JPH09229630A - 透明基板上に形成された画像位置の測定方法及びそのための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透明基板上に形成されている複数の画像の位
置関係を簡単な装置で容易に測定する。 【解決手段】 透明基板上の複数の画像のそれぞれとほ
ぼ対応する位置に対応する画像を有し且つその関係位置
が正確に知られている標準基板を用い、この標準基板と
測定対象の基板とを重ねて対応する画像間の位置のづれ
を計測し、この計測データと標準基板の画像間の位置関
係のデータとから測定対象の基板上の画像の位置関係を
算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面に画像を有す
る透明基板について、その画像の位置を精密に測定する
方法及びそのための装置に関するものである。特に本発
明は、透明基板上にマスクを用いた感光膜の露光処理を
経て形成された多数の画像から成る画像群を有する基板
について、これらの画像群が、本来あるべき位置からど
ちらの方向にどの程度づれて形成されたかを、精密に測
定する方法及びそのための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マスクを用いた露光処理により、基板上
にマスクに対応する画像を形成する手法は公知である。
この方法では、感光膜を有する基板に画像を有するマス
クを重ね合わせ、マスクを通して光を照射して感光膜を
露光させる。露光により感光膜は化学変化してマスクの
画像に対応した潜像が形成されるので、適宜の手段によ
り現像すると、基板上にマスクの画像に対応した画像
（ポジ又はネガ）が形成される。

【０００３】この方法は、マスクの画像に正確に対応し
た画像を、効率よく且つ反復して容易に形成できるの
で、微細で且つ精密な加工を必要とする多くの分野で広
く用いられている。例えばカラー液晶表示装置では、透
明電極基板の各電極とカラーフィルターの青、赤、緑の
三原色とは正確に対応していなければならないので、透
明電極基板及びカラーフィルターの双方とも、上述のマ
スクを用いた露光処理により製作されている。

【０００４】このようにして製作された画像の精度は、
マスクの精度に依存することは勿論であるが、露光操作
そのものの良否によっても影響される。すなわち、感光
膜を有する基板（＝被露光基板）とマスクとを露光装置
にセットする際の不手際（基板及びマスクのセット状態
の不良、相互間の位置決め不良や相互間の間隙決め不良
など）や、温度、圧力による基板の膨張、収縮などによ
り、マスクの画像が基板上の所定位置に正確に再現され
ないことがある。従って基板上に形成された画像が、マ
スクの画像を、許容誤差範囲内で正確に再現しているか
否かを検査することが必要である。

【０００５】従来、この検査は、マスクに被露光基板上
に形成すべき画像群に加えて、更にその外側に検査用の
測定点画像をいくつか設けておき、基板上に再現された
この測定点画像間の位置関係、ないしは測定点画像と画
像群中の一部の画像との位置関係を測定することにより
なされている。すなわち、基板を極めて高精度を有する
Ｘ−Ｙ軸駆動台に載置し、先ず基準測定点として選ばれ
た画像に正確に位置合せをする。次いで駆動台を移動さ
せて次の測定点に正確に位置合せをし、その間の移動量
を計測する。このような、計測をいくつかの測定点につ
いて行なうと、画像がどの程度正確に再現されたかを知
ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この従来の検査方法の
問題点は、極めて高精度、従って高価な測定装置を必要
とし、また、測定操作も煩雑となることである。例えば
カラーフィルターの場合には、基板の大きさは４００×
５００ｍｍもあり、これに通常は４枚のカラーフィルタ
ー画像が形成される。従って測定に際しての移動距離は
１００ｍｍ以上にもなる。これに対し、測定の精度はミ
クロンオーダーであることが要求されるので、ダイナミ
ックレンジが１０⁵ ：１以上必要となる。このような要
求を満足させるには、特殊ボールネジのような極めて高
精度の駆動機構と、レーザー干渉計のような計測器を必
要とし、またこれらの機器の精度を維持するための特別
の測定室を必要とする。従って多額の設備投資を要し、
しかも測定にも多大の時間を要する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
されている測定点間の位置を直接に測定する代りに、正
確に測定点が形成されている透明な標準基板を用い、こ
の標準基板上の測定点と、これに対応する被測定基板上
の測定点との位置のづれを計測することにより、間接的
に被測定基板上の測定点の位置を測定しようとするもの
である。本発明によれば、 露光処理が正確に行なわれた場合に被測定基板上に
形成される基準点画像及び測定点画像の位置に、それぞ
れ対応する基準点画像及び測定点画像を有する標準基板
を用意すること、標準基板の材質は、誤差を生じないよ
うに、露光処理で使用されるマスクと同じく熱膨張率が
極力小さいものであることが望ましい。

