JP2009532668A - 連続する角度範囲に渡って選択可能な照明を利用する検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】微細な特徴を有する対象物を検査するための照明装置と照明方法を提供する。
【解決手段】照明装置は、照明角度を定める角度により特定される照明の立体角を与える照明部を備え、この照明角度は使用者により実行可能な連続する範囲から選択される。この照明装置は更に照明部により照明が行われる対象物を検査する対象物検査部を備える。この照明部は照明光源と、光収束部と、照明角度選択部とを備えてもよく、これらは照明光源と対象物検査部の間の光路に沿って配置される。照明角度選択部には第１と第２の位置があってよく、第１の位置では直接反射光は対物面に向かって伝播し、第２の位置では照明角度選択部により選択された光も対物面から直接反射する光も集光レンズに入射しない。むしろ、第２の位置では、対物面から散乱する光だけが集光レンズに入射する。
【選択図】図１

Description

本発明に係る方法と装置はフラットパネル・ディスプレイ検査用の検査システムに関する。本出願は、２００６年３月３０日に出願された米国仮特許出願６０／７８７，２３０の利益を主張し、その開示の全ては、ここに参照により取り入れられている。

従来のフラットパネル・ディスプレイ検査システムでは画像を得るために反射型明視野照明が使用される。特に欠陥の検出はフラットパネル上の材料間のコントラストに依存している。しかし、フラットパネルの材料の一部は透明なもの、例えば、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）で構成され、このような材料とフラットパネル上の別の材料間で適切なコントラストを得ることは非常に難しい。

微細な特徴を有する対象物を検査する照明装置と照明方法を提供する。

本発明の実施形態によれば、画像のコントラストを高める機能のために照明角度の制御が利用される。制御可能な角度を伴う様々な照明を組み合わせて使用し、撮像される基板に対する照明が選択可能となっており、この照明は明視野、半暗視野、暗視野、または高暗視野から成る。基板の画像のコントラストは、固有のパターンおよび／または材料構成に依存するので、照明角度の制御により、そのシステムにおけるコントラストを検査される各パターンに対して「最良」または良好なものにすることができる。

本発明の別の実施形態によれば、上記の特徴が追加された機能があっても、同じ装置上で従来の明視野照明機能が保持される。

ここに図示、説明する装置は特に透明な層を検査する応用に適している。このように改善された検出能力は、楕円鏡の広い集光角を使用した解決策により個別に実現化されることで、よく理解されうるものである。

いくつかの照明モードが提供可能であり、以下の種類の照明の一部または全てが含まれる。すなわち、明視野、暗視野、半暗視野による照明である。

すなわち、本発明の例示的な実施形態によれば、微細な特徴を有する対象物を検査する検査システムが提供される。この検査システムは、微細な特徴を有する対象物に対する照明動作を行い、この照明は連続する選択可能な照明角度範囲に渡って行われる照明部と、この照明のもとで微細な特徴を有する対象物を検査する対象物検査部と、この対象物検査部を制御して少なくとも２つのモードで動作する２モード制御部とを有し、このモードには以下のものが含まれる。

第１のモード、すなわち学習モードでは、連続する照明角度範囲内から適切な照明角度を、微細な特徴を有する対象物の各セットについて、このセット内の対象物の少なくとも一部について複数の照明角度それぞれに基づきコントラストを比較することにより特定する。

第２のモード、すなわち検査モードでは、その適切な照明角度に基づき対象物の各セットを検査する。

第１のモードすなわち学習モードと、第２のモードすなわち検査モードは共に、撮像とコントラストの測定を行う１つの機構により連続的に実行することができる。

更に本発明の例示的な実施形態によれば、対象物検査部は集光レンズを有し、その対象物は対物面を定め、照明部は照明光源と、この照明光源に対向する楕円鏡と、この楕円鏡からの入射光を受け、少なくとも第１の位置にあり、光を対物面に向けて反射する平面鏡と、照明光源と楕円鏡に対する平面鏡の相対位置を移動させる平面鏡相対位置移動部とを有し、この平面鏡相対位置移動部は、平面鏡が少なくとも第２の位置にある場合、平面鏡から反射する光は集光レンズに入射せず、また、対象物により反射される光が直接、集光レンズに入射することもない。つまり、この第２の位置では、集光レンズに入射する光は、楕円鏡から対象物に入射した後、対象物により散乱したものである。

本発明の実施形態の効果の１つは、様々なコントラスト特性を伴い微細な特徴を有する対象物の集合体を、あるいは、それぞれ固有のコントラスト特性を有する個々の領域をも、１つの集合体に属する対象物の中で、特定のコントラストのパターンを最も強調する照明角度を使用して撮像できることであるが、必ずしも、これだけが効果ではない。典型的には照明角度は前もって各材料構成について設定され、各材料構成は典型的には対象物の集合体により構成される。しかし、２種類以上のディスプレイを伴うガラスを検査する応用では、１つの材料構成すなわちガラスにおいて異なる設定を使用して観察する必要が生じる場合がある。また、１つのディスプレイの中の異なる領域、例えば「接続領域」に対する「セル領域」等を異なる設定を使用して観察する必要が生じる場合もある。

