JP2004264348A

JP2004264348A - 薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査装置及び方法

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Publication number: JP2004264348A
Application number: JP2003030511A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tejima; 手嶋　剛; Toshiaki Ueno; 俊明上野
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2004-09-24
Also published as: KR20050107751A; US20060097744A1; CN1748151A; TW200419165A; WO2004070403A1

Abstract

【課題】高いスループットで、有機ＥＬ用の基板にも適した非接触型のＴＦＴアレイ基板検査装置および方法を提供する。
【解決手段】上記課題は、薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板にプローブを対向させる工程と、前記基板と前記プローブの間に誘電性流体を供給する工程と、前記基板と前記プローブとを含む閉回路に電源を供給する工程と、前記電源により前記閉回路に流れる信号を検出する工程を有する前記基板を検査する検査方法により解決される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査装置および検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイに代表されるフラットパネルディスプレイは、高い画像品質を実現するために薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリクス方式が主流になっている。ＴＦＴ方式の液晶または有機ＥＬパネルの生産においては、高価な液晶や有機ＥＬ材料の無駄を防ぐため、ＴＦＴアレイをガラス基板上に形成した段階、即ち液晶の封入あるいは有機ＥＬ塗布工程の前に、完成したＴＦＴアレイが動作するか否かを電気的に試験するＴＦＴアレイテストが非常に重要である。すなわち、液晶の封入あるいは有機ＥＬ塗布工程の前にＴＦＴアレイテストを行うことにより、特定の画素を駆動するＴＦＴ回路の電気的不良を発見することができ、欠陥画素の救済処置や、欠陥画素を含む基板を工程から除去することにより、コストのかかる以降の工程の歩留まりを向上させることができる。
【０００３】
図２に液晶パネルにおける代表的な１画素分のＴＦＴ駆動回路の例を示す。図において、５０はデータ線、５１はゲート線、５２はコモン線、５３は液晶、５４はＩＴＯ（インジウム錫酸化物）を用いた透明電極を示す。図２に示すように、駆動回路がマトリクス状に画素の数だけガラス基板上に形成されたものをＴＦＴアレイと称する。前述したＴＦＴアレイテストは液晶５３の封入前に行われるため、画素の数ＩＴＯ電極５４が露出した状態で検査が行う。この様な駆動回路の試験方法としてはＴＦＴを電気的にスイッチングさせて、正常な電位がＩＴＯ電極５４の表面に発生しているかどうかを計測して判断するのが一般的である。電圧をデータ線５０に印加した状態で、試験対象となる駆動回路のゲート線５１に電圧を印加することで、選択したＴＦＴトランジスタをオン状態に設定できる。この時に、ＩＴＯ電極５４にデータ線の印加電圧と同じ電圧が生じていればＴＦＴトランジスタは正常であると判断できる。
【０００４】
図３は有機ＥＬパネルにおける代表的な１画素分のＴＦＴ駆動回路の例を示す。図３において、４２は駆動用のトランジスタ、５０はデータ線、５１はゲート線、５２はコモン線、５４はＩＴＯ電極、５５は有機ＥＬ、５６はドライブ線を示す。有機ＥＬパネルは、液晶パネルと異なり有機ＥＬ自体が自己発光するため１０μＡ程度の駆動電流が必要となる。このため、液晶用のＴＦＴアレイに比べ、駆動用のトランジスタ４２と駆動電流を供給するドライブ線５６が付加されている点が異なる。有機ＥＬパネルのＴＦＴアレイテストも液晶パネルと同様に、コストのかかる有機ＥＬ５５塗布工程の前、すなわちＩＴＯ電極５４が露出した状態で行われることが好ましい。
【０００５】
このように、ＴＦＴアレイテストは基板上のＩＴＯ電極５４が露出した状態で行われるため、画素に非接触で検査を行う必要がある。また、薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板上には多くの画素が存在するため、経済性の観点から高いスループットが要求される。このような検査装置として、特許文献１および２に示すような非接触型の検査装置が提案されている。特許文献１の装置は、交流電流を印加した基板にプローブを近接させ、プローブに誘起される電圧を測定することによって画素の欠陥の有無を判定する装置である。また、特許文献２の装置は、パルス波電流を印加した画素上に駆動回路に画素より大きなプローブを近接させ、プローブに誘起される電圧を測定することによって欠陥の有無を判定する装置である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２７４９４号公報（第３−４頁、第３−４図）
