專利名稱：大平面構(gòu)圖介質(zhì)的高通量檢測(cè)方法和裝置的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及利用光學(xué)技術(shù)對(duì)平面構(gòu)圖介質(zhì)的檢測(cè)。更具體地，本發(fā)明涉及諸如薄膜晶體管(TFT)陣列(液晶平板顯示器(LCD)的主要部件)的大的平面構(gòu)圖介質(zhì)的自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)。盡管本發(fā)明可應(yīng)用于任何平面的、周期性構(gòu)圖的介質(zhì)的檢測(cè)的一般情況，但本發(fā)明對(duì)于TFT陣列在其不同制造階段的高通量的聯(lián)機(jī)檢測(cè)是尤為有用的。
在LCD面板的制造中，大塊的透明薄玻璃板被用作襯底以用于通過淀積各種材料層而形成可以起到多個(gè)可分離的、相同的顯示板的作用的電路。這種淀積通常由多個(gè)階段完成，在每個(gè)階段中，特定的材料(如金屬、氧化銦錫(ITO)、硅、無定形硅等)被淀積在與預(yù)定圖案依附在一起的前面的層上(或空的玻璃襯底上)。每個(gè)階段包括不同的步驟，如淀積、掩膜、蝕刻和脫膜。
在每一階段及每一階段的不同步驟中，可能會(huì)出現(xiàn)許多產(chǎn)品缺陷，這些缺陷將對(duì)最終LCD產(chǎn)品的性能產(chǎn)生電子的和/或視覺的影響。這些缺陷包括但不限于短路、開路、雜質(zhì)顆粒、錯(cuò)誤淀積、特性尺寸問題以及過度蝕刻和欠蝕刻。如圖1所示，最普通的缺陷包括進(jìn)入ITO112的金屬凸起110、進(jìn)入金屬116的ITO凸起114、所謂的“缺口(mouse-bite)”118、開路120、晶體管124中的短路122以及雜質(zhì)顆粒126。
在特定的應(yīng)用領(lǐng)域，例如在TFT LCD面板檢測(cè)中，受檢測(cè)的顆粒缺陷很小(小于幾個(gè)微米)，因此需要有苛刻的缺陷檢測(cè)極限。
然而，僅僅進(jìn)行缺陷檢測(cè)是不夠的。檢測(cè)出的缺陷還必須被分類為過程缺陷，也就是較小的瑕疵，它不會(huì)破壞最終產(chǎn)品性能而是對(duì)陣列制造過程偏離最優(yōu)條件的一個(gè)早期指示；可修復(fù)的缺陷，其可被修復(fù)以提高陣列制造產(chǎn)量；最終致命缺陷，其使TFT陣列喪失了進(jìn)一步使用的能力。
在任何常規(guī)AOI系統(tǒng)中，通常在多個(gè)關(guān)鍵特性(如光學(xué)掃描分辨率、間歇時(shí)間、檢測(cè)極限和成本)之間進(jìn)行折衷。這些特性確定了AOI裝置的應(yīng)用類型或用途。通常，通過折衷其他的特性，某一特性可被優(yōu)化或提高。例如AOI系統(tǒng)分辨率可被提高，結(jié)果提高了檢測(cè)極限(更小的可檢測(cè)缺陷)。但這種提高對(duì)完成系統(tǒng)檢測(cè)所需的時(shí)間(間歇時(shí)間)或系統(tǒng)成本都有負(fù)面的影響。相反地，對(duì)不同類型的應(yīng)用來說，可通過降低系統(tǒng)的分辨率來放松檢測(cè)極限(較大的可檢測(cè)缺陷)，由此獲得較短的間歇時(shí)間并降低系統(tǒng)成本。
現(xiàn)有技術(shù)不能在可接受的代價(jià)下提供高的檢測(cè)靈敏度和與制造速度相匹配的間歇時(shí)間，從而導(dǎo)致LCD工業(yè)使用低性能、短間歇時(shí)間的系統(tǒng)作為聯(lián)機(jī)工具。更高檢測(cè)靈敏度的系統(tǒng)(通常要求長的檢測(cè)時(shí)間并與制造速度不諧調(diào))只能作為脫機(jī)工具使用，它只能檢測(cè)選定的TFT面板。這種檢測(cè)方法通常被稱為采樣操作模式。
AOI系統(tǒng)的操作分辨率對(duì)其成本有直接的影響。對(duì)短的間歇時(shí)間來說，成本幾乎隨操作分辨率的增加而成指數(shù)增長，因此，對(duì)在要求間歇時(shí)間較短的制造速度下的高通量聯(lián)機(jī)應(yīng)用來說，只有相對(duì)較低的分辨率對(duì)系統(tǒng)是可行的。
對(duì)于感興趣的應(yīng)用領(lǐng)域而言，傳統(tǒng)的AOI系統(tǒng)使用不同的圖案比較技術(shù)來檢測(cè)缺陷的存在和位置。這些方法很好地利用被檢測(cè)目標(biāo)的周期性特性并直接比較由圖案周期或它的倍數(shù)分開的區(qū)域。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到，先前的空間域圖像比較技術(shù)會(huì)受到象素化效應(yīng)(pixelation effect)的影響，這種效應(yīng)總會(huì)降低系統(tǒng)的檢測(cè)極限。象素化效應(yīng)(其經(jīng)常被解釋為圖像內(nèi)的噪聲)在其中發(fā)生圖像強(qiáng)度快速轉(zhuǎn)換的電路特征附近尤為顯著。這導(dǎo)致了錯(cuò)誤檢測(cè)或掩飾了合理的缺陷。由于希望檢測(cè)裝置在TFT陣列特征附近(如晶體管、數(shù)據(jù)以及門線的交叉處)具有最高的檢測(cè)靈敏度，因而這些效應(yīng)是非常不受歡迎的。象素化抑制方法(如那些主要基于子象素插值和近似技術(shù)的方法)被用作部分減輕這些缺點(diǎn)的工具。然而，這些方法不能滿足特定應(yīng)用領(lǐng)域的要求。
這些內(nèi)在的缺陷導(dǎo)致了開發(fā)者探討在因?yàn)橛糜诜治龅哪繕?biāo)圖像的數(shù)字化而引入象素化之前在光學(xué)領(lǐng)域?qū)捎^察到的周期性圖案進(jìn)行抑制的希望。眾所周知，例如，已獲得很好理解的透鏡特性是在透鏡的焦平面上形成目標(biāo)的兩維傅立葉光譜。在任何信號(hào)的數(shù)字化之前，傅立葉變換全部發(fā)生在光學(xué)領(lǐng)域。這為在光學(xué)、模擬模式下過濾圖像譜內(nèi)的周期性圖案帶來了機(jī)會(huì)。
光學(xué)過濾預(yù)先假定了放置在透鏡焦平面的合適的空間光調(diào)制器(SLM)的可用性，用以有選擇地削弱其內(nèi)形成的強(qiáng)度截面，從而在圖像平面內(nèi)產(chǎn)生改變的(經(jīng)過濾的)圖像。理想地是通過諸如電荷耦合器件(CCD)傳感器的圖像捕捉設(shè)備對(duì)最終圖像進(jìn)行數(shù)字化。在被檢測(cè)目標(biāo)具有周期性構(gòu)圖的表面的特定情況下，理想的焦平面強(qiáng)度截面被定義為有多個(gè)強(qiáng)度峰值的柵格。通過利用焦平面上的理想的專用過濾器來屏蔽輸出(mask out)這些峰值，則在保持非周期性信號(hào)成分(如由原始圖案內(nèi)的缺陷所導(dǎo)致的那些成分)的同時(shí)削弱圖像的周期性成分將是可以可預(yù)期的。
然而，這種的過濾器的成功高度依賴于焦平面上所放置的掩膜的多種性質(zhì)，如對(duì)比度、空間分辨率、光學(xué)質(zhì)量以及被高速重新編程的能力。這種缺乏合適技術(shù)來實(shí)現(xiàn)具有所需性能的SLM的情況致使光學(xué)傅立葉過濾原理在感興趣的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)無法實(shí)施。
AOI設(shè)備是由所要解決的各種問題來表征的。其大多數(shù)應(yīng)用方案都是基于空間域圖案比較技術(shù)，該技術(shù)通常與傳感器級(jí)象素或子象素精度對(duì)準(zhǔn)技術(shù)結(jié)合使用。
Levy等人的美國專利第4,579,455號(hào)中描述了一種對(duì)準(zhǔn)和圖案比較技術(shù)，其中一對(duì)7×7的窗口被考慮用于測(cè)試和參考圖像，并該窗口中大量可能的3×3子窗口中的誤差的平方和得到了計(jì)算。如果這25個(gè)組合的最小誤差數(shù)超過了一個(gè)閾值，就可以假定出現(xiàn)了缺陷。這種方法能夠補(bǔ)償?shù)陀趥鞲衅骷?jí)的對(duì)準(zhǔn)失配。
