JP5728353B2 - 画像取得装置および画像取得方法 - 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取得する技術に関する。

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、基材上に形成された透明電極等の透明なパターンの外観検査を行う場合、例えば、光照射部から当該基材上の撮像領域に光を照射し、受光部にて反射光を受光することによりパターンの画像が取得される。この場合に、撮像領域から受光部に至る光軸と基材の法線とのなす検出角を変更することにより、受光する光の干渉状態を変化させてコントラストの高い画像を取得することが考えられる。

一方、受光部を回動させて検出角を変更すると、受光部の受光面と共役な位置が基材の表面からずれるため、基材を上下方向に昇降して当該受光面と共役な位置を基材の表面に配置する（すなわち、フォーカス調整を行う）機構が必要となる。しかしながら、大型の基材を昇降するには大型の昇降機構が必要となったり、基材上における複数の位置の画像を同時に取得する際に複数の位置に対してフォーカス調整を行うことができない等、様々な制約が生じる。したがって、検出角を変更しつつ受光部のフォーカス調整を行う他の容易な手法が求められる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、検出角を変更しつつ受光部のフォーカス調整を容易に行う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取得する画像取得装置であって、前記基材上における線状の撮像領域を撮像する撮像ユニットと、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、制御部とを備え、前記撮像ユニットが、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、ラインセンサと、前記光が照射される前記撮像領域からの光を前記ラインセンサへと導く光学系とを有する受光部と、前記光学系の光軸と前記基材の法線とのなす検出角を変更する検出角変更機構と、前記光軸に沿って前記受光部を移動する受光部移動機構と、前記撮像領域に平行な軸を中心として前記光照射部を回動するとともに、前記受光部に固定される光照射部回動機構とを備え、前記軸が、前記光軸上において前記ラインセンサの受光面と共役な位置を通過し、前記制御部が、前記検出角の変位量に基づいて前記受光部移動機構および前記光照射部回動機構を制御することにより、前記光軸上における前記共役な位置を前記薄膜パターン上に配置し、かつ、前記光照射部から前記撮像領域に至る光軸と前記法線とのなす照射角を前記検出角に一致させる。

請求項２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取得する画像取得装置であって、前記基材上における線状の撮像領域を撮像する撮像ユニットと、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、制御部とを備え、前記撮像ユニットが、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、ラインセンサと、前記光が照射される前記撮像領域からの光を前記ラインセンサへと導く光学系とを有する受光部と、前記光学系の光軸と前記基材の法線とのなす検出角を変更する検出角変更機構と、前記光軸に沿って前記受光部を移動する受光部移動機構とを備え、前記制御部が、前記検出角の変位量に基づいて前記受光部移動機構を制御することにより、前記光軸上において前記ラインセンサの受光面と共役な位置を前記薄膜パターン上に配置し、前記光照射部が、前記撮像領域に平行かつ前記共役な位置を通過する軸を中心とする所定の角度範囲において前記撮像領域に向けて前記光を照射するものであり、前記光照射部が前記受光部に固定され、前記軸に垂直な面上において、前記法線から前記光軸とは反対側に前記軸を中心として前記検出角だけ傾斜した角度位置が前記所定の角度範囲に含まれる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の画像取得装置であって、前記制御部が、前記検出角の変位量に基づいて前記移動機構を制御することにより、前記検出角の変更前後における前記撮像領域の前記基材に対する位置を一致させる。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の画像取得装置であって、前記撮像ユニットと同様の構成のもう１つの撮像ユニットをさらに備える。

