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KR101326455B1 - 투명 기판에서의 결함을 특성화하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

투명 기판에서의 결함을 특성화하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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KR101326455B1
KR101326455B1 KR1020087030094A KR20087030094A KR101326455B1 KR 101326455 B1 KR101326455 B1 KR 101326455B1 KR 1020087030094 A KR1020087030094 A KR 1020087030094A KR 20087030094 A KR20087030094 A KR 20087030094A KR 101326455 B1 KR101326455 B1 KR 101326455B1
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필립 알 르블랑
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코리 알 유스타닉
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

기판을 조명하기 위해 명시야와 암시야 광원의 조합을 동시에 사용함으로써 투명 기판(12)의 결함을 검출하기 위한 장치(10) 및 방법. 상기 장치는 제조 설정에 있어 기판의 특성을 단순화하여, 상기 기판이 동작중일 동안 내부 함유물과 표면 결함 모두를 동시에 검출할 수 있다.
이미징 시스템, 라인 스캐닝, 암시야, 명시야, 내부 함유물, 표면 결함

Description

투명 기판에서의 결함을 특성화하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CHARACTERIZING DEFECTS IN A TRANSPARENT SUBSTRATE}
이 출원서는 U.S.C. §119(e)조항하에서, 2006년 5월 12일에 출원된 미국 임시 출원 일련번호 제60/799,899호에 대한 우선권을 주장하며, 이는 본원에 참조로서 병합된다.
본 발명은 투명기판의 결함을 측정하는 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 상기 투명 기판의 내부 함유물(inclusion) 및 표면 결함을 측정하는 방법에 관한 것이다.
몇 가지 예를 들면, 컴퓨터, 텔레비전, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA들) 및 휴대폰용 디스플레이 기기와 같은 평판에 의한 음극선관(cathode ray tubes)의 성장 변화는 놀란만한 일이 아닐 수 없다. 액정 디스플레이들(LCD들)과 같은, 평판 디스플레이에 대한 한 주요 구성요소로 유리 기판이 있으며, 그 사이에 액정 물질이 삽입된다. 그러한 유리 기판은 사실상 검사자에 의해 쉽게 식별가능한 가시의 결함 없이 청결해야 한다. 종종, 개별 디스플레이들이 상기 기판으로부터 절단된 후, 다중 디스플레이 기기들이 단일 기판상에 형성된다. 따라서, 유리 기판 시트는 허용할 수 없는 기판과 관련한 비용을 줄이기 위해 상기 디스플레이의 제조에 있어 그들을 사용하기 전에 엄격히 검사되어야 한다.
투명 기판의 결함 또는 결점을 검출하기 위한 종래 검사 시스템은 수년에 걸친 경험에 기초하여, 다양한 각도에서 기판을 조명하는 하나 이상의 광원들을 사용하고, 상기 기판 내의 크기 및 위치 결함들을 결정하는 오퍼레이터(operator)를 포함한다. 종종 상기 결함의 통과 여부를 결정하기 위해 제한된 범위의 샘플들에서 서로 비교된다. 결함은 그런 다음 상기 결함의 검출에 필요한 광원의 세기에 따라 분류된다. 예를 들면, 20,000 룩스(Lux) 결함이 10,000 룩스 결함보다 작으며(또는 가늘며), 이에 따라 검출을 위해 더 높은 강도의 조명을 필요로 한다. 확실히, 우수품질을 생산하기 위한 그러한 본래 방법은 최신 제조 방법에 있어 덜 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 투명 유리 기판에서의 결함을 검출하기 위한 장치는 스캐닝 이미징 시스템에 관한 일부의 암시야 조명을 제공하기 위해 배열된 적어도 하나의 광원으로 상기 기판의 일부를 조명하고, 상기 스캐닝 이미징 시스템과 관련된 일부의 명시야 조명을 제공하기 위해 배열된 적어도 하나의 광원으로 상기 기판 일부를 조명하며, 상기 기판이 이동됨에 따라 상기 스캐닝 이미징 시스템과 관련된 상기 기판을 이동하고 상기 스캐닝 이미지 시스템과 함께 상기 기판의 조명된 부분의 적어도 일부를 스캔함으로써 상기 적어도 하나의 암시야 광원으로부터의 산란된 광과 상기 적어도 하나의 명시야 광원으로부터의 광을 동시에 검출하는 것을 포함하여 기술된다.
다른 실시예에서, 투명 기판의 결함을 검출하기 위한 장치는 상기 기판의 일부를 조명하기 위한 적어도 하나의 명시야 광원, 적어도 하나의 암시야 광원으로부터 산란된 광과 상기 명시야 광원으로부터의 광을 동시에 수신하기 위한 이미징 시스템 및 상기 이미징 시스템에 대해 상기 기판을 이동하기 위한 이동 수단을 포함하여 기술된다.
배경 조명과 이미지 대비의 조정을 제공하기 위해, 바람직하게는 상기 광원들이 변화가능하다. 가변성은 상기 조명 시스템과 함께 상기 이미지 처리 시스템에 의해 자동으로 조절될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 투명 기판에서의 결함을 검출하기 위한 장치는 상기 기판을 스캔하기 위한 스캐닝 이미징 시스템, 상기 이미징 시스템의 명시야에서 상기 기판을 조명하기 위한 적어도 하나의 백색광원, 및 상기 스캐닝 이미징 시스템이 상기 기판을 스캔하는 동안 상기 스캐닝 이미징 시스템에 대해 상기 기판을 이동하기 위한 이동 수단을 포함하여 제안된다.
본 발명은 그의 다른 목적, 특징, 세부사항 및 이점이 첨부된 도면을 참조하여, 제한을 의미하는 것이 아닌, 주어진 하기의 대표적인 설명의 과정 속에서 보다 확실히 분명해질 것이라는 점이 보다 쉽게 이해될 것이다. 모든 그러한 추가 시스템, 방법, 특징 및 이점은 이 설명 내에 포함되며, 본 발명의 범위내에 있으며, 상기 수반되는 청구항들에 의해 보호되는 것으로 간주된다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 블록도이다.
