(57)【要約】【課題】動的にプログラム可能な光空間フィルタリングを使用した大型平面パターン化メディアの高スループット検査方法および装置を提供すること。【解決手段】非周期欠陥を表す物理現象を直接識別するために、テレセントリック・レンズ系の焦点面でプログラム可能光フーリエ・フィルタリングが周期構造を有する平面対象物を検査するためのシステムに使用される。フーリエ平面での周期構造の空間フーリエ変換の生成と観察にレンズ・アセンブリとコヒーレント光源が使用される。ＯＦＦを電気的にプログラムすることができ、電気的に位置合わせさせることができる空間光変調器を使用して焦点面に実装される。優れた信号対雑音比を有するこの空間光変調器は、帰還駆動型フィルタ構成と位置合わせアルゴリズムに従って電気的に再構成できる。ＯＦＦにより、フーリエ平面と対象物の最終画像平面に存在するあらゆる非周期成分が強調される。【選択図】図６
2004286741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期構造を有する大型平面対象物中の欠陥を検出するシステム検査方法における、前記平面対象物中の非周期構造の可視性を高めるために修正可能マスクを提供する方法であって、
前記平面対象物の前記空間信号の光空間フーリエ変換を行うために、入力空間信号として、第１レンズ・アセンブリを介して前記平面対象物の画像をフーリエ平面上に投影するステップと、
前記空間フーリエ変換の周期成分を遮断し、かつ、優勢な非周期成分のフィルタリングされた光空間フーリエ変換を行うために、前記第１レンズ・アセンブリの前記フーリエ平面に設けられた電気的プログラム可能空間光変調器を前記周期構造に電気的に位置合わせするステップであって、前記空間光変調器が、有効なマスキング要素として機能するのに十分な解像度、光エネルギー・スループットおよびコントラストを有するステップと、
前記非周期構造の可視性を高めるように、フィルタリングされた画像を空間光エネルギー検出器に生成させるために、第２レンズ・アセンブリを介して前記フィルタリングされた光空間フーリエ変換の画像を画像平面に出力空間信号として投影するステップと
を含み、前記電気的位置合わせステップが、前記画像平面からの変換光信号を帰還信号として使用する方法。
【請求項２】
前記位置合わせステップが、
前記フーリエ平面の前記空間光変調器上のスポットを、前記フーリエ平面上の前記画像の中央スポットに電気的にインボークし、かつ、心出しするステップと、それに続いて、
前記フーリエ画像の周期成分の透過を遮断するために、前記フーリエ画像上に前記周期パターンの最も狭い例に対応する回転位置合わせ可能マスクを電気的にインボークし、かつ、十字線を回転心出しするステップと、それに続いて、
前記フーリエ平面の前記空間光変調器上に透過型線形ウィンドウを電気的にインボークするステップと、最後に、
前記光空間フーリエ変換の周期性を決定するために、回転心出しされた前記軸に沿って前記透過型線形ウィンドウを走査するステップとを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電気的プログラム可能空間光変調器が、周期信号成分を有効に遮断するのに十分なコントラスト比を有する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記コントラスト比が約１００：１より大きい請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記コントラスト比が約３００：１より大きい請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記コントラスト比が約５００：１より大きい請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記コントラスト比が、少なくとも±１４度の入射角レンジに対して約５００：１より大きい請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記電気的プログラム可能空間光変調器が、寄生回折を抑制するのに十分なフィル・ファクタを有する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記フィル・ファクタが約９０％より大きい請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記電気的プログラム可能の空間光変調器が、無ひずみ画像をインボークするように、その表面全体に渡る光非一様性と波面ひずみが十分に小さい電気的プログラム可能空間光変調器である請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記空間光変調器の表面全体に渡る前記光非一様性および波面ひずみが、２０ｍｍに対して１波長未満である請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電気的プログラム可能空間光変調器が、少なくとも８０％の光エネルギースループットを有する請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電気的プログラム可能空間光変調器が、少なくとも１０２４×７６８個のアクティブ・ピクセルの解像度を提供する約２０ｍｍ×１５ｍｍ未満のアクティブ領域を有する請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記電気的プログラム可能空間光変調器が、さらに、
コントラスト比が、少なくとも±１４度の入射角レンジに対して少なくとも５００：１であること、
フィル・ファクタが９０％より大きいこと、
前記電気的プログラム可能な空間光変調器の表面全体に渡る光非一様性と波面ひずみが２０ｍｍに対して１波長未満であること、
光エネルギー・スループットが少なくとも８０％であること、
少なくとも１０２４×７６８個のアクティブ・ピクセルの解像度を提供するアクティブ領域が２０ｍｍ×１５ｍｍ未満であることとを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記回転位置合わせ可能マスクが十字線セットである請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
周期構造を有する前記平面対象物を検査して、その平面対象物中の欠陥を指示するシステムであって、
複数の画像化チャネル・ヘッドであって、個々の画像化チャネル・ヘッドが、
再構成可能であり、かつ、前記平面対象物の変換画像の周期成分を空間画像検出器の光センサの雑音レベル未満に抑制するのに十分なコントラスト比を有する電気的プログラム可能な空間光変調器によって実現された光フーリエ・フィルタと、
前記空間光変調器と相互作用する、視野が十分に広いレンズ・アセンブリと、
前記平面対象物をコヒーレント照射で照射し、かつ、前記光フーリエ・フィルタの無い前記空間画像検出器を飽和させるのに十分な光エネルギー強度を生成するように配置されたレーザ照射システムと、
前記画像化チャネル・ヘッドの各々と結合した帰還システムであって、前記空間画像検出器の出力に応答し、アルゴリズムに従って前記電気的プログラム可能空間光変調器をコンピュータで制御し、前記変換画像の周期成分を抑制するのに十分な位置合わせ済みフィルタリング・パターンをインボークする帰還システムと
を備えた画像化チャネル・ヘッドを備えたシステム。
【請求項１７】
前記電気的プログラム可能な空間光変調器が、
コントラスト比が、少なくとも±１４度の入射角レンジに対して少なくとも５００：１であること、
フィル・ファクタが少なくとも９０％であること、
前記空間光変調器の表面全体に渡る光非一様性および波面ひずみが、２０ｍｍに対して１波長未満であること、
光エネルギー・スループットが少なくとも８０％であること、
アクティブ領域が２０ｍｍ×２０ｍｍ未満であること、
少なくとも１０２４×７６８個のアクティブ・ピクセルを前記アクティブ領域内に有することとを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記レンズ・アセンブリが、複数のレンズからなるテレセントリック・レンズ・セットをさらに備え、
第１レンズが有限共役を生成するように配置され、かつ、
