パターンとして表れる。

なお、図３（ｂ）に示すように、基準パターン１１、１２の間では偏光フィルム１５が設けられないが、図４の画像１３１、１３２において、この箇所はパターン２３ａ、２３ｂの違いに関わらず同程度の明るさとなっている。この箇所では、ランダム偏光状態の照明光が直接位相差フィルム２０のパターン２３ａ、２３ｂを透過するが、その際パターン２３ａ、２３ｂの配向方向による位相差が生じてもランダム偏光状態は全体で変わらないので、偏光フィルタ３６を透過する光量に差ができないためである。

ところで、本実施形態では、図２（ｂ）で示したように位相差フィルム２０に保護フィルム２８が設けられており、これにより位相差フィルム２０を透過する光にリタデ−ションが生じ、その位相差の影響で、画像１３１、１３２上でパターン２３ａ、２３ｂの明暗が識別しづらくなることがある。

例えば、図５に示すように、前記の楕円偏光７２に２３ａ’に示すように位相差が生じて楕円偏光７２’となり、同じく楕円偏光７３に２３ｂ’に示すように位相差が生じて楕円偏光７３’となると、偏光フィルタ３６を透過する光量に差ができない。

これを防ぐため、本実施形態では、前記したように照明装置５１、５２の光源として赤外光を用いている。

すなわち、図６（ａ）は、縦軸を位相差とし、横軸を光源の波長として、リタデーションにより生じる位相差の光源の波長による違いを模式的に示したグラフであるが、図に示すように、照明光の波長が大きくなるほどリタデーションの影響は小さくなる。本実施形態では、照明光の光源として波長の大きい赤外光を用いることにより、リタデ−ションによりパターン２３ａ、２３ｂの明暗のコントラストが低下することを防ぐ。

また、図６（ｂ）は、縦軸をパターン２３ａ、２３ｂの領域を透過した照明光がカメラに入射する光量の比、横軸をリタデ−ションの大きさとして、これらの関係を光源の波長（４３０、８５０、９４０ｎｍ）ごとに模式的に示したグラフである。

図の鎖線（光源の波長が８５０ｎｍ）や実線（光源の波長が９８０ｎｍ）に示すように、照明光の波長が大きいほどリタデーションの違い（ムラ）による光量比の変化が緩やかであり、本実施形態のように照明光の光源として赤外光を用いると、保護フィルム２８の領域ごとのリタデーションのムラの影響も小さいことがわかる。

これに加え、本実施形態では、アダプタ３５内に位相差板３７を配置し、その配向方向を調整することで、若干残った保護フィルム２８のリタデーションの影響もキャンセルするようにしておく。こうして図４に示したように、画像１３１、１３２において、パターン２３ａ、２３ｂの明暗のコントラストを高くしている。

［５．パターン測定装置１による測定］
次に、パターン測定装置１によって位相差フィルム２０のパターンの寸法測定を行う方法の例について、図７を参照して説明する。図７は、この際の情報処理装置６０の処理フローの例を示す図である。

ここでは、寸法測定として、パターン間の距離を測定する例を説明する。パターン間の距離を測定するにあたっては、位相差フィルム２０をパターン測定装置１の測定テーブル４０のガラス板１０上に前記したように配置する。位相差フィルム２０のフィルム長尺方向はテーブル長辺方向に合わせ、位相差フィルム２０の上には透明の押さえガラス４２を載せる。

次に、情報処理装置６０により、カメラ３１、３２と照明装置５１、５２の位置を調整する。すなわち、カメラ３１、３２の撮像範囲を、基準パターン１１、１２の位置にそれぞれ合わせ、照明装置５１、５２の位置を、カメラ３１、３２の位置にそれぞれ合わせる（Ｓ１０１）。

次に、情報処理装置６０により、照明装置５１、５２を点灯させるとともに、カメラ３１、３２による撮像を行い、図４で説明した画像１３１、１３２を取得する（Ｓ１０２）。

次いで、情報処理装置６０により、画像１３１、１３２の画像処理を行い、位相差フィルム２０のパターンの距離を算出する（Ｓ１０３）。

すなわち、図４に示す画像１３１において、位相差フィルム２０の一方の端部の所定のパターンＡの内側端部と、基準パターン１１の内側端部との間のピクセル数を求め、予め記憶部に記憶しておいた１ピクセルあたりの実距離を掛けて、パターンＡの内側端部と基準パターン１１の内側端部との位置ずれＤ１を算出する。

また、画像１３２においても同様にして、位相差フィルム２０の他方の端部の所定のパターンＢの内側端部と基準パターン１２の内側端部との位置ずれＤ２を算出する。

次に、予め記憶部に記憶しておいた基準パターン１１、１２の内側端部間の間隔ＬからＤ１、Ｄ２を減算して、位相差フィルム２０のパターンＡ、Ｂ間の距離Ｌｐを算出する。図４の例では基準パターン１１、１２の内側端部より内側にパターンＡ、Ｂの内側端部があるが、基準パターンの内側端部より外側にパターンの内側端部がある場合は、その位置ずれＤ１やＤ２を間隔Ｌに加算して距離Ｌｐを算出する。