請求項５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、画像取得装置により取得する画像取得方法であって、前記画像取得装置が、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、ラインセンサと、前記光が照射される線状の撮像領域からの光を前記ラインセンサへと導く光学系とを有する受光部と、前記撮像領域に平行な軸を中心として前記光照射部を回動するとともに、前記受光部に固定される光照射部回動機構とを備え、前記軸が、前記光学系の光軸上において前記ラインセンサの受光面と共役な位置を通過し、前記画像取得方法が、ａ１）前記光軸と前記基材の法線とのなす検出角を変更する工程と、ａ２）前記光照射部回動機構により、前記光照射部から前記撮像領域に至る光軸と前記法線とのなす照射角を前記検出角に一致させる工程と、ｂ）前記光学系の前記光軸に沿って前記受光部を移動することにより、前記光軸上における前記共役な位置を前記薄膜パターン上に配置する工程と、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を備える。
請求項６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、画像取得装置により取得する画像取得方法であって、前記画像取得装置が、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、ラインセンサと、前記光が照射される線状の撮像領域からの光を前記ラインセンサへと導く光学系とを有する受光部とを備え、前記光照射部が、前記撮像領域に平行な軸を中心とする所定の角度範囲において前記撮像領域に向けて前記光を照射するものであり、前記軸が、前記光学系の光軸上において前記ラインセンサの受光面と共役な位置を通過し、前記光照射部が前記受光部に固定され、前記画像取得方法が、ａ）前記光軸と前記基材の法線とのなす検出角を変更する工程と、ｂ）前記光軸に沿って前記受光部を移動することにより、前記光軸上における前記共役な位置を前記薄膜パターン上に配置する工程と、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を備え、前記軸に垂直な面上において、前記法線から前記光軸とは反対側に前記軸を中心として前記検出角だけ傾斜した角度位置が前記所定の角度範囲に含まれる。

請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の画像取得方法であって、前記ｃ）工程の前に、ｄ）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により、前記検出角の変更前後における前記撮像領域の前記基材に対する位置を一致させる工程をさらに備える。

本発明によれば、検出角を変更しつつ受光部のフォーカス調整を容易に行うことができる。

また、請求項１および５の発明では、照射角を検出角に容易に一致させることができ、請求項２の発明では、撮像ユニットの制御を簡素化することができる。

画像取得装置の概略構成を示す図である。 撮像ユニットの側面図である。 光照射部回動機構の背面図である。 撮像ユニットを示す図である。 画像取得装置の機能構成を示すブロック図である。 画像取得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。 角度調整に係る動作の流れを示す図である。 角度調整に係る動作を説明するための図である。 角度調整に係る動作を説明するための図である。 角度調整に係る動作を説明するための図である。 画像取得装置の他の例を示す図である。 光照射部の他の例を示す図である。 画像取得装置のさらに他の例を示す図である。 画像取得装置のさらに他の例を示す図である。 画像取得装置のさらに他の例を示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る画像取得装置１の概略構成を示す図である。画像取得装置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。

画像取得装置１は、ガラス基板９を移動する移動機構１１と、膜厚計１２と、撮像ユニット２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方向へと移動する第１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方向へと第１移動部４２を移動する第２移動部４３とを備える。第１移動部４２および第２移動部４３のそれぞれは、モータ、ボールねじ、ガイドレール等を有する。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。

撮像ユニット２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２１と、撮像領域９０からの反射光を受光する受光部２３とを備える。光照射部２１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、Ｘ方向に伸びる線状の撮像領域９０（後述の図２にて太線にて示す。）に少なくとも照射される。光照射部２１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。受光部２３は、複数の受光素子が直線状に（１次元に）配列されたラインセンサ２３１と、撮像領域９０からの光をラインセンサ２３１へと導く光学系２３２とを備え、ラインセンサ２３１および光学系２３２は鏡筒２３３の内部に設けられる。図１では、光学系２３２の光軸Ｊ２上においてラインセンサ２３１の受光面と光学的に共役な位置（以下、「フォーカス位置」という。）を点Ｐにて示している。

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。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。

図２は、撮像ユニット２の側面図である。図２では、図示の都合上、受光部２３の（光学系２３２の）光軸Ｊ２がＺ方向に平行な状態における撮像ユニット２を示している（後述の図３において同様）。撮像ユニット２は、光照射部２１を回動する光照射部回動機構２２（後述の図３参照）と、受光部２３を回動する受光部回動機構２４と、受光部２３を光軸Ｊ２に沿って移動する受光部移動機構２５とをさらに備える。

