專利名稱：自動(dòng)聚焦跟蹤系統(tǒng)的制作方法
自動(dòng)聚焦跟蹤系統(tǒng)
相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
根據(jù)35 U.S.C 119(e),本申請(qǐng)要求于2005年1月21日提交的題為 "自動(dòng)聚焦跟蹤系統(tǒng)"的第60/646,119號(hào)美國(guó)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)的 全部?jī)?nèi)容在此通過引用而并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及基于液晶(LC)技術(shù)的平板顯示器，更具體地說，涉及 對(duì)組成這種顯示器的組件的檢驗(yàn)。
在LC顯示器制造過程中，大型清晰的薄玻璃板被用作基底，以 沉積薄膜晶體管(TFT)陣列。通常， 一個(gè)玻璃基板內(nèi)包含幾個(gè)獨(dú)立 的TFT陣列，因而常常稱作TFT面板。
通過一系列過程來完成TFT圖案沉積，在每個(gè)過程中，在先前的 層(或玻璃)上方沉積一種特殊的物質(zhì)(例如金屬、銦錫氧化物(ITO )、 晶體硅、無定形硅等)。每個(gè)過程通常包括多個(gè)步驟，例如沉積、形 成掩模、蝕刻、剝離等。
在每個(gè)過程中以及每個(gè)過程所包含的各種步驟中，可能會(huì)出現(xiàn)很 多生產(chǎn)缺陷，而這些缺陷可能會(huì)影響最終的LCD產(chǎn)品的電學(xué)和/或光 學(xué)性能。如圖1所示，所述缺陷包括但不限于以下幾個(gè)方面IT0112 中的金屬突起110,金屬116中的ITO突起114，所謂的蝕刻缺口 118; 斷路120;晶體管124中的短路122,以及雜質(zhì)粒子126。其它缺陷包 括掩模問題、以及過蝕刻或蝕刻不足。
即使TFT沉積過程受到嚴(yán)格的控制，缺陷的出現(xiàn)仍然是不可避免 的。這樣就會(huì)限制產(chǎn)量，同時(shí)也會(huì)對(duì)生產(chǎn)成本造成不利的影響。通常， 在重要的沉積過程之后使用一個(gè)或多個(gè)自動(dòng)光學(xué)檢驗(yàn)(AOI)系統(tǒng)對(duì) TFT陣列進(jìn)行檢驗(yàn)，并且通過一種被稱作陣列檢驗(yàn)器(AC)的光電檢 驗(yàn)機(jī)器來測(cè)試經(jīng)檢驗(yàn)的TFT陣列。 一般情況下，AOI與AC系統(tǒng)提供
缺陷坐標(biāo)；但是它們并不提供高分辨率的圖像，而高分辨率的圖像卻
是將缺陷歸類為消光雜質(zhì)、可修復(fù)的缺陷或者僅僅是不影響TFT陣列 性能的缺陷(所謂的過程缺陷)所必需的。缺陷坐標(biāo)信息被傳送給TFT 陣列修復(fù)工具，TFT陣列修復(fù)工具也稱作陣列補(bǔ)救器(AS)，按照慣 例，上述缺陷的分類是由TFT陣列修復(fù)機(jī)器的操作者來完成的。
每個(gè)面板的平均缺陷數(shù)量都可能會(huì)隨著TFT陣列生產(chǎn)制造商和生 產(chǎn)制造設(shè)備的不同而有所改變。通常對(duì)于每個(gè)第七代面板來說，TFT 陣列裝配線內(nèi)的缺陷檢查及修復(fù)能力的大小為處理300 - 400個(gè)缺陷。 通常假定每個(gè)面板有5%-10%的缺陷需要修復(fù)。
由于TFT陣列部件通常非常微小(通常子像素大小為80 x 240/mi),所以為了確定缺陷是否是可修復(fù)的而使用顯微鏡來進(jìn)行缺 陷檢查。相對(duì)于面板的尺寸(通常為2.1 x2.4m)來說，顯微鏡的視場(chǎng) 較小(在100 x 100/mi到2 x 2mm的范圍內(nèi)變化)。如圖2所示，顯 微鏡安裝在精密的XY載物臺(tái)上，以便能夠?qū)@微鏡從一個(gè)缺陷派遣 到另一個(gè)缺陷。從早期由AOI和AC檢驗(yàn)系統(tǒng)執(zhí)行的檢驗(yàn)過程中可以 獲知缺陷坐標(biāo)。在缺陷檢查及修復(fù)期間，憑借真空卡盤使得玻璃板在 XY載物臺(tái)下方保持固定。在檢查之后，通常借助于激光微調(diào)、激光 焊接或通過橋接明線缺陷(通常利用化學(xué)汽相沉積(CVD)技術(shù))來 處理可修復(fù)的缺陷。
當(dāng)使用高放大倍率時(shí)，顯微鏡的焦深范圍能夠小到例如+/-0.6微 米。例如由于(a)面板尺寸相對(duì)較大、(b)面板厚度的變化、(c) 在檢驗(yàn)/修復(fù)過程中非零Z隨著在X和Y方向移動(dòng)而發(fā)生變化、以及 (d)在面板的寬闊區(qū)域上方的面板固定器(卡盤)中的非零Z的變 化，相對(duì)于檢驗(yàn)或修復(fù)光學(xué)器件來說，維持面板的Z位置是困難的。 因此，在將顯微鏡分配到新的缺陷位置之后，顯微鏡需要重調(diào)焦距以 便為缺陷檢查提供清晰圖像以及使其能夠獲得所需的激光光斑尺寸， 從而便于進(jìn)行適當(dāng)?shù)募す馕⒄{(diào)。因此，顯微鏡的聚焦始終在新的缺陷 位置執(zhí)行，并且是自動(dòng)進(jìn)行的。通常自動(dòng)聚焦動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間大約為 秒級(jí)。在這段期間，儀器既不用來進(jìn)行缺陷檢查，也不用來進(jìn)行激光 微調(diào)，從而儀器保持空閑狀態(tài)。對(duì)于通常每個(gè)面板具有400個(gè)缺陷來
