JP2008224474A - パターン欠陥検出方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置マークを含む色素塗布部の端部と基板端部の最短距離が１０ｍｍ以内であるカラーフィルタ基板の欠陥を、被検査基板の端部から０〜１０ｍｍの位置を固定チャックで把持しながら搬送検査するカラーフィルタ基板の欠陥検査方法、検査装置を提供することにある。
【解決手段】矩形の透明基板上にブラックマトリックス、および赤、青、緑の長方形の複数の画素が２次元的に配置された画面部を少なくとも１つ有し、かつ該透明基板の四辺のうちのいずれかの一辺から１０ｍｍ以内の領域に、被検査領域またはアライメントマークの少なくとも一方を有するカラーフィルタ基板の欠陥検査方法において、対向する二辺の近傍を固定チャックで把持しながら該カラーフィルタ基板と欠陥検査装置とを相対移動させて一次欠陥検査を行った後に、一次欠陥検査における相対移動方向とは直行方向に該カラーフィルタ基板と欠陥検査装置とを相対移動させて二次欠陥検査を行う。
【選択図】 図６

Description

本発明は検査方法及び検査装置に関わり、さらにカラーフィルタの製造方法に関する。

図１は上記検査装置で検査されるカラーフィルタを示す図である。同図（ａ）は平面模式図であり、また同図（ｂ）は断面模式図である。両図に示すように、被検出物体である上記カラーフィルタは、ガラス基板１の上に赤色２ａ、緑色２ｂ、及び青色２ｃの着色層が規則的に二次元配列されると共に、各着色層の間がブラックマトリクス（遮光層）３で仕切られ、さらにその上からアクリルやエポキシ系の樹脂でオーバコート４が形成され、表面の平坦度を向上させたものである。
カラーフィルタの欠陥としては、色抜け、色残り、突起などが挙げられる。色抜けとは、本来、赤色、青色、緑色等着色すべき部分が着色されておらず、光がそのまま透過する欠陥のことであり、一方で色残りは、着色されてはならない部分に色が残っているものを指す。また、突起とは不純物等がカラーフィルタ上に付着し、形成された凸状のものである。上述する何れの欠陥を有するカラーフィルタも液晶パネル等の表示装置に使用されると表示品位を著しく損なうものである。
カラーフィルタの製造過程において、近年液晶パネルの高輝度化、透明着色層の画素サイズの微細化が進む中で、上記の欠陥が不良となるサイズ規格はますます厳しくなり、人の目視による外観検査ではこれらの微細欠陥を検出するのは非常に困難になってきている。そのため今日、欠陥を検出する検査装置の重要性はますます高まっている。
現在の検査装置は図２に示した方式のものが主流となっている。図２（ａ）は装置横から、（ｂ）は装置上から見た図である。被検査基板５を６の向きに搬送しながら、光源装置７より検査照明を照射し、被検査基板にて透過もしくは反射した光を光電変換素子８にて受光する。次いで光電変換素子にて受光した光を電気信号に変換すると図３に示すような波形が得られ、この様な波形を画像処理によって各色着色層について比較処理することにより、欠陥検出を行う。

上記の検査装置は従来、搬送コロ上を搬送中の基板を検査する構成が主流であったが、その方法ではアライメントのズレ、さらに基板の撓み等の理由から、正確な検査が困難という問題があった。そこで近年では、欠陥サイズの規格強化に伴い、被検査基板の端部０から１０ｍｍを固定アーム９で吸着またはチャックして基板を固定した上で搬送コロ、またはエアフロートステージ上を搬送検査し、検査精度向上を図った手法が増えている。（例えば特許文献１）
しかし、一方でこの様な被検査基板端部を固定した搬送検査では、固定個所の検査は不可能であり、事実上検査不感帯となっていることが実状である。

