WO2017122633A1

WO2017122633A1 - 微小突起の体積測定方法および液状材料の塗布方法

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Publication number: WO2017122633A1
Application number: PCT/JP2017/000477
Authority: WO
Inventors: 博明大庭
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2017-07-20

Abstract

微小突起の体積測定方法は、白色干渉法により微小突起の三次元形状を測定するステップ（Ｓ１０２）と、干渉光の強度包絡線の最初のピークが検出された高さと基準面の高さとを比較して基準面よりも高い部分を微小突起の突起頂点部として抽出するステップ（Ｓ１０３）と、抽出された突起頂点部の高さを検出するステップ（Ｓ１０４）と、突起頂点部と、突起頂点部を内包するまたは突起頂点部に接する、基準面とは高さが異なる部位とからなる領域の外接長方形の横寸法、縦寸法、または横寸法と縦寸法の平均のいずれか一つを直径として検出するステップ（Ｓ１０５）と、突起頂点部の高さと、直径とに基づいて、微小突起の体積を算出するステップ（Ｓ１０６）とを備える。

Description

微小突起の体積測定方法および液状材料の塗布方法

　本発明は、微小突起の体積測定方法および液状材料の塗布方法に関する。

　塗布装置によって塗布されたインクの高さを検出する方法が知られている。たとえば、特開２０１５－００７５６４号公報（特許文献１）に記載の塗布装置は、基板の表面に塗布されたインクからなるインク塗布部の上方に対物レンズを位置決めした後、Ｚステージを移動させながら撮像し、撮像によって得られた画像を構成する複数の画素の各々についてコントラスト値がピークとなるＺステージ位置を求め、求めたＺステージ位置に基づいてインク塗布部の高さを求める。

特開２０１５－００７５６４号公報

　しかしながら、特許文献１の図７（ａ）や図１０、図１１の干渉光のコントラストは、平面など正反射光が得られる場所では高く、傾斜面など正反射光を得にくい場所では低い。

　特許文献１に記載の塗布機構は、粘度の高いインクの塗布が可能である。インクの粘度が高い場合、塗布したインクと基板との接触角が大きくなるため、インクの縁では正反射光が得られず、干渉縞が発生しないため高さを検出できないことがある。特許文献１に記載されている体積の算出式は、インク塗布部の高さの積分値であり、塗布部全体の高さを検出できていることが前提であり、上記のように塗布部の一部の高さを検出できない場合には、体積の算出は難しくなる。

　また、一般に、球状物の体積Ｖｏｌは、球状物の半径と頂点高さから下記の式（１）で算出することもできる。

　Ｖｏｌ＝（１／６）π×ｈｐ×（３Ｒ²＋ｈｐ²）…（１）
　ここで、ｈｐは頂点高さ、Ｒは半径を示す。上述のように、粘度の高いインクではインクの縁で接触角が大きくなり、干渉縞が発生せず高さを検出できないことがある。このような場合は、半径Ｒを得ることができず、式（１）による体積Ｖｏｌの算出ができない。

　以上のように、インクの粘度が高く干渉縞が発生せず塗布部全体の高さを検出できない場合には、特許文献に記載のような三次元形状を表わす画像データから、直接液滴の体積を検出することができない。

　それゆえに、本発明の目的は、液滴の縁で高さを検出できない場合でも液滴体積の算出が可能な微小突起の体積測定方法および液状材料の塗布方法を提供することである。

　本発明の微小突起の体積測定方法は、白色干渉法により微小突起の三次元形状を測定するステップと、干渉光の強度包絡線の最初のピークが検出された高さと基準面の高さとを比較して基準面よりも高い部分を微小突起の突起頂点部として抽出するステップと、抽出された突起頂点部の高さを検出するステップと、突起頂点部と、突起頂点部を内包するまたは突起頂点部に接する、基準面とは高さが異なる部位とからなる領域の外接長方形の横寸法、縦寸法、または横寸法と縦寸法の平均のいずれか一つを直径として検出するステップと、突起頂点部の高さと、直径とに基づいて、微小突起の体積を算出するステップとを備える。