도 2는 스캐닝 카메라에 대한 명시야 및 암시야 광원의 상대적 위치들을 나타내는 본 발명의 실시예에 따른 장치의 개략도이다.
도 3은 라인 스캐닝 카메라와, 1차 및 2차 내부 함유물 이미지에 의해 수행된 다수의 스캔을 나타내는 측정될 기판의 도면이다.
도 4는 1차 및 2차 내부 함유물 이미지에 대한 바이어스와, 내부 함유물에 대한 대략적인 깊이를 결정하기 위한 파라미터들을 나타내는 도 3 기판의 가장자리 단면도이다.
도 5는 상기 스캐닝 카메라에 대한 상기 명시야 및 암시야의 상대적 위치들을 나타내는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치의 개략도이다.
도 6은 상기 스캐닝 카메라에 대한 상기 암시야 광원의 상대적 위치들을 나타낸 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 장치의 개략도이다.
하기의 상세한 설명에서, 제한하는 것이 아니라 설명을 위해, 특정한 세부사항들을 개시하는 대표적인 실시예들은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 하지만, 본 개시물의 이점을 갖는, 본 발명은 본원에 개시된 특정한 세부사항들로부터 비롯된 다른 실시예들에서 실시될 수 있다는 점은 당업계에서 통상의 지식을 가지 자들에게 명백해질 것이다. 게다가, 잘 알려진 기기들, 방법들 및 재료들에 대한 설명은 본 발명의 설명을 흐리게 하지 않기 위하여 생략될 수 있다. 마지막으로, 유사한 인용부호가 적용된 곳은 어디에서나 유사한 구성요소를 말한 다.
본 발명에 따른 투명 기판(12)에서의 결함을 검출하기 위한 장치(10)의 실시예가 도 1의 블록도에 도시된다. 장치(10)는 이미징 시스템(14), 조명 시스템(16), 이미지 처리 시스템(18) 및 이미징 시스템(14)과 조명 시스템(16)에 대해 기판(12)을 이동하기 위한 전송 시스템(20)을 포함한다. 투명 기판은 유리, 플라스틱, 또는 임의의 다른 투명 물질일 수 있으며, 사실상 평행한 면(표면)을 갖는 전형적인 시트 형태일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이미징 시스템(14)은 센서상에 부딪히는 광을 검출하여 그 광을 전기 신호로 변환하기 위한 센서(22), 및 광을 집광하여 그 광을 센서(22)로 보내기 위한 대물렌즈(objective lens)(24)로 나타낸 하나 이상의 렌즈를 포함한다. 예를 들면, 센서(22)와 렌즈(24)는 라인 스캐닝 카메라(line scanning camera)(26)를 포함한다. 하지만, 이미징 시스템(14)은 포인트 센서(point sensor) 또는 단일 이미지로서 넓은 시야를 캡쳐하는 센서를 포함할 수 있다. 제한하는 것은 아니나 보다 상세한 설명을 위해, 이미징 시스템(14)은 이후 라인 스캐닝 카메라로 설명될 것이다. 라인 스캐닝 카메라는 쉽게 상업적으로 이용가능하고 초당 수백 또는 수천까지의 속도로 동시에 한번에 스캔하는 기판(12)의 좁은 한 구획(swaths)을 스캔하는데 사용될 수 있다. 센서(22)는 CCD 센서, CMOS 센서 또는 광을 전기 신호로 변환할 수 있는 임의의 기타 센서 유형일 수 있다. 이미징 시스템(14)은 광을 수광할 수 있고, 주로 렌즈(24)에 의해 조절될 수 있는 허용각을 정의하는 다수의 개구, 및 홍채(iris)와 같은 카메라 또는 이미징 시스템에 포함된 임의의 또 다른 개구를 한정하는 요소를 갖춘다.
도 2에 도시된 바와 같이, 라인 스캐닝 카메라(26)는 라인 스캐닝 카메라(26)의 광축(30)이 제1 표면(28)에 수직하는 각 α를 형성하도록(이하 표면 법선(32)이라 함) 기판(12)의 제1 표면 부근에 배치된다. 양쪽 기판 표면(12) 모두는 사실상 평평하고 평행하며 표면 법선(32)은 양쪽 표면에 대한 표면 법선인 것으로 가정한다.
조명 시스템(16)은 동시에 여러 종류의 결함을 식별하도록 하는 다양한 방법들에 의해 기판(12)을 조명한다. 그러한 결함은 표면 결함과 내부 결함(이를 테면, 내부 함유물)으로 폭넓게 분류될 수 있다. 표면 결함은, 예를 들면, 스크래치, 얼룩 또는 상기 기판의 표면 상에 위치된 미립자일 수 있다. 내부 함유물 결함은 기포(bubbles)와 같은 인공물, 또는 상기 기판에 완전히 내포된 금속 또는 실리케이트 미립자이다.
보다 자세한 설명을 위해, 조명 시스템(16)에 의한 기판(12)의 조명은 이후에 명시야(bright field) 조명 또는 암시야(dark field) 조명으로 특성화될 것이다. 명시야 조명은 광원으로부터 광이 대물렌즈(24)로 직접 들어갈 때(이를 테면, 상기 이미징 시스템의 개구수 내에 있는 각도로 들어갈 때) 발생한다. 명시야에서 조명된 결함 이미지는 센서(22)상에 형성된다. 반대로, 암시야 조명은 광원으로부터 광이 전송되거나 반사되고, 결함으로부터의 산란 없어 대물렌즈(24)로 들어가지 않을 때 발생한다. 즉, 유리 표면(앞표면 또는 뒷표면)으로부터 반사된 광이 대물렌즈(24)로 들어가지 않도록 반사각이 존재한다. 특정 실시예들에서, 조명 시스 템(16)은 적어도 하나의 명시야 광원과 적어도 암시야 광원을 포함한다.
