專利名稱：使用按需自動光學檢查子系統(tǒng)的改進的tft液晶顯示器面板檢查方法
相關(guān)申請的交叉參考不適用美國聯(lián)邦政府資助的研究或發(fā)展下的發(fā)明的權(quán)利聲明不適用發(fā)明背景本發(fā)明涉及一種在不同制造階段使用電子、電光和光學技術(shù)的對平面電子線路構(gòu)圖型介質(zhì)的檢查方法。更具體地，本發(fā)明涉及使用自動電子、電光、光學方法對平面電子基片，諸如薄膜晶體管(TFT)陣列(液晶平板顯示器(LCD)的主要成分)的檢查。尤其是對沉積在大幅玻璃板上的高密度薄膜晶體管(TFT)液晶顯示器(LCD)面板的檢查。
在TFT LCD面板的制造過程中，使用大幅透明的薄玻璃板作為各層材料沉積以形成電子線路的基片，從而用作多個可分離的、一致的顯示面板。上述沉積過程通常分階段進行，在每一階段，一種特定的材料(如金屬、銦錫氧化物(ITO)、硅、非晶硅等)按確定的構(gòu)圖沉積在前一層上(或裸露的玻璃基片上)。每一階段都包括不同的步驟，如沉積、掩模、刻蝕和脫模。
在每一階段和階段中的各個步驟中，都會產(chǎn)生許多制造缺陷，使最終LCD產(chǎn)品性能產(chǎn)生電子和/或視覺隱患。這樣的缺陷包括例如短路、斷路、雜質(zhì)粒子、誤沉積、特征尺寸問題、過高和過低的刻蝕。圖1中示出了最常見的缺陷，包括進入到ITO 112內(nèi)的金屬突起110、進入到金屬116內(nèi)的ITO突起114、所謂的鼠咬狀結(jié)構(gòu)118、斷路120、晶體管124上的短路122和雜質(zhì)粒子126。
在TFT LCD面板檢查的主要應(yīng)用領(lǐng)域中，作為檢查對象的缺陷很小(小至微米級)，需要嚴格的缺陷檢查界限。
僅僅進行缺陷檢查是不夠的。檢查到的缺陷還必須作為工藝缺陷被歸類，例如，不會影響最終產(chǎn)品的性能、但可作為陣列制造過程中偏離最優(yōu)情況的早期指示的不重要的瑕疵；可被修正以提高陣列產(chǎn)量的可修復(fù)的缺陷；以及使得TFT陣列無法進一步使用的致命缺陷。
已經(jīng)有廣泛的技術(shù)用于檢查和分類前面提到的缺陷。這些技術(shù)可分為三類，即電子、電光和純光學的技術(shù)。
電子和電光技術(shù)要求檢查對象具有一些可測量的電的或電磁特性。對于TFT液晶面板檢查的主要預(yù)期應(yīng)用領(lǐng)域來說也是如此。該對象可用電方法激發(fā)，產(chǎn)生可被測量和記錄的電的或電磁行為。然后把上述現(xiàn)象與已知正常的行為比較，從而得知該檢查對象中是否存在異常。
對于這些技術(shù)來說，引起電的和/或電磁異常的缺陷的物理尺寸或可見性通常不是檢查的限制因素。在檢查對象中，缺陷一旦對電路的電的和/或電磁行為具有重要的、可測量的影響，該缺陷就可被檢測到。然而，這種類型檢查方法的固有限制在于只有影響到電子線路的電的和/或電磁行為的缺陷可被檢查到。其他異常，不管尺寸大小，將被檢查系統(tǒng)漏掉。此外，這些缺陷中的一些可能會影響遠大于其物理缺陷尺寸的區(qū)域。因此，在一些通常情況下，電子或電光檢查技術(shù)將檢查并不一定與其物理缺陷(檢查對象中異常的來源)相對應(yīng)的缺陷特征。
假定缺陷在選定的光學結(jié)構(gòu)下可見，純光學檢測技術(shù)——如自動光學檢查(AOI)都可不依賴缺陷的電學特性來檢查和確定缺陷的位置。然而，可在合理時間內(nèi)檢查到的缺陷尺寸通常有明顯的界限。更優(yōu)的檢查界限(更小的缺陷)和更短的檢測時間都是非常重要的目標。然而對于AOI系統(tǒng)，這兩個目標之間總會抵觸，必須在它們之間折衷。所能達到的目標受限于可用的成像技術(shù)和處理硬件。檢測時間隨著被檢查對象的尺寸成比例增加。因此，對于AOI應(yīng)用，所得到的高靈敏系統(tǒng)常為低速的，而高速系統(tǒng)又具有較低的圖像分辨率從而檢查靈敏度較低。
電子和電光檢查方法具有特別的吸引力，因為其可在缺陷非常小、或埋藏在其他沉積層之下從而光學不可見的情況下檢測電缺陷。在對沉積完所有材料層后——LCD面板完全可用并可被電學激勵的TFTLCD面板的最終檢測中尤為如此。因此，提供用于對克服電子和電光檢查方法中缺陷定位和分類限制的改進方法是個重要問題。
現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有許多方法和設(shè)備用于檢查平面構(gòu)圖型介質(zhì)、尤其是在玻璃板上沉積的TFT LCD平板中的異常。這些方法的第一類就是對由材料沉積在平面介質(zhì)上形成的電子線路的電測試。這些技術(shù)可在當存疑的圖案形成完全的或部分電路(可被激勵并且其電的變化可被測量)時使用。
