JP2008541181A - 導体路構造体の検査方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、面状の支持体上に形成された導体路構造体を無接触で検査する、導体路構造体の検査方法に関する。本発明によれば、位置決め装置により電極が導体路構造体に対して所定の距離で位置決めされ、電極と導体路構造体とのあいだに電圧が印加され、電極が支持体表面に対して平行な平面で支持体に対して運動され、少なくとも１つの選択位置で電極に接続された電気線路を通る再充電電流が測定され、この再充電電流の強度から導体路構造体の所定の部分領域における局所的電圧状態が検出される。こうして、導体路構造体の幾何学的変化によって生じた短絡、狭窄化または線路遮断などの欠陥を識別することができる。

Description

本発明は、面状の支持体上に形成された導体路構造体を無接触で検査する、導体路構造体の検査方法に関する。

液晶ディスプレイＬＣＤ（Liquid Crystal Display）の製造分野では、効率的かつ経済的な製造プロセスのために、ガラス基板上に形成された薄膜トランジスタＴＦＴ（Thin Film Transistor）の電極を検査して欠陥を識別することが必須である。

米国特許第５５０４４３８号明細書から"アレイチェッカ"と称される液晶ディスプレイ用導体路構造体の検査装置が公知である。この装置は、ＴＦＴ電極に電圧を印加することにより電界を可視化することを物理学的動作原理としている。このために、当該の装置には、非導電性かつ光反射性の下部層と液晶層とを有するエレクトロオプティカルプレートが設けられている。このエレクトロオプティカルプレートとＴＦＴ電極とのあいだに電界を印加すると、液晶層が透明となるように液晶が配向される。ここで、或るＴＦＴ電極が接触していない場合、液晶が配向されず、当該のＴＦＴ電極および液晶層の直接上方の領域は暗いままとなる。したがって、上方から適切に照明して１つまたは複数のカメラでエレクトロオプティカルプレート全体を撮影すればＴＦＴ電極と導体路構造体との接触エラーが可視となり、適切な画像処理によりこれを表示させることができる。ただし、エレクトロオプティカルプレートを用いる手法には、電光変換の強い非線形性のために、接触不良と接触の完全欠落とを区別することがきわめて困難となるという欠点がある。

また、米国特許第５９７４８６９号明細書からは、金属ピックアップによりウェハ表面を無接触で走査するウェハの検査方法が公知である。ここでは金属ピックアップとウェハ表面とのあいだの電位差が測定される。電位差によりウェハから電子が放出されるが、その際に材料の種類によって電子放出率が異なってくるのである。これにより材料を区別できるほか、腐食などの化学的変化または裂溝などの表面の幾何学的変化を検出することもできる。しかし、この公知の検査方法は、検査すべき表面を金属ピックアップに対して相対的に回転させなければならず、面状の支持体上に形成された導体路構造体の検査には適さないという欠点を有する。

こうした従来技術から出発して、本発明の課題は、面状の支持体上に構成された導体路構造体を簡単かつ確実に検査できる方法を提供することである。

この課題は、本発明の請求項１の特徴を有する導体路構造体の検査方法により解決される。

本発明によれば、位置決め装置により電極を導体路構造体に対して相対的に所定の距離で位置決めし、電極と導体路構造体とのあいだに電圧を印加し、位置決め装置を相応に駆動することにより、電極を支持体に対して平行な平面で支持体に対して相対的に運動させ、その運動のあいだの少なくとも１つの選択位置で電極に接続された電気線路を通る再充電電流を測定し、再充電電流の強度から導体路構造体の所定の部分領域における局所的電圧状態を検出する。ここで、印加電圧は、直流電圧、交流電圧、または直流電圧と交流電圧とを重畳したもののいずれであってもよい。また、導体路構造体の所定の部分領域は、電極と導体路構造体とのあいだに延在する電力線特性により定められる。

本発明は、電極と導体路構造体の所定の部分領域とのあいだの電力線分布および電力線特性が局所的電圧状態に依存するという知識に基づいている。ここで電力線特性は電極と導体路構造体の所定の部分領域とのあいだの電気容量を定める。電力線分布が変化すると電極と導体路構造体の所定の部分領域とのあいだの電気容量も変化し、電極に接続された電気線路に再充電電流Ｉが生じて、次式
Ｉ＝（Ｕ_ＡＣ＋Ｕ_ＤＣ）ｄＣ／ｄｔ＋ＣｄＵ_ＡＣ／ｄｔ （１）
が成り立つ。ここでＵ_ＡＣは電極と導体路構造体とのあいだに印加される交流電圧、Ｕ_ＤＣは電極と導体路構造体とのあいだに印加される直流電圧、Ｃは電極と導体路構造体とのあいだの容量、ｄ／ｄｔはパラメータＣまたはＵ_ＡＣの時間微分である。