第２レンズがレンズ・アセンブリ制約を満足するように配置された請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記レーザ照射システムが、
光路に沿ったビームを生成するように単一空間モードで動作する単一モード半導体レーザと、
前記光路中に配置された複数の４分の１波長板と、
前記光路中に配置され、非偏光ビーム・スプリッタに比べて少なくとも１６分の１だけ光スループットを大きくする偏光ビーム・スプリッタとをさらに備えた請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記平面対象物と前記複数の画像化チャネルの各々との間の距離を、前記平面対象物に対して平行をなす平面における前記画像化チャネルの２０ｍｍの並進に対して、１０μｍ未満の変動に拘束するための物理トランスレータをさらに備えた請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
前記電気的プログラム可能空間光変調器が、回転ミスアライメントに対する感度を小さくするようにスポット・サイズを変化させる請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
前記スポット・サイズの変化が、ベース・マスキング・スポット・サイズをパターンの中心からの距離に比例して変化させることによって実現される請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記電気的プログラム可能空間光変調器が、十字線セットの形態の回転位置合わせ可能マスク・パターンからなる請求項２１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光技法を使用した平面的にパターン化されたメディアの検査に関し、より詳細には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ（液晶フラット・パネル・ディスプレイ（ＬＣＤ）の主要部品）などの大型平面パターン化メディアの自動光学検査（ＡＯＩ）に関する。本発明は、あらゆる平面周期パターン化メディアの検査全般に適用することができるが、様々な製造段階におけるＴＦＴアレイの高スループット・インライン検査にとりわけ有用である。
【０００２】
関連出願の相互参照
適用せず
【０００３】
政府主唱の研究または開発下でなされた発明に対する権利に関する供述書
適用せず
【０００４】
コンパクト・ディスクに関する提示済み「シーケンス・リスト」、表またはコンピュータ・プログラミング・リスト付録の参照
適用せず
【背景技術】
【０００５】
ＬＣＤパネルを製造している間、電気回路を形成するために様々な材料層を堆積させる基板として、薄いガラス製の大型クリア・シートが使用されている。電気回路によて、複数の分割可能な同じディスプレイ・パネルとして機能させることができる。通常、材料層の堆積は複数の製造段階で実施され、その各々の製造段階で複数の材料（金属、インジウムすず酸化物（ＩＴＯ）、ケイ素、アモルファス・シリコン等）が先行する層を覆って（あるいは裸ガラス基板上に）所定のパターンに従って堆積される。個々の製造段階には、堆積、マスキング、エッチングおよび剥離などの様々な工程が含まれている。
【０００６】
これらの個々の製造段階の間およびその製造段階における様々な工程において、最終ＬＣＤ製品の性能に電子的および／または視覚的に関係する多くの製造欠陥が生じる。このような欠陥には、それらに限定されないが、回路の短絡、回路の開放（開路）、異粒子、誤堆積、フィーチャ・サイズの問題、オーバ・エッチング、アンダ・エッチングが含まれる。図１は最もありふれた欠陥を示したもので、ＩＴＯ１１２中への金属突出１１０、金属１１６中へのＩＴＯ突出１１４、いわゆるマウス・バイト１１８、開路１２０、トランジスタ１２４内の短絡１２２、異粒子１２６が含まれている。
【０００７】
ＴＦＴ  ＬＣＤパネル検査などの特定の応用領域では、検出の対象となる欠陥が微小（マイクロメータ程度）であり、したがって要求される欠陥検出に限界がある。
【０００８】
しかしながら、単に欠陥を検出しただけでは不十分である。検出した欠陥を、最終製品の性能に影響することはないがアレイ製造プロセスの最適状態からの変動の徴候であるプロセス欠陥すなわち微欠陥、アレイ製造歩留りを改善するべく修復することができる修復可能欠陥、さらには、ＴＦＴアレイのそれ以降の使用を不能にする致命的欠陥に分類しなければならない。
【０００９】
従来のすべてのＡＯＩシステムには、光走査解像度、タクト時間、検出限界、コストなどの多くの臨界特性の間に常に妥協が存在している。ＡＯＩ機器の有用性あるいはＡＯＩ機器の応用例のタイプは、これらの特性によって決まり、通常、１つの特性が他の特性を犠牲にして最適化され、あるいは改善されている。例えば、ＡＯＩシステムの解像度を上げることによって検出限界が改善される（より小さい欠陥を検出することができる）が、このような改善により、検査の完了に要する時間（タクト時間）が長くなり、あるいはシステム・コストが増加することになる。逆に、タイプの異なる応用例の場合、システムの解像度を落とすことによって検出限界を緩和し（より大きな欠陥を検出することができる）、それによりタクト時間を短縮し、システム・コストを低減することができる。
【００１０】
従来技術では、優れた検出感度や生産速度に見合ったタクト時間を許容可能な価格で提供することができないため、ＬＣＤ産業は、インライン機器として、性能が劣り、タクト時間の短いシステムの使用を余儀なくされている。より優れた検出感度システム（長時間の検査時間が常に必要であり、かつ、生産速度と両立しない）が使用されるのは、選択されたＴＦＴパネルしか検査することができないオフライン機器としてのみである。この検査方法は、しばしばサンプリング・オペレーション・モードと呼ばれている。
【００１１】
ＡＯＩシステムの動作解像度はＡＯＩシステムのコストに直接影響している。タクト時間が短い場合、動作解像度が高くなるにつれてＡＯＩシステムのコストがほぼ指数関数的に増加する。そのため、短いタクト時間を必要とする生産速度での高スループット・インライン応用例に対しては、比較的より低解像度のシステムのみが可能である。
【００１２】
当該の応用領域に対しては、従来のＡＯＩシステムでは、欠陥の存在およびその位置を検出するために使用される様々なパターン比較技法が使用されている。これらの方法は、試験中の対象物の周期的な特徴を利用し、そのパターン周期またはその倍数で間隔を隔てた領域を直接比較している。
【００１３】
従来の空間領域画像比較技法が、システムの検出限界を常に悪化させるピクセレーション効果の問題を抱えていることを当分野の技術者なら理解することができるであろう。画像中の雑音として解釈されているこのピクセレーション効果は、画像強度が急激に変化する回路フィーチャの近傍で特に大きくなり、検出誤りあるいは適正な欠陥をマスキングする原因になっている。検査機器には、データ・ラインとゲート・ラインの交点やトランジスタなどのＴＦＴアレイ・フィーチャの近傍で最も優れた検出感度になることが期待されるため、これらの効果は、極めて望ましくない効果である。主としてサブピクセル補間および近似技法に基づく方法などのピクセレーション抑制方法が、これらの欠点を部分的に低減する手段として使用されているが、これらの方法は、それにもかかわらずこの特定の応用領域の要求を満足していない。
【００１４】
これらの固有の限界のため、開発者は、ピクセレーションが導入される前に、解析のために対象物の画像をディジタル化することによって光領域中の観察可能周期パターンを抑制する保証を模索している。例えば、特性が十分に分かっているレンズを使用して、そのレンズ焦点面に対象物の二次元フーリエ・スペクトルを形成することができることは知られている。このフーリエ変換は、信号のあらゆるディジタル化に先立って光領域ですべて実施され、それにより画像スペクトル中の周期パターンを光アナログ方式でフィルタリングする機会が提供される。
【００１５】
光フィルタリングはレンズ焦点面に形成される強度プロファイルを選択的に減衰させ、それにより像平面内に変化した（フィルタリングされた）画像を生成させるため、レンズ焦点面に置かれた適切な空間光変調器（spatial light modulator:ＳＬＭ）を利用することができることを前提としている。最終画像は電荷結合素子（ＣＣＤ）センサなどの画像捕獲デバイスによってディジタル化されることが理想的である。検査すべき対象物としての周期的にパターン化された表面の特定の事例では、理想焦点面強度プロファイルは鮮明な強度ピーク格子である。焦点面に置かれた理想専用フィルタによってこれらのピークをマスク除去することにより、画像の周期成分が減衰し、かつ、元のパターン中の欠陥に起因する非周期信号成分が維持されることが期待された。