本発明の実施形態を各種の状態について図１〜５に示す。図５は明視野照明状態を示しており、光ファイバー束から出力される光ビームが自由空間内を伝播している。この光ファイバー束は適切な開口数０．６（角度：±３６°）を有するが、これ以外の開口数を有する他の適切な照明光源を使用してもよい。伝播する光ビームは適切な光学部材、例えば、１．４６等の適切な拡大率を有する楕円鏡から反射する。滑動部材、すなわちビームスプリッター・ミラー・モジュールは、部分反射鏡すなわちビームスプリッターと全反射鏡を保持しており、これらは両方とも一緒に移動することが可能なように構成され、提供される。図１〜５に示すように、楕円鏡は光ファイバー束からの光を約２７度の角度に渡って集光することができる。これ以外の光ファイバー束からの光は迷光として扱ってよい。この迷光が適切な遮光部材を使用することにより照明システムまたは撮像システムに干渉しないようにすることができるのは当業者により理解されるところである。

ビームスプリッターは、これに入射する光の一部、例えば、その４０％をフラットパネル面に向けて反射するように構成される。注意すべき事として、このフラットパネル面が対物面と同一であることは上記の通りである。光はフラットパネル上で角度範囲が全体で例えば１８°となる範囲に渡って収束することができる。集光レンズは、このシステムの光軸中心に沿ってフラットパネル面の上部に配置される。典型的には、この集光レンズは例えば±３°すなわち全体で６°に渡る集光角で集光し、フラットパネルからの反射光を集光する。この反射光はビームスプリッターを例えば４０％の効率で通過し、この光は集光レンズによりカメラ（図示省略）の撮像面で結像する。このカメラにより画像が提供される画像処理部は適切な動作により、この画像を解析して撮像された対象物内の欠陥を検出する。

図１、２は他の図で示されるのと同様に装置の一例を示し、完全暗視野照明を提供する状態で構成され、各図の状態は照明角度が異なるのが特徴である。照明状態を連続的に変化させて選択すること、すなわち暗視野照明の角度、全視野が明視野照明の角度、暗視野照明と全視野が明視野照明の両方を組み合わせた様々な状態の角度から選択することが本発明の装置により可能であることが分かる。

光ファイバー束から出力される光ビームは適切な開口数、例えば０．６（角度：±３６°）を有するが、異なる開口数を有する光源を適用することもできる。伝播する光ビームは１．４６等の適切な拡大率を有する楕円鏡から反射する。

ビームスプリッター・ミラー・モジュールは楕円鏡からの入射光を受ける平面鏡を伴い設置され、このモジュールは光を平面鏡からフラットパネル面に反射させるように構成される。滑動部材、すなわちビームスプリッター・ミラー・モジュールの位置を光軸に対して変えることにより照明角度の選択を可能にしている。完全暗視野照明の場合、平面鏡を移動させて、フラットパネルに向かう光の角度を、例えば、この図に示すように平面鏡に依るようにして、その後、フラットパネルで反射させ、その角度が観察用カメラの対物レンズから外れるようにしている。この移動範囲は応用に適した暗視野の角度により定まる。

従って、ビームスプリッター・ミラー・モジュールの配置に基づき、対物面にあるフラットパネルを様々な角度からの光により照らすことができ、これらの光は全て１つの照明部、例えば光ファイバー束からのものであることは上記の通りである。フラットパネルに入射する光の角度により、光がフラットパネルから集光レンズに向かって反射する角度が定まり、ビームスプリッター・ミラー・モジュールの位置により、更に図１〜５に示すように、フラットパネルから反射する光の角度が決まり、これは集光レンズから「可視」である。あるいは、照明部は個別に制御可能なランプやダイオード等の照明装置のセットから成るようにしてもよい。

光はフラットパネル上に収束し、典型的には直線状の走査線に沿っており、その後、フラットパネルから反射する。この状況では、フラットパネルからの反射には鏡面反射だけでなく拡散反射と散乱が含まれる。光軸中心に沿って（典型的にはフラットパネル面の上部に）配置された対物レンズをカメラに付随させてフラットパネルを観察する。注意すべき事として、この対物レンズが集光レンズと同一であることは上記の通りである。図示のように、照明光がフラットパネルから反射する角度は図１に示す構成において、このシステムの光軸中心から５°ずれているのに対し、照明光がフラットパネルから反射する角度は図２に示す構成において、光軸中心から４°ずれている。滑動部材が直線上を移動することにより、光軸に対する平面鏡の位置を連続的に選択して変えることが可能であり、これにより適切な照明角度の選択も連続的に設定可能な照明角度に基づいて可能となることが分かる。

