CN101051619B - 基板检查装置及使用其的基板检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基板检查方法及基板检查装置，其能正确地测定图案的缺陷，该基板检查方法包括：在形成图案的基板上施加检查光的步骤、检测由基板反射的检查光的亮度的步骤及从检测到的亮度判断图案是否有缺陷的步骤。

Description

基板检查装置及使用其的基板检查方法

技术领域

本发明涉及一种基板检查装置及使用其的基板检查方法，更详细地说，涉及一种能正确地测定基板上的图案缺陷的基板检查装置及使用其的基板检查方法。

背景技术

最近，代替已有的布劳恩管，如液晶显示装置和有机电致发光装置(OLED)的平板显示装置被广泛使用。

在这些显示装置中使用形成各种各样的图案的基板。例如，在液晶显示装置的滤色器基板上形成有如黑色矩阵及滤色器那样的图案。这样的图案必须形成为均匀的高度。在滤色器的情况下，如果形成的高度不均匀，就可能会在画面上产生斑点花纹。

在显示装置的制造过程中，通过基板检查，检查这些图案的高度是否均匀地形成。

但是，现有的基板检查是在形成图案的基板上照射光的同时，操作人员用肉眼判断是否有缺陷，因此，存在难以进行正确测定的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种正确地测定图案缺陷的基板检查方法。

本发明的其他目的在于提供一种正确地测定图案缺陷的基板检查装置。

所述本发明的目的通过以下的基板检查方法而实现，该基板检查方法包括：在形成图案的基板上施加检查光的步骤、检测由所述基板反射的所述检查光的亮度的步骤及从所述检测到的亮度判断所述图案是否有缺陷的步骤。

优选所述检查光以相干(coherent)的状态被施加在所述基板上。

优选所述检查光是线状光。。

优选所述亮度是在所述基板上扫描所述检查光的同时得到的。

优选在所述扫描时，所述检查光向所述基板的入射角是一定的，所述亮度是从所述基板的入射点开始在一定的位置进行检测。

优选所述亮度是使用含有配置成一列摄像单元的线阵照相机得到的。

所述摄像单元优选包含CCD(电荷耦合器件)。

优选被反射的所述检查光经过透镜入射到所述线阵照相机中。

优选在所述基板上形成多个像素区域，所述各摄像单元的光学分辨率是所述像素区域尺寸的100％～300％。

优选所述各摄像单元的光学分辨率R用下式表示，

R＝(b-f)×D/f，

在此，b表示所述透镜与所述入射点之间的距离，f表示所述透镜的焦距，D表示所述各摄像单元的尺寸，

使所述透镜与所述入射点之间的距离变化而调节所述各摄像单元的光学分辨率。

优选所述透镜与所述线阵照相机之间的距离a为D×R/b的值的90％～110％。

优选所述图案至少包括黑色矩阵、滤色器及柱状衬垫中的任意一个。

优选所述亮度根据所述图案的高度而变化。

所述本发明的通过以下的基板检查方法而实现，该基板检查方法包括：在形成图案的基板上施加线状检查光的步骤、使用线阵照相机检测由所述基板反射的所述检查光的亮度的步骤及从所述检测到的亮度判断所述图案是否有缺陷的步骤。

优选所述亮度是在所述基板上扫描所述检查光的同时而得到。

优选在所述扫描时，所述检查光向所述基板的入射角是一定的，所述亮度是从所述基板的入射点开始在一定的位置进行检测。

优选被反射的所述检查光经过透镜入射到所述线阵照相机中，在所述基板上形成多个像素区域，所述线阵照相机包含配置成一列的摄像单元，所述各摄像单元的光学分辨率是所述像素区域尺寸的100％～300％。