【特許文献２】
特開２００２−２２７８９号公報（第３−６頁、第１−２図）
【０００７】
【発明の解決すべき課題】
しかし、特許文献１および２の装置は、空気の誘電率は小さいためプローブを基板に十分に近接させないと十分な測定感度を得ることができず、平坦度が低く面積が広いパネル用の基板を検査には、広い検知面積をもつプローブを使用することはできない。このため、プローブの精密なギャップ制御手段が必要となるほか、プローブを移動する回数が多くなるため、検査のスループットが低くなるという問題がある。
さらに、有機ＥＬパネル用の基板の場合は、ＩＴＯ電極５４が接続されている駆動用のトランジスタ４２の端子には何ら負荷が接続されていない状態のため、有機ＥＬ塗布前の状態ではトランジスタ４２に電流が流れない。この点、図３の点線で示したように、ＩＴＯ電極５４と並列に予め検査用の負荷Ｃｔを設けておく方法があるが、基板上に余計なスペースが必要となり、また基板作成工程も増えるという問題がある。また、電流駆動である有機ＥＬパネルの検査は実際の使用条件と同じ電流を流して検査を行うことが望ましいが、電圧駆動の液晶パネルの検査装置である特許文献１および２の装置でかかる電流を流そうとすると大きな印加電圧が必要となる結果、基板とプローブ間で絶縁破壊が起きてしまう。
【０００８】
本発明は上記の問題点を解決し、高スループットで、有機ＥＬ用の基板の検査にも対応可能な非接触型の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査装置および方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した本発明の課題は、薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板に信号を供給する信号供給手段と、前記基板に対向して配置されたプローブと、前記プローブに流れる信号を検出する検出手段とを有する検査装置において、前記基板と前記プローブの間に誘電性流体を供給する流体供給手段を有することを特徴とする検査装置により解決される。
【００１０】
この装置によれば、検査時に基板とプローブ間に誘電性流体が充填されるため大きなキャパシタンスが得られ、ギャップが広くても高感度な検査が可能となり、ギャップコントロールが容易となる。また、ギャップが広くてもよいため、基板の平坦度が低くても広い表面積をもつプローブを使用することができ、検査のスループットを飛躍的に向上させることができる。さらに、基板とプローブ間に誘電性流体が充填されることにより、開放状態にあるＩＴＯ電極とプローブを大きな容量で結合させることができ、基板とプローブ間にインピーダンスの低い閉回路を形成することができるため、測定用の負荷がない有機ＥＬパネル用の基板の検査も行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適実施形態となる検査装置および方法について詳細に説明する。なお、本実施形態では有機ＥＬパネル用の基板の検査を詳細に説明するが、同様な原理と装置で液晶パネル用の基板の検査も行うことができることは明らかである。
【００１２】
図１は本発明の好適実施形態となる検査装置の全体の構成を示す。
図１において、１４は信号供給装置、１５は画素選択装置、３１はＸＹステージ、３２は有機ＥＬパネル用の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板、３３はプローブ、３４はＸＹステージとプローブの位置制御装置、３５は水供給装置、３７は信号検出装置、３９は水である。図７のように基板３２上は、ＸＹステージ３１に設置され、１００μｍ×１００μｍの大きさの画素４０がマトリクス状に配置されている。位置制御装置３４はステージ３１とプローブ３３に接続され、ステージ３１をＸおよびＹ方向に移動させて基板３２の位置決めを行うとともに、プローブ３３をＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させて検査位置に位置決めを行う。基板３２とプローブ３３のギャップ制御は、レーザーを用いた光学的手法による距離の測定と、ピエゾ素子による機械的な位置制御により行うことができる。水供給装置３５はプローブ３３に接続され、プローブ３３に誘電体流体である水３９を供給する。ここで、誘電体流体とは比誘電率が大きな流体であり、メチルアルコール、エチルアルコール、水などの有極性分子の液体等が該当するが、本実施形態では、基板３２を腐食せず、製造工程で使用する装置と共通化が容易な純水を採用した。使用した純水の導電率は０．０６μＳ／ｃｍ以下であった。水供給装置３５は本実施形態のように検査装置専用のものを設けてもよいし、基板３２製作工程における基板洗浄装置などと共通化してもよい。プローブ３３には、図１０のように４つの端面にそれぞれ水３９の給排水を行う給排水管２０が設けられ、さらにその外側に窒素ガスのエアフロー２１を設けて水３９がプローブの外に漏れ出さないようにしている。水供給装置３５から供給された水３９は、プローブ３３の任意の端面の給排水管２０から基板３２とプローブ３３間に供給され、対向する辺の給排水管２０から排出される。また、画素選択装置１５は基板３２に接続され、検査対象となる画素を選択する信号を供給する。信号供給手段である信号供給装置１４は、実使用状態と同等の検査信号を基板３２に供給する。検出手段である電流検出装置３７は、プローブ３３に接続され、基板３２に流れる電流を検出し、各画素の回路の状態を評価することにより、欠陥の有無や欠陥の状態を判定する。