說，自動(dòng)聚焦過程消耗大約400秒的儀器空閑時(shí)間?？臻e時(shí)間破壞了
儀器的利用率。當(dāng)陣列補(bǔ)救儀器配備了自動(dòng)缺陷修復(fù)能力時(shí)，也就是 說在不需要操作者協(xié)助的情況下進(jìn)行修復(fù)時(shí)，減小或消除自動(dòng)聚焦周 期變得尤其重要。
圖2示出了示例性的TFT陣列修復(fù)機(jī)。在圖2中，附圖標(biāo)號(hào)202、 204、 206、 208以及210分別表示花崗巖基座、提供Y方向運(yùn)動(dòng)的托 臺(tái)(gantry) 、 X方向運(yùn)動(dòng)的車架、能夠在Z方向移動(dòng)以便進(jìn)行聚焦 的顯微鏡和激光工具、以及適于支撐和固定玻璃板的卡盤。
在一些已知的TFT陣列修復(fù)或陣列補(bǔ)救儀器中，顯微鏡配備有面 掃描電荷耦合器件(CCD )照相機(jī)，用于記錄檢查圖像(review image ) 以及在監(jiān)視器上將圖像顯示給操作者。隨后對(duì)記錄的圖像進(jìn)行數(shù)字圖 像處理(DIP),以提取出與需要焦點(diǎn)自動(dòng)校正所達(dá)到的程度有關(guān)的 信息。幾種DIP算法廣泛用于獲得聚焦質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(FQC)。大多數(shù)算 法都是基于對(duì)清晰的、對(duì)焦準(zhǔn)確的圖像展示了高空間頻率分量的最多 內(nèi)容這一觀點(diǎn)的。通常DIP算法包括以下步驟i)對(duì)圖像強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo) 準(zhǔn)化；ii)將高通數(shù)字濾波器應(yīng)用于圖像(例如拉普拉斯算子)；iii) 將絕對(duì)值算子應(yīng)用于濾波后的圖像；iv)對(duì)所有像素強(qiáng)度值進(jìn)行積分 (求和)，以便獲得處理后的圖像的FQC值。
圖3示出了作為顯微鏡物鏡垂直方向(Z方向)的位置的函數(shù)的 FQC,該FQC是從最佳聚焦點(diǎn)周圍±20 /mi范圍內(nèi)的陣列圖像中得到 的。用20倍的物鏡放大倍數(shù)和0.42的光圈來產(chǎn)生如圖3所示的曲線。 曲線上的每個(gè)圓點(diǎn)對(duì)應(yīng)于單獨(dú)的圖像。在圖3所示的示例中，通過視 覺判斷可知，最佳聚焦與在-2.5 jtmi處FQC的最大值相符。
基于DIP的自動(dòng)聚焦方法相對(duì)簡(jiǎn)單，施行起來也較為便宜，并且 不需要額外的硬件。然而，所述該方法存在很多缺陷，其中的幾個(gè)缺 陷將在下文中加以描述。首先，在成像場(chǎng)景中需要利用高對(duì)比度特性 來計(jì)算FQC。因此DIP方法無法用于空白的或幾乎空白的圖像。其次， FQC的單次采樣并不能說明顯微鏡是位于最佳聚焦點(diǎn)上方還是下方。 而且， 一個(gè)FQC的單次采樣不足以確定將要達(dá)到最佳焦點(diǎn)位置的距 離。因此DIP方法需要一個(gè)以上的圖像來推算出最佳焦點(diǎn)。另外，在
相對(duì)狹窄范圍(例如20倍物鏡的士20/mi范圍)之外，F(xiàn)QC變成非單 調(diào)的。因而，甚至FQC的多個(gè)采樣常常也無法表明接近最佳焦點(diǎn)位置 的趨勢(shì)。
為了克服上述缺陷，顯微鏡被移動(dòng)到距離最佳焦點(diǎn)位置足夠遠(yuǎn)的 位置，以保證顯微鏡位于已知的最佳焦點(diǎn)位置一側(cè)。隨著顯微鏡向最 佳焦點(diǎn)位置移動(dòng)，同時(shí)記錄下FQC曲線圖。在此過程中，顯樣i鏡超過 最佳聚焦點(diǎn)，以便能夠?qū)ο嚓P(guān)的FQC曲線圖的最大值點(diǎn)進(jìn)行定位。通 常利用所記錄的FQC采樣點(diǎn)之間的插值來計(jì)算FQC最大值點(diǎn)，以改 善聚焦精度。隨后，使顯微鏡倒退回與計(jì)算得到的FQC最大值點(diǎn)對(duì)應(yīng) 的位置，從而提供近似的最佳焦點(diǎn)位置。
眾所周知，雖然有了上述的發(fā)展，但是DIP方法是緩慢的，并且 依賴于所需的自動(dòng)聚焦范圍和CCD照相機(jī)幀頻，DIP方法可能需要1 到5秒鐘來完成自動(dòng)聚焦任務(wù)。例如，如果所需的自動(dòng)聚焦范圍為士150 /rni，那么每隔5 jtmi對(duì)FQC進(jìn)行一次采樣，并且照相機(jī)幀頻為每秒30 幀，在該范圍內(nèi)記錄FQC不可能會(huì)快于2秒。
一種優(yōu)化搜索FQC的方法是減小獲得FQC最大值所需的FQC樣
本數(shù)量，從而縮短自動(dòng)聚焦時(shí)間。這種搜索可通過在整個(gè)自動(dòng)聚焦范
圍內(nèi)執(zhí)行相對(duì)粗糙和快速的搜索、并隨后在最佳聚焦點(diǎn)附近執(zhí)行更加
精確的搜索來完成。然而，即使采用優(yōu)化的搜索方法，自動(dòng)聚焦時(shí)間 仍然不可能達(dá)到i秒以下。
