(57)【要約】  基板に欠陥があるかを検査し、かつ、かかる欠陥を三次元で位置決めするための方法および装置は、Ｘ軸において幅寸法、Ｙ軸において高さ寸法、およびＺ軸において厚さ寸法を有するように基板を配向するステップと、対称のＺ軸から＋Ａ度の角度より第１の光線を当てるステップと、対称のＺ軸から−Ａ度の角度より第２の光線を当てるステップと、基板を通過し、基板の第１および／または第２の対向する主要面の任意の欠陥によって影響を受けた第１および第２の光線を検出するステップと、各欠陥が位置するのは、基板の第１および第２の対向する主要面のどちらの上であるかを確認するのに十分な精度で、欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を計算するステップを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（i）基板が、Ｘ軸において幅寸法、Ｙ軸において高さ寸法、またＺ軸において厚さ寸法を有し、前記厚さ寸法は５０マイクロメートルから２５０マイクロメートルであり、（ii）Ｘ軸およびＹ軸が、基板のそれぞれの第１および第２の対向する主要面に実質的に平行なＸ−Ｙ平面を画定し、また（iii）Ｚ軸が装置の対称軸であるように、三次元直交座標系内で前記基板を支持するように構成された移送機構と、
第１の光線が前記対称軸から＋Ａ度の角度より当てられるように配向された第１の光源と、
第２の光線が前記対称軸から−Ａ度の角度より当てられるように配向された第２の光源と、
前記基板を通過し、また前記基板の任意の欠陥によって影響を受けた前記第１および第２の光線を検出するように構成された少なくとも１つの検出器であって、前記欠陥は約０．３マイクロメートルから約５０マイクロメートルの寸法を有するものである検出器と、
前記欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を計算するように構成されたプロセッサと
を備える、装置。
【請求項２】
前記欠陥が、前記基板の少なくとも１つの第１および第２の対向する主要面上に１つまたは複数の表面欠陥を含み得、
前記プロセッサは、前記表面欠陥が位置するのは、前記基板の前記第１および第２の対向する主要面のどちらの上であるかを確認するのに十分な精度で前記表面欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を計算するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの検出器は、Ｎが実質的にｎより大きく、Ｎ受光素子がＹ軸において実質的に延在するように配向された（Ｎ×ｎ）配列の受光素子を含み、
前記移送機構は、最高４０ｃｍ／秒までの速度で前記Ｘ軸に沿って前記基板と前記少なくとも１つの検出器の間の相対運動を引き起こすように構成されており、
前記少なくとも１つの検出器および前記プロセッサは、Ｘ軸に沿って前記基板および前記少なくとも１つの検出器の連続する相対位置において、複数セットの（Ｎ×ｎ）光測定を検出および記憶するように作動し、それにより欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置が確認される、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記各欠陥が、前記基板を通過する前記第１の光線の第１の干渉、および前記基板を通過する前記第２の光線の第２の干渉を引き起こし、
前記第１および第２の光線は、実質的に異なる波長であり、前記少なくとも１つの検出器は、前記実質的に異なる波長に対して個々に反応し、
前記少なくとも１つの検出器およびプロセッサは、協同して前記第１の干渉に起因する第１の干渉縞パターンおよび、前記第２の干渉に起因する第２の干渉縞パターンを測定する、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の光線が前記基板を通過する前に、そこを通過するように配置された第１のポラライザと、
前記第２の光線が前記基板を通過する前に、そこを通過するように配置され、前記第１の光線に対して垂直に偏光されるように配置された第２のポラライザと、
実質的に異なる偏光に対して個々反応する前記少なくとも１つの検出器と
をさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記各欠陥が、前記基板を通過する前記第１の光線の第１の干渉、および前記基板を通過する前記第２の光線の第２の干渉を引き起こし、
前記少なくとも１つの検出器およびプロセッサは、協同して前記第１の干渉に起因する第１の干渉縞パターンおよび前記第２の干渉に起因する第２の干渉縞パターンを測定し、
前記プロセッサは、（i）各欠陥の前記それぞれの第１および第２の干渉縞パターンの少なくともＸ、Ｙ位置を計算し、また（ii）各欠陥のＺ位置を、前記それぞれの第１および第２の干渉縞パターンの少なくとも前記Ｘ、Ｙ位置に基づいて計算するように構成され、この場合、各欠陥の前記Ｚ位置が、基準位置と関連する欠陥の間の前記Ｚ軸に沿った距離である、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの検出器が、前記Ｘ−Ｙ平面に配向され、各欠陥の前記Ｚ位置は以下の関係、Ｌ＝Ｄ／（２＊ｔａｎ（Ａ））を使用して計算され、ここでＤは前記それぞれの第１および第２の干渉縞パターンの前記少なくともＸ、Ｙ位置の間の距離である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
コリメート式で前記基板に向かって前記第１および第２の光源それぞれから、前記第１および第２の光線を当てるように構成された少なくとも１つのコリメートレンズをさらに備え、
前記第１および第２の光源は、第１および第２の光線が前記Ｙ−Ｚ平面において扇状特性を示すように、前記第１および第２の光線それぞれを生成するように構成され、
前記少なくとも１つのコリメートレンズは、前記Ｘ軸と比較して前記Ｙ軸において細長の寸法を有し、かつ、それぞれが前記扇状特性を有する前記第１および第２の光線を、コリメート式で前記基板に向かって当てるように前記Ｙ、Ｚ軸において形成された円柱レンズである、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
前記第１および第２の光源は、前記第１および第２の光線が、前記Ｙ−Ｚ平面において実質的に＋Ａ角度および−Ａ角度から当てられるように配向された、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の光源に対して実質的に垂直方向に位置している入力面を有し、コリメート式で前記基板に向かって前記第１の光源から前記第１の光線を当てるように構成された第１のコリメートレンズと、
前記第２の光源に対して実質的に垂直方向に位置している入力面を有し、コリメート式で前記基板に向かって前記第２の光源から前記第２の光線を当てるように構成された第２のコリメートレンズと
をさらに備え、
前記第１および第２の光源は、前記第１および第２の光線が前記Ｙ−Ｚ平面において扇状特性を示すように、前記第１および第２の光線それぞれを生成するように構成されており、
前記第１および第２のコリメートレンズはそれぞれ、前記Ｘ軸と比較して前記Ｙ軸においてそれぞれが細長の寸法を有し、かつ、それぞれが前記扇状特性を有する第１および第２の光線を、コリメート式で前記基板に向かって当てるように前記Ｙ、Ｚ軸において形成された円柱レンズであり、
前記少なくとも１つの検出器が、
その入力面が前記コリメートされた第１の光線に対して垂直に向くように配向された第１の検出器と、
その入力面が前記コリメートされた第２の光線に対して垂直に向くように配向された第２の検出器と
を含み、さらに、
各欠陥の前記Ｚ位置は、以下の関係、Ｌ＝（Ｓ１―Ｓ２）／（２＊ｃｏｓ（Ａ）＊ｔａｎ（Ａ））を使用して計算され、
Ｓ１は、基準線からまた前記第１の検出器の前記入力面に沿って、前記第１の検出器の前記入力面上の前記第１の干渉から生じる前記第１の干渉縞パターンを表す位置までの距離の表示であり、
Ｓ２は、前記基準線からまた前記第２の検出器の前記入力面に沿って、前記第２の検出器の前記入力面上の前記第２の干渉から生じる前記第２の干渉縞パターンを表す位置までの距離の表示であり、
前記基準線は、前記第１および第２の検出器のそれぞれの入力面がそこで共角であるＸ軸に平行に延在している線の表示であり、
Ｌは、基準面からこのような各欠陥までの垂直距離であり、前記基準面が前記基板に平行である、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
（i）基板が、Ｘ軸において幅寸法を、Ｙ軸において高さ寸法を、またＺ軸において厚さ寸法を有し、前記厚さ寸法が５０マイクロメートルから２５０マイクロメートルであり、（ii）前記Ｘ軸およびＹ軸は、前記基板のそれぞれの第１および第２の対向する主要面に実質的に平行なＸ−Ｙ平面を画定し、また（iii）前記Ｚ軸は、前記装置の対称軸であるように、三次元直交座標系内で前記基板を支持するステップと、
前記基板に向かって前記対称軸から＋Ａ度の角度より第１の光線を当てるステップと、
前記基板に向かって前記対称軸から−Ａ度の角度より第２の光線を当てるステップと、