受光部回動機構２４は、支持ブロック２０１に取り付けられたモータ（例えば、ステッピングモータ）２４１を有し、モータ２４１の回転軸の先端は受光部移動機構２５のベース部２５１に固定される。ベース部２５１は一の方向（以下、「長手方向」ともいう。）に長い形状であり、ベース部２５１には、長手方向に伸びるガイドレール、長手方向に伸びるボールねじ、および、伝達機構を介してボールねじを回転するモータ２５２が取り付けられる。ボールねじのナット（移動部）には受光部２３のベース部２３４が固定され、ベース部２３４には既述の鏡筒２３３が取り付けられる。撮像ユニット２では、モータ２５２が駆動することにより受光部２３がベース部２５１の長手方向に移動する。ベース部２５１の長手方向は受光部２３の光軸Ｊ２と平行であり、受光部２３は受光部移動機構２５により光軸Ｊ２に沿って移動可能である。

図３は、光照射部回動機構２２の背面図である。光照射部回動機構２２は、フォーカス位置Ｐを中心とする円弧状のガイド板２２１を有し、ガイド板２２１は受光部２３の鏡筒２３３に固定される。ガイド板２２１はＹ方向およびＺ方向に平行な板部材である。光照射部２１には、Ｘ方向に平行な軸を中心として回転するギア２２３および２つのガイドローラ２２４が設けられる。ガイド板２２１において、フォーカス位置Ｐに対する外側の円弧状の縁（すなわち、２つの円弧状の縁のうちフォーカス位置Ｐから遠い方の縁）にはラック２２２が設けられ、ギア２２３がラック２２２に歯合する。また、ガイド板２２１における内側の円弧状の縁には、ガイドローラ２２４が係合するガイド溝が形成される。撮像ユニット２では、図示省略のモータがギア２２３を回転することにより、光照射部２１がガイド板２２１の円弧状の縁に沿って移動する。すなわち、光照射部回動機構２２により、撮像領域９０に平行かつフォーカス位置Ｐを通過する軸（仮想的な軸）を中心として光照射部２１が回動する。なお、ギア２２３およびガイドローラ２２４は光照射部回動機構２２の一部である。

既述のように、図２および図３では、図示の都合上、受光部２３の光軸Ｊ２（すなわち、受光部２３の移動方向）がＺ方向に平行な状態における撮像ユニット２を示しているが、実際の撮像ユニット２では、図４に示すように、撮像領域９０から受光部２３に至る光軸Ｊ２はＺ方向に対して傾斜している。そして、受光部２３の光軸Ｊ２とガラス基板９の法線Ｎとのなす角θ２を検出角として、受光部回動機構２４（図２参照）により検出角θ２が変更される。また、光照射部２１から撮像領域９０に至る光軸Ｊ１と法線Ｎとのなす角θ１を照射角として、光照射部回動機構２２により照射角θ１が変更される。図１および図４では、受光部回動機構２４による回転軸を符号Ｋを付して示している（後述の図９ないし図１１、図１３、並びに、図１４において同様）。

図５は、画像取得装置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ないし図３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。画像取得装置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、受光部２３からの出力が入力される表示制御部３３、および、表示部であるディスプレイ３４を備える。

図６は、画像取得装置１の動作の流れ図である。画像取得装置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。後述するように、撮像ユニット２における画像の取得では、照射角θ１と検出角θ２とが一致するように、光照射部回動機構２２および受光部回動機構２４が制御される。したがって、プロファイル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。

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受光部２３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受光部２３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２１および受光部２３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、角度調整に係る動作が行われる（ステップＳ１４）。

図８は、角度調整に係る動作の流れを示す図であり、図６のステップＳ１４にて行われる処理を示す。角度調整に係る動作では、まず、受光部回動機構２４（図２参照）が受光部２３を回動することにより、検出角θ２が変更されて設定角度となる（ステップＳ１４１）。図９では、検出角θ２の変更前における受光部２３を二点鎖線にて示し、検出角θ２の変更後における受光部２３を実線にて示している。