本発明では特に電界変化によって生じる再充電電流を検出する方法について説明する。

ここで、再充電電流とは一般に例えば誘電性材料の変化および／または電極間の距離の変化または電極の大きさの変化による容量性構造体の容量の変化に基づいて、または電極間に印加される電圧の変化に基づいて、容量性構造体の電極からまたは容量性構造体の電極へ流れる電流のことであると理解されたい。再充電電流は容量性構造体の電極間の誘電体を通って直接に流れるのではなく、電極の接続された回路の導体路構造体を介して流れる。再充電電流は電極間を直接に流れる電流が小さいときにしばしば観察される。

この場合、当該の容量性構造体の各電極は例えば測定電極および導体路構造体の相応の部分領域により形成される。当該の容量性構造体に対応する誘電体は、電極と導体路構造体とのあいだの電力線の通る空間領域から成る。

本発明を実現するには、電極と導体路構造体とを相対的に位置決めするだけでよい。これは、電極または支持体の一方または電極および支持体の双方が少なくとも１つの位置決め装置により運動されることを意味する。

本発明の方法は、導体路構造体の局所的電圧状態が公知の検査方法に比べて簡単かつ安価な電子検出回路によって測定されるという利点を有する。これにより種々のメーカから提供される低コストの電気部品および機械部品を含む装置を用いて本発明の無接触の検査方法を実行することができる。

また本発明の方法は、局所的電圧状態を可視にするために光学変換器を必要としないという利点を有する。局所的電圧状態の直接検出は、光学変換器ではなく、線形の特性曲線を有する相応の線形の電子検出回路を用いて行われる。

本発明の有利な実施形態によれば、導体路構造体の所定の部分領域における局所的電圧状態を用いて導体路構造体の品質が求められる。導体路構造体の品質という概念は、特に、導体路構造体の面状のジオメトリにおける欠陥の有無ないしは程度を云うものであると理解されたい。そこには短絡、狭窄化または遮断などの欠陥が生じうる。これらの欠陥はいずれの場合にも空間的電圧分布を変化させるので、確実に識別することができる。

また導体路構造体の品質は電極と導体路構造体とのあいだの電気容量に作用する誘電性影響によって求めることもできる。これは例えば導体路構造体の化学的変化または導体路構造体上の望ましくない誘電性付着物によって生じる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、複数の選択位置（目標地点）で電極と導体路構造体とのあいだにそのつど異なる電圧が印加され、電極に接続された電気線路を通る種々の再充電電流が測定され、種々の再充電電流の強度から導体路構造体の所定の部分領域における種々の局所的電圧状態が検出される。印加電圧は直流電圧、交流電圧または直流電圧と交流電圧とを重畳したもののいずれであってよい。このようにして、導体路構造体の所定の部分領域における種々の局所的電圧状態のシーケンシャルな画像が記録される。これらの画像は全体として後に液晶ディスプレイとなる駆動マトリクスを表し、これにより個々のＬＣＤピクセルの電気的駆動可能性が確実に記述される。

本発明の別の有利な実施形態によれば、支持体としてガラス基板が用いられる。このようにすると、本発明の検査方法は特に液晶ディスプレイの製造プロセスに適する。つまり、ガラス基板上に後のＴＦＴ電極に対する制御線路が被着されているだけの早期の時点で、後に液晶ディスプレイとなるデバイスの検査を行うことができる。制御線路全体における欠陥が確実に識別され、欠陥を有する導体路構造体を含むガラス基板は早期に製造プロセスから分離され、補修される。

本発明の別の有利な実施形態によれば、画面のピクセルに対する駆動マトリクスの少なくとも一部である導体路構造体が検査される。ただし、本発明の方法は、ピクセル電極の周囲に電界を印加して相応のピクセルを照明するプラズマディスプレイまたは任意の他のディスプレイの検査にも適する。