前記基板を通過し、前記基板の任意の欠陥によって影響を受けた前記第１および第２の光線を検出するステップであって、前記欠陥が約０．３マイクロメートルから約５０マイクロメートルの寸法を有するものであるステップと、
前記欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を計算するステップと
を備える方法。
【請求項１２】
前記欠陥が、前記基板の、少なくとも１つの前記第１および第２の対向する主要面上に１つまたは複数の表面欠陥を含み得、
前記表面欠陥の前記Ｘ、ＹおよびＺ位置の前記計算は、前記各表面欠陥が位置するのは、前記基板の前記第１および第２の対向する主要面のどちらの上であるかを確認するのに十分な精度である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
最高４０ｃｍ／秒の速さでＸ方向に前記基板を移動させるステップをさらに備える請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条の下、２０１５年６月１９日に出願された米国特許仮出願第６２／１８１９０１号に対する優先権の恩典を主張するものであり、なお、本出願は当該仮出願の内容に依拠し、ならびに当該仮出願の全体が参照により本明細書に組み入れられる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、光学技術を使用して、基板に欠陥があるかを検査し、かつ、かかる欠陥を三次元で位置決めするための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、ガラス基板などの基板材料の製造は、非常に滑らかで欠陥が少ない、たとえば欠陥が少量、および／またはより小さいサイズの欠陥など、高度に精製された表面への要求が含まれて進化してきている。基板材料の表面がより高品質になると、多くの新製品、用途が生まれ、かつてないほど商機が拡大してきている。
【０００４】
ガラス製造技術などの基板製造技術は改良されてきてはいるが、たとえば表面欠陥などの欠陥の除去は、少なくとも妥当なコストではまだ達成されていない。したがって、製造中に、基板上のまたは基板内の欠陥を検出することは、顧客からのかつてない要求の高まりを満たす製品を製造するうえで重要な要素である。生産率において、たとえばガラス基板などの基板上または基板内の欠陥の数および／またはサイズを正確に検出する性能は、不必要に生産歩留まりを犠牲にすることがなく、またそれ故に利益になり、顧客が必要な品質レベルを確実に得るという点で、製造業者に貴重な手段をもたらしている。
【０００５】
製造中の欠陥の光学的検出は、透明基板の光学検査を実行する非イメージングコヒーレントラインスキャナシステムを使用することによって大きく進歩してきている。このようなシステムの詳細は、「ＮＯＮ−ＩＭＡＧＩＮＧ  ＣＯＨＥＲＥＮＴ  ＬＩＮＥ  ＳＣＡＮＮＥＲ  ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＩＮＳＰＥＣＴＩＯＮ」（代理人整理番号  ＳＰ１３−３９６）という名称の、２０１４年１２月１７日に出願の特許文献で見つけられ、その全体の開示は参照によってここに組み込まれている。前述のシステムは、製造中、透明基板上または透明基板内の欠陥のＸ−Ｙ座標（かつサイズおよび形状）を迅速に判定する性能を提供する。このシステムは、非常に正確で、複雑性が低く、費用対効果が高い検出解決策を提供するという点で非常に洗練されており、わずか数十マイクロメートルの被写界深度を有する従来の検出システムと比較して、非常に大きな被写界深度を示す。したがって、このシステムは、概して平面の基板との使用だけでなく、幾分ドーム型の、さもなければ面外にカーブした基板との使用を可能にする。
【０００６】
いくつかの基板の用途、特にガラス基板の用途では、基板の１つの面（いわゆるＡ面）が反対の面（いわゆるＢ面）よりもっときれいな状態（より少数および／またはより小さいサイズの欠陥）であることを必要とする。たとえば、下流生産工程が、基板表面の間近、たとえば５０マイクロメートル以内を通る印字ヘッドまたは他の物体の使用を伴う場合、突出している表面隆起または異物の存在によって印字ヘッドが意図していた位置から偏位し、結果として製品に傷が生じ得る。別の例では、下流工程が、基板にさらにもう一枚のシート材をラミネートすることを必要とする可能性があり、これは基板の表面に欠陥がないこと、および／または、一定の数および／またはサイズのみの欠陥を示すことを要求し得る。実際に、突出している表面隆起、異物、および／またはディボットの存在により、ラミネートしている間に空所を生じ得、結果として層の接合が不完全となり得る。
【０００７】
前述の光学システムは欠陥のＸ−Ｙ座標を判定する性能を提供するが、三次元空間において欠陥のＺ次元を判定することはできない。たとえば、そのシステムは、表面欠陥が位置し得るのが基板のどちら側であるかを判定することができず、また、したがって表面欠陥を有する基板が、それでも、下流工程での使用に適した１つの面（すなわちＡ側面）を提示するかどうかを判定するための方法を提供していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願第１４／５７３１５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、光学技術を使用して基板に欠陥があるかを検査し、かつ、かかる欠陥を三次元で位置決めするための方法および装置が当技術分野で必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
考察のために、本明細書中の開示は、ガラスから形成された基板に関わる方法論および装置をしばしば参照し得るが、当業者は、本明細書中の方法論および装置が、ガラス基板、結晶基板、単結晶基板、ガラスセラミック基板、ポリマー基板などを含む様々な種類の基板に適用することに気づくであろう。
【００１１】
本明細書において開示される方法論および装置は、製造中の欠陥を検出するための３つの新しく現れた要求に対処する性能を提供する。（i）より小さく、また、より小さなサイズの異物および／または欠陥の検出を可能にする高精度な測定感度、（ii）高い処理能力で非常に広い範囲をスキャンする性能、および（iii）十分な精度で異物および／または他の欠陥の位置をＺ次元で判定する性能、たとえば、異物および／または他の欠陥が位置するのは基板のどちら側かを確認する性能。
【００１２】
本明細書中で開示されている１つまたは複数の実施形態によると、三次元直交座標系内で基板を支持するための方法および／または装置は、以下のように提供される。（i）基板は、Ｘ軸において幅寸法、Ｙ軸において高さ寸法、およびＺ軸において厚さ寸法を有し、（ii）Ｘ軸およびＹ軸は、それぞれの第１および第２の対向する基板の主要面に対して実質的に平行なＸ―Ｙ平面を画定し、また、（iii）Ｚ軸は、装置の対称軸である。この方法および／または装置はさらに、第１の光線が対称軸から＋Ａ度の角度より当てられるように第１の光源を配向させるステップと、第２の光線が対称軸から−Ａ度の角度より当てられるように第２の光源を配向させるステップを提供する。この方法および／または装置はさらに、基板を通過し、基板の任意の欠陥によって影響を受けた第１および第２の光線を検出するように構成された少なくとも１つの検出器と、欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を計算するように構成されたプロセッサを提供する。
【００１３】
例として、欠陥は、基板の少なくとも１つの第１および第２の対向する主要面上に、１つまたは複数の表面欠陥を含み得る。このような場合、プロセッサは、表面欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を十分な精度で計算して、各表面欠陥が位置するのは基板の第１および第２の対向する主要面のどちらの上であるかを確認するように構成されている。
【００１４】
他の態様、特徴および利点は、添付の図面と併せて本明細書中の説明から、当業者には明白であろう。本明細書および図面において開示された様々な特徴は、あらゆる全ての組合せにおいて使用され得ることが理解される。非限定的な例として、以下の態様に記載されているように、様々な特徴は互いに組合せ得る。
【００１５】
第１の態様によると、装置が提供されており、その装置は、
（i）基板が、Ｘ軸において幅寸法を、Ｙ軸において高さ寸法を、Ｚ軸において厚さ寸法を有し、厚さ寸法は、５０マイクロメートルから２５０マイクロメートルであり、（ii）Ｘ軸およびＹ軸は、基板のそれぞれの第１および第２の対向する主要面に対して実質的に平行なＸ−Ｙ平面を画定し、また（iii）Ｚ軸は装置の対称軸であるように、三次元直交座標系内で基板を支持するように構成される移送機構と、
第１の光線が対称軸から＋Ａ度の角度より当てられるように配向された第１の光源と、
第２の光線が対称軸から−Ａ度の角度より当てられるように配向された第２の光源と、
基板を通過し基板の任意の欠陥によって影響を受けた第１および第２の光線を検出するように構成された少なくとも１つの検出器と、この場合欠陥は、約０．３マイクロメートルから約５０マイクロメートルの面積を有し、また、
欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を計算するように構成されたプロセッサ
を備える。
【００１６】
第２の態様によると、態様１の装置が提供されており、
欠陥が、基板の少なくとも１つの第１および第２の対向する主要面上に、１つまたは複数の表面欠陥を含み得、
プロセッサは、十分な精度で表面欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を計算して、各表面欠陥が位置するのは基板の第１および第２の対向する主要面のどちらの上であるかを確認するように構成されている。
【００１７】
第３の態様によると、態様１または態様２の装置が提供されており、
少なくとも１つの検出器が、Ｎが実質的にｎより大きく、Ｎ受光素子がＹ軸に実質的に延在するように配向された（Ｎ×ｎ）配列の受光素子を含み、
移送機構は、最高で約４０ｃｍ／秒の速度でＸ軸に沿って基板と少なくとも１つの検出器の間で相対運動が起こるように構成されており、また、
少なくとも１つの検出器およびプロセッサは、Ｘ軸に沿って基板と少なくとも１つの検出器の連続する相対位置において、複数セットの（Ｎ×ｎ）光測定を検出および記憶するように作動し、それにより欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置が確認される。
【００１８】
第４の態様によると、態様１から態様３のいずれか１つの装置が提供されており、第１の光線および第２の光線は、少なくとも１つの検出器が同時に基板を通過した第１および第２の光線の１つだけを受取るように時間パルス化されている。
【００１９】
第５の態様によると、態様１から態様３のいずれか１つの装置が提供されており、少なくとも１つの検出器が同時に基板を通過した第１および第２の光線の両方を受取るように、第１の光線および第２の光線は同時に着地する。
【００２０】
第６の態様によると、態様１から態様５のいずれか１つの装置が提供されており、
各欠陥が基板を通過する第１の光線の第１の干渉、および基板を通過する第２の光線の第２の干渉を引き起こし、
第１の光線および第２の光線は、実質的に異なる波長であり、
少なくとも１つの検出器は実質的に異なる波長に個々に反応し、また、
少なくとも１つの検出器およびプロセッサは、協同して第１の干渉に起因する第１の干渉縞パターンおよび第２の干渉に起因する第２の干渉縞パターンを測定する。
【００２１】
第７の態様によると、態様１から態様６のいずれか１つの装置が提供されており、その装置は
第１の光線が基板を通過する前に、そこを通過するように配置された第１のポラライザと、
第２の光線が基板を通過する前に、そこを通過するように配置され、かつ第１の光線に対して垂直に偏光されるように配置された第２のポラライザと、
実質的に異なる偏光に個々に反応する少なくとも１つの検出器
をさらに備える。
【００２２】
第８の態様によると、態様１から態様７のいずれか１つの装置が提供されており、
各欠陥は、基板を通過する第１の光線の第１の干渉、および基板を通過する第２の光線の第２の干渉を引き起こし、
少なくとも１つの検出器およびプロセッサが協同して第１の干渉に起因する第１の干渉縞パターン、および第２の干渉に起因する第２の干渉縞パターンを測定し、また、
プロセッサは（i）各欠陥のそれぞれの第１および第２の干渉縞パターンの少なくともＸ、Ｙ位置を計算し、（ii）各欠陥のＺ位置を、それぞれの第１および第２の干渉縞パターンの少なくともＸ、Ｙ位置に基づいて計算するように構成され、この場合、各欠陥のＺ位置は基準位置と関連した欠陥の間のＺ軸に沿った距離である。
【００２３】
第９の態様によると、態様８の装置が提供されており、
少なくとも１つの検出器がＸ−Ｙ平面に配向され、また、
各欠陥のＺ位置は以下の関係を使用して計算され、Ｌ＝Ｄ／（２＊ｔａｎ（Ａ））、ここでＤはそれぞれの第１および第２の干渉縞パターンの少なくともＸ、Ｙ位置間の距離である。
【００２４】
第１０の態様によると、態様８または態様９の装置が提供されており、その装置はコリメート式で基板に向かって、第１および第２の光源それぞれから第１および第２の光線を当てるように構成された少なくとも１つのコリメートレンズをさらに備える。
【００２５】
第１１の態様によると、態様１０の装置が提供されており、
第１および第２の光源は、第１および第２の光線がＸ−Ｙ平面において扇状特性を示すように、第１および第２の光線それぞれを生成するように構成されており、また、
少なくとも１つのコリメートレンズは、Ｘ軸と比較してＹ軸において細長の寸法を有し、かつ、それぞれが扇状特性を有する第１および第２の光線をコリメート式で基板に向かって当てるようにＹ、Ｙ軸において形成された円柱レンズである。
【００２６】
第１２の態様によると、態様１１の装置が提供されており、第１および第２の光源は、第１および第２の光線がＹ−Ｚ平面において実質的に＋Ａ角度および−Ａ角度から当てられるように配向されている。
【００２７】
第１３の態様によると、態様８の装置が提供されており、その装置は
第１の光源に対して実質的に垂直方向に位置する入力面を有し、かつコリメート式で基板に向かって第１の光源から第１の光線を当てるように構成されている第１のコリメートレンズと、また
第２の光源に対して実質的に垂直方向に位置する入力面を有し、かつコリメート式で基板に向かって第２の光源から第２の光線を当てるように構成されている第２のコリメートレンズ
をさらに備える。
【００２８】
第１４の態様によると、態様１３の装置が提供されており、
第１および第２の光源は、第１および第２の光線がＹ−Ｚ平面において扇状特性を示すように、第１および第２の光線それぞれを生成するように構成されており、また、
第１および第２のコリメートレンズはそれぞれ、各自がＸ軸と比較してＹ軸上で細長の寸法を有し、かつ、コリメート式で基板に向かって各自が扇状特性を有するそれぞれの第１および第２の光線を当てるようにＹ、Ｚ軸において形成された円柱レンズである。
【００２９】
第１５の態様によると、態様１４の装置が提供されており、
第１のコリメートレンズの入力面に対して垂直な第１の光源および入力軸は、＋ａの角度の対称軸に対して横になっている第１の平面に置かれており、
第２のコリメートレンズの入力面に対して垂直な第２の光源および入力軸は、−ａの角度の対称軸に対して横になっている第２の平面に置かれており、
それぞれ第１および第２のコリメートレンズからの第１の光線および第２の光線のそれぞれは、第１および第２の平面に対し実質的に共角であり、少なくとも１つの検出器上でＹ軸に平行な１つの線上で実質的に衝突する。
【００３０】
第１６の態様によると、態様１４の装置が提供されており、少なくとも１つの検出器は、
その入力面が、コリメートされた第１の光線に対して垂直に向くように配向された第１の検出器、および、
その入力面が、コリメートされた第２の光線に対して垂直に向くように配向された第２の検出器を含む。
【００３１】
第１７の態様によると、態様１６の装置が提供されており、第１および第２の検出器それぞれは、Ｎが実質的にｎより大きく、Ｎ受光素子が第１および第２のコリメートレンズのそれぞれの１つに対して実質的に平行に延在するように配向された（Ｎ×ｎ）配列の受光素子を含み得る。
【００３２】
第１８の態様によると、態様１６の装置が提供されており、
各欠陥のＺ位置は、以下の関係Ｌ＝（ＳＩ―Ｓ２）／（２＊ｃｏｓ（Ａ）＊ｔａｎ（Ａ））を使用して計算され、
Ｓ１は、基準線から第１の検出器の入力面に沿って、第１の検出器の入力面上の第１干渉に起因する第１の干渉縞パターンを表す位置までの距離を表し、
Ｓ２は、基準線から第２の検出器の入力面に沿って、第２の検出器の入力面上の第２干渉に起因する第２の干渉縞パターンを表す位置までの距離を表し、
基準線は、そこで第１および第２の検出器のそれぞれの入力面が共角になっているＸ軸に平行に延在している線を表し、
また、Ｌは、基準面からこのような各欠陥までの垂直距離であり、基準面が基板に平行である。
【００３３】
第１９の態様によると、１つの方法が提供されており、その方法は、
（i）基板は、Ｘ軸において幅寸法、Ｙ軸において高さ寸法、およびＺ軸において厚さ寸法を有し、厚さ寸法は５０マイクロメートルから２５０マイクロメートルであり、（ii）Ｘ軸およびＹ軸は、基板のそれぞれの第１および第２の対向する主要面に実質的に平行なＸ−Ｙ平面を画定し、また、（iii）Ｚ軸は装置の対称軸であるように、三次元直交座標系内で基板を支持するステップと、
基板に向かって対称軸から＋Ａ度の角度より第１の光線を当てるステップと、
基板に向かって対称軸から−Ａ度の角度より第２の光線を当てるステップと、
基板を通過し、基板の任意の欠陥によって影響を受けた第１および第２の光線を当てるステップと、この場合欠陥は約０．３マイクロメートルから約５０マイクロメートルの大きさを有し、また、
欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を計算するステップ
を備える。
【００３４】
第２０の態様によると、態様１９の方法が提供されており、
欠陥は、基板の少なくとも１つの第１および第２の対向する主要面上に１つまたは複数の表面欠陥を含み得、また、
