JP5572925B2 - Ｖａパターン欠損検査方法および検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラー液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：以下ＬＣＤと略称する）に用いられるカラーフィルタに設けられた、広視野角を目的に適用される突起状のＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）パターンの欠損を検査する検査方法ならびに、検査装置に関する。

従来、ＬＣＤは、ブラウン管（陰極線管ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ：ＣＲＴ）に比べて消費電力が少なく、薄くできるメリットがあり、パーソナルコンピュータや、薄型カラーテレビの発達に伴い、カラーＬＣＤの需要が増加しており、低価格化や大型化が進展している。特に、大型薄型テレビについては、高コントラスト、高速応答等の高画質化が求められ、液晶の弱点と言われていた視野角を改善する技術として、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ＝垂直配向）方式の技術が広く利用されている。ＶＡは、電圧をかけない時には液晶が基板に対して垂直に立って光を遮断して暗くなり（黒）、電圧をかけた時には液晶が倒れて光を通し明（白）を作り出す方式である。ＶＡ方式と共に、視野角を改善し、高画質化を実現する技術として、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ＝横電界）方式が有力な技術として採用されているが、本発明では、対象をＶＡ方式のＬＣＤ用カラーフィルタとする。

ＶＡ方式のＬＣＤ用カラーフィルタ製造工程においては、どの方向から見ても見え方が同じとなる（広視野角）ことを目的として、一般にフォトリソグラフィ法によって、カラーフィルタ上にＶＡパターンと呼ばれる突起状の構造物が設けられている。図１に、ＶＡパターンが付加形成されたカラーフィルタの部分拡大概略図を示す。図１（ａ）は正常品を、図１（ｂ）は枝リブの一部が欠損したものを示す。ＶＡパターンはプロセス条件により、その高さや幅が変化する。ＶＡパターンには主リブ、枝リブの２パターンが存在し、これらが欠損した場合、液晶配向規制力の低下及び、パネル表示不良を発生させる。主としては枝リブの欠損であり、以降この欠損を部分ＶＡ欠損と称する。部分ＶＡ欠損発生の主要因としては、露光ギャップの分布（面内バラツキ）、プレベークの温度分布（面内バラツキ），現像時間の設定範囲の問題が挙げられるが、５μｍ〜１０μｍ線幅のＶＡの、部分ＶＡ欠損は従来の光学検査では検出が困難で、パネル点灯してはじめて顕在化することが多く、完全な工程改善には至っていないのが実情である。

従来から、基板上に形成されたパターンの欠陥を検査する方法としてはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ＝電荷結合素子）を光検出器とした光学検査が広く行われている。例えば、特許文献１では、単色光の光源を用いてカラーフィルタを照射し、反射光もしくは透過光を光検出器で検出して、その出力を正常部あるいは隣接部と比較する検査方法が開示されている。また、特許文献２では、規則的なパターンで着色層を部分的に重ね合わせてスペーサ用突起部を形成するカラーフィルタの欠陥突起部を検出する方法として、検出された突起部の位置データから予め記憶したスペーサ用突起部の位置データを消去することで欠陥部を検出する検査方法が開示されている。また、特許文献３では、リブ付カラーフィルタ基板において、規則的なカラーパターン及びリブパターンをＣＣＤカメラにより撮像し、入力された画像データから、リブを含むカラーパターンデータと近傍のリブを含まないカラーパターンデータとの比較を行い、リブのみを検出し、予め設計されたデータと比較することにより、リブの欠落を検出する技術が開示されている。そして、これらの欠陥やパターン不良の早期発見を目標として、ＬＣＤ用カラーフィルタ製造工程においては上記した各種の光学検査を用いた自動欠陥検査装置での不良検出が行われ、ＶＡ欠損によるムラに関しては、検査員による目視確認及びＬＣＤ用自動ムラ検査装置等にて工程監視が行なわれている。

しかしながら、従来の工程監視方法では、ＶＡパターンの線幅がＬＣＤ用自動欠陥検査装置のＣＣＤ解能より小さいために、その不良の検出が困難である。また、ＬＣＤ用自動欠陥検査装置のＣＣＤ分解能レベルを上げた場合、ＬＣＤ用カラーフィルタのブラックマトリクス（ＢＭ）もしくは着色層のフリンジ等を検出し、工程内のラインタクトが伸びてしまう問題がある。また、分解能のレベルを上げることにより、ＬＣＤ用自動欠陥検査装置のタクトが遅くなり、ラインタクトに収まらなくなる問題がある。図1にＶＡパターンを付加したときのカラーフィルタの一例の概略図を示す。ＶＡパターンには主リブと枝リブの２パターンが存在する。自動欠陥検査装置のラインセンサ画像では、主リブは認識することは可能だが、枝リブを認識することはできていない。これは、前述したとおり、自動欠陥検査装置のＣＣＤ分解能がＶＡパターン線幅よりも大きいためである。