依照另外一種眾所周知的技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)并未對(duì)圖像進(jìn)行數(shù)字處 理，而是通過高通模擬濾波器對(duì)模擬合成的視頻信號(hào)進(jìn)行處理，并將 處理后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化以計(jì)算FQC。該項(xiàng)技術(shù)減少了獲得FQC曲 線所需的計(jì)算量，但是由于需要逐個(gè)圖像地對(duì)FQC曲線進(jìn)行采樣，因 此這項(xiàng)技術(shù)有著與DIP^支術(shù)相同的缺陷。利用上述技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的自動(dòng) 聚焦時(shí)間大約為1秒。
圖4為另一種基于DIP的自動(dòng)聚焦傳感器的示意圖，該自動(dòng)聚焦 傳感器被稱作線掃描DIP傳感器(LS-DIP)。如圖4所示，附圖標(biāo)號(hào) 402表示缺陷檢查照相機(jī)(面掃描CCD),附圖標(biāo)號(hào)404表示結(jié)構(gòu)光 照明物面的像，附圖標(biāo)號(hào)406表示筒內(nèi)透鏡，附圖標(biāo)號(hào)408表示線掃
描CCD傳感器分光鏡，附圖標(biāo)號(hào)410表示結(jié)構(gòu)光照明分光器，附圖標(biāo) 號(hào)412表示顯微鏡物鏡，附圖標(biāo)號(hào)414表示結(jié)構(gòu)光照明物面，附圖標(biāo) 號(hào)416表示物面，附圖標(biāo)號(hào)418表示線掃描照相機(jī)的筒內(nèi)透鏡，附圖 標(biāo)號(hào)420表示線掃描圖像傳感器上的結(jié)構(gòu)光照明物面的像，附圖標(biāo)號(hào) 422表示線掃描圖像傳感器，附圖標(biāo)號(hào)424表示結(jié)構(gòu)光投影筒內(nèi)透鏡， 附圖標(biāo)號(hào)426表示狹縫陣列，附圖標(biāo)號(hào)428表示高亮度光源(例如超 發(fā)射發(fā)光二極管)，附圖標(biāo)號(hào)430表示投影到物面上的結(jié)構(gòu)光的放大 圖，附圖標(biāo)號(hào)432表示成像到線掃描圖像傳感器上的物面的截面。
LS-DIP技術(shù)與前述DIP方法基于相似的原理。該項(xiàng)技術(shù)需要通過 沿著Z軸移動(dòng)顯微鏡、接著計(jì)算對(duì)應(yīng)于FQC曲線最大值的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的 Z坐標(biāo)來獲得FQC曲線。由于使用線掃描傳感器而不是面掃描陣列來 獲得FQC,因此自動(dòng)聚焦時(shí)間略有減小。例如，能夠每隔15微秒讀 取一次具有40MHz像素時(shí)鐘的512像素的線掃描傳感器，這就意味著 對(duì)應(yīng)于每秒66,666幀。 -使用這一幀頻， -使得獲取FQC曲線所需的時(shí) 間取決于Z (聚焦)方向運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度，而不是取決于照相機(jī) 的幀頻。由于無法保證成像到線掃描圖像傳感器上的物面的截面包括 足夠數(shù)量的用于計(jì)算有效FQC的高對(duì)比度特征，因此將結(jié)構(gòu)光圖案投 影到物面上。將結(jié)構(gòu)光投影到物面上還使得LS-DIP在平面以及無特 征的物體上能夠使用。通常，利用LS-DIP方法，自動(dòng)聚焦需要約0.5 秒。
傳統(tǒng)的基于DIP的自動(dòng)聚焦方法存在需要沿著Z軸掃描以獲取 FQC曲線的常見缺陷。在掃描期間顯微鏡的聚焦?fàn)顟B(tài)未被確定，并且 只有在到達(dá)新的缺陷檢查位置時(shí)才會(huì)啟動(dòng)自動(dòng)聚焦序列。因此，自動(dòng) 聚焦時(shí)間總是使檢查過程延遲。此外，由于DIP方法不能在顯微鏡在 XY平面內(nèi)移動(dòng)過程中保持聚焦，因此DIP方法不適用于利用閃光燈 照明來獲得在飛行中的快速缺陷圖像，其中閃光燈照明可凍結(jié)顯微鏡 的移動(dòng)以防止圖像模糊。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，顯微鏡連續(xù)保持在焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)，以便消除否則將 會(huì)需要的自動(dòng)聚焦時(shí)間。只要顯微鏡指向目標(biāo)面板(例如經(jīng)受檢驗(yàn)的
TFT陣列)，并且無論顯微鏡是靜止的還是運(yùn)動(dòng)的，都將保持焦點(diǎn)對(duì)
準(zhǔn)位置。
按照本發(fā)明，保持顯微鏡處于持續(xù)聚焦模式的自動(dòng)聚焦跟蹤系統(tǒng)
部分地包括顯微鏡z方向執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動(dòng)聚焦傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)、信號(hào)調(diào)節(jié)器、數(shù)字比例積分微分(PID)控制器以及數(shù)模 轉(zhuǎn)換器(DAC)。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)適于調(diào)節(jié)顯微鏡物鏡與目標(biāo)之間的距離，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu) 部分地包括放大器、線性電機(jī)以及提供位置反饋的線性編碼器。所述 自動(dòng)聚焦傳感器與ADC以及信號(hào)調(diào)節(jié)器一起適于連續(xù)監(jiān)控和檢測(cè)顯 微鏡物鏡與目標(biāo)之間的距離，并向放大器提供測(cè)得的距離。PID控制 器與DAC共同使得令顯微鏡物鏡與目標(biāo)分離的距離保持穩(wěn)定，從而保 持最佳聚焦。