도 2를 다시 참조하면, 제1 광원(34)은 제1 광원(34)이 라인 스캐닝 카메라(26)에 대해 유리 기판(12)의 암시야 조명을 제공하도록 배치된다. 도 2의 실시예에 도시된 바와 같이, 제1 광원(34)은 (제1 표면(28) 부근의) 라인 스캐닝 카메라(26)로서 유리 기판(12)의 동일한 면에 위치된다. 제1 광원(34)으로부터의 광은 조명축(38)을 따라 기판(12) 위의 렌즈(36)에 의해 포커싱된다. 제1 광원(34)은 바람직하게는 백색광원과 같은, 광대역 범위를 갖는 다색성 광원이다. 제1 광원(34)은 바람직하게는 기판(12)의 적어도 일부에 사실상 균일한 조명을 생성한다. 라인 스캐닝 카메라가 검출 장치로 사용될 때, 조명은 단지 기판(12)의 좁은 한 구획 또는 한 부분에 걸쳐서만 존재해야 한다. 조명의 양(이를 테면, 표면 영역)은 센서/검출 장치와 상기 기판의 움직임(예컨대, 진동)에 대한 측정 장치의 감도의 선택에 달려 있다. 광원(34)으로부터의 광의 적어도 일부는 축(38')을 따라 기판 표면의 내부 또는 백사이드로부터 반사되어, 이미징 시스템(14)(예컨대, 라인 스캐닝 카메라(26))에 의해 집광되고, 센서(22) 상에 결합됨으로써, 반사 경로를 통해 이미징 시스템(14)에 대해 기판(12)의 명시야 조명을 제공한다. 하지만, 내부 함유물과 만난 반사광은 그 내부 함유물에 의해 차단됨으로써, 상기 명시야에 그림자를 형성한다. 광이 또한 기판 제1 표면(28)으로부터 반사되나, 라인 스캐닝 카메라(26)의 적당한 정렬에 의해 가능한 한 기판 표면(28)으로부터 반사된 광 만큼 제거하도록 시도된다. 이상적으로는, 상기 반사된 광이 상기 이미징 시스템에 의해 집광되고 센서(22)상에 결합되도록 조명축(38)과 표면 법선(32) 사이의 각도 β가 광축(30)과 표면 법선(32) 사이의 각도 α와 동일하다. 하지만, 각도 β는 조명각 β가 이미징 시스템(14)의 허용각 내에 있는 한 각도 α와 다를 수 있다. 일 실시예에서, 각도 α 및 β는 표면 법선(32)에 대해 각각 25°이다.
도 2로 다시 돌아가서, 제2 광원(40)은 라인 스캐닝 카메라(26)에 대향하는 기판(12)의 측면상에, 유리 기판(12)의 제2 표면 부근에 배치되며, 제1 광원(34)에 의해 조명되는 것처럼 기판(12)의 동일한 부분의 명시야 조명을 제공한다. 제2 광원(40)은 바람직하게는 백색광원과 같은, 광대역 범위를 갖는 다색성 광원이다. 제2 광원(40)은 형광성 광원일 수 있다. 예를 들면, 기판(12)의 한 부분을 조명(상기 기판의 좁은 한 부분에 걸친 조명)하기 위하여, 광원(40)은 직선형 형광등(straight fluoresent tube)일 수 있다. 제2 광원(40)은 조명축(44)의 방향으로 제2 표면(42) 기판상에 광을 투사한다. 이상적으로는, 제2 광원(40)에 의한 기판(12)의 조명은 바람직하게는 사실상 균일하며, 이로써 각 스캔 동안 스캐닝 카메라(26)에 의해 스캔된 기판(12)의 일부에 고른 세기의 배경 조명을 생성한다. 하지만, 다른 세기의 패턴이 또한 허용가능할 수 있다. 확산기(duffuser)(45)는 예를 들면, 거의 램버트 조명(Lambertian illumination)을 생성하도록 제2 광원(40)과 기판(12) 사이에 배치될 수 있다. 상기 기판의 조명 지역 위로 떨어지는 세기는 사실상 균일한 필드 세기를 생성하기 위해 상기 이미징 시스템 소프트웨어 또는 카메라 기기 내에서 규격화될 수 있다. 이상적으로는, 조명축(44)은, 상기 기판 표면들에 의한 굴절로 인한 일종의 미소 변위(small displacement) 외에, 표면 법선(32)과 조명축(44) 사이에 형성된 각도 θ가 표면 법선(32)과 라인 스캐닝 카메라 광 축(30) 사이의 각도 α와 동일하도록 라인 스캐닝 카메라(26)의 광축(30)과 일치한다. 기판(12)상에 투사된 광의 적어도 일부는 기판(12)을 통해 전송되고 라인 스캐닝 카메라(26)에 의해 집광된다. 따라서, 제2 광원(40)은 대물렌즈(24)와 관련된 기판(12)의 일부 명시야 조명을 제공한다. 각도 θ는 제2 광원(40)으로부터의 광이 제2 표면(42)에 입사되고 라인 스캐닝 카메라(26)의 허용가능한 각 내에, 예를 들면, 상기 카메라 명시야 내에 존재하는 기판(12)을 통해 전송되는 각도인 한 각도 α와 다를 수 있다는 점을 주의해야 한다. 바람직하게는, 각도 θ는 전술한 상태 내에서 가능한 한 작아야 한다. 예를 들면, 표면 법선(32)에 대한 15°의 각도(θ)가 효율적임을 알았다. 하지만, 실험은 θ가 적어도 35°정도 클 수 있고, 여전히 허용가능한 결과를 제공할 수 있다는 것을 보여주었다.