続いて、受光部２３における検出角θ２の変位量γ（すなわち、検出角θ２の変更前後における角度差）に基づいて光照射部回動機構２２が光照射部２１を回動することにより、照射角θ１が変更されて設定角度となる（ステップＳ１４２）。図１０では、回動前における光照射部２１を二点鎖線にて示し、回動後における光照射部２１を実線にて示している。角度調整に係る動作の直前において照射角θ１および検出角θ２が等しい場合には、照射角θ１の変位量は検出角θ２の変位量γの２倍であり、光照射部２１の回動方向は受光部２３の回動方向とは逆向きである。

上記動作に並行して、全体制御部３０では、検出角θ２の変更前における受光部２３の光軸Ｊ２とガラス基板９の薄膜パターン（すなわち、ガラス基板９の表面）とが交わる位置（図９中にて符号Ｒ１を付す位置であり、以下、「注目位置Ｒ１」という。）と、検出角θ２の変更後における光軸Ｊ２と薄膜パターンとが交わる位置Ｒ２との間の距離（図９中において符号Ｄを付す矢印にて示す距離であり、以下、「位置ずれ量」という。）が、検出角θ２の変位量γに基づいて取得される（ステップＳ１４３）。そして、移動機構１１によりガラス基板９が、注目位置Ｒ１から位置Ｒ２へと向かう方向に位置ずれ量Ｄだけ撮像領域９０に対して相対的に移動する（ステップＳ１４４）。これにより、図１０に示すように、検出角θ２の変更後における光軸Ｊ２とガラス基板９上の注目位置Ｒ１とが交わる。

また、全体制御部３０では、光軸Ｊ２とガラス基板９の表面とが交わる位置と、フォーカス位置Ｐとの間の距離（以下、「フォーカス調整距離」という。）が、検出角θ２の変位量γに基づいて取得される（ステップＳ１４５）。そして、受光部移動機構２５により光軸Ｊ２に沿って受光部２３をフォーカス調整距離だけ移動することにより、図１１に示すように、光軸Ｊ２上においてラインセンサ２３１の受光面と共役なフォーカス位置Ｐが注目位置Ｒ１における薄膜パターン上に配置される（すなわち、フォーカス調整が行われる。）（ステップＳ１４６）。以上の角度調整に係る動作により、照射角θ１および検出角θ２が設定角度となり、撮像領域９０がガラス基板９に対して検出角θ２の変更前と同じ位置となり、受光部２３のフォーカス調整も完了する。

なお、ステップＳ１４１における検出角θ２の変更、ステップＳ１４２における光照射部２１の回動、ステップＳ１４４におけるガラス基板９の移動、および、ステップＳ１４６における受光部２３の移動は、およそ並行して行われてもよい。また、フォーカス位置Ｐを薄膜パターン上に配置するフォーカス調整では、オートフォーカス動作が行われてもよい。オートフォーカス動作では、例えばステップＳ１４５にて求められたフォーカス調整距離が示す位置を中心として光軸Ｊ２方向の前後に所定の微小距離ずつ順次離れた複数の位置（フォーカス調整距離が示す位置も含む。）のそれぞれに受光部２３を配置して、ラインセンサ２３１によりライン画像が取得される。そして、当該複数の位置のうち、当該ライン画像が示す断面プロファイルにおいて薄膜パターンに相当する部位のエッジにおける画素値の変化量（微分値）が最大となる位置（すなわち、コントラストが最も高くなる位置）に受光部２３が配置される。なお、当該断面プロファイルはコンピュータ３のディスプレイ３４に表示されることが好ましい。

また、角度調整に係る動作では、光照射部２１の角度位置の微調整が行われてもよい。例えば、照射角θ１の変更後における光照射部２１の角度位置から時計回りおよび反時計回りに所定の微小角度ずつ順次離れた複数の角度位置のそれぞれに光照射部２１を配置して、ラインセンサ２３１によりライン画像が取得される。そして、当該複数の角度位置のうち、当該ライン画像が示す断面プロファイルにおいて薄膜パターンに相当する部位のエッジにおける画素値の変化量が最大となる角度位置に光照射部２１が配置される。この場合に、上記オートフォーカス動作がさらに行われてもよい。