【００１６】
しかしながらこのフィルタリングの成功は、焦点面内に置かれたマスクのコントラスト比、空間解像度、光品質および高速再プログラム性を始めとする多くの特性に大きく依存しており、必要な特性を備えたＳＬＭを実現するための適切な技術がないため、当該の応用領域における光フーリエ・フィルタリングの原理を空論にしている。
【００１７】
ＡＯＩ機器は様々な問題によって特徴付けられている。実施済み解決法のほとんどは、センサ・レベル・ピクセルまたはサブピクセル精密位置合わせ技法との組合せで使用されることが多い空間領域パターン比較技法に基づいている。
【００１８】
Ｌｅｖｙらに対する米国特許第４，５７９，４５５号に、一対の７×７個のウィンドウを試験画像上と基準画像上で考慮し、このウィンドウ内の多くの可能な３×３個のサブウィンドウに対して誤差の二乗和を計算する位置合わせおよびパターン比較技法が記載されている。これらの２５の組合せに対する最小誤差が閾値を超えると欠陥と見なされる。この方法は、位置合わせ不整合をセンサ・ピクセル・レベルまで補償することができるように思われる。
【００１９】
Ｓｐｅｃｈｔらに対する米国特許第４，８０５，１２３号には、Ｌｅｖｙらによる方法の粗い位置合わせ精密技法について異論を唱え、欠陥を検出するための改良型位置合わせおよび比較技法が記載されている。この技法では、試験画像中および基準画像中の大型ウィンドウを使用し試験画像と基準画像の間のセンサ・ピクセル・レベル相関を計算する。得られたサンプル相関表面の最小点が検出され、この最小点に隣接する表面に二次関数が当てはめられる。当てはめた二次関数を使用して、試験画像と基準画像を位置合わせさせるための正確なサブピクセル移行を得ている。試験画像上および位置合わせした基準画像上の２×２個のサブウィンドウ上の画像差を閾値化することによって、位置合わせした画像を比較している。
【００２０】
また、これらの基本技法に対する変形および改良が提案されている。例えば、中でもＹｏｌｌｅｓらに対する米国特許第５，９０７，６２８号は、最小点を検出するためのサンプル相関表面の使用に対する欠点を指摘し、表面のサンプリングが粗いため、この最小点は真の最小点に対応していない、として異議を唱えている。したがって、Ｙｏｌｌｅｓらは、検出した最小点が後続するサブピクセル補間工程によって改善されることはほとんどなく、その結果として誤った位置合わせがもたらされ、検出における誤り検出の原因になっている、として異議を唱えている。Ｙｏｌｌｅｓらは、改良型比較エンティティに基づく入念な比較プロセスによるこれらの問題の低減を提案している。
【００２１】
パターン比較をベースとした機器は、特定の応用例においては、この業界で首尾良く使用されているが、システム速度（タクト時間）と精度（欠陥検出限界）の間の妥協が支配的であり、基本的な限界と見なされている要因を課している。従来の検査方法に絶えず存在しているこの妥協により、生産速度での大型平面パターン化メディアの高スループット・インライン検査という、速度と検出感度の共存が要求される応用領域でのこれらのシステムの有用性が制限されている。
【００２２】
いわゆる光フーリエ・フィルタリング（ＯＦＦ）（フーリエ空間フィルタリングとしても知られている）は既知の技法であり、また、良く理解されている技法である。反復パターン化表面の欠陥検出にＯＦＦを使用する試みは、このような空間フィルタの特性について記述されている、「Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｐｈｏｔｏ  ｍａｓｋｓ  ｗｉｔｈ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｓｐａｔｉａｌ  ｆｉｌｔｅｒｓ」（ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ  ｖｏｌ．５７、Ｎｏ９、（１９６９年９月））という名称のＷａｔｋｉｎｓの論文に溯る。この論文に続いて、Ｗａｔｋｉｎｓらに対する米国特許第４，０００，９４９号に報告されている特許に、パターン化表面を検査するための基本ＯＦＦの基本的な態様が記載されている。
【００２３】
フーリエ空間フィルタを実施するための技術が、特定の応用領域において可能であることが証明されると、それに続いて多くの貢献がなされた。これらの貢献には、例えば、超小型回路を検査するための基本的な明視野照度フーリエ空間フィルタリング・セットアップについて記述されている、Ｌｉｎらに対する米国特許第４，８０６，７７４号、および好ましい特性を備えた特定のレンズ配列について記述されている、いずれもＮｉｓｈｉｉらに対する米国特許第５，３８３，０５６号および米国特許第５，６２７，６７８号が含まれている。Ｇａｌｂｒａｉｔｈらに対する米国特許第５，２７６，４９８号には、極めて周期的な半導体ウェハ検査のためのフーリエ空間フィルタの他の応用例が示されている。この特許に記述されているシステムは、異なる光回折パターンを有する２つの領域を組み込んだ表面を走査するように設計されている。この表面は、細い光ビームによって走査される。このシステムは、それぞれ線形ストライプを形成する一次元光バルブ・アレイから構成され、かつ、互いに横方向に構成された連続する２段の光バルブを使用してプログラム可能なＳＬＭを実装している。
【００２４】
Ｈｅｎｄｌｅｒらに対する米国特許第５，５０６，６７６号の中で提案されているもう１つのシステムでは、同時に解析するためにレンズ焦点面の様々な部分の情報を様々な光強度センサに向けて方向を変更するように、微小ミラー・デバイスなどの空間セパレータが考慮されている。このシステムには、画像捕獲デバイスは組み込まれていない。
【００２５】
関連する技術を開示した他の米国特許には、
Ｚｈｏｕに対する「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  ａｎｄ  ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ  ｆｏｒ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｄｉｖｉｓｉｏｎ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ」という名称の米国特許第６，４９０，３９３号
Ｃｈｕａｎｇらに対する「Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ａｎａｌｙｚｉｎｇ  ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ  ｆｅａｔｕｒｅｓ  ｏｎ  ａ  ｓｕｒｆａｃｅ」という名称の米国特許第６，１３７，５７０号
Ｆａｔｅｌｅｙに対する「Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｆｉｌｔｅｒ，ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ  ａｎｄ  ｉｍａｇｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ  ａｒｒａｙ」という名称の米国特許第６，１２８，０７８号
Ｈｏｌｃｏｍｂに対する「Ｓｕｒｆａｃｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｆｉｌｅｓ」という名称の米国特許第６，０８４，６７１号
Ｙｏｓｈｉｍｕｒａらに対する「Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｏｒｍ  ｏｆ  ｏｂｊｅｃｔ」という名称の米国特許第６，０６１，１２６号
Ｆａｔｅｌｅｙに対する「Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  ｆｉｌｔｅｒ，ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ  ａｎｄ  ｉｍａｇｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ  ａｒｒａｙ」という名称の米国特許第６，０４６，８０８号