优选所述各摄像单元的光学分辨率R用下式表示，

R＝(b-f)×D/f，

在此，b表示所述透镜与所述入射点之间的距离，f表示所述透镜的焦距，D表示所述各摄像单元的尺寸，

使所述透镜与所述入射点之间的距离变化而调节所述各摄像单元的光学分辨率。

所述本发明的其他目的通过以下的基板检查装置实现，该基板检查装置包括：放置部，其放置形成图案的基板；检测部，其包含位于所述放置部的上部，将检查光供给所述基板的光源部和检测由所述基板反射的所述检查光亮度的照相机；驱动部，其使所述放置部与所述检测部相对移动；控制部，其从所述照相机检测到的亮度来判断所述图案是否有缺陷。

优选所述光源部供给的所述检查光是相干的。

优选所述检查光是线状光。

优选所述光源部包含限制射出光的射出角的缝隙。

优选所述照相机包含线阵照相机(line camera)。

优选所述检测部进一步包含位于所述照相机与所述放置部之间的透镜。

优选在所述放置部与检测部相对移动时，所述基板的反射点与所述光源部的相对位置及所述基板的反射点与所述照相机的相对位置保持一定

优选所述图案至少包括黑色矩阵、滤色器及柱状衬垫中的任意一个。

根据本发明，可以提供正确地测定图案缺陷的基板检查方法，另外，根据本发明，可以提供正确地测定图案缺陷的基板检查装置。

附图说明

图1是液晶显示装置的剖面图；

图2是表示本发明第一实施方式的基板检查装置的图；

图3是用于说明本发明第一实施方式的基板检查装置中照相机的配置的图；

图4是用于说明本发明第一实施方式的基板检查装置中照相机的结构的图；

图5是用于说明本发明第一实施方式的基板检查装置中射出的检查光的图；

图6A是用于说明像素区域尺寸与光学分辨率关系的图；

图6B是用于说明像素区域尺寸与光学分辨率关系的图；

图7是用于说明检查光的衍射的图；

图8是用于说明由图案高度不同而产生反射光偏移的图；

图9A是表示由图案高度不同产生衍射光谱的照片；

图9B是表示由图案高度不同产生衍射光谱的照片；

图10是用于说明由图案高度不同而产生亮度变化的图；

图11是表示通过实验得到的亮度图像的照片；

图12是表示本发明第二实施方式的基板检查装置的图。

附图标记

10：检测部

20：光源部

21：灯

22：灯罩

30：照相机

31：摄像单元

35：透镜

40：放置部

50：驱动部

141：绝缘基板

142：图案

具体实施方式

下面，参照附图对本发明进行说明。

在各种各样的实施方式中，对于相同的构成要素标注相同的附图标记，对于相同的构成要素在第一实施方式中进行代表性的说明，在其他的实施方式中可以省略。

在下面的实施方式中，作为基板以液晶显示装置的滤色器基板为例进行说明，但本发明也可以适用于薄膜晶体管基板。另外，本发明也可以适用于如有机电致发光装置(OLED)、电泳显示装置(EPD)、等离子显示装置(PDP)的其他显示装置的基板。

在下面的说明中，像素区域的尺寸是指具有与像素区域面积相同面积的正方形的一边的长度。各摄像单元是正方形形状，摄像单元的尺寸是指摄像单元的一边的长度。各摄像单元对摄像对象物体的正方形区域摄像，摄像单元的光学分辨率(optical resolution)指各个摄像的正方形区域的一边的长度。

图1是液晶显示装置的剖面图。

液晶显示装置100包括薄膜晶体管基板110、滤色器基板120及位于两基板110、120之间的液晶层130。

观察薄膜晶体管基板110，可以看到在绝缘基板111上形成有多个薄膜晶体管112。薄膜晶体管112覆盖由无机膜或有机膜构成的保护层113，保护层113的一部分被除去，形成使薄膜晶体管112露出的接触孔114。由ITO(铟锡氧化物)或IZO(铟锌氧化物)这样的透明导电物质构成的像素电极115通过接触孔114与薄膜晶体管112连接。

观察滤色器基板120，可以看到在绝缘基板121上形成有栅状的黑色矩阵122。黑色矩阵122可以由含有黑色颜料的有机物形成，与薄膜晶体管基板110的薄膜晶体管112及配线(未图示)对应而形成。

