KR20170034418A - 유기 tft 어레이 검사 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

유기 TFT 어레이 중의 단선 결함을 검출하여 및/또는 각 유기 TFT 소자의 출력 특성, 응답 속도의 편차를 평가할 수 있는 검사 장치 및 그 방법의 제공.
유기 TFT 소자의 채널층을 부여하는 유기 반도체 박막에 있어서의 캐리어의 축적 유무를 광학적으로 측정하는 장치 및 그 방법이다. 각 유기 TFT 에 있어서 소스와 드레인을 단락시키고, 이것과 게이트 사이에 소정 주기로 전압을 온·오프시킴과 함께, 단색 광을 조사하면서 소정 주기에 동기시켜 전압의 인가 전후의 촬상을 행하여, 이 차 이미지를 얻는 것을 특징으로 한다.

Description

유기 TFT 어레이 검사 장치 및 그 방법{ORGANIC TFT ARRAY INSPECTION DEVICE AND METHOD}
본 발명은 유기 반도체 박막 트랜지스터 (TFT : Thin Film Transistor) 어레이의 검사 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히, 어레이 중의 단선 (斷線) 결함의 검출 및 각 TFT 소자의 출력 특성, 응답 속도의 편차를 평가할 수 있는 검사 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
액정 디스플레이나 유기 EL 디스플레이와 같은 화상 표시 장치로서, 유기 반도체를 사용한 박막 트랜지스터 어레이 (이하, 「TFT 어레이」라고 칭한다.) 가 이용되고 있다. 이러한 TFT 어레이는, 화상 표시 장치의 화소에 대응시켜 유기 TFT 소자를 매트릭스상으로 복수 나열하여 회로 구성된다. 여기서, 게이트선 G 나 신호선 S 의 단락이나 단선, 또는, 유기 반도체 박막의 불량에 의한 결함이 발생될 경우에는, 대응하는 유기 TFT 소자가 정상적으로 동작하지 않아 화소가 발광하지 않는, 이른바 화소 탈락 상태가 되어 버린다. 또, TFT 어레이를 구성하는 각 TFT 소자에 출력 특성이나 응답 속도의 편차가 있을 경우에는, 안정적인 동영상 표시가 불가능해진다.
그래서, TFT 어레이의 단선 결함이나, 각 TFT 소자의 출력 특성이나 응답 속도의 편차를 검사하는 것이 필요해진다. 이러한 검사 방법으로서 하나하나의 소자를 전기적으로 측정하는 방법이나, 적외선 서모그래피를 사용한 이미징법 등이 알려져 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 및 2 에서는, 전계 방출 디스플레이 (FED) 나 액정 표시 디스플레이 (LCD) 패널에 있어서, 신호선 S 를 접지시킴과 함께, 게이트선 G 에 적당한 직류 전압을 공급하고, 이것을 적외선 카메라로 촬상하는 검사 방법이 개시되어 있다. 신호선 S 및 게이트선 G 가 단락되면 당해 부분이 발열되어 적외선을 방사하는 점에서, 이것을 적외선 카메라로 촬상하면 방사점, 즉 단락 지점을 검출할 수 있는 것이다.
또, 각 TFT 소자의 발광 상태를 검출하여, TFT 어레이의 단선 결함뿐만 아니라, 각 TFT 소자의 출력 특성 등도 검사하고자 하는 방법도 고려할 수 있다.
예를 들어, 비특허문헌 1 및 2 에서는, 유기 TFT 소자의 채널층을 부여하는 유기 반도체 박막에 있어서, 게이트 전압을 부가하여 캐리어가 축적된 상태와, 게이트 전압을 가하지 않아 캐리어가 공핍된 2 가지 상태에서는, 광 투과율과 광 반사율이 극히 미미하게 변화되고, 그 변화량이 캐리어 축적량, 요컨대 출력 전류에 비례하는 것을 서술하고 있다. 이러한 현상을 이용함으로써, TFT 어레이에 있어서의 단선 결함의 검출뿐만 아니라, 각 TFT 소자의 출력 특성이나 응답 속도의 편차를 평가할 수 있다고 생각할 수 있다.
일본 공표특허공보 2005-503532호 일본 공표특허공보 2006-505764호
T.Manaka, S.Kawashima, M.Iwamoto : "Charge modulated reflectance topography for probing in-plane carrier distribution in pentacene field-effect transistors", Appl. Phys. Lett. Vol.97, Article No.113302 (2010) T.Manaka, S.Kawashima, M.Iwamoto : "Evaluation of Carrier Density in Organic Field-Effect Transistor by Charge Modulated Spectroscopy", Jpn. J. Appl. Phys. 50(4), 04DK12 (2011)
TFT 어레이의 신호선 S 를 모두 접지시킴과 함께, 게이트선 G 에 적당한 직류 전압을 인가한 상태의 전후에서, TFT 어레이를 촬상하여 양 이미지의 차 (差) 를 취득한다. 게이트 전압을 가하여 캐리어가 축적된 TFT 소자에서는 차 이미지가 나타나고, 한편으로 신호선 S 나 게이트선 G 에서 단선되거나, 또는 TFT 소자의 유기 반도체 박막이 불량일 때, 대응하는 TFT 소자는 캐리어의 축적이 없어 차 이미지가 나타나지 않는다. 이에 따르면, 상기한 바와 같은 단선 등을 검출할 수 있다. 또, 각 TFT 소자의 출력 특성의 편차는, 캐리어의 축적량에 반영되기 때문에, 각 TFT 소자의 차 이미지의 차로서 나타난다. 한편으로, 캐리어의 축적에 의한 차 이미지는 섬세하여 그 판별은 매우 곤란하다.