通過對(duì)Levy等人提出的方法的粗糙的對(duì)準(zhǔn)精度進(jìn)行爭辯，Specht等人的美國專利第4,805,123號(hào)中描述了一種用于缺陷檢測(cè)的改進(jìn)的對(duì)準(zhǔn)和比較技術(shù)。在這種技術(shù)中，測(cè)試和參考圖像中的大窗口被用于計(jì)算測(cè)試圖像與參考圖像之間的傳感器象素級(jí)相關(guān)性。結(jié)果采樣的相關(guān)表面的最小點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)，并且二次函數(shù)適合于該最小點(diǎn)附近的表面。利用該適合的二次函數(shù)，就可以獲得子象素精度轉(zhuǎn)換以對(duì)準(zhǔn)測(cè)試和參考圖像。通過對(duì)測(cè)試圖像和對(duì)準(zhǔn)的參考圖像上的2×2子窗口上的圖像差進(jìn)行閾值處理，可以對(duì)被對(duì)準(zhǔn)的圖像進(jìn)行比較。
人們也提出了多種對(duì)這些基礎(chǔ)技術(shù)的變換和改進(jìn)。例如，在Yolles等人的美國專利第5,907,628號(hào)中特別指出了使用這種采樣的相關(guān)表面來尋找最小值的缺點(diǎn)，并且辯稱由于對(duì)表面的粗糙采樣所以該點(diǎn)未必與真實(shí)的最小點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。因此，他們認(rèn)為后續(xù)的子象素插值步驟對(duì)改善被檢測(cè)的最小值的作用很小并且將會(huì)造成錯(cuò)誤的對(duì)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致檢測(cè)中的錯(cuò)誤報(bào)警。Yolles等人提出可以通過基于改進(jìn)的比較實(shí)體的精細(xì)的比較過程來緩解這些問題。
盡管基于圖案比較的設(shè)備已被成功地應(yīng)用在工業(yè)中用于特定應(yīng)用，但系統(tǒng)速度(間歇時(shí)間)和精度(缺陷檢測(cè)極限)之間的折衷已成為一個(gè)主導(dǎo)因素，該主導(dǎo)因素影響了所考慮到的基本極限。用于常規(guī)檢測(cè)方法的已出現(xiàn)的折衷限制了這些系統(tǒng)在同時(shí)要求速度和檢測(cè)靈敏度的制造速度下的大的平面構(gòu)圖介質(zhì)的高通量的聯(lián)機(jī)檢測(cè)中的使用。
所謂的光學(xué)傅立葉過濾(OFF)(也被稱為傅立葉空間過濾)是眾所周知的廣為理解的技術(shù)。使用OFF用于重復(fù)構(gòu)圖表面的缺陷檢測(cè)的嘗試可追溯到Watkins的標(biāo)題為“Inspection of integrated circuit photo mask withintensity spatial filter”(“利用強(qiáng)度空間過濾器檢測(cè)集成電路光掩膜”)的論文，其出版在IEEE學(xué)報(bào)第57卷第9號(hào)中(1969年9月)。該文中描述了這類空間過濾器的特性。隨后，Watkins等人的美國專利第4,000,949號(hào)的發(fā)明中描述了用于構(gòu)圖表面檢測(cè)的基本OFF的基礎(chǔ)方面。
隨著用來實(shí)現(xiàn)傅立葉空間過濾器的技術(shù)被證明在特定的應(yīng)用領(lǐng)域是可行的，許多貢獻(xiàn)緊隨而來。這些貢獻(xiàn)包括，例如，Lin等人的第4,806,774號(hào)美國專利，其中描述了用于微電路模檢測(cè)的基礎(chǔ)亮場照明傅立葉空間過濾裝置。以及Nishii等人的第5,383,056和5,627,678號(hào)美國專利，其中描述了具有良好特性的特殊透鏡結(jié)構(gòu)。在Galbraith等人的第5,276,498號(hào)美國專利中描述了用于高周期性半導(dǎo)體晶片檢測(cè)的傅立葉空間過濾器的另一種應(yīng)用。該被描述的系統(tǒng)被指定用于掃描一個(gè)合并了帶有不同光衍射圖案的兩個(gè)區(qū)域的表面。該表面被窄光束掃描。通過使用由多個(gè)光閥組成的兩個(gè)連續(xù)平臺(tái)(stage)從而實(shí)現(xiàn)了可編程SLM，其中每個(gè)平臺(tái)由形成為線性條帶的光閥的一維陣列組成，并且這兩個(gè)平臺(tái)相互橫向布置。
在Hendler等人的第5,506,676號(hào)美國專利中所提出的另一種系統(tǒng)考慮到了利用諸如微鏡設(shè)備的空間分離器來將透鏡焦平面信息的不同部分重定向到不同的光強(qiáng)傳感器以用于并行分析，并且該系統(tǒng)無需結(jié)合使用圖像捕獲設(shè)備。
其他公開了相關(guān)技術(shù)的美國專利包括Zhou的第6,490,393號(hào)美國專利，標(biāo)題為“Integrated optical multiplexerand demultiplexer for wavelength division transmission of information”(用于信息的波長分割傳輸?shù)募晒鈱W(xué)復(fù)用器和多路分離器)；Chuang等人的第6,137,570號(hào)美國專利，標(biāo)題為“System and method foranalyzing topological feature on a surface”(用于分析表面上的拓?fù)涮匦缘南到y(tǒng)及方法)；Fateley的第6,128,078號(hào)美國專利，標(biāo)題為“Radiation filter，spectrometerand imager using a micro-mirror array”(采用微鏡陣列的輻射過濾器、光譜儀以及成像器)；Holcomb的第6,084,671號(hào)美國專利，標(biāo)題為“Surface analysis usingGaussian beam profiles”(采用高斯波束截面的表面分析)；Yoshimura等人的第6,061,126號(hào)美國專利，標(biāo)題為“Detecting system forsurface form of obiect”(用于物體表面形態(tài)的檢測(cè)系統(tǒng))；Fateley的第6,046,808號(hào)美國專利，標(biāo)題為“Radiation filter，spectrometerand imager using a micro-mirror array”(采用微鏡陣列的輻射過濾器、光譜儀以及成像器)；Hendler等人的第5,966,212號(hào)美國專利，標(biāo)題為“High-speed，high-resolution，large area inspection using multiple optical Fourier transformcell”(采用多個(gè)光學(xué)傅立葉變換單元的高速、高分辨率、大面積檢測(cè))；和Tsai等人的第5,822,055號(hào)美國專利，標(biāo)題為“Optical inspection of aspecimen using multi-channel response from the specimen using bright anddarkfield detection”(通過亮和暗場檢測(cè)對(duì)使用來自樣本的多通道響應(yīng)的樣本進(jìn)行光學(xué)檢測(cè))。