在IBM研究與發(fā)展期刊(IBM Journal of Research & Development)1992年1月第36卷第1期中的文章“TFT/LCD陣列的功能測試”中，Jenkins等認為在獨立的TFT LCD像素中的電荷保持電容中的缺陷，以及許多其他缺陷的存在，可通過使用傳感電路選擇地給像素充電和放電來檢查。這種方法中，測量是針對有多少初始數(shù)目的存儲電荷可得到恢復(fù)來進行的。
在Jenkins等人的第5,179,345號美國專利中詳細描述了上述方法中的傳感方面以及與LCD面板像素的連接。在Ichioka等人的第5,546,013號美國專利中描述了TFT LCD面板的缺陷檢查裝置。
為實現(xiàn)對獨立像素的尋址和電測試，前面提到的測試方法要求與TFT LCD面板結(jié)構(gòu)中所有的門電路和數(shù)據(jù)線之間有電流連接。這種限制導(dǎo)致用于接觸的硬件不但價格昂貴而且難于維護。在Jenkins等人的第6,437,596 B1號美國專利中提出了一種在上述方法基礎(chǔ)上減少所需的接觸數(shù)目的改進方法。
對這種平面介質(zhì)上的電路的另一種類型的電測試，是借助照射到被檢查表面上的電子束。許多使用電子束的解決方案都利用了掃描電子顯微鏡(SEM)的基本原理。在這種方法中，使用低能電子束照射電路特征并記錄從上述電路特征中散射出的二次電子的能級，從而可得到被檢查表面的電壓分布。所得到的電壓圖可用來檢查表面上電缺陷的存在與否和類型。
在Hartman等人的第4,843,312號美國專利中描述了使用能量束(或粒子束)來測試TFT LCD電路結(jié)構(gòu)中的缺陷的一般方法。
在Brunner等人的第5,414,374號美國專利中也描述了一種用于LCD面板的粒子束測試裝置。在這種情況里，粒子束對準LCD像素的平面電極以在電極上產(chǎn)生電壓。在接下來的循環(huán)測量中，利用同一或第二粒子束產(chǎn)生的散射的二次電子來測量該電壓，并將其與額定值比較。在測量時期，為提供時變電勢(其值也可被測量并與額定值比較)，轉(zhuǎn)換元件也被觸發(fā)。
另外一種相當不同的電子束測試的應(yīng)用是通過利用電子束順續(xù)射向上述電路特征的局部來對電路特征進行充電或放電。例如，TFT LCD面板像素陣列中單獨的像素被低能電子束激發(fā)，測量產(chǎn)生的電流就可以確定結(jié)構(gòu)中電缺陷的存在與否。Golladay等人在IBM研究與發(fā)展期刊1990年3月/5月第34卷第2/3期中的文章“用于多芯片基片的斷/短路測試中的電子束技術(shù)”中描述了這種技術(shù)。在Golladay等人更近的第5,612,626號美國專利中描述了一種基于電子束技術(shù)的電子基片的缺陷檢查系統(tǒng)。
第二類缺陷檢查方法就是電光技術(shù)。在這類方法中，電路的電和/或電磁行為被轉(zhuǎn)換成光學可見的(一般通過由適當?shù)恼{(diào)制器形成的可見光或電子束反射)。然后通過光學方法把調(diào)制器的輸出成像以形成表示被檢查電路的電行為的圖像。特別是，電場的圖像和被檢查電路的電壓分布因此可以以電壓圖的形式得到。然后這些圖像可被用來檢測和識別表面上的電缺陷。
在Henley的第4,983,911，5,097,201和5,124,635號美國專利中描述了電光光調(diào)制器的原理以及相關(guān)的成像方法——經(jīng)測試從表面獲取的電壓及因而產(chǎn)生的電場被用來調(diào)制適當液晶變化的結(jié)構(gòu)的光學特性。因此光學圖像可利用圖像捕獲設(shè)備來形成并記錄。在Henley隨后的第5,615,039號美國專利中公開了對上述電光調(diào)制器及其制造方法的改進。
在Henley的第5,570,011號美國專利中描述了在用于測試電子器件(可被激發(fā)至已知的電狀態(tài))的測試裝置中使用這種電光傳感元件的完整的方法。這種方法已被成功使用在對TFT LCD面板裝配和填充液晶前的生產(chǎn)最終階段的電功能的電光測試中。
缺陷檢查方法的另一主要類別，自動光學檢查(AOI)是基于按所需的放大率和分辨率來光學成像、并且使用硬件/軟件圖像處理技術(shù)，來檢查超出被檢查對象的期望的通常變化范圍之外的缺陷。檢查到的異常不受限于缺陷的電特性顯著與否，而受限于由給定的光學配置、系統(tǒng)的成像放大率和分辨率所決定的光學可分辨對象。分辨率還由這種系統(tǒng)的復(fù)雜性和運轉(zhuǎn)速度所決定。
實施這種自動檢查的基本原理基于按選定的放大率和分辨率來使被檢查對象成像，然后使用圖像捕獲器件如CCD或CMOS傳感器來使圖像信息數(shù)字化。捕獲到的圖像可用來建立被檢查對象表面上的正常變化的參考圖像，并在與參考圖像比較的基礎(chǔ)上來實施缺陷檢測。比較過程可在空間域中進行，其中諸如圖像相減的空間圖案比較技術(shù)被用來檢查測試圖像與參考圖像的偏差。或者，比較過程也可在具有適當選定的典型特征的特征域中進行。在后面的情況里，測試對象和參考對象都由一組從圖像中分離出來的特征所代表。比較過程也在上述選定的特征空間中進行。