ｈｅｎｄｌｅｒらに対する「Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ，ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｓｉｏｎ，ｌａｒｇｅ  ａｒｅａ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ｃｅｌｌｓ」という名称の米国特許第５，９６６，２１２号
Ｔｓａｉらに対する「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  ｓｐｅｃｉｍｅｎ  ｕｓｉｎｇ  ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｎｎｅｌ  ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ  ｆｒｏｍ  ｔｈｅ  ｓｐｅｃｉｍｅｎ  ｕｓｉｎｇ  ｂｒｉｇｈｔ  ａｎｄ  ｄａｒｋｆｉｅｌｄ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ」という名称の米国特許第５，８２２，０５５号
がある。
【００２６】
従来のパターン突合せ技法は、誤り検出率を高くし、あるいは閾値を緩めることによって感度を制限しているという固有の限界にもかかわらず、この業界全体に渡って依然として支配的な検査技法である。その理由は、生産速度での１００％の検査の実行を試行しない、また、検査システムの欠陥見逃し率を大げさに取り上げないサンプリング・プロセスの性質によるものと思われる。しかしながら、生産速度での高スループット・インライン光学検査という応用領域の出現により、速度と精度に対するより厳しい制約が余儀なくされており、このような従来システムでは実用的なコストで達成することは不可能である。
【００２７】
ＯＦＦは、速度と検出精度の両方を同時に達成する候補と見なされているが、一連の問題を抱えているため、その応用例は実用的であるとは見られていない。検出すべき目標欠陥のサイズとコントラストの減少に伴い、光フィルタとして使用されるマスキング・パターンの精度や光品質、コントラストが重要になる。過去においては、この種の品質の達成は、スタティック・マスク（写真フィルムまたはホログラフィック格子など）を使用するか、あるいはスタティックすなわち構成が困難である機械システムを使用する以外には不可能であった。スタティック・マスクは、ＡＯＩ機器を正規に動作させている間、検査すべき材料上のパターンを変化させなければならないことが多く、また、新しいパターンを有する対象物を検査するために迅速に再構成することができないため、あるいは同じパターンに対する配向の変動を補償することができないため、現在考慮されている応用領域には依然として不適切である。
【００２８】
Ｄｒａｋｅに対する米国特許第５，７４２，４２２号、およびＭｏｎｔｅｓａｎｔｏらに対する米国特許第５，９７０，１６８号に記載されているような再構成可能機械システムが光品質を維持しつつ上記の問題を部分的に解決するために試行されている。しかし、そのシステムは再構成速度が遅く、許容可能なシステムではない。また、それらのシステムには、実現可能なマスキング・パターンに対する制約があり、通常、限られた数の横方向および縦方向ラインに限定されている。また、ラインをマスキング・パターンとして使用することにより、マスキング・パターン自体が悪影響をもたらし、フィルタリング後の画像中に寄生欠陥ゴーストが出現する原因になっている。さらに、フーリエ・フィルタの機械的な実装態様は複雑かつ高価で信頼性に劣り、また、そのサイズはとてつもなく大きく、したがって容易に拡張することができない。したがって、例えば、広い表面積を厳しいタクト時間要求の範囲内で検査する多重並列検査が提供されることが望ましい。
【００２９】
この１０年間の間に最初に出現した電気的プログラム可能なＳＬＭデバイスは、高速フィルタ再構成問題を解決するためのいくつかの保証を初めて示したが、光バルブと初期の形態の透過型ＬＣＤなどの利用可能なデバイスは望ましい性能仕様を満足していない。これらの要求事項には、
・極めて高いスペクトル抑制および無ひずみ信号伝送を達成し、それにより所望の検出限界を得るために、コントラスト比が高く、かつ、光品質が優れていること（透明度／反射率および光学的一様性）
・コンパクト光配列内で可能であり、それにより多重チャネル動作の実現を可能にするように、空間解像度が高く、かつ、小型であること
・フィル・ファクタを大きくし（格子構造を持たせる）、フィルタリング後の画像に望ましくない寄生回折パターンの原因となるマスク表面効果を最小化すること
・広範囲に渡る視野（ＦＯＶ）光チャネル配列に必要な広範囲の入射角で動作し、より広い検査表面積をより少数の検査チャネルでカバーすることができること
が含まれている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
したがって、検出限界に対する業界の要求事項を満足する一方で、生産速度での大型平面パターン化メディアの高スループット・インライン光学検査にこれらのデバイスを使用することは実際的ではない。したがって保証は遂行されていない。
【特許文献１】米国特許第４，５７９，４５５号
【特許文献２】米国特許第４，８０５，１２３号
【特許文献３】米国特許第５，９０７，６２８号
【特許文献４】米国特許第４，０００，９４９号
【特許文献５】米国特許第４，８０６，７７４号
【特許文献６】米国特許第５，３８３，０５６号
【特許文献７】米国特許第５，６２７，６７８号
【特許文献８】米国特許第５，２７６，４９８号
【特許文献９】米国特許第５，５０６，６７６号
【特許文献１０】米国特許第６，４９０，３９３号
【特許文献１１】米国特許第６，１３７，５７０号
【特許文献１２】米国特許第６，１２８，０７８号
【特許文献１３】米国特許第６，０８４，６７１号
【特許文献１４】米国特許第６，０６１，１２６号
【特許文献１５】米国特許第６，０４６，８０８号
【特許文献１６】米国特許第５，９６６，２１２号
【特許文献１７】米国特許第５，８２２，０５５号
【特許文献１８】米国特許第５，７４２，４２２号
【特許文献１９】米国特許第５，９７０，１６８号
【非特許文献１】ａ  ｐａｐｅｒ  ｂｙ  Ｗａｔｋｉｎｓ  ｅｎｔｉｔｌｅｄ「Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｐｈｏｔｏ  ｍａｓｋｓ  ｗｉｔｈ  ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  ｓｐａｔｉａｌ  ｆｉｌｔｅｒｓ」、ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＥＥＥ  ｖｏｌ．５７、Ｎｏ９、（１９６９年９月）
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明によれば、特に平面構造を検査するための検査システムにおいて、光フーリエ・フィルタリング（ＯＦＦ）の原理が、電気的にプログラムすることができ、かつ、電気的に再位置合わせさせることができる、解像度が高く、フィル・ファクタが大きく、一様性に優れ、高光スループット空間光変調器（ＳＬＭ）と共にプログラム可能なフーリエ・マスクとして使用されている。試験すべき対象物の画像が、（適切な空間コヒーレント光エネルギーまたは類似物を使用した照明によって）第１レンズ・アセンブリを通してフーリエ平面に投影される。フーリエ平面には、電気的にプログラムすることができ、かつ、電気的に再位置合わせすることができるフーリエ・マスクすなわち空間光変調器（ＳＬＭ）の形態の反射要素が配置されている。逆フーリエ変換が第２レンズ・アセンブリを通して最終画像平面に投影される。ＳＬＭは、フーリエ画像の中央スポットに適したサイズの単一中央スポットをＳＬＭ上にインボークする（呼び出す）ようにプログラムされ、そのＳＬＭスポットは、最終画像平面で検出される光信号からの画像強度帰還を使用してフーリエ画像の中心の周りで走査され、ＳＬＭ遮断パターンを入射フーリエ画像に対して電気的に心出しする。ＳＬＭは、次に、正確に回転位置合わせさせることができる、画像に対して心出しされた十字線セットなどのマスクをインボークするようにプログラムされる。十字線セットまたは類似物は、あらゆる光放射を十字線セットに一直線上にマスクする。次に、ＳＬＭ十字線パターンとフーリエ画像の周期パターンを回転位置合わせさせるべく、最終画像平面で検出される光信号からの画像強度帰還を使用してＳＬＭパターンを電気的に回転させる。引き続いて、フーリエ画像を電気的に走査し、サンプルするようにＳＬＭがプログラムされ、予め決めた位置合わせ情報に従って、最終画像平面におけるフーリエ画像のあらゆる要素すなわち要素の軌跡の強度プロファイルが検出される。試験すべき対象物の検査に際しては、再構成されたフーリエ画像強度プロファイルが、周期的要素のマスクとしてＳＬＭにプログラムされ、それにより、ＳＬＭが配置されているフーリエ平面に入射するフーリエ画像がマスクされ、典型的には欠陥である非周期成分の位置が最終画像平面に投影される画像中で強調される。