カラーフィルタを製造する上で、従来この固定個所は素ガラス部分であったが、最近では装置のアライメントマークなど、液晶パネル製造上重要なマークがこの部分に多く形成するようになり、更に生産性の効率化を図り、カラーフィルタ面を基板端部付近まで面付けするようになっていることから、この個所の欠陥検査の重要性は極めて高くなっている。
ところで、カラーフィルタ面内においても、透過照射によって欠陥検出を行う場合、特に着色層とブラックマトリックスとの境界部に発生する欠陥、またはブラックマトリックスの欠陥に対し、検出力が落ちる問題があった。それは、搬送検査を実施する方向によっては、少しでも繰り返し比較がずれたとき、欠陥シグナルがブラックマトリックスを含む他の着色層のシグナルと重なってしまい、ノイズ処理されてしまうことに起因する。この問題は、液晶画素の高精細化および輝度向上を目的としたブラックマトリックスの細線化に伴い、近年ますます深刻化している。
さらに、反射照明を用いた検査の場合も、やはり着色層とブラックマトリックスとの境界部等に欠陥が発生するときなど、着色層のエッジの段差で光が乱反射した状態となり、正常に欠陥検出が出来ない問題があった。このことも、MOC、MVA、PS等カラーフィルタの高機能化の流れも助長し、近年深刻化している問題の一つである。
この問題に対しては、被検査カラーフィルタを往復搬送して検査する装置において、往方向移動時と復方向移動時で異なる方向から照明を照射し、エッジの段差パターンと微少異物との切り分けを行う方法（例えば特許文献２）が報告されている。しかしこの方法では、検査光源が二系統必要なことから高コストとなる。また、被検査基板を３６０度回転させながら段差パターンで乱反射した光と欠陥とを切り分ける方法も報告されているが（例えば特許文献３）、前者の検査方法も含め、これらの検査方法では透過光検査には検出力向上の効果は示さないという問題がある。また、基板端部から０〜１０ｍｍの搬送固定個所の検査実施も依然として不可能なままであった。
特開平１０−３３２５３２ 特開平７−２００６５号公報 特開平９−１２６９４８号公報

本発明の課題とするところは、透明基板の四辺のうちの何れかの一辺から１０ｍｍ以内の領域に被検査領域またはアライメントマークの少なくとも一方を有するカラーフィルタ基板の欠陥検査方法において、従来不可能であった搬送検査時の被検査基板の固定個所の欠陥検出を可能とし、かつ基板面内いかなる存在下の欠陥も正常に検出できる検査方法、検査装置を提供することにある。

矩形の透明基板上にブラックマトリックス、および赤、青、緑の長方形の複数の画素が２次元的に配置された画面部を少なくとも１つ有し、かつ該透明基板の四辺のうちのいずれかの一辺から１０ｍｍ以内の領域に、被検査領域またはアライメントマークの少なくとも一方を有するカラーフィルタ基板の欠陥検査方法において、対向する二辺の近傍を固定チャックで把持しながら該カラーフィルタ基板と欠陥検査装置とを相対移動させて一次欠陥検査を行った後に、該一次欠陥検査で把持していた二辺と直交する二辺からそれぞれ１０ｍｍ以内の領域を固定チャックで把持しながら、一次欠陥検査における相対移動方向とは直行方向に該カラーフィルタ基板と欠陥検査装置とを相対移動させて二次欠陥検査を行う。

被検査基板の検査方向を変更し、二度に亘り欠陥検査する本発明において、検査方向の変更に伴い搬送時の基板把持部が変更されることで、基板搬送時の固定個所を含む基板全面の欠陥検査が可能となった。

更に、例えば透明着色層とブラックマトリックスとの境界部に欠陥が発生するとき等正常に欠陥検出が出来ない問題に対しても、基板を両辺方向から検査し、比較ピッチの取り方、または光学的環境を変化させることで、透過光検査、反射光検査共に、欠陥の存在環境に依存しない検出力を実現することが可能となった。

本発明を可能とする検査装置の形態は以下の通りである。ハードウェア構成としては特に限定されるものではないが、具体例を挙げるならば、従来と同様で、図４に示すように被検査基板５に検査照明を照射するために光源装置７を有し、検査照明が被検査基板５によって反射した光、もしくは被検査物体を透過した光を受光し、電気信号に変換するための光電変換素子８を有し、該電気信号を処理する信号処理装置を有するものが例に挙げられる。以下、専ら、この光学方式を例に取り本発明の実施形態を説明する。ここで光電変換素子としては、フォトダイオード、ＣＭＯＳイメージセンサーを用いても良いが、信号処理がより簡便でノイズが少なく、最も一般的に利用されているＣＣＤラインセンサーを用いるのが好ましい。また検査光源用光源装置は、ハロゲンランプが好適に用いられるが、キセノンランプや蛍光灯、レーザー等を用いても良い。検査光源の照射角度は透過照明を用いた検査では同軸透過が好ましく、反射照明では０〜８０度の何れでも良いが、５〜１０度が好適に用いられる。
本発明の被検査基板搬送時は、基板投入時の支持整列ピン等による装置的なアライメント実施に加えて、固定アーム９にて基板両端部を吸着またはチャック固定し搬送する必要がある。基板を把持することによって検査のアライメント補正を確実に実施する他、振動、基板の撓み等の検出力を低下させる外的要因の影響を最小限にするためである。また、基板搬送様式は従来通りのステージ移動方式、コロ方式でも良いが、欠陥検出感度を高めるには、搬送時の振動がより少ないエアー浮上方式がより好ましい。