【０００８】 被測定基板と標準基板とを、双方の基
準点画像位置が少くともほぼ一致するように平行に重ね
て配置すること 被測定基板と標準基板との間に基準点画像間の位置
のづれがある場合には、それを測定すること 被測定基板と標準基板との測定点画像間の位置のづ
れを測定すること 基準点画像間の位置のづれの測定値と、測定点画像
間の位置のづれの測定値とから、標準基板における基準
点画像と測定点画像間の関係位置に基づいて、被測定基
板における基準点画像と測定点画像間の関係位置を算出
することの一連の手続を経ることにより、比較的簡単な
測定装置を用いて、被測定基板上の測定点の位置関係を
正確に且つ容易に測定することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明について更に詳細に説明す
ると、本発明はカラーフィルターなどの透明な基板上に
形成されている画像の相対位置を極めて精度よく、通常
はミクロンないしはサブミクロンオーダーで測定する方
法である。本発明では、第１段階として、露光処理に用
いるマスクに基準点画像と測定点画像とを有するものを
用いて、被測定基板に基準点画像と測定点画像が形成さ
れるようにしておく。なお、マスクに本来的に形成され
ている画像を、これらの画像ないしはその一部として用
いることもできるが、計測が容易な形状の画像を形成す
るため、マスクに本来的に形成されている画像とは別に
基準点画像及び測定点画像を形成するのが好ましい。第
２段階として、測定のものさしとして、露光処理が正確
に行なわれた場合に被測定基板上に形成される基準点画
像及び測定点画像の位置に、それぞれ対応する基準点画
像及び測定点画像を有する標準基板を用意する。基準点
画像及び測定点画像は、いずれも標準基板と被測定基板
のそれぞれ対応する画像間で、画像位置のづれの測定が
容易な形状であれば、同一形状でも異なる形状でもよ
い。また、基準点画像及び測定点画像のそれぞれは、標
準基板と被測定基板とで、ポジとネガとの関係にあるの
が好ましい。これは双方の基板を重ねて光を照射したと
きに、双方の基板の対応する画像間の位置のづれの検出
を容易にするためである。更に双方の基板の対応する画
像の形状も、同一形状である必要は無く、むしろ異なる
形状として、対応する画像間の位置のづれの検出を容易
とするのが好ましい。

【００１０】図１ (ａ）は、被測定基板の模式的な例で
あり、本来の画像群が形成されている領域外の右上隅と
左下隅とにＬ字形の基準点画像ロが不透光部として形成
されている。また、画像群が形成されている領域部の四
隅と内部に測定点画像イが形成されている。四隅の測定
点画像は不透光部として、内部の測定点画像は透光部と
して形成されている。

【００１１】図１ (ｂ）は、上記の被測定基板に対応す
る標準基板であり、それぞれ対応する基準点画像ロと測
定点画像イが形成されている。但し、基準点画像は透光
部として形成されており、四隅の測定点画像に対応する
測定点画像は透光部として、内部の測定点画像に対応す
る測定点画像は不透光部として形成されている。双方の
基板の対応する基準点画像及び測定点画像の形状は、相
互にきっちりと嵌合するようになっている。

【００１２】第３段階では、標準基板と被測定基板と
を、双方の基準点画像位置がほぼ一致するように、すな
わち図１の例では、標準基板と被測定基板の基準点画像
がほぼ嵌まり合うように、重ね合わせる。双方の基準点
画像位置が正確に一致するように、すなわち図１の例で
は双方の基準点画像がきっちりと嵌まり合うように、双
方の基板を重ね合わせても勿論差支えないが、そのため
には高精度の位置決め機構が必要である。本発明では双
方の基板の基準点を正確に一致させなくても、画像処理
により基準点間のづれを正確に測定できるので、敢て高
精度の位置決め機構を用いる必要は無い。なお、双方の
基板を重ね合わせる際は、双方の基板を接触させずに、
若干の間隙をおいて重ね合わせるのが好ましい。双方の
基板の表面は極めて平滑に仕上げられているので、両者
を接触させると密着してしまい、標準基板に傷がついた
り、異物が付着したりして、標準基板がその後の使用に
適さなくなる恐れがある。双方の基板は、若干の間隙を
おいてできるだけ高い平行度で重ね合わせることが必要
である。平行度が不良であると、双方の基板上の画像位
置のづれを正確に測定できない。通常は双方の基板の傾
きが０．０３度以内になるようにする。