【００３２】
市販されている高解像度ＬＣＤ空間光変調器が本発明によるシステムに初めて使用されている。
【００３３】
本発明は、生産速度で高スループット・インライン動作モードにおいて、より低速で動作する類似システムと等しい目標欠陥検出限界で、高密度ＴＦＴ−ＬＣＤパネルなどの大型平面パターン化メディアの製造欠陥を光学的に検査する際の問題に対処している。
【００３４】
本発明は、対応する従来の高感度ＡＯＩ機器よりはるかに低解像度のシステムで、必要なタクト時間と検出限界要求事項を同時に満足することができる。本発明によれば、解像度を押えることによりタクト時間を満足させるための必要な速度が提供され、かつ、複数の並列ＯＦＦ検査チャネルにより、必要な欠陥検出限界を満足させるための検出感度が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明は、以下の詳細な説明を添付の図面と共に参照することにより、より良く理解されよう。
【００３６】
図２は、光フーリエ変換を示すレンズ系の一般配列を示したものである。レンズ系の物平面２１０内に配置された、表面に周期的なパターンを形成された面（周期パターン化表面）が平行空間コヒーレント光によって照射されると、周期パターン化表面は回折格子として作用する。回折光２１２は、レンズ・モジュール２１４によって統合され、周期構造のインタフェログラム（干渉図形）がレンズ焦点面２１６に形成される。光が画像平面２１８に到達すると、このインタフェログラムが物平面の画像になる。レンズ焦点面で観察される干渉パターンが物平面の光フーリエ変換に対応していることは知られている。この物理特性により、レンズ焦点面はフーリエ平面とも呼ばれている。フーリエ平面のサイズ延いてはフーリエ平面内の空間周波数スケールは、第１レンズ・モジュールの設計パラメータおよび照射光の波長によって決まる。
【００３７】
図３は、この特性を示したものである。図３Ａは、実質的に周期構造を有するＴＦＴ  ＬＣＤアレイの実際の画像を示したもので、３１０は単一セルである。図３Ｂは、ディジタル捕獲されたレンズ焦点面インタフェログラム画像を示したもので、３１６および３１８は周期性の主軸である。中央ピーク３１２は、パターンの正確な中心点に位置付けされた一様なグレー・レベル成分（ＤＣ）に対応し、かつ、照射およびサンプル反射率による低周波非一様性に対応している。その他のピーク３１４は信号中の周期成分に対応している。
【００３８】
インタフェログラムのマスキング（減衰）選択領域がＯＦＦを構成し、最終画像における所望のフィルタリング効果を達成している。周期パターンを検査する場合、インタフェログラムの元の信号の周期性に対応する成分３１４をマスキングする一方、焦点面の残りの成分に対する透過性を維持する形態が取られる。この動作により、周期信号成分のエネルギーが抑制され、かつ、非周期成分に対応する信号エネルギーが通過し、欠陥として識別される。
【００３９】
図４Ａ〜４Ｄは、フーリエ・フィルタリングの動作を示したものである。図４Ａには、より大きい欠陥４１２およびより小さい欠陥４１０を有するＬＣＤ格子の１領域が示されている。図４Ｂは、適切な光マスクを使用してフィルタリングした同じ格子部分を示したもので、マーカ光ファイバ４１４を明確に見て取ることができる。
【００４０】
図４Ｃおよび４Ｄは、低コントラスト「暗」欠陥４１０の断面図を示したものである。欠陥コントラストが著しく改善され、フィルタリングされた欠陥信号が、一様な小さい背景４１６の上に立ち上がっている。また、低空間周波数背景が光フーリエ・フィルタによって除去されているため、欠陥検出を実行するには単純な固定閾値４１４で十分である。周期格子がカメラの雑音レベルに近く、また、際立って優れた信号対雑音比（ＳＮＲ）により、欠陥を明確に観察することができることが分かるであろう。
【００４１】
本発明による実施形態は、高解像度ＴＦＴ  ＬＣＤパネルなどの大型平面パターン化メディアの生産速度での高スループット・インライン検査を目標としている。本発明によって提供される大きな利点は、ＯＦＦを革新的に使用することにより、システムの光解像度と画像捕獲解像度を実質的に超える検出限界を達成する能力である。それにより、検出限界が、より低速で、より高解像度の従来のシステムに匹敵し、かつ、このような従来のシステムでは実現することができない走査速度を達成するシステムが提供される。
【００４２】
本発明により、物平面解像度を７．６μｍにするように設計された光学システムと電子システムを使用して、等価サイズが３μｍの周囲背景（８ビット・カメラの場合、２５６ＤＵを超える）をわずかに２０ディジタル・ユニット（ＤＵ）しか上回らない低コントラスト欠陥を検出することができるＡＯＩシステムが開発された。検出限界は、中間コントラスト（背景を上回る大きさが１００ＤＵ未満）欠陥の場合、等価欠陥サイズが２μｍまで改善されている。これらの結果は、トランジスタを始めとする格子の周期フィーチャに隣接する欠陥、あるいは周期フィーチャ内の欠陥に対しても等しく有効である。
【００４３】
過酷なタクト時間を満足するために必要な高速性は、広範囲に渡るＦＯＶ光学設計に組み合わせた、極めて単純かつ高速な閾値ベース・ディジタル処理と共に、システムの解像度を押えることによって達成されている。システムには、多重双方向検査通路上の検査表面全体をカバーするように、広範囲に渡るＦＯＶ光学を個々に備えた複数の同一画像化チャネルが使用されている。
【００４４】
システムの解像度を押え、かつ、単純なディジタル信号処理を使用して、同じ過酷な検出限界を満足するために、本発明には、高解像度の電気的にプログラム可能なシリコン・オン液晶（Liquid Crystal on Silicon:ＬＣＯＳ）ＳＬＭと組み合わせたＯＦＦがレンズ焦点面に使用されている。信号中の周期成分がカメラの雑音レベルまで抑制され、かつ、照射強度が、通常はカメラを飽和させることになるレベルまでブーストされ、それにより極めて優れた欠陥ＳＮＲが達成されている。後続する検出段に必要なこの優れたＳＮＲを達成するためには、ＳＬＭは、本明細書において説明した厳格な仕様を満足しなければならない。
【００４５】
図５Ａは、本発明による実施形態を備えたＯＦＦのためのテレセントリック・レンズ設計および光学配列を示したものである。図５Ｂは、イルミネータ配列および画像捕獲デバイスを示したものである。
【００４６】
図５Ａを参照すると、半導体レーザ５３２とコリメート光学５３６を使用して生成された平行空間コヒーレント光が、ビーム・スプリッタ５２２とλ／４リターデーション波長板５２４を通って光路に入射し、検査中の領域５２６を照射している。検査中の領域の表面で反射した光は、第１レンズ・アセンブリ５２０およびもう１つのビーム・スプリッタ５１８を通過している。ビーム・スプリッタ５１８は、電気的制御可能反射型ＳＬＭデバイス５１６に隣接して配置されている。ＳＬＭデバイス５１６は、第１レンズ系の焦点面に置かれている。ＳＬＭデバイス５１６で反射した、ＳＬＭに形成されたマスキング・パターンでフィルタリングされた光は、ビーム・スプリッタ５１８で反射し、偏光子５１４および第２レンズ・アセンブリ５１２を通過して、最終画像平面５１０上に投影される。最終画像平面５１０では、検出器５４０が、検出器５４０、画像捕獲デバイス５４２、記憶および処理デバイス５４４、入／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス５４５、電子サーボ・コントロール５４６からなる帰還回路網を介して、帰還信号５４１を電気的制御可能ＳＬＭ５１６に提供している。特定の実施形態では、検出器５４０と画像捕獲デバイス５４２は、単一ＣＣＤ画像捕獲デバイス中に結合されている。また、追加帰還ループ５４８を利用することもできる。図６を参照して以下で説明するように、ＳＬＭ５１６と帰還回路網は、ＳＬＭ５１６の電気的心出しおよび回転位置合わせを含むＳＬＭフィルタリング・パターンを決定し、かつ、最適化するように、相互作用方式で使用されている。