以上説明したように、本実施形態によれば、赤外光を用いて位相差フィルム２０を撮像し、これにより配向方向のパターン２３ａ、２３ｂについて寸法測定を行う。赤外光を用いると、保護フィルム２８等によるリタデーションや、リタデーションのムラによる影響が小さくなるので、これらの影響を低減し、寸法測定を容易かつ精度良く行うことができる。

また、位相差板３７を用いて、若干残ったリタデーションの影響もキャンセルし、さらに精度よく寸法測定が行える。ただし、位相差板３７を省略することも可能である。

また、偏光方向が直交する偏光フィルム１５および偏光フィルタ３６の間に、位相差フィルム２０のパターン２３ａ、２３ｂの配向方向を前記のように合わせて配置して撮像することで、位相差フィルム２０のパターン２３ａ、２３ｂの配向方向の違いが画像上の明暗パターンとして好適に表れ、これを用いてパターンの寸法測定が行える。

ただし、本発明はこれに限ることはない。例えば、位相差フィルム２０は、パターン２３ａ、２３ｂに対応する遮光部、透光部のパターンを有するフォトマスクを介して露光を行うことで、パターン２３ａ、２３ｂを形成したものであるが、本発明では、このフォトマスク自体を利用し、間隔が既知なフォトマスクの２箇所のパターンを基準パターンとして用いても良い。これによって、フォトマスクを用いてパターンを形成する際に、パターン形成時のずれが生じなかったかを調べることができる。また、基準パターンの精度も信頼できるものになる。

また、照明光は上方から照射するものであってもよい。例えば図８（ａ）に示すように、偏光フィルム１５の下を反射板１０ａとして、上方に設けた照明装置５１（５２）から照明光を位相差フィルム２０へと照射し、位相差フィルム２０と偏光フィルム１５を透過して反射板１０ａを反射し、再度偏光フィルム１５と位相差フィルム２０を透過した光をカメラ３１（３２）で受光するようにしておく。この場合でも、反射板１０ａを反射した照明光が偏光フィルム１５を透過した時点で前記と同様の直線偏光になっているので、前記と同様にしてパターンの測定を行うことができる。

一方、図８（ｂ）に示す例では、照明装置５１（５２）から位相差フィルム２０へ入射する照明光と、該照明光の反射光をハーフミラー３９を用いて同一光軸上にした例であり、この場合でも、同様にパターンの測定ができる。

さらに、本実施形態ではパターン間の距離を測定したが、１ピクセルあたりの実距離が既知であれば、カメラ３１あるいはカメラ３２で位相差フィルム２０のパターン２３ａ、２３ｂを撮像した画像から、個々のパターン２３ａ、２３ｂの幅や長さなどの形状も算出可能であり、この場合では基準パターン１１、１２を省略することも可能であり、カメラや照明装置も複数設けなくてもよい。

以上、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１：パターン測定装置
１０：ガラス板
１１、１２：基準パターン
１５：偏光フィルム
２０：位相差フィルム
２３ａ、２３ｂ：パターン
３１、３２：カメラ
３６：偏光フィルタ
３７：位相差板
４０：測定テーブル
５１、５２：照明装置
６０：情報処理装置

Claims

位相差フィルムの配向方向のパターンについて寸法測定を行うパターン測定装置であって、
撮像装置と、
情報処理装置と、
赤外光を照射する照明装置と、
を備え、
前記情報処理装置は、前記赤外光が照射された前記位相差フィルムを撮像した画像を用いて、前記パターンについて寸法測定を行い、
前記位相差フィルムの保護フィルムによるリタデーションをキャンセルするための位相差板を更に備えることを特徴とするパターン測定装置。
前記照明装置と前記位相差フィルムの間に配置される第１の偏光フィルタと、
前記位相差フィルムと前記撮像装置の間に配置される第２の偏光フィルタと、
をさらに備え、
前記第１の偏光フィルタと第２の偏光フィルタは、偏光方向が直交するように配置されることを特徴とする請求項１記載のパターン測定装置。
前記位相差フィルムは、配向方向が直交する２つのパターンを有し、
前記第１の偏光フィルタもしくは前記第２の偏光フィルタは、前記位相差フィルムの一方のパターンの配向方向と、２０°以上７０°以下の角度をなすように配置されることを特徴とする請求項２に記載のパターン測定装置。
位相差フィルムの配向方向のパターンについて寸法測定を行うパターン測定方法であって、
撮像装置により、照明装置から赤外光が照射された前記位相差フィルムを撮像するステップと、
情報処理装置が、前記撮像装置が前記位相差フィルムを撮像した画像に基づいて、前記パターンについて寸法測定を行うステップと、
を含み、
前記位相差フィルムの撮像を、位相差板によって前記位相差フィルムの保護フィルムによるリタデーションをキャンセルして行うことを特徴とするパターン測定方法。