在黑色矩阵122之间形成有滤色器123。滤色器123由有机物形成，包括相互具有不同颜色的三个子层123a、123b、123c。在黑色矩阵122和滤色器层123的上部形成有外敷层(オ一バ一コ一ト)124和由透明的导电物质构成的通用电极125。在通用电极125上形成有柱状衬垫126。柱状衬垫126对应黑色矩阵122而形成，维持两基板110、120的间隔。

位于两基板110、120之间的液晶层130根据像素电极115与通用电极125形成的电场而决定其排列状态。从薄膜晶体管基板110的下部供给的光在液晶层130调整透射率之后，透过偏光板(未图示)被赋予对应的颜色，该偏光板附着在滤色器层123及滤色器基板120的外部。

以上说明的黑色矩阵122、滤色器层123及柱状衬垫126等的图案通常在涂上感光有机层之后进行曝光及显影而形成。

感光有机层的涂敷可以通过缝隙涂敷、旋转涂敷或丝网涂敷等方法进行。但是，在涂敷前绝缘基板上有颗粒时，感光有机层的高度变为不均匀，由此形成的图案的高度也不均匀。在形成图案过程中，图案的高度也会由于颗粒流入变为不均匀。

当图案的高度不均匀时，显示品质下降，特别是当滤色器层123的高度变为不均匀时，就会在画面上产生斑点花纹。

因此，在形成各图案之后测定图案有无缺陷。在测定到图案有缺陷的情况下，或者对产生缺陷的图案重新操作，或者废弃基板。

本发明涉及测定图案缺陷的检查装置和检查方法。

图2是表示本发明第一实施方式的基板检查装置的图。

基板检查装置1包括检测部10；位于检测部10的下部、放置有基板140的放置部40；以及使放置部40直线运动的驱动部50。为检查对象的基板140包括绝缘基板141及在绝缘基板140上形成的图案142。图案142可以是黑色矩阵、滤色器层及柱状衬垫中任意一个。

检测部10包括：光源部20，其被固定且将检查光供给基板140；照相机30，其检测由基板140反射的反射光的亮度。如图3所示，照相机30构成为一对。各照相机30具有检测亮度的区域，即FOV(视场：field of view)。各照相机30的FOV宽度d1大于基板140的宽度d2的一半。照相机30的FOV一部分重叠，一部分超出基板140。透镜35位于照相机30与基板140之间。

光源部20配置为使检查光与基板140的入射点为一定的角度θ1。光源部20由产生光的灯21和包围灯21且将光朝向基板140射出的灯罩22构成。灯罩22朝向基板140的一面开口。

光源部20的结构只要能供给均匀强度的线状检查光，可以进行多种变更。光源部20可以包含如卤素灯或金属卤化物灯等那样的点光源和将点光源变换成线光源的光纤而构成。

如图4所示，照相机30是由CCD组成的n个摄像单元31配置成一列的线阵照相机。各摄像单元31是正方形，一边的长度、即摄像单元31的尺寸由D表示。照相机30的各摄像单元31配置在可以接受从灯21射出且由基板140反射的光的位置。照相机30配置为与基板140的入射点成一定的角度θ2。

驱动部50使放置部40移动，检测部10扫描基板140的整体。为了扫描基板140整体，优选将灯21的长度设定为比基板140的宽度d2大一些。

在对基板140整体扫描时，保持入射点与光源部20之间的角度θ1及入射点与照相机30之间的角度θ2不变。

在扫描时，根据图案142的高度不同，照相机30检测到的反射光的强度变化。

虽然未图示，基板检查装置1可以构成为进一步包括基于检测到的亮度值、判断图案142是否有缺陷的控制部。

图5用于说明在本发明第一实施方式的基板检查装置中射出的检查光的图。

检查光在光源部20附近的部分不是平行光，但入射到基板140时实质上以平行的状态入射。将这样实质平行的状态称为相干状态。为了制作这样相干状态的检查光，必须维持入射点与光源部20之间的距离c为一定的值，例如约3m以上。