　好ましくは、基準面とは高さが異なる部位は、突起頂点部を内包するまたは突起頂点部に接する高さ未検出部である。

　好ましくは、基準面とは高さが異なる部位は、突起頂点部を内包する、基準面よりも低い高さ検出部である。

　好ましくは、高さを検出するステップは、突起頂点部の最大高さを突起頂点部の高さとして検出するステップを備える。

　好ましくは、高さを検出するステップは、突起頂点部の高さが最大の部分と最大の部分の近傍の平均の高さまたは中央値を突起頂点部の高さとして検出するステップを備える。

　好ましくは、微小突起は、基板に付着した液滴である。
　好ましくは、液滴は、塗布針、インクジェットまたはディスペンサのいずれかにより基板に形成された液滴である。

　本発明の液状材料の塗布方法は、塗布針の先端部に液状材料を付着させ、対象物の上方の予め定められた位置に塗布針を配置し、塗布針を下降および上昇させて対象物に液状材料を塗布し、液状材料からなる液状材料層を形成する塗布方法である。この液状材料の塗布方法は、白色干渉法により微小突起の三次元形状を測定するステップと、干渉光の強度包絡線の最初のピークが検出された高さと基準面の高さとを比較して基準面よりも高い部分を微小突起の突起頂点部として抽出するステップと、抽出された突起頂点部の高さを検出するステップと、抽出された突起頂点部を内包するまたは突起頂点部に接する高さ未検出部、あるいは検出された突起頂点部を内包する基準面よりも低い高さ検出部と、突起頂点部とからなる領域の外接長方形の横寸法、縦寸法、または横寸法と縦寸法の平均のいずれか一つを直径として検出するステップと、突起頂点部の高さと、直径とに基づいて、微小突起の体積を算出するステップと、微小突起の体積を算出するステップで算出された体積が閾値よりも小さいとき、塗布回数が指定の回数を超過するまで繰り返し液状材料を塗布するステップとを備える。

　本発明によれば、液滴の縁で高さを検出できない場合でも液滴体積を算出することができる。

本発明の実施の形態の代表例として液滴の体積測定機能を備える微細塗布装置１の全体構成を示す斜視図である。観察光学系２およびインク塗布機構５の要部を示す斜視図である。（Ａ）～（Ｃ）は、図２のＡ方向から要部を見た図である。観察光学系２の光学素子の配置図である。本発明の実施の形態における液滴の体積を測定する手順を表わすフローチャートである。干渉光強度の包絡線を表わす図である。変調コントラストｍｉ（ｘ，ｙ）によって、干渉光の強度がピークとなるＺステージ８の位置（高さ）を求める手順表わすフローチャートである。変調コントラストｍｉ（ｘ，ｙ）によって、干渉光の強度がピークとなるＺステージ８の位置（高さ）を求める手順表わすフローチャートである。高さ画像Ｈ内の基準面を構成するＮ個の領域Ｓｉ（ｉ＝１～Ｎ）と、液滴頂点が含まれる領域Ａとを表わす図である。液滴の頂点高さｈｐを表わす図である。（Ａ）～（Ｃ）は、画像Ｃ、画像Ｆ、画像Ｉを表わす図である。液滴の体積Ｖｏｌと、液滴の頂点高さｈｐと、液滴の半径Ｒとを表わす図である。液滴外周部における画素値ｆ（ｘ，ｙ）および画素高さｈ（ｘ，ｙ）を説明するための図である。基板表面の反射率が高い場合の、液滴外周部における画素値ｆ（ｘ，ｙ）および画素高さｈ（ｘ，ｙ）を説明するための図である。（Ａ）～（Ｃ）は、画像Ｃ、画像Ｆ、画像Ｉを表わす図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
　［全体構成］
　図１は、この発明の実施の形態の代表例として液滴の体積測定機能を備える微細塗布装置１の全体構成を示す斜視図である。

　図１を参照して、微細塗布装置１は、観察光学系２、ＣＣＤ（Charge-Coupled　Device）カメラ３、カット用レーザ装置４、インク塗布機構５、およびインク硬化用光源６から構成される塗布ヘッド部と、この塗布ヘッド部を塗布対象の基板７に対して垂直方向（Ｚ軸方向）に移動させるＺステージ８と、Ｚステージ８を搭載してＸ軸方向に移動させるＸステージ９と、基板７を搭載してＹ軸方向に移動させるＹステージ１０と、微細塗布装置１全体の動作を制御する制御用コンピュータ１１と、ＣＣＤカメラ３によって撮影された画像などを表示するモニタ１２と、制御用コンピュータ１１に作業者からの指令を入力するための操作パネル１３とを備える。

　観察光学系２は、照明用の光源を含み、基板７の表面状態や、インク塗布機構５によって塗布されたインクの状態を観察する。観察光学系２によって観察される画像は、ＣＣＤカメラ３により電気信号に変換され、モニタ１２に表示される。カット用レーザ装置４は、観察光学系２を介して基板７にレーザ光を照射して金属膜などを除去する。

　インク塗布機構５は、基板７にインクを塗布して電極などを形成する。インク硬化用光源６は、たとえばＣＯ２レーザを含み、インク塗布機構５によって塗布されたインクにレーザ光を照射して硬化させる。

　なお、微細塗布装置１の構成は一例であり、たとえば、観察光学系２などを搭載したＺステージ８をＸステージ９に搭載し、さらにＸステージ９をＹステージ１０に搭載し、Ｚステージ８をＸＹ方向に位相可能とするガントリー方式と呼ばれる構成でもよく、観察光学系２などを搭載したＺステージ８を、基板７に対してＸＹ方向に相対的に移動可能な構成であればどのような構成でもよい。

　次に、複数の塗布針１８を用いたインク塗布機構５の例について説明する。図２は、観察光学系２およびインク塗布機構５の要部を示す斜視図である。図２を参照して、観察光学系２およびインク塗布機構５は、可動板１５と、倍率の異なる複数（たとえば５個）の対物レンズ１６と、異なる色のインクを塗布するための複数（たとえば５個）の塗布ユニット１７とを備える。