有許多用于光學檢查的方法。例如，在Levy等人的第4,247,203和4,347,001號美國專利中描述了一種使用空間圖案比較技術(shù)來檢查在重復(fù)的電路芯片的光掩模中的缺陷的自動光學光掩模檢查裝置。
在Specht等人的第4,805,123號美國專利中公開了一種通過在子像素分辨率級別進行的空間圖案比較來檢查具有這種重復(fù)圖案的表面的改進方法。通過仔細的對參考圖像和測試圖像的子像素校準，可實現(xiàn)接近成像分辨率的檢查靈敏度。由于在以特定分辨率進行采樣后的圖像中存在的折疊噪聲(也稱像素化噪聲)，這樣的檢查靈敏度通常不可能達到。這種方法已使用在硅片檢查和TFT LCD檢查中。
還有其他的解決方案被提出用于光掩模和集成電路芯片圖案的檢查。例如，在Danielson等人的第4,926,489號美國專利中、Jordan等人的第5,864,394號美國專利中以及Emery的第6,282,309號美國專利中都描述過這些解決方案。
自動光學檢查技術(shù)在TFT LCD面板檢查中的應(yīng)用由已很好應(yīng)用在集成電路芯片檢查中的技術(shù)按比例放大而構(gòu)成。然而，還公開了針對該應(yīng)用領(lǐng)域中具體問題的其他技術(shù)，如提高材料的襯度。例如，在Finarov的第5,333,052號美國專利中描述了一種相襯度成像技術(shù)，它對提高襯度尤其有用，因此可檢查TFT LCD面板中的透明材料(如ITO)。
AOI系統(tǒng)對電性質(zhì)和非電性質(zhì)的缺陷都能檢查和成像，因此可通過檢查那些不會立即導(dǎo)致故障的缺陷來用于工藝控制的目的。然而，AOI系統(tǒng)的性能和檢查時間是由設(shè)備工作的分辨率所決定的。
因為許多在電子線路中引起嚴重電故障的缺陷與被檢查對象的整個表面相比非常小，所以為了檢查這些嚴重缺陷就要求設(shè)備具有高的光學工作分辨率。這樣轉(zhuǎn)而導(dǎo)致儀器非常貴或非常慢或兩者兼而有之。就算使用最貴的硬件，可達到的檢查速度仍受限于能實現(xiàn)的硬件技術(shù)。這些限制對于TFT LCD面板檢查中的優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域尤其重要，其中TFT LCD面板沉積所用的平面材料板的尺寸與相關(guān)的電路特征尺寸相比正變得越來越大。
因此，這就要求使用前面提到的、可以不依賴缺陷的物理尺寸而能檢查電的顯著缺陷的電子和電光檢查技術(shù)。然而，電子和電光系統(tǒng)面臨著困難對一定類型的缺陷，缺陷的電特征可能覆蓋遠大于其自身物理因素的區(qū)域。例如，TFT LCD面板電路中一根數(shù)據(jù)線與共用線之間的短路將使整個數(shù)據(jù)線接地，并因此導(dǎo)致覆蓋整個數(shù)據(jù)線占用區(qū)域的缺陷特征。上述檢查不能給出缺陷的位置信息，這也是這種系統(tǒng)的主要缺點。為了出于工藝控制的目的(為使操作員通過光學顯微鏡手動復(fù)查缺陷的性質(zhì)，或為使自動分類子系統(tǒng)對缺陷成像和處理)而監(jiān)測缺陷的再現(xiàn)，缺陷的位置信息是很有用的。如果工藝中包括修復(fù)設(shè)備，位置信息被進一步用來尋找和修復(fù)缺陷。
在Clark等人的名為“集成可見成像和電子傳感檢查系統(tǒng)”的第10/223,288號早期美國專利中，公開了增強配有集成可見成像(AOI)通道的非AOI檢查設(shè)備的一般概念，其通過旨在結(jié)合檢查和分類結(jié)果的兩個獨立通道來同時對被檢查對象的整個表面實施掃描。
圖2概述了用于檢查和修復(fù)缺陷的典型的現(xiàn)有技術(shù)工藝流程。該工藝不僅適用于非AOI檢查系統(tǒng)而且對AOI系統(tǒng)也同樣適用。在操作中，從前面的工藝步驟(步驟210)中傳送來的被檢查對象被引導(dǎo)到缺陷檢測系統(tǒng)212中以掃描對象中的生產(chǎn)異常。在缺陷檢測系統(tǒng)檢查完對象后，可得到輸出——從被檢查對象中識別出的缺陷的清單。
根據(jù)缺陷檢查系統(tǒng)的能力，缺陷可被精確的定位成缺陷點或?qū)挿旱亩ㄎ怀煽赡芨采w大面積的缺陷區(qū)域。例如，某些電測試方法不能確定線路短路的精確位置，因為其導(dǎo)致的電異常影響到整條線而并不是只在發(fā)生物理缺陷的范圍。
如果缺陷檢查步驟(在系統(tǒng)212中)沒有識別出缺陷(步驟214)，對象被傳送到下一個工藝步驟(步驟224)。如果識別出一個或更多的缺陷，就做出決定——是否每個缺陷都能被適當?shù)男迯?fù)系統(tǒng)218修復(fù)(步驟216)。根據(jù)檢查和修復(fù)系統(tǒng)212、218的能力，上述決定既可在檢查系統(tǒng)212中也可在修復(fù)系統(tǒng)218中做出。例如，一些檢查系統(tǒng)具有實施自動復(fù)查和基于用戶規(guī)則按缺陷的可修復(fù)與否來對缺陷分類的能力。