본 발명은 이상과 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 유기 TFT 소자의 채널층을 부여하는 유기 반도체 박막에 있어서의 캐리어의 축적 유무를 광학적으로 측정하여 TFT 어레이 중의 단선 결함을 검출하고, 및/또는, 각 TFT 소자의 출력 특성, 응답 속도의 편차를 평가할 수 있는 검사 장치 및 그 방법의 제공에 있다.
본 발명은, 전하 변조 분광 (CMS) 이미징을 이용하여, TFT 소자에 대한 캐리어의 축적에 의한 차 이미지를 취득하여 TFT 어레이 중의 단선 결함을 검출하고, 및/또는, 각 TFT 소자의 출력 특성, 응답 속도의 편차를 평가하고자 하는 것이다.
즉, 본 발명에 의한 유기 TFT 어레이의 검사 방법은, 유기 반도체 박막 트랜지스터 (TFT) 어레이를 광학적으로 촬상하여 검사하는 방법으로서, 각 유기 TFT 에 있어서 소스와 드레인을 단락시키고, 이것과 게이트 사이에 소정 주기로 전압을 온·오프시킴과 함께, 단색 광을 조사하면서 상기 소정 주기에 동기시켜 전압의 인가 전후의 촬상을 행하여, 이 차 이미지를 얻는 것을 특징으로 한다.
이러한 발명에 의하면, 단색 광의 조사 하에 있어서 소정 주기로 변조시켜 노이즈 레벨을 저감하면서 촬상함으로써, 높은 감도로 차 이미지를 취득할 수 있어, TFT 어레이 중의 단선 결함을 정확하게 검출할 수 있는 것이다.
상기한 발명에 있어서, 상기 차 이미지의 복수를 적산 처리하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 해도 된다. 이러한 발명에 의하면, 차 이미지의 콘트라스트를 높일 수 있어, TFT 어레이 중의 단선 결함을 정확하게 검출할 수 있는 것이다.
상기한 발명에 있어서, 상기 유기 TFT 에 대응하는 부분마다의 상기 차 이미지의 콘트라스트 차로부터 각 유기 TFT 의 개체 차를 검사하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 해도 된다. 이러한 발명에 의하면, 각 TFT 소자의 출력 특성의 편차를 정확하게 평가할 수 있는 것이다.
상기한 발명에 있어서, 상기 소정 주기를 변화시켜 상기 차 이미지를 얻고, 각 유기 TFT 의 응답 속도 차를 검사하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 해도 된다. 또, 상기 촬상은 상기 전압의 온 및 오프의 각각과 소정 시간만큼 경과 후에 개시시킴과 함께, 상기 소정 시간을 변화시켜 상기 차 이미지를 얻고, 각 유기 TFT 의 응답 속도 차를 검사하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 해도 된다. 이러한 발명에 의하면, 각 TFT 소자의 응답 속도의 편차를 정확하게 평가할 수 있는 것이다.
또, 본 발명에 의한 유기 TFT 어레이의 검사 장치는, 유기 반도체 박막 트랜지스터 (TFT) 어레이를 광학적으로 촬상하여 검사하는 검사 장치로서, 각 유기 TFT 에 있어서 소스와 드레인을 단락시키고, 이것과 게이트 사이에 소정 주기로 전압을 온·오프시키는 펑션 제너레이터와, 단색 광을 조사하는 광원과, 상기 소정 주기에 동기시켜 전압의 인가 전후의 촬상을 행하는 촬상 장치와, 상기 전압의 인가 전후의 차 이미지를 얻는 화상 해석 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 발명에 의하면, 단색 광의 조사 하에 있어서 소정 주기로 변조시켜 노이즈 레벨을 저감하면서 촬상함으로써, 높은 감도로 차 이미지를 취득할 수 있어, TFT 어레이 중의 단선 결함을 정확하게 검출할 수 있는 것이다.
상기한 발명에 있어서, 상기 화상 해석 장치는, 상기 차 이미지의 복수를 적산 처리하는 적산 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 해도 된다. 이러한 발명에 의하면, 차 이미지의 콘트라스트를 높일 수 있어, TFT 어레이 중의 단선 결함을 정확하게 검출할 수 있는 것이다.
상기한 발명에 있어서, 상기 화상 해석 장치는, 상기 유기 TFT 에 대응하는 부분마다의 상기 차 이미지의 콘트라스트 차로부터 각 유기 TFT 의 개체 차를 검사하는 개체 차 검사 수단을 포함하는 것을 특징으로 해도 된다. 이러한 발명에 의하면, 각 TFT 소자의 출력 특성의 편차를 정확하게 평가할 수 있는 것이다.
