JP4957442B2 - アレイ検査装置およびプローバフレームの傾斜補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、アレイ検査装置およびプローバフレームの傾斜補正方法に関し、特にアレイ検査における傾き補正に関する。

複数の素子がアレイ状に配列された電子デバイスとして、例えば液晶デバイスや有機ＥＬデバイス等がある。これら電子デバイスでは、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をアレイ状に配列した構成としている。例えば液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）では、液晶基板にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をアレイ状に配列している。

ＴＦＴを用いて構成される液晶ディスプレイは、ＴＦＴ及びピクセル電極が形成された一方のガラス基板と対向電極が形成された他方のガラス基板との間に液晶を流しこんだ液晶パネルを基本構造としている。

ＴＦＴ及びピクセル電極が形成されたガラス基板（以下「ＴＦＴ基板」という。）の検査においては、電子線の電圧コントラスト技術を用いることによって、非接触で基板上の各ピクセルの状態を判定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。電圧コントラスト技術を用いたＴＦＴアレイ検査装置では、検査されるＴＦＴ基板は高真空室内に搬送され、ステージ上に配置された状態において検査信号が印加され、このときに電圧状態を検出することでＴＦＴアレイ検査が行われる。

このようなアレイ検査装置は、電子線発生源、二次電子検出器、アレイ基板を支持すると共にθ方向、ＸＹ方向に移動するステージ等を備える。電子線発生源は、基板のアレイに電子線を照射し、二次電子検出器は電子線照射によって発生した二次電子を検出する。二次電子検出器は、二次電子の検出量に基づいてアレイの電圧波形に対応した波形を表わす信号をデータ処理手段（コンピュータシステム等）に出力する。データ処理手段は、二次電子検出器の出力信号を解析して、アレイの欠陥の有無や欠陥の内容を検査する。

アレイ検査装置では、ＴＦＴアレイ等のアレイ素子を電気的に駆動しながら、電気的検査を行う。このとき、アレイ基板上のアレイ素子を電気的に駆動するために、基板上に設けられた電極に検査信号を供給する。この検査信号を供給するために、プローバピンと呼ばれる金属製の針を、基板上の電極と機械的に接触させる。このプローバは、プローバフレームと呼ばれる機械的なフレーム部材に取り付けられている。

プローバフレームは検査装置内の所定位置に設置され、機械的に上下動する昇降機構によって、アレイ基板の電極と電気的に接触させている。

図７のフローチャート、および図８，９の概略図は、従来のプローバフレームの動作を説明するものである。図８は平面図を示し、図９は斜視図を示している。

検査装置は、回転および二次元方向に移動する検査ステージを備え、この検査ステージによってアレイ基板とプローバフレームとの位置合わせ（アライメント）を行った後、プローバフレームを下降させて、プローバピンをアレイ基板の電極に電気的に接触させている。

検査ステージは、回転移動するθステージと、二次元方向に並進移動するＸＹステージとを備える。はじめに、検査装置内に搬入したアレイ基板をθステージ上に載置した後（図８（ａ），図９（ａ），（Ｓ１０１））、θステージによる回転移動と、ＸＹステージによる二次元方向の並進移動とによって、アレイ基板とプローバフレームとの位置合わせ（アライメント）を行う（図９（ｂ），（Ｓ１０２））。

この後、電子線発生源から発生した電子線の一方向（例えばＸ方向）に振らせると共に、ＸＹステージを前記方向と直交する方向（例えばＹ方向）に並進移動させることによって電子線をアレイ基板上で走査させ、基板上のアレイを検査する（図８（ｃ），（Ｓ１０３））。
米国特許第５，９８２，１９０号明細書

従来のアレイ検査装置では、プローバフレームは検査装置内に機械的に取り付けられている。そのため、検査ステージのＸＹ方向をアレイ検査装置内での基準方向とすると、検査ステージのＸＹ方向とプローバフレームのＸＹ方向との取り付け精度は、プローバフレームを検査装置内に取り付けた際の機械的取り付け精度に依存し、プローバフレームのＸＹ方向は検査ステージのＸＹ方向に対してある角度を有して傾いた状態で取り付けられることになる。図１０（ｂ）はこのプローバフレームのＸＹステージに対して傾いた状態を示している。