可修復(fù)的缺陷被修復(fù)系統(tǒng)處理，如果成功(步驟228)，被檢查的面板既可以被傳送到下面的工藝步驟(步驟224)，也可以經(jīng)另一工藝(步驟220)并被轉(zhuǎn)移至另一工藝流程(步驟226)。不可修復(fù)樣品的實際處理通常依賴于制造廠。根據(jù)工廠的計劃，可選的工藝和隨后的工藝流程可能導(dǎo)致廢棄整塊基板，或僅廢棄基片上的缺陷面板或剝離整塊基板并在工藝的開始重復(fù)利用。當被檢查對象通過工藝過程傳送時，識別出的缺陷的信息被儲存并通過數(shù)據(jù)庫228傳送進入到檢查和修復(fù)系統(tǒng)中。
所需要的是特別針對多數(shù)非AOI系統(tǒng)(如那些基于電子和電光技術(shù)的系統(tǒng))的局限性的面板檢查系統(tǒng)，以在缺陷被使用者或自動分類裝置復(fù)查之前精確確定缺陷的確定類型。
僅有一種這樣的技術(shù)已被引入到工業(yè)中。韓國Charm公司為便于修復(fù)缺陷最近發(fā)展了一種自動定位面板中缺陷的平臺。該裝置是對修復(fù)設(shè)備中工藝操作的改進。該裝置使用分離的TDI線掃描照相機作為獨立的輔助光學系統(tǒng)——獨立于修復(fù)平臺的主要復(fù)查和修復(fù)光學系統(tǒng)操作。該裝置具有低質(zhì)量的物平面像素分辨率，因而需要子像素插值法來確保分辨率和檢測靈敏度達到要求的精度。成像在本質(zhì)上是一維的，有兩個顯著的結(jié)果。圖像不能被瞬時捕獲，并且為檢查沿兩個方向的缺陷必須進行兩個互相垂直的不同掃描。因此，線掃描照相機本身必須在兩個掃描方向之間物理旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，在用于對TFT-LCD面板進行電子和電光檢查的檢查系統(tǒng)中，通過提供以下部分來使自動檢查得到增強，即，對被檢查對象有限部分的按需高分辨成像AOI掃描(作為常規(guī)復(fù)查通道的一部分)，通過在掃描過程中利用一系列短脈沖照明來由空間成像器件捕獲特定區(qū)域的精確的高分辨率二維圖像，從而有助于電子和電光檢查系統(tǒng)的缺陷定位和分類。多于一點的點缺陷可通過能捕獲多重圖像的工藝來識別。根據(jù)本發(fā)明的裝置可被用作獨立的設(shè)備或合并到檢查平臺或修復(fù)平臺中，用來在缺陷被使用者或自動分類裝置復(fù)查前，精確定位某種類型的缺陷。由于其具有高的成像分辨率，因此無需使用子像素插值法。
在一個具體實施例里，具有超過60幀每秒捕獲能力的高速面積掃描照相機，在捕獲具有曝光持續(xù)時間低于約20微秒并優(yōu)選地低于8微秒的閃光燈圖像時，能以大于30mm/s的掃描速度工作。使用三角測量并與成像掃描照相機共享相同光路的硬件自動聚焦傳感器提供用于成像功能的快速連續(xù)聚焦對準跟蹤。
按需的功能性接著非AOI檢查功能和/或修復(fù)功能實施，并在預(yù)先確定的有限區(qū)域中實施以對其中的缺陷定位和成像。本發(fā)明的具體實施例會以非AOI檢查設(shè)備的功能增加的形式以及與上述非AOI檢查設(shè)備聯(lián)合的修復(fù)設(shè)備的功能增加的形式描述。
通過參考下面的細節(jié)描述和附圖，本發(fā)明將更好地被理解。


圖1是用于說明缺陷類型的被測試對象的圖；圖2是圍繞缺陷檢查系統(tǒng)和缺陷修復(fù)系統(tǒng)的流程圖；圖3是上述工藝在缺陷檢查設(shè)備方面的細節(jié)圖；圖4示出了缺陷修復(fù)設(shè)備方面的細節(jié)圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光學成像裝置的側(cè)剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的、使用硬件自動聚焦的光學成像裝置的側(cè)剖視圖；圖7(a)-7(c)是對根據(jù)本發(fā)明的選通面積掃描成像過程的說明；圖8是本發(fā)明的具體實施例的總的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
在檢查系統(tǒng)或在由檢查和修復(fù)設(shè)備組成的系統(tǒng)組中，使用明確的工藝來確定檢查操作和其后可選的修復(fù)操作將以多精確的程度來實施。上述工藝描述了檢查和修復(fù)操作中涉及的子系統(tǒng)的角色，以及將對被檢查對象實施的操作的順序。
本發(fā)明提出把按需AOI(AOI-on-demand)子系統(tǒng)添加到設(shè)備中以得到改進。
本發(fā)明的主要貢獻是改進的工藝流程和增加的由添加的子系統(tǒng)來快速識別缺陷的能力。