상기한 발명에 있어서, 상기 펑션 제너레이터에 의해서 상기 소정 주기를 변화시켜 상기 차 이미지를 부여하는 제어 수단을 추가로 포함하고, 상기 화상 해석 장치는, 각 유기 TFT 의 응답 속도 차를 검사하는 응답 속도 차 검사 수단을 포함하는 것을 특징으로 해도 된다. 또, 상기 전압의 온 및 오프의 각각과 소정 시간만큼 경과 후에 상기 촬상을 개시시켜 상기 차 이미지를 부여하는 제어 수단을 추가로 포함하고, 상기 화상 해석 장치는 각 유기 TFT 의 응답 속도 차를 검사하는 응답 속도 차 검사 수단을 포함하는 것을 특징으로 해도 된다. 이러한 발명에 의하면, 각 TFT 소자의 응답 속도의 편차를 정확하게 평가할 수 있는 것이다.
도 1 은, TFT 어레이의 평면도이다.
도 2 는, TFT 어레이를 나타내는 회로도이다.
도 3 은, CMS 이미징법의 도면이다.
도 4 는, 게이트 전압, 촬영 트리거 및 소자의 응답 타이밍도이다.
도 5 는, 게이트 전압, 촬영 트리거 및 소자의 응답 타이밍도이다.
도 6 은, 유기 반도체막에 있어서의 광 투과율의 변화율 (-ΔT/T) 의 파장 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 회로도와 그 상태를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 유기 TFT 의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 9 는, 본 발명에 의한 장치를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 유기 TFT 의 결선 상태를 나타내는 도면이다.
도 11 은, 게이트 전압과 촬영 트리거의 반복 주기를 나타내는 도면이다.
도 12 는, 본 발명 방법에 의한 TFT 어레이의 촬영 이미지이다.
도 13 은, 본 발명 방법에 의한 TFT 어레이의 촬영 이미지에 있어서의 RMS 를 나타내는 그래프이다.
도 14 는, TFT 어레이의 광학 현미경 이미지와 본 발명 방법에 의한 촬영 이미지이다.
이하에, 본 발명의 일 실시예에 의한 TFT 어레이의 검사 방법에 대해서 서술한다. 먼저, 전하 변조 분광 (Charge Modulation Spectroscopy) 이미징에 의한 TFT 어레이 중의 단선 결함의 검출, 및/또는, 각 TFT 소자의 출력 특성, 응답 속도의 편차의 평가에 대해서 설명한다.
도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, TFT 어레이 (1) 는, 화소수에 대응한 유기 TFT 소자 (10) 를 포함한다. 각 유기 TFT 소자 (10) 의 유기 반도체 박막 (10a) (도 8 을 참조) 에는, 게이트선 G 나 신호선 S 가 전기적으로 접속되어 있다. 여기서, 유기 반도체 박막 (10a) 이나 게이트선 G, 신호선 S 에 단락 L1 이나 단선 L2 등의 결함이 있을 경우, 이에 관련된 유기 TFT 소자 (10) 가 동작하지 않아 대응하는 화소를 발광시킬 수 없다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, TFT 어레이 (1) 의 신호선 S 를 모두 접지하고, 게이트선 G 에 전압을 부가한 상태와 부가하지 않는 상태에 있어서, 광원 (15) 으로부터 광을 조사하면서 카메라 (20) 로 TFT 어레이 (1) 를 촬상한다. 이 전압의 부가 전후의 이미지의 차를 취하면, 게이트선 G 에 전압을 부가함으로써 캐리어가 축적된 TFT 소자 (10) 에만 차 (CMS) 이미지가 나타난다. 만약, 게이트선 G, 신호선 S, 유기 반도체 박막 (10a) (도 8 참조) 의 어느 하나라도 단선 (예를 들어, L2) 또는 불량 (예를 들어, L1. 여기서는 「단락」) 을 일으키면, 대응하는 TFT 소자 (10) 에는 캐리어가 축적되지 않아 차 이미지가 나타나지 않는다. 즉, 본 방법에서는 차 이미지가 나타나지 않은 부위로부터 결함을 특정하는 것이다.
또, 차 이미지에 나타난 TFT 소자 (10) 의 콘트라스트의 강도는, 캐리어 축적량 (요컨대, 출력 전류) 에 비례하는 점에서, 각 TFT 소자 (10) 의 콘트라스트의 강도를 비교함으로써, TFT 어레이 (1) 에 포함되는 각 TFT 소자 (10) 사이에서의 출력 전류의 편차를 평가할 수 있는 것이다.
또, CMS 이미징법에서는, 유기 반도체 박막 (10a) (도 8 참조) 의 광 투과율 및/또는 반사율이 캐리어의 축적 상태와 공핍 상태에서 약간 변화되는 것을 이용하여 결함을 검출한다. 그리고, 이 광 투과율·반사율의 변화율은 축적 캐리어량에 비례한다. 일반적인 TFT 소자의 구동 조건에서는, 이 변화율은 10-3 정도로 매우 낮고, 이러한 작은 변화율을 검출하기 위해서는 적산 처리를 사용한다.