为了由被反射的检查光检查基板140，照相机30必须具有合适的光学分辨率。即，照相机30的各摄像单元31的光学分辨率必须具有合适的范围。关于这点，以滤色器基板120作为检查对象举例进行说明。

如图6A所示，在滤色器基板120上形成多个像素区域。像素区域是多个子像素集中而成的，构成画面的基本单元。如图所示，像素区域分别包含显示红色、蓝色及绿色的三个区域，是一边长度为d3的正方形。

各摄像单元31对基板140中的正方形的单位摄像区域进行摄像。单位摄像区域的一边的长度，即光学分辨率R优选为像素区域的一边的长度d3，即，像素区域的尺寸的100％～300％。

通常，缺陷在多个像素区域中产生。当光学分辨率R比像素区域的尺寸d3的100％小时，即，单位像素区域比像素区域小时，由于光学上的原因，不能检测到缺陷。相反，当光学分辨率R比像素区域的尺寸d3的300％大时，析像力降低，即使产生缺陷也不能将其确认为缺陷，或者不能确定产生缺陷的位置。

另一方面，如图6B所示，存在像素区域不是正方形的情况。在该情况下，像素区域的尺寸d3可以以具有与像素区域相同面积的正方形的一边长度为基准。

下面，对调节光学分辨率R的方法进行说明。

光学分辨率R由下面的式1而确定。

R＝(b-f)×D/f  (式1)

在此，b是图2所示的透镜35与入射点之间的距离，f是透镜35的焦距，D是如图4所示的各摄像单位31的尺寸。

另一方面，基于式1，透镜35与入射点之间的距离b可以用下式2表示。

b＝f×(R/D+1)    (式2)

检查中，在调节光学分辨率R的情况下，通常，不交换照相机30和透镜35，变更透镜35与入射点之间的距离b而进行调节。例如，当像素区域的尺寸d3为300μm，摄像单元31的尺寸D为14μm，透镜35的焦距f为60mm的情况下，为了使光学分辨率R为500μm，基于式2，只要将透镜35与入射点之间的距离b调节为约2202mm即可。

当然，为了调节光学分辨率R也可以交换照相机30和透镜35。

另一方面，光学分辨率R与摄像单元31的个数n及FOV的宽度d1相关连。

例如，如图3所示，假定照相机30是2台，基板140的幅度d2是1500mm，FOV的宽度d1为800mm。

如果所希望的光学分辨率R为500μm，摄像单元31的个数n必须为d1/R，约为1600个。如果照相机30的摄像单元31的个数n小于1600个，需要使用三个以上的照相机30，或者增加光学分辨率R。

这样，照相机30的个数、摄像单元31的个数n及光学分辨率R具有密切的关系。

如果根据所希望的光学分辨率R决定透镜35与入射点之间的距离b，如图2所示，透镜35与照相机30之间的距离a由下式3决定。

a＝(D/R)×b    (式3)

根据所述的例子，计算出a的值约为62mm。为了对准照相机30的焦点，调节透镜35与照相机30之间的距离a，可以在计算出的值的90％～110％之间调节。

图7是用于说明检查光的衍射的图。

在基板140上形成的图案142可以是在黑色矩阵的情况下为格栅状，在滤色器的情况下为以一定间隔配置而成的线状，在柱状衬垫的情况下为均匀地配置的点状。

相对于入射的检查光、这种图案142作为衍射光栅而起作用。因此，从光源20入射到图案142的光发生衍射，在形成根据波长不同而不同的光谱的同时进行反射。

如果观察由图案142反射并衍射的光的光谱，可以知道由于波长不同强度发生变化。

下面，参照图8～图10，对由于图案142的高度不同而在由照相机30检测到的反射光中产生亮度差的原因进行说明。

图8是用于说明由图案高度不同而产生反射光偏移的图，图9A及图9B是表示图案高度不同而产生的衍射光谱的照片，图10是用于说明图案高度不同而产生的亮度变化的图。

由于颗粒等不良因素，图像142的高度因位置不同而变化。高度不同的图案142在基板140上可以显示为点状，也可以显示为线状。

如图8所示，由于图案142的高度不同在反射光的路径上有差异。即，在由正常图案142a反射的(a)的情况和由高度大的图案142b反射的(b)的情况下，反射点的高度不同，因此，产生反射光的移动。