ＶＡ欠損を含む不良の改善要求には、家電用途や自動車搭載機器への搭載等への普及で、ＬＣＤ用カラーフィルタにおける規格が厳しくなってきた背景と、コスト面で大変厳しい要求があることが背景としてある。今後もＬＣＤ用カラーフィルタの規格は厳しくなり、また、晶表示装置を構成する部材の中でもコスト比重が高いカラーフィルタには一層のコストダウンが要求されている。一方、基板の大型化の進展に対して、プロセス・設備技術を核とした、更なる生産性向上、収率改善が課題としてあり、ラインタクト内でのＶＡ欠損の検出自動化への要求は大きいものがある。
特開平０５−２８８６４０号公報 特開平１０−１０４１１７号公報 特開２０００−２２１５１４号公報

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は線幅５μｍ〜１０μｍのＶＡの、部分ＶＡ欠損を検出することで、ＶＡパターン形成不良基板を早期に発見し、ラインの生産効率を向上させることが可能な欠陥検査方法を提供することであり、また、この欠陥検査方法を適応した欠陥検査装置を提供することを課題としている。

本発明者は前記の課題を克服するために鋭意検討を行った結果、従来のＬＣＤ用自動欠陥検査装置での検出ではなく、白色干渉の撮像技術を利用することで線幅５μｍ〜１０μｍのＶＡ欠損に対して工程監視を行うことが可能なことを見いだし本発明を得るに至った。

本発明の請求項１に係る発明は、透明基板上に形成された突起状の構造物であるカラー液晶表示装置用カラーフィルタの特定箇所のＶＡパターンの欠損検査方法において、検出する手順が、（１）ＶＡパターンを形成したカラーフィルタを保持するＸＹステージに対し、前記ＸＹステージのステージ面と直交するＺ軸方向に設置した撮像手段の視野内に欠陥位置（検査対象領域）が入る様に、ＸＹ軸方向を移動し、次に、撮像した欠陥画像から画像処理により欠陥位置を取得する段階と、（２）前記欠陥位置に対して検査エリアを設定し、前記検査エリアに対して白色干渉法を用いて、Ｚ軸を一方向に位置を変えながらＮ枚の画像を撮像する段階と、（３）前記Ｎ枚の画像について任意の同じ位置の画素の輝度を比較して最大値を得る段階と、（４）前記最大値が得られた時の画像の枚数目情報ａを得る段階と、（５）前記枚数目情報ａを、輝度情報Ａに変換する段階と、（６）前記検査区間エリア内の全ての画素に関して、前記（３）〜（５）の処理を行い、変換した輝度情報Ａから、検査エリア内の濃淡情報からなる画像Ｇ１を形成する段階と、（７）一方で、前記検査エリアの中で、予め設定したリファレンスエリアについて、前記撮像装置で撮像したＮ枚の画像から前記リファレンスエリア内の画素ごとに輝度の最大値を求め、その平均値を導出する段階と、（８）前記平均値を（４）の段階と同様の処理をして、輝度情報Ｂに変換する段階と、（９）前記輝度情報Ｂを２値化処理の閾値Ｔ１と定め、（１０）前記画像Ｇ１に対して、前記閾値で２値化した画像Ｇ２を取得する段階と、（１１）事前に、検査対象領域を正常部とした以外は前記（２）〜（１０）と同様の段階で構成される処理手順で、正常部の２値化画像Ｇ３を取得する段階と、（１２）前記２値化画像Ｇ２と、前記２値化画像Ｇ３の差分を取り、得られた画像中の画素の数が予め設定した判定の閾値Ｔ２を超えた場合、ＶＡパターン欠損ありと判定する段階と、の処理手順であることを特徴とするＶＡパターン欠損検査方法である。