次に、本発明の実施方法の一例を示す。本発明は、先述した構成を有する検査装置において、図５の様に被検査基板を長辺方向１０、短辺方向１１のどちらの向きでも搬送検査を実施できることを特徴としており、そのための条件としては、基板搬送時の対応幅が可変であるという点である。例えば４００ｍｍ×５００ｍｍサイズの第２世代のサイズの基板であれば、４００ｍｍ幅方向でも、５００ｍｍ幅方向でも搬送検査を可能とするということである。そのためには、光電変換素子８の数を５００ｍｍ幅流品時に合わせて増やす必要があり、また搬送時の基板固定が４００ｍｍ幅方向でも５００ｍｍ幅方向でも可能とする必要がある。このとき、被検査基板を基板裏面から吸着把持する固定アーム９の段取り替えは容易であることが好ましい。後述するが、被検査基板について最大限の欠陥検出を目指すには、一度の検査時に２方向以上からの検査がより好ましいためである。そのため、本発明では長辺用固定アーム９から短辺用固定アーム１２への段取り替えはシリンダー制御とし、タッチパネルのボタン等で容易に変更可能であることが好ましい。

また、基板の方向を変更して２方向以上からの検査を実施するためには、アライメント位置が可変であることが必要であり、支持整列ピン位置の長辺検査用１３から短辺検査用１４への段取り替えは、固定アームと同様、タッチパネルのボタンで容易に変更可能であることが好ましい。
更にアライメントマークを読み取って欠陥位置を正確な座標で記録するアライメント補正について、アライメントマーク位置はカラーフィルタ基板内の何れの場所でも良いが、基板の端部から１０ｍｍ以内で、かつ固定アームと干渉しない場所であることが好ましい。ただ、もし固定アームと干渉する場合でも、固定アームにスリットを入れることで、マークが存在する辺を固定アームが把持する時もマーク読み取り可能とすることが出来る。

被検査基板の投入および検査方向の変更方法については特に限定されるものではない。例えば被検査基板を装置内で往復搬送して検査する装置において、往方向の検査終了時に被検査基板の向きが回転テーブル、ロボット等で変更され、復路では往方向と異なる方向で検査される方法も好ましいが、人手による基板投入時に基板向きを変える方法でも良い。ただ、検査装置内での基板固定アームの向きは常に一定である必要があり、一次欠陥検査と二次欠陥検査にて基板把持位置を直行する二辺間で変更して検査を実施したときに、基板全面検査が可能になる。

本発明による効果は、（１）基板端部０〜１０ｍｍを含む基板全面検査の他、（２）２方向以上からの欠陥検査実施による、欠陥の存在環境に依存しない検出力の実現である。（２）について、ここで説明する。

例えば図６のように、ブラックマトリックス３と着色層２との境界部に発生した欠陥１５を有するカラーフィルタを、方向１６と方向１７から検査を実施したとき、その二つの検査方向を比較すると、方向１６からの検査の方が欠陥１５を検出し易い。それは方向１６の検査の方が同一ピッチ中で欠陥部と正常部のコントラストを取り易く、より微細な欠陥が検出できるためである。一方で方向１７を差分に用いた検査では、基板搬送時の振動、基板の反り等によって少しでも繰り返し比較がずれたとき、欠陥はノイズとして処理され易く、正常な欠陥検出が出来ないことがある。