【００１３】被測定基板上の画像がマスクの画像をどの
程度正確に再現しているかを測定する必要が生ずるの
は、被測定基板の製作工程における工程検定ないしは製
作された被測定基板の出荷に際しての出荷検定において
であり、同一形状の画像を有する同一の大きさの被測定
基板を、流れ作業で次々と測定することが多い。従っ
て、この場合には、測定装置として、標準基板を載置す
る固定支持台と、この台上に固定支持された標準基板に
対向して被測定基板を支持する可動支持台と、この支持
台上に支持された被測定基板の基準点画像を標準基板の
基準点画像とほぼ一致させるべくこの支持台を前後左右
に移動させる駆動機構とを備えているものを用いるのが
好ましい。更には、被測定基板を、その支持台上に順次
送り込み且つ測定を終了した被測定基板を支持台上から
取外す、被測定基板の供給−排出機構も設けておくのが
好ましい。

【００１４】本発明の第４段階では、重ね合わされた標
準基板と被測定基板との基準点画像を観察し、標準基板
の基準点画像に対する被測定基板の基準点画像の位置の
づれを測定する。この位置のづれは、通常はサブミクロ
ンオーダーで極めて正確に計測する必要がある。この位
置づれの測定値に基づいて、後続する測定点での位置づ
れの測定値を補正し、最終的に被測定基板の測定点が、
基準点に対して、どの方向にどの程度づれているかを算
出する。従って、基準点画像は、位置づれ（どの方向
に、どの程度づれているか）の計測が容易なように、直
交する線で構成するのが好ましい。例えば、図２はこの
ような基準点画像の組合せの１例であり、標準基板に
は、直交する２本の直線に基づいて２個の正方形をその
直線の交点（ここが基準点となる）で接するように配置
した形状の基準点画像が形成されており、被測定基板に
はＬ字形（その外側の頂角が基準点となる）の形状の基
準点画像が形成されている。標準基板と被測定基板とが
図２の如く重なり合っているならば、バーＯａとバーＯ
ｂとを測定することにより、被測定基板の基準点画像が
標準基板のそれに対し、どの方向にどの程度づれてお
り、且つその回転角（θ）がいくらであるかを容易に算
出することができる。そして、後続する測定点画像の位
置づれの検出に際しては、実際に検出された位置づれ
を、この基準点画像の位置づれのデータにより修正し
て、真の位置づれを算出する。

【００１５】従って、基準点画像の位置を正確に一致さ
せておくと、後で測定点画像の位置づれを計測したとき
に、計測値を補正する必要が無い点では有利であるが、
前述の如く基準点画像の位置を正確に一致させなくても
位置づれを測定できるのが、本発明の特徴の一つであ
る。なお、被測定基板上の画像の回転角（θ）の算出に
際しては、複数ケ所での測定値の平均値を用いるように
してもよい。

【００１６】第５段階では、重ね合わされた標準基板と
被測定基板との測定点画像を観察し、標準基板の測定点
画像に対する被測定基板の測定点画像の位置づれを計測
する。測定点画像も、位置づれの検出が容易なように、
基準点画像と同じく直交する線で構成するのが好まし
い。この測定点画像の位置づれの計測値を、前述の基準
点画像の位置づれの計測値で補正すると、双方の基板間
における測定点画像の位置づれ、従って被測定基板の基
準点画像と測定点画像との位置関係が正確に求められ
る。

【００１７】第４段階及び第５段階の画像位置の観察
は、通常は高倍率観察が可能な顕微鏡付カメラで行な
い、得られた画像データを画像処理装置で処理して、標
準基板に対する被測定基板の画像位置のづれを算出する
のが有利である。カメラの同一視野内に双方の基板の画
像が収まる限り、カメラはできるだけ固定しておくの
が、装置が簡単となり、且つ測定精度を低下させないの
で有利である。通常は、双方の基板の基準点画像が同一
視野内に収まるように双方の基板を重ねて、基準点画像
は固定カメラで撮影し、測定点画像は固定カメラ又は移
動カメラで測定するのが有利である。

【００１８】本発明を実施するための装置の１例を図３
に基づいて説明すると、１は標準基板、２は被測定基板
である。３は標準基板の支持装置の支持部材であり、標
準基板１を被測定基板２と平行に、かつこれと一定の間
隔をへだてて、架台９に交換可能に固定支持している。
被測定基板２は、図示されていないＸ−Ｙ軸駆動台上に
載置されており、標準基板に対し被測定基板を平行に移
動させて、双方の基準点画像位置がほぼ一致するように
調整しうるようになっている。なお、装置にはＸ−Ｙ軸
駆動台上への被測定基板の供給及び台上からの被測定基
板の排出を自動的に行なう、被測定基板の供給−排出手
段を付設するのが好ましい。