　可動板１５は、観察光学系２の観察鏡筒２ａの下端と基板７との間で、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能に設けられている。また、可動板１５には、それぞれ５個の対物レンズ１６に対応する５個の貫通孔１５ａが形成されている。

　５個の貫通孔１５ａは、Ｙ軸方向に所定の間隔で、可動板１５の下面に固定されている。５個の塗布ユニット１７は、それぞれ５個の対物レンズ１６に隣接して配置されている。可動板１５を移動させることにより、所望の塗布ユニット１７を塗布位置上方に配置することが可能となっている。

　図３（Ａ）～（Ｃ）は、図２のＡ方向から要部を見た図であり、インク塗布動作を示す図である。

　塗布ユニット１７は、塗布針１８とインクタンク１９とを含む。
　まず、図３（Ａ）に示すように、所望の塗布ユニット１７の塗布針１８を塗布位置上方に位置決めする。このとき、塗布針１８の先端部は、インクタンク１９内のインク内に浸漬されている。

　次いで、図３（Ｂ）に示すように、塗布針１８を下降させてインクタンク１９の底の孔から塗布針１８の先端部を突出させる。このとき、塗布針１８の先端部にはインクが付着している。

　次に、図３（Ｃ）に示すように、塗布針１８およびインクタンク１９を下降させて塗布針１８の先端部を塗布位置に接触させ、インクを塗布する。

　この後、図３（Ａ）の状態に戻る。
　複数の塗布針１８を用いたインク塗布機構５は、この他にも様々な技術が知られているため詳細な説明を省略する。たとえば特許文献１（特開２００９－１２２２５９号公報）などに示されている。微細塗布装置１は、たとえば図２に示すような機構をインク塗布機構５として用いることによって、複数のインクのうちの所望のインクを用いて塗布することができ、また、複数の塗布針１８のうち所望の塗布径の塗布針１８を用いてインクを塗布することができる。

　なお、ここでは塗布針１８を用いる微細塗布装置に液滴の体積測定機能を一体に組込んだ例について説明したが、微細な液滴を塗布する機構としては、たとえばインクジェットやディスペンサ等他の機構を用いることもできる。また、ほぼ球の一部を成す形状の突起の体積を測定する機能として、２光束干渉を利用する３次元形状測定装置等に組込んでもよい。さらに、形状がほぼ球の一部を成す突起であれば、液滴に限らずマイクロレンズ等の固体の突起であっても適用できる。

　また、本実施の形態の微細塗布装置１では、図２の複数の塗布針１８によるインク塗布機構５を用いているが、このほかにもディスペンサやインクジェットなど液状材料を球状に塗布可能な手段であれば、図２のインク塗布機構に限定しない。

　［高さ検出原理］
　次に、液滴の高さを検出する原理について説明する。

　ミラウ型干渉対物レンズ３９は、二光束干渉対物レンズの一種である。ミラウ型干渉対物レンズ３９の焦点位置での干渉光強度が最大になることを利用し、Ｚステージ８を基板７に対してＺ軸方向に相対的に移動させながら干渉光の画像を得る。複数の画像について、画素ごとに干渉光強度が最大になるＺステージ８のＺ軸方向の位置を求めることによって、液滴の高さを検出する。この高さ測定方法は、数μｍ以下の微小な高さの検出に適している。

　ミラウ型干渉対物レンズ３９は、観察光学系２に含まれる照明用の光源から出射された白色光を二光束に分離して一方を対象物の表面に照射するとともに、他方を参照面に照射することにより、対象物の表面からの反射光と、参照面からの反射光とを干渉させるものである。

　また、観察光学系２に含まれる照明用の光源としては白色光源を用いる。白色光源を用いた場合、レーザなどの単一波長の光源を用いる場合とは異なり、ミラウ型干渉対物レンズ３９の焦点位置でのみ干渉光強度が最大になる。このため、液滴の高さを測定するのに適している。

　図４は、観察光学系２の光学素子の配置図である。ミラウ型干渉対物レンズ３９は、レンズ３１、参照鏡３２、およびビームスプリッタ３３を含む。

　落射光源３４の出射部にフィルタ切換装置３５によってフィルタ３６を備える。
　落射光源３４を出射した光がフィルタ３６を通過すると、中心波長λ（ｎｍ）の白色光が得られる。

　フィルタ３６を通過した光は、ハーフミラー３７でレンズ３１の方向に反射される。レンズ３１に入射した光は、ビームスプリッタ３３で基板７の方向に通過する光と参照鏡３２の方向に反射する光とに分けられる。基板７の表面で反射した光と参照鏡３２の表面で反射した光とは再びビームスプリッタ３３で合流し、レンズ３１で集光される。この後、レンズ３１から出た光は、ハーフミラー３７を通過した後、結像レンズ３８を経てＣＣＤカメラ３の撮像面３ａに入射する。