本発明の別の有利な実施形態によれば、電極として頂部にピックアップを有する電極が用いられる。これにより導体路構造体を高い空間分解能で走査することができる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、電極がラスタ状に運動されて導体路構造体が走査される。これにより、導体路構造体のマトリクス状の配列を標準化された走査過程によって迅速に測定することができる。電極と支持体との相対運動は有利には連続的に行われる。また当該の相対運動をステップ方式で行ってもよい。

本発明の別の有利な実施形態によれば、並べられた複数の電極により複数の導体路構造体が同時に走査される。こうした複数の電極を用いたライン走査方式またはコーミング走査方式により、個々の電極から流れる再充電電流を検出する測定装置が相応の数だけあれば、並列にデータを記録し、全体として著しく高速な走査を実現することができる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、電極と導体路構造体とのあいだに振幅変調された電圧が印加される。これにより特に感度の高い検査が可能となり、ほぼ全ての導体路構造体の欠陥を確実に識別することができる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、バンドパスフィルタリングアンプにより電極に接続された電気線路を通る再充電電流が測定される。したがって有利には望ましくない障害信号が効果的に抑圧され、検査方法の感度がさらに高まる。振幅変調電圧を印加してバンドパスフィルタリングアンプを用いることはロックイン技術の利用に相当し、本発明の方法によって従来のロックインアンプを利用することができる。バンドパスフィルタリングアンプとは、設定された周波数に依存する増幅度係数を有する電子増幅器回路であると理解されたい。この例として所定の限界周波数の上方または下方の周波数のみを増幅するいわゆるエッジフィルタが挙げられる。

本発明の別の有利な実施形態によれば、支持体の一方側に配置された導体路構造体と支持体の対向側に配置された別の導体路構造体とが接触される。これにより、電極から見て第１の導体路構造体の局所的電圧状態が、支持体の対向側に配置された第２の導体路構造体の局所的電圧状態によって制御される。こうして、第１の導体路構造体を検査することにより、第２の導体路構造体のジオメトリも検出することができる。

以下に本発明のさらなる特徴および利点を図示の実施例に則して詳細に説明する。

図１には電極と導体路構造体とのあいだの電気的接触の様子が示されている。図２のＡ，Ｂには電極と導体路構造体とのあいだの電力線特性が導体路の狭窄化により変化する様子が示されている。図３のＡ，Ｂには電極と導体路構造体とのあいだの電力線特性が導体路の遮断により変化する様子が示されている。図４には線状に配列された複数の電極により複数の導体路を同時に走査する装置が示されている。

各図に共通する要素には、図番号を表す上桁と共通の要素の番号を表す下桁とから成る番号を付してある。また不要な繰り返しを避けるため、図１に則して説明する要素と同様の機能を有する要素については、図２〜図４に則してあらためて説明しない。

以下に述べる電流とは再充電電流のことである。なぜなら、電極ピックアップと導体路構造体とのあいだの空間を通って直接に流れる電流は再充電電流に比べて無視できるほど小さいからである。

図１に示されているように、ガラス基板１１０上に形成された導体路構造体１２０は電極１３０を介した無接触走査により検査される。電極１３０はその頂部にピックアップ１３１を有し、ガラス基板１１０の表面に対して正確に定義された距離でこれに平行に運動される。電極の運動は、詳細には図示されていない空中に支承された位置決めテーブルを備えた位置決め装置１３５により行われる。これに代えて、固定の電極１３０に対してガラス基板１１０のほうを位置決め装置によって運動させてもよい。

電極１３０と導体路構造体１２０とのあいだに電圧が印加され、電位差が形成される。これは電圧源１５０の一方の極に通じる線路１６１を導体路構造体１２０へ接続し、他方の極に通じる線路１６０を電極１３０へ接続することによって行われる。電流測定装置１５５により線路１６１を通って流れる電流が正確に検出される。

電圧源１５０は、有利には、直流電圧Ｕ_ＤＣと交流電圧Ｕ_ＡＣとが重畳された電圧Ｕを形成する。交流電圧Ｕ_ＡＣのそれぞれの位相に依存して、電極１３０と導体路構造体１２０とのあいだに電力線１３３の定められた特性が生じる。電力線１３３の特性は特に導体路構造体の実際の電圧状態に依存する。