盡管他們內(nèi)在的局限性導(dǎo)致了高的錯(cuò)誤報(bào)警率或通過放松閾值而使靈敏度受到限制，但傳統(tǒng)的圖案匹配技術(shù)在整個(gè)工業(yè)中仍保持為主流的檢測(cè)技術(shù)。這是由于抽樣處理的自身特征所致，它不試圖在制造速度下實(shí)現(xiàn)100％的檢測(cè)，并且不看重檢測(cè)系統(tǒng)的丟失缺陷率。然而，在制造速度下的高通量的聯(lián)機(jī)光學(xué)檢測(cè)的新興應(yīng)用領(lǐng)域受到更嚴(yán)的速度和精度的限制，而這些都是這種常規(guī)的系統(tǒng)在可行的成本下所不能實(shí)現(xiàn)的。
盡管OFF被考慮作為候選者以同時(shí)實(shí)現(xiàn)速度和檢測(cè)精度，但其應(yīng)用由于一系列的問題而尚未被認(rèn)為是可行的。隨著被檢測(cè)目標(biāo)缺陷的尺寸和對(duì)比度變小，精度、光學(xué)質(zhì)量和用作光學(xué)過濾器的掩膜圖案將變得至關(guān)重要。除非使用靜態(tài)掩膜(諸如照像膠片或全息光柵)或通過靜態(tài)或很難配置的機(jī)械系統(tǒng)，否則獲得這類質(zhì)量在過去是不可能的。靜態(tài)掩膜對(duì)目前考慮的應(yīng)用領(lǐng)域是不合適的，因?yàn)樵贏OI設(shè)備的正常操作期間，被檢測(cè)材料上的圖案通常需要改變，而靜態(tài)掩膜不能被快速重新配置以檢測(cè)帶有新圖案的對(duì)象或?qū)ν粓D案的不同方向進(jìn)行補(bǔ)償。
如Drake的第5,742,422號(hào)美國專利和Monteasanto等人的第5,970,168號(hào)美國專利中描述的可重新配置的機(jī)械系統(tǒng)試圖在保護(hù)光學(xué)質(zhì)量的同時(shí)部分解決這個(gè)問題。然而，結(jié)果是系統(tǒng)的重新配置不可接受的慢。另外，它們受到了可實(shí)現(xiàn)掩膜圖案的限制，通常是受到有限數(shù)量的水平和豎直線的限制。使用線作為掩膜圖案還會(huì)導(dǎo)致其自身的負(fù)面影響，這些影響表現(xiàn)為缺陷在過濾圖像內(nèi)的寄生重影(parasitic ghost)。進(jìn)一步，傅立葉過濾器的機(jī)械應(yīng)用復(fù)雜、成本高、可靠性低并且尺寸過大，因而不易于擴(kuò)展。例如，需要在緊的間歇時(shí)間要求內(nèi)提供對(duì)大表面積的表面區(qū)域進(jìn)行多個(gè)并行檢測(cè)。
電可編程SLM設(shè)備在過去十年內(nèi)首次出現(xiàn)，它使解決高速過濾器的重新配置問題方面第一次展現(xiàn)出了希望。然而，可用的設(shè)備(如光閥和透射LCD的早期形式)不能滿足期望的性能指標(biāo)。這些要求包括·高的對(duì)比度和高的光學(xué)質(zhì)量(透明度/反射率和光學(xué)均勻性)，用以實(shí)現(xiàn)非常高的光譜抑制和未失真的信號(hào)傳送，導(dǎo)致期望的檢測(cè)極限；·高的空間分辨率和小的尺寸，適合于在緊湊的光學(xué)結(jié)構(gòu)中使用并且并因而可以實(shí)現(xiàn)多通道操作；·大的填充系數(shù)以使掩膜表面效果(帶有網(wǎng)格結(jié)構(gòu))最小，掩膜表面效果導(dǎo)致被過濾圖像上的不受歡迎的寄生衍射圖案；以及·在大范圍的入射角內(nèi)的可操作性，其由大視場(FOV)光學(xué)通道結(jié)構(gòu)所需要，以利用較少數(shù)量的檢測(cè)通道覆蓋較大的檢測(cè)表面區(qū)域。
因此，上述這些設(shè)備對(duì)于在制造速度下的大的平面構(gòu)圖介質(zhì)的高通量、聯(lián)機(jī)光學(xué)檢測(cè)中使用并同時(shí)滿足對(duì)檢測(cè)極限的工業(yè)需求來說是不實(shí)用的。因而，前面所述的希望并沒有得到滿足。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，在一種特別適用于平面結(jié)構(gòu)檢測(cè)的檢測(cè)系統(tǒng)中，光學(xué)傅立葉過濾器(OFF)原理被采用，并且結(jié)合使用了電可編程和電可重對(duì)準(zhǔn)的高分辨率、高填充系數(shù)、高對(duì)比度、高均勻性、高光通量的空間光調(diào)制器(SLM)以作為可編程傅立葉掩膜。被測(cè)試目標(biāo)的圖像通過第一透鏡組件被投射(使用合適的空間相干光源或類似的光源照明)到傅立葉平面上，在該傅立葉平面上定位有空間光調(diào)制器(SLM)形式的電可編程和電可重對(duì)準(zhǔn)傅立葉掩膜或反射元件。逆傅立葉變換通過第二透鏡組件被投射到最終的圖像平面上。SLM被編程以在SLM上產(chǎn)生單個(gè)中心點(diǎn)，該點(diǎn)與傅立葉圖像的中心點(diǎn)大小相應(yīng)。通過利用從最終圖像平面上檢測(cè)到的光學(xué)信號(hào)反饋回來的圖像強(qiáng)度，可在傅立葉圖像的中心周圍掃描SLM點(diǎn)，從而電力地使SLM遮擋圖案相對(duì)于入射的傅立葉圖像居中。隨后，SLM被編程以產(chǎn)生可精確旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)的掩膜(如十字準(zhǔn)線裝置)，其相對(duì)于圖像居中。該十字準(zhǔn)線裝置或類似裝置遮蔽掉任何與十字準(zhǔn)線對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)射線。隨后，SLM圖案被電力地旋轉(zhuǎn)以通過利用從最終圖像平面上檢測(cè)到的光學(xué)信號(hào)反饋回來的圖像強(qiáng)度從而旋轉(zhuǎn)地使SLM十字準(zhǔn)線圖案與傅立葉圖像的周期性圖案對(duì)準(zhǔn)。之后，SLM被編程以電掃描和采樣傅立葉圖像，從而在最終圖像平面上根據(jù)預(yù)先確定的對(duì)準(zhǔn)信息以檢測(cè)傅立葉圖像的各個(gè)單元或單元線的強(qiáng)度截面。為檢測(cè)被測(cè)試目標(biāo)，重建的傅立葉圖像強(qiáng)度截面被編程入SLM以作為周期性單元的掩膜而將入射到SLM所在的傅立葉平面的傅立葉圖像掩蔽，并且使非周期性成分的位置(通常為缺陷)在投射到最終圖像平面上的圖像中突顯出來。
商業(yè)上可用的高分辨率LCD空間光調(diào)制器首次在根據(jù)本發(fā)明所述的系統(tǒng)中得到采用。
本發(fā)明專門致力于解決這樣的問題，即，利用以非常慢的速度運(yùn)行的各個(gè)目標(biāo)缺陷檢測(cè)限制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在制造速度下以高通量、聯(lián)機(jī)的操作模式對(duì)大的平面構(gòu)圖介質(zhì)(如高密度TFT-LCD板)的產(chǎn)品缺陷進(jìn)行光學(xué)檢測(cè)。
本發(fā)明通過利用具有比相同靈敏度的常規(guī)AOI設(shè)備低得多的分辨率的系統(tǒng)，從而使同時(shí)滿足需要的間歇時(shí)間和檢測(cè)極限需求成為可能。在本發(fā)明中，較低分辨率提供了滿足間歇時(shí)間的速度，同時(shí)多個(gè)并行的OFF檢測(cè)通道提供了能夠滿足苛刻的缺陷檢測(cè)極限的檢測(cè)靈敏度。
在下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明將被更好地理解。