예를 들어, 상기한 비특허문헌 1 에서는, 실리콘 산화막 (유전율 3.8, 두께 100 ㎚) 을 게이트 절연막에 사용하여 유기 반도체층 (펜타센) 에 4 × 1012 ㎝-2 농도의 캐리어를 축적했을 경우, 반사율의 변화율은 4 × 10- 3 이었던 것을 서술하고 있다. 도포 프로세스에 의해서 제막할 수 있는 폴리머를 게이트 절연막에 사용한 TFT 어레이에서는, 예를 들어 불소계 폴리머의 CYTOP (아사히 가라스사 제조, 유전율 1.9, 두께 1 ㎛) 를 사용했을 경우, 축적 캐리어량은 비특허문헌 1 의 1/10 (4 × 1011 ㎝-2) 정도이고, 그 변화율은 4 × 10-4 로 더욱 작아져 버린다.
그런데, 도 3(a) 에 나타내는 바와 같이, CMS 이미징법에 의해서 얻어지는 화상의 신호 강도에는, 광원 (15) 의 강도나 카메라 (20) 의 감도의 시간적인 변동이 포함되어 있다. 검출하고자 하는 광 투과율 및/또는 반사율의 변화율이 10-4 오더인 경우, 이 변동보다 작고, 캐리어 축적 상태와 공핍 상태에서 각각 적산하고, 이것들의 화상 (이미지) 의 차를 취해도, 시간적인 변동에 상쇄되어 검출할 수 없다.
한편, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, CMS 이미징법에 있어서, 광원 (15) 의 강도나 카메라 (20) 의 변동보다 빠른 시간 스케일로 캐리어 축적 상태와 공핍 상태의 스위칭 (변조) 을 반복하고, 각 주기에서 캐리어 축적 상태와 공핍 상태의 화상을 촬영하여 차분을 구하고, 차 이미지를 적산한다. 이로써, 상기한 변동의 영향을 없앨 수 있다.
캐리어 축적 상태와 공핍 상태, 즉, 후술하는 바와 같이, 게이트 전압을 부가한 상태와 해제한 상태에서의 변조는, 펑션 제너레이터 (30) 를 사용하여 행할 수 있다. 이러한 변조 주파수는 15 ㎐ ∼ 1 ㎒, 보다 바람직하게는 200 ㎐ ∼ 1 ㎒ 이다.
이것은, 고변조 주파수 쪽이 저주파수의 변동의 영향을 잘 받지 않아, 화상의 촬영 횟수를 증가시켜 적산 횟수를 올리는 것이 가능해지기 때문이다.
또한, 변조 주파수 가변에 의한 TFT 소자 (10) 의 응답 속도 평가를 위해서는, CMS 이미징의 변조 주파수를 소정의 주파수 범위, 예를 들어 15 ㎐ ∼ 1 ㎒, 보다 바람직하게는 200 ㎐ ∼ 1 ㎒ 의 범위에서 가변으로 하여 측정을 행하는 것이 바람직하다. 디스플레이로서의 동영상 표시에서는, 소자 응답 속도가 5 ㎳ 보다 느려지면 인간의 시각에서는 희미함을 느끼게 된다. 이 때문에, 변조 주파수를 가변으로 하여, 5 ㎳ 보다 응답 속도가 느린 불량 소자를 검출하는 것이다.
예로서, 응답 속도 1 ㎳ (요컨대, 응답 가능한 주파수의 상한이 1 ㎑) 의 유기 TFT 소자 (10) 로 이루어지는 TFT 어레이 (1) 중에, 1 개만 응답 속도 10 ㎳ (요컨대, 응답 가능한 주파수의 상한이 100 ㎐) 의 소자가 섞여 있는 경우를 생각한다. 변조 주파수가 100 ㎐ 이하인 경우에는, 전체 TFT 소자 (10) 가 차 이미지로 나타난다. 한편, 100 ㎐ 를 초과하면, 응답 속도 10 ㎳ 의 TFT 소자 (10) 는 차 이미지로 나타나지 않게 된다. 더욱 주파수를 올려 1 ㎑ 를 초과하면, 전체 TFT 소자가 차 이미지로 나타나지 않게 된다. 이와 같이, 차 이미지로 나타나지 않게 되는 주파수로부터, TFT 소자 (10) 의 응답 속도 편차를 구할 수 있는 것이다.
또, TFT 소자 (10) 의 응답 속도 평가에 대해서, 전압의 온·오프의 타이밍과 촬상의 타이밍을 가변으로 해도 된다. 상기한 전압의 온 및 오프의 각각의 개시에 대해서, 촬상의 개시를 1 ㎳ ∼ 100 ㎳, 보다 바람직하게는 1 ㎲ ∼ 100 ㎳ 의 범위에서 임의로 늦추어 측정을 행하는 것이다.