由放大器、PID控制器、DAC以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的控制回路用 于最小化預(yù)定值與檢測(cè)到的Z位置之間的誤差s 。對(duì)于給定的玻璃厚 度，預(yù)定值保持恒定，并且對(duì)應(yīng)于近似的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)位置。為了校正例 如玻璃厚度的偏差，預(yù)定值被動(dòng)態(tài)更新以解決這種偏差問題。


圖1示出了具有周期性晶體管陣列的大型扁平圖案化介質(zhì)的一部
分的頂視圖中的多個(gè)非周期性缺陷；
圖2示出了適于檢驗(yàn)平板顯示器的系統(tǒng)的透視圖3示出了作為顯微鏡物鏡垂直方向(Z方向)位置的函數(shù)的FQC;
圖4示出了基于DIP的自動(dòng)聚焦傳感器的示意圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的自動(dòng)聚焦跟蹤傳感器陣列
的多個(gè)模塊；
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案使用光學(xué)AF傳感器的自動(dòng) 聚焦跟蹤系統(tǒng)的功能框圖7示出了自動(dòng)聚焦跟蹤傳感器對(duì)顯微鏡位置沿著Z軸變化的響 應(yīng)曲線。
具體實(shí)施例方式
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，控制端和經(jīng)受檢驗(yàn)和/或修復(fù)的目標(biāo) 表面之間的距離保持基本固定。為了達(dá)到這一目的，非接觸式傳感器 (本文中也稱作間隙傳感器)連續(xù)地測(cè)量控制端與目標(biāo)表面之間的距 離。伺服控制系統(tǒng)接收所測(cè)量的距離，并且作為響應(yīng)而改變控制端相 對(duì)于目標(biāo)表面的位置，以便保持兩者之間的距離基本固定。
在一個(gè)實(shí)施方案中，控制端包括顯孩i鏡和/或》務(wù)復(fù)單元，目標(biāo)表面
是形成于面板上的TFT陣列。在這種實(shí)施方案中，顯微鏡在瞄準(zhǔn)TFT 陣列的同時(shí)，連續(xù)保持焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)，從而不需要在TFT陣列面板上 的每個(gè)感興趣的位置進(jìn)行重新聚焦。對(duì)于這種示例性的實(shí)施方案來說， 希望保持控制端與目標(biāo)表面之間的距離基本固定，并且允許在顯微鏡 的景深內(nèi)存在 一 定的公差范圍。參照其中所述控制端為顯微鏡的實(shí)施 方案進(jìn)行了下面的描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，所述控制端可以包括 其它檢驗(yàn)或修復(fù)設(shè)備，例如激光微調(diào)設(shè)備。
如圖5所示，通過跟蹤伺服控制系統(tǒng)將顯微鏡保持在自動(dòng)聚焦模 式下，所述跟蹤伺服控制系統(tǒng)部分地包括顯孩i鏡Z執(zhí)行機(jī)構(gòu)520、非 接觸式間隙或高度傳感器542 (本文中也稱作自動(dòng)聚焦AF傳感器)、 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 544、信號(hào)調(diào)節(jié)器546、數(shù)字比例積分微分(PID ) 控制器548以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC ) 550。
顯微鏡Z執(zhí)行機(jī)構(gòu)520適于調(diào)整顯微鏡物鏡與目標(biāo)之間的距離， 并且如圖5所示，其部分的包括放大器502、線性電機(jī)504以及提供 位置反饋的線性編碼器506。非接觸式間隙傳感器542連同ADC 544 和信號(hào)調(diào)節(jié)器546 —起適于連續(xù)監(jiān)控和測(cè)量顯微鏡物鏡與目標(biāo)之間的 距離，并向控制器560提供測(cè)量后的距離。PID控制器548連同DAC 550 —起適于使顯微鏡物鏡與目標(biāo)分開的距離保持穩(wěn)定，從而保持最 佳聚焦。
由控制器560、比較器565、 PID 548、 DAC 550以及Z執(zhí)行機(jī)構(gòu) 520所構(gòu)成的控制回路適于最小化提供給控制器560的預(yù)定值(本文 中也稱作設(shè)定值)與間隙傳感器542、 ADC 544及信號(hào)調(diào)節(jié)器546所 檢測(cè)到的Z位置之間的誤差s 。信號(hào)調(diào)節(jié)器546適于將從ADC 544接 收到的信號(hào)線性化，從而提供所需的精度、辨析率和可重復(fù)性。對(duì)于 給定的玻璃厚度來說，所述設(shè)定值保持恒定，并且對(duì)應(yīng)于近似的焦點(diǎn) 對(duì)準(zhǔn)位置。眾所周知，有限的真空卡盤平整度和較小的玻璃厚度變化 會(huì)阻礙顯微鏡在通過整個(gè)玻璃板期間保持聚焦。為了校正這些偏差， 設(shè)定值被動(dòng)態(tài)更新以反映間隙傳感器542、ADC 544和信號(hào)調(diào)節(jié)器546 模塊所測(cè)量的距離D。
