JP6111425B2 - 基板検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板検査方法に関するものである。特に、基板全面に形成された膜の撥水性を検査する方法である。

複数のノズルを有した塗布ヘッドから液滴を基板上に吐出させ、基板上にデバイスを形成させる方法がある。例えば、有機ＥＬ（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、配向膜、カラーフィルタ等の薄膜の形成において、この方法が採用されている。

塗布ヘッドから基板上への液滴を塗布してデバイスを形成するとき、基板上へ塗布する塗布量がデバイスの性能を左右するため、均一な塗布量を塗布する必要がある。そのために、塗布ヘッドにおいて、各ノズルからの塗布液の吐出量が均一に調整されていることが求められる。

圧電素子を利用した塗布方式の場合、塗布ヘッドから液滴を吐出するとき、各ノズルに備えられた各圧電素子に駆動電圧を印加して液滴を吐出させる。このとき、一定量の液滴が吐出するように、圧電素子に印加する電圧を調整する。この印加電圧の調整によって、吐出する液滴量の均一化を図っている。

しかしながら、液滴が着弾した基板の状態の場所によるばらつきに関しては、塗布ヘッドの調整では対応できない。一定の液滴の吐出をしているにも関わらず、基板上へ着弾した場所の状態が悪いために、デバイスの性能を確保できない場合がある。

特に、基板表面の場所により、液滴が基板上へ着弾したとき、液滴の濡れ広がりがばらつく。結果、基板上へ形成した薄膜の膜厚のばらつきを生じさせてしまう。これは、基板の撥水処理の状態が基板の場所によってばらつくためである。

一般的に基板上へ塗布ヘッドから液滴を基板上へ吐出させ、基板上へ液滴痕を形成した後、基板上に形成した液滴痕に対して、接触角計を用いて接触角を計測することで基板表面上の状態を確認する方法が取られている。

塗布ヘッドから液滴を基板上に吐出させて、基板上の液滴痕の接触角を計測する場合、基板上へ液滴を塗布した後、塗布装置から基板を取り外し、接触角計へ取り付けて計測する必要があるため、作業上手間がかかる。

また、液滴塗布後から基板の取り出し、接触角計への取り付けなど、基板上へ形成した液滴痕の経時的な変化があり、精度よく計測できない場合がある。そこで、基板上へ液滴を吐出させたときの液滴の状態を、精度良く計測する方法がいくつか提案されている。

例えば、特許文献１には、塗布装置に備え付けられた液滴観測装置によって、基板上に塗布された液滴痕の形状を計測することで、塗布状態を把握する方法が提案されている。

図４は、特許文献１に記載された液滴検査方法を示している。この検査方法は、塗布装置に備え付けられた液滴観測装置によって、塗布ヘッド２１から液滴を基板２２の上へ塗布した液滴のあとである液滴痕２３に対し、複数方向からカメラ２４を用いて液滴の画像を収集し、複数方向からの画像データから液滴の形状を画像処理装置２５によって立体画像として処理し、表示装置２６に立体画像を表示することで基板上に塗布された液滴痕２３の状態を計測する。

液滴痕２３を観察した画像データから液滴痕２３を立体画像として表現することで、実際に基板２２の上へ液滴痕２３が着弾したときの状態を正確に把握することが出来る。この方法であれば、基板２２の上へ塗布した液滴痕２３の状態を立体的に捉えることができるため精度良く、基板２２の表面の状態を把握することが可能である。

また、特許文献２においては、塗布装置に備え付けられた液滴観測装置によって、基板２２の上に塗布された液滴痕の面積を計測することで、塗布状態を把握する方法が提案されている。

図５は、特許文献２に記載された塗布検査方法を示している。塗布ヘッドから液滴を基板２２上へ塗布し、その基板２２を検査する。基板２２上の液滴痕２３に対して、基板２２の裏面に設置されたカメラ２７によって、基板２２の上の液滴痕の画像データを画像処理装置２８に収集して、この画像データから液滴痕２３の面積を算出することで、基板２２の表面の接触角を把握する方法が提案されている。

塗布ヘッドから液滴を基板２２の上へ吐出した後、基板２２に形成された液滴痕２３をカメラ２７によって撮像して、液滴痕２３の画像データから液滴痕２３の面積を求める。

図６（ａ）は、液滴痕２３と基板２２の断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のそれぞれに対応する液滴の平面図である。接触角θが低いと、液滴は広がり、投影面積は大きくなる。