本発明のＶＡパターン欠損検査方法によれば、これまでにブラックマトリクスの不良(異物)、着色層の不良(白抜け・異物）等、あるいは、レジストコート起因のムラ等を検出してきた従来の、（イ）ＬＣＤ用自動欠陥検査装置や（ロ）ＬＣＤ用自動ムラ検査装置の各手法において、検出が不可とされた部分ＶＡ欠損に対して、白色干渉の撮像技術の特定のアルゴリズムを応用することで、不良の早期発見が可能となる。

また、これまでに、従来のＬＣＤ用検査装置によって検出することが出来なかったＶＡ欠損の検出が、白色干渉の撮像技術を用い、かつ、対物レンズをピエゾ素子を用いて精度良く動かすことで、光路長を一方向に変化させることが数秒以内の短い測定時間で検査可能であり、本発明のＶＡパターン欠損検査装置を用いることで、ラインタクトの中で検査が可能となり、工程条件の安定化を図ることができ、良品化できる基板を増やし、収率の改善が可能となる。

また、焦点深度と開口数（Ｎ．Ａ．＝Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）は反比例の関係にある。５〜１０μｍのＶＡパターン欠損を検出するには、高倍率・高分解能のＣＣＤカメラを搭載した顕微鏡ユニットを用いる必要がある。本発明のＶＡパターン欠損検査方法によれば、白色干渉法を用いることで、高倍率・高分解能でも焦点深度を浅くすることなく、すなわち焦点面を移動させても像がボケないため、ＶＡ欠損を検出することが可能となる。ＬＣＤ用カラーフィルタは、前述したように、その規格及び品質が厳しく、ＶＡやＰＳのような付加価値をつけたものへと要求が移行してきている。さらに、カラーフィルタのコスト低減に対する要求も高まっており、更なる収率改善が望まれている。
このような背景の中、本発明の白色干渉の撮像技術を用いたＶＡ欠損の検出は、ＶＡパターン形成不良基板を早期に発見し、ラインの生産効率を向上させることが可能となり、収率改善に大きな効果をもたらすものである。

本発明のＶＡパターン欠損検査方法を一実施形態に基づいて、図面を参照して以下に詳細に説明する。

まず、本発明のＶＡパターン欠損検査方法に適用する、白色干渉法の概要を説明する。図２の概略説明図に示すように、光源３０からの白色光の一部はハーフミラー３１を介して対物レンズ３３から被検査基板１０に照射され、一部はハーフミラー３１、で反射され、参照ミラー３２に照射される。ＣＣＤカメラ２０では、参照ミラー３２と被検査基板１０からの反射光の信号が重ね合わされ干渉を引き起す。この干渉信号のレベルは、集光レンズ３４から参照ミラー３２までの距離Ｌ0とハーフミラー３１から被測定物である被検査基板１０までの距離Ｌ1の値がＬ0＝Ｌ1となったとき最大の値を示す。図３の干渉波形説明図に示すように、幅の異なるＡ、Ｂ、２つの部分からなるサンプルを測定したとき、その幅に応じて干渉の強度が変化する。このとき、サンプルのある測定点で二つの反射光に位相差がなければ、最も明るくなり、半波長ずれていると、最も暗くなる。この強度の違いがＡ、Ｂ、２種類の測定差となる。

図４は本発明のＶＡパターン欠損検査装置の一実施形態の概略図である。基本的にＣＣＤエリアセンサ２０を具備した顕微鏡ユニット、キセノン・メタルハライド光源３０、光学系のＺ軸駆動にピエゾ光学素子２１を用い、被検査基板１０を保持するための、ＸＹ駆動する機構２３に制御された基板ステージ２２から成っている。光学構造は、同軸反射照明を白色光源の白色干渉法を用いてモノクロＣＣＤセンサにて撮像を行う。

以下に本発明の具体的実施形態についてさらに説明する。

まず、透明ガラス基板上に、ブラックマトリクス（ＢＭ）層、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各着色層、ＩＴＯ透明導電膜、ＰＳ，ＶＡパターンを形成し、ＬＣＤ用カラーフィルタを作成した。ＢＭ層、ＲＧＢ着色層、ＰＳ，ＶＡパターンはフォトリソグラフ手法により形成を行った。また、透明電極膜はスパッタリング手法により形成した。このカラーフィルタに対して、ＶＡ欠損検出のアルゴリズムロジックを適用する。