表面欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置の計算は、各表面欠陥が位置するのは、基板の第１および第２の対向する主要面のどちらの上なのかを確認するのに十分な精度である。
【００３５】
第２１の態様によると、態様１９または態様２０の方法が提供されており、その方法は、最高４０ｃｍ／秒の速さでＸ方向に基板を移動させるステップをさらに含む。
【００３６】
例示の目的のために、請求する装置および方法の実施形態の例である形が図面に示されているが、本明細書で開示され説明されている実施形態は、図示の正確な配置および手段に制限されないことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】概して平面な基板の２つの図を提供し、第１の図は可視の基板の主要面（Ｘ−Ｙ平面において）であり、第２の図は側面図であり、基板はその主要面の１つの上の欠陥を示している。
【図２】基板に欠陥があるかを検査し、かつ、かかる欠陥を三次元で位置決めするための光学システムの実施形態の側面、概略図である。
【図３】検出された光学干渉パターンを表す視覚イメージで、この光学干渉パターンは基板の１つの主要面上の欠陥によって生成される。
【図４】基板に欠陥があるかを検査し、かつ、かかる欠陥を三次元で位置決めするための光学システムのさらなる実施形態の側面、概略図である。
【図５】基板に欠陥があるかを検査し、かつ、かかる欠陥を三次元で位置決めするための光学システムのやはりさらなる実施形態の側面、概略図である。
【図６】図５の光学システムの上面図である。
【図７】基板に欠陥があるかを検査し、かつ、かかる欠陥を三次元で位置決めするための光学システムのやはりさらなる実施形態の側面、概略図である。
【図８】基板の１つの主要面上の欠陥に起因する特定の測定された位置および図７のシステムの装置の特定の物理的特性の幾何学的表現であり、三次元における欠陥の位置を判定するために使用される。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
議論の目的のために、後述される実施形態は、たとえばガラス基板などの基板１０の検査に言及する。図１は、概して平面の基板１０の２つの図を提供し、第１の図は（左の図）、基板の可視の主要面１２に対して垂直な視点からであり、第２の図は（右の図）、その第１および第２の主要面１２、１４を示す基板１０の側面図である。基板１０は、直交座標系内で、Ｘ軸において幅寸法、Ｙ軸において高さ寸法、およびＺ軸において厚さ寸法を有する一枚のガラスシートから形成され得る。特に、Ｘ軸およびＹ軸は、Ｘ−Ｙ面を画定し、これは、基板１０に関して面内になっている、および／または面内基準を画定しているとして本明細書中で参照され得る。
【００３９】
概して、基板１０は、垂直および／または曲線の端を備える長方形、正方形、不規則な形など任意の形状になり得る。さらに、基板１０は実質的に平ら（すなわち図示のように平面）であり得、またはその厚さにいくらかの湾曲および／または不規則性を含み得る。１つまたは複数の実施形態において、基板１０は、任意の数の材料から形成され得、約５０μｍ（ミクロンまたはマイクロメートル）から約２５０μｍの厚さを有する。いくつかの実施形態において、基板は、約５０マイクロメートルから約１５０マイクロメートルの厚さを有し得る。つまり、システムの構成は、約０．３マイクロメートルから約５０マイクロメートルのサイズを有する粒子を検出でき、また、それら粒子が位置するのは、基板のどちら側であるかを識別できることである。過去に、この厚さの基板の（５０マイクロメートルから２５０マイクロメートル）に関して、検査機器は、このサイズの粒子（約０．３マイクロメートルから約５０マイクロメートル）が位置していたのは基板のどちら側であるかを識別できなかった。基板１０は、測定目的のために（後に本明細書においてより詳細に説明するように）少なくともいくらかの光の波長に対し少なくとも部分的に透明である材料から形成され得る。いくつかの実施形態において、基板１０は、測定目的のために、少なくともいくらかの光の波長に対し実質的に透明な材料から形成される。本明細書の開示は、ガラス（透明な材料の一例）から形成された基板１０に関わる方法論および装置について言及し得るが、当業者は、本明細書中の方法および装置が、ガラス基板、結晶基板、単結晶基板、ガラスセラミック基板、ポリマー基板などを含む、多数の材料の基板に適用することを理解するであろう。さらに、本明細書中の方法論および装置は、異なるガラス基板のラミネート、ガラスとポリマー基板のラミネートなど、このような材料の組合せから形成された基板に適用するであろう。
【００４０】
特に、基板１０は、その第１の主要面１２上に、この例において表面欠陥である、欠陥２０を示し得る。表面欠陥２０は、本明細書中の議論の焦点になり得るが、基板１０上のまたは基板１０内の他の欠陥も含め、任意の数および／またはタイプの欠陥が存在し得ることが理解される。概して、欠陥は、基板上のまたは基板中の、隆起、くぼみ、へこみ、ディンプル、気泡、含有物、表面の汚れ、異物などを含み得る。
【００４１】
図２は、基板１０に欠陥があるかを検査し、かつ、かかる欠陥を三次元で位置決めするための光学システム１００−１の実施形態の側面、概略図である。システム１００−１は、Ｘ−Ｙ平面が、基板１０のそれぞれの第１および第２の対向する主要面１２、１４に実質的に平行になるように、三次元直交座標系内で基板１０を支持するための機構１０２を含む。Ｚ軸は、システム１００−１の対称軸ＡＳ（点線で示されている）を画定する。
【００４２】
システム１００−１はまた、第１および第２の光源１０４−１および１０４−２を含み、これらは、第１および第２の光線１０６−１、１０６−２それぞれが、基板１０に向かって、かつ基板１０を通過して進むように配置されている。１つまたは複数の実施形態において、１つまたは複数の第１および第２の光源１０４−１および１０４−２は、放射された第１および第２の光線１０６−１、１０６−２それぞれが、光線が光源から離れて伝播するにつれて中央軸から広がる狭いコヒーレントレーザーラインビームを特徴とするような方法で、レーザー光源（ダイオードレーザーなど）およびレーザーから下流に配置された１つまたは複数の光学素子を使用して実行され得る。他の例によると、各放射された第１および第２の光線１０６−１、１０６−２は、Ｙ−Ｚ平面に対して実質的に平行な扇形の形状の光線であり得、またＸ軸において比較的狭い寸法であり得る。たとえば、各放射された第１および第２の光線１０６−１、１０６−２は、約０．２５インチ（６．５ｍｍ）、約０．５インチ（１３ｍｍ）または約０．３７５インチ（９．５ｍｍ）の光線幅（Ｘ軸において）を有し得る。例として、前述の第１および第２の光線１０６−１、１０６−２は、ポイントレーザーダイオードおよび下流の光学扇状ジェネレータの使用によって得ることができる。
【００４３】
第１および第２の光源１０４−１および１０４−２は、基板１０上のまたは基板１０中の任意の欠陥の位置を検出し、また測定する精度を改良するために有利な方法で配向され得る。たとえば、第１の光源１０４−１は、第１の光線１０６−１が対称軸ＡＳから＋Ａ度の角度より当てられるように配向され得る一方、第２の光源は、第２の光線１０６−２が、対称軸ＡＳから−Ａ度の角度より当てられるように、すなわち、相補的な方法で配向され得る。図示の目的のために、角度＋Ａ、−Ａは図２において１つの弧として示され２Ａと表示されている。この例において、第１および第２の光源１０４−１および１０４−２は、Ｙ−Ｚ平面において実質的に共角のように配向されている。
【００４４】
システム１００−１はまた、第１および第２の光線１０６−１、１０６−２それぞれが基板１０に向かい、かつ基板１０を通るように修正および方向付けするのを支援するための光学素子１１０を含む。たとえば、第１および第２の光線１０６−１、１０６−２が基板１０に入射した場合、これら光線が実質的にコリメートされるよう、少なくとも１つのコリメートレンズ１１０が、Ｙ−Ｚ平面においていくらかのコリメーションをもたらすために使用され得る。たとえば、少なくとも１つのコリメートレンズ１１０は、Ｙ軸において（Ｘ軸と比較して）細長の寸法を有し、かつ基板１０に向かって伝わるコリメートされた第１および第２の光線１０８−１、１０８−２を生成するようにＹ−Ｚ平面において形成された円柱レンズを使用して実行される。１つのコリメートレンズ１１０だけを使用する場合、これは図示のように実質的にＹ軸に平行に整列され、コリメートされた第１および第２の光線１０８−１、１０８−２は、第１および第２の光源１０４−１および１０４−２がそれぞれ＋Ａ、−Ａの角度で配向されているために、それぞれの角度で基板１０上に入射される。このような入射の角度は最適ではないが、それにもかかわらず注意深い設計により測定において許容できる精度をもたらし得る。
【００４５】