여기서, 상기와 동일하게, 응답 속도 1 ㎳ 의 유기 TFT 소자 (10) 로 이루어지는 TFT 어레이 (1) 중에, 응답 속도 10 ㎳ 의 TFT 소자 (10) 가 섞여 있는 경우를 생각한다.
예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 촬상 타이밍을 전압의 온 및 오프 타이밍의 각각보다 10 ㎳ 이상 늦춘 경우에는, 전체 TFT 소자 (10) 가 차 이미지로 나타난다. 이 때, 차 이미지 (S2 - S1) 는 부 (負) 의 이미지가 된다.
한편, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 타이밍의 지연을 10 ㎳ 이하로 하면, 응답 속도 10 ㎳ 의 TFT 소자 (10) 에서는 CMS 이미지의 콘트라스트가 반전된다. 즉, 차 이미지 (S2-S1) 는 정 (正) 이 되는 것이다.
또한, 도시하지 않지만, 타이밍의 지연을 1 ㎳ 이하로 하면, 전체 TFT 소자의 CMS 이미지 콘트라스트가 반전된다. 이와 같이, 차 이미지의 콘트라스트가 반전되는 타이밍의 지연으로부터, TFT 소자 (10) 의 응답 속도의 편차를 구할 수 있는 것이다.
여기서, 15 ㎐ ∼ 1 ㎒, 보다 바람직하게는 200 ㎐ ∼ 1 ㎒ 의 고변조 주파수에서의 촬영을 행하기 위해서는, 카메라 (20) 는 고프레임 레이트일 것, 구체적으로는 30 fps ∼ 2,000 fps, 보다 바람직하게는 400 fps ∼ 2,000,000 fps 의 CCD, 혹은, CMOS 카메라인 것이 바람직하다. 또한, 이러한 카메라 (20) 는 노이즈 레벨이 가능한 한 낮고, 다이나믹 레인지가 넓으며, 감도를 갖는 파장 영역이 넓고, 디지털 출력이 16 bit 이상인 것이 바람직하다. 예를 들어, PCO 사 제조 PCO edge, 하마마츠 포토닉스사 제조 C11440-22CU, 및, 비트란사 제조 BU-50LN 을 사용할 수 있다.
또한, 고반복 주기로 화상 촬영을 행할 경우, 정보 처리 수단인 컴퓨터로의 화상 데이터의 전송을 확실하게 할 필요가 있어, 촬영 속도와 동일한 속도로 화상의 고속 보존이 가능한 버퍼 메모리, 예를 들어, 30 fps 이면, 1 초 동안에 30 장의 화상 보존이 가능한 버퍼 메모리를 사용해야 한다.
또한, 캐리어 축적에 의한 유기 반도체 박막 (10a) (도 8 참조) 의 광 투과율·반사율의 변화율은 파장역에 따라서 변화된다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, P3HT[폴리(3-헥실티오펜-2,5-디일)] 의 광 투과율의 변화율 (-ΔT/T) 은, 파장역에 의존하여 광 투과율의 부호와 절대치를 크게 변화시킨다. 이 때문에, 예를 들어 1500 ㎚ 의 단색 광을 이것에 조사할 경우에는 변화를 검출할 수 없고, 300 ∼ 1000 ㎚ 의 파장 범위에서 광 강도를 갖는 백색 광을 조사할 경우에는 정과 부의 변화로 상쇄되어 버린다. 그래서, 광원 (15) 에는, 할로겐 램프나 크세논 램프로부터의 백색 광을 밴드 패스 필터나 색 유리 필터, 분광기 등에 의해서 분광한 것을 사용한다. 혹은, 광원 (15) 에는 특정 파장의 레이저를 사용하여 -ΔT/T 의 절대치가 큰 파장역의 광만, 예를 들어 630 ∼ 1500 ㎚ 의 파장역의 광을 조사하여 측정하는 것이다.
다음으로, 차 이미지로부터 단선 결함의 위치를 추정하는 방법에 대해서 설명한다.
도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 결함이 의심되는 범위의 신호선 S 와 게이트선 G 를 각각 단락하고, 그 사이에 펑션 제너레이터 (30) 를 사용하여 주기적으로 전압을 가한다. 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이, 신호선 S 의 지점 S1 이 단선되어 있는 경우에는, TFT 소자 (10-1) 를 제외한 모든 TFT 소자 (10) 의 차 이미지가 나타난다. 또, 도 7(c) 에 나타내는 바와 같이, 신호선 S 의 지점 S2 가 단선되어 있는 경우에는, TFT 소자 (10-1 ∼ 4) 의 열을 제외한, 모든 TFT 소자 (10) 가 차 이미지로 나타난다.