この傾き角は微小角ではあるが、検査精度上で無視できない大きさとなる場合があり、検査対象の基板のサイズが大きくなるほど大きく影響することになる。

このプローバフレームのＸＹステージに対する傾きは、基板とプローバフレームとのアライメントを採って、基板の電極にプローバピンを電気的に接触させた後は、基板をＸＹステージに対して傾斜した状態でセットされる。このように、基板が傾斜した状態のままでＸＹステージを駆動すると、電子線を一方向に振らせることによる走査方向と、基板のアレイ配列方向との間にずれが生じ、電子線のアレイに対する照射位置にずれが発生して、検査の位置精度が低下するという問題がある。

従来の構成において、θステージを用いることによって、ＸＹステージに対してθステージ上に載置したアレイ基板の角度を補正することは、例えばアライメント工程等で可能である。しかしながら、このアライメント工程では、θステージ上のアレイ基板の角度の補正は可能であるが、θステージとプローバフレームとは機械的に繋がった状態にないため、プローバフレームについては角度補正を行うことはできない。

そこで、本発明は上記課題を解決し、アレイ検査装置において、アレイ基板とプローバフレームとのアライメントが完了した状態でプローバフレームの角度補正を行うことを目的とする。

本発明のアレイ検査装置は、検査対象アレイに電子線を走査して照射し、この照射電子線によってアレイから放出される二次電子を検出することによりアレイ検査を行うアレイ検査装置において、検査対象アレイを載置し、Ｚ軸方向を回転軸として回転自在とするθステージと、θステージを上方に支持し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の２次元方向に移動自在とするＸＹステージと、θステージ上に配置され、検査対象アレイ基板の電極と接触するプローバピンを有するプローバフレームと、プローバフレームをＺ軸方向に移動自在とし、プローバピンとθステージ上に載置した検査対象アレイ基板の電極に対して接触と分離を行う昇降機構と、プローバフレームをθステージ上に保持する保持機構とを備える。本発明のθステージは、保持機構によって検査対象アレイ基板とプローバフレームとの相互の位置関係を維持した状態でθ方向の位置合わせを行う。

また、本発明のプローバフレームの傾斜補正方法は、検査対象アレイに電子線を走査して照射し、当該照射電子線によってアレイから放出される二次電子を検出することによりアレイ検査を行うアレイ検査において、（ａ）θステージ上に検査対象アレイを載置する工程、（ｂ）θステージをＸＹステージに対してＺ軸方向を回転軸とする回転動作と、ＸＹステージのＸ軸方向およびＹ軸方向の２次元方向の並進動作との少なくとも何れか一つの動作によって、検査対象アレイをプローバフレームに対して位置合わせする工程、（ｃ）プローバフレームをＺ軸方向に移動させ、プローバフレームのプローバピンとθステージ上に載置した検査対象アレイ基板の電極を接触させる工程、（ｄ）プローバフレームをθステージ上に検査対象アレイと共に保持する工程、（ｅ）θステージの回転動作によって、プローバフレームをＸＹステージ上のＸＹ方向に対して、プローバフレームと検査対象アレイとの相互の位置関係を維持した状態で位置合わせする工程を含む。

本発明のプローバフレームの傾斜補正方法によって、プローバフレームをＸＹステージ上のＸＹ方向に対して角度補正を行った後、ＸＹステージの並進動作によって、θステージ上のプローバフレームと検査対象アレイとを移動させて電子線を走査させてアレイ検査を行う。

本発明は、保持機構がプローバフレームをθステージ上に保持することによって、検査対象アレイ基板とプローバフレームとの相互の位置関係を保持して状態でθステージを回転動作させて、プローバフレームの角度ずれを補正する。また、この角度ずれ補正において、アレイ基板とプローバフレームとの相互の位置関係を保持したままで、プローバフレームをＸＹステージのＸＹ方向に位置合わせすることができる。

本発明のアレイ検査装置によれば、アレイ基板とプローバフレームとのアライメントが完了した状態でプローバフレームの角度補正を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。なお、アレイ検査装置が検査対象とするアレイを有する基板は、液晶基板等のＴＦＴ基板の他、有機ＥＬの基板、半導体基板など各種の基板に適用することができる。