システム１００−１はまた、基板１０を通過し、また、任意の欠陥（たとえば欠陥２０など）によって影響を受けた第１および第２の光線１０８−１、１０８−２を検出するように構成された少なくとも１つの検出器１１２を含み得る。例として、少なくとも１つの検出器１１２は、受光素子の配列を含み得、これは入射光の特性と比例する特性を有する電気信号を生成する。図示の実施形態において、少なくとも１つの検出器１１２は、（Ｎ×ｎ）配列の受光素子を使用して実行し得る。１つまたは複数の実施形態において、Ｎおよびｎは、たとえば基板１０のＸ−Ｙ寸法全体と同じくらい、またはそれより大きい配列をもたらすなど、一度に基板１０からの全ての情報伝達光に応答するのに十分な大きさの配列を提示するのに十分な数であり得る。このような配置の下、検出器１１２に入射した情報伝達光の完全な測定は、１つのデータ収集スキャンにおいて得ることができる。一方、Ｎおよび／またはｎの数が十分でない場合、生成される配列は小さすぎて一度のスキャンでは基板１０からの情報伝達光に応答することができないため、複数のスキャンが、全ての関連情報を集取するために使用され得る。
【００４６】
たとえば、１つまたは複数の実施形態において、たとえばｎ＝１など、Ｎはｎより実質的に大きくなり得、Ｎ受光素子がＹ軸に対して概して平行な線上に延在するように配向されたＮ×１線配列をもたらす。例として、Ｎ×１線配列検出器１１２は、９０ｋＨｚラインレートおよび１ギガピクセルの処理能力で作動し得る（たとえばＴｅｌｅｄｙｎｅ  ＤＡＬＳＡ、オンタリオ州、カナダなどから入手可能）。上記のように、検出器１１２が線配列として実行されるとき、基板１０からの全ての情報伝達光に応答するために、複数のスキャンが使用され得る。この点について、機構１０２は、Ｘ軸に沿って基板１０と検出器１１２の間の相対運動を引き起こすように構成された移送機能を使用し得る。たとえば、機構１０２は、それぞれの連続した時間（スキャン）において、検出器１１２が、基板１０を通過して検出器１１２上に入射したそれぞれの情報伝達光のＮ×１スライスに応答し得るように、基板１０を、Ｘ軸に沿って固定された検出器１１２を通過して移動させるように作動し得る。たとえば、機構１０２は、Ｘ軸に沿って最高４０ｃｍ／秒の速度で基板１０を移動させることができ、この速度でもなお、検出器１１２は、約５０マイクロメートルから約２５０マイクロメートルの厚さを有する基板上の約０．３マイクロメートルから約５０マイクロメートルのサイズを有する粒子の位置を識別するように（三次元空間において、特にＺ方向に、粒子は基板の片側上対反対側上のどちらにあるのかを含めて）作動できる。
【００４７】
システム１００−１はまた、基板１０を通過し、かつ検出器１１２において受け取られた情報伝達光に基づいて、基板１０上および／または基板１０中の欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を計算するように構成されたプロセッサ１１４を含む。上記の例に関連して、Ｎ×１配列の受光素子、プロセッサ１１４、検出器１１２、機構１０２および光源１０４の使用は、基板１０の連続する相対的なＸ軸位置において、複数セット（スキャンまたはフレーム）の（Ｎ×１）測定を検出および記憶するために同調して作動し得、それにより任意の欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置が確認される。欠陥のこのようなＸ、ＹおよびＺ位置を確認するための特定のプロセスに関してさらなる詳細が、本明細書において後に論じられるであろう。
【００４８】
プロセッサ１１４は、たとえば当業者で入手可能の任意の既知の技術を使用するなど、適切なハードウエアおよび／またはソフトウエアを使用して実行され得る。このようなハードウエアは、市販のデジタル回路、ソフトウエアおよび／またはファームウエアプログラムを実行することが可能な任意のマイクロプロセッサ、たとえばプログラマブル読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、プログラマブルアレイ論理デバイス（ＰＡＬ）などの１つまたは複数のプログラム可能なデジタルデバイスまたはシステムなどを使用し得る。またさらに、プロセッサ１１４の様々な機能は、たとえばメモリチップなどの１つまたは複数の適切な記憶媒体に保存され得るソフトウエアおよび／またはファームウエアプログラムとして実行され得る。
【００４９】
１つまたは複数の実施形態において、プロセッサ１１４は、フレームグラバ（たとえば、Ｘｃｅｌｅｒａ―ＨＳ  ＰＸ８テレダイン・フレームグラバ、また、Ｔｅｌｅｄｙｎｅ  ＤＡＬＳＡから入手可能など）、および適切なソフトウエアプログラムを実行する従来のデスクトップコンピュータまたはワークステーションを含み得る。このような取り合わせによってデスクトップコンピュータは、フレームグラバから複数のデジタルフレーム（シーケンシャルスキャン）の処理を実施することになる。上述のように、このような各スキャンは、（i）検出器１１２に対してＸ軸に沿って特定の位置まで基板１０を移動させる機構１０２、（ii）基板１０を通過した情報伝達光のスライスの特徴である情報のフレーム（たとえば検出器１１２からＮ×１スキャン）をフレームグラバから得るステップ（iii）情報のフレームをデスクトップコンピュータのメモリに記憶するステップ、および（iv）複数の記憶された情報のフレームが、基板１０を特徴づける情報伝達光の完全な一式を提供するまで、基板１０がＸ軸沿いに連続する増分移動をするために上記のステップを繰り返すステップを伴う。その後、デスクトップコンピュータは、基板１０上および／または基板中の任意の欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を確認するための処理を実行するために使用され得る。
【００５０】
基板１０上および／または基板１０中の任意の欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を確認するための手順は、基板１０のいわゆる干渉イメージを生成するステップを含み得る。より詳細には、プロセッサ１１４は、検出器１１２によって得られ、またプロセッサ１１４によって集取された１つまたは複数の情報伝達光のフレーム（またはスキャン）からの干渉イメージを組み立てるように構成され得る。以下で説明するように、従来の意味において干渉イメージは基板１０の視覚イメージではなく、むしろ基板１０上のおよび／または基板１０中の任意の欠陥によって影響されているとして、基板１０が表示されている。
【００５１】
基板１０の干渉イメージは、以下のシステム１００−１の特徴および機能から生じる。それぞれのコリメートされた第１および第２の光線１０８−１、１０８−２は、それぞれ実質的に平面の光波面をほぼ生じる（ほぼというのは、それぞれ第１および第２の入射光線１０６−１、１０６−２のそれぞれの角度および／または他の影響のため）。それぞれの実質的に平面の光波面は、次に基板１０を通過し、また任意の欠陥（欠陥２０など）を含む基板１０の特質によって影響を受ける。何の欠陥もない、概して平面の（または適度にだけ湾曲した）基板１０と仮定すると、基板１０を出て、また検出器１１２に衝突する光も、それぞれ実質的に平面の光波面によって特徴づけられるであろう。プロセッサ１１４内の適切なデータ処理は、このような実質的に平面の光波面の特徴に合わせて調節され得（欠陥の影響なく）、欠陥に関して情報がないことによって特徴づけられた干渉イメージをもたらす。しかしながら、欠陥２０の存在は、基板１０を通過する平面の光波面から生じるそれぞれの干渉波面１０９−１、１０９−２を生成し、欠陥２０によって出力先が変更される。平面の光波面の出力先変更（干渉波面１０９−１、１０９−２をもたらす）は、欠陥２０ならびに第１および第２の光源１０４−１、１０４−２の角度＋Ａ、−Ａの特徴の機能である。
【００５２】
図３は、基板１０の第１主要面１２上の欠陥２０によって生成された干渉イメージの概略図である。特に、単一欠陥２０は、１組の干渉波面１０９−１、１０９−２を生成し、これは次に、図３に示されるそれぞれ第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２（またはサイン）を生成するような方法で検出器１１２の受光素子を作動させる。プロセッサ１１４は、（i）欠陥２０のサイズおよび／または形状、および／または、（ii）三次元空間（特にＺ位置）における欠陥２０の正確な位置など、欠陥２０の任意の数の特徴を測定するために干渉イメージを分析するように構成され得る。
【００５３】
検出された欠陥のサイズおよび／または形状に関して、第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２は、光中心および中央からの半径距離が増すと共に強度が減少する、概して円形の波紋によって特徴づけられ得る。このようなサインは、たとえば隆起などの特定のタイプの欠陥を表すことがわかっている。このような欠陥は、検出器１１２に光を集中させるように作用し得、したがって光中心が生じる。概して円形の中心および波紋は、対応する欠陥が概して円形の形状および／または、とても小さいのであたかも基本的に点状の欠陥であるというサインをもたらすことを示し得る。他の例では、図示しないが、暗い中心および中央からの半径距離が増すと共に強度が減少する概して円形の波紋によって特徴づけられる第１および第２の干渉縞パターンを生成し得る。このようなサインは、陥没、くぼみ、ディンプルなどを表すことがわかっている。このような欠陥は、光を分散する小型の負のレンズとして作用し得、ゆえに中心が暗くなるという結果になる。プロセッサ１１４は、妥当な正確度で測定された欠陥のサイズおよび形状を確認するために、基板１０と検出器１１２の間の距離、ならびに、第１および第２の光線１０６―１、１０６―２および／または他のパラメータの波長を使用し得る。たとえば、光学の当業者に既知の標準の干渉法および回折法が、このような目的のために使用され得る。