또, 도 7(d) 에 나타내는 바와 같이, 게이트선 G 의 지점 G1 이 단선되어 있는 경우에는, TFT 소자 (10-1) 를 제외한, 모든 TFT 소자 (10) 가 차 이미지로 나타난다. 도 7(e) 에 나타내는 바와 같이, 게이트선 G 의 지점 G2 가 단선되어 있는 경우에는, TFT 소자 (10-1 ∼ 4) 의 열을 제외한, 모든 TFT 소자 (10) 가 차 이미지로 나타나는 것이다. 또, 도 7(f) 에 나타내는 바와 같이, TFT 소자 (10-1) 에 대해서, 유기 반도체 박막 (10a) (도 8 참조) 이 없거나, 혹은, 유기 반도체 박막 (10a) 이 있어도 신호선 S 및/또는 게이트선 G 와 전기적으로 접촉되어 있지 않을 경우에는, TFT 소자 (10-1) 를 제외한, 모든 TFT 소자 (10) 가 차 이미지로 나타나는 것이다.
또한, 도 8(a) ∼ (f) 에 나타내는 바와 같이, TFT 소자의 구조에는, 기판 (11) 상에 유기 반도체 박막 (10a), 소스·드레인 전극 (12a), 게이트 전극 (12b), 게이트 절연막 (13) 을 형성하여 이루어진다. 각각 (a) BGBC : 보텀 게이트 보텀 컨택트, (b) BGTC : 보텀 게이트 톱 콘택트, (c) TGBC : 톱 게이트 보텀 컨택트, (d) TGTC : 톱 게이트 톱 콘택트, (e) BG-T＆BC : 보텀 게이트-톱＆보텀 컨택트, (f) 정전 유도형 등이 있다.
이 중, 반사광에 의한 CMS 이미징이 가능한 것은, TFT 소자의 최표면에 유기 반도체 박막 (10a) 이 노출되어 있는 것에 한정된다. 요컨대, 도 8(a), (b), (e) 가 된다.
한편, 투과광에 의한 CMS 이미징은 어느 타입의 것에 대해서나 적용할 수 있다. 단, 도 8(a), (b), (c), (d), (e) 의 경우에는, 기판 (11), 게이트 전극 (12b), 게이트 절연막 (13) 이 조사광에 대해서 반투명 (바람직하게는 투명) 이어야만 한다. 이 때문에, 게이트 전극 (12b) 은 산화인듐주석 (ITO) 이나 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) : 폴리(스티렌술폰산염) (PEDOT : PSS) 과 같은 투명 도전막이거나, 극박이고 반투명인 금속 박막이어야만 한다. 또, 게이트 절연막 (13) 은 폴리(메틸메타크릴레이트) (PMMA), CYTOP (아사히 가라스사 제조), TEFLON-AF (듀퐁사 제조), 파릴렌과 같은 투명 절연막이어야만 한다. 또한, 기판 (11) 은 유리, 석영 유리, 폴리프로필렌 (PP), 폴리에틸렌 (PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET), 폴리카보네이트 (PC), 폴리이미드 (PI) 와 같은 투명 기판이어야만 한다. 또한, 도 8(f) 의 경우에는, 소스 전극·드레인 전극 (12a) 은 ITO 나 PEDOT : PSS 와 같은 투명 도전막이거나, 극박이고 반투명인 금속 박막이어야만 한다.
다음으로, 검사의 실시예에 대해서 설명한다.
[실시예]
도 9 에 나타내는 바와 같이, 검사 장치로서의 CMS 이미징 장치 (40) 는, 할로겐 광원 (15) 과, 광 파이버 (16) 와, 색 유리 필터 (17) 와, 광학 렌즈계 (18) 와, CCD 카메라 (모노크롬) (20) 와, CCD 카메라의 촬영 화상을 일시적으로 보존하는 버퍼 메모리 (21) 와, 제어용 PC (22) 와, 펑션 제너레이터 (30) 로 구성된다. 광학계의 전환에 의해서 반사 이미지와 투과 이미지의 양방의 촬영이 가능하다.
CCD 카메라 (20) 는 300 ∼ 1100 ㎚ 의 파장 범위에서 감도를 갖고, 프레임 레이트가 30 fps 이며, 디지털 출력이 16 bit 이다.
버퍼 메모리 (21) 는 카메라 (20) 의 촬영 속도와 동일한 속도로 화상의 고속 보존이 가능하고, 용량은 4 GB 이다.
여기서 사용한 유기 박막 트랜지스터 (10) 는 BGBC 형이고, 도 8(a) 를 적절히 참조하면서 아래와 같이 제작되었다. 즉, 가로세로 10 ㎜ 의 석영 유리 기판 (11) 에 밀착층으로서 크롬을 0.3 ㎚ 증착한 후, 금과 알루미늄을 각각 6 ㎚ 와 1 ㎚ 증착하여 반투명인 게이트 전극 (12b) 을 형성한다. 이 위에 스핀 코트에 의해서 불소계 폴리머의 CYTOP (아사히 가라스사 제조) 400 ㎚ 를 게이트 절연막 (13) 으로서 부여하고, 120 도에서 30 분간 가열하여 용제를 휘발시켰다. 다음으로, 밀착층으로서 크롬을 0.3 ㎚ 증착한 후, 금을 30 ㎚ 증착하여 소스·드레인 전극 (12a) 을 형성하였다. 또한, 질소 분위기 하에서, 폴리머형 반도체의 P3HT 를 트리클로로벤젠에 녹인 용액 (농도 0.1 wt％) 을 15 ㎕ 적하하고, 그 위로부터 폴리디메틸실록산 (PDMS) 의 시트를 씌움으로써 용액을 균일하게 젖어 퍼지게 하고, PDMS 시트가 트리클로로벤젠을 흡수한 후에 PDMS 시트를 벗김으로써, 균일한 P3HT 로 이루어지는 유기 반도체 박막 (10a) 을 형성하였다. 마지막으로, 100 도에서 30 분간 가열하였다. 이러한 순서에 의해서, 단일 소자의 유기 TFT 소자 (10) 와 5 × 5 개의 TFT 소자 (10) 로 이루어지는 TFT 어레이 (1) 의 2 종류를 제작하였다.