図１は、アレイ検査装置１の概略構成を説明するための図である。図１において、アレイ検査装置１は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の２次元方向で並進移動するＸＹステージ２と、Ｚ軸方向を回転軸として回転移動するθステージ３を含む検査ステージと、θステージ３の上に載置した検査対象のアレイ基板（図１には示していない）の電極と電気的に接触するプローバピンを有するプローバフレーム８と、このプローバフレーム８をＺ軸方向に上下動し、プローバピンとアレイ基板の電極との電気的な接触と分離を行う昇降機構４と、θステージ３上にプローバフレーム８を保持する保持機構５と、θステージ３の上に載置した検査対象のアレイ基板に電子線を照射して走査する電子線源６と、照射電子線によってアレイから放出された二次電子を検出する二次電子検出器７とを備える。

ＸＹステージ２はＸＹステージ駆動部１２によって駆動され、θステージ３はθステージ駆動部１３によって駆動され、プローバ昇降機構４はプローバ昇降駆動部１４によって駆動され、保持機構５は保持機構駆動部１５によって駆動され、各駆動部は制御部１１によって駆動制御が行われる。

また、電子線源６は駆動走査部１６によって電子線の発生と走査が行われ、二次電子検出器７で検出された検出信号は検出部１７によって信号処理される。プローバフレーム８には、検出信号供給部１８から検査信号が供給され、プローバピンとアレイ基板の電極（図１には示していない）との電気的接触を通して、アレイ基板の各アレイが駆動される。

アレイ基板上への電子線の走査は、電子線源６による電子線の走査と、ＸＹステージ２の並進移動との組み合わせによって行うことができる。例えば、ＸＹステージ２によって、θステージ３上に載置するアレイ基板をＹ方向に移動させながら、電子線源６によって電子線をＸ方向に振らせることで、電子線をＸＹ方向に走査することができる。

二次電子検出器７の検出信号を信号処理する検出部１７は、例えば、二次電子検出器で検出された検出信号を入力するアナログ入力部と、検出信号のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部で変換したデジタル信号に基づいてアレイ欠陥判定を行うデジタル信号処理部を備える構成とすることができる。

電子線源６は検査対象のアレイ基板に電子線を照射する。この電子線の照射は、電子線やアレイ基板を移動させることによって、アレイ基板上のアレイを走査することができる。

電子線が照射されたアレイは二次電子を放出する。このとき、放出される二次電子の電子量は、そのアレイの電圧状態に応じる。二次電子検出器７はこの二次電子を検出する。二次電子量とアレイの電圧状態とは関連性があるため、検出した二次電子量から電圧波形を求め、検出した電圧波形と正常状態において検査信号を印加した際に検出される電圧波形とを比較する。この電圧波形を比較することによって、基板の欠陥検査を行う。

制御部１１は、ＸＹステージ駆動部１２，θステージ駆動部１３，プローバ昇降部１４，保持機構駆動部１５を制御して、プローバピンとアレイ基板の電極とのアライメント動作および電気的な接触動作、プローバ８のθステージ３への保持動作、プローバ８およびアレイ基板のＸＹステージ２に対する角度ずれ補正動作等の各動作を行うことによってアレイ基板を走査するための前処理を行った後、検査処理供給部１８からプローバ８に検出信号を供給してアレイを駆動しながら、ＸＹステージ駆動１２および駆動走査部１６を駆動してアレイ上に電子線を走査する。制御部１１は、上記各制御をＣＰＵに実行させるプログラムを備える構成とすることができる。また、制御部１１は、角度ずれを補正する補正データを記憶しておき、この補正データに用いてθステージ駆動部１３を駆動してθステージ３を回転動作させることによって、プローバ８のＸＹステージ２に対する角度ずれを補正する。

補正データは、例えばプローバ８に設けたマークを撮像して画像を取得し、この画像からプローバ８のＸＹステージ２に対する角度を求めることで取得することができる。

以下、図２のフローチャート、図３〜図６の概略図を用いて、本発明のアレイ検査装置の動作を説明する。図３，４は平面図を示し、図５，６は斜視図を示している。

本発明のアレイ検査装置１は、回転および二次元方向に移動する検査ステージを備え、この検査ステージによってアレイ基板とプローバフレームとの位置合わせ（アライメント）を行った後、プローバフレームを下降させて、プローバピンをアレイ基板の電極に電気的に接触させ、さらに、プローバフレームのＸＹステージに対する角度ずれによる傾斜をθステージの回転によって補正し、その後プローバフレームを並進移動させながら電子線を振ることでアレイ基板上を走査させる。