（１）まず、上記で形成したＶＡパターンまでを形成したＬＣＤ用カラーフィルタを、ＸＹ駆動する機構２３に制御された基板ステージ２２上に、被検査基板１０として保持する。基板ステージ２２をＸＹ移動させて、被検査基板１０を水平方向に動かし、撮像手段であるＣＣＤエリアセンサ２０を具備した顕微鏡ユニット２５で、視野内に入る範囲の欠陥位置（検査対象領域）に移動する。次に、ＣＣＤに入力された欠陥を画像処理装置２６により映像化して欠陥位置を取得する。

（２）その欠陥位置に対して、図５に示すように検査区間を設定し、白色干渉法を用いて、Ｚ軸を走査し２５６枚撮像する。図５において、外側の枠内の領域（イ）が設定区間であり、内側の点線で囲んだ領域（ロ）はリファレンスポイントでＶＡパターンと比較して高さがない箇所であり、この場合は、ＩＴＯ透明導電膜までの高さが不必要な情報となる。リブ（ハ）は、高さがあり必要な情報で、実際にはＶＡパターンの高さ情報である。

（３）任意の１Ｐｉｘｅｌに着目し、輝度分布が正規関数であることを利用して、図６に示すように、輝度のサーチを行う。測定エリアをＣＣＤの分解能に合わせてｐｉｘｅｌごと（ｐｉｘｅｌ画像）に表示する。この１ｐｉｘｅｌに対して測定を行う。Ｎ枚撮像し、その時の１ｐｉｘｅｌあたりのピーク値を導出する。次に、１ｐｉｘｅｌあたりのピーク値を０〜２５５の濃淡値情報に変換する。これを測定エリアの全ｐｉｘｅｌに展開し、濃淡マップを作成する。図６には、例として、２Ｐｉｘｅｌ分のプロファイルデータの結果を示し、１０枚目のプロファイルデータを細い点線で、５０枚目のプロファイルデータを太い点線で表している。

（４）ここで、（３）で着目した任意の１Ｐｉｘｅｌ目の輝度のピークが２５６枚中の１０枚目であるならば、枚数情報１０とする。

（５）次に、１０という枚数情報を濃淡値情報０〜２５５に変換する。ここでＮ枚撮像したときのピーク値がa枚目、濃淡値０〜２５５に変換すると、（ａ／Ｎ）×２５６すなわち（［輝度ピークの枚数］／［撮像枚数］）×濃淡値（０〜２５５）から、（１０／２５６）×２５６＝１０の輝度値が得られる。

（６）上記した（３）〜（５）の処理を全Ｐｉｘｅｌに関して行い、得られた濃淡値情報から、図７に示すように対象物の形状情報を有した濃淡画像を形成する。図７は、設定エリアを０〜２５５の階調の濃淡情報に表したものである。

（７）これとは別に、前記（２）で設定した区間の中で、予め設定しているリファレンスエリアの濃度平均のピークを導出する。

（８）このリファレンスエリアのピークが、輝度サーチの結果、（２）で撮像した２５６枚の中で、５０枚目であるならば、枚数情報５０とし、濃淡値情報０〜２５５に変換する。そして、（５）と同様に濃淡値に変換すると、５０の輝度値を得ることができる。

（９）リファレンスエリアの濃淡値情報をもとに、２値化処理の閾値を定め、この閾値に対し上限と下限の設定を設ける。図８の閾値設定画面に示すように、閾値を５０、上限
出力値１００、下限出力値０の設定を行うことにより、図７の濃淡画像に対して白黒の切り分けを行う。

（１０）この閾値をもとに、（６）で形成取得した濃淡画像に対して、２値化処理を行い、２値化画像を取得する。このとき、２値化画像に対して画像処理を行い、白側，黒側の画素数を導出する。

（１１）事前に、検査対象領域をリファレンス部(正常部)とした以外は、（２）〜（１０）と同様にして、正常部の２値化画像を取得する。この２値化画像では高さ情報が閾値以上であれば白に、高さ情報が閾値未満であれば黒とする。同様に、この２値化画像に対して画像処理を行い、白側，黒側の画素数を導出する。ここで、図９（ａ）にリファレンス部(正常部)の２値化画像を、図９（ｂ）にＶＡパターンの欠損がある部分（不良部）の２値化画像を示す。

（１２）最後に、この図９（ａ）と図９（ｂ）の２値化画像を差分して図９（ｃ）の画像を得る。その結果、白側の画素数が閾値を超えた場合、ＶＡパターン欠損ありと判定する。本実施形態では、図９（ｃ）の画像が図８で設定した、白側の閾値を超えている場合、アラームが発報する設定を設ける。