图9A是表示图案142的高度为一定的情况下的衍射光谱，图9B是表示图案的高度不同的情况下的衍射光谱。

观察图9B可知，表示了在图案142的高度不同的情况下、用箭头表示的部分与周边不同的形态。即，由于图案142的高度不同产生反射光的偏移，亮度变化。

观察图10，正常图案142a的情况(a)与较高的图案142b的情况(b)，衍射光谱的形态基本类似。但是，被固定的照相机30检测的波长相互不同。

在(a)的情况下，具有最高强度波长的光被照相机30检测。相反地，在(b)的情况下，具有较低强度波长的光被照相机30检测。因此，与正常图案142a相比，照相机30在较高的图案142b处检测较低的亮度。

亮度检测是将检查光扫描基板140整体的同时而进行的。通过扫描测定在整体图案142的反射光亮度，并对其进行汇总。

如果观察所述汇总的亮度数据，检测到具有与周围相比较低的亮度的部分，由此，可以判断图案142的高度为不均匀的部分。

在图8～图10中，说明了图案142的高度越高亮度越低的情况。但是，在图案142的高度不同的情况下，反射光的亮度是高还是低由光源部20与照相机30的位置关系来决定。即，如果照相机30在具有通常高度的图案142反射的光的衍射图案中，检测到比较低强度的光，就能检测到具有其他高度的图案142反射的更强的光。

从得到的亮度值判断图案142的缺陷的基准有许多。例如，将亮度值数值化，可以将与周围相比亮度为一定水准以上的、较高的部分判定为缺陷。缺陷部分可以用点或线表示。

当判定图案142为缺陷时，可以除去图案142再次形成，或者将基板140废弃。

图11是表示通过实验得到的亮度图像的照片。

图11是相对滤色器的图像，可以观察到在四角显示的部分中与周围亮度不同的点。这样的缺陷是在感光有机层形成后由于颗粒流入到感光有机层的上部而产生的。

在图11所示的点以外，亮度不同的部分可以用线状或面状表示。

观察图11，图案缺陷明显地被显示，判定缺陷容易。另一方面，得到的亮度数据可以根据需要进行多种变形、操作运用到图案缺陷判定中。

图12是表示本发明第二实施方式的基板检查装置的图。

如第一实施方式所述，光源20的检查光需要以相干的状态入射到基板140上。为了使检查光为相干的状态，在基板140与光源20之间需要相当的距离。因此，存在基板检查装置1的体积变得非常大的问题。

根据第二实施方式，在光源20的灯罩22上设置缝隙22a。缝隙22a限制检查光的射出角，由此，检查光在比较短的距离也变成相干状态。由此，可以减小光源20与基板140之间的距离d2，可以使基板检查装置1的尺寸变小。

用图示对本发明的几个实施方式进行了说明，但只要是属于本发明所属技术领域的、具有通常知识的技术人员都知道，不超出本发明的原则或精神可以对本实施方式进行变形。本发明的范围根据所记载的权利要求及其等效内容而定。

Claims (24)

1.一种基板检查方法，其特征在于，包括：在形成图案的基板上施加检查光的步骤、检测由所述基板反射的所述检查光的亮度的步骤及从所述检测到的亮度判断所述图案是否有缺陷的步骤，