圖1是帶有構(gòu)建的周期性晶體管陣列的大的平面構(gòu)圖介質(zhì)的一部分的俯視圖，其用來說明可能的非周期性缺陷；圖2是其中示出了傅立葉平面的透鏡系統(tǒng)的示意圖；圖3A是TFT LCD陣列的照片圖像；圖3B是傅立葉平面圖像的照片再現(xiàn)；圖4A是帶有缺陷和標(biāo)記的LCD柵格的一個(gè)區(qū)域的照片圖像；圖4B是經(jīng)過過濾后的圖像平面圖像的照片再現(xiàn)，其中展示了缺乏周期性的缺陷；圖4C是圖4A和圖4B中所示的低對(duì)比度“暗”缺陷的橫截面圖；圖4D是圖4A和圖4B所示的低對(duì)比度“暗”缺陷的橫截面5A是根據(jù)本發(fā)明的反射模式設(shè)備的射線追蹤圖；圖5B是根據(jù)本發(fā)明的反射模式設(shè)備的示意圖；圖5C是采用偏振光的反射模式設(shè)備的示意圖；圖6是使用SLM和CCD圖像捕獲設(shè)備以確定正確的過濾圖案的算法流程圖；圖7是本發(fā)明的4通道系統(tǒng)的示意圖；圖8A是單成像/光學(xué)過濾通道的功能圖；圖8B是多通道操作的功能圖。
具體實(shí)施例方式
圖2示出了說明光學(xué)傅立葉變換的透鏡系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)。當(dāng)位于透鏡系統(tǒng)的物平面210中的周期性構(gòu)圖表面被平行的空間相干光照亮?xí)r，其起到了衍射光柵的作用。衍射光212被透鏡模塊214整合，并且周期性結(jié)構(gòu)的干涉圖形成在透鏡的焦平面216中。在光到達(dá)圖像平面218之后，該干涉圖隨后形成物平面的圖像。已知在透鏡焦平面中觀察到的干涉圖案與物平面的光學(xué)傅立葉變換相對(duì)應(yīng)。由于這種物理特性，透鏡焦平面也被稱作傅立葉平面。傅立葉平面的大小以及傅立葉平面內(nèi)的空間頻率刻度(frequency scale)由第一透鏡模塊的設(shè)計(jì)參數(shù)和照明光的波長決定。
圖3示出了這種特性。圖3A是帶有基本周期性結(jié)構(gòu)310的TFT LCD陣列的實(shí)際圖像，其中周期性結(jié)構(gòu)310是單個(gè)的單元。圖3B示出了被數(shù)字捕獲到的透鏡焦平面干涉圖的圖像，其中316和318是周期的主坐標(biāo)軸。中心峰值312與位于圖案正中心的均勻灰度級(jí)成分(DC)以及由于照明和樣本反射而產(chǎn)生的低頻不均勻性相對(duì)應(yīng)。其余的峰值314與信號(hào)中的周期性成分相對(duì)應(yīng)。
對(duì)干涉圖的選定區(qū)域進(jìn)行掩蔽(衰減)包括OFF并在最終的圖像中獲得期望的過濾效果。對(duì)于周期性圖案檢測(cè)而言，此舉采用了對(duì)干涉圖314中與原始信號(hào)的周期性相應(yīng)的成分進(jìn)行掩蔽而同時(shí)保持焦平面其余部分的透明度的形式。這種操作抑制了周期性信號(hào)成分的能量，同時(shí)使與被識(shí)別為缺陷的非周期成分相對(duì)應(yīng)的信號(hào)能量通過。
圖4A-4D示出了傅立葉過濾操作，在圖4A中示出了帶有較大缺陷412和較小缺陷410的LCD柵格。在圖4B中示出了經(jīng)過合適的光學(xué)掩膜過濾的同一柵格區(qū)，并且其中標(biāo)記光纖414清晰可見。
圖4C和圖4D示出了低對(duì)比度“暗”缺陷410的橫剖面圖。缺陷對(duì)比顯著提高，并且過濾后的缺陷信號(hào)在統(tǒng)一低背景416中顯著升起。由于光學(xué)傅立葉過濾器也已經(jīng)消除了低空間頻率背景，所以簡單的固定閾值414就以足夠完成缺陷檢測(cè)?？梢杂^察到周期性柵格接近相機(jī)的噪聲水平，同時(shí)缺陷清晰可辨并帶有顯著的信噪比(SNR)。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的目標(biāo)是在制造速度下高通量、聯(lián)機(jī)地檢測(cè)諸如高分辨率TFT LCD面板的大面積的平面構(gòu)圖介質(zhì)。本發(fā)明所帶來的明顯好處是其通過對(duì)OFF的創(chuàng)新使用以滿足充分超過系統(tǒng)的光學(xué)和圖像捕獲分辨率的檢測(cè)極限的能力。這樣就產(chǎn)生了一種系統(tǒng)，它能夠達(dá)到較慢、較高分辨率的傳統(tǒng)系統(tǒng)的檢測(cè)極限，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)這些傳統(tǒng)系統(tǒng)所不能實(shí)現(xiàn)的掃描速度。
具體地，我們已經(jīng)開發(fā)出了一種AOI系統(tǒng)，它能夠利用為7.6μm物平面分辨率設(shè)計(jì)的光學(xué)電子系統(tǒng)來檢測(cè)出只比周圍背景高出20個(gè)數(shù)字單位(DU)(對(duì)8位相機(jī)超過256DU)的3μm等效尺度的低對(duì)比度缺陷。對(duì)中對(duì)比度(超出背景100DU)的缺陷，檢測(cè)極限被提高到2μm等效缺陷尺度。這些結(jié)果對(duì)處于包括晶體管的柵格的周期性特征之內(nèi)或在其附近的缺陷是同樣有效的。
通過降低的系統(tǒng)分辨率、連同簡單迅速的基于閾值的數(shù)字處理、再結(jié)合大的FOV光學(xué)器材設(shè)計(jì)，就可以實(shí)現(xiàn)滿足苛刻的間歇時(shí)間所需要的高速度。該系統(tǒng)使用多個(gè)相同的成像通道，每個(gè)通道都裝備大的FOV光學(xué)器材，這樣就可以覆蓋多個(gè)雙向檢測(cè)通道上的整個(gè)檢測(cè)表面。
為了利用減小的系統(tǒng)分辨率和簡單的數(shù)字信號(hào)處理來滿足同樣苛刻的檢測(cè)極限，本發(fā)明在透鏡焦平面中使用了與高分辨率電可編程硅上液晶(LCOS)SLM相結(jié)合的OFF。信號(hào)內(nèi)的周期性成分被抑制到相機(jī)噪聲水平，同時(shí)照明強(qiáng)度被提高到通常會(huì)導(dǎo)致相機(jī)飽和的水平。由此實(shí)現(xiàn)了極高的缺陷信噪比。為實(shí)現(xiàn)后續(xù)檢測(cè)階段所需要的高SNR，SLM必須滿足本文所描述的嚴(yán)格的指標(biāo)。
圖5A示出了組成本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的OFF的遠(yuǎn)心透鏡(telecentric lens)設(shè)計(jì)和光學(xué)結(jié)構(gòu)。圖5B示出了照明器結(jié)構(gòu)和圖像捕捉設(shè)備。
參照?qǐng)D5A，使用半導(dǎo)體激光器532和平行光學(xué)器材536產(chǎn)生的平行的空間相干光通過分束器522和λ/4延遲波片524進(jìn)入光路以照明被檢區(qū)域526。從被檢測(cè)區(qū)域的表面反射回來的光通過第一透鏡組件520和另一個(gè)分束器518。分束器518放置在電可控反射SLM設(shè)備516附近。SLM設(shè)備516被置于第一透鏡系統(tǒng)的焦平面上。從SLM設(shè)備516反射的光(其經(jīng)過下載到SLM的掩膜圖案過濾)被分束器518反射，并通過偏光鏡514和第二透鏡組件512被投射到最終的圖像平面510上。在最終圖像平面510中，檢測(cè)器540通過由檢測(cè)器540、圖像捕獲設(shè)備542、存儲(chǔ)和處理設(shè)備544、輸入/輸出(I/O)設(shè)備545和電子飼服控制器546組成的反饋網(wǎng)將反饋信號(hào)541供應(yīng)到電可控SLM516。在特定的實(shí)施例中，檢測(cè)器540和圖像捕捉設(shè)備542可合并到單個(gè)CCD圖像捕獲設(shè)備中。另外，也可使用附加的反饋環(huán)548。如下面參照?qǐng)D6所描述的，SLM516和反饋網(wǎng)在交互的方式下使用，以確定和優(yōu)化SLM過濾圖案，包括SLM516的電子對(duì)心和旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)。