제1 광원(34)에 의해 제공된 조명은 제2 광원(40)에 의해 제공된 조명의 양과 적어도 대략 동일(이를 테면, 1:1)한 것이 바람직하다. 바람직하게는, 제1 광원(34)에 의해 제공된 조명은 제2 광원(40)에 의해 제공된 조명보다 더 커야 한다. 예를 들면, 유용한 것으로 증명되어온 제1 광원(34)과 제2 광원(40) 간의 광량비(ratio of intensity)는 대략 19:1이다. 물론, 본 발명은 넓은 범위의 결함 유형을 검출하는데 사용될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 광원 간의 광량비는 선택의 문제이다. 이 때문에, 제1 및 제2 광원(34,40) 모두는 임의의 기판 결함과 배경 조명 사이의 적당한 대조(contrast) 레벨을 달성하기 위해, 필요한 만큼, 어느 한 쪽의 광원으로든 또는 양쪽 모두의 광원으로든 조절할 수 있도록 변경가능한 것이 바람직하다. 요구된 대조 레벨은, 특히, 상기 결함의 크기와 유형, (가시적인 검출이 사용되는 경우) 주위 광 레벨, 센서 감도, 이미징 소프트웨어 성능 등에 좌우된다.
제3 광원(46)은 기판(12)의 제1 및/또는 제2 표면(28,42)으로부터 반사된 광이 대물렌즈(24)상에, 이를 테면, 라인 스캐닝 카메라(26)의 암시야에 직접 떨어지지 않도록 배치된다. 제3 광원(46)은 제1 또는 제2 표면(28, 42)으로부터 반사되는 제3 광원(46)으로부터의 광이 라인 스캐닝 카메라(26)의 암시야에 있고 따라서 상기 카메라에 의해 직접 검출되지 않는 한 제1 표면(28) 또는 제2 표면(42)에 대해 어느 곳에나 배치될 수 있다. 제3 광원(46)은 도 2에서 (기판 제1 표면(28) 근처에) 라인 스캐닝 카메라(26)와 같은 동일한 면의 유리 기판(12)상에 도시되며, 표면 법선(32)에 대해 각도 φ로 조명축(48)을 따라 기판(12)상에 광을 투사한다. 도 2에 도시된 구조에서 제3 광원(46)으로부터의 광의 적어도 일부는 반사된 광이 라인 스캐닝 카메라(26)의 암시야 내에 있도록, 이를 테면, 축(48')을 따라 각도 φ로 제1 표면(28)으로부터 반사된다. 즉, 결함의 확산이 없으므로, 광의 반사된 빔은 대물렌즈(24)로 직접 들어가지 않고, 따라서 이미징 시스템(14)에 의해 집광되지 않는다. 제1 및 제2 광원(34, 40)과 같이, 제3 광원(46)은 바람직하게는 이미징 시스템(14)에 의해 제공된 이미지의 대조를 조절하기 위해 광량이 변경될 수 있는 광원이다. 다른 실시예에서, 다수의 암시야 광원이 반사 광원 또는 전송 광원으로 사용될 수 있다. 즉, 상기 암시야 광원은 기판(12)의 어느 한쪽 면상에 배치될 수 있다.
암시야 조명으로 인해, 산란 결함(scattering defect)이 있으며, 상기 암시야 광원에 의해 조명된 경우, 광은 결함으로부터 다수의 방향으로 산란된다. 이러 한 광의 일부는 라인 스캐닝 카메라(26) 그리고 특히 대물렌즈(24)의 방향으로 산란된다. 상기 산란된 광이 상기 렌즈의 허용가능한 각도 내에 있다면, 상기 산란된 광은 상기 렌즈에 의해 집광되어 센서(22)로 보내진다. 상기 산란된 광은 상기 제1 및 제2 광원에 의해 생성된 배경 조명 세기의 레벨에 걸쳐 검출가능하다는 것을 보장하기 위해서는, 제3 광원(46)의 세기가 상기 제1 및/또는 제2 광원(34, 40)의 세기보다 확실히 큰 것이 바람직하다. 예를 들면, 제3 광원(46)은 바람직하게는 제1 또는 제2 광원의 세기보다 적어도 큰 정도의 세기(예컨대, 적어도 약 10배)를 갖는다. 본 발명의 동작에 필요한 것은 아니나, 레이저로부터의 광은 일반적으로 명시야 조명에 걸쳐 가시적이도록 충분한 세기를 제공할 수 있다. 유리하게는, 적당한 전력, 예를 들면, 약 10와트보다 큰 전력을 갖는 레이저는 상기 명시야 광원에 의해 생성된 배경 조명에 대한 결함의 순백색 표시(bright white indication)를 생성하여, 센서(22)의 상응 픽셀을 포화시키기 에 충분한 산란된 광 전력을 생성할 수 있다. 레이저가 제3 광원(46)으로 사용된다면, 배경 세기에 있어 전위 증가를 막기 위해 상기 레이저와 기판(12) 간의 광 경로에 편광자(polarizer)(미도시)를 삽입하는 것이 바람직할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 1에 도시된 실시예의 조명 시스템(16)은 제1, 제2 및 제3 광원(34, 40 및 46)을 각각 포함한다.
이미징 시스템(14)에 의해 얻어진 이미지는 비디오 모니터상에 디스플레이될 수 있고, 상기 기판에서의 점 결함(spot defect)에 대해 훈련된 관찰자, 넓은 시야 사용에 적응된 방법, 단일 이미지 카메라 시스템에 의해 모니터링 될 수 있다. 자 동화된 방법일수록 일관성 및 검출 수준 모두(이를 테면, 아주 작고 및/또는 희미한 결함에 대한 성능) 보다 우수한 결과를 생성할 수 있다. 본 실시예의 경우, 이미지 처리 시스템(18)은 바람직하게는 라인 스캐닝 카메라(26)로부터 수신된 다수의 이미지를 수집, 저장 및 조합하는데 사용된다. 이미지 처리 시스템(18)은 바람직하게는 이미징 시스템(14)으로부터 데이터를 수집 및 분석하기 위한, 데이터 버퍼(50)(메모리(50))와 처리 유닛(52)(예컨대, 컴퓨터)을 포함한다.
