CN110261387A - 光学系统、照明模块及自动光学检验系统 - Google Patents
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Abstract
本申请案提供一种光学系统、照明模块及自动光学检验系统。所述光学系统包括扫描反射器模块，其包括：半椭圆反射器，其限定初级及次级焦点位置；及旋转反射器，其定位在所述半椭圆反射器的所述初级焦点位置。
Description
相关申请案的参考
特此参考2018年3月12日申请的标题为“用于自动光学检验的光学系统(OPTICALSYSTEM FOR AUTOMATED OPTICAL INSPECTION)”的第62/641,454号美国临时专利申请案，所述美国专利申请案的揭示内容特此以引用方式并入且特此主张所述美国专利申请案的优先权。
技术领域
本发明涉及用于制造中结构(例如集成电路晶片及平板显示器(FPD))的自动光学检验的光学系统。
背景技术
光学微观检验系统通常用于检测可在电子装置(例如集成电路晶片及平板显示器)的生产中出现的微观缺陷。此类系统通常包括照明源及图像捕获装置，其扫描待检验的样本的整个表面以便形成整个表面的大尺度高分辨率图像。所述系统通常用大约0.5到20μm/像素的分辨率对样本的表面进行成像以便检测微观缺陷。
在经图案化衬底的检验中，例如制造中的平板显示器衬底，其具有通过大量重复的单元限定的图案，缺陷通常通过比较图案中的每一单元的图像与图案中的另一单元的图像来识别。此类检验系统的实例包含由奥宝科技有限公司(Orbotech Ltd)生产的InVisionTM及SupervisionTM系统。
存在用于平板显示器制造的各种众所周知的技术。大多数这些技术包括多步光刻工艺，其中各种薄膜及光敏保护光致抗蚀剂涂层又被施加到玻璃衬底。薄膜可取决于特定工艺步骤为金属、非金属电介质或类似物。平板显示器制造工艺中的各种步骤对气载杂质及其它杂质以及对工艺缺陷是高度敏感的。
平板显示器的常规检验系统使用亮场反射照明来获取图像。缺陷检测尤其依赖于平板上的材料之间的对比度。然而，部分面板材料经设计为透明的，例如ITO(铟锡氧化物)，且在这些材料与面板上的其它材料之间产生合适的对比度可能非常具有挑战性。
一些类型的制造缺陷以宏观尺度发生，且使用所属领域中已知的自动微观检验技术可能不能检测到。此类宏观缺陷尤其可能由于在制造期间晶片或平板衬底变形或工艺不均匀而发生。举例来说，这种缺陷可表现为例如线的特征的位置的稍微移位，或在大的单元群组上的薄膜层的厚度的变化。在微观水平上，每个单元仍可能看起来在参考图像的指定公差内。然而，宏观缺陷仍可能影响最终产品的性能。举例来说，平板显示器中的这种缺陷可导致显示器具有不均匀的亮度。
所属领域中已知的用于宏观缺陷检测的常规方法是基于可见宏观异常的直接检验，例如由人类操作者进行的视觉检验。通常，例如在平板显示器的情况下，以不同角度照明且观察面板以提供不同的照明配置，以便在视觉上搜索从表面衍射的光的变化。衍射特征的变化可指示宏观尺度的不均匀性。这种检验方法很笨拙，且很大程度上取决于个别操作者的技能。
在专利文献中已经描述了用于检测大尺度特征及缺陷的许多方法。举例来说，在PCT专利公开案WO 00/26645中描述了一种用于检测制造中的扁平工件上的宏观缺陷的自动方法，所述专利公开案经转让给本专利申请案的受让人。作为另一实例，在转让给本专利申请案的受让人的PCT专利公开案WO 04/083901中描述了一种用于识别经图案化衬底中的宏观缺陷的自动光学微观检验系统。作为另一实例，美国专利4,589,140描述了一种用于基于存储来自不同放大率但具有基本上相同视场的物体的光学扫描的数字信号掩模信息进行实时检验的方法及设备。将从待在不同放大率下检验的物体的运行扫描获得的数字掩模信息与存储的掩模信息进行比较，以便识别物体的已知或未知部分。作为又一实例，美国专利4,692,943描述了一种用于光学检验物体(例如印刷板)上的二维图案的方法及系统。通过应用一系列逐像素图片操作来检验尺寸及间隔来执行微观检验。同时，通过将扫描的像素与帧组合且通过将其缩小为单个特性图片信息来实施宏观检验。据说这种方法可对微观缺陷及宏观缺陷进行全自动实时检验。