あらかじめ、図６（ａ）、（ｂ）から、液滴痕２３の接触角θと液滴痕２３の広がり面積との関係を求めて置く。その関係を利用して、実際の液滴痕２３の面積を求め、接触角を求める。つまり、塗布ヘッドから基板２２の上へ吐出された液滴痕２３の面積を評価するだけで基板２２の表面の状態（接触角）を知ることが可能なる。

特開２００４−３２５０８７号公報 特開２０１０−３６０６５号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法に関しては、液滴痕に対して複数個所からの観察が必要であり、さらには観察した画像を立体画像として処理する必要がある。よって、塗布する液滴の数が限られるのと、画像を立体として処理するための処理時間がかかる。したがって、大きな基板に対して、複数のエリアの基板表面の情報を得ることが困難である。

また、特許文献２記載された方法に関しては、特許文献１と同様に、液滴痕をカメラで観察した後、液滴痕の面積を算出させる処理が必要であり処理に時間がかかり、大きな基板に対して、複数のエリアの基板表面の情報を得ることが困難である。また、基板表面の接触角と液滴痕との相関をあらかじめ計測しておく必要があり、これらの相関関係を調査するのが大きな手間となる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、基板に対して、複雑な処理が必要なく、簡易的に基板表面の状態を把握する基板検査方法を提供することを目的とする。また、簡易的な処理なので、大きな基板に対しても短時間で表面状態を把握する基板検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、基板に塗布ヘッドから液滴を基板上に吐出することで、基板に対して複数の液滴痕を形成する液滴形成工程と、複数の液滴痕を形成した基板に対して、設定された液滴痕の高さと同じ波長の光を照射し、撮像器で複数の液滴痕を撮像する撮像工程と、撮像した画像から、不良の液滴痕の有無を検査する検査工程と、を含む基板検査方法を用いる。

以上のように、本発明の基板検査方法によれば、従来の半分以下の時間で、基板全面に対する詳細な基板表面の状態（接触角）を把握することが可能である。また、基板のサイズによらず、大きな基板に対しても、基板を細かくカットして個辺での評価ではなく、基板全面に格子状のパターンを形成して観察するだけで、基板表面の状態（接触角）を一括して評価することが出来る。

実施の形態における基板検査装置を示す図 （ａ）実施の形態において基板表面上に塗布した液滴を観察した図、（ｂ）〜（ｃ）実施の形態において基板表面上に塗布した液滴を二値化した図 （ａ）実施の形態での光の進路を説明する断面図、（ｂ）実施の形態での光の進路を説明する断面図 特許文献１に記載された従来の基板検査方法を示す図 特許文献２に記載された従来の基板検査方法を示す図 （ａ）特許文献２の液滴痕の接触角を説明する断面図、（ｂ）特許文献２の液滴痕の投影面積を説明する図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。また、本発明は下記、実施の形態により限定されない。

（実施の形態）
図１にて、実施の形態で用いる基板検査装置を示す。図１は、基板検査装置の断面図である。基板検査装置の基板ホルダー１０上に置載された基板２２がある。基板２２上には、樹脂材料１１が塗布されている。樹脂材料１１上にさらに、液滴痕１２がドットとして塗布されている。基板２２の上方には、カメラ１５、照明装置１３が配置されている。別途、カメラ１５からデータを受け、処理する画像処理装置１６を有する。

＜基板準備工程＞
まず、撥水性を有する樹脂材料１１が全面に塗布された基板２２を準備する。樹脂材料１１の表面は、ＵＶ処理などで表面の接触角が所定の値になるように処置されている。撥水性を有する樹脂材料１１としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）フォルムやＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルムなどのフィルムやポキシ系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂や、レジストなど、デバイスに要求される材料を用いることが出来る。

＜塗布工程＞
基板２２を液滴塗布装置（図示しない）にセットする。この基板２２の上に、塗布装置の塗布ヘッドから液滴を吐出させる。基板２２の全面に複数の液滴痕１２を形成するように吐出のパターンを形成する。例えば、５００ｍｍ角の基板であれば、等間隔で１ｍｍずつの格子状のパターンを形成するように形成する。塗布パターンを形成した後、基板２２を基板検査装置（図１）に移動させて、基板２２の表面の検査を実施する。

＜検査工程＞
液滴痕１２に対して、照明装置１３から液滴痕１２の高さと同等の波長の光１４を照射する。ここで、液滴痕１２の高さは、同じ液滴塗布の条件、同じ基板準備で、事前に基板２２に液滴を塗布した時の全部の液滴痕１２の高さの平均値である。つまり、
液滴痕１２の高さは、予め、設定された高さである。定期的に液滴塗布の条件と液滴痕１２の高さとの関係を検査、修正する必要がある。