図３、４は半暗視野照明状態を表しており、各状態は暗視野の部分と明視野の部分の両方から成る照明角度が異なるという特徴がある。このような状態を連続的に変化させることが本発明の装置により可能となる。図３、４では、光が出力される光ファイバー束は適切な開口数、例えば０．６（角度：±３６°）を有する。異なる開口数を有する他の光源も適用可能である。伝播する光ビームは１．４６等の適切な拡大率を有する楕円鏡から反射する。

ビームスプリッター・ミラー・モジュールは楕円鏡からの入射光を受ける平面鏡を伴い設置され、このモジュールは光を平面鏡からフラットパネル面に反射させるように構成される。滑動部材、すなわちビームスプリッター・ミラー・モジュールの光軸に対する位置を変えることにより照明角度の選択を可能にしている。半暗視野照明の場合、滑動部材の移動の仕方は、平面鏡からフラットパネルに反射する光の少なくとも一部が、その後、フラットパネルから反射し、その角度は、その反射光の少なくとも一部を集光レンズに入射させるようなものとなっている。この移動範囲は半暗視野に必要とされる角度により定まる。光はフラットパネル上に収束し、その後、フラットパネルから反射する。このシステムの光軸中心に沿ってフラットパネル面の上部に配置された対物レンズは典型的には例えば、±３°（全体で６°）の角度範囲がフラットパネルに対する視野となる。

図示のように、照明光がフラットパネルから反射する角度は図３に示す構成において、このシステムの光軸中心から２°ずれているのに対し、照明光がフラットパネルから反射する角度は図４に示す構成において、光軸中心から２．５°ずれている。光軸中心からのずれを、これ以外の適切な角度として選択してもよい。滑動部材の移動により光軸中心に対する平面鏡の位置を連続的に選択して変えることが可能となり、これにより照明角度を連続的に変化させて選択することも可能となることが分かる。

つまり、暗視野照明を行うためには、平面鏡の位置をフラットパネルからの光の反射の角度が光軸中心からのずれである±３°（図示された実施形態における値）よりも大きくなるようにする。図１、２に示すように、フラットパネルから反射する光は全て、光軸中心からのずれが±３°よりも大きい角度で反射するが、このずれは様々な角度となっている。図３、４では、フラットパネルから反射する光は光軸中心からのずれが±３°（図示された実施形態における値）よりも大きい角度で反射するものもあれば、±３°（図示された実施形態における値）よりも小さい角度で反射するものもあるが、このずれは様々な角度となっている。図５では、フラットパネルから反射する光は実質的に全て、光軸中心からのずれが±３°（図示された実施形態における値）よりも小さい角度で反射し、この反射光は実質的に全て、撮像光学系の開口部に入射するようになっている。

ここに図示、説明した装置と方法は特に、「Ｏｒｂｏｔｅｃｈ ＳｕｐｅｒＶｉｓｉｏｎ」や「Ｏｒｂｏｔｅｃｈ ＩｎＶｉｓｉｏｎ」といった最先端の検査システムと併用した場合、有用であり、これらはイスラエル・ヤブネ市（Ｙａｖｎｅ）所在のオーボテック・システムズ（Ｏｒｂｏｔｅｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ）から市場で入手可能である。

当然のことながら、本発明のソフトウェア部分、例えば滑動部材を滑動させる制御を行う制御部等は、必要に応じてＲＯＭ （Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読み出し専用メモリ）の形態で実装してもよい。あるいは、このソフトウェア部分は必要に応じて一般的なハードウェア内に実装してもよく、従来技術を使用することができる。

個別の実施形態と関連させて記述される本発明の特徴は、１つの実施形態の中でコンビネーションとして設けることもできる。逆に、１つの実施形態と関連させて簡潔に記述される本発明の特徴は、別々に、すなわち任意の適切なサブコンビネーションとして設けてもよい。

本発明の例示的な実施形態について説明してきたが、本発明は説明した実施形態に制限されるものではなく、様々な変更と修正が本発明の精神と範囲の中で可能であることは当業者により理解されるところである。

製造途中のフラットパネル・ディスプレイ等の微細な特徴を有する対象物の検査システムにおいて照明角度を滑らかに変化させる装置の光学的概略図であり、装置は暗視野照明を提供する第１の状態にある。 図１の装置の光学的概略図であり、暗視野照明を提供する第２の状態である。 図１の装置の光学的概略図であり、半暗視野照明を提供する第３の状態である。 図１の装置の光学的概略図であり、半暗視野照明を提供する第４の状態である。 図１の装置の光学的概略図であり、明視野照明を提供する第５の状態である。