図７（ａ）は、図５のカラーフィルタを方向１６で検査したとき、図７（ｂ）は方向１７で検査したときのCCDラインセンサーで読み込んだイメージ波形図である。通常は繰り返しパターン１８とパターン１９を比較処理して、図８の様に両パターンの差異として突出するシグナル２０を欠陥１５として認識するが、少しでも繰り返し比較がズレたとき、方向１６の検査では図９（ａ）の様に周囲の影響を受けずに検出できる一方、方向１７の検査では図９（ｂ）の様に欠陥シグナルが他の着色層のシグナルと重なり、ノイズとして埋もれてしまうことがある。

この様に、ブラックマトリックスと着色層の境界部といった特殊な箇所に欠陥が発生した場合、検査の方向によって検出に有利不利が生じるが、有利となる検査方向はその欠陥の存在環境に大きく依存し、最良の検査方向を規定するのは一概には難しい。例えば、図６中の欠陥１５は上述した通り方向１６の検査の方が検出感度が高いのに対し、欠陥２１は方向１７の検査の方が同様の理由から検出感度は高い。
更に、カラーフィルタには図１０（ａ）に示すように基板長辺方向に画素が配列する場合と図１０（ｂ）のように短辺方向に配列する場合がある。従って、全てのカラーフィルタの品種、全欠陥について最大限の欠陥検出を目指すには、２方向以上からの欠陥検査がより好ましい。

本発明の検査装置で検出された欠陥は、従来通りＸ、Ｙで表される平面座標で欠陥位置情報が得られるが、一次欠陥検査と二次欠陥検査結果とで同一の欠陥を検出した際、二次欠陥検査の欠陥座標を自動的に軸変換して表すことで、同一の平面座標で表すことが出来る。このことは被検査基板の検査結果の集約の簡易化につながり、欠陥発生原因への迅速な工程アクション実行が可能となる。
本発明の検査方法および装置はミクロンオーダーの欠陥を検出する目的に対して有益であることから、被検査物体としては液晶用カラーフィルターに好適に用いられる。

本発明のより好ましい実施形態の詳細を下記に示すが、これによって本発明の効力がなんら制約されるものではない。

ハードウェア構成として、図１１に示すような同軸透過および正反射型光学系を備えた検査装置（クボテック株式会社製“ＯＰＴＩＣＳ”）を用いた。光源にはメタルハライドランプを用い、光電変換素子８としては７３６０画素ＣＣＤラインセンサーを用いた。図１１中、透過光光源２２については被検査基板５に対して垂直に光を入射させ、一方で反射光光源２３は被検査基板５に対して１０度の入射角とした。

基板搬送については、基板両端部から１０ｍｍ部を基板裏面から固定アーム９で吸着把持したエアーフロートステージ２４上の搬送方式をとり、カラーフィルターの基板投入は、基板セットステージ部への手置き方式である。
実施例１
基板端部０から１０ｍｍを含む、基板全面検査の実施
（１）４００×５００ｍｍサイズのカラーフィルタ、５００ｍｍ辺の基板端部を把持し、長辺方向に一次欠陥検査を実施する。（２）該検査基板を装置内から搬出し、タッチパネルにより基板固定アームおよび、基板アライメント用の支持整列ピンの位置を段取り替えする。（３）次いで該検査基板を９０度回転させ、４００ｍｍ辺の基板端部を固定吸着させて短辺方向に基板を二次欠陥検査する。その結果、基板端部から８ｍｍ位置の装置アライメントマーク付近に色残り欠陥を検出した。

実施例２
２方向以上の検査実施による、欠陥の存在環境に依存しない検出力の実現。図１２に示すように、ブラックマトリックスと着色層との境界部に発生した色残り欠陥２５を有するカラーフィルタの欠陥検出を実施する。ここで、被検査カラーフィルタの画素長辺方向ピッチ２６は８０〜３００μｍであり、短辺方向の画素ピッチ２７は３０〜８０μｍである。実施例１と同様に、（１）４００×５００ｍｍサイズのカラーフィルタ、５００ｍｍ辺の基板端部を固定吸着させ、長辺方向に一次欠陥検査を実施する。（２）該検査基板を装置内から搬出し、タッチパネルにより基板固定アームおよび、基板アライメント用の支持整列ピンの位置を段取り替えする。（３）次いで該検査基板を９０度回転させ、４００ｍｍ辺の基板端部を把持、短辺方向に基板を二次欠陥検査した。その結果、欠陥２５に対し、同軸透過照明を用いて検査したところ、方向１７での欠陥検査では該欠陥を二値化画像化することが出来なかったのに対し、一方で方向１６の検査ではＳＮ比６４で検出することが可能であった。ここで、ＳＮ比とは欠陥部の検出シグナル強度とノイズ強度との比率のことである。更に、欠陥２５と同様の位置に発生した突起欠陥に対し正反射照明を用いて検査したところ、方向１７の検査ではＳＮ比５未満での検出であったのに対し、方向１６の検査ではＳＮ比６０以上の値を示し、欠陥検出に充分な値が得られた。