【００５４】
三次元における欠陥２０の正確な位置について、プロセッサ１１４は、三次元空間における欠陥２０のＸ、Ｙ、Ｚ位置を計算するために、システム１００−１および基板１０（欠陥２０を含む）の幾何学的特性ならびに、第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２のＸ−Ｙ位置を使用し得る。第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２のサインはそれぞれ、かなりのサイズの領域に及び得るので、プロセッサ１１４は、第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２のそれぞれの中心を確認するために入手可能な数値計算用アルゴリズムを利用し得、また後の計算においてパターン１１６の位置としてこのような中心の位置を使用し得る。
【００５５】
例示のために、プロセッサ１１４は、図３の干渉イメージにおける第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２のＸ位置の判定によって欠陥２０のＸ位置を確認し得る。実際、１つまたは複数の実施形態において、第１および第２の光源１０４−１、１０４−２および検出器１１２（線配列として実行される）は、概してＹ−Ｚ平面において共角であり得、基板１０上の欠陥２０のＸ位置に直接応答する図３の干渉イメージにおける第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２の特定のＸ位置をもたらしている。
【００５６】
さらなる例示のために、プロセッサ１１４は、図３の干渉イメージにおける第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２のそれぞれのＹ位置を分析することによって欠陥２０のＹ位置を確認し得る。このような分析は、たとえば角度＋Ａおよび角度−Ａ、システムの対称軸ＡＳから欠陥２０のＹ方向におけるオフセットなどの特定の幾何学的因子を利用し得る。
【００５７】
さらなる例示のために、プロセッサ１１４はまた、第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２のそれぞれのＸ、Ｙ位置のさらなる分析によって欠陥２０のＺ位置を確認し得る。このような分析に幾何学の原則を利用することによってもたらされるのは、欠陥２０のＺ位置が以下の関係Ｌ＝Ｄ／（２＊ｔａｎ（Ａ））によって説明されることであり、ここでＤは、図３においてそれぞれの第１および第２の干渉縞パターン１１６−１と１１６−２の間の距離である。特に、プロセッサ１１４によって使用される欠陥２０のＸ、ＹおよびＺ位置を確認するための技術は、欠陥２０が位置するのは基板１０の第１および第２の対向する主要面１２、１４のどちらの上であるかを確認するのに十分な精度であり得る。実際この精度は、欠陥が位置する特定の深さを基板１０内で判定するのにも十分であり得る。このような情報は、下流工程および／または用途のために、基板１０がＡ側およびＢ側を確立するのに十分な品質を提示するかどうかを確認するのに使用され得る。
【００５８】
プロセッサ１１４は、光源１０４−１、１０４−２の実施に関連した明るい／暗いスポットに起因する人工物などの干渉イメージにおいて望ましくない人工物を減少させるために、および／または除去するために使用され得るということを留意しておく。たとえば、プロセッサ１１４は、検出器１１２によって得られ、プロセッサ１１４によって集取された情報伝達光の一連のフレーム（またはスキャン）からの着信データを正規化するためにプログラムされ得る。このような正規化アルゴリズムの一つは、複数のスキャン、たとえば１００スキャンにわたって着信データ（画素単位）を平均化するステップおよび、次に平均の逆数によって着信したスキャンのデータを乗算するステップを含む。このような正規化アルゴリズムは、干渉イメージにおいて、前述の明るい／暗いスポットおよび／または多くの他のタイプのバックグラウンドノイズの影響を減少させおよび／または除去するであろう。
【００５９】
システム１００−１の代替実施の中で（また実際に本明細書中に開示された他の実施形態および、そこから派生したもの）、第１および第２の光源１０４−１、１０４−２と検出器１１２の間の相互作用を考察する。たとえば、１つまたは複数の実施形態において、第１および第２の光源１０４−１、１０４−２は、任意の一期間に１つの光源だけがオンになり、したがって、検出器１１２は任意の一期間に基板１０を通過した第１および第２の光線１０８−１、１０８−２の１つだけを受信できるようにパルスし得る。たとえば、第１および第２の光源１０４−１、１０４−２は、検出器１１２に対する基板１０の奇数と偶数のＸ位置増分移動のように、奇数と偶数のスキャンと同調してオンとオフのパルスをし得る（これは上述の線配列となり得る）。検出器１１２から得られた結果として生じるデータのフレーム（スキャン）は、基板１０の完全な干渉イメージを構成するためにプロセッサ１１４によって適切に記憶され統合され得る。一度、基板１０の干渉イメージが得られると、上述の技術が、基板１０上のおよび／または基板１０中の任意の欠陥のＺ位置を確認するために使用され得る。
【００６０】
あるいは、１つまたは複数の実施形態において、第１および第２の光源１０４−１、１０４−２は、検出器１１２が第１および第２の光線１０８−１および１０８−２両方を同時に受け取るように、両方が同時にオンになり得る。このような実施形態において、各第１および第２の光源１０４−１、１０４−２からのエネルギーは、半分の強度に設定され得、スキャン毎に電源オンになり得る。結果として生じるスキャンは、第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２の両方を包含する１つの干渉イメージを生成するためにプロセッサ１１４によって記憶および統合され得、またプロセッサ１１４のソフトウエアが、干渉縞パターンのペアを分類し見つけ出し、第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２の中心を計算し、かつ次に距離Ｄおよび他の対象の量を判定する残りの分析ステップを実行するために使用され得る。
【００６１】
１つまたは複数の代替実施形態において、Ｔｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ（ＴＤＩ）カメラが検出器１１２に使用され得、また第１および第２の光源１０４−１、１０４−２は、ＴＤＩカメラが同時に第１および第２の光線１０８−１および１０８−２両方を受け取るように、再び両方が同時にオンになり得る。このような実施形態において、各第１および第２の光源１０４−１、１０４−２からのエネルギーは半分の強度に設定され得、またスキャン毎に電源オンになり得る。結果として生じるスキャンは、前の実施形態で論じたように第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２の両方を包含する１つの干渉イメージを生成するためにプロセッサ１１４によって記憶および統合され得る。
【００６２】
さらに、および／または、あるいは、１つまたは複数の実施形態において、第１および第２の光源１０４−１、１０４−２は、第１の光線１０６−１および第２の光線１０６−２が実質的に異なる波長であるように実施され得る。これは、異なるスペクトルの波長のそれぞれのレーザーダイオードを使用して完遂され得る。検出器１１２は、たとえば１つまたは複数のカラー電荷結合素子（ＣＣＤ）センサを使用することによって、実質的に異なる波長に対して個々に反応するように実施され得る。ＣＣＤ感色性素子のそれぞれのグループ（たとえばそれぞれの線）は、第１および第２の光線１０６―１、１０６―２の異なる波長によって生成されたそれぞれの第１および第２の干渉縞パターンを分けるために使用され得る。検出器１１２の感色性素子の各グループ（たとえば線）は、適切なバンドパスカラーフィルタ（たとえば赤色光に対して第１のパスバンドおよび、青色光に対して第２のパスバンド）によってフィルタされ得る。また、前の実施形態で論じたように、結果として生じたスキャンは、プロセッサ１１４によって記憶および統合されて、第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２の両方を含有する１つの干渉イメージを生成し得る。
【００６３】
さらに、および／または、あるいは、１つまたは複数の実施形態において、第１および第２の光源１０４−１、１０４−２は、それぞれの第１および第２のポラライザ１１８−１、１１８−２を含み得る（図２を参照）。第１のポラライザ１１８−１は、第１の光線がそこを通って偏光された第１の光線１０６−１を生成するように配置され得る。同様に、第２のポラライザ１１８−２は、第２の光線がそこを通って偏光された第２の光線１０６−２を生成するように配置され得る。第１および第２のポラライザ１１８−１、１１８−２は、第１の光線１０６−１が第２の光線１０６−２に対して垂直な角度で偏光されるように設計され得る。検出器１１２は、実質的に異なる偏光に対して個々に反応するように設計され得る。たとえば、検出器１１２は、２つの別々の線配列を使用し得、各自が対応する偏光の偏光された光線だけが通過できるそれぞれの偏光フィルタ１１９−１、１１９−２を有する。また、結果として生じるスキャンは、前の実施形態で論じたように、第１および第２の干渉縞パターン１１６−１、１１６−２の両方を含有する１つの干渉イメージを生成するためにプロセッサ１１４によって記憶されまた統合され得る。