図３（ａ）および図５（ａ）は、検査装置内にアレイ基板を搬入する前の状態を示し、ＸＹステージ２とθステージ３を有する検査ステージと、その上方に設置されるプローバフレーム８を備える。

プローバフレーム８は、検査装置に対してＸＹ方向の位置を固定した状態で設置され、プローバ昇降部４によってＺ軸の上下方向に昇降自在としている。プローバフレーム８の検査装置に対して、取り付け精度等によってＸＹ座標に対して角度ずれΔθoを有して設置されている。また、ＸＹステージ２は検査装置のベースに対して設置され、ＸＹステージ２上のＸＹ座標は検査装置のＸＹ座標を基準としている。そのため、検査ステージ上に配置したプローバフレーム８は、ＸＹステージ２のＸＹ座標に対して角度ずれΔθoを有し、傾斜した状態で設置されることになる。図３（ａ）において、プローバフレーム８のＸＹステージ２に対する角度ずれΔθoを示している。なお、図は説明のために角度ずれΔθoを実際のずれ角度よりも大きな角度で示している。また、傾斜方向も一例に過ぎない。

はじめに、アレイ基板２０を検査装置内に搬入し、検査装置内のθステージ３上に載置する（図３（ｂ），図５（ｂ），（Ｓ１））。θステージ３上に載置されたアレイ基板２０は、θステージ３に対して、ＸＹ方向およびθ方向で位置ずれ（Δｘ，Δy）および角度ずれ（Δθo）を有して配置される。

この位置ずれおよび角度ずれは、θステージ３による回転移動と、ＸＹステージ２による二次元方向の並進移動とによって、プローバフレーム８に対してアレイ基板２０を位置合わせ（アライメント）することで解消する（図４（ａ），図５（ｃ），（Ｓ２））。

このアライメントによって、アレイ基板２０はプローバフレーム８に対して位置が正されるが、プローバフレーム８自体が検査装置（ＸＹステージ２）に対して有している角度ずれΔθoはそのまま維持されている。

そのため、電子線の走査動作において、角度ずれΔθoを有した状態のままでＸＹステージ２を並進移動させると、電子線の走査位置とアレイ基板２０上のピクセルとの間にずれが生じる要因となる。

そこで、本発明は、プローバ昇降機構を駆動してプローバフレーム８を、アライメントが終了したアレイ基板２０の上に下降させ（図６（ａ））、プローバフレーム８のプローバピン８ａとアレイ基板２０の電極２０ａとを電気的に接触させ（図６（ｂ））、この状態のプローバフレーム８とアレイ基板２０とをθステージ３に対して保持機構５によって保持させる。保持機構５はプローバフレーム８とアレイ基板２０とをθステージ３に一体で保持するため、θステージ３を回転動作させると、プローバフレーム８とアレイ基板２０とはＸＹステージ２に対して、アライメントして位置合わせしたプローバフレーム８とアレイ基板２０とを一体で回転移動させることができる。

θステージ２は、プローバフレーム８の角度ずれΔθoを解消する方向および角度分だけθステージ２を回転移動させ、これによって傾き補正を行う（図４（ｂ），図６（ｃ），（Ｓ４））。

この後、電子線発生源から発生した電子線の一方向（例えばＸ方向）に振らせると共に、ＸＹステージを前記方向と直交する方向（例えばＹ方向）に並進移動させることによって電子線をアレイ基板上で走査させ、基板上のアレイを検査する（図４（ｃ），（Ｓ５））。

図１０（ａ）は、角度ずれΔθoの傾き補正を行った後の状態を示している。傾き補正を行うことによって、プローバフレーム８のＸＹ方向とＸＹステージ２のＸＹ方向とが一致する。これによって、走査線はアレイ基板２０のピクセル２１とずれることなく走査することができる。

傾き補正は、予め角度ずれΔθoあるいはこの角度ずれΔθoを補正するデータを求めてメモリ等に格納しておき、制御手段はメモリから角度ずれΔθoのデータあるいは補正データを読み出し、このデータに基づいてθステージ駆動部１３を制御してθステージ３を駆動することで行うことができる。