[CMS 이미징 측정]
다음의 순서로 CMS 이미징 측정을 행하였다. 즉, 도 9 에 나타내는 바와 같이, TFT 어레이 (1), 또는, 유기 TFT 소자 (10) (언급이 없는 한, 편의적으로, 간단히 「유기 TFT 소자 (10)」라고 칭한다.) 를 광학 렌즈계 (18) 의 앞에 배치하고, 광학 렌즈계 (18) 를 조절하여 유기 TFT 소자 (10) 의 유기 반도체 박막 (10a) 에 핀트를 맞추고, 유기 TFT 소자 (10) 의 배면으로부터 할로겐 광원 (15) 으로부터의 광을 조사하였다. 이 때, 도 6 에 나타낸 바와 같이, P3HT 는 620 ㎚ 를 경계로 -ΔT/T 의 부호가 역전되기 때문에, 색 유리 필터 (17) 를 사용하여 630 ㎚ 이상의 근적외광만을 조사하고, -ΔT/T 를 상쇄시키지 않도록 하였다.
다음으로, 도 10(a) 에 나타내는 바와 같이, 단일한 유기 TFT 소자 (10) 의 경우에는 소스와 드레인을 단락시키고, 이 전극 (12a) 과 게이트 전극 (12b) 사이에 펑션 제너레이터 (30) 를 사용하여 15 ㎐ 의 반복 주기로 -30 V 와 0 V 의 전압을 가한다. 이로써, 캐리어 축적 상태 (캐리어 밀도 = 8 × 1011 ㎝-2) 와 캐리어 공핍 상태를 반복하여 발생시켰다.
한편, 도 10(b) 에 나타내는 바와 같이, 5 × 5 의 TFT 어레이 (1) 의 경우에는, 전체 TFT 소자 (10) 의 소스와 드레인을 단락시킨 전극 (12a) 과, 전체 TFT 소자 (10) 의 게이트를 단락시킨 전극 (12b) 사이에, 펑션 제너레이터 (30) 를 사용하여 15 ㎐ 의 반복 주기로 -30 V 와 0 V 의 전압을 가하였다.
도 11 에 나타내는 바와 같이, 펑션 제너레이터 (30) 로부터 게이트 전압의 2 배의 반복 주기 (30 ㎐) 의 트리거를 CCD 카메라 (20) 에 입력하고, 게이트 전압이 -30 V 와 0 V 상태에서 각각 촬영을 행하였다. 노광 시간은 1 ㎳ 로 하였다.
각 주기로 촬영된 화상을 버퍼 메모리 (21) 에 보존하고, 측정 종료 후, 버퍼 메모리 (21) 의 화상을 PC (22) 로 전송하였다. PC (22) 상에서, 각 주기에서 촬영한 게이트 전압이 -30 V 와 0 V 상태인 화상의 차분을 취하고, 그 차분을 전체 주기에 걸쳐서 적산, 평균화함으로써 차 (CMS) 이미지를 얻었다.
도 12(a) 에는 TFT 소자 (10) 의 광학 현미경 이미지, (b) 에는 10 분간의 화상 적산에 의해서 얻은 차 이미지를 나타냈다. 게이트 전극 (12b) 상에서만 축적 캐리어에 의한 투과율의 변화가 보였다. 이것은, 게이트 전극 (12b) 의 상측에 있는 유기 반도체 박막 (10a) 에만 캐리어가 축적되기 때문이다.
또한, 도 12(c) 에는 펑션 제너레이터 (30) 로부터의 출력 전압을 작게 했을 경우 (게이트 전압이 -0.01 V 와 0 V 상태인 화상의 차분) 의 차 이미지를 나타냈다. 콘트라스트가 소실되어 있는 점에서, 도 12(b) 에서 축적 캐리어를 검출할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 차 이미지의 RMS 노이즈는 적산 횟수를 증가시킬 때마다 저하되고, 10 분 이상의 적산으로 2 × 10- 4 까지 저하된다. 이것은, 10 분 정도의 적산으로 10-4 오더의 광 투과율의 변화율 -ΔT/T 를 검출할 수 있는 것을 의미한다.
이러한 실시예에서는, 15 ㎐ 의 반복 주기로 측정을 행했지만, 보다 빠른 반복 주기로 측정을 행하면 보다 짧은 시간에 선명한 차 이미지를 얻을 수 있다.