发明内容
如上文描述，现存检验系统提供图像处理方法，其应用到由现存光学微观检验系统生成的微观检验结果以便提取宏观缺陷信息。一般来说，组合不同微观检验图像，且执行重新按比例缩放处理步骤以检测宏观缺陷。
然而，这些技术在光学上不适于检测宏观缺陷(而适于检测微观缺陷)，且因此数字地执行宏观缺陷的检测。此外，这些技术通常不足以检测宏观缺陷，例如衍射Mura、气泡、条纹、帘线、表面不连续及涂层亮度增强膜(BEF)上的污染。需要可由经调适以检测大尺度缺陷的光学系统获得的更多信息。此类缺陷通常由偏光器与玻璃之间俘获的颗粒(例如，灰尘)或纤维污染、通过清理工艺残留物或通过对准层摩擦工艺引起。这些缺陷的存在可导致透过显示器装置的可见不均匀光强度。当由人眼观察时，此不均匀光分布可导致在玻璃面板的缺陷区域与周围正常区域之间的对比度变化。
每一缺陷具有特性标志，其在暗场或亮场照明下显现其自身。更明确来说，在制造期间，衬底通常由薄膜涂覆。衬底与薄膜之间的界面处形成的缺陷可通过使用在衬底与薄膜之间的界面处引起光干涉的亮场照明检测到。接着，衬底可经扫描以收集指示衬底与薄膜之间的界面处的缺陷的光干涉。亮场照明是指其中来自照明源的光的镜面反射照射在与观察物体的传感器相关联的透镜上的照明。此外，形成在衬底的表面上的周期性结构(三维结构)中的缺陷可使用衍射技术通过使用暗场照明检测到。投影的光在经图案化玻璃衬底的表面上产生光栅衍射。暗场照明是指其中来自照明源的光的镜面反射不照射在与观察物体的传感器相关联的透镜上的照明。
因此，所属领域中需要能够使用亮场及暗场检验通道通过广泛范围的各种角度识别宏观缺陷的自动光学检验。还可期望将微观及宏观缺陷检测集成于共同自动光学检验站中。
本发明涉及一种用于针对例如人眼通常可见的相对较大尺度的工艺缺陷的存在及不存光学检测结构中的宏观缺陷的自动光学检验系统/站。此站可为独立的站，或可为在通过共同检验系统对结构处理执行的连续检验步骤中的最终步骤。宏观缺陷检验站操以扫描模式(即，结构固持器及/或光学器件可相对于彼此移位)操作且包含光学系统及检测模块，所述检测模块生成指示宏观缺陷的所扫描的结构的数据图像。术语“宏观缺陷”用于指代影响图案的多个相邻单元的相对较大规模的工艺缺陷，且可能在逐个单元的基础上低于可检测性或重要性的阈值。仅通过实例，在FPD衬底检验的上下文中，宏观缺陷可包含不均匀涂层沉积、不均匀涂层移除、冲洗残渣、化学残留物、沉积在衬底上的光致抗蚀剂的不完全暴露、划痕、线条及嵌入衬底中的颗粒。宏观缺陷检测还可包含Mura检测，其被定义为均匀制造的表面上的不规则亮度变化。Mura通常与没有清晰轮廓或对比度的缺陷相关，这会给观察者带来不愉快的感觉。
根据本发明的广泛方面，提供一种用于通过检测从结构的照明区域返回的光自动光学检验所述结构的光学系统。所述光学系统包括扫描反射器模块，其包括：半椭圆反射器，其限定初级及次级焦点位置；及旋转反射器，其定位在半椭圆反射器的初级焦点位置处。旋转反射器经配置用于接收照明光束且引导其照明定位在次级焦点位置处的结构的特定区域。旋转反射器还经配置用于选择性地在第一及第二操作模式中的任一者中操作以分别用于将所述照明光束直接反射到所述结构的所述特定区域上及将所述照明光束反射到沿半椭圆路径布置的反射元件中的一者上。旋转反射器的第一及第二操作模式可分别对应于亮场检验模式及暗场检验模式或分别对应于暗场检验模式的不同角度。所述第一与第二操作模式之间的选择操作可在使得能够在其它缺陷扫描之间中检测宏观缺陷的特定时间周期执行。所述时间周期可小于1秒。