장치(10)는 투명 기판(12)과 이미징 시스템(14)과 조명 시스템(16) 사이의 관련 동작을 생성하기 위한 전송 시스템(20)을 더 포함한다. 예를 들면, 관련 동작은 이미징 시스템(14) 및 조명 시스템(16)과 관련된 기판(12)을 화살표(47)에 의해 표시된 바와 같이 움직임으로써 시작될 수 있다. 대안적으로는, 관련 동작은 기판(12)과 관련된 이미징 시스템(14) 및/또는 조명 시스템(16)을 움직임으로써 시작될 수 있다. 디스플레이 응용에서의 사용을 위한 유리 기판 크기가 커짐에 따라, 광학 및 조명 소스를 움직이는 것은 상기 유리 기판을 움직이는 것에 대한 매력적인 대안이 될 수 있다. 하지만, 광학 요소들이 움직이지 않는다면 광학계의 정렬이 더 쉽다. 전송 시스템(20)은, 예를 들면, 선형 스테이지, 스텝퍼 모터, 컨베이어 벨트, 트랙, 화물, 공압 테이블(에어 베어링), 또는 기판, 카메라 및/또는 소스의 기타 종래 운송 방법을 포함할 수 있다. 제한하는 것이 아니라 설명을 위해, 이후에는 상기 기판이 상기 이미징 및 조명 시스템에 대해 이동된다는 것이 가정될 것이다. 전송 시스템(20)은 또한 기판(12)과 이미징 시스템(14) 간에 일정 거리를 유지하기 위해 바람직하게는 상기 기판 및/또는 이미징 시스템을 표면 법선(32)의 방 향으로 움직일 수 있다. 게다가, 전송 시스템(20)은 또한 스캔하는 동안 상기 기판의 조명된 일부를 평평하게 유지하기 위한 평판화 기능을 수행할 수 있다. 평판화는 종래 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 공기 압력(예컨대, 에어 베어링)은, 상기 기판의 일부를 평평하게 하는데 사용될 수 있다.
장치(10)의 동작은 하기의 방식으로 진행할 수 있다. 기판(12)이 이미징 시스템(14)을 지나 이동됨에 따라, 제1 광원(34)으로부터의 광이 축(38)을 따라 기판(12)상에 떨어지고 상기 광의 일부는 라인 스캐닝 카메라(26)에 대한 축(38')을 따라 기판 제2 표면(12)으로부터 반사된다. 동시에 상기 제1 광원과 함께, 제2 광원(40)으로부터의 광이 표면 법선(32)에 대해 각도 θ로 조명축(44)을 따라 기판(12)상에 떨어진다. 광원(40)으로부터 기판(12)상에 입사한 광의 적어도 일부는 상기 기판을 통해 전송되며 라인 스캐닝 카메라(26)에 의해 집광된다. 제2 광원(40)으로부터의 전송된 광과 제1 광원(34)으로부터의 반사된 광의 조합은 상기 기판의 몸체 내에서 기포(시드), 및 고체 미립자를 포함하는 내부 함유물의 검출을 가능하게 한다.
추가로, 제3 광원(46)으로부터의 광은 축(48')을 따라 기판 제1 표면(28)으로부터 반사된 광이 이미징 시스템(14)에 의해 캡쳐되지 않도록 보장하는 각도 φ로 조명축(48)을 따라 기판(12)상에 떨어진다. (제3 광원(46)으로부터의 광은 상기 기판을 통해 전송되고, 또한 제2 표면(42)상에 떨어지며 제2 표면(42)으로부터 반사된다.) 광원(46)에 의해 조명된 산란 결함은 상기 결함에 부딪히는 광을 산란시키며, 상기 산란된 광의 일부는 이미징 시스템(14)의 허용가능한 각도 내로 떨어진 다. 암시야 광원을 사용하는 결함 검출이 상기 결함에 입사되어 상기 결함에 의해 산란되는 상기 광원으로부터의 광의 국소 부분에만 좌우되기 때문에, 제3 광원(46)은 바람직하게는 레이저, 또는, 제1 및 제2 광원(34, 40)에 비해 고휘도를 갖는 최소한의 광원이다. 따라서, 상기 결함에 의해 산란되고 상기 이미징 시스템에 의해 캡쳐되는 제3 광원(46)으로부터의 광은 상기 제1 및 제2 광원으로부터의 반사 및 전송된 광보다 상당히 높은 세기를 갖기 때문에, 이미징 시스템에 대해, 심지어 상기 제1 및 제2 광원의 명시야와 비교하여 보다 뚜렷이 보일 수 있게 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 라인 스캐닝 카메라(26)는 기판(12)을 반복적으로 스캔하게 하며, 여기서 r0는 시간 제로에서의 스캔(첫번째 스캔)을 나타내며 rn은 시간 n에서의 스캔(예컨대, 마지막 스캔)을 나타낸다. 하지만, 기판(12)은 (화살표(47)에 의해 나타낸) 라인 스캐닝 카메라(26)의 시야에 대응하여 움직이고 있으므로, 상기 카메라는 도 3에 도시된 바와 같이 기판(12)의 연속적인 한 구획 또는 한 부분의 스캔을 캡쳐한다. 이미 설명한 것처럼, 라인 스캐닝 카메라(26)는 기판(12)을 초당 수천번 이상 스캔하게 할 수 있으며, 이때 기판(12)의 단독 스캔은 약 20㎛보다 작은 폭을 커버할 수 있다. 예를 들면, 측정될 상기 기판의 국소 부분을 커버하기 위해 본 발명에 따른 라인 스캐닝 카메라(26)가 200,000번 이상을 초과하여 스캔하는 것은 특별하지 않다. 각 스캔에 대한 데이터는 데이터 라인(56)을 통해 이미징 처리 시스템(18)로 전송되고 버퍼(50)(메모리)에 저장된다. 처리 장치(52)는 기판(12) 일부의 이미지를 조합하기 위해 상기 저장된 데이터를 사용하 며, 기판 결함을 인식하여 분류하기 위해 필요한 특성화 계산을 수행한다.