透鏡系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用于7.6μm的物平面分辨率。第一透鏡具有80mm的焦距，并且由第一和第二透鏡組成的復(fù)合光學(xué)系統(tǒng)具有4.0的光圈數(shù)(f-number)。透鏡系統(tǒng)的詳細(xì)規(guī)格在下面的表1中給出。在這個(gè)由兩組組成的特定透鏡設(shè)計(jì)中，第一組520被優(yōu)化以在透鏡焦平面上產(chǎn)生需要的光學(xué)分辨率(小的光點(diǎn)尺寸和最小化的色差)，復(fù)合的第一組透鏡520和第二組透鏡512被優(yōu)化以提供與圖像平面510內(nèi)的圖像檢測(cè)器分辨率相匹配的光學(xué)分辨率。
透鏡系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)心的，其目的是為了保持整個(gè)FOV內(nèi)的連續(xù)空間頻譜以及由此產(chǎn)生的整個(gè)FOV內(nèi)的均勻的缺陷檢測(cè)極限。
如圖5B所示，本發(fā)明的另一特性是可以使用能雙向工作的延時(shí)積分(TDI)線掃描CCD傳感器528。TDI CCD傳感器提供了增強(qiáng)的光靈敏度，而圖像傳感器的雙向特性則方便了對(duì)被測(cè)表面的雙向圖像掃描。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例采用了在反射亮場模式下的平行的、空間相干光源。由于使用線掃描CCD傳感器，照明器被設(shè)計(jì)成在被檢測(cè)平面上方形成橢圓的照明場。光強(qiáng)截面沿該橢圓的長軸是均勻的。選擇照明區(qū)域的大小以在傅立葉平面中提供所需的FOV和光強(qiáng)峰值的定位。此舉可利用光束路徑折疊反射鏡534、對(duì)準(zhǔn)透鏡結(jié)構(gòu)536和產(chǎn)生30-50mW輸出功率的單模半導(dǎo)體激光器532來實(shí)現(xiàn)。照明波長優(yōu)選地在660nm(紅光)以在不同的TFT陣列材料之間提供最好的對(duì)比度折衷。
本發(fā)明很好地利用了光偏振控制以防止由于設(shè)備操作的一個(gè)實(shí)施例中的兩個(gè)分束器而造成照明損失。這可以利用λ/4延遲波片524和兩個(gè)偏振分束器516和522來實(shí)現(xiàn)。互補(bǔ)的偏振器514被用作清除(clean-up)部件。對(duì)于這種雙分束器結(jié)構(gòu)類型來說，本方法使照明損失降低了約16倍，并且使利用商業(yè)上可用的單模半導(dǎo)體激光器進(jìn)行成像變得可行。


表1

表2這種偏振控制方案的詳細(xì)操作在圖5C中示出。來自激光器的S平面偏振相干光束被供應(yīng)到第一分束器522，并且在第一分束器522中幾乎可以獲得全部反射。隨后反射的光束經(jīng)過λ/4延遲波片524，并在其中被轉(zhuǎn)換為圓偏振光束。當(dāng)圓偏振光束從被測(cè)表面526反射并第二次經(jīng)過λ/4延遲波片時(shí)，其將在與原始偏振平面垂直的P平面內(nèi)偏振。這導(dǎo)致反射的光束幾乎全部被分束器522傳輸?shù)降谝煌哥R組件520，并且隨后經(jīng)過第二分束器518到達(dá)SLM設(shè)備516的表面上。SLM將被反射光束的偏光旋轉(zhuǎn)90°，因而幾乎全部光束被從第二分束器518反射。
盡管本發(fā)明用焦平面上的硅上液晶(LCOS)或小鏡片SLM設(shè)備的以反射過濾模式工作的特定的光學(xué)結(jié)構(gòu)來說明，但這僅僅是一種可能而已。另一種可用的實(shí)現(xiàn)是在操作的發(fā)射模式中，其中焦平面配有帶有可比較屬性的發(fā)射SLM。
目標(biāo)設(shè)備性能只可能通過使用滿足非?？量痰囊蟮碾娍删幊蘏LM設(shè)備而實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)備只是最近才可用的，本發(fā)明為其在感興趣的領(lǐng)域提供了首次應(yīng)用。
在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，可編程光學(xué)傅立葉過濾器使用垂直排列向列(VAN)垂向(homeotropic)液晶SLM或電控雙折射(ECB)模式硅上液晶(LCOS)反射型SLM設(shè)備。適當(dāng)?shù)腣AN垂向液晶SLM設(shè)備由以下公司制造荷蘭的菲利普電子公司，其在紐約的Briarcliff Manor有美國辦事處；美國加利福尼亞州的Microdisplay of San Pablo；中國臺(tái)灣苗栗竹南的TDMC；以及日本的JVC元器件公司的ILA器件分部。ECB模式的LCOS反射型SLM設(shè)備由在美國佐治亞州的Norcross有辦事處的日本的日立公司制造。然而，也可以采用具有類似屬性的反射或發(fā)射設(shè)備，只要滿足下面的規(guī)格即可。
所采用的SLM設(shè)備提供足夠的對(duì)比度來有效地對(duì)周期性信號(hào)成分進(jìn)行阻滯同時(shí)使具有被重點(diǎn)關(guān)注的尺寸的非周期性信號(hào)成分仍能通過。因而，對(duì)比度超過500∶1是優(yōu)選的。對(duì)指定較差的缺陷檢測(cè)極限(可檢測(cè)缺陷較大)的實(shí)施例來說，可使用較低的對(duì)比度。盡管在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，如果其他性能得到滿足并且檢測(cè)極限寬松時(shí)，可以采用低至100∶1的對(duì)比度，但在實(shí)踐中，需要300∶1的對(duì)比度以使根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠正確運(yùn)行。另外，優(yōu)選的設(shè)備在寬范圍的入射角(≥±14度)上保持了這種高對(duì)比度。這個(gè)范圍應(yīng)該至少能夠支持由特定的遠(yuǎn)心透鏡設(shè)計(jì)所決定的內(nèi)容。這些屬性使穿過透鏡系統(tǒng)的整個(gè)大的FOV的原始信號(hào)中的周期成分得到高度抑制。因此，照明強(qiáng)度可顯著增加，同時(shí)信號(hào)中的周期性成分被保持在低于圖像捕獲設(shè)備的隨機(jī)噪聲電平。這導(dǎo)致高的缺陷SNR，并允許使用非常直截了當(dāng)?shù)臄?shù)字信號(hào)處理技術(shù)(如簡單的閾值處理)，以實(shí)現(xiàn)缺陷檢測(cè)和尺寸確定。
SLM設(shè)備提供足夠高的填充系數(shù)來抑制SLM自身引起的寄生衍射是非常重要的。填充系數(shù)是SLM的電可控表面積與它的整體光學(xué)可用表面積的比率(百分比)。由于SLM內(nèi)的象素間距起到了衍射光柵的作用，所以大的填充系數(shù)(接近100％)可使由于SLM自身的寄生衍射最小化。因此，大的填充系數(shù)，優(yōu)選地≥90％，可進(jìn)一步提高可實(shí)現(xiàn)的缺陷SNR。
跨越SLM表面的光學(xué)均勻性和波前失真是優(yōu)選SLM的另一重要特性。如果失真在20mm的長度上不超過一個(gè)λ，則本發(fā)明可更加高效的工作。此舉可產(chǎn)生非失真的最終圖像，從而方便了缺陷定位并防止缺陷SNR由于光的振幅和相位的變壞而變差。
根據(jù)本發(fā)明使用的SLM優(yōu)選地具有高的總光通量。本發(fā)明在至少80％的光反射率或透射率下工作更加有效。這種高的光通量使單模半導(dǎo)體激光器可得到實(shí)際利用。
采用的SLM的另一性質(zhì)是其具有足夠分辨率的合適尺寸。帶有含1024×768個(gè)有效象素的19.45mm×14.59mm有效面積，設(shè)備能夠充分地匹配透鏡設(shè)計(jì)(提供20mm×20mm的焦平面尺寸)。該分辨率使有選擇的削弱傅立葉光譜中的個(gè)別峰值成為可能，并且對(duì)系統(tǒng)光通量的損害最小。在提供了所需分辨率的同時(shí)，SLM的物理尺寸還可方便小型光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而使多通道設(shè)備操作可行。后者是多個(gè)特征中的一個(gè)，它可以幫助滿足所考慮的應(yīng)用領(lǐng)域的需求。具有更小尺寸和更多有效象素的SLM設(shè)備將改善本裝置的操作，并且只要它滿足其它的規(guī)格就可得到使用。