其中所述检查光以相干的状态被施加在所述基板上。

2.如权利要求1所述的基板检查方法，其特征在于，所述检查光是线状光。

3.如权利要求1～2中任一项所述的基板检查方法，其特征在于，所述亮度是在所述基板上扫描所述检查光的同时得到的。

4.如权利要求3所述的基板检查方法，其特征在于，在所述扫描时，所述检查光向所述基板的入射角是一定的，所述亮度是从所述基板的入射点开始在一定的位置进行检测。

5.如权利要求4所述的基板检查方法，其特征在于，所述亮度是使用含有配置成一列摄像单元的线阵照相机得到的。

6.如权利要求5所述的基板检查方法，其特征在于，所述摄像单元包含电荷耦合器件。

7.如权利要求6所述的基板检查方法，其特征在于，被反射的所述检查光经过透镜入射到所述线阵照相机中。

8.如权利要求7所述的基板检查方法，其特征在于，在所述基板上形成多个像素区域，所述各摄像单元的光学分辨率是所述像素区域尺寸的100％～300％。

9.如权利要求8所述的基板检查方法，其特征在于，所述各摄像单元的光学分辨率R用下式表示，

R＝(b-f)×D/f，

在此，b表示所述透镜与所述入射点之间的距离，f表示所述透镜的焦距，D表示所述各摄像单元的尺寸，

使所述透镜与所述入射点之间的距离变化而调节所述各摄像单元的光学分辨率。

10.如权利要求9所述的基板检查方法，其特征在于，所述透镜与所述线阵照相机之间的距离a为D×R/b的值的90％～110％。

11.如权利要求3所述的基板检查方法，其特征在于，所述图案至少包括黑色矩阵、滤色器及柱状衬垫中的任意一个。

12.如权利要求3所述的基板检查方法，其特征在于，所述亮度根据所述图案的高度而变化。

13.一种基板检查方法，其特征在于，包括：在形成图案的基板上施加线状检查光的步骤、使用线阵照相机检测由所述基板反射的所述检查光的亮度的步骤及从所述检测到的亮度判断所述图案是否有缺陷的步骤，

其中所述检查光以相干的状态被施加在所述基板上。

14.如权利要求13所述的基板检查方法，其特征在于，所述亮度是在所述基板上扫描所述检查光的同时得到的。

15.如权利要求14所述的基板检查方法，其特征在于，在所述扫描时，所述检查光向所述基板的入射角是一定的，所述亮度是从所述基板的入射点开始在一定的位置进行检测。

16.如权利要求15所述的基板检查方法，其特征在于，被反射的所述检查光经过透镜入射到所述线阵照相机中，在所述基板上形成多个像素区域，所述线阵照相机包含配置成一列的摄像单元，所述各摄像单元的光学分辨率是所述像素区域尺寸的100％～300％。

17.如权利要求16所述的基板检查方法，其特征在于，所述各摄像单元的光学分辨率R用下式表示，

R＝(b-f)×D/f，

在此，b表示所述透镜与所述入射点之间的距离，f表示所述透镜的焦距，D表示所述各摄像单元的尺寸，

使所述透镜与所述入射点之间的距离变化而调节所述各摄像单元的光学分辨率。

18.一种基板检查装置，其特征在于，包括：放置部，其放置形成图案的基板；检测部，其包含位于所述放置部的上部，将检查光供给所述基板的光源部和检测由所述基板反射的所述检查光的亮度的照相机；驱动部，其使所述放置部与所述检测部相对移动；控制部，其从所述照相机检测到的亮度来判断所述图案是否有缺陷，

其中所述检查光以相干的状态被施加在所述基板上。

19.如权利要求18所述的基板检查装置，其特征在于，所述检查光是线状光。

20.如权利要求19所述的基板检查装置，其特征在于，所述光源部包含限制射出光的射出角的缝隙。

21.如权利要求19所述的基板检查装置，其特征在于，所述照相机包含线阵照相机。

22.如权利要求21所述的基板检查装置，其特征在于，所述检测部进一步包含位于所述照相机与所述放置部之间的透镜。

23.如权利要求21所述的基板检查装置，其特征在于，在所述放置部与检测部相对移动时，所述基板的反射点与所述光源部的相对位置及所述基板的反射点与所述照相机的相对位置保持一定。

24.如权利要求21所述的基板检查装置，其特征在于，所述图案至少包括黑色矩阵、滤色器及柱状衬垫中的任意一个。

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