ただし、液滴痕１２の高さのばらつきは、±１０％程度のばらつきの範囲内の必要がある。波長も、高さの±１０％までの波長が必要である。

照明は、液滴痕１２の高さと同じ波長の光１４を照射できるような、照明装置１３を用いて光１４を照射する。光を基板２２へ照射する角度は、任意の角度でよい。以下で説明するが、影響はない。よって、複数の照明装置１３は不要で、１つのみでもよい。

あるいは、広いレンジの波長の光１４を照射する照明装置１３を用いて、液滴高さ相当の波長のみの光１４を照射するように、照明装置１３にフィルターを取り付けて、光１４を照射しても良い。光１４の波長は、５０ｎｍ程度に広がったレンジであっても良い。

光１４を照射した基板２２を、基板２２の上方に設置したカメラ１５（撮像機）で観察し、画像データとしてデータを画像処理装置１６へ収集する。カメラ１５は光１４の波長を捕らえることのできるカメラ１５を使用する。一方向からのカメラ１５による撮影でよい。

基板２２全面撮像できるようにカメラ１５の位置を設定する。基板２２が大きい場合、基板２２の全面を撮像するのが困難であるので、複数のカメラ１５を使用して、各々のカメラ１５の撮像エリアを制限して、撮像した画像を合成しても良い。また、カメラ１５の位置を移動できるように設置し、基板２２全面に対してカメラ１５を動かしながら撮像して、撮像した画像を合成しても良い。

基板２２を撮像した画像は、白黒の画像処理、例えば、二値化処理を行う。あらかじめ、液滴を塗布する基板２２に液滴を吐出させ、基板２２の上に液滴を吐出したときの画像の色を評価しておき、基板２２上に塗布した液滴痕１２が黒く見えるように画像処理装置１６の調整を行う。

目的の高さに対して、ばらつき±１０％まで良品とするように、条件を設定する。

照明装置１３の波長が、液滴痕１２の高さと同等以上なら、照射した光１４が液滴に吸収され、黒く観察される。その後、基板２２を取り出して接触角計で液滴の接触角が所定の接触角であることを確認する。液滴痕１２の膜厚が薄くなった場合、照明の光１４が吸収されないため、白く見える。樹脂材料１１が不良の場合、撥水性が落ち、液滴痕１２の高さが低くなる。原則、樹脂材料１１が不良の場合に、撥水性が高くなり、液滴痕１２の高さが高くなることはない。

各種デバイスごとで、必要とされる液滴の膜厚が異なるので、それぞれに対して、基板に液滴を吐出したときの画像認識の調整（液滴が黒く認識できるように、画像の二値化処理の調整を行う）を実施し、そのときの接触角を計測する。

もし、基板２２の表面処理に問題があり、基板２２の全面や基板２２の一部の表面状態（接触角）に問題があれば、カメラ１５で認識したときに基板に塗布した液滴の液滴痕１２が白く見える。画像に関しては、白黒のカメラを用いて、液滴痕１２が黒く見えるようにカメラ１５の調整をおこなっても良い。なお、カラー画像処理で、色により、良品と不良品を分けてもよい。二値化処理で白黒とするのが、最も判別しやすい。

図２（ａ）は、基板２２に形成した樹脂材料１１上へ塗布パターンを形成し、観察したときの状態の概要を示している。５００ｍｍ角の基板２２に対して、１ｍｍのパターンを形成して観察を実施した。これは、基板上へ形成するデバイスに対して、１ｍｍ間隔で品質を保証する必要があるためである。１ｍｍ間隔なら、デイスプレイなどの画像系の基板、デバイスなら、品質上の問題とならない。視覚として、均質に見える。基板上へのパターンの形成については、基板上へ形成するデバイスについて、品質を保証するために必要な最小ピッチで格子状のパターンを形成すれば良い。

液滴として、高分子有機発光材料であるポリフェニレンビニレンを使用し、発光デバイスの形成における評価を実施した。デバイスとして実際に使用する構成である液滴、樹脂材料１１であることが好ましい。

この液滴を基板２２上に塗布し、発光デバイスとして要求される７００ｎｍの高さの液滴痕１２を形成した。

基板２２上に、図２（ａ）に示すような塗布パターンを形成した後、波長７００ｎｍの赤外光で基板２２を照射して、カメラ１５で観察して画像を確認する。図２（ｂ）、図２（ｃ）に、検査結果を示す。