沒有透鏡焦平面上實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化的過濾器，感興趣領(lǐng)域的應(yīng)用所要求的苛刻的缺陷檢測(cè)極限是難以做到的。除了所需規(guī)格的電可編程SLM設(shè)備以外，利用算法來確定被編程到SLM設(shè)備中的最佳掩膜圖案使該系統(tǒng)可更加有效地工作。過濾器的最優(yōu)化應(yīng)該考慮以下因素顯示在SLM設(shè)備上的過濾器圖案應(yīng)足以將信號(hào)中的周期性成分抑制到盡可能實(shí)用的水平，同時(shí)應(yīng)使來自非周期性缺陷的能量盡可能多地通過，由此產(chǎn)生高的缺陷SNR。
優(yōu)選地，過濾器將是健壯的以防止表面平整度的偏差，如顆粒傾斜或彎曲；物平面內(nèi)顆粒的不可避免的小的旋轉(zhuǎn)；以及半導(dǎo)體激光器波長漂移。
在特定的實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的算法交互使用SLM、CCD圖像捕獲設(shè)備以及反饋網(wǎng)來確定最優(yōu)化的過濾圖案。這種過程在圖6中以流程圖的形式說明。注意，過濾圖案圖不是成比例的，并且為說明的目的而將旋轉(zhuǎn)值夸大。
為得到并優(yōu)化過濾圖案，帶有參考周期性圖案的襯底區(qū)域被布置在系統(tǒng)的視場下方(步驟A)。襯底在最好的程度上被機(jī)械地對(duì)準(zhǔn)，例如像將在用于缺陷的后續(xù)襯底的實(shí)際檢測(cè)過程中所做的那樣(步驟B)。盡管需要與SLM的對(duì)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)以提高過濾器的效率，但因?yàn)樗惴ň哂锌裳a(bǔ)償任何旋轉(zhuǎn)失準(zhǔn)的預(yù)備措施，因而這種對(duì)應(yīng)并不是必需的。接下來，襯底沿頁面(web)方向(沿線性掃描相機(jī)的掃描方向)移動(dòng)，這樣在與頁面交叉的方向(與線性掃描相機(jī)的掃描方向垂直)可觀察到CCD圖像捕獲裝置上的周期性區(qū)域(步驟C)。在該操作期間，SLM設(shè)備保持完全反射。
隨后的步驟是確定SLM上的光學(xué)系統(tǒng)的中心軸(步驟D)，再次說明，盡管希望在先前的機(jī)械對(duì)準(zhǔn)中使主光軸位于SLM的中心附近，但只需粗糙的對(duì)準(zhǔn)即可。在這一步驟中將補(bǔ)償SLM設(shè)備的任何中心失準(zhǔn)。為了這一目的，單個(gè)SLM象素中心點(diǎn)被顯示在SLM上，并且相應(yīng)的CCD能量被監(jiān)測(cè)，同時(shí)使這個(gè)中心點(diǎn)掃描傅立葉圖像的中心區(qū)域。導(dǎo)致在最終圖像平面內(nèi)具有最小能量的光點(diǎn)位置即對(duì)應(yīng)于光學(xué)中心。這一過程利用焦平面圖像的特性，從而使光學(xué)中心將與信號(hào)的DC成分相應(yīng)，并由此最大化能量峰值。因此，當(dāng)該中心點(diǎn)被SLM點(diǎn)掩膜抑制時(shí)，則可在最終圖像平面上觀察到急劇的能量下降。
在中心優(yōu)化之后，執(zhí)行旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)校驗(yàn)(步驟E)。該步驟被用于補(bǔ)償相對(duì)于參考圖案對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)軸附近的SLM的任何旋轉(zhuǎn)失準(zhǔn)。在特定襯底上圖案的旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)沒有任何假定的情況下，該步驟也可被用于單個(gè)襯底的檢測(cè)。對(duì)這一步驟而言，除了顯示在SLM設(shè)備上并位于傅立葉圖像的中心的一個(gè)象素的薄十字準(zhǔn)線掩膜圖案之外，SLM設(shè)備被做成反射的。因而，十字準(zhǔn)線圖案的中心與步驟D確定的中心位置對(duì)應(yīng)。在十字準(zhǔn)線圖案繞其中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，最終圖像平面內(nèi)的CCD能量被監(jiān)測(cè)。角度搜索空間經(jīng)常被限制在其中預(yù)計(jì)有任何失準(zhǔn)的小范圍內(nèi)。旋轉(zhuǎn)角所導(dǎo)致的最小的CCD能量被假定為相應(yīng)于正確值。
隨后的兩步對(duì)應(yīng)于如何確定沿旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償?shù)腦’和y’軸的干涉峰值間隔。例如為確定沿X’軸的峰值間隔，除了沿y’軸的薄的反射窗口以外，SLM被全部掩蔽(步驟F)。該線型的窗口沿x’軸傳播，并且利用每個(gè)窗口位置的CCD能量可計(jì)算出能量投影(步驟G)。截面或者得到閾值處理或者與峰值確定過程聯(lián)合使用，以獲得對(duì)x’軸的干涉峰值間隔。非常簡單的過程被重復(fù)以確定y’軸的峰值間隔(步驟H和I)。對(duì)于一些LCD柵格，與較大單元尺寸相應(yīng)的周期性可能導(dǎo)致聚焦平面上的干涉峰值相互非常靠近?？蛇x地，對(duì)于這種情況，所描述的過程可被用在帶有較大峰值間隔的該軸上，單元尺寸的現(xiàn)有知識(shí)可被用于獲得其它軸的值。
在這些步驟之后獲得了可用的過濾器(步驟K)，并且其可與確定的旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)(步驟N)聯(lián)合應(yīng)用。本發(fā)明的算法也可以結(jié)合可用于進(jìn)一步優(yōu)化特定情況下的過濾器行為的可選特征。一個(gè)例子是旋轉(zhuǎn)健壯性(rotationalrobustness)的特征(步驟L)，其可被用于提高過濾器的健壯性，防止可從樣本到樣本而偶然發(fā)生的襯底上的圖案的小的旋轉(zhuǎn)失準(zhǔn)。在中間樣本變動(dòng)發(fā)生時(shí)和在沒有足夠的可用時(shí)間以完成過濾器重新優(yōu)化時(shí)，它將尤其提高系統(tǒng)性能。對(duì)這一步驟來說，基本掩膜點(diǎn)的大小朝SLM外圍與相對(duì)圖案中心的距離成比例地增加，這是由于這樣的事實(shí)，即，隨著與旋轉(zhuǎn)中心的遠(yuǎn)離，與固定旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的單個(gè)干涉峰值的位移值增加。另一個(gè)例子是使用十字準(zhǔn)線圖案來抑制干涉圖案的主軸。應(yīng)該理解，掩膜的形狀和大小提供了對(duì)傅立葉平面內(nèi)的光譜峰值的有選擇抑制，從而可以提供改進(jìn)的有選擇的光譜抑制。
通過使用帶有特定透鏡設(shè)計(jì)的OFF、照明器、SLM設(shè)備和過濾算法，可以在被CCD圖像捕獲設(shè)備捕獲的經(jīng)過光學(xué)過濾的最終圖像內(nèi)獲得非常高的缺陷SNR。在數(shù)字化的圖像中，周期性柵格的剩余部分被抑制到傳感器隨機(jī)噪聲水平以下，同時(shí)所有的非周期性缺陷在暗的背景中突顯出來。缺陷強(qiáng)度與他們的大小和對(duì)比度相關(guān)。