電圧Ｕは純粋な直流電圧Ｕ_ＤＣまたは純粋な交流電圧Ｕ_ＡＣであってもよい。電極１３０と導体路構造体１２０とが相対運動を行うと、電力線特性の時間変化、ひいては電極１３０と導体路構造体１２０とのあいだの容量の時間変化が生じる。ここから式（１）にしたがって線路１６０を通る再充電電流Ｉが生じ、この再充電電流Ｉが電流測定装置１５５により検出される。

電力線１３３の特性は場合によりガラス基板１１０の下側に形成される下方の導体路構造体１２５の電圧状態にも依存するので、電圧源１５０の負極は線路１６２を介して下方の導体路構造体１２５に接続される。このようにすれば、１回の測定のみで下方の導体路構造体１２５の電圧状態も同時に検出することができる。つまり、ガラス基板の２つの側に形成された導体路１２０，１２５の検査を一方側から無接触で走査するのみで実現することができる。

図２のＡには電極ピックアップ２３１が導体路構造体２２０の上方に位置決めされたときの電力線２３３の特性が示されており、図２のＢには電極ピックアップ２３１が欠陥を有する導体路構造体２２０ｂの上方に位置決めされたときの変化した電力線２３３ｂの特性が示されている。ここで欠陥を有する導体路構造体２２０ｂは望ましくない狭窄部２２１ｂを有している。

図２のＢの狭窄した電力線２３３ｂの特性は図２のＡの状況に比べて変化した電流を生じ、この変化した電流が電流測定装置２５５により検出される。電力線特性ひいては電極と導体路構造体とあいだの容量は導体路構造体２２０ないしは２２０ｂのジオメトリに依存するので、変化した電流を検出することにより、導体路構造体２２０ｂが狭窄部２２１ｂを有するという欠陥が識別される。

図３のＡには電極ピックアップ３３１が導体路構造体３２０の上方に位置決めされたときの電力線３３３の特性が示されており、図３のＢには電極ピックアップ３３１が欠陥を有する導体路構造体３２０ｂの上方に位置決めされたときの変化した電力線３３３ｂの特性が示されている。ここで欠陥を有する導体路構造体３２０ｂは望ましくない遮断部３２１ｂを有している。この場合にも、図３のＢの拡大した電力線３３３ｂの特性は図３のＡの状況に比べて変化した電流を生じる。

変化した電流は、前述した電極と導体路構造体とのあいだの容量が導体路構造体の欠陥により変化することを表した式（１）にしたがって求められる。

図４には、７つの導体路構造体４２０の全体を並列に検査する様子が示されている。ここでの７つの導体路構造体は、詳細には図示されていないが、それぞれ制御線路に接続されており、各制御線路の品質ないしは各導体路構造体の品質に依存して所定の電圧状態へ移行する。走査は並列に配置された７つの電極４３０により行われる。ここで７つの電極は各導体路構造体４２０に対して相応の距離を有し、等間隔の１次元ラスタ状に配列されている。各電極４３０は、共通の位置決め装置４３５を介して、各導体路構造体４２０の配置されたガラス基板４１０に対して相対的に運動可能である。

各電極４３０はマルチチャネル線路４６０を介して図示されていない複数の電圧源へ接続されている。チャネル数および電圧源の数は電極４３０の数に一致する。各電圧源はさらに各導体路構造体４２０へ接続されているが、このことも詳細には図示されていない。

各導体路構造体４２０と各電極４３０とのあいだの各電流はマルチチャネル線路４６０に配置されたマルチチャネルのロックインアンプ４５５ａにより検出される。ロックインアンプ４５５ａはディスプレイ装置４５５ｂに結合されている。ロックインアンプ４５５ａは、図示されていない電流源の交流電圧成分と同じ周波数で変化する電流成分のみを検出するように構成されている。このようにすれば望ましくない障害信号を効果的に抑圧することができる。

前述した、面状の支持体上に構成された導体路構造体を無接触で検査する本発明の導体路構造体の検査方法は、液晶ディスプレイの導体路構造体の検査に特に有利に適する。複雑な製造プロセスによって製造されるモニタの機能にとっては、それぞれのＴＦＴによって駆動される個々のピクセルの機能が重要である。ＬＣＤの製造プロセスにおいてできるだけ早期にエラーを識別するためには、ＴＦＴマトリクスの機能を検査すべきである。このために制御線路に電圧が適切に印加され、電力線特性、すなわち電極と導体路構造体とのあいだの容量が変更される。この変更によって電極に接続された線路に生じた電流Ｉを測定することにより、ＴＦＴマトリクスに必要な駆動線路が製造フェーズの早期に検査される。液晶ディスプレイの製造プロセスにおける欠陥は、通常、液晶ディスプレイのＴＦＴマトリクスが仕様に定められているよりも多くの数のピクセルエラーを有することに起因するので、上述した検査方法によれば、完成時の液晶ディスプレイについての欠陥率が低減され、製造コストを大幅に低下させることができる。