【００４７】
レンズ系は、物平面の解像度が７．６μｍになるように設計されている。第１レンズの焦点距離は８０ｍｍであり、第１および第２レンズから構成される複合光学系のＦ数は４．０である。表１は、レンズ系の詳細な仕様を示したものである。２つのグループから構成されているこの特定のレンズ設計では、第１のグループ５２０は、必要な光解像度（微小スポット・サイズおよび最少収差）をレンズ焦点面に生成するように最適化されており、レンズの複合第１グループ５２０と第２グループ５１２は、画像平面５１０の画像検出器の解像度と整合する光解像度を提供するように最適化されている。
【００４８】
レンズ系の設計は、ＦＯＶ全体に渡って無矛盾空間周波数スペクトルを維持し、延いてはＦＯＶ全体に渡って一様な欠陥検出限界を維持するべく、テレセントリック設計になっている。
【００４９】
図５Ｂに示すように、本発明の他の特徴は、双方向動作が可能な遅延積分（Time-Delay Integration：ＴＤＩ）ライン走査ＣＣＤセンサ５２８を使用することができることである。ＴＤＩ  ＣＣＤセンサによって光感度が向上し、また、画像センサの双方向特性により、検査中の表面を双方向に容易に画像走査することができる。
【００５０】
本発明による一実施形態には、平行空間コヒーレント光源が反射明視野モードで使用されている。ライン走査ＣＣＤセンサが使用されているため、イルミネータは、検査中の表面全体の照射視野が楕円になるように設計されている。光強度プロファイルは、楕円の長軸に沿って一様である。被照射面積の広さは、必要なＦＯＶを提供し、かつ、光強度ピークをフーリエ平面に局在化させるように選択されている。これは、ビーム光路フォールディング・ミラー５３４、コリメータ・レンズ配列５３６、および３０〜５０ｍＷの出力電力を生成する単一モード半導体レーザ５３２によって達成されている。照射波長は、様々なＴＦＴアレイ材料間の最良のコントラストを提供するように、６６０ｎｍ（赤）に最適化されている。
【００５１】
本発明には、デバイス動作の一実施形態に存在している２つのビーム・スプリッタによってもたらされる照度損失を回避するために、光偏光制御が利用されている。この光偏光制御は、λ／４リターデーション波長板５２４と２つの偏光ビーム・スプリッタ５１８、５２２によって達成されている。相補偏光子５１４は、クリーンアップ要素として使用されている。この種の２ビーム・スプリッタ配列の場合、この方法により、照度損失が最大１／１６に低減され、市販されている単一モード半導体レーザを使用した画像化タスクを可能にしている。すなわち、本ビーム・スプリッタは非偏光ビーム・スプリッタに比べて少なくとも１６分の１だけ光スループットを大きくすることができる。
【００５２】
【表１】
2004286741.tif 000003
【００５３】
【表２】
2004286741.tif 000004
【００５４】
上記偏光制御スキームの動作が図５Ｃに詳細に示されている。レーザからのＳ平面偏光コヒーレント・ビームはほぼ全部を反射させる第１のビーム・スプリッタ５２２に導かれる。反射したビームは、次にλ／４リターデーション波長板５２４を通過し、円偏光ビームに変換される。円偏光ビームが検査表面５２６で反射して再びλ／４リターデーション波長板を通過すると、今度は、元の偏光平面に対して直角なＰ平面で偏光されたビームになる。反射ビームは、それにより第１レンズ・アセンブリ５２０へ向かってビーム・スプリッタ５２２をほぼ前部透過し、次に第２のビーム・スプリッタ５１８を通過してＳＬＭデバイス５１６の表面に到達する。ＳＬＭは反射ビームの偏光を９０度回転させる。それにより反射ビームは第２のビーム・スプリッタ５１８でほぼ全部反射する。
【００５５】
シリコン・オン液晶（ＬＣＯＳ）デバイスまたは微小ミラーＳＬＭデバイスを備えた焦点面において反射フィルタリング・モードで動作する特定の光学配列を備えた本発明が示されているが、これは１つの可能性に過ぎない。他の可能な態様は匹敵する特性を備えた透過型ＳＬＭが焦点面に設けられている透過モードで動作する。
【００５６】
目標とする機器の性能は、極めて過酷な性能要求事項を満足する電気的プログラム可能なＳＬＭデバイスを使用することによってのみ達成することができる。このようなデバイスを利用することができるようになったのはごく最近であり、当該の領域における最初の応用例を提供したのは本発明が初めてである。
【００５７】
本発明による特定の実施形態では、プログラム可能な光フーリエ・フィルタには、垂直位置合わせネマチック（ＶＡＮ）ホメオトロピック液晶ＳＬＭデバイスまたは電気制御複屈折（ＥＣＢ）モード・シリコン・オン液晶（ＬＣＯＳ）反射型ＳＬＭデバイスが使用されている。適切なＶＡＮホメオトロピック液晶ＳＬＭデバイスは、Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ州Ｂｒｉａｒｃｌｉｆｆ  Ｍａｎｏｒに米国事務所を構えるオランダのＰｈｉｌｉｐｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社、米国Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ州Ｓａｎ  ＰａｂｌｏにあるＭｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙ社、台湾ＭｉａｏｌｉのＣｈｕｎａｎにあるＴＤＭＣ社、および日本のＪＶＣ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ＆  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ社のＩＬＡ  Ｄｅｖｉｃｅｓ部門が製造している。ＥＣＢモードＬＣＯＳ反射型ＳＬＭデバイスは、Ｇｅｏｒｇｉａ州Ｎｏｒｃｒｏｓｓに米国事務所を構える日本の日立製作所が製造しているが、以下の仕様を満足するものであれば、匹敵する特性を備えた反射型または透過型デバイスを使用することも可能である。
【００５８】
使用するＳＬＭデバイスが、周期信号成分を効果的に遮断するのに十分なコントラスト比を提供し、かつ、当面問題となっている次元の非周期信号成分を通過させること。したがって５００：１を超えるコントラスト比であることが好ましい。下位欠陥検出限界（より大きい欠陥を検出することができる）専用の実施形態の場合、より小さいコントラスト比を利用することができる。本発明による機器が適切に機能するためには実際には約３００：１のコントラスト比が必要であるが、他の性能要求事項を満足し、かつ、検出限界を緩やかにする場合に、１００：１という小さいコントラスト比を使用することは、本発明の精神および範囲内である。また、好ましいデバイスは、広範囲の入射角（≧±１４度）に対してこの高コントラスト比を維持している。この範囲の入射角により、特定のテレセントリック・レンズ設計による決定事項が少なくともサポートされる。これらの特性により、元の信号中の周期成分がレンズ系の広範囲に渡るＦＯＶ全体に渡って極めて強力に抑制される。したがって照射強度を著しく強くすることができ、なおかつ信号中の周期成分が画像捕獲デバイスの無秩序雑音レベル未満に維持される。これは、高い欠陥ＳＮＲに導き、単純閾値化などの極めて簡明なディジタル信号処理技法を使用して欠陥検出およびサイズ化を達成することを可能にする。
【００５９】
ＳＬＭ自身による寄生回折を抑制するのに十分な大きさのフィル・ファクタがＳＬＭデバイスによって提供されることが重要である。フィル・ファクタとは、ＳＬＭデバイスの光学的に有効な全表面積に対する電気的制御可能表面積の比率（パーセント）である。ＳＬＭ内におけるピクセル間の空間は回折格子として作用するため、ＳＬＭ自体による寄生回折は、フィル・ファクタ値が大きい（１００％に近い）ほど最小化される。したがって、好ましくは９０％以上の大きなフィル・ファクタにより、欠陥ＳＮＲをさらに改善することができる。
【００６０】