このとき、図２（ｂ）に示すように、基板２２の全面に塗布した液滴の液滴痕１２が黒く見えていれば基板２２上へ形成した樹脂材料１１の表面状態（接触角）が問題ないと判定できる。

しかし、図２（ｃ）に示すように、液滴痕１２が一部白く見えている白領域１８がある場合、この部分の領域に対して表面の処理状態が悪いと判断される。つまり、基板の表面状態が変動し、液滴を塗布したときの接触角が小さくなったため、液滴が基板上で濡れ広がり、液滴高さが低くなった領域であると判断される。

＜液滴痕１２の高さと同等の波長の光１４について＞
図３を用いて、液滴痕１２の高さと同等の波長の光１４を用いることを説明する。図３（ａ）は、液滴痕１２に光１４が真上から照射された場合の断面図を示す。図３（ｂ）は、液滴痕１２に光１４が斜め上から照射された場合の断面図を示す。

光１４の液滴痕１２中の進路を液中光１７（長い点線）で示す。本来は屈折率で光の進路が変化するが、簡単に説明するため、考慮せず説明する。用いる光１４の光波長１９（短い点線）も表示している。

図３（ａ）からわかるように、液中光１７と光波長１９の長さが同じである。この結果、光１４が、液滴痕１２に吸収される確率が高くなり、上記のように、液滴痕１２が黒く表示されます。一方、図３（ｂ）の斜めからの光の場合も同様です。液滴痕１２の中心の液中心２０を通る光が確率的に多く、その光の液中光１７の長さは、光波長１９の長さと同じか、それ以上になる割合が高い。結果、光が吸収される。

よって、液滴痕１２の高さと同等の波長の光１４を用いることが、最も効果が高い。

＜効果＞
以上のように、液滴痕１２をカメラ１５で観察して、液滴痕１２が黒くみえるか、白く見えるか判断するだけで良いので、基板２２の全面に渡って基板２２の表面の状態を評価すること検査が可能であり、大型の基板２２に対しても簡単に対応可能である。

先述したように、±１０％程度の高さばらつきがあっても評価できるため、塗布ヘッドから吐出される液滴量も±１０％程度のばらつきが許容される。このため、塗布ヘッドによる影響を受けにくい。

また、塗布ヘッドから吐出される液滴量に影響されないため、塗布ヘッドに設置されたノズル穴のばらつきや吐出状態に影響されることなく、精度良く基板表面の状態を把握することが可能である。

本発明の基板検査方法によれば、塗布ヘッドから液滴を塗布する基板表面上の表面状態を詳細に把握することができる。この表面状態を把握することによって、表面状態の悪い基板を排除し、基板表面上に液滴を塗布して形成されるデバイスの品質を確保することが出来る。

１０ 基板ホルダー
１１ 樹脂材料
１２、２３ 液滴痕
１３ 照明装置
１４ 光
１５、２４、２７ カメラ
１６ 画像処理装置
１７ 液中光
１８ 白領域
１９ 光波長
２０ 液中心
２１ 塗布ヘッド
２２ 基板
２５、２８ 画像処理装置
２６ 表示装置

Claims (7)

1. 基板に塗布ヘッドから液滴を基板上に吐出することで、前記基板に対して複数の液滴痕を形成する液滴形成工程と、
   前記複数の液滴痕を形成した基板に対して、設定された前記液滴痕の高さと同じ波長の光を照射し、撮像器で前記複数の液滴痕を撮像する撮像工程と、
   前記撮像した画像から、不良の液滴痕の有無を検査する検査工程と、を含むことを特徴とした基板検査方法。
2. 前記検査工程は、良品の液滴痕と前記不良の液滴痕とを色により判断する請求項１記載の基板検査方法。
3. 前記不良の液滴痕は、その高さが、前記設定された液滴痕の高さより低いものである請求項１記載の基板検査方法。
4. 前記複数の液滴痕は、前記基板上面全体で格子状のパターンを形成する請求項１記載の基板検査方法。
5. 前記複数の液滴痕の間隔は、１ｍｍ以内である請求項１または４記載の基板検査方法。
6. 前記液滴形成工程の前に、樹脂材料で前記基板を被複する請求項１記載の基板検査方法。
7. 前記液滴と前記樹脂材料とは、デバイスとして使用されるものである請求項１記載の基板検査方法。

Images