本発明のアレイ検査装置は、液晶のＴＦＴ基板の検査に限らず、半導体基板に形成されたアレイの欠陥検査に適応することができる。

本発明のアレイ検査装置の概略構成を説明するための図である。 本発明のアレイ検査装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明のアレイ検査装置の動作を説明するための概略平面図である。 本発明のアレイ検査装置の動作を説明するための概略平面図である。 本発明のアレイ検査装置の動作を説明するための概略斜視図である。 本発明のアレイ検査装置の動作を説明するための概略斜視図である。 従来のアレイ検査装置の動作を説明するためのフローチャートである。 従来のアレイ検査装置の動作を説明するための概略平面図である。 従来のアレイ検査装置の動作を説明するための概略斜視図である。 プローバフレームのＸＹステージに対する傾きを説明するための図である。

符号の説明

１…アレイ検査装置、２…ＸＹステージ、３…θステージ、４…プローバ昇降部、５…保持機構、６…電子線源、７…二次電子線検出器、８…プローバフレーム、８ａ、１０８ａ…プローバピン、１１…制御部、１２…ＸＹステージ駆動部、１３…θステージ駆動部、１４…プローバ昇降駆動部、１５…保持機構駆動部、１６…駆動走査部、１７…検出部、１８…検査信号供給部、２０、１２０…アレイ基板、２０ａ、１２０ａ…電極、２１、１２１…ピクセル、１０２…ＸＹステージ、１０３…θステージ、１０８…プローバフレーム。

Claims (4)

1. 検査対象アレイに電子線を走査して照射し、当該照射電子線によってアレイから放出される二次電子を検出することによりアレイ検査を行うアレイ検査装置において、
   検査対象アレイを載置し、Ｚ軸方向を回転軸として回転自在とするθステージと、
   前記θステージを上方に支持し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の２次元方向に移動自在とするＸＹステージと、
   前記θステージ上に配置され、検査対象アレイ基板の電極と接触するプローバピンを有するプローバフレームと、
   前記プローバフレームをＺ軸方向に移動自在とし、プローバピンとθステージ上に載置した検査対象アレイ基板の電極に対して接触と分離を行う昇降機構と、
   前記プローバフレームを前記θステージ上に保持する保持機構とを備え、
   前記θステージは、保持機構によって検査対象アレイ基板とプローバフレームとの相互の位置関係を維持した状態でθ方向の位置合わせを行うことを特徴とする、アレイ検査装置。
2. θステージの補正データを格納する記憶手段を有し、前記θステージは記憶手段から読み出した補正データに基づいてθ方向の位置合わせを行うことを特徴とする、請求項１に記載のアレイ検査装置。
3. 前記記憶手段は、複数のプローバフレームの位置に応じた補正データを格納し、前記θステージは記憶手段から読み出した複数の補正データに基づいて、プローバフレームの各位置においてθ方向の位置合わせを行うことを特徴とする、請求項２に記載のアレイ検査装置。
4. 検査対象アレイに電子線を走査して照射し、当該照射電子線によってアレイから放出される二次電子を検出することによりアレイ検査を行うアレイ検査において、
   θステージ上に検査対象アレイを載置する工程と、
   前記θステージをＸＹステージに対してＺ軸方向を回転軸とする回転動作と、ＸＹステージのＸ軸方向およびＹ軸方向の２次元方向の並進動作との少なくとも何れか一つの動作によって、検査対象アレイをプローバフレームに対して位置合わせする工程と、
   前記プローバフレームをＺ軸方向に移動させ、プローバフレームのプローバピンとθステージ上に載置した検査対象アレイ基板の電極を接触させる工程と、
   前記プローバフレームをθステージ上に検査対象アレイと共に保持する工程と、
   前記θステージの回転動作によって、プローバフレームをＸＹステージ上のＸＹ方向に対して、プローバフレームと検査対象アレイとの相互の位置関係を維持した状態で位置合わせする工程と、
   ＸＹステージの並進動作によって、θステージ上のプローバフレームと検査対象アレイとを移動させて電子線を走査させることを特徴とするプローバフレームの傾斜補正方法。