원한다면, 상기 배경 조명은 이미지 처리 시스템(18)에 의해 규격화될 수 있다. 예를 들면, 8-비트 이미징 시스템에서, 상기 시스템의 동적 범위는 가장 밝은 값 255(예컨대, 화이트)에서 가장 어두운 값 0(블랙)의 범위인 256 그레이 스케일 값으로 표현된다. 배경 데이터는 상기 배경 조명이 약 128±δ의 그레이 값으로 표현되도록 규격화될 수 있으며, 여기서 δ는 미리 결정된 임계값을 나타낸다. 따라서, 128±δ 이상 또는 이하의 그레이 값은 결함으로 취급될 수 있다. δ 값은 적용된 통과/실패 기준에 좌우되며 사용자 의존적이다.
이미지 처리 시스템(18)은 데이터 라인(55)를 통해, 조명 세기와 같은, 조명 시스템(16)을 자동으로 제어하기 위해, 그리고 데이터 라인(57)을 통해 기판(12)(또는 이미징 시스템(14))의 이동률을 또한 제어함으로써 전송 시스템(20)을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
기판의 일부를 스캐닝하는 예가 도 4에 도시되며, 이때 상기 기판의 이미지를 조합하기 위해 사용된 각 스캔은 ro에서 rn까지 표현되고, 각 스캔은 간격(59)으로 나타낸 폭을 갖는다. 도시된 바와 같이, 제1 이미지와 결함의 고스트 이미지(ghost image)인 제2 이미지 모두는 생성된 기판 이미지 내에 나타난다. 도 4에 따르면, 제1 광원(34)으로부터의 광이 기판 제1 표면(28)상에 입사되고, 내부 함유물(58)에 의해 굴절되어 처음으로 차단된다. 내부 함유물(58)에 의해 차단된 제1 광원(34)으로부터의 광은 도 3과 4에서 1차 어두운 이미지로 나타낸다. 기판(12)이 도면에서 오른쪽(예컨대, 화살표(47))으로 이동하므로, 내부 함유물(58)은 제2 표면(42)의 뒷면(내부)으로부터 막 반사되는 제1 광원(34)으로부터의 광이 상기 내부 함유물의 새로운 위치에 의해 차단되는 이미징 시스템(14)에 대응하는 새로운 위치로 이동한다. 따라서, 상기 내부 함유물의 고스트, 또는 2차 이미지가 도시된다(도 3과 4에서 그레이 이미지(58')로 나타냄).
유리하게는, 내부 함유물의 근사 깊이(approximate depth)가 또한 계산될 수 있다. 상기 근사 깊이는, 예를 들면, 상기 기판의 표면에 대한 결함의 근사치를 계산하는데 사용될 수 있는 것으로, 예를 들면 내부 함유물이 상기 기판 표면에 대한 내부 함유물의 근사치에 기초한 표면 결함을 초래할 가능성을 추측하기 위해 간접적으로 사용될 수 있다.
도 4를 다시 참조하면, 내부 함유물(58)의 근사 깊이는 하기의 간단한 공식에 따라 결정될 수 있다:
D=t-(s/2)tan(sin-1(sin(Ψ)/n)) (1)
여기서 D는 내부 함유물의 근사 깊이이고, t는 상기 기판의 두께이며, s는 상기 1차 내부 함유물 이미지와 상기 2차 (고스트) 내부 함유물 이미지 사이의 간격이며, Ψ는 입사광과 상기 기판 표면에 대한 법선(32) 사이의 각도이며, n은 상기 기판의 굴절률이다. 원한다면 내부 함유물에 대한 크기가 또한 계산될 수 있으며, 측정된 세기에 기초한 공지된 방법들에 의해 계산될 수도 있다.
이전 실시예보다 간단한 구현(미도시)에 있어, 단일 명시야 광원은 단일 암 시야 광원과 함께 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 광원(34)이 제거될 수 있거나(또는 꺼질 수 있거나), 또는 제2 광원(40)이 제거될 수 있다(또는 꺼질 수 있다). 상기 단일 명시야, 단일 암시야 실시예의 원리는 상술한 바와 동일하다. 바람직하게는, 상기 암시야 광원은 레이저(laser)이다. 바람직하게는 상기 레이저의 세기는 상기 명시야 광원의 세기보다 적어도 약 10배 크다.
또 다른 실시예에서, 조명 시스템(16)은 다중 암시야 광원을 포함할 수 있다. 도 5에 도시된 것은 두 개의 암시야 광원, 이전 실시예에서와 같은 제3 광원(46), 및 추가적인 제4 광원(60)을 도시하는 대표적인 구성도이다. 이전 실시예에서와 같이, 암시야 광원(46, 60)은 명시야 광원(34, 40)의 세기보다 사실상 큰 세기를 갖는다. 도 5에 도시된 실시예에서, 암시야 광원(46)은 (표면 기판(28) 근처의) 라인 스캐닝 카메라(26)와 동일한 기판(12)의 면 위에 있으며, 상기 제2 암시야 광원(60)은 제2 (명시야) 광원(40)와 동일한 기판(12) 면 위에 있다. 바람직하게는, 암시야 광원(46, 60)은 레이저이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제4 광원(60)은 바람직하게는 표면 법선(32)과 일치되는 조명축(62)을 갖는다. 제3 및 제4 광원(46, 60)은 상기 기판으로부터 반사되거나, 또는 상기 기판을 통해 전송되는 광원으로부터의 광이 상기 이미징 시스템의 명시야에 집광되지 않는 한 표면 법선(32)에 대해 임의의 각도로 배치될 수 있음을 주의해야 한다. 즉, 미리 정의된 바와 같은 광원의 암시야 특성이 보존된다. 일반적으로, 상기 표면 법선에 보다 가까운 암시야 광원들의 조명각을 배치하는 각도는 더욱 스침각(glancing angles)을 갖는 조명축보다 위치 오류에 덜 민감하다.