符号の説明

１ 光ファイバー束
２ 楕円鏡
３ 平面鏡
４ 対象物
５ 集光レンズ

Claims (20)

1. 微細な特徴を有する対象物の検査に使用することを目的とする検査方法であって、
   照明角度を定める角度により特定される照明の立体角を与える工程であって、前記照明角度は複数の照明角度から選択された１つの角度である工程と、
   前記角度により特定される照明の立体角を使用して対象物を検査する工程とを含むことを特徴とする検査方法。
2. 前記複数の照明角度は連続する照明角度範囲であることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
3. 前記立体角を与える前記工程は、前記対象物の明視野照明に適した角度を与える工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の検査方法。
4. 前記立体角を与える前記工程は、前記対象物の暗視野照明に適した角度を与える工程を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の検査方法。
5. 前記対象物は製造途中のフラットパネル・ディスプレイを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の検査方法。
6. 微細な特徴を有する対象物を検査する検査システムであって、
   照明角度を定める角度により特定される照明の立体角を与える照明部であって、前記照明角度は複数の照明角度から選択された１つの角度である照明部と、
   前記角度により特定される照明の立体角を使用して微細な特徴を有する対象物を検査する対象物検査部とを備えることを特徴とする検査システム。
7. 前記複数の照明角度は連続する照明角度範囲であることを特徴とする請求項６に記載の検査システム。
8. 前記照明部は１つの光ファイバー束であることを特徴とする請求項６または７に記載の検査システム。
9. 微細な特徴を有する対象物を検査する照明装置であって、
   照明角度を定める角度により特定される照明の立体角を与える照明部であって、前記照明角度は複数の照明角度から選択された１つの角度である照明部を備えることを特徴とする照明装置。
10. 前記複数の照明角度は連続する照明角度範囲であることを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
11. 前記照明部は１つの光ファイバー束であることを特徴とする請求項９または１０に記載の照明装置。
12. 微細な特徴を有する対象物を検査する検査システムであって、
    前記検査システムは、微細な特徴を有する対象物の照明を行う照明部であって、前記照明は複数の選択可能な照明角度を定める照明部と、
    微細な特徴を有する前記対象物を前記照明に基づき検査する対象物検査部と、
    前記対象物検査部を制御して少なくとも２つのモードの１つで動作する制御部とを備え、
    前記モードは、連続する前記照明角度範囲内から適切な照明角度を、微細な特徴を有する対象物の各セットについて、前記セット内の前記対象物の少なくとも一部について複数の照明角度それぞれに基づきコントラストを比較することにより特定する第１のモード、すなわち学習モードと、
    前記適切な照明角度に基づき対象物の各前記セットを検査する第２のモード、すなわち検査モードとを含むことを特徴とする検査システム。
13. 前記複数の照明角度は連続する照明角度範囲であることを特徴とする請求項１２に記載の検査システム。
14. 前記照明部は１つの光ファイバー束であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の検査システム。
15. 前記対象物検査部は集光レンズを備え、
    前記対象物は対物面を成し、
    前記照明部は、
    照明光源と、
    光収束部と、
    前記照明光源から前記対象物検査部に延在する光路に沿って配置され、少なくとも第１の選択可能な位置において、光を前記対物面に向けて伝播させる照明角度選択部と、
    前記照明光源に対する前記照明角度選択部の相対位置を変える動作により、前記照明角度選択部が少なくとも第２の選択可能な位置にある場合、前記照明角度選択部により選択されて前記集光レンズに入射する光は前記対物面で前記対象物により散乱するようになっている相対位置移動部とを備えることを特徴とする請求項１２に記載の検査システム。
16. 前記照明角度選択部は平面鏡を備えることを特徴とする請求項１５に記載の検査システム。
17. 前記光収束部は楕円鏡を含むことを特徴とする請求項１５または１６に記載の検査システム。
18. 前記照明光源は１つの光ファイバー束であることを特徴とする請求項１５に記載の検査システム。
19. 微細な特徴を有する対象物の検査に使用することを目的とする検査方法であって、
    第１のモード、すなわち学習モードで、
    検査対象の微細な特徴を有する対象物の照明を複数の照明角度からの複数の照明角度で連続的に行う工程と、
    前記複数の照明角度に基づき前記微細な特徴のコントラストを比較する工程と、
    前記複数の照明角度の中から、前記コントラストに基づき適切な照明角度を特定する工程とを含み、
    第２のモード、すなわち検査モードで、前記適切な照明角度に基づき前記微細な特徴を検査する工程を含むことを特徴とする検査方法。
20. 実行可能な前記複数の照明角度は実行可能な連続する照明角度範囲であることを特徴とする請求項１９に記載の検査方法。

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