本発明のカラーフィルタの模式図である。 従来の検査装置の外観模式図である。 カラーフィルタの透過、反射光を電気信号に変換した波形の模式図である。 本発明の検査装置の外観模式図である。 図４において、被検査基板を縦方向検査または横方向検査している外観模式図である。 カラーフィルタにてブラックマトリックスと着色層境界部に発生した欠陥と、それを検出する検査方向を示した模式図である。 図６において、二つの方向から検査して得られる欠陥１５の波形の模式図である。 図７のイメージ波形を、繰り返しパターンで正常に比較処理した模式図である。 図８の比較処理において、繰り返しパターンがズレたときの模式図である。 カラーフィルタの画素の配列方向を示した模式図である。 本発明の検査装置を横から見た外観模式図である。 カラーフィルタにてブラックマトリックスと着色層境界部に発生した欠陥と、それを検出する検査方向を示した模式図である。

符号の説明

１：ガラス基板
２：着色層
３：ブラックマトリックス
４：オーバーコート
５：被検査基板
６：被検査基板搬送方向
７：光源装置
８：光電変換素子
９：固定アーム
１０：長辺方向欠陥検査時の被検査基板
１１：短辺方向欠陥検査時の被検査基板
１２：短辺用固定アーム
１３：長辺方向検査用の支持整列ピン
１４：短辺方向検査用の支持整列ピン
１５：欠陥
１６：カラーフィルタの検査方向
１７：カラーフィルタの検査方向
１８：カラーフィルタ欠陥検査の繰り返しシグナル波形パターン
１９：カラーフィルタ欠陥検査の繰り返しシグナル波形パターン
２０：欠陥部のシグナル波形
２１：欠陥
２２：透過光光源
２３：反射光光源
２４：エアーフロートステージ
２５：欠陥
２６：カラーフィルタ画素の長辺方向ピッチ
２７：カラーフィルタ画素の短辺方向ピッチ

Claims (5)

1. 矩形の透明基板上にブラックマトリックス、および赤、青、緑の長方形の複数の画素が２次元的に配置された画面部を少なくとも１つ有し、かつ該透明基板の四辺のうちのいずれかの一辺から１０ｍｍ以内の領域に、被検査領域またはアライメントマークの少なくとも一方を有するカラーフィルタ基板の欠陥検査方法において、対向する二辺の近傍を固定チャックで把持しながら該カラーフィルタ基板と欠陥検査装置とを相対移動させて一次欠陥検査を行った後に、該一次欠陥検査で把持していた二辺と直交する二辺からそれぞれ１０ｍｍ以内の領域を固定チャックで把持しながら、一次欠陥検査における相対移動方向とは直行方向に該カラーフィルタ基板と欠陥検査装置とを相対移動させて二次欠陥検査を行うことを特徴とするカラーフィルタ基板の欠陥検査方法。
2. 前記欠陥検査装置が光源と光電変換素子を有し、前記一次欠陥検査および二次欠陥検査にて検出された欠陥の位置を二次元の座標として記録装置に記録させ、前記一次欠陥検査と前記二次欠陥検査とで同一の欠陥が検出された場合には、前記二次欠陥検査の座標に補正をかけることで、同じ座標で欠陥位置を表すことが出来ることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
3. 前記一次欠陥検査と前記二次欠陥検査の何れの場合においても、カラーフィルタ基板に形成されたアライメントマークを読み取り、欠陥位置をアライメント補正した座標で記録することを可能とすることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のカラーフィルタ基板の欠陥検査方法。
4. 被検査カラーフィルタ基板端部を支持整列するピン位置を前記一次欠陥検査と前記二次欠陥検査の基板方向に対応して変更し、装置的なアライメント実施を可能とすることを特徴とする請求項１もしくは３に記載のカラーフィルタ基板の欠陥検査方法。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の検査方法を用いることを特徴とするカラーフィルタの製造方法。

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