さらに、角度調整に係る各動作は操作者の指示するタイミングにて行われてもよい。例えば、ディスプレイ３４に表示されるウィンドウにおいてステージ移動ボタンをマウスのクリック等により選択することにより、ステップＳ１４４におけるガラス基板９の移動が行われ、受光部２３の光軸Ｊ２とガラス基板９の表面とが交わる位置を、検出角θ２の変更前後において一致させてもよい。同様に、ウィンドウにおいてオートフォーカスボタンを選択することにより、上記オートフォーカス動作が行われてもよい。

以上のようにして角度調整に係る動作が完了すると（図６：ステップＳ１４）、光照射部２１からの光の出射が開始され、移動機構１１によりガラス基板９がＹ方向に連続的に移動する。ガラス基板９の移動に並行して、受光部２３のラインセンサ２３１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Ｓ１５）。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、薄膜パターンを示す２次元のパターン画像のデータが取得され（すなわち、記憶され）、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Ｓ１６）。

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、受光部２３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、画像取得装置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。

ここで、仮に大型のガラス基板９をＺ方向に昇降してフォーカス調整を行う場合、大型の昇降機構が必要になる。これに対し、画像取得装置１では、受光部回動機構２４による検出角の変位量に基づいて、受光部移動機構２５が受光部２３を光軸Ｊ２に沿って移動することにより、光軸Ｊ２上においてラインセンサ２３１の受光面と共役なフォーカス位置Ｐが薄膜パターン上に配置される。これにより、検出角を変更しつつ受光部２３のフォーカス調整を容易に行うことができる。

また、撮像ユニット２では、撮像領域９０に平行かつフォーカス位置Ｐを通過する軸を中心として光照射部２１を回動する光照射部回動機構２２を設けることにより、照射角を検出角に容易に一致させることができる。さらに、全体制御部３０が、検出角の変位量に基づいて移動機構１１を制御することにより、検出角の変更前後において撮像領域９０のガラス基板９に対する位置が一致する。これにより、検出角の変更によりガラス基板９に対する撮像領域９０の位置がずれることを防止することができ、その結果、検出角および照射角を複数通りに変更したパターン画像を取得する場合等に、ガラス基板９上における同じ領域の画像を取得することが容易に可能となる。

画像取得装置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、あるいは、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、画像取得装置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。

画像取得装置１において、パターン画像の表示の他に、パターン検査が行われてもよい。例えば、図５にて破線の矩形にて示すように受光部２３に検査部３６が接続される。パターン検査の際には、ガラス基板９の移動に同期してライン画像が受光部２３から検査部３６に繰返し出力されてパターン画像のデータが取得される。また、検査部３６には、基準となる参照画像のデータが記憶されており、パターン画像のデータと参照画像のデータとを比較することにより、欠陥の有無が判定される。なお、画像取得装置１をパターン検査装置として用いる場合には、パターン画像が連続的に取得されるため、例えば、光軸Ｊ２方向における受光部２３とガラス基板９との間の距離を検出するセンサを設け、当該センサの出力に基づいて受光部２３が光軸Ｊ２に沿って移動することにより、パターン画像の取得時にリアルタイムでフォーカス調整が行われてもよい。また、他の画像取得装置において検査部３６が設けられてもよい。

画像取得装置１では、図１２に示すように、Ｘ方向に沿って複数の撮像ユニット２が千鳥状に配列されることにより、ガラス基板９のＹ方向への一回の移動においてガラス基板９の幅全体におけるパターン画像が取得されてもよい。各撮像ユニット２は、別途設けられた天板に支持ブロック２０１が固定される点を除き、図２および図３の撮像ユニット２と同様の構成である。図１２の画像取得装置１では、複数の撮像ユニット２における受光部２３のフォーカス調整を個別に行うことができ、ガラス基板９のうねりやステージ４１上のガラス基板９の傾き等に容易に対応して、各撮像ユニット２においてパターン画像を精度よく取得することができる。他の画像取得装置において複数の撮像ユニット２が設けられてもよい。