　通常は、Ｚステージ８によりミラウ型干渉対物レンズ３９を光軸方向に移動させて基板７の表面反射光と参照鏡３２の表面反射光との間に光路長差を生じさせる。そして、Ｚステージ８によりミラウ型干渉対物レンズ３９を移動させながら上記光路長差により発生する干渉光をＣＣＤカメラ３で撮像する。この干渉光の強度、すなわち明るさは基板７からの反射光と参照鏡３２からの反射光との光路長が等しいとき最大となる。また、このとき基板７の表面に焦点が合っている。

　なお、Ｚステージ８の他に、基板７自身をテーブルで上下させたり、ミラウ型干渉対物レンズ１６と観察光学系２との連結部にピエゾテーブルを取り付けることによってミラウ型干渉対物レンズ３９の位置を上下させてもよい。

　なお、本実施の形態では、ミラウ型干渉対物レンズを用いたが、マイケルソン型やリニーク型の干渉対物レンズを用いてもよい。

　［体積測定処理］
　図５は、本発明の実施の形態における液滴の体積を測定する手順を表わすフローチャートである。このフローチャートの各処理は、制御用コンピュータ１１の制御の下で実行される。

　ステップＳ１０１において、塗布針１８の先端に付着した液状材料を基板７上に塗布する液滴を塗布する。具体的には、図１微細塗布装置１のインク塗布機構５によって、塗布針１８の先端に付着した液状材料を基板７上に塗布する。

　ステップＳ１０２において、白色干渉法によって、液滴の三次元形状を測定する。具体的には、Ｚステージ８によってミラウ型干渉対物レンズ３９を光軸方向に移動させながらＣＣＤカメラ３で干渉光を撮像し、複数個の画像を得る。複数個の画像内の各画素について干渉光の強度がピークとなるＺステージ８の位置を求めることによって、液滴の高さを検出する。

　Ｚステージ８は予め定められた速度ｖ（μｍ／秒）でＺ軸方向に移動する。Ｚステージの移動方向は、図４に矢印ＡＲ１で示しており、基板から遠ざかる方向を＋方向とし、基板７に近づく方向を－方向とする。ここでは、基板７の上方から基板７に近づく方向（－方向）にＺステージ８を移動させる。Ｚステージ８の速度ｖ（μｍ／秒）は次のように定める。白色光の中心波長をλ（μｍ）とし、ＣＣＤカメラ３の垂直同期信号の周波数をｆ（Ｈｚ）とする。移動速度ｖ（μｍ／秒）は、画像のサンプリング周期１／ｆ（秒）の間にＺステージ８がλ／８（μｍ）だけ移動するように定められる。すなわち、Ｚステージ８の移動速度ｖは、ｖ＝（λ／８）×ｆ（μｍ／秒）となる。この移動速度ｖは白色光の位相増分でπ／２に相当する。位相をπ／２ずつ変化させることで、（ｘ，ｙ）座標での干渉光の変調コントラストｍｉ（ｘ，ｙ）を式（２）で算出することができる。

　式（２）において、ｉはフレーム番号（画像の番号）を示す。ｉは１以上かつＩＳＩＺＥ以下とする。すなわち、第１フレームから第（ＩＳＩＺＥ）フレームまでの画像が得られるとする。

　ｇｉ（ｘ，ｙ）は、ＣＣＤカメラ３で撮影した第ｉフレームの画像Ｇｉの位置（ｘ，ｙ）における画素値を示す。この画素値は対応するＣＣＤカメラの撮像面３ａの位置（ｘ，ｙ）の輝度を示し、干渉光の強度に相当する。また、変調コントラストｍｉ（ｘ，ｙ）は、図６に示すように干渉光強度の包絡線に相当する。ｘは画素のＸ軸方向の位置、ｙは画素のＹ軸方向の位置を表わす。ｘは１以上かつＸＳＩＺＥ以下とする。ｙは１以上かつＹＳＩＺＥ以下とする。

　この包絡線のピークと干渉光の強度ピークが一致するため、ステップＳ１０２では、包絡線のピーク求める。ただし、インクが透明な場合、インク裏面の反射光による干渉光が検出され、この干渉光の強度がインク表面の反射光による干渉光の強度よりも大きい場合があるため、包絡線の最初に検出されたピークのＺステージ８の位置求める。

　ここで、位置（ｘ，ｙ）の変調コントラストｍｉ（ｘ，ｙ）を最大値ｍａｘ（ｘ，ｙ）とする。また、後述のステップＳ２０６において、ｍｉ（ｘ，ｙ）＞ｍａｘ（ｘ，ｙ）を連続して満足しない回数をｃｎｔ（ｘ，ｙ）とする。

　画素（ｘ，ｙ）における画素値が最大値ｍａｘ（ｘ，ｙ）となる画像をコントラスト最大画像ＭＡＸとする。

　画素（ｘ、ｙ）において、変調コントラストｍｉ（ｘ，ｙ）が最大値を示したときのフレーム番号ｉをｉｄ（ｘ，ｙ）とする。画素（ｘ，ｙ）における画素値がｉｄ（ｘ，ｙ）となる画像をフレーム番号画像ＩＤとする。