つまり、本発明によれば、きわめて早期に欠陥を有する導体路構造体を識別してこれを補修できるので、特に欠陥率が低くなり、このためＬＣＤの製造コストを著しく低下させることができるのである。

さらに、電圧を適切に変化させ、後にＴＦＴピクセルとなる領域における局所的電圧状態のほか、ＴＦＴの電流電圧特性も測定できることを指摘しておく。このようにすると欠陥すなわちピクセルの静的明暗を識別できるだけでなく、ピクセル輝度がＴＦＴに印加される電圧に定義されたとおりに相関しないというピクセルエラーも識別できる。

電極と導体路構造体とのあいだの電気的接触の様子を示す図である。 電力線特性が導体路構造体の狭窄化により変化する様子を示す図である。 電力線特性が導体路構造体の遮断により変化する様子を示す図である。 複数の電極により複数の導体路構造体を同時に走査する装置を示す図である。

符号の説明

１１０，２１０，３１０，４１０ ガラス基板、 １２０ 上方の導体路構造体、 １２５ 下方の導体路構造体、 ２２０，２２０ｂ，３２０，３２０ｂ，４２０ 導体路構造体、 １３０，２３０，３３０，４３０ 電極、 １３１，２３１，３３１ 電極ピックアップ、 １３３，２３３，３３３ 電力線、 １３５，２３５，３３５，４３５ 位置決め装置、 １５０，２５０，３５０ 電圧源、 １５５，２５５，３５５ 電流測定装置、 １６０〜１６２，２６０〜２６２，３６０〜３６２，４６０ 電気線路、 ２２１ｂ 狭窄部、 ２３３ｂ 狭窄した電力線、 ３２１ｂ 遮断部、 ３３３ｂ 拡大した電力線、 ４５５ａ ロックインアンプ、 ４５５ｂ ディスプレイ装置

Claims (11)

1. 面状の支持体上に形成された導体路構造体を無接触で検査する、
   導体路構造体の検査方法において、
   位置決め装置（１３５；２３５；３３５）により電極（１３０；２３０；３３０）を導体路構造体（１２０；２２０；３２０）に対して所定の距離で位置決めし、
   該電極と該導体路構造体とのあいだに電圧を印加し、
   前記位置決め装置を相応に駆動することにより、前記電極を支持体（１１０；２１０；３１０）に対して平行な平面で該支持体に対して相対的に運動させ、
   前記電極を前記支持体に対して相対的に運動させるあいだの少なくとも１つの選択位置で該電極に接続された電気線路（１６０；２６０；３６０）を通る再充電電流を測定し、
   該再充電電流の強度から前記導体路構造体の所定の部分領域における局所的電圧状態を検出する
   ことを特徴とする導体路構造体の検査方法。
2. 前記導体路構造体の所定の部分領域における局所的電圧状態を用いて前記導体路構造体の品質を求める、請求項１記載の方法。
3. 複数の選択位置で前記電極と前記導体路構造体とのあいだに付加的に変化させた電圧を印加し、該電極に接続された電気線路（１６０；２６０；３６０）を通る変化した再充電電流を測定し、該変化した再充電電流の強度から前記導体路構造体の所定の部分領域における局所的電圧状態を検出する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記支持体としてガラス基板を用いる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 画面のピクセルに対する駆動マトリクスの少なくとも一部である導体路構造体を検査する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記電極として、頂部にピックアップの設けられた電極を用いる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記電極をラスタ状に運動させて前記導体路構造体を走査する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 並べられた複数の電極により複数の導体路構造体を同時に走査する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記電極と前記導体路構造体とのあいだに振幅変調電圧を印加する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. バンドパスフィルタリングアンプ（４５５ａ）により前記電極に接続された電気線路を通る再充電電流を測定する、請求項９記載の方法。
11. 前記支持体の一方側に配置された導体路構造体と前記支持体の対向側に配置された別の導体路構造体とを接触させる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。

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