圖3中，描述了按需AOI工藝的一個具體實施例，其中新的功能被集成到工藝的檢查方面和檢查設(shè)備中。要經(jīng)過缺陷檢查的對象被輸入(步驟310)到檢查設(shè)備(由開始于步驟312的工藝表示)。檢查設(shè)備掃描對象的表面以尋找缺陷(步驟312)。如果沒找到缺陷(步驟314)，對象被傳送到下面的工藝步驟(步驟315)，跳過修復(fù)設(shè)備或設(shè)備組。如果發(fā)現(xiàn)缺陷(步驟314)，在設(shè)備配有缺陷復(fù)查硬件的情況下，就要經(jīng)過復(fù)查步驟(從步驟316開始)。
非AOI檢查設(shè)備通常指出的是跨越單一空間點的，即，一個區(qū)域的具有電特征的缺陷?，F(xiàn)有技術(shù)以相同方式來處理這兩種類型的缺陷，即它們都被用于分類的光學顯微鏡復(fù)查、或根據(jù)非AOI判定標準來處理(如被系統(tǒng)識別的電缺陷的類型)，以決定它們是否可被修復(fù)。本發(fā)明中把這些步驟合并成步驟316以及路徑338、步驟318、步驟332和步驟330。
通過將高分辨率光學顯微鏡分派到缺陷位置(步驟322)、并采集用于上述選定視場的復(fù)查圖像(步驟324)，使缺陷在檢查設(shè)備處得到復(fù)查。然后圖像既可通過人類操作員(步驟326)的觀察又可經(jīng)過自動分類系統(tǒng)(步驟328)來決定缺陷的類型和嚴重程度。缺陷再次被評估為可修復(fù)的(是)或致命的(否)(步驟330)，并且面板既可被分派至修復(fù)設(shè)備(步驟336)也可轉(zhuǎn)至另一工藝流程(步驟334)。
現(xiàn)有技術(shù)規(guī)定如果某一區(qū)域被識別出缺陷，那么將啟動一個困難的人工復(fù)查工藝。例如線路短路意味著操作員需要用顯微鏡掃描跨越整個面板長度或?qū)挾鹊木€來觀察物理缺陷、并確定缺陷的嚴重程度，在大多數(shù)情況下，這對高放大率的顯微鏡來說幾乎是不可能完成的任務(wù)，因為要覆蓋整個區(qū)域并找出缺陷需要令人望而卻步的大量的時間。最佳的情況下，操作員可以在顯微鏡的放大率之間切換并試圖在更小的放大率下找到缺陷。這也需要相當長的操作時間。
另一方面，自動分類裝置通常被設(shè)計用來工作在圖像的范疇內(nèi)，并且不能處理這樣的情況——不知道缺陷的精確位置。
根據(jù)本發(fā)明，當缺陷的電特征是“區(qū)域”或地區(qū)而不是局域點時，按需AOI工藝320子系統(tǒng)被激活。具有適當放大率和分辨率的光學成像系統(tǒng)被分派來掃描由非AOI檢查指出的區(qū)域，以覆蓋全部區(qū)域(步驟321)，上述收集到的圖像流被捕獲并存儲在系統(tǒng)存儲器中(步驟323)用于進一步的使用或分析。通過專用的圖像處理硬件/軟件對圖像流進行處理，以檢測和精確定位與非AOI方法檢測出的原始電缺陷對應(yīng)的物理缺陷(步驟325)。一旦缺陷被歸結(jié)為空間局域點，就被移交至復(fù)查工藝(步驟318)。
圖4中示出了本發(fā)明的另一實施例，其中新的按需AOI功能被集成到工藝的修復(fù)部分即修復(fù)設(shè)備中。來自較早工藝步驟(可能直接來自檢查步驟336，圖3)的需修復(fù)的對象進入修復(fù)系統(tǒng)(步驟410)。缺陷信息典型地通過公共的數(shù)據(jù)庫傳送到系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫事先已被檢查系統(tǒng)(圖3中的步驟326或328)更新。
(現(xiàn)有技術(shù)中，修復(fù)設(shè)備的運作方式為無論缺陷覆蓋點還是區(qū)域都要被送去復(fù)查(步驟412，經(jīng)路徑414到步驟418)。屬于工藝修復(fù)部分的上述復(fù)查通常是人工的。操作員選擇要被修復(fù)的缺陷。高放大率、高分辨率光學顯微鏡被分派至缺陷處(步驟418)，并且缺陷圖像被提交給操作員(步驟420)。操作員決定如何修復(fù)缺陷并采取必要的措施來這樣做(步驟424，426)，轉(zhuǎn)送被修復(fù)的對象到下面的工藝步驟(步驟432)。如果缺陷不可被修復(fù)(步驟428)，對象被轉(zhuǎn)至另一工藝流程(步驟430)來處理不可被修復(fù)的有缺陷的面板。)(當缺陷僅能被識別為區(qū)域時，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，操作員需要人工掃描全部區(qū)域以確定真實的物理缺陷并試圖修復(fù)它。這需要相當長的d操作時間并對修復(fù)生產(chǎn)量有直接的負面影響。)本發(fā)明，在進一步的實施例中，通過添加特定的按需AOI能力來改進工藝。這通過用工藝(步驟416)來替代直接連接(路徑414)而實現(xiàn)。當包含的缺陷具有覆蓋區(qū)域而不是局域點的特征時，按需AOI功能被激活。具有適當放大率和分辨率的光學成像系統(tǒng)被分派來掃描由缺陷信息指出的區(qū)域，以覆蓋整個區(qū)域并在系統(tǒng)存儲器儲存收集到的圖像流(步驟421，423)。圖像流被圖像處理硬件/軟件處理，以檢查與原始電缺陷區(qū)域?qū)?yīng)的物理缺陷，并對其進行精確定位(步驟425)。一旦每個缺陷被分辨成空間局域點，就被移交至其余的復(fù)查和修復(fù)工藝(自步驟418始)。