以上のようにして、透明ガラス基板上に、ブラックマトリクス（ＢＭ）層、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の各着色層、ＩＴＯ透明導電膜、ＰＳ，ＶＡパターンを形成したＬＣＤ用カラーフィルタを、前述した欠陥検査方法により画像検査を行ったところ、ＡＶパーン欠損の枝リブ部分の微小な不良が判定することが出来た。同じＬＣＤ用カラーフィルタ基板を、従来のＬＣＤ用自動欠陥検査装置にかけたところ、ＡＶ不良は発見されず、別に人間による目視検査を行うことで検出された。ＡＶパターン欠損は、目視によりある程度発見できるが、その位置特定が難しく、また、不良部分の画像をリアルタイムに得られないため原因推定に時間がかかる欠点があり、本発明のＡＶパターン欠損検査方法ならびにその機構を備えた検査装置の有用性は明らかである。

ＶＡパターンが形成されたカラーフィルタの部分拡大図。 白色干渉法の概略説明図。 白色干渉法での干渉波形の説明図。 本発明のＶＡパターン欠損検査装置の一例の概略図。 本発明のＶＡパターン欠損検査方法での、検査測定エリアの説明図。 本発明のＶＡパターン欠損検査方法での、輝度サーチの概略説明図。 本発明のＶＡパターン欠損検査方法での、濃淡画像説明図。 本発明のＶＡパターン欠損検査方法での、閾値設定画面説明図。 本発明のＶＡパターン欠損検査方法での、２値化画像説明図。

符号の説明

１０・・・被検査基板 １１・・・ＶＡパターン（主リブ：Ｖ字型）
１２・・・ＶＡパターン（枝リブ） １３・・・ＶＡパターン（枝リブ：単独）
１４・・・部分ＶＡパターン欠損 ２０・・・ＣＣＤ
２１・・・ピエゾユニット ２２・・・基板ステージ ２３・・・ステージ駆動機構２５・・・顕微鏡ユニット ２６・・・画像処理装置 ３０・・・白色光源 ３１・・・ハーフミラー ３２・・・参照ミラー ３３・・・対物レンズ ３４・・・集光レンズ

Claims (1)

1. 透明基板上に形成された突起状の構造物であるカラー液晶表示装置用カラーフィルタの特定箇所のＶＡパターンの欠損検査方法において、検出する手順が、
   （１）ＶＡパターンを形成したカラーフィルタを保持するＸＹステージに対し、前記ＸＹステージのステージ面と直交するＺ軸方向に設置した撮像手段の視野内に欠陥位置（検査対象領域）が入る様に、ＸＹ軸方向を移動し、次に、撮像した欠陥画像から画像処理により欠陥位置を取得する段階と、
   （２）前記欠陥位置に対して検査エリアを設定し、前記検査エリアに対して白色干渉法を用いて、Ｚ軸を一方向に位置を変えながらＮ枚の画像を撮像する段階と、
   （３）前記Ｎ枚の画像について任意の同じ位置の画素の輝度を比較して最大値を得る段階と、
   （４）前記最大値が得られた時の画像の枚数目情報ａを得る段階と、
   （５）前記枚数目情報ａを、輝度情報Ａに変換する段階と、
   （６）前記検査区間エリア内の全ての画素に関して、前記（３）〜（５）の処理を行い、変換した輝度情報Ａから、検査エリア内の濃淡情報からなる画像Ｇ１を形成する段階と、
   （７）一方で、前記検査エリアの中で、予め設定したリファレンスエリアについて、前記撮像装置で撮像したＮ枚の画像から前記リファレンスエリア内の画素ごとに輝度の最大値を求め、その平均値を導出する段階と、
   （８）前記平均値を（４）の段階と同様の処理をして、輝度情報Ｂに変換する段階と、
   （９）前記輝度情報Ｂを２値化処理の閾値Ｔ１と定め、
   （１０）前記画像Ｇ１に対して、前記閾値で２値化した画像Ｇ２を取得する段階と、
   （１１）事前に、検査対象領域を正常部とした以外は前記（２）〜（１０）と同様の段階で構成される処理手順で、正常部の２値化画像Ｇ３を取得する段階と、
   （１２）前記２値化画像Ｇ２と、前記２値化画像Ｇ３の差分を取り、得られた画像中の画素の数が予め設定した判定の閾値Ｔ２を超えた場合、ＶＡパターン欠損ありと判定する段階と、の処理手順であることを特徴とするＶＡパターン欠損検査方法。