이미 설명한 바와 같이, 전송 시스템(20)은 기판(12)과 이미징 시스템(14) 간의 관련 동작을 생성한다.
또 다른 실시예에서, 조명 시스템(16)은 암시야 조명만을 사용한다. 암시야-전용 시스템의 전형적인 도면이 도 6에 도시된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 라인 스캐닝 카메라(26)는 기판 제1면(28) 부근에 배치된다. 도시된 실시예에서, 광축(30)은 표면 법선(32)과 일치된다. 조명 시스템(16)은 4개의 광원(110, 112, 114 및 116)을 포함한다. 제1 및 제2 광원(110, 112)은 라인 카메라(26)와 동일한 기판(12) 면 위에 배치되고 이미징 시스템(14)(이를 테면, 라인 스캐닝 카메라(26))에 대해 암시야 광원을 반사함으로써 동작한다. 제3 및 제4 광원(114, 116)은 기판 제2면(42) 부근에 배치되며 라인 스캐닝 카메라(26)에 대한 전송 암시야 광원으로서 동작한다.
제1 및 제4 암시야 광원(110, 116)은 바람직하게는 광대역폭(예컨대, 백색광원)을 갖는 다색성 광원이며, 둘 다 렌즈(118, 119) 각각에 의해 기판(12)상에 포커싱된다. 하지만, 하나 또는 둘의 제1 및 제4 암시야 광원은 포커싱된 광이라기 보다는 오히려 확산된 광일 수 있다. 예를 들면, 하나의 백색광원은 포커싱되고, 나머지 광원은 확산될 수 있다. 제1 및 제4 암시야 광원(110, 116)은 바람직하게는 대조 조절(contrast adjustment)을 허용하도록 세기에 있어 변경가능하다.
제2 및 제3 암시야 광원(112, 114)은 바람직하게는 레이저이며, 또한 바람직하게는 세기에 있어 변경가능하다. 물론, 센서(22)는 상기 레이저(들)의 파장에서 적당히 민감하도록 하는데 주의를 기울여야 한다. 편광자(미도시)는 배경 조명을 감소시키기 위해, 원한다면 또는 필요하다면 제2 및 제3 광원(112, 114)의 앞에 사용될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 및 제 4 암시야 광원(110, 116)은 광축(30) 가까운 부근 내에 위치된다. 제1 암시야 광원(110)은 표면 법선(32)에 대해 각도 γ로 조명축(122)을 따르는 광으로 기판(12)을 조명한다. 제2 표면(42)으로부터 반사되는 제1 광원(110)으로부터의 광은 표면(28)에서의 굴절로 인해 약간 대체되나, 축(122')을 따라 동일한 각도 γ로 상기 표면으로부터 반사된다.
제4 암시야 광원(116)으로부터의 광은 표면 법선(32)에 대해 각도 υ로 조명축(124)을 따라 기판(12)을 조명한다. 제4 암시야 광원(116)으로부터의 광의 적어도 일부는 축(124')을 따라 기판(12)을 통해 전송된다. 제4 암시야 광원으로부터의 광은 렌즈(119)에 의해 기판(12)상에 포커싱된다.
기판(12)은 표면 법선(32)에 대해 각도 ξ로 조명축(126)을 따라 제2 암시야 광원(112)에 의해 더 조명된다. 제2 광원(112)으로부터의 광의 적어도 일부는 축(126')을 따라, 또한 표면 법선(32)에 대해 각도 ξ로 제1 기판(28)으로부터 반사된다.
마지막으로, 기판(12)은 표면 법선(32)에 대해 각도 ω로 조명축(128)을 따라 제3 암시야 광원(114)에 의해 조명된다. 제3 암시야 광원(114)으로부터의 광의 적어도 일부는 축(128')을 따라 기판(12)을 통해 전송된다.
대표적인 실시예에서, 각도 γ과 각도 υ가 같고 각도 ξ와 각도 ω가 같다. 하지만, 각도 γ와 각도 υ는 같을 필요는 없으며, 각도 ξ와 각도 ω도 같을 필요 는 없다. 게다가, 도 6은 4개의 암시야 광원을 나타내나, 보다 많거나 적은 암시야 광원이 사용될 수 있다. 예를 들면, 기판(12)의 각 표면을 조명하는 두 개의 암시야 광원이 사용될 수 있다. 대안적으로는, 추가 암시야 광원들이 도 6에 도시된 구성에 추가될 수 있다. 일 실시예에서 확산기(diffuser)는 제2 암시야 광원(112)과 기판(12) 사이에 사용될 수 있다. 적당한 라인 확산기는, 예를 들면, OZ 광학계로 제조된 모델명 FOLM-23일 수 있다.
개시된 바와 같은 실시예들에서와 같이, 전송 시스템(20)은 스캐닝 카메라(26)가 상기 기판의 좁은 한 부분을 따라 상기 기판을 스캔하는 동안 이미징 시스템(14)에 대해 기판(12)을 이동하는데 사용될 수 있으며 개별 이미지들이 데이터 버퍼(50)에 저장된다. 이미징 처리 시스템(18)은 상기 개별 이미지들을 상기 기판의 단일 이미지로 조합하고, 상술한 바와 같은 결함의 존재에 대해 상기 기판을 특성화한다.
이전 실시예의 경우에서와 같이, 라인 스캐닝 카메라가 이미징 시스템에 사용된다면, 상기 기판의 좁은 한 구획 또는 한 부분만이 임의의 주어진 시간에 조명될 필요가 있다. 따라서, 상기 기판(12)의 좁은 조명만을 생성하기 위한 광원들의 적절한 적응이 사용될 수 있다. 예를 들면, 광대역(백색)광원은 광섬유에 의해 선형적 배열로 채널링되는 형광등 또는 백열등일 수 있다. 이러한 업무를 달성하기 위한 적당한 장치들은 쉽게 상업적으로 이용가능하다.