本發(fā)明的主要貢獻是改進工藝，通過改進工藝來使得檢查和/或修復(fù)設(shè)備工作，以改善具有這些設(shè)備的工藝的生產(chǎn)能力。用于按需AOI的優(yōu)選的硬件實施例是如何把功能結(jié)合到設(shè)備中去的實例。
在本發(fā)明的具體硬件實施例中，具有適當放大率的專用成像通道和具有與其匹配分辨率的面積掃描成像捕獲器件以及選通閃光燈裝置一起用作按需AOI子系統(tǒng)。圖5中示意性地示出了上述成像通道光學裝置的細節(jié)。面積掃描照相機500的所有組件都沿著中央光軸510和照明軸528設(shè)置。顯微鏡物鏡526和鏡筒透鏡518被放置在光學結(jié)構(gòu)中用于觀察，并且把面積掃描成像捕獲器件(如CCD或CMOS器件)514配置在復(fù)合(物鏡526和鏡筒透鏡518)成像系統(tǒng)的像平面。傳感器514被附入照相裝置512中。在圖像捕獲過程中，成像的對象(未示出)被快速選通閃光燈522經(jīng)照明光學系統(tǒng)520照亮。在30毫米每秒的掃描速度下，持續(xù)照明時間典型地為大約低于20微秒并優(yōu)選地低于8微秒。照明光經(jīng)分束器542被耦合到主光軸中，整個結(jié)構(gòu)通過安裝板516安裝到檢查或修復(fù)設(shè)備(未示出)上。根據(jù)本發(fā)明的光學裝置被安裝到安裝板516上以便在操作時可相對于目標移動，亦即當光學系統(tǒng)保持固定時目標可被移動，或者目標保持固定時光學系統(tǒng)可被移動。
面積掃描照相機500結(jié)合選通閃光照明有很大的優(yōu)點。面積掃描照相機500能沿任意掃描方向?qū)嵤﹫D像采集，因為面積掃描傳感器514不是類似于線掃描成像器件的方向敏感圖像捕獲器件。然而，一般地，面積掃描成像傳感器對移動的存在敏感，并且理想情況下應(yīng)該僅用在照相機靜止不動時。通過使用短脈沖選通閃光照明可使得這個缺點得到減輕。上述照明方案產(chǎn)生的高密度光的短脈沖凍結(jié)移動，并使得當成像通道裝置移動時仍能捕獲一系列清晰的圖像。上述工藝提供了抵抗設(shè)備中震動的圖像清晰度的固有穩(wěn)定性。閃光燈的短工作循環(huán)也使照明裝置的電能消耗降至最低，并且延長了燈泡的預(yù)期壽命。這樣的閃光燈比任何其他連續(xù)照明裝置在尺寸上都更小且更輕。
圖5中示出的光學裝置僅為本發(fā)明的一個具體的硬件的實施例。其他實施例也是可能的并被討論如下。
圖6中示出了本發(fā)明的一個實施例，其中基于硬件的追蹤自動聚焦被集成到成像通道中。在本實施例中，自動聚焦機構(gòu)612使用如三角測量來確定位置，并且成像通道能通過沿z軸相對于支撐整個裝置的平臺516的受控移動610來機械地保持最佳聚焦。移動可由這樣的備選方案來實現(xiàn)，如驅(qū)動整個平臺的步進馬達或音圈，或者由顯微鏡物鏡526的音圈啟動來實現(xiàn)。硬件焦點對準傳感器612被安裝在鏡筒上并被用來檢查z軸位置和聚焦狀態(tài)。焦點對準傳感器612通過分光器616和諸如透鏡614的相關(guān)光學裝置被集成到成像通道中，透鏡614將圖像引導(dǎo)至普通照相機中所使用類型的聚焦檢查和控制組件(未示出)。控制元件可被安裝在成像通道上或配置在分離的托架上，其輸出驅(qū)動伺服電機來控制整個機構(gòu)或至少一個透鏡元件的機械定位。
圖7(a)，7(b)和7(c)中示出了根據(jù)本發(fā)明的具有選通閃光燈照明裝置的面積掃描成像通道的運轉(zhuǎn)方式。成像通道覆蓋特定的高分辨率的視場(FOV)710，例如由包圍閃光脈沖的觸發(fā)信號714處的圖像中心點的區(qū)域所代表的。當成像通道沿特定運動路徑716或722移動時，由周期性位置觸發(fā)信號714觸發(fā)的選通閃光燈照明裝置凍結(jié)沿著通道的運動的圖像，并捕獲被掃描區(qū)域的清晰的圖像。每個被閃光燈照明裝置捕獲的FOV都有重疊的小面積712，典型為大約1％。
圖7(b)示出了將特定缺陷區(qū)域分辨成缺陷點的過程。沿著運動軌跡延伸過許多視場(FOV)的區(qū)域或地區(qū)718被成像通道設(shè)備(圖5或6)掃描，并且成像通道設(shè)備(圖5或6)捕獲連續(xù)的高分辨圖像以覆蓋全部區(qū)域。每幅捕獲到的圖像被進行圖像處理和缺陷檢查處理。在一幅或更多的捕獲圖像中，缺陷點720可通過閃光燈和自動聚焦而被檢查到。上述檢查從區(qū)域中分辨出一個或更多的缺陷點，因此完成了按需AOI掃描工藝。