因而，可以實(shí)現(xiàn)剛好處于噪聲水平之上的固定閾值形式的被捕獲圖像的非常簡單快捷的數(shù)字處理。其結(jié)果導(dǎo)致出了現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)固件形式的簡單快捷的硬件形式?？焖賵D像處理對(duì)滿足應(yīng)用領(lǐng)域的間歇時(shí)間要求是至關(guān)重要的。作為處理的結(jié)果，可獲得缺陷的存在、位置和大小。
這在圖4C和圖4D中示出，其中低對(duì)比度“暗”缺陷410的截面圖被示出。缺陷對(duì)比度被顯著提高，過濾的缺陷信號(hào)在均勻的低背景416中升起。由于光學(xué)傅立葉過濾器消除了低的空間頻率背景波動(dòng)，所以簡單固定的閾值414足夠完成缺陷檢測(cè)，并因此不再需要麻煩的背景校正或差分閾值處理技術(shù)。
在結(jié)合入機(jī)械的和/或氣動(dòng)的抑制裝置以移動(dòng)被檢測(cè)的平面介質(zhì)(或光學(xué)系統(tǒng))時(shí)，本發(fā)明可更有效地工作并可提高所應(yīng)用的光學(xué)過濾器的有效性。這樣，對(duì)平面度的偏離在20mm介質(zhì)的跨度上小于10μm。另外，在運(yùn)動(dòng)時(shí)的介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定性應(yīng)不超過±0.5度。
即使使用單通道、寬FOV光學(xué)器材，一些感興趣的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Χ痰拈g歇時(shí)間的要求也是無法實(shí)現(xiàn)的。因而，當(dāng)包含OFF的多個(gè)相同距離的FOV圖像通道被用于同時(shí)掃描多通道內(nèi)網(wǎng)狀方向的多個(gè)寬FOV時(shí)，本發(fā)明可以更加有效地工作。對(duì)一個(gè)假定的4通道系統(tǒng)而言，這種配置在圖7中被示出。通道710，包括所有的光學(xué)過濾器、照明和光學(xué)器材，通過非常剛性的和高精細(xì)的臺(tái)架712連接在一起。襯底718的整個(gè)面積被覆蓋在多個(gè)通道716中，并且臺(tái)架或者在襯底上移動(dòng)，或者襯墊在臺(tái)架下移動(dòng)。
在60秒的間歇時(shí)間中，該設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例覆蓋了帶有10個(gè)成像通道和6個(gè)檢測(cè)通道的2100mm×1800mm的掃描區(qū)域，從而利用3.5μm的低對(duì)比缺陷檢測(cè)極限實(shí)現(xiàn)對(duì)該區(qū)域的100％的檢測(cè)。
圖8A示出了用于單成像/光學(xué)過濾通道的功能系統(tǒng)部件。圖8B示出了用于多通道工作的功能系統(tǒng)部件。光學(xué)路徑包括物平面810、照明分束器812、第一透鏡組813、SLM814、第二透鏡組816和圖像捕獲裝置818。在圖8A中，每個(gè)單獨(dú)的通道被前端處理器(FEP)826控制。這是一個(gè)由與同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(SDRAM)和視頻RAM(VRAM)相結(jié)合的一個(gè)或多個(gè)FPGA組成的處理器面板。FEP控制通過激光器驅(qū)動(dòng)模塊824的激光器照明光832、通過SLM驅(qū)動(dòng)器模塊822控制SLM814以及通過轉(zhuǎn)換模塊820控制CCD圖像捕獲裝置818。而FEP則受到用作外設(shè)處理器板(PPB)的更慢但更加靈活的通用計(jì)算硬件828的控制，該外設(shè)處理器板包括通用中央處理單元(CPU)、內(nèi)存和永久存儲(chǔ)設(shè)備。如圖8B所示，每個(gè)FEP-PPB對(duì)可被配置以控制多于一個(gè)的相機(jī)通道830和840，并且多個(gè)這樣的FEP-PPB對(duì)可被用于完成多通道操作。缺陷檢測(cè)、預(yù)分類和圖像控制在FEP-PPB級(jí)上得到完成，同時(shí)系統(tǒng)控制板(SCB)整理從多個(gè)通道來的數(shù)據(jù)流，并通過特定的計(jì)算機(jī)控制板836將控制信號(hào)提供給X-Y-Z平臺(tái)838。平臺(tái)838傳送并限制被檢測(cè)介質(zhì)，以使之符合圖像系統(tǒng)的平整度和運(yùn)動(dòng)要求?？蛇x地，成像通道而不是介質(zhì)可沿著一些特定的軸移動(dòng)。一個(gè)例子可能是相機(jī)沿著Z軸移動(dòng)以進(jìn)行自動(dòng)聚焦。
已經(jīng)參照特定的實(shí)施例解釋了本發(fā)明。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說其它的實(shí)施例是顯而易見的。因而應(yīng)該意識(shí)到，本發(fā)明只受所附權(quán)利要求的限制而不受這些實(shí)施例的約束。
權(quán)利要求
1.在用于檢測(cè)具有周期性結(jié)構(gòu)的大的平面對(duì)象中的缺陷的檢測(cè)系統(tǒng)的方法中，一種用于提供可改變的掩膜以加強(qiáng)所述平面對(duì)象中的非周期性結(jié)構(gòu)的可見性的方法，包括通過第一透鏡組件將所述平面對(duì)象的圖像作為輸入空間信號(hào)投射到傅立葉平面上，以產(chǎn)生所述平面對(duì)象的所述空間信號(hào)的光學(xué)空間傅立葉變換；電力地使所述周期性結(jié)構(gòu)與所述第一透鏡組件的傅立葉平面上的電可編程空間光調(diào)制器對(duì)準(zhǔn)，以遮擋所述空間傅立葉變換的周期性成分，并產(chǎn)生非周期性成分占主導(dǎo)的過濾的光學(xué)空間傅立葉變換，所述空間光調(diào)制器具有足夠的分辨率、光能通量和對(duì)比度以用作一個(gè)有效的掩膜部件；以及通過第二透鏡組件將所述被過濾的光學(xué)空間傅立葉變換的圖像作為輸出空間信號(hào)投射到圖像平面，以產(chǎn)生過濾的圖像，從而增強(qiáng)所述非周期性結(jié)構(gòu)對(duì)空間光學(xué)能量檢測(cè)器的可視性；其中所述電力對(duì)準(zhǔn)步驟采用從所述圖像平面轉(zhuǎn)換來的光信號(hào)作為反饋信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)準(zhǔn)步驟包括電力地在所述傅立葉平面內(nèi)的所述空間光調(diào)制器上產(chǎn)生聚光點(diǎn)，并使所述聚光點(diǎn)定位于所述傅立葉平面上的所述圖像的中心點(diǎn)；隨后電力地產(chǎn)生與所述周期性圖案的最窄情況相對(duì)應(yīng)的可旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)的掩膜，并旋轉(zhuǎn)地為所述傅立葉圖像上的十字準(zhǔn)線定中心，以遮擋所述傅立葉圖像的周期性成分的傳輸；并隨后電力地在所述傅立葉平面內(nèi)的所述空間光調(diào)制器上產(chǎn)生可透射的線性窗口；以及隨后沿所述旋轉(zhuǎn)定心的軸對(duì)所述可透射的線性窗口進(jìn)行掃描以確定所述光學(xué)空間傅立葉變換的周期性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電可編程空間光調(diào)制器具有足夠的對(duì)比度以有效地遮擋周期性信號(hào)成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述對(duì)比度大于約100∶1。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述對(duì)比度大于約300∶1。