【００６４】
図４を参照すると、基板１０に欠陥があるかを検査し、かつ、かかる欠陥を三次元で位置決めするための光学システム１００−２のさらなる実施形態の側面、概略図が示されている。システム１００−２は、多くの点でシステム１００−１と同様であり、したがって、上記で論じた詳細が、適切な調整と共にシステム１００−２に応用され得ることは、当業者にとって明白であろう。システム１００−１と比較してシステム１００−２における主な違いは、光学素子１１０が使用されていないという事実である。したがって、システム１００−２において、それぞれの第１および第２の光線１０６−１、１０６−２はコリメートされておらず、直接、基板１０に伝播しまた基板１０の中を伝播する。システム１００−１におけるように、結果として生じる第１および第２の干渉縞パターン１０９−１、１０９−２はやはり生じるが、しかしながら、光波面の方向が検出器１１２を横切る位置と共に変化するので、任意の欠陥の少なくともＺ位置を見つけるためには、より複雑なアルゴリズムが必要となるであろう。しかしながら、当業者は、基板１０上のおよび／または基板１０中の任意の欠陥のＺ位置を確認するためのシステム１００−２における適切なアルゴリズムを達成するために、開示されたアルゴリズムを容易に調整し得るであろう。
【００６５】
図５を参照すると、基板１０に欠陥があるかを検査し、かつ、かかる欠陥を三次元で位置決めするための光学システム１００−３のさらなる実施形態の側面、概略図が示されている。図６は、図５の光学システム１００−３の上面図である。システム１００−３は、多くの点でシステム１００−１と同様であり、したがって、上記で論じた詳細が、適切な調整と共にシステム１００−３に応用され得ることは、当業者には明白であろう。システム１００−１と比較してシステム１００−３における主な違いは、光学が第１の光学素子１１０−１および第２の光学素子１１０−２を含むという事実である。各第１および第２の光学素子１１０−１、１１０−２は、第１および第２の光線１０６−１、１０６−２が基板１０に入射されると、これら光線が実質的にコリメートされるよう、Ｙ−Ｚ平面においていくらかのコリメーションをもたらすそれぞれのコリメートレンズを使用して実行され得る。システム１００−１におけるように、それぞれのコリメートレンズは、Ｙ軸において（Ｘ軸と比較して）細長の寸法を有し、かつ基板１０に向かって伝わるコリメートされた第１および第２の光線１０８−１、１０８−２を生成するためにＹ−Ｚ平面に形成された円柱レンズを使用して実行され得る。各第１および第２のコリメートレンズ１１０−１、１１０−２は、それぞれの第１および第２の光線１０６−１、１０６−２が、そのそれぞれの入力面に対して垂直（正常）に入射するように配向され得る（対称軸に対してそれぞれの角度＋／―Ａで）。この実施は、角度Ａが２０度またはそれ以上にとってより適切であることがわかった。上記の方程式１（Ｌに関する関係）は、図５の概念にやはり適用する。三次元空間における欠陥２０のサイズおよび／または形状、および／または欠陥２０の正確な位置を確認するステップに関する前述の方法論および変形は、システム１００−３に対して当業者によって適用され得る。
【００６６】
図６を参照すると、検出器１１２が線配列として実行される場合（および／または配列上で複数の線が、Ｘ寸法において非常に近く共にある状況）、第１および第２の光源１０４−１、１０４−２のアライメントにおいて、それぞれの第１および第２のコリメートレンズ１１０−１、１１０−２に対して、いくつかの調整が保証され得る。たとえば、第１の光源１０４−１および第１のコリメートレンズ１１０−１の入力面に対して垂直な入力軸は、それらが＋ａの角度の対称軸に対して横方向の第１の平面に横になるように配向され得る。同様に、第２の光源１０４−２および第２のコリメートレンズ１１０−２の入力面に対して垂直な入力軸は、それらが−ａの角度の対称軸に対して横方向の第２の平面に横になるように配向され得る。例として、約２度の＋／−ａの角度は、非常に良く作用し得る。適切に行われた場合、それぞれの第１および第２のコリメートレンズ１１０−１、１１０−２からの第１の光線１０８−１および第２の光線１０８−２は、それぞれの第１および第２の平面に対して実質的に共角であり、またＹ軸に平行な検出器１１２上の単一の線上において実質的に衝突する。
【００６７】
図７を参照すると、基板１０に欠陥があるかを検査し、かつ、かかる欠陥を三次元で位置決めするための光学システム１００−４のさらなる実施形態の側面、概略図が示されている。システム１００−４は、多くの点でシステム１００−３と同様であり、したがって、上記で論じた詳細が適切な調整と共にシステム１００−４に応用し得ることは、当業者にとって明白であろう。システム１００−３と比較して、システム１００−４における主な違いは、検出器１１２は、２つの個別の検出器１１２−１、１１２−２と共に実行され、各検出器がそれぞれの第１および第２の光線１０８−１、１０８−２を検出するという事実である。たとえば、第１の検出器１１２−１は、その入力面がコリメートされた第１の光線１０８−１に垂直に向くように配向され得、第２の検出器１１２−２は、その入力面がコリメートされた第２の光線１０８−２に垂直に向くように配向され得る。たとえば、１つまたは複数の実施形態において、それぞれの第１および第２の検出器１１２−１、１１２−２は、Ｎが実質的にｎより大きく、Ｎ受光素子が第１および第２のコリメートレンズ１１０−１、１１０−２のそれぞれの１つに対して実質的に平行に延在するように配向された（Ｎ×ｎ）配列の受光素子を含み得る。
【００６８】
システム１００−４の配置と共に、各欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置は、当業者には明白であるように、プロセッサ１１４によって幾何学的計算を使用して計算され得る。たとえば、図８は、基板１０の第１の主要面１２上の欠陥２０に起因する特定の測定された位置の幾何学的な図である。欠陥２０のＺ位置は、以下の関係Ｌ＝（Ｓ１―Ｓ２）／（２＊ｃｏｓ（Ａ）＊ｔａｎ（Ａ））を使用して、プロセッサ１１４によって計算され得ることを当業者は理解されるであろう。Ｓ１は、基準線Ｐ０から、また、第１の検出器１１２―１の入力面に沿って、第１の干渉縞パターン１１６―１を表している位置Ｐ１までの距離の図である（たとえば、その中心）。Ｓ２は、基準線Ｐ０から、また、第２の検出器１１２―２の入力面に沿って、第２の干渉縞パターン１１６―２を表している位置Ｐ２までの距離の図である（たとえば、その中心）。基準線Ｐ０は、第１および第２の検出器１１２−１、１１２−２のそれぞれの入力面がそこで共角であるＸ軸に対して平行に延在している線の図である。Ｌは、基準面から欠陥２０までの垂直距離で、基準面は基板１０に対して平行である。
【００６９】
本明細書中の開示が、特定の実施形態を参照して説明されているが、これらの実施形態は本明細書中の実施形態の原理および応用の単なる例示であることを理解されたい。したがって、本出願の精神と範囲から逸脱することなく、種々の変更が図示の実施形態にされ得、また他の構成が考案され得ることを理解されたい。
【００７０】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００７１】
実施態様１
（i）基板が、Ｘ軸において幅寸法、Ｙ軸において高さ寸法、またＺ軸において厚さ寸法を有し、前記厚さ寸法は５０マイクロメートルから２５０マイクロメートルであり、（ii）Ｘ軸およびＹ軸が、基板のそれぞれの第１および第２の対向する主要面に実質的に平行なＸ−Ｙ平面を画定し、また（iii）Ｚ軸が装置の対称軸であるように、三次元直交座標系内で前記基板を支持するように構成された移送機構と、
第１の光線が前記対称軸から＋Ａ度の角度より当てられるように配向された第１の光源と、
第２の光線が前記対称軸から−Ａ度の角度より当てられるように配向された第２の光源と、
前記基板を通過し、また前記基板の任意の欠陥によって影響を受けた前記第１および第２の光線を検出するように構成された少なくとも１つの検出器であって、前記欠陥は約０．３マイクロメートルから約５０マイクロメートルの寸法を有するものである検出器と、
前記欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を計算するように構成されたプロセッサと
を備える、装置。
【００７２】
実施態様２
前記欠陥が、前記基板の少なくとも１つの第１および第２の対向する主要面上に１つまたは複数の表面欠陥を含み得、
前記プロセッサは、前記表面欠陥が位置するのは、前記基板の前記第１および第２の対向する主要面のどちらの上であるかを確認するのに十分な精度で前記表面欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を計算するように構成されている、実施態様１に記載の装置。