由按需AOI特征掃描的缺陷區(qū)域不必為如圖7(a)和7(b)中所示出的線形區(qū)域。其他任意形狀的區(qū)域也可適用。圖7(c)中示出了被蛇形軌跡722覆蓋的矩形區(qū)域。這種情況中，可行的算法決定了成像通道的合理的掃描軌跡以覆蓋面積。
圖8中示出了本發(fā)明的一個具體實施例的功能部件。開始時，檢查區(qū)域的信息810被輸入系統(tǒng)中，指明該區(qū)域不能被分辨成獨立的缺陷點。掃描軌跡發(fā)生器812設(shè)計出適當?shù)能壽E以覆蓋具有重疊的高分辨成像幀的區(qū)域——由缺陷區(qū)域信息810所指定的區(qū)域。如此產(chǎn)生的軌跡驅(qū)動x-y平臺控制器814并使x-y平臺818(或支撐被檢查的目標元件的平臺)運動，以相對于被檢查的目標元件或物質(zhì)來移動成像通道。位置寄存器816與相關(guān)的觸發(fā)邏輯電路817一起追蹤上述指示的移動，并產(chǎn)生同步觸發(fā)信號820(圖7(a)中714)。該信號被提供給成像傳感器822、相關(guān)的幀抓取器838以及閃光燈照明裝置826，以執(zhí)行同步圖像獲取。在上述由閃光燈照明的捕獲過程，硬件自動聚焦傳感器824將聚焦對準質(zhì)量信號(通過可選的信號調(diào)節(jié)器828)提供給動態(tài)追蹤濾波器830。濾波器830依次產(chǎn)生z軸控制器832的系列的設(shè)定點，z軸控制器832驅(qū)動z軸移動平臺834靠近追蹤自動控制環(huán)路。通過調(diào)節(jié)到被檢查元件表面836的物距，上述裝置在整個圖像捕獲過程維持最佳聚焦。被捕獲的幀暫時存在專用的幀緩沖器840中，并被適當?shù)膱D像處理和檢查子系統(tǒng)842處理。這導(dǎo)致初始區(qū)域被分辨成標記為獨立的缺陷點的記錄844、845、846，并完成整個過程。
使用在電子線路的晶片檢查或TFT LCD面板檢查應(yīng)用領(lǐng)域中的精密的檢查和修復(fù)設(shè)備一般預(yù)裝有用于缺陷復(fù)查目的的光學顯微鏡和成像硬件。本發(fā)明中的照相機一般具有高放大率和分辨率；然而，也可裝有不同放大率的物鏡的旋轉(zhuǎn)臺以改變飛輪上的放大率。
為對被檢查或修復(fù)對象的截面精確定位和成像，設(shè)備需要對象被精確對準。這一般通過使用對象上的定位和成像對準標記來實現(xiàn)。設(shè)備可能具有用于實施這種功能的分離的光學系統(tǒng)。此外，因為對準和復(fù)查功能不能與推薦的按需AOI功能同時運轉(zhuǎn)，因此在上述工藝的推薦的按需AOI工作時，成像通道空閑。
另一實施例使用復(fù)查照相機作為成像通道來采集按需AOI檢查和定位所需的圖像流。如果復(fù)查系統(tǒng)只有一個放大率，按需AOI的速度由上述放大率決定，并且可能會太慢而對具有非常高的放大率的復(fù)查照相機不實用。然而，因為這是全自動過程，所以在某些場合中可以忍受。復(fù)查照相機也可配有具不同放大率物鏡的旋轉(zhuǎn)臺。在這種情況下，按需AOI子系統(tǒng)選擇適當放大率的物鏡來實施掃描。
另一種按需AOI系統(tǒng)的硬件實施例使用對準照相機作為成像通道，來采集自動光學缺陷檢查和定位所需的圖像流。對準照相機一般為單色相機，其具有在所選情況下適用于按需AOI掃描的放大率，因此它非常適于上述任務(wù)。
在本文中并未明確列出對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的具有類似變化的其他實施例。
本發(fā)明利用有效的圖像處理算法來處理從按需AOI掃描中采集到的圖像流。為處理圖像和檢查缺陷的具體規(guī)則的具體細節(jié)不是本發(fā)明的主要興趣。然而，成像通道的放大率和分辨率根據(jù)被檢查的最小缺陷的尺寸來選擇。因為子系統(tǒng)僅掃描由非AOI方法確定的一個有限區(qū)域，所以可使用比能夠執(zhí)行對被檢查對象的全部表面掃描的AOI系統(tǒng)更高的放大率和分辨率。因此，假如缺陷檢查方法是基于通常的空間比較/圖案相減技術(shù)，那么非子像素對準方法是必須的。其他光學濾波技術(shù)也被作為缺陷檢查方法使用在按需AOI子系統(tǒng)中。
使用校準程序和算法將按需AOI子系統(tǒng)集成到合適的平臺中。上述算法的具體細節(jié)不是本發(fā)明的主題。然而算法具有將相對于所采集圖像的缺陷坐標與系統(tǒng)的寬的整體坐標聯(lián)系起來的所有措施，從而使得被檢查對象可與非AOI檢查的缺陷聯(lián)系起來、可被繪圖、可被使用顯微鏡復(fù)查并可被顯示。
已經(jīng)參照參考具體實施例對本發(fā)明進行了說明。其他實施例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。因此本發(fā)明不受以上具體實施例的限制，其范圍由所附權(quán)利要求指出。
權(quán)利要求