　また、位置（ｘ，ｙ）において、ピークが検出されたときにｆ（ｘ、ｙ）＝１、ピークが未検出のときにｆ（ｘ，ｙ）＝０とする。画素（ｘ，ｙ）において画素値がｆ（ｘ，ｙ）となる検出済み識別画像をＦとする。

　図７および図８は、変調コントラストｍｉ（ｘ，ｙ）によって、干渉光の強度がピークとなるＺステージ８の位置（高さ）を求める手順表わすフローチャートである。

　ステップＳ２００において、１≦ｘ≦ＸＳＩＺＥ、１≦ｙ≦ＹＳＩＺＥを満たす、すべてのｘおよびｙについて、ｍａｘ（ｘ，ｙ）＝０、ｃｎｔ（ｘ，ｙ）＝０、ｆ（ｘ，ｙ）＝０、ｉｄ（ｘ，ｙ）＝－１に設定し、ｉを１に設定する。

　ステップＳ２０１において、ｘを１に設定する。
　ステップＳ２０２において、ｙを１に設定する。

　ステップＳ２０３において、ｆ（ｘ，ｙ）＝１のときに、処理がステップＳ２０４に進み、ｆ（ｘ，ｙ）＝０のときに、処理がステップＳ２１１に進む。

　ステップＳ２０４において、式（２）に従って、変調コントラストｍｉ（ｘ，ｙ）を算出する。

　ステップＳ２０５において、ｍｉ（ｘ，ｙ）が所定の閾値Ｔよりも大きい場合に、処理がステップＳ２０６に進み、ｍｉ（ｘ，ｙ）が所定の閾値Ｔ以下の場合に、処理がステップＳ２１１に進む。

　ステップＳ２０６において、ｍｉ（ｘ，ｙ）＞ｍａｘ（ｘ，ｙ）の場合に、処理がステップＳ２０７に進み、ｍｉ（ｘ，ｙ）≦ｍａｘ（ｘ，ｙ）の場合に、処理がステップＳ２１０に進む。

　ステップＳ２０７において、Ｓ＞ｃｎｔ（ｘ，ｙ）を満足しないときは、処理がステップＳ２１１に進み、ｍａｘ（ｘ，ｙ）を更新しない。つまり、画素（ｘ，ｙ）の最大値ｍａｘ（ｘ，ｙ）を確定する。

　ステップＳ２０７において、Ｓ≦ｃｎｔ（ｘ，ｙ）を満足する場合は、処理がステップＳ２０８に進む。

　ステップＳ２０８において、ｃｎｔ（ｘ，ｙ）＝０とした後、ステップＳ２０９に進む。

　ステップＳ２０９において、ｍａｘ（ｘ，ｙ）にｍｉ（ｘ，ｙ）の値を設定し、ｉｄ（ｘ，ｙ）にｉの値を設定し、ｆ（ｘ，ｙ）に１を設定する。

　ステップＳ２１０において、ｃｎｔ（ｘ，ｙ）を１だけインクリメントした後、ステップＳ２１１に進む。

　ステップＳ２１１において、ｙ＝ＹＳＩＺＥの場合に、処理がステップＳ２１２に進み、ｙ＝ＹＳＩＺＥでない場合に、処理がステップＳ２１３に進む。

　ステップＳ２１２において、ｙを１だけインクリメントする。その後、処理がステップＳ２０３に戻る。

　ステップＳ２１３において、ｘ＝ＸＳＩＺＥの場合に、処理がステップＳ２１５に進み、ｘ＝ＸＳＩＺＥでない場合に、処理がステップＳ２１４に進む。

　ステップＳ２１４において、ｘを１だけインクリメントする。その後、処理がステップＳ２０２に戻る。

　ステップＳ２１５において、ｉ＝ＩＳＩＺＥの場合に、処理がステップＳ２１７に進み、ｉ＝ＩＳＩＺＥでない場合に、処理がステップＳ２１６に進む。

　ステップＳ２１６において、ｉを１だけインクリメントする。その後、処理がステップＳ２０１に戻る。

　以上の処理によって、コントラスト最大画像ＭＡＸのうち、ｆ（ｘ，ｙ）＝１を満たす画素（ｘ，ｙ）には包絡線の最初に検出されたピークの変調コントラストｍｉ（ｘ，ｙ）が格納される。フレーム番号画像ＩＤには包絡線の最初に検出されたピークの番号ｉｄ（ｘ，ｙ）が格納される。

　ステップＳ２１７において、フレーム番号ｉが「１」の画像が得られたときのＺステージ８の位置を原点として、干渉光の強度が最大となるＺステージ８の位置（高さ）ｈ（ｘ，ｙ）をｉｄ（ｘ，ｙ）×λ／８（μｍ）よって算出する。画素（ｘ，ｙ）における画素値が高さｈ（ｘ，ｙ）となる画像を高さ画像Ｈとする。