도 14(a) 에는 5 × 5 의 TFT 어레이 (1) 의 광학 현미경 이미지, (b) 에는 10 분간의 화상 적산에 의해서 얻은 차 이미지를 나타냈다. P1 및 P2 의 2 개의 TFT 소자 (10) 에 있어서 차 이미지가 나타나지 않는다. 이것은, 이러한 2 개의 TFT 소자 (10) 에 결함이 있는 것을 의미한다. 실제로, 도 14(a) 의 광학 현미경 이미지로부터 2 개의 TFT 소자 (10) 에는 게이트의 배선에 단선이 있었다.
이상과 같이, 이미징 장치 (40) 를 사용함으로써, TFT 소자 (10) 뿐만 아니라, TFT 어레이 (1) 에 포함되는 TFT 소자 (10) 에 대해서도 단선 결함을 신속히 검출하는 것이 가능해진다.
본 실시예에서는, 축적 캐리어 밀도가 낮은, 예를 들어 1011 ㎝-2 오더여도 TFT 어레이 (1) 에 대해서 고속·고감도로 결함이 있는 TFT 소자 (10) 를 검출하는 것이 가능해진다. 또한, TFT 어레이 (1) 를 구성하는 각 TFT 소자 (10) 의 출력 특성·응답 속도의 편차도 이미징하는 것이 가능해진다.
이상으로, 본 발명에 의한 실시예 및 이에 기초하는 변형예를 설명했지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것이 아니고, 당업자이면, 본 발명의 주지 또는 첨부된 특허청구범위를 일탈하지 않고, 여러 가지 대체 실시예 및 개변예를 찾아낼 수 있을 것이다.
1 : TFT 어레이
10 : 유기 TFT 소자
10a : 유기 반도체 박막
12a : 소스·드레인 전극
12b : 게이트 전극
13 : 게이트 절연막
15 : 광원
16 : 광 파이버
17 : 색 유리 필터
18 : 광학 렌즈계
20 : 카메라
21 : 버퍼 메모리
22 : 컴퓨터
30 : 펑션 제너레이터

Claims (10)

  1. 유기 반도체 박막 트랜지스터 (TFT) 어레이를 광학적으로 촬상하여 검사하는 방법으로서, 각 유기 TFT 에 있어서 소스와 드레인을 단락시키고, 이것과 게이트 사이에 소정 주기로 전압을 온·오프시킴과 함께, 단색 광을 조사하면서 상기 소정 주기에 동기시켜 전압의 인가 전후의 촬상을 행하여, 이 차 이미지를 얻는 것을 특징으로 하는 유기 TFT 어레이의 검사 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차 이미지의 복수를 적산 처리하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 TFT 어레이의 검사 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유기 TFT 에 대응하는 부분마다의 상기 차 이미지의 콘트라스트 차로부터 각 유기 TFT 의 개체 차를 검사하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 TFT 어레이의 검사 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 소정 주기를 변화시켜 상기 차 이미지를 얻고, 각 유기 TFT 의 응답 속도 차를 검사하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 TFT 어레이의 검사 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 촬상은 상기 전압의 온 및 오프의 각각과 소정 시간만큼 경과 후에 개시시킴과 함께, 상기 소정 시간을 변화시켜 상기 차 이미지를 얻고, 각 유기 TFT 의 응답 속도 차를 검사하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 TFT 어레이의 검사 방법.
  6. 유기 반도체 박막 트랜지스터 (TFT) 어레이를 광학적으로 촬상하여 검사하는 검사 장치로서,
    각 유기 TFT 에 있어서 소스와 드레인을 단락시키고, 이것과 게이트 사이에 소정 주기로 전압을 온·오프시키는 펑션 제너레이터와,
    단색 광을 조사하는 광원과,
    상기 소정 주기에 동기시켜 전압의 인가 전후의 촬상을 행하는 촬상 장치와,
    상기 전압의 인가 전후의 차 이미지를 얻는 화상 해석 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 TFT 어레이의 검사 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 화상 해석 장치는, 상기 차 이미지의 복수를 적산 처리하는 적산 처리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 TFT 어레이의 검사 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 화상 해석 장치는, 상기 유기 TFT 에 대응하는 부분마다의 상기 차 이미지의 콘트라스트 차로부터 각 유기 TFT 의 개체 차를 검사하는 개체 차 검사 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 TFT 어레이의 검사 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 펑션 제너레이터에 의해서 상기 소정 주기를 변화시켜 상기 차 이미지를 부여하는 제어 수단을 추가로 포함하고, 상기 화상 해석 장치는, 각 유기 TFT 의 응답 속도 차를 검사하는 응답 속도 차 검사 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 TFT 어레이의 검사 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전압의 온 및 오프의 각각과 소정 시간만큼 경과 후에 상기 촬상을 개시시켜 상기 차 이미지를 부여하는 제어 수단을 추가로 포함하고, 상기 화상 해석 장치는, 각 유기 TFT 의 응답 속도 차를 검사하는 응답 속도 차 검사 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 TFT 어레이의 검사 장치.
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