【００１３】
図８は、基板３２とプローブ３３の近傍を示した図である。基板３２上には前述したように、駆動用のトランジスタ４２に接続されたＩＴＯ電極５４が形成されている。図８において、各ＩＴＯ電極５４がパネルの各画素に対応している。プローブ３３には、基板３２と対向する面に、基板３２上の画素と同じ１００μｍ×１００μｍの大きさの複数の電極４１がアレイ状に設けられている。このように、アレイ状の電極４１を用いると、ドライブ線５６などのＩＴＯ電極５４以外の配線とプローブ３３間に誘起されるキャパシタンスの影響を小さくすることができ、高感度な検査が可能となる。また、ドライブ線５６に供給された検査用の信号は、画素選択装置１５により導通状態（オン状態）にされた駆動用トランジスタ４２に対応する画素に供給され、その信号を電極４１に接続された電流検出装置３７で検出することによって欠陥画素の有無とその状態を判定する。
【００１４】
図５は、有機ＥＬパネルに用いられるＴＦＴアレイの１画素とその駆動回路の説明図である。図５において１１はゲート線駆動回路、１２はデータ線駆動回路、１６は交流電源、４３は画素選択用トランジスタである。画素選択装置１５の一部であるゲート線駆動回路１１は複数のゲート線５１のうち全部または一部に接続され、検査対象となる画素が接続されているゲート線５１に所定の電圧を印加する。画素選択装置１５の一部であるデータ線駆動回路１２は、複数のデータ線５０のうち全部または一部に接続され、検査対象なる画素が接続されているデータ線５０に所定の電圧を印加する。画素選択用トランジスタ４３は駆動用トランジスタ４２のゲートに接続され、駆動用トランジスタ４２の動作状態を司る。データ線５０とゲート線５１に電圧が印加されると画素選択用トランジスタ１５がオン状態となり、駆動用トランジスタ４２が導通状態（オン状態）となる。信号供給装置１４の一部である交流電源１６は、ドライブ線５６に接続され、非定常波信号のパルス波信号を供給する。ここで、非定常波信号とは、パルス波信号や正弦波信号など、時間とともに電圧または電流が変化する信号をいう。
【００１５】
次に検査装置の動作を説明する。まず、測定対象となる基板３２をステージ３１上にセットし、電流検出装置３７と画素選択装置１５を基板３２に接続する。次に位置制御装置３４によりステージ３１およびプローブ３３を動かして、プローブ３３を基板３２の検査位置の上に移動させ、プローブ３３を基板３２に近接させる。本実施形態では基板３２とプローブ３３間のギャップを１０μｍとした。そして水供給装置３５から基板３２とプローブ３３の間に水３９の供給を開始する。この状態で、最初に検査する画素のデータ線５０とゲート線５１に電圧を印加して、検査する画素の駆動用トランジスタ４２を導通状態にする。そして、信号供給装置１４より図６（ａ）のようなパルス波信号を印加することにより閉回路に検査信号を印加する。パネルの実使用状態に近い状態で検査を行うため、有機ＥＬの発光に必要な１０μＡの電流を印加した。また、測定周波数は１０ＭＨｚである。このときに閉回路に流れる電流を電流検出装置３７にて検知する。画素に欠陥がない場合には、図６（ｂ）のように印加電圧Ｖｄと水３９のキャパシタンスによるインピーダンスＺから求められる微分波形の電流Ｉｓ（Ｉｓ＝Ｖｄ／Ｚ）が検出される。もし、電流が流れないか極端に少ない場合には画素選択用トランジスタ４３や駆動用トランジスタ４２などの欠陥が考えられる。またもし、大きな電流が流れたり、異なる波形の信号が検出される場合には駆動用トランジスタ４２やＩＴＯ電極５４などからのリークが考えられる。このようにして検査対象の欠陥画素を検出する。
【００１６】
このようにして１つの画素の検査が終了すると、隣接する画素のデータ線５０とゲート線５１に電圧を印加して同様に検査を行う。このようにしてプローブ３３と対向する全ての画素の検査を順々に行う。全ての画素の検査が終了すると、図７のようにプローブ３３を移動し、基板３２上の全ての画素に対して同様な検査を繰り返し行う。
なお、不純物混入による誘電性流体の汚染防止やプローブ３３の移動容易化のため、検査中は常に新しい水３９を供給し続ける。このとき、プローブ３３の移動方向前面にあたる端面に配置された給排水管２０から水３９を供給し、反対側の給排水管２０から排水することによって、検査画素に安定して水３９を供給しつづけることができる。
【００１７】
なお、本実施形態では検査信号として図６（ａ）のようなパルス形状の信号を用いたが、図６（ｃ）のような正弦波形状の信号でもよい。この場合、画素に欠陥が無ければ電流検出装置３７には図６（ｄ）のような９０度位相がずれた電流Ｉｓが検知される。