본 발명의 상술한 실시예, 특히 임의의 "바람직한" 실시예들은 단지 가능할 수 있는 구현예일 뿐이며, 본 발명의 원리를 분명한 이해를 위한 설명일 뿐이다. 많은 변경 및 변형이 본 발명의 정신과 원리에서 벗어나지 않고 본 발명의 상술한 설명으로부터 제작될 수 있다. 예를 들면, 유리 디스플레이 기판과 같은 크기가 큰 기판에 대해, 본 발명에 따른 다수의 장치들이 상기 기판의 일부 특성이 수행되도록 결합될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 장치들은 전체 기판을 스캔하기 위한 생산 라인에서 단 대 단(end to end)으로 배치되거나 엇갈리게 배치될 수 있다. 모든 그러한 변형과 변경들은 본 개시물과 하기 청구항들에 의해 보호되는 본 발명의 범위 내에서 본원에 포함되는 것으로 간주된다.

Claims (20)

  1. 제1 표면 및 제2 표면을 포함하는 투명 기판을 제공하는 단계;
    상기 제1 표면에 가깝게 배치되고 스캐닝 이미징 시스템에 대해 투명 기판의 명시야 조명을 제공하기 위해 배열된 제1 광원으로부터의 광에 의해 상기 투명 기판을 조명하는 단계로서, 상기 제1 광원으로부터의 광은 상기 투명 기판의 제2 표면의 백사이드로부터 반사되는 단계;
    상기 제2 표면에 가깝게 배치되고 상기 스캐닝 이미징 시스템에 대해 상기 투명 기판의 명시야 조명을 제공하기 위해 배열된 제2 광원으로부터의 광에 의해 상기 투명 기판 제2 표면을 조명하는 단계로서, 상기 제2 광원으로부터의 광의 적어도 일부는 상기 투명 기판을 통해 전송되는 단계;
    상기 스캐닝 이미징 시스템에 대해 상기 투명 기판의 암시야 조명을 제공하기 위해 배열된 제3 광원에 의해 상기 투명 기판을 조명하는 단계로서, 상기 제3 광원으로부터의 광이 광 산란 결함에 의해 산란됨으로써 산란 광을 생성하는 단계;
    상기 스캐닝 이미징 시스템에 대해 상기 투명 기판을 이동하는 단계;
    상기 스캐닝 이미징 시스템에 의해 상기 투명 기판을 스캐닝하는 단계; 및
    상기 투명 기판이 이동되는 동안 상기 제2 표면의 백사이드로부터 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광, 상기 제2 광원으로부터 전송된 광, 및 상기 산란 광을 상기 스캐닝 이미징 시스템에 의해 동시에 검출하는 단계를 포함하는 투명 기판에서의 결함을 검출하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투명 기판을 이동하는 단계는 상기 스캐닝 이미징 시스템에 대해 제1 위치에서 제2 위치로 상기 투명 기판을 이동하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 위치에서, 상기 제1 광원으로부터의 광은 상기 제2 표면의 백사이드로부터 반사되기 전에 내부 함유물에 의해 차단됨으로써, 상기 스캐닝 이미징 시스템에서 상기 내부 함유물의 제1 이미지를 생성하며, 상기 제2 위치에서, 상기 제2 표면의 백사이드로부터 반사된 상기 제1 광원으로부터의 광은 상기 내부 함유물에 의해 차단됨으로써, 상기 스캐닝 이미징 시스템에서 상기 내부 함유물의 제2 이미지를 생성하는 것을 특징으로 하는 투명 기판에서의 결함을 검출하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 내부 함유물의 투명 기판에서의 깊이를 결정하기 위해 상기 내부 함유물의 상기 제1 이미지와 제2 이미지간 거리를 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판에서의 결함을 검출하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 광원은 백색광원인 것을 특징으로 하는 투명 기판에서의 결함을 검출하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제3 광원은 레이저인 것을 특징으로 하는 투명 기판에서의 결함을 검출하기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 광원으로부터의 광을 확산시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 기판에서의 결함을 검출하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제3 광원으로부터의 광의 광세기는 상기 제1 광원 또는 제2 광원으로부터의 광의 광세기보다 적어도 10배 큰 것을 특징으로 하는 투명 기판에서의 결함을 검출하기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 투명 기판은 상기 스캐닝 이미징 시스템에 대해 상기 투명 기판의 암시야 조명을 생성하도록 배열된 다수의 광원에 의해 조명되는 것을 특징으로 하는 투명 기판에서의 결함을 검출하기 위한 방법.
  9. 스캐닝 이미징 시스템;
    상기 스캐닝 이미징 시스템에 대해 명시야 조명으로 투명 기판의 제1 표면을 조명하도록 배열된 제1 광원;
    상기 스캐닝 이미징 시스템에 대해 명시야 조명으로 투명 기판의 제2 표면을 조명하도록 배열된 제2 광원;
    상기 스캐닝 이미징 시스템에 대해 암시야 조명으로 상기 투명 기판을 조명하도록 배열된 제3 광원; 및
    상기 스캐닝 이미징 시스템에 대해 상기 투명 기판을 이동하기 위한 이동 수단을 포함하며,
    상기 스캐닝 이미징 시스템은 상기 투명 기판의 제1 표면에 인접하여 배치됨과 더불어 상기 제1 광원으로부터 상기 스캐닝 이미징 시스템에 의해 수신된 명시야 조명이 상기 투명 기판의 제2 표면의 백사이드로부터 반사된 광을 포함하도록 배열된 것을 특징으로 하는 제1 표면 및 제2 표면을 구비한 투명 기판에서의 결함을 검출하기 위한 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제3 광원은 레이저인 것을 특징을 하는 제1 표면 및 제2 표면을 구비한 투명 기판에서의 결함을 검출하기 위한 장치.
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