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述對(duì)比度大于約500∶1。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述對(duì)比度在至少±14度的入射角范圍內(nèi)大于約500∶1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電可編程空間光調(diào)制器具有足以抑制寄生衍射的填充系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述填充系數(shù)大于約90％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電可編程空間光調(diào)制器是其表面具有足夠低的光學(xué)不均勻度和波前失真的用以產(chǎn)生不失真的圖像的電可編程空間光調(diào)制器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述空間光調(diào)制器表面的光學(xué)不均勻度和波前失真在20mm上小于一個(gè)波長。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電可編程空間光調(diào)制器具有至少80％的光能通量。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電可編程空間光調(diào)制器具有小于約20mm×15mm的有效面積，該有效面積可以提供至少1024×768個(gè)有效象素的分辨率。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電可編程空間光調(diào)制器進(jìn)一步具有以下特征在至少±14度的入射角范圍內(nèi)具有至少500∶1的對(duì)比度；大于90％的填充系數(shù)；表面的光學(xué)不均勻度和波前失真在20mm上小于一個(gè)波長；至少80％的光能通量；以及小于20mm×15mm的有效面積，該有效面積可提供至少1024×768個(gè)有效象素的分辨率。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述可旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)的掩膜是十字準(zhǔn)線裝置。
16.一種用于檢測(cè)帶有周期性結(jié)構(gòu)的平面對(duì)象以指明所述平面對(duì)象中的缺陷的系統(tǒng)，包括多個(gè)成像通道前端，每個(gè)成像通道前端包括由電可編程空間光調(diào)制器實(shí)現(xiàn)的光學(xué)傅立葉過濾器，所述空間光調(diào)制器可重新配置，并具有足以將所述平面對(duì)象的轉(zhuǎn)換的圖像的周期性成分抑制到低于空間圖像檢測(cè)器的光學(xué)傳感器噪聲電平的對(duì)比度；具有足夠大的視場的透鏡組件，以與所述空間光調(diào)制器相互作用；激光照明系統(tǒng)，其被放置用來通過相干照明來照明所述平面對(duì)象，并產(chǎn)生足以在不帶光學(xué)傅立葉過濾器的情況下使所述空間圖像檢測(cè)器飽和的光能強(qiáng)度；以及反饋系統(tǒng)，其與每個(gè)所述成像通道前端相結(jié)合，并響應(yīng)所述空間圖像檢測(cè)器的輸出、根據(jù)算法進(jìn)行操作以可計(jì)算地控制所述可編程空間光調(diào)制器，從而產(chǎn)生對(duì)準(zhǔn)的過濾圖案以抑制所述被轉(zhuǎn)換圖像中的周期性成分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電可編程空間光調(diào)制器具有以下特征在至少±14度的入射角范圍內(nèi)的具有至少500∶1的對(duì)比度；至少90％的填充系數(shù)；表面的光學(xué)不均勻度和波前失真在20mm上小于一個(gè)波長；至少80％的光能通量；以及小于近似20mm×15mm的有效面積；且在所述有效面積內(nèi)具有至少1024×768個(gè)有效象素。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡組件進(jìn)一步包括含有多個(gè)透鏡的遠(yuǎn)心透鏡裝置，其中第一透鏡被放置以產(chǎn)生無限的共軛；以及第二透鏡被放置以滿足透鏡組件約束。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述激光器照明系統(tǒng)進(jìn)一步包括運(yùn)行于單空間模式以產(chǎn)生沿路徑的光束的單模半導(dǎo)體激光器；放置在所述路徑內(nèi)的多個(gè)四分之一波片；以及放置在所述路徑內(nèi)的偏振分束器，所述偏振分束器以相對(duì)于非偏振分束器至少16倍的系數(shù)來提高光通量。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括物理轉(zhuǎn)換部件以限制平面對(duì)象和多個(gè)成像通道中的每一個(gè)之間的距離，以使其在平行于平面對(duì)象的平面內(nèi)的成像通道的20mm的轉(zhuǎn)換上變化不超過10μm。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電可編程空間光調(diào)制器可通過操作性地改變聚光點(diǎn)的大小以降低對(duì)旋轉(zhuǎn)失準(zhǔn)的靈敏度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述聚光點(diǎn)的大小變化是通過與圖案中心的距離成比例的基礎(chǔ)掩膜點(diǎn)的大小變化而實(shí)現(xiàn)的。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電可編程空間光調(diào)制器包括十字準(zhǔn)線形式的可旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)的掩膜圖案。
全文摘要
在用于檢測(cè)帶有周期性結(jié)構(gòu)的平面對(duì)象的檢測(cè)系統(tǒng)中，遠(yuǎn)心透鏡系統(tǒng)的焦平面中的可編程光學(xué)傅立葉過濾器被用于直接識(shí)別指明非周期性缺陷的物理現(xiàn)象。透鏡組件和相干光源被用于產(chǎn)生和觀察傅立葉平面內(nèi)的周期性結(jié)構(gòu)的空間傅立葉變換。使用電可編程和電可對(duì)準(zhǔn)空間光調(diào)制器，光學(xué)傅立葉過濾(OFF)在聚焦平面內(nèi)被完成，帶有高的信噪比的空間光調(diào)制器根據(jù)反饋驅(qū)動(dòng)、過濾器結(jié)構(gòu)和對(duì)準(zhǔn)算法被重新配置。OFF增強(qiáng)了在傅立葉平面和目標(biāo)的最終圖像平面內(nèi)出現(xiàn)的任何非周期性成分。帶有多個(gè)檢測(cè)通道的系統(tǒng)提供了帶有小的非周期性缺陷的目標(biāo)的高通量檢測(cè)，同時(shí)維持高的檢測(cè)靈敏度。
文檔編號(hào)G01N21/956GK1532542SQ20041000891
公開日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2004年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月24日
發(fā)明者亞當(dāng)·韋斯, 阿夫沙爾·薩蘭勒, 奧利克西·洛帕廷, 亞歷山德雷·奧博特耐, 亞當(dāng) 韋斯, 爾 薩蘭勒, 德雷 奧博特耐, 西 洛帕廷 申請(qǐng)人:光子動(dòng)力學(xué)公司