在一個(gè)實(shí)施方案中，控制器560為加法器或減法器。通過控制器 560，使所述設(shè)定值與顯微鏡物鏡及目標(biāo)表面之間的數(shù)字化和線性化的 測(cè)量距離相加或相減，以便根據(jù)基本最佳的聚焦值(或設(shè)定值)(± △ Z)計(jì)算出更新的距離。比較器565將從控制器560接收的更新的 距離值(±AZ)與從線性編碼器506接收的距離值進(jìn)行比較。比較的 結(jié)果提供給PID 548，以用于調(diào)節(jié)顯微鏡物鏡與目標(biāo)表面之間的距離。間隙傳感器542具有很多特性。尤其是，間隙傳感器542 的焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)指示精確度大于顯微鏡物鏡的景深。眾所周知，景深代表 容許的Z位置模糊度，而所述模糊度不會(huì)引起可感知的聚焦損失。例 如，在一個(gè)實(shí)施方案中，假設(shè)物鏡的放大倍數(shù)為20，并且光圏為0.42, 間隙傳感器的精確度高于士1.6微米。間隙傳感器542的精確度不應(yīng)受 到TFT圖案和玻璃板底面反射的危害。更進(jìn)一步來說，間隙傳感器542 的工作范圍必須超過卡盤的不平整度(out-of-flatness )和玻璃厚度公 差的組合值。在一個(gè)實(shí)施方案中，傳感器的工作范圍至少為士150微米。 另外，間隙傳感器542的動(dòng)態(tài)響應(yīng)必須匹配或者快于顯微鏡的移動(dòng)速 度以及卡盤和玻璃平整度的變化率。在一個(gè)實(shí)施方案中，間隙傳感器 542產(chǎn)生頻率至少為2kHz的輸出。只要間隙傳感器的輸出可以區(qū)分顯 微鏡物鏡是在最佳焦點(diǎn)位置上方還是下方，間隙傳感器的輸出特性(輸 出電壓與"Z"位置的關(guān)系)就不需要是線性的。
依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，圖6示出了使用光學(xué)AF傳感器的 自動(dòng)聚焦跟蹤系統(tǒng)的各種組件。如圖6所示，附圖標(biāo)號(hào)l表示缺陷檢 查照相機(jī)(面掃描CCD);附圖標(biāo)號(hào)2表示筒內(nèi)透鏡；附圖標(biāo)號(hào)3表 示傳感器分光鏡；附圖標(biāo)號(hào)4表示在物鏡入口光圈一半的范圍內(nèi)延伸 的經(jīng)準(zhǔn)直的激光束；附圖標(biāo)號(hào)5表示顯微鏡的物鏡；附圖標(biāo)號(hào)6表示 投影到最佳聚焦平面上方的平面上的激光束；附圖標(biāo)號(hào)7表示投影到 最佳聚焦平面下方的平面上的激光束；附圖標(biāo)號(hào)8表示投影到最佳聚 焦平面上的激光束；附圖標(biāo)號(hào)9表示在最佳聚焦平面下方的焦點(diǎn)未對(duì) 準(zhǔn)的平面；附圖標(biāo)號(hào)IO表示最佳聚焦平面；附圖標(biāo)號(hào)ll表示在最佳 聚焦平面上方的焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)的平面；附圖標(biāo)號(hào)12表示激光照明器分光 鏡；附圖標(biāo)號(hào)13表示傳感器的筒內(nèi)透鏡；附圖標(biāo)號(hào)14a與14b表示分 開的光電探測(cè)器；附圖標(biāo)號(hào)15表示在最佳聚焦平面上方的物面的像； 附圖標(biāo)號(hào)16表示最佳聚焦物面的像；附圖標(biāo)號(hào)17表示在最佳聚焦平 面下方的物面的像；附圖標(biāo)號(hào)18表示孔徑光闌；附圖標(biāo)號(hào)19表示光 束擴(kuò)展和準(zhǔn)直透鏡系統(tǒng)；附圖標(biāo)號(hào)20表示半導(dǎo)體激光器；附圖標(biāo)號(hào) 21表示經(jīng)準(zhǔn)直的激光束。由上述附圖標(biāo)號(hào)ll、 12、 13、 14a、 14b、 15、 16、 17、 18、 19、 20以及21所確定的組件共同組成了圖5的間隙傳 感器542,在一個(gè)實(shí)施方案中間隙傳感器542為可/人Wegu Canada Inc, located at 1707 Harbour Street, Whitby， Ontario, Canada, L1N9G6獲得 的Wegu Automated Tracking Focus (ATFocus-4 sensor)。
激光二極管20與光束擴(kuò)展和準(zhǔn)直器19共同產(chǎn)生圓形的經(jīng)準(zhǔn)直的 激光束21。激光束21的一半被孔徑光闌18阻擋，從而形成半圓形的 光束4。當(dāng)顯微鏡處于最佳焦點(diǎn)位置時(shí)，光束4在穿過分光鏡12和分 光鏡3以及物鏡5之后，向下聚焦為物面10上的衍射受限的光斑。
可以調(diào)整探測(cè)器14的位置，以便當(dāng)顯微鏡處于最佳聚焦?fàn)顟B(tài)時(shí)， 激光圓點(diǎn)8的像幾乎恰好成形于傳感器14a與14b之間；像16對(duì)應(yīng)于 最佳焦點(diǎn)位置。