ＳＬＭの表面全体の光学的一様性および波面ひずみは、好ましいＳＬＭのもう１つの重要な特性である。波面ひずみが２０ｍｍに対して１λを超えない場合、本発明はより有効に機能し、それにより無ひずみ最終画像が得られ、欠陥の局所限定が容易になり、かつ、光の振幅および位相の品位低下による欠陥ＳＮＲの劣化が回避される。
【００６１】
本発明に従って使用されるＳＬＭは、高い総合光スループットを有していることが好ましい。本発明は、光反射率または光透過率が少なくとも８０％の場合に、より有効に機能する。この高光スループットが、単一モード半導体レーザの使用を実践的なものにしている。
【００６２】
使用するＳＬＭの他の特性は、十分な解像度を備えた有効なサイズである。アクティブ領域を１９．４５ｍｍ×１４．５９ｍｍにし、１０２４×７６８個のアクティブ・ピクセルを持たせることにより、デバイスはレンズ設計と十分に整合する（２０ｍｍ×２０ｍｍの焦点面サイズが提供される）。この解像度により、フーリエ・スペクトル中の個々のピークを、最小のシステム光スループット減損で選択的に減衰させることができる。ＳＬＭの物理サイズは、必要な解像度を提供しつつ、多重チャネル機器動作が可能なコンパクト光学システムの設計を容易にしている。後者の特徴は、考察している応用領域における要求事項への合致を補助する複数の特徴のうちの１つである。サイズがより小さく、かつ、より多くのアクティブ・ピクセルを備えたＳＬＭデバイスにより、現状の機器の動作が改善され、その他の仕様を満足することを条件として使用することが可能である。
【００６３】
当該の適用領域に必要な要求されている欠陥検出限界は、レンズ焦点面に実装された光フィルタ無くしては達成することは不可能である。必要な仕様を満足する電気的プログラム可能なＳＬＭデバイスに加えて、ＳＬＭデバイスにプログラムすべき最適マスキング・パターンを決定するアルゴリズムを備えたこのシステムは、より効果的に機能している。フィルタの最適化に際しては、以下の要素を考慮しなければならない。
【００６４】
ＳＬＭデバイス上に表示されるフィルタ・パターンは、高欠陥ＳＮＲを得るために、信号の周期成分を実用上可能な範囲で十分に抑制し、かつ、非周期欠陥からのエネルギーを可能な限り大量に通過させなければならない。
【００６５】
フィルタは、好ましくは、物品傾斜または湾曲などの平面性からの表面の逸脱、物平面における物品の避けることのできない微小回転、および半導体レーザの波長変動に対して頑丈でなければならない。
【００６６】
特定の実施形態では、本発明によるアルゴリズムは、最適なフィルタリング・パターンを決定するために、ＳＬＭ、ＣＣＤ画像捕獲デバイスおよび帰還回路網を相互作用方式で使用している。図６は、この手順を流れ図の形で示したものである。説明を分かり易くするために、フィルタリング・パターン線図がスケール通りではないこと、および回転値が誇張されていることに留意されたい。
【００６７】
フィルタリング・パターンを引き出し、かつ、最適化するように、基準周期パターンを有する基板の１領域がシステムの視野の下に置かれる（ステップＡ）。この基板は、後続する基板の欠陥を実際に検査している間に実施される最適可能範囲で機械的に位置合わせされる（ステップＢ）。フィルタの効率を改善するためには、ＳＬＭの位置合わせとの回転一致が望ましいが、アルゴリズムによってあらゆる回転ミスアライメントが補償されるため、このような一致は不要である。続いて、ウェブ方向に沿って（ライン走査カメラの走査方向に沿って）基板が移動し、ウェブ両端間（ライン走査カメラの走査方向に対して直角）の周期領域がＣＣＤ画像捕獲デバイス上で観察される（ステップＣ）。この操作の間、ＳＬＭデバイスは完全に反射モードに維持される。
【００６８】
次のステップは、ＳＬＭ上の光学系の中心軸を決定することである（ステップＤ）。この場合も、ＳＬＭの中心の近傍に主光軸を持たせるためには、予め機械的に位置合わせさせることが望ましいが、粗い位置合わせが必要とされるだけである。このステップでＳＬＭデバイスのあらゆる中心ミスアライメントが補償される。そのために、単一のＳＬＭピクセルの中心スポットがＳＬＭ上に表示され、この中心スポットがフーリエ画像の中心領域を走査するように構成されている間、対応するＣＣＤエネルギーがモニタされる。最終画像平面に最小エネルギーに導くスポットの位置が光学中心に対応している。この手順には、光学中心が信号のＤＣ成分すなわち最大エネルギー・ピークに対応するよう、焦点面画像の特性が利用される。したがって、ＳＬＭのスポット・マスクによってこの中心スポットが抑制されると、著しいエネルギー低下が最終画像平面で観察されることになる。
【００６９】
続いて中心の最適化すなわち回転位置合わせ検証が実施される（ステップＥ）。このステップは、基準パターン位置合わせに対する光軸の周りのＳＬＭのあらゆる回転ミスアライメントを補償するために必要である。また、このステップは、特定の基板上のパターンの回転位置合わせに関する前提が何らなされていない場合における個々の基板の検査に使用することができる。このステップにおいては、ＳＬＭデバイスは、ＳＬＭ上に表示され、かつ、フーリエ画像に対して心出しされる１ピクセルの薄い十字線マスク・パターンを除いて透過型に構成される。したがって、十字線パターンの中心は、ステップＤで決定された中心位置に対応している。十字線パターンがその中心軸の周りに回転している間、最終画像平面におけるＣＣＤのエネルギーがモニタされる。角度サーチ空間は、何らかのミスアライメントの存在が期待される狭い範囲に限定されることが多い。最小ＣＣＤエネルギーとなる回転角度が、正しい値に対応すると仮定される。
【００７０】
続く２つのステップは、回転補償済みｘ'軸とｙ'軸に沿った干渉ピーク分離を決定するステップに対応している。例えば、ｘ'軸に沿ったピーク分離を決定するために、ｙ'軸に沿った薄い反射型「ウィンドウ」を除いてＳＬＭ全面がマスクされる（ステップＦ）。このライン形「ウィンドウ」は、ｘ'軸に沿って伝搬し、ＣＣＤエネルギーを使用して個々のウィンドウ位置に対するエネルギー放射が計算される（ステップＧ）。このプロファイルが、ｘ'軸に対する干渉ピーク分離を得るために閾値化され、あるいはピーク決定手順と共に使用される。ｙ'軸のピーク分離を決定するために、極めて類似した手順が反復される（ステップＨおよびＩ）。ＬＣＤ格子によっては、より大きいセル寸法に対応する周期性が、焦点面上で互いに接近し過ぎた干渉ピークの原因となる場合もある。その場合、別法として、より大きいピーク分離を有する軸に対して上で説明した手順を使用し、セル寸法に関する予備知識を使用して、もう一方の軸に対する値を引き出すこともできる。
【００７１】
これらのステップに続いて、使用可能フィルタが獲得され（ステップＫ）、決定済み回転位置合わせと共に適用される（ステップＮ）。本発明によるアルゴリズムには、特定のケースにおけるフィルタの挙動をさらに最適化するために使用することができる任意選択の特性を組み込むことができる。基板上のパターンの微小回転ミスアライメント、これはサンプル毎に生じる可能性があるが、このミスアライメントに対するフィルタのロバストを増すために使用することができる回転ロバスト特性（ステップＬ）はその一例である。この回転ロバスト特性により、とりわけ、このようなサンプル間変動が生じた場合、およびフィルタの再最適化を実施するために利用することができる十分な時間がない場合におけるシステムの性能が改善される。このステップに対して、ベース・マスキング・スポットのサイズが、ＳＬＭの周囲に向かって、パターンの中心からの距離に比例して拡大される。これは、一定の固定回転に対応する個々の干渉ピークの変位する値が、個々の干渉ピークが回転の中心から遠ざかる方向に移動するにつれて大きくなることによる。もう１つの例は、中央十字線パターンを使用して干渉パターンの主軸を抑制することである。マスクの形状とサイズがフーリエ平面のスペクトル・ピークを選択的に抑制し、それにより改良型選択スペクトル抑制を提供していることは理解されよう。
【００７２】
特定のレンズ設計、イルミネータ、ＳＬＭデバイスおよびフィルタリング・アルゴリズムを備えたＯＦＦを使用することにより、ＣＣＤ画像捕獲デバイスによって捕獲された光学フィルタ化最終画像における極めて優れた欠陥ＳＮＲが達成される。ディジタル化された画像では、残留周期格子がセンサ無秩序雑音レベルまで抑制され、かつ、すべての非周期欠陥が暗い背景から明確に出現している。欠陥の強度と欠陥のサイズおよびコントラストは相関している。
【００７３】