　再び図５を参照して、ステップＳ１０３において、干渉光の最初の強度ピークが検出された高さと基準面とを比較することによって、液滴頂点部を抽出する。

　具体的には、図９に示すように、高さ画像Ｈ内の基準面を構成するＮ個の領域をＳｉ（ｉ＝１～Ｎ）、液滴頂点が含まれる領域をＡとする。領域Ａおよび領域Ｓｉ（ｉ＝１～Ｎ）は、作業者が、あらかじめモニタ１２に表示された画像を参照しながら決定し、制御コンピュータ１１にそれらの座標値を保存する。

　制御用コンピュータ１１は、領域Ｓ１～ＳＮに含まれる画素の中からｆ（ｘ，ｙ）＝１を満足する画素を抽出し、抽出した画素の高さｈ（ｘ，ｙ）の平均値を基準面の平均高さｈａｖｇとして算出する。また、領域Ａに含まれる画素の中からｆ（ｘ，ｙ）＝１を満足する画素を抽出し、抽出した画素の高さｈ（ｘ，ｙ）がｈ（ｘ，ｙ）＞ｈａｖｇ＋Δｈを満足する画素を液滴頂点部として抽出する。抽出された液滴頂点部を図１１（Ａ）に示す。なお、Δｈは、あらかじめ制御コンピュータ１１に保存された値であり、事前のテスト等により液滴頂点部が抽出できるように調整された値である。

　ステップＳ１０４において、ステップＳ１０３で抽出された液滴頂点部の頂点の高さを検出する。

　具体的には、制御用コンピュータ１１は、ステップＳ１０３で抽出した液滴頂点部の画素の内、ｈ（ｘ，ｙ）が最大の画素（ｘｐ，ｙｐ）を頂点として抽出し、図１０に示すように、高さｈ（ｘｐ，ｙｐ）から基準面の平均高さｈａｖｇを差し引くことによって、頂点高さｈｐを算出する。

　ステップＳ１０５において、液滴頂点部と、液滴頂点部を内包または液滴頂点部に接する非測定部からなる領域の外接長方形の横寸法と縦寸法の平均を直径として検出する。

　具体的には、制御用コンピュータ１１は、図１１（Ａ）に示すような画像Ｃを生成する。画像Ｃの位置（ｘ，ｙ）の画素値ｃ（ｘ，ｙ）は、画素（ｘ，ｙ）の高さｈ（ｘ，ｙ）がｈ（ｘ，ｙ）＞ｈａｖｇ＋Δｈ（Δｈ＞０）を満足する場合に「１」、それ以外の場合に「０」とする。

　また、制御用コンピュータ１１は、図１１（Ｂ）に示す画像Ｆにおける画素値ｆ（ｘ、ｙ）について、画素（ｘ，ｙ）の変調コントラストｍｉが閾値Ｔを超過した場合に「１」、それ以外の場合に「０」とする。

　ここで、画像Ｆにおいて、変調コントラストｍｉが閾値Ｔを下回る場合の処理について図１３を用いて説明する。図１３において、横軸は画素のｘ座標を示し、縦軸は、上段が画素高さｈ（ｘ，ｙ）、下段が画素値ｆ（ｘ，ｙ）を示す。

　図１０のような段面の液滴において、液滴が基板と接触する外周部はインクの表面張力が大きく、液滴中心部と比較して曲率も大きい。曲率が大きな場所に照射された光のほとんどは対物レンズの光軸方向には反射しないため、発生する干渉縞のコントラストは小さくなる。

　そのため、液滴の外周部においては、変調コントラストｍｉが閾値Ｔを下回り、図１３における区間ｘ１－ｘ２および区間ｘ３－ｘ４に示すように、画素値ｆ（ｘ，ｙ）が「０」となる。その結果として、区間ｘ１－ｘ２および区間ｘ３－ｘ４で示される外周部においては、図１３の上段のように、画素高さｈが得られないことになる。

　なお、図１３においては、ｘ１およびｘ４は、液滴が基板と接触する位置、すなわち液滴の外周と見なすことができる。したがって、ｘ１とｘ４との間の距離は、液滴の直径Ｄに相当する。

　制御用コンピュータ１１は、図１１（Ａ）に示すような画像Ｃおよび図１１（Ｂ）に示すような画像Ｆとを用いて、図１１（Ｃ）に示すような画像Ｉを作成する。

　画像Ｉの位置（ｘ，ｙ）の画素値ｉ（ｘ，ｙ）は、ｃ（ｘ，ｙ）＝１、または、ｃ（ｘ，ｙ）＝０かつｆ（ｘ，ｙ）＝０の場合に「１」とされ、それ以外の場合に「０」とされる。図１１（Ａ）～（Ｃ）において、画素値が「１」の画素は白で表され、画素値「０」の画素は黒で表されている。

　制御用コンピュータ１１は、画像Ｉにおいて、画素値「１」の画素を連結し、その外接長方形を求める。制御用コンピュータ１１は、外接長方形の横寸法Ｈと、外接長方形の縦寸法Ｖとの平均値を直径Ｄとする。