図１３は、光照射部の他の例を示す図である。図１３の光照射部２１ａを有する撮像ユニット２では、光照射部回動機構２２は省略される。光照射部２１ａでは、線状の撮像領域９０に平行かつフォーカス位置Ｐを通過する軸を中心とする円弧状の支持部２１０が設けられ、支持部２１０は受光部２３に固定される。支持部２１０には複数のＬＥＤ２１１が配列され、複数のＬＥＤ２１１からの光は拡散板２１２を介して均一化されて撮像領域９０に照射される。このように、図１３の光照射部２１ａは、撮像領域９０に平行かつフォーカス位置Ｐを通過する軸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２１ａを有する撮像ユニット２では、当該軸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とは反対側に当該軸を中心として検出角θ２だけ傾斜した角度位置（図１３中にて符号Ａ１を付す一点鎖線にて示す。）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２１ａ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、照射角と検出角とが等しくなっている。したがって、光照射部２１ａを有する画像取得装置１では、コントラストの高いパターン画像を容易に取得することができる。また、光照射部２１を回動する機構が省略されるため、撮像ユニットの制御を簡素化することができる。他の画像取得装置において図１３の光照射部２１ａが用いられてもよい。

図１４は、画像取得装置の他の例を示す図である。図１４の画像取得装置１ａは、搬送機構１１ａと、膜厚計１２と、撮像ユニット２と、コンピュータ３とを備え、搬送機構１１ａの構造が図１の移動機構１１と異なるという点を除いて図１の画像取得装置１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１４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１４の画像取得装置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、撮像ユニット２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および撮像ユニット２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。画像取得装置１ａにおけるパターン画像を取得する動作は、図１の画像取得装置１と同様である。

画像取得装置１ａにおいても、受光部移動機構２５が受光部２３を光軸Ｊ２に沿って移動することにより、フォーカス位置Ｐがウエブ９ａの表面に配置される。これにより、検出角を変更しつつ受光部２３のフォーカス調整を容易に行うことができる。また、光源の波長を切り替える機構が不要であるため、画像取得装置１ａの製造コストを削減することができる。

以上の画像取得装置１，１ａでは、受光部２３を回動する受光部回動機構２４により、検出角を変更する検出角変更機構が実現されるが、検出角変更機構は基材を傾斜させる機構により実現されてもよい。

例えば、図１５の画像取得装置１ｂでは、移動機構１１における第２移動部４３の（−Ｙ）側の端部が、支持部４５によりＸ方向に平行な軸を中心として回動可能に支持される。そして、摺動部移動機構４４が、第２移動部４３の底面に当接する摺動部４４１をＹ方向に移動することにより、ガラス基板９が移動機構１１と共に支持部４５を中心として回動し、受光部２３の光軸Ｊ２とガラス基板９の法線Ｎとのなす検出角が変更される。このように、図１５の画像取得装置１ｂでは、摺動部移動機構４４（および支持部４５）により検出角変更機構が実現され、図１の受光部回動機構２４は省略される。また、受光部移動機構２５により受光部２３が光軸Ｊ２に沿って（すなわち、Ｚ方向に）移動することにより、フォーカス位置Ｐがガラス基板９の表面に配置される。そして、第２移動部４３がガラス基板９を移動することにより、パターン画像が取得される。