したがって、捕獲した画像に対する極めて単純かつ高速のディジタル処理を、雑音レベルの直ぐ上に置かれた固定閾値の形で利用することができ、それによりフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）ファームウェアの形態の単純かつ高速ハードウェア実装態様が得られる。この応用領域におけるタクト時間要求事項を満足するためには高速画像処理が不可欠である。この高速画像処理により、欠陥の存在、位置およびサイズを特定することができる。
【００７４】
図４Ｃおよび図４Ｄはこれを示したもので、低コントラスト「暗」欠陥４１０の横断面図が示されている。欠陥コントラストが著しく改善され、フィルタリングされた欠陥信号が、一様な小さい背景４１６の上方に立ち上がっている。また、光フーリエ・フィルタによって低空間周波数背景変動が除去されているため、欠陥検出を実行するには単純な固定閾値４１４で十分であり、したがって厄介な背景修正技法あるいは差動閾値化技法は不要である。
【００７５】
検査すべき平面メディア（または光学システム）を移動させるための機械的拘束手段および／または空気圧拘束手段が組み込まれ、それにより平面性からの逸脱が２０ｍｍのメディア・スパンに対して１０μｍ未満である場合、本発明はより効果的に動作し、かつ、適用される光フィルタの有効性が向上する。また、移動中のメディアの回転不安定性が±０．５度を越えることはない。
【００７６】
当該のいくつかの応用領域における短いタクト時間要求事項は、単一チャネルの広範囲に渡るＦＯＶ光学であっても実現することは不可能である。したがって本発明は、複数の通路内をウェブ方向の両端間に渡って複数のＦＯＶを同時に走査するように、ＯＦＦが組み込まれた広範囲に渡るＦＯＶ画像チャネルの複数の同一実施例が使用されると、より効果的に動作する。図７は、このような構成を、仮想４チャネル・システムの場合について示したものである。光フィルタリング、照射および光学のすべてが組み込まれたチャネル７１０は、極めて剛直かつ精密なガントリ７１２を介して一体に接続されている。基板７１８の全領域が、基板の上側をガントリが移動するか、あるいはガントリの下側を基板が移動することで通路７１６がカバーされる。
【００７７】
機器の一実施形態は、１０チャネルの画像チャネルおよび６つの検出通路を備えた２１００ｍｍ×１８００ｍｍの走査面積を６０秒のタクト時間でカバーし、３．５μｍの低コントラスト欠陥検出限界で１００％の表面検査を達成している。
【００７８】
図８Ａは、単一画像化／光フィルタリング・チャネルの機能システム・コンポーネントを示したものである。図８Ｂは、多重チャネル動作のための機能システム・コンポーネントを示したものである。光路には、物平面８１０、照射ビーム・スプリッタ８１２、第１レンズ・グループ８１３、ＳＬＭ８１４、第２レンズ・グループ８１６および画像捕獲デバイス８１８が含まれている。図８Ａでは、個々のチャネルは、フロント・エンド・プロセッサ（ＦＥＰ）８２６によって制御されている。フロント・エンド・プロセッサ（ＦＥＰ）８２６は、同期ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＤＲＡＭ）およびビデオＲＡＭ（ＶＲＡＭ）と結合した１つまたは複数のＦＰＧＡから構成されたプロセッサ・ボードである。ＦＥＰは、レーザ・ドライバ・モジュール８２４を介してレーザ照射８３２を制御し、ＳＬＭドライバ・モジュール８２２を介してＳＬＭ８１４を制御し、また、遷移モジュール８２０を介してＣＣＤ画像捕獲デバイス８１８を制御している。ＦＥＰ自体は、周辺プロセッサ・ボード（ＰＰＢ）として作用する、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置および永久記憶装置を包含した、低速ではあるがより柔軟性に富んだ汎用計算ハードウェア８２８によって制御されている。図８Ｂから分かるように、ＦＥＰ−ＰＰＢの個々の対は、複数のカメラ・チャネル８３０および８４０を制御するように構成することができ、このような複数の対を使用して多重チャネル動作を実行することができる。欠陥検出、予備分類および画像収集は、システム制御ボード（ＳＣＢ）が複数のチャネルからのデータ・フローを調整し、かつ、専用コンピュータ・コントローラ・ボード８３６を介してＸ−Ｙ−Ｚステージ８３８に制御信号を提供している間に、ＦＥＰ−ＰＰＢのレベルで実行される。ステージ８３８は、検査すべきメディアを画像化システムの平面性要求事項および動作要求事項に従って移送し、かつ、拘束している。別法としては、何らかの特定の軸に沿って、メディアではなく画像化チャネルを移動させることもできる。自動焦点合わせのためのｚ軸に沿ったカメラの移動は、その一例である。
【００７９】
以上、本発明について、特定の実施形態を参照して説明したが、当分野の技術者には他の実施形態が明らかであろう。したがって本発明は、特許請求の範囲の各請求項に記載の事項を除き、何ら制限されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】可能非周期欠陥を示す、構築中の周期トランジスタ・アレイを備えた大型平面パターン化メディアの一部を示す上面図である。
【図２】フーリエ平面を示すレンズ系の略図である。
【図３】ＴＦＴ  ＬＣＤアレイの写真画像を示す図（Ａ）とフーリエ平面画像の写真再構成図（Ｂ）である。
【図４Ａ−４Ｂ】欠陥とマーカを有するＬＣＤ格子の１領域の写真画像を示す図（Ａ）と周期性の欠乏によって出現した欠陥を示す、フィルタリング後の画像平面画像の写真再構成図（Ｂ）である。
【図４Ｃ−４Ｄ】図４Ａと４Ｂに見られる低コントラスト「暗」欠陥を示す横断面図である。
【図５Ａ】本発明による反射モード・デバイスの光線追跡線図である。
【図５Ｂ】本発明による反射モード・デバイスを示す略図である。
【図５Ｃ】偏光を使用した反射モード・デバイスを示す略図である。
【図６】ＳＬＭおよびＣＣＤ画像捕獲デバイスを使用した、適切なフィルタリング・パターンを決定するためのアルゴリズムを示す流れ図である。
【図７】本発明による４チャネル・システムを示す略図である。
【図８】単一画像化／光フィルタリング・チャネルの機能線図（Ａ）と重チャネル動作のための機能線図（Ｂ）である。
【符号の説明】
【００８１】
１１０…金属突出、…１１２…ＩＴＯ、１１４…ＩＴＯ突出、１１６…金属、１１８…マウス・バイト、１２０…開路、１２２…トランジスタ内の短絡、１２４…トランジスタ、１２６…異粒子、２１０、８１０…物平面、２１２…回折光、２１４…レンズ・モジュール、２１６…レンズ焦点面、２１８…画像平面、３１０…単一セル、３１２…レンズ焦点面インタフェログラム画像の中央ピーク、３１４…レンズ焦点面インタフェログラム画像のその他のピーク、３１６、３１８…周期性の主軸、…４１０、４１２…欠陥、４１４…マーカ光ファイバ（固定閾値）、４１６…背景、５１０…最終画像平面、５１２、８１６…第２レンズ・アセンブリ（第２のグループ）、５１４…偏光子、５１６、８１４…電気的制御可能反射型ＳＬＭデバイス（ＳＬＭ）、５１８、５２２、８１２…ビーム・スプリッタ、５２０、８１３…第１レンズ・アセンブリ（第１のグループ）、５２４…λ／４リターデーション波長板、５２６…検査中の領域（検査表面）、５２８…遅延積分（ＴＤＩ）ライン走査ＣＣＤセンサ、５３２…半導体レーザ、５３４…ビーム光路フォールディング・ミラー、５３６…コリメート光学（コリメータ・レンズ配列）、５４０…検出器、５４１…帰還信号、５４２、８１８…画像捕獲デバイス、５４４…記憶および処理デバイス、５４５…入／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス、５４６…電子サーボ・コントロール、５４８…追加帰還ループ
【図１】
2004286741.tif 000005
【図２】
2004286741.tif 000006
【図３】
2004286741.tif 000007
【図４Ａ−４Ｂ】
2004286741.tif 000008
【図４Ｃ−４Ｄ】
2004286741.tif 000009
【図５Ａ】
2004286741.tif 000010
【図５Ｂ】
2004286741.tif 000011
【図５Ｃ】
2004286741.tif 000012
【図６】
2004286741.tif 000013
【図７】
2004286741.tif 000014
【図８】
2004286741.tif 000015