また、水３９の比誘電率は図９のように温度とともに変化するため、検査に時間がかかる場合や温度変化がある環境下などで検査を行う場合には、温度制御装置を設けて水３９の温度を一定に保つようにすると、より高精度な検査が可能となる。
さらに、各画素の個別検査に先立って、全てまたは任意の複数の画素を同時に選択し、選択された画素のうち、プローブ３３が対向している範囲の画素に欠陥画素が含まれているか否かを一括判定し、欠陥画素が含まれている場合のみ個別画素ごとに検査を行う検査方法をとることにより、さらに高スループットの検査を行うことができる。
【００１８】
以上のような実施形態により、特許文献１および２のように基板３２とプローブ３３間に空気層を設けた従来の装置と比べ、広いギャップでも検査が可能となり、精密なギャップ制御手段が不要となった。また、平坦度の低く面積が広いパネル用基板の検査に、広い検知面積をもつプローブを使用することができるので、検査のスループットが飛躍的に向上する。
さらに、従来のように、基板３２とプローブ３３のギャップを空気層で有機ＥＬパネル用の基板を検査しようとすると、有機ＥＬ素子の発光に必要な１０μＡの電流を流すためにはギャップ間に２Ｖの電位差を与える必要があり、絶縁破壊してしまうおそれがあったが、ギャップに水３９を供給することにより０．２Ｖの電位差で１０μＡの電流を流すことができ、安全に検査を行うことができるようになった。
【００１９】
（実施形態の変形例）
本発明の実施形態の変形例を紹介する。図４は前述した実施形態の図８に対応する基板３２とプローブ３３の近傍図である。前述した実施形態とはプローブ上の電極４１が平板となっている点が異なる。平板状の電極４１は、アレイ状の電極に比べ製造コストが安く、位置合わせが容易であるという長所を有する。電極４１には無数の細かい孔（図示しない）が設けられており、この孔により水供給装置３５から供給された水３９を基板３２とプローブ３３の間に供給している。ここで、プローブ３３により検知できる検知面積は、電極４１の表面積であり、この検知面積が広いほどプローブ３３を移動せずに検査できる画素数が増える。このため、本変形例では画素の表面積よりも大きな検知面積を有するプローブ３３を採用している。
また、逆に画素とほぼ等しいか画素面積以下の大きさのプローブ３３を利用すると、平坦度が低い基板やより正確さが求められる検査に対応することができる。
【００２０】
また、水３９の供給量によって基板３２とプローブ３３のギャップ制御を行ってもよい。図１１はこのような制御装置の模式図で、２３はレーザ２４による基板３２とプローブ３３のギャップ測定装置、３５は水供給装置である。ギャップ測定装置２３は基板検査中、常時、レーザ２４によって基板３２とプローブ３３のギャップを測定し、予め定められた目標値との差異情報を水供給装置３５に出力する。水供給装置３５は、差異情報に基づいてプローブ３３に供給する水量を調節する。水供給装置３５からプローブ３３に供給された水は、プローブ３３に設けられた細かい孔から基板３２とプローブ３３間に供給される。このようにして、ギャップ測定装置３３により、基板３２とプローブ３３間のギャップを常時監視して、水供給装置３５にフィードバックすることによって、簡便な構成で、数μｍから数十μｍという微小ギャップを安定して維持することができる。
【００２１】
なお、上述した本実施形態およびその変形例は、特許請求の範囲に記載した本発明の説明のための一実施形態にすぎず、特許請求の範囲で示した権利範囲内において種々の変形を行うことができることは、当業者にとって明らかである。
【００２２】
最後に、本発明の特徴は以下のとおりである。
即ち、薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板に信号を供給する信号供給手段と、前記基板に対向して配置されたプローブと、前記プローブに流れる信号を検出する検出手段とを有する検査装置において、前記基板と前記プローブの間に誘電性流体を供給する流体供給手段を有することを特徴とする検査装置。
【００２３】
また、前記信号供給手段は、非定常波信号を供給する信号供給手段であってもよい。また、前記誘電性流体は、有極性分子の液体であってもよい。また、前記誘電性流体は、水であってもよい。また、前記プローブは複数の検査用の電極を有してもよい。また、前記検出手段は、前記プローブに流れる電流を検出する検出手段であってもよい。
【００２４】
さらに、本発明は以下の特徴も有する。
即ち、薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板にプローブを対向させる工程と、前記基板と前記プローブの間に誘電性流体を供給する工程と、前記基板、前記誘電性流体および前記プローブを含む閉回路に信号を供給する工程と、前記閉回路に流れる前記信号を検出する工程を有する前記基板を検査する検査方法。
【００２５】