　ステップＳ１０６において、液滴の体積Ｖｏｌと、液滴の頂点高さｈｐと、液滴の半径Ｒ（＝Ｄ／２）とは、図１２に示すような関係があるので、制御用コンピュータ１１は、ステップＳ１０４で検出された頂点高さｈｐと、ステップＳ１０５で検出された直径Ｄから演算した半径Ｒとを式（１）に代入することによって、液滴の体積Ｖｏｌを算出する。

　Ｖｏｌ＝（１／６）π×ｈｐ×（３Ｒ²＋ｈｐ²）…（１）
　また、式（１）を直径Ｄを用いて表した場合には、Ｒ＝Ｄ／２の関係を用いて、以下の式（２）のように表すことができる。

　Ｖｏｌ＝（１／６）π×ｈｐ×｛（３／４）Ｄ²＋ｈｐ²｝…（２）
　以上のように、本実施の形態によれば、粘度の高いインクではインクの縁で接触角が大きくなり、干渉縞が発生せず高さを検出できないことがある場合でも、直径Ｄを得ることができるので、インクの液滴の体積を算出することができる。

　なお、基板が反射率の高い金属などで形成されている場合には、液滴を透過した光の裏面（すなわち、基板表面）での反射光が強くなる、そのため、図１３で示した区間ｘ１－ｘ２，区間ｘ３－ｘ４においても、干渉縞のコントラストが大きくなり得る。このような場合には、液滴の断面における画素値ｆ（ｘ，ｙ）および画素高さｈ（ｘ，ｙ）は、図１４に示されるようになる。すなわち、区間ｘ１－ｘ２および区間ｘ３－ｘ４においても、変調コントラストｍｉが閾値Ｔを超えてｆ（ｘ，ｙ）＝１となるため、画素高さを得ることが可能となる。

　ただし、液滴内部を進む光の距離は、インクの屈折率の影響を受けるため、一般的には大気中よりも長くなる。そのため、区間ｘ１－ｘ２および区間ｘ３－ｘ４の画素高さは、図１４の上段のように、実際の基板面（基準面）の高さよりも低く検出される。このような場合には、以下に示す方法によって液滴の直径Ｄを算出する。

　具体的には、制御用コンピュータ１１は、図１５（Ａ）に示すような画像Ｃを生成する。画像Ｃの位置（ｘ，ｙ）の画素値ｃ（ｘ，ｙ）は、画素（ｘ，ｙ）の高さｈ（ｘ，ｙ）がｈ（ｘ，ｙ）＞ｈａｖｇ＋Δｈ（Δｈ＞０）を満足する場合に「１」、それ以外の場合に「０」とする。

　また、図１５（Ｂ）に示される画像Ｆについては、画素値ｆ（ｘ，ｙ）がｆ（ｘ，ｙ）＝１で、かつ画素高さｈ（ｘ，ｙ）がｈ（ｘ，ｙ）＜ｈａｖｇ－Δｈ２（Δｈ２＞０）を満足するときに、画素値ｆ（ｘ、ｙ）を０に変更する。なお、Δｈ２は、予め制御用コンピュータ１１に保存された値であり、事前のテスト等により対象領域が抽出できるように調整された値である。

　制御用コンピュータ１１は、図１５（Ａ）に示されるような画像Ｃおよび図１５（Ｂ）に示されるような画像Ｆとを用いて、図１５（Ｃ）に示されるような画像Ｉを生成する。画像Ｉの位置（ｘ，ｙ）の画素値ｉ（ｘ，ｙ）は、ｃ（ｘ，ｙ）＝１、または、ｃ（ｘ，ｙ）＝０かつｆ（ｘ，ｙ）＝１の場合に「１」、それ以外の場合に「０」とする。図１５（Ａ）～（Ｃ）においては、画素値が「１」の画素が白で表され、画素値が「０」の画素が黒で表されている。

　制御用コンピュータ１１は、画像Ｉにおいて、画素値「１」の画素を連結し、その外接長方形を求める。制御用コンピュータ１１は、外接長方形の横寸法Ｈと、外接長方形の縦寸法Ｖとの平均値を直径Ｄとして算出する。以降は、上述したように、式（１）または式（２）を用いることにより、インクの液滴の体積が算出される。

　（変形例）
　本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、たとえば以下のような変形例も含む。

　（１）頂点高さ
　上記の実施形態では、制御用コンピュータ１１は、ｈ（ｘ，ｙ）が最大の画素（ｘｐ，ｙｐ）を頂点として抽出し、その高さｈ（ｘｐ，ｙｐ）から基準面の平均高さｈａｖｇを差し引くことによって、頂点高さｈｐを算出したが、これに限定するものではない。

　たとえば、制御用コンピュータ１１は、ｈ（ｘ，ｙ）が最大の画素（ｘｐ，ｙｐ）を頂点として抽出し、頂点の画素と頂点を中心とした近傍の画素の平均値または中央値（メディアン）から基準面の平均高さｈａｖｇを差し引くことによって、頂点高さｈｐを算出することとしてもよい。近傍の大きさとして、たとえばＸ方向にｋ（ｋ≧３）画素、Ｙ方向にｌ（ｌ≧３）画素としてもよい。