【００７３】
実施態様３
前記少なくとも１つの検出器は、Ｎが実質的にｎより大きく、Ｎ受光素子がＹ軸において実質的に延在するように配向された（Ｎ×ｎ）配列の受光素子を含み、
前記移送機構は、最高４０ｃｍ／秒までの速度で前記Ｘ軸に沿って前記基板と前記少なくとも１つの検出器の間の相対運動を引き起こすように構成されており、
前記少なくとも１つの検出器および前記プロセッサは、Ｘ軸に沿って前記基板および前記少なくとも１つの検出器の連続する相対位置において、複数セットの（Ｎ×ｎ）光測定を検出および記憶するように作動し、それにより欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置が確認される、実施態様１または２に記載の装置。
【００７４】
実施態様４
前記各欠陥が、前記基板を通過する前記第１の光線の第１の干渉、および前記基板を通過する前記第２の光線の第２の干渉を引き起こし、
前記第１および第２の光線は、実質的に異なる波長であり、前記少なくとも１つの検出器は、前記実質的に異なる波長に対して個々に反応し、
前記少なくとも１つの検出器およびプロセッサは、協同して前記第１の干渉に起因する第１の干渉縞パターンおよび、前記第２の干渉に起因する第２の干渉縞パターンを測定する、実施態様１から３のいずれか１つに記載の装置。
【００７５】
実施態様５
前記第１の光線が前記基板を通過する前に、そこを通過するように配置された第１のポラライザと、
前記第２の光線が前記基板を通過する前に、そこを通過するように配置され、前記第１の光線に対して垂直に偏光されるように配置された第２のポラライザと、
実質的に異なる偏光に対して個々反応する前記少なくとも１つの検出器と
をさらに備える、実施態様１から４のいずれか１つに記載の装置。
【００７６】
実施態様６
前記各欠陥が、前記基板を通過する前記第１の光線の第１の干渉、および前記基板を通過する前記第２の光線の第２の干渉を引き起こし、
前記少なくとも１つの検出器およびプロセッサは、協同して前記第１の干渉に起因する第１の干渉縞パターンおよび前記第２の干渉に起因する第２の干渉縞パターンを測定し、
前記プロセッサは、（i）各欠陥の前記それぞれの第１および第２の干渉縞パターンの少なくともＸ、Ｙ位置を計算し、また（ii）各欠陥のＺ位置を、前記それぞれの第１および第２の干渉縞パターンの少なくとも前記Ｘ、Ｙ位置に基づいて計算するように構成され、この場合、各欠陥の前記Ｚ位置が、基準位置と関連する欠陥の間の前記Ｚ軸に沿った距離である、実施態様１から５のいずれか１つに記載の装置。
【００７７】
実施態様７
前記少なくとも１つの検出器が、前記Ｘ−Ｙ平面に配向され、各欠陥の前記Ｚ位置は以下の関係、Ｌ＝Ｄ／（２＊ｔａｎ（Ａ））を使用して計算され、ここでＤは前記それぞれの第１および第２の干渉縞パターンの前記少なくともＸ、Ｙ位置の間の距離である、実施態様６に記載の装置。
【００７８】
実施態様８
コリメート式で前記基板に向かって前記第１および第２の光源それぞれから、前記第１および第２の光線を当てるように構成された少なくとも１つのコリメートレンズをさらに備え、
前記第１および第２の光源は、第１および第２の光線が前記Ｙ−Ｚ平面において扇状特性を示すように、前記第１および第２の光線それぞれを生成するように構成され、
前記少なくとも１つのコリメートレンズは、前記Ｘ軸と比較して前記Ｙ軸において細長の寸法を有し、かつ、それぞれが前記扇状特性を有する前記第１および第２の光線を、コリメート式で前記基板に向かって当てるように前記Ｙ、Ｚ軸において形成された円柱レンズである、実施態様６または７に記載の装置。
【００７９】
実施態様９
前記第１および第２の光源は、前記第１および第２の光線が、前記Ｙ−Ｚ平面において実質的に＋Ａ角度および−Ａ角度から当てられるように配向された、実施態様８に記載の装置。
【００８０】
実施態様１０
前記第１の光源に対して実質的に垂直方向に位置している入力面を有し、コリメート式で前記基板に向かって前記第１の光源から前記第１の光線を当てるように構成された第１のコリメートレンズと、
前記第２の光源に対して実質的に垂直方向に位置している入力面を有し、コリメート式で前記基板に向かって前記第２の光源から前記第２の光線を当てるように構成された第２のコリメートレンズと
をさらに備え、
前記第１および第２の光源は、前記第１および第２の光線が前記Ｙ−Ｚ平面において扇状特性を示すように、前記第１および第２の光線それぞれを生成するように構成されており、
前記第１および第２のコリメートレンズはそれぞれ、前記Ｘ軸と比較して前記Ｙ軸においてそれぞれが細長の寸法を有し、かつ、それぞれが前記扇状特性を有する第１および第２の光線を、コリメート式で前記基板に向かって当てるように前記Ｙ、Ｚ軸において形成された円柱レンズであり、
前記少なくとも１つの検出器が、
その入力面が前記コリメートされた第１の光線に対して垂直に向くように配向された第１の検出器と、
その入力面が前記コリメートされた第２の光線に対して垂直に向くように配向された第２の検出器と
を含み、さらに、
各欠陥の前記Ｚ位置は、以下の関係、Ｌ＝（Ｓ１―Ｓ２）／（２＊ｃｏｓ（Ａ）＊ｔａｎ（Ａ））を使用して計算され、
Ｓ１は、基準線からまた前記第１の検出器の前記入力面に沿って、前記第１の検出器の前記入力面上の前記第１の干渉から生じる前記第１の干渉縞パターンを表す位置までの距離の表示であり、
Ｓ２は、前記基準線からまた前記第２の検出器の前記入力面に沿って、前記第２の検出器の前記入力面上の前記第２の干渉から生じる前記第２の干渉縞パターンを表す位置までの距離の表示であり、
前記基準線は、前記第１および第２の検出器のそれぞれの入力面がそこで共角であるＸ軸に平行に延在している線の表示であり、
Ｌは、基準面からこのような各欠陥までの垂直距離であり、前記基準面が前記基板に平行である、実施態様６に記載の装置。
【００８１】
実施態様１１
（i）基板が、Ｘ軸において幅寸法を、Ｙ軸において高さ寸法を、またＺ軸において厚さ寸法を有し、前記厚さ寸法が５０マイクロメートルから２５０マイクロメートルであり、（ii）前記Ｘ軸およびＹ軸は、前記基板のそれぞれの第１および第２の対向する主要面に実質的に平行なＸ−Ｙ平面を画定し、また（iii）前記Ｚ軸は、前記装置の対称軸であるように、三次元直交座標系内で前記基板を支持するステップと、
前記基板に向かって前記対称軸から＋Ａ度の角度より第１の光線を当てるステップと、
前記基板に向かって前記対称軸から−Ａ度の角度より第２の光線を当てるステップと、
前記基板を通過し、前記基板の任意の欠陥によって影響を受けた前記第１および第２の光線を検出するステップであって、前記欠陥が約０．３マイクロメートルから約５０マイクロメートルの寸法を有するものであるステップと、
前記欠陥のＸ、ＹおよびＺ位置を計算するステップと
を備える方法。
【００８２】
実施態様１２
前記欠陥が、前記基板の、少なくとも１つの前記第１および第２の対向する主要面上に１つまたは複数の表面欠陥を含み得、
前記表面欠陥の前記Ｘ、ＹおよびＺ位置の前記計算は、前記各表面欠陥が位置するのは、前記基板の前記第１および第２の対向する主要面のどちらの上であるかを確認するのに十分な精度である、実施態様１１に記載の方法。
【００８３】
実施態様１３
最高４０ｃｍ／秒の速さでＸ方向に前記基板を移動させるステップをさらに備える実施態様１１に記載の方法。
【符号の説明】
【００８４】
１０  基板
１２  主要面、第１の主要面
１４  主要面、第２の主要面
２０  欠陥
１００−１  光学システム、システム１００−１
１００−２  光学システム、システム１００−２
１００−３  光学システム、システム１００−３
１００−４  光学システム、システム１００−４
１０２  機構
１０４−１  第１の光源
１０４−２  第２の光源
１０６−１  第１の光線
１０６−２  第２の光線
１０８−１  コリメートされた第１の光線
１０８−２  コリメートされた第２の光線
１０９−１、１０９−２  干渉波面
１１０−１、１１０−２  光学素子、コリメートレンズ
１１２  検出器
１１２−１  第１の検出器
１１２−２  第２の検出器
１１４  プロセッサ
１１６−１、１１６−２  干渉縞パターン
１１８−１  第１のポラライザ
１１８−２  第２のポラライザ
１１９−１、１１９−２  偏光フィルタ
Ａ  角度
２Ａ  角度＋Ａ、−Ａ
ＡＳ  対称軸
Ｄ  距離
Ｌ  垂直距離
Ｐ０  基準線
Ｐ１  第１の干渉縞パターン１１６―１を表している位置
Ｐ２  第２の干渉縞パターン１１６―２を表している位置
Ｓ１  Ｐ０からＰ１までの距離
Ｓ２  Ｐ０からＰ２までの距離
【図１】
2018528396.tif 000003
【図２】
2018528396.tif 000004
【図３】
2018528396.tif 000005
【図４】
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【図５】
2018528396.tif 000007
【図６】
2018528396.tif 000008
【図７】
2018528396.tif 000009
【図８】
2018528396.tif 000010
【国際調査報告】
2018528396.tif 000011
2018528396.tif 000012