假設(shè)從探測(cè)器14a接收的信號(hào)表示為Sa，從探測(cè)器14b接收的信 號(hào)表示為Sb。位于間隙傳感器542中并與探測(cè)器14相連的電子電路 所獲得的組合信號(hào)Y化可以進(jìn)行如下定義
<formula>formula see original document page 15</formula>
在最佳焦點(diǎn)位置，來自于探測(cè)器14a以及14b的信號(hào)可以被平衡， 從而組合信號(hào)Yab約為0V。如果物面10為焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)的，并且被定 位成靠近顯微鏡的物鏡5，則像15成形于光電探測(cè)器14a上，從而導(dǎo) 致Sa4 Sb之間的下列關(guān)系:
Sa 〉 Sb ( 2 )
因此可以得到
Yab〉0 (3)
相反地，如果物面9是焦點(diǎn)未對(duì)準(zhǔn)的，并且位于最佳聚焦平面10 下方，被照亮的光斑7則位于顯樣i鏡主光軸的左側(cè)，從而導(dǎo)致像17 包含在光電探測(cè)器14b之內(nèi)。因此得到了如下Sa與Sb之間的關(guān)系
Sa < Sb( 4 ) 因此可以得到
Yab<0 (5)
從公式(l)中可以看出，通過將從探測(cè)器14a和14b獲得的差信 號(hào)，即信號(hào)(Sa-Sb)，除以兩個(gè)信號(hào)之和，即信號(hào)(Sa+Sb),可以 使信號(hào)(Sa - Sb )標(biāo)準(zhǔn)化。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化是為了降低傳感器對(duì)目標(biāo)物體(物 面)的反射率強(qiáng)度的敏感性。在圖5所示的處理電子電路的動(dòng)態(tài)范圍 之內(nèi)，將標(biāo)準(zhǔn)化過程應(yīng)用于信號(hào)。如果探測(cè)器14產(chǎn)生的信號(hào)電平超過 了處理電子電路的動(dòng)態(tài)范圍，并且引起例如飽和或不足的信號(hào)電平， 那么將采用自動(dòng)激光強(qiáng)度控制來減輕影響。
圖7示出了間隙傳感器對(duì)沿著Z軸的顯微鏡位置變化的響應(yīng)。間 隙傳感器的響應(yīng)特性曲線使得能夠明確探測(cè)焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)位置(Yab = 0)，
并進(jìn)一步使得能夠借助于Yab信號(hào)的符號(hào)趨向于最佳焦點(diǎn)位置來確定方向。
依照本發(fā)明，當(dāng)顯微鏡處于焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，AF跟蹤傳感器在傳 感器14上產(chǎn)生較小的、衍射受限的光斑。因此，這種衍射受限的光斑 中的能量分布取決于光學(xué)性能，而非物面表面的特征反射率。因此， 無論采用何種組件(例如ITO電極、棵玻璃以及金屬跡線等)以及傳
感器可指向的部件之間的轉(zhuǎn)換如何，焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)指示精確度基本不受影 響。
用于區(qū)別于傳統(tǒng)DIP方法的自動(dòng)聚焦跟蹤系統(tǒng)的間隙傳感器的重 要特性是能夠提供連續(xù)的輸出。術(shù)語"連續(xù)"應(yīng)理解為意味著來自于 間隙傳感器的測(cè)量響應(yīng)(輸出數(shù)據(jù))時(shí)間(包括處理時(shí)間)短于檢驗(yàn) 或修復(fù)工具移動(dòng)到并固定于所感興趣的新的面板位置的時(shí)間。 一些傳 感設(shè)備可能需要更新其輸出數(shù)據(jù)，或者更新輸出數(shù)據(jù)的計(jì)算，因而通 常不提供如本文所定義的連續(xù)的輸出。在缺陷之間的移動(dòng)時(shí)間小于1
秒，典型的時(shí)間約為0.7秒。上述光學(xué)間隙傳感器的典型動(dòng)態(tài)響應(yīng)率 約為2KHz或?yàn)?.5毫秒。
如上所述，圖6部分地示出了本發(fā)明的自動(dòng)聚焦跟蹤系統(tǒng)中的光 學(xué)間隙傳感器的一個(gè)實(shí)施方案。圖6所示的光學(xué)間隙傳感器能夠測(cè)量 相對(duì)于已知的Z二O基線(最佳聚焦點(diǎn))的Z位置，并進(jìn)一步能夠從最 佳聚焦平面中區(qū)分出方向與距離。應(yīng)當(dāng)理解的是，其它光學(xué)間隙傳感 器配置也可用來滿足上述要求。進(jìn)一步應(yīng)當(dāng)理解，適用于本發(fā)明的自 動(dòng)聚焦跟蹤系統(tǒng)且滿足上述要求的其它非光學(xué)間隙傳感器(例如電容 性傳感器)也可使用。