また、前記基板は、液晶パネル用基板であってもよい。また、前記基板は、有機ＥＬパネル用基板であってもよい。また、前記プローブの検知面積は、前記基板上の画素の表面積よりも広くてもよい。また、前記工程に加え、前記誘電体流体を前記基板と前記プローブの間から排出する工程を、さらに含んでもよい。また、前記誘電性流体の供給量によって、前記基板と前記プローブとの間隔を制御してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
上述したような特徴により、本発明は、高いスループットの非接触型の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板に検査装置および方法を提供することができるという効果を奏する。また、液晶パネル用の基板のみならず、基板上に検査用の負荷が設けられていない有機ＥＬ用パネル基板の検査も行うことができるという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施形態である検査装置の全体図である。
【図２】液晶パネルにおける代表的な１画素分のＴＦＴ駆動回路を示す図である。
【図３】有機ＥＬパネルにおける代表的な１画素分のＴＦＴ駆動回路を示す図である。
【図４】本発明の実施形態変形例の基板とプローブの近傍図である。
【図５】本発明の好適実施形態におけるＴＦＴアレイの１画素とその駆動回路の拡大図。
【図６】本発明の実施形態の検査信号を示す図である。
【図７】本発明の好適実施形態におけるプローブの動きを示す図である。
【図８】本発明の好適実施形態の基板とプローブの近傍図である。
【図９】水の比誘電率の温度変化を示す図である。
【図１０】本発明の好適実施形態のプローブ端面を示す図である。
【図１１】本発明の別の好適実施形態における基板とプローブの近傍図である。
【符号の説明】
１４信号供給装置
１５画素選択装置
３１ステージ
３２薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板
３３プローブ
３４位置制御手段
３５水供給装置
３７信号検出手段
３９水
５４ＩＯＴ電極

Claims

薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板に信号を供給する信号供給手段と、
前記基板に対向して配置されたプローブと、
前記プローブに流れる信号を検出する検出手段と、
前記基板と前記プローブの間に誘電性流体を供給する流体供給手段を有することを特徴とする検査装置。
前記信号供給手段は、非定常波信号を供給する信号供給手段であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査装置。
前記誘電性流体は、有極性分子の液体であることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査装置。
前記誘電性流体は、水であることを特徴とする請求項３に記載の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査装置。
前記プローブは、複数の検査用の電極を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査装置。
前記検出手段は、前記プローブに流れる電流を検出する検出手段であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査装置。
薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板にプローブを対向させる工程と、
前記基板と前記プローブの間に誘電性流体を供給する工程と、
前記基板、前記誘電性流体および前記プローブを含む閉回路に信号を供給する工程と、
前記閉回路に流れる前記信号を検出する工程を有することを特徴とする薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査方法。
前記基板は、液晶パネル用基板であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査方法。
前記基板は、有機ＥＬパネル用基板であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査方法。
前記プローブの検知面積は、前記基板上の画素の表面積よりも広いことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかに記載の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査方法。
前記誘電体流体を前記基板と前記プローブの間から排出する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれかに記載の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査方法。
前記誘電性流体の供給量によって、前記基板と前記プローブとの間隔を制御することを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれかに記載の薄膜トランジスタアクティブマトリクス基板の検査方法。