また、図１６の画像取得装置１ｃでは、Ｙ方向に関して供給部１１１と撮像ユニット２との間に、Ｘ方向に伸びるローラ４６１が設けられ、受光部２３と回収部１１２との間に、Ｘ方向に伸びるもう１つのローラ４６２が設けられる。また、ローラ４６１はローラ昇降機構４６によりＺ方向に移動可能であり、ローラ４６１のＺ方向の位置が変更されることにより、撮像ユニット２の下方近傍におけるウエブ９ａの法線Ｎの向きが変更される。図１６の画像取得装置１ｃでは、ローラ昇降機構４６（およびローラ４６１）により、受光部２３の光軸Ｊ２とウエブ９ａの法線Ｎとのなす検出角を変更する検出角変更機構が実現され、図１の受光部回動機構２４は省略される。また、受光部移動機構２５により受光部２３が光軸Ｊ２に沿って（すなわち、Ｚ方向に）移動することにより、フォーカス位置Ｐがウエブ９ａの表面に配置される。そして、搬送機構１１ａがウエブ９ａを移動することにより、パターン画像が取得される。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

画像取得装置１では、照射角および検出角を等しく維持しつつ照射角および検出角を複数の角度に変更し、各角度にて受光部２３により取得されるライン画像において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をコントラストとして求めることにより、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てもよい。この場合、画像取得装置１から膜厚計１２が省かれる。

また、ｐ偏光光またはｓ偏光光の一方を利用することにより、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場合には、撮像領域９０と受光部２３との間に偏光子が配置されてもよい。この場合、ガラス基板９からの反射光のうち、ｐ偏光光またはｓ偏光光のみが受光部２３に入射する。また、光軸Ｊ２を中心として偏光子を回転する回転機構が設けられ、受光部２３に入射する偏光光が切り替えられてもよい。さらに、ｐ偏光光に基づいて第１パターン画像が取得され、ｓ偏光光に基づいて第２パターン画像が取得されてもよい。この場合、例えば、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取得される。このようなパターン画像では、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が低減される。

表示対象（または検査対象）の基材は、フィルムやガラス基板には限定されず、樹脂板等であってもよい。基材上に形成される膜構造は、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、画像取得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。

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、撮像ユニット２を移動する機構であってもよい。光照射部回動機構２２および受光部回動機構２４は必ずしも互いに独立した機構である必要はなく、照射角および検出角を連動させて変更する機構であってもよい。光照射部回動機構２２および受光部回動機構２４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（図１５の摺動部移動機構４４および図１６のローラ昇降機構４６において同様）。

光照射部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。

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〜１ｃ 画像取得装置
２ 撮像ユニット
９ ガラス基板
９ａ ウエブ
１１ 移動機構
１１ａ 搬送機構
２１，２１ａ 光照射部
２２ 光照射部回動機構
２３ 受光部
２４ 受光部回動機構
２５ 受光部移動機構
３０ 全体制御部
４４ 摺動部移動機構
４６ ローラ昇降機構
９０ 撮像領域
２３１ ラインセンサ
２３２ 光学系
Ｊ１，Ｊ２ 光軸
Ｐ フォーカス位置
Ｓ１５，Ｓ１４１，Ｓ１４４，Ｓ１４６ ステップ
α 角度範囲
γ 変位量
θ１ 照射角
θ２ 検出角

Claims (7)