本发明的光学系统因此可包含亮场及暗场检验通道，其选择性地可操作及利用共同照明模块及共同检测模块。亮场模式可用正常及/或倾斜方案实施，且所述检验基于由从结构(或结构的层)的上表面及下表面镜面反射的光分量形成的干涉图案的检测。
对于暗场检验模式，其利用以各种不同角度的对结构的相同区域进行照明及检测对应的不同衍射图案。通过使用由旋转反射器及半椭圆反射器形成的扫描反射器模块来实施角度扫描。在明场与暗场模式之间的切换由反射器实施，例如，相同的旋转反射器或另一可折叠反射器。
在一些实施例中，所述旋转反射器经配置用于接收照明光束及引导其朝向经配置用于将所述照明光束引导在所述结构的所述特定区域上的所述半椭圆反射器。
在一些实施例中，所述半椭圆反射器包括沿半椭圆路径布置的多个间隔开的反射元件。所述间隔开的反射元件中的每一者经配置用于以与其它角度不同的特定角度朝向所述次级焦点反射所述经反射照明光束。
在一些实施例中，所述半椭圆反射器包括具有半椭圆几何配置的反射表面。所述反射表面经配置用于以任何角度朝向所述次级焦点反射所述经反射照明光束。
在一些实施例中，所述旋转反射器经配置且可操作以围绕特定轴按不同角度旋转借此以不同照明角度引导所述经反射照明光束朝向所述半椭圆反射器，借此实现对被检验的所述结构的扫描。
在一些实施例中，所述旋转反射器经配置用于以高达直角范围内的可变可控角度生成不同照明角度。
在一些实施例中，所述光学系统进一步包括检测模块，所述检测模块经配置用于根据暗场或亮场模式选择性地收集从被照明的所述特定区域返回的光束及生成指示所述特定区域中的宏观缺陷的对应图像数据。
在一些实施例中，所述光学系统进一步包括反射表面，所述反射表面经配置且可操作以从被照明的所述特定区域收集光束及引导所述收集到的光束朝向检测模块。
在一些实施例中，对应于所述亮场模式的所述检测到的光指示由从所述结构中的多个界面镜面反射的光分量形成的干涉图案，所述干涉图案指示所述结构中的折射宏观缺陷。对应于所述暗场模式的所述检测到的光指示通过从所述结构的表面反射形成的衍射图案，所述衍射图案指示衍射宏观缺陷。
在一些实施例中，所述光学系统进一步包括生成所述照明光束的照明模块，所述照明模块包括具有基本上弧形几何形状的弯曲光生成表面。此使得能够消除在所述照明模块的输出处对场透镜的需要。所述光生成表面可由间隔开的发光元件阵列形成或可为连续表面。所述发光元件可为光发射器或导光元件。所述发光元件可包括以下类型中的至少一者的光发射器：LED、激光器、激光二极管、VCSEL或窄带灯，例如钠灯。
在一些实施例中，所述光学系统进一步包括窄带滤光片，所述窄带滤光片定位于将从所述结构返回的光束引导到所述检测模块的集光路径中，借此针对所述系统的亮场及暗场操作模式调整从所述结构的照明区域返回的光束的带宽。
根据本发明的另一广泛方面，提供一种用于通过经由检测模块检测从结构的照明区域返回的光自动光学检验所述结构的照明模块。所述照明模块包括具有基本上弧形几何形状的弯曲光生成表面。所述光生成表面可由间隔开的发光元件阵列形成。所述发光元件可包括光发射器或导光元件。所述发光元件可包括以下类型中的至少一者的光发射器：LED、激光器、激光二极管、VCSEL或窄带灯，例如钠灯。
根据本发明的另一广泛方面，提供一种自动光学检验(AOI)系统，其包括将上文所定义的所述光学系统及上文所定义的所述照明模块中的至少一者用于执行宏观缺陷检测的检验阶段。