如上所述的本發(fā)明的AF跟蹤系統(tǒng)通過排除對(duì)檢查進(jìn)行聚焦所需 的時(shí)間而改善了利用率。無論照相機(jī)處于固定狀態(tài)還是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，AF 跟蹤系統(tǒng)都會(huì)使檢查用的顯微鏡保持焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。這就使得能夠 通過利用短持續(xù)時(shí)間的強(qiáng)光脈沖來凍結(jié)顯微鏡的運(yùn)動(dòng)，以收集在飛行 中的檢查圖像(而沒有花費(fèi)時(shí)間使顯微鏡端部停止)。因此，能夠?qū)?現(xiàn)TFT陣列上缺陷行的在飛行中的圖像的獲取。在快速缺陷圖像捕獲 時(shí)可以使本發(fā)明的AF跟蹤系統(tǒng)的其它實(shí)施方案工作。在這種模式下， 面板內(nèi)的幾乎所有缺陷的圖像被捕獲和分類，而修復(fù)方案被自動(dòng)分配 給可修復(fù)的缺陷。在初始的快速缺陷圖像捕獲之后，適當(dāng)?shù)胤峙尚迯?fù) 工具以便對(duì)缺陷進(jìn)行修復(fù)。AF跟蹤系統(tǒng)通過使飛行中的缺陷圖像捕獲 更容易，而在沒有花費(fèi)時(shí)間使檢查用的顯微鏡停止的情況下改善了快 速缺陷圖像捕獲效率。
本發(fā)明的上述實(shí)施方案是示意性的而非限定性的。本發(fā)明并不受 在本發(fā)明的微分放大器中使用的電流源或電流吸收器類型的限制。在不 背離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明公開范圍的情況下，可以進(jìn)行其他增 加、減少、刪除和^f務(wù)改。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括非接觸式傳感器，適于連續(xù)地測(cè)量控制端與面板之間的距離，所述面板相對(duì)于所述控制端處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；伺服控制系統(tǒng)，所述伺服控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制電路，適于產(chǎn)生由測(cè)得的距離和第一預(yù)定值所限定的第一信號(hào)；以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，適于依照所述第一信號(hào)改變所述控制端的位置，以使得所述控制端與所述面板之間的距離連續(xù)不斷地保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，適于將所述非接觸式傳感器產(chǎn)生的有關(guān)的模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的裝置，還包括信號(hào)調(diào)節(jié)模塊，適于使所述經(jīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)線性化，以產(chǎn)生代 表所述測(cè)得的距離的線性化信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括 放大器；線性電才幾；以及 線性編碼器。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述控制端適于檢驗(yàn)所述面板。
6. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述控制端適于修復(fù)所述面板。
7. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述控制端包括在所述面板上 聚焦的顯微鏡的物鏡。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，還包括第一探測(cè)器，適于響應(yīng)于光束的第一圖像而產(chǎn)生第二信號(hào)； 第二探測(cè)器，適于響應(yīng)于所述光束的第二圖像而產(chǎn)生第三信號(hào)；其中所述第一信號(hào)由所述第二信號(hào)和所述第三信號(hào)來限定；并且其中，如果所述第一信號(hào)的值等于或小于以所述預(yù)定范圍為特征的第二預(yù)定值，則將所述顯微鏡檢測(cè)為相對(duì)于所述面板是焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其中如果物面位于最佳聚焦平面上 方，從而使被照亮的光斑出現(xiàn)在所述顯微鏡的主光軸的第一側(cè)，那么 所述第二信號(hào)大于所述第三信號(hào)。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中響應(yīng)于大于所述第三信號(hào)的 所述第二信號(hào)，在所述第一探測(cè)器上形成圖像。
11. 如權(quán)利要求IO所述的裝置，其中，如果物面位于最佳聚焦平 面下方，從而使被照亮的光斑出現(xiàn)在所述顯微鏡的主光軸的第二側(cè)， 那么所述第二信號(hào)小于所述第三信號(hào)。
12. 如權(quán)利要求11所述的裝置，其中響應(yīng)于小于所述第三信號(hào)的 所述第二信號(hào)，在所述第二探測(cè)器上形成圖像。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述第一預(yù)定值被動(dòng)態(tài)更新， 以解決多種外部情況。
14. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述外部情況代表適于接收 所述面板的卡盤的平整度的偏差。
15. 如權(quán)利要求12所述的自動(dòng)聚焦跟蹤系統(tǒng)，其中所述外部情況 代表所述面板的厚度的偏差。