【００１９】４は照明装置であり、観察しようとする画
像部分だけを個別に照明するものでも、基板全体を照明
するものでもよい。照明は重なり合った画像の計測が可
能なように、どの位置においても拡散光または平行光で
あるのが望ましい。５はカメラである。前述の如く、カ
メラは測定すべき画像位置に対応させて固定配置してお
くのが望ましい。カメラとしては２次元ＣＣＤカメラ、
撮像管型カメラなどが用いられる。カメラの焦点が正し
く合っていないと計測精度が低下するので、オートフォ
ーカス装置６を取付けておき、計測毎に焦点合せを行な
うのが好ましい。カメラにより得られた画像信号は、信
号切替装置７を経て画像処理装置８に入力される。画像
処理装置８では、各測定点画像位置での位置づれを、基
準点画像位置での位置づれと、標準基板における基準点
と各測定点との関係位置に基づいて補正し、被測定画像
における基準点と各測定点との関係位置を算出する。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、マスクを用いた露光処
理により形成された画像を有する基板上の画像位置が正
しく再現されているか否かを、簡単に且つ精度よく測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板上に形成される画像の配置の１例を模式的
に示すものである。

【図２】基準点画像の位置づれの算出方法の１例を示す
ものである。

【図３】本発明を実施するための装置の１例の基本的構
成を示す図である。

【符号の説明】

イ 測定点画像 ロ 基準点画像 １ 標準基板 ２ 被測定基板 ３ 標準基板の支持装置の部材 ４ 照明装置 ５ カメラ ６ オートフォーカス装置 ７ 信号切替装置 ８ 画像処理装置 ９ 架台

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に、感光膜の露光処理を経て
   形成された測定点画像及び基準点画像を有する被測定基
   板の基準点画像に対する測定点画像の関係位置を測定す
   る方法であって、 露光処理が正確に行なわれた場合に被測定基板上に
   形成される基準点画像及び測定点画像の位置に、それぞ
   れ対応する基準点画像及び測定点画像を有する標準基板
   を用意すること 被測定基板と標準基板とを、双方の基準点画像位置
   が少くともほぼ一致するように、平行に重ねて配置する
   こと 被測定基板と標準基板との間で、基準点画像間の位
   置のづれがある場合には、それを測定すること 被測定基板と標準基板との間で測定点画像間の位置
   のづれを測定すること 双方の基板の基準点画像間の位置のづれの測定値
   と、測定点画像間の位置のづれの測定値とから、標準基
   板における基準点画像と測定点画像間の関係位置に基づ
   いて、被測定基板における基準点画像と測定点画像間の
   関係位置を算出することを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 標準基板と被測定基板との間における基
   準点画像及び測定点画像の位置のづれの測定を、双方の
   基板上のこれらの画像を含む部分を、高倍率観察が可能
   なカメラで撮影し、得られた画像データを画像処理装置
   により処理して、位置のづれを算出することを特徴とす
   る請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 標準基板と被測定基板とを平行に重ねて
   配置するに際し、双方の基板が接触しないように若干の
   間隙を置いて配置することを特徴とする請求項１又は２
   記載の方法。
4. 【請求項４】 透明基板上に測定点画像及び基準点画像
   を有する被測定基板の、基準点画像に対する測定点画像
   の関係位置を、対応する測定点画像及び基準点画像が正
   確に配置されている標準基板との対比において測定する
   装置であって、被測定基板と標準基板とを両者間に若干
   の間隙を置いて平行に重ねて支持する手段と、双方の基
   板をその間隙を維持したまま相対的に移動させる手段
   と、双方の基板を通して基板面に垂直に光を照射する手
   段と、基準点画像部分及び測定点画像部分を通過してき
   た光を受けるカメラと、カメラで得られた画像信号を処
   理して得られた双方の基板間の基準点画像間の位置づれ
   及び測定点画像画間の位置づれ、並びに標準基板におけ
   る基準点画像と測定点画像との関係位置に基づいて、被
   測定基板の基準点画像と測定点画像の関係位置を算出す
   る画像処理手段とを備えていることを特徴とする装置。
5. 【請求項５】 被測定基板と標準基板とを支持する手段
   と、双方の基板を相対的に移動させる手段とが、標準基
   板を載置する固定支持台、被測定基板を載置する可動支
   持台及びこの可動支持台を前後左右に移動させる駆動機
   構とから成ることを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 【請求項６】 基準点画像部分を通過してきた光を受け
   るカメラが固定カメラであることを特徴とする請求項４
   又は５記載の装置。