1. 基材上に形成された薄膜パターンの画像を取得する画像取得装置であって、
   前記基材上における線状の撮像領域を撮像する撮像ユニットと、
   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、
   制御部と、
   を備え、
   前記撮像ユニットが、
   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、
   ラインセンサと、前記光が照射される前記撮像領域からの光を前記ラインセンサへと導く光学系とを有する受光部と、
   前記光学系の光軸と前記基材の法線とのなす検出角を変更する検出角変更機構と、
   前記光軸に沿って前記受光部を移動する受光部移動機構と、
   前記撮像領域に平行な軸を中心として前記光照射部を回動するとともに、前記受光部に固定される光照射部回動機構と、
   を備え、
   前記軸が、前記光軸上において前記ラインセンサの受光面と共役な位置を通過し、
   前記制御部が、前記検出角の変位量に基づいて前記受光部移動機構および前記光照射部回動機構を制御することにより、前記光軸上における前記共役な位置を前記薄膜パターン上に配置し、かつ、前記光照射部から前記撮像領域に至る光軸と前記法線とのなす照射角を前記検出角に一致させることを特徴とする画像取得装置。
2. 基材上に形成された薄膜パターンの画像を取得する画像取得装置であって、
   前記基材上における線状の撮像領域を撮像する撮像ユニットと、
   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、
   制御部と、
   を備え、
   前記撮像ユニットが、
   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、
   ラインセンサと、前記光が照射される前記撮像領域からの光を前記ラインセンサへと導く光学系とを有する受光部と、
   前記光学系の光軸と前記基材の法線とのなす検出角を変更する検出角変更機構と、
   前記光軸に沿って前記受光部を移動する受光部移動機構と、
   を備え、
   前記制御部が、前記検出角の変位量に基づいて前記受光部移動機構を制御することにより、前記光軸上において前記ラインセンサの受光面と共役な位置を前記薄膜パターン上に配置し、
   前記光照射部が、前記撮像領域に平行かつ前記共役な位置を通過する軸を中心とする所定の角度範囲において前記撮像領域に向けて前記光を照射するものであり、
   前記光照射部が前記受光部に固定され、
   前記軸に垂直な面上において、前記法線から前記光軸とは反対側に前記軸を中心として前記検出角だけ傾斜した角度位置が前記所定の角度範囲に含まれることを特徴とする画像取得装置。
3. 請求項１または２に記載の画像取得装置であって、
   前記制御部が、前記検出角の変位量に基づいて前記移動機構を制御することにより、前記検出角の変更前後における前記撮像領域の前記基材に対する位置を一致させることを特徴とする画像取得装置。
4. 請求項１または２に記載の画像取得装置であって、
   前記撮像ユニットと同様の構成のもう１つの撮像ユニットをさらに備えることを特徴とする画像取得装置。
5. 基材上に形成された薄膜パターンの画像を、画像取得装置により取得する画像取得方法であって、
   前記画像取得装置が、
   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、
   ラインセンサと、前記光が照射される線状の撮像領域からの光を前記ラインセンサへと導く光学系とを有する受光部と、
   前記撮像領域に平行な軸を中心として前記光照射部を回動するとともに、前記受光部に固定される光照射部回動機構と、
   を備え、
   前記軸が、前記光学系の光軸上において前記ラインセンサの受光面と共役な位置を通過し、
   前記画像取得方法が、
   ａ１）前記光軸と前記基材の法線とのなす検出角を変更する工程と、
   ａ２）前記光照射部回動機構により、前記光照射部から前記撮像領域に至る光軸と前記法線とのなす照射角を前記検出角に一致させる工程と、
   ｂ）前記光学系の前記光軸に沿って前記受光部を移動することにより、前記光軸上における前記共役な位置を前記薄膜パターン上に配置する工程と、
   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、
   を備えることを特徴とする画像取得方法。
6. 基材上に形成された薄膜パターンの画像を、画像取得装置により取得する画像取得方法であって、
   前記画像取得装置が、
   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、
   ラインセンサと、前記光が照射される線状の撮像領域からの光を前記ラインセンサへと導く光学系とを有する受光部と、
   を備え、
   前記光照射部が、前記撮像領域に平行な軸を中心とする所定の角度範囲において前記撮像領域に向けて前記光を照射するものであり、
   前記軸が、前記光学系の光軸上において前記ラインセンサの受光面と共役な位置を通過し、
   前記光照射部が前記受光部に固定され、
   前記画像取得方法が、
   ａ）前記光軸と前記基材の法線とのなす検出角を変更する工程と、
   ｂ）前記光軸に沿って前記受光部を移動することにより、前記光軸上における前記共役な位置を前記薄膜パターン上に配置する工程と、
   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、
   を備え、
   前記軸に垂直な面上において、前記法線から前記光軸とは反対側に前記軸を中心として前記検出角だけ傾斜した角度位置が前記所定の角度範囲に含まれることを特徴とする画像取得方法。
7. 請求項５または６に記載の画像取得方法であって、前記ｃ）工程の前に、
   ｄ）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により、前記検出角の変更前後における前記撮像領域の前記基材に対する位置を一致させる工程をさらに備えることを特徴とする画像取得方法。

Images