1.在用于檢查平面電子對象的缺陷檢測系統(tǒng)中，所述缺陷檢測系統(tǒng)能夠僅識別被檢查對象上包含異常的區(qū)域，并具有執(zhí)行自動光學按需檢查所需的足夠分辨率的光學成像通道，一種用于檢查所述對象的方法包括執(zhí)行第一次測試以確定缺陷是否存在并且缺陷是否可被分辨成點；如果不能，執(zhí)行自動光學按需檢查，在掃描所述區(qū)域時，利用至少一個具有短持續(xù)時間的照明脈沖、通過光學成像通道光學系統(tǒng)來捕獲所述區(qū)域的面積圖像，以對所述區(qū)域執(zhí)行高分辨率光學復(fù)查，從而把所述區(qū)域分辨成至少一個缺陷點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其中所述至少一個脈沖是用于照亮所述區(qū)域中的多幅圖像的一系列脈沖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，進一步包括在掃描時對所述被檢查對象連續(xù)自動聚焦，以使所述對象在每幅圖像都保持焦點對準。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的方法，其中多個缺陷點被從所述區(qū)域的多幅圖像中分辨出來。
5.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的方法，其中在用于30毫米每秒的連續(xù)掃描速度時，所述照明脈沖的持續(xù)時間低于8微秒。
6.在用于檢查平面電子對象的光學檢查缺陷檢測/修復(fù)系統(tǒng)中，所述缺陷檢測系統(tǒng)能夠僅識別被檢查對象上包含異常的區(qū)域，并具有執(zhí)行自動光學按需檢查所需的足夠分辨率的光學成像通道，一種用于檢查所述對象的裝置包括測試裝置，確定缺陷是否存在并且缺陷是否可被分辨成點；自動光學按需檢查子系統(tǒng)，將檢查光學系統(tǒng)分派到缺陷區(qū)域處，從而捕獲并儲存所述缺陷區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)以找出至少一個缺陷點，所述子系統(tǒng)包括設(shè)置有脈沖照明光源的高分辨率面積成像照相機，用于掃描所述區(qū)域，并在掃描所述區(qū)域以尋找所述缺陷時，捕獲被短持續(xù)時間的能量脈沖照亮的面積圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的系統(tǒng)，其中所述能量脈沖為用于照亮所述區(qū)域中的多幅圖像的一系列脈沖。
8.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的系統(tǒng)，所述子系統(tǒng)進一步包括用于在掃描時對所述被檢查對象連續(xù)聚焦的硬件自動聚焦機構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的系統(tǒng)，進一步包括用于捕獲多幀圖像的多個幀緩沖器，以及用于從所述區(qū)域的多幅圖像中把選擇的幀分辨成多個缺陷點的缺陷檢測器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的系統(tǒng)，其中在用于30毫米每秒的連續(xù)掃描速度時，所述照明脈沖的持續(xù)時間低于8微秒。
11.在用于檢查和修復(fù)平面電子對象的缺陷檢測/修復(fù)系統(tǒng)中，所述缺陷檢測系統(tǒng)能夠僅識別被檢查對象上包含異常的區(qū)域，并具有執(zhí)行自動光學按需檢查所需的足夠分辨率的光學成像通道，一種用于檢查所述對象的裝置包括測試裝置，確定缺陷是否存在并且缺陷是否可被分辨成點；自動光學按需檢查子系統(tǒng)，將檢查光學系統(tǒng)分派到缺陷區(qū)域處，從而捕獲并儲存所述缺陷區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)以找出缺陷點，所述子系統(tǒng)包括設(shè)置有脈沖照明光源的高分辨率面積成像照相機，用于掃描所述區(qū)域，并在掃描所述區(qū)域以尋找所述缺陷時，捕獲被短持續(xù)時間的能量脈沖照亮的面積圖像，所述子系統(tǒng)還包括硬件自動聚焦傳感器和控制器，以在掃描時使對象保持恒定聚焦。
全文摘要
在用于對TFT－LCD面板(836)進行電子和電光檢查的檢查系統(tǒng)中，使用配有脈沖照明光源(826)的高分辨率面積成像照相機(822)來掃描區(qū)域并捕獲被短照明脈沖照亮的區(qū)域的圖像，并且在連續(xù)掃描時自動保持聚焦以分辨缺陷點。
文檔編號G01N21/88GK1954204SQ200580015458
公開日2007年4月25日 申請日期2005年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者亞當·韋斯, 阿夫沙爾·薩蘭勒 申請人:光子動力學公司