16. 如權(quán)利要求15所述的自動(dòng)聚焦跟蹤系統(tǒng)，其中所述第一預(yù)定 值為0。
17. —種將端部連續(xù)保持在面板的預(yù)定范圍內(nèi)的方法，包括以下 步驟以非接觸的方式連續(xù)測(cè)量所述端部與所述面板之間的距離； 檢測(cè)所述測(cè)得的距離與預(yù)定距離之間的差值；以及 相對(duì)于所述面板改變所述端部的位置，以保持所檢測(cè)到的差值小 于已知值，從而將所述端部保持在所述面板的預(yù)定范圍內(nèi)。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括 將代表所述測(cè)得的距離的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括 對(duì)所述經(jīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行線性化。
20. 如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括 使用所述端部4企驗(yàn)所述面板。
21. 如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括 使用所述端部修復(fù)所述面板。
22. 如權(quán)利要求17所述的方法，進(jìn)一步包括 將光學(xué)系統(tǒng)的物鏡置于所述端部中，所述物鏡保持在所述面板的預(yù)定范圍內(nèi)，以便在所述面板上連續(xù)地聚焦。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，進(jìn)一步包括 將攜帶代表所述物鏡的新位置的信息的信號(hào)進(jìn)行編碼；以及 利用線性電機(jī)并根據(jù)所述編碼信號(hào)來改變所述物鏡的位置。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括 響應(yīng)于光束的第一圖像而產(chǎn)生第二信號(hào)； 響應(yīng)于所述光束的第二圖像而產(chǎn)生第二信號(hào)；以及 產(chǎn)生由所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)來限定的第三信號(hào)；其中，如果所述第三信號(hào)的值等于或小于第二預(yù)定值，則檢測(cè)到 焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，進(jìn)一步包括 如果物面位于最佳聚焦平面上方，則使得所述第二信號(hào)大于所述第一信號(hào)，以及如果所述第二信號(hào)大于所述第 一信號(hào)，則使得被照亮的光斑出現(xiàn) 在所述物鏡的光軸的第 一 側(cè)。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，所述方法更進(jìn)一步包括 如果物面位于最佳聚焦平面下方，則使得所述第二信號(hào)小于所述第一信號(hào)，以及如果所述第二信號(hào)小于所述第一信號(hào)，則使得被照亮的光斑出現(xiàn) 在所述光軸的第二側(cè)。
全文摘要
一種自動(dòng)聚焦跟蹤系統(tǒng)將指向TFT陣列的顯微鏡連續(xù)保持在焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)，以消除否則將會(huì)需要的自動(dòng)聚焦時(shí)間。所述自動(dòng)聚焦跟蹤系統(tǒng)部分地包括顯微鏡Z執(zhí)行機(jī)構(gòu)，自動(dòng)聚焦傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，信號(hào)調(diào)節(jié)器、PID控制器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器。執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)顯微鏡物鏡與目標(biāo)之間的距離，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分地包括放大器、線性電機(jī)以及提供位置反饋的線性編碼器。所述自動(dòng)聚焦傳感器與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及所述信號(hào)調(diào)節(jié)器共同適于監(jiān)控和檢測(cè)顯微鏡物鏡與目標(biāo)之間的距離，并且向所述放大器提供測(cè)量后的距離。所述PID控制器與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器共同使得令顯微鏡物鏡和目標(biāo)分開的距離保持穩(wěn)定，從而保持最佳聚焦。
文檔編號(hào)G02B27/40GK101107558SQ200680002692
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2006年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月21日
發(fā)明者亞當(dāng)·韋斯 申請(qǐng)人:光子動(dòng)力學(xué)公司