　（２）直径Ｄ
　上記の実施形態では、制御用コンピュータ１１は、ＨとＶの平均値を直径Ｄとしたが、これに限定するのではない。制御用コンピュータ１１は、Ｈを直径Ｄとしてもよいし、あるいは、Ｖを直径Ｄとしてもよい。

　以上のように算出したＶｏｌを閾値Ｔ_Ｖとを比較し、Ｖｏｌ＜Ｔ_Ｖのとき、再度インクを塗布する。この動作はＶｏｌ≧Ｔ_Ｖを満足するまで実施する。これにより、所定のインク体積を確保することができる。ただし、インクの塗布回数が指定された回数Ｎ_Ｖを超過したときは、処理を中断し、警報ブザーを鳴らして作業者に知らせる。

　作業者は、モニタ１２を通して塗布部を確認する。例えば、モニタ１２上の２点をマウスで指定して塗布したインクの直径Ｄを測定し、直径Ｄが、所定の値よりも大きいときはカット用レーザ装置４を用いて塗布したインクをすべて除去する。この後、再度インク塗布動作を再開する。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　微細塗布装置、２　観察光学系、２ａ　観察鏡筒、３　ＣＣＤカメラ、４　カット用レーザ装置、５　インク塗布機構、６　インク硬化用光源、７　液晶カラーフィルタ基板、８　Ｚステージ、９　Ｘステージ、１０　Ｙステージ、１１　制御用コンピュータ、１２　モニタ、１３　操作パネル、１５　可動板、１６　対物レンズ、１７　塗布ユニット、１８　塗布針、１９　インクタンク、３１　レンズ、３２　参照鏡、３３　ビームスプリッタ、３４　落斜光源、３５　フィルタ切換装置、３６　フィルタ、３７　ハーフミラー、３８　結像レンズ、３９　ミラウ型干渉対物レンズ。

Claims

　微小突起の体積測定方法であって、
　白色干渉法により前記微小突起の三次元形状を測定するステップと、
　前記三次元形状を測定するステップにおいて測定された高さを用いて、基準面の高さを算出するステップと、
　前記基準面よりも高い部分を、前記微小突起の突起頂点部として抽出するステップと、
　抽出された前記突起頂点部の高さを検出するステップと、
　前記突起頂点部と、前記突起頂点部を内包するまたは前記突起頂点部に接する、前記基準面とは高さが異なる部位とからなる領域の外接長方形の横寸法、縦寸法、または前記横寸法と前記縦寸法の平均のいずれか一つを直径として検出するステップと、
　前記突起頂点部の高さと、前記直径とに基づいて、微小突起の体積を算出するステップとを備える、微小突起の体積測定方法。
　前記基準面とは高さが異なる部位は、前記突起頂点部を内包するまたは前記突起頂点部に接する高さ未検出部である、請求項１に記載の微小突起の体積測定方法。
　前記基準面とは高さが異なる部位は、前記突起頂点部を内包する、前記基準面よりも低い高さ検出部である、請求項１に記載の微小突起の体積測定方法。
　前記高さを検出するステップは、前記突起頂点部の最大高さを前記突起頂点部の高さとして検出するステップを備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の微小突起の体積測定方法。
　前記高さを検出するステップは、前記突起頂点部の高さが最大の部分と前記最大の部分の近傍の平均の高さまたは中央値を前記突起頂点部の高さとして検出するステップを備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の微小突起の体積測定方法。
　前記微小突起は、基板に付着した液滴である、請求項１～５のいずれか１項に記載の微小突起の体積測定方法。
　前記液滴は、塗布針、インクジェットまたはディスペンサのいずれかにより前記基板に形成された液滴である、請求項６に記載の微小突起の体積測定方法。
　塗布針の先端部に液状材料を付着させ、対象物の上方の予め定められた位置に前記塗布針を配置し、前記塗布針を下降および上昇させて前記対象物に前記液状材料を塗布し、前記液状材料からなる液状材料層を形成する塗布方法において、
　白色干渉法により微小突起の三次元形状を測定するステップと、
　干渉光の強度包絡線の最初のピークが検出された高さと基準面の高さとを比較して基準面よりも高い部分を前記微小突起の突起頂点部として抽出するステップと、
　抽出された前記突起頂点部の高さを検出するステップと、
　前記突起頂点部と、前記突起頂点部を内包するまたは前記突起頂点部に接する、基準面とは高さが異なる部位とからなる領域の外接長方形の横寸法、縦寸法、または前記横寸法と前記縦寸法の平均のいずれか一つを直径として検出するステップと、
　前記突起頂点部の高さと、前記直径とに基づいて、微小突起の体積を算出するステップと、
　前記微小突起の体積を算出するステップで算出された体積が閾値よりも小さいとき、塗布回数が指定の回数を超過するまで繰り返し前記液状材料を塗布するステップとを備える、液状材料の塗布方法。