在一些实施例中，所述AOI系统经配置用于检验通过至少两个检验阶段的所述结构，所述至少两个检验阶段包含所述宏观缺陷检验阶段之前的至少一个检验阶段。
在一些实施例中，所述AOI系统进一步包括支撑表面，所述支撑表面承载所述光学系统中的至少一者及使所述光学系统相对于通过所述检验系统的所述结构移位；使得宏观缺陷扫描与所述结构的不同区域上的其它缺陷扫描同时执行。
附图说明
为了更好地理解本文揭示的标的物及简化在实践中可实施其的方式，现将仅通过非限制性实例参考附图描述实施例，其中：
图1是本发明的光学系统的简化功能框图说明；
图2是本发明的扫描反射器模块的简化示意性YZ截面图；
图3是根据本发明的一些实施例的光学系统的简化示意性YZ截面图；
图4A是根据本发明的一些实施例的包括利用光学系统的检验阶段的自动光学检验(AOI)系统的示意性XZ截面图；
图4B是根据本发明的一些实施例的包括利用光学系统的检验阶段的自动光学检验(AOI)系统的透视图；
图5示意性地说明根据本发明的一些实施例的具有弯曲光生成表面的照明模块。
具体实施方式
参考图1，其展示表示用于通过检测从本发明的结构的照明区域返回的光自动光学检验所述结构以便提取宏观缺陷信息的光学系统100的框图。光学系统100包括扫描反射器模块102，其包含：半椭圆反射器104，其限定初级及次级焦点位置(例如，焦点平面)；及旋转反射器106，其定位在半椭圆反射器104的初级焦点位置(例如，椭圆的第一轴)处。
旋转反射器(例如，镜)106经配置用于通过接收照明光束且对其直接引导以将照明光束反射到定位在次级焦点位置(例如，椭圆的第二轴)处的结构的特定区域上，或朝向扫描反射器模块102将照明光束反射到半椭圆反射器104上而在照明通道中操作。旋转反射器106经配置用于选择性地在第一及第二操作模式中的一者中操作。所述旋转反射器的所述第一及第二操作模式分别对应于亮场检验模式及暗场检验模式或分别对应于所述暗场检验模式的不同角度。
应理解，当通过基本上亮场照明照明时可更好地观察一些缺陷。其它类型的缺陷可具有更高对比度，且因此，在通过以所选择的角度提供到结构的暗场照明照明时可被更好地观察到。
在提供照明组合的大选择中，通常包含暗场照明的多个组合，且另外包含基本上亮场照明，不同缺陷的对比度可被最大化且噪声可被最小化以便增强在照明配置中的至少一者中观察不同类型缺陷的容易性。亮场模式可操作以检测折射缺陷，而暗场模式的不同角度可操作以检测衍射缺陷。对应于所述亮场模式的所述检测到的光指示由从所述结构中的多个界面镜面反射的光分量形成的干涉图案，所述干涉图案指示所述结构中的折射宏观缺陷。对应于所述暗场模式的所述检测到的光指示通过从所述结构的表面反射形成的衍射图案，所述衍射图案指示衍射宏观缺陷。
在特定且非限制性实例中，衍射缺陷可包含由用作2D光栅的模拟的平板显示器单元阵列的无序引起的缺陷(即，光栅的临界尺寸的局部变化)。此无序可为单元大小的稍微局部变化或线宽的稍微局部变化。因为不同光栅具有优选衍射角度，所以本发明的光学系统包括若干操作模式(至少两个)，包含以不同可变可控照明角度的暗场检验模式。在特定且非限制性实例中，暗场检验模式可包含从0°一直到直角的六个分离的暗场入射角度。
不同操作模式之间的转变可由控制单元(未展示)执行，所述控制单元经配置用于根据待检验的结构及待检测的缺陷类型选择适当模式。适当角度可根据结构的图案(衍射光栅)选择。应注意，本发明的光学系统的配置使得能够在小于至少1秒(例如，0.3秒)的极短时间周期内在不同操作模式之间转变。
控制单元包括软件组件，其可(若需要)以ROM(只读存储器)形式实施。替代地，软件组件可通常使用常规技术实施于硬件中(若需要)。在任何操作模式中从结构的照明区域返回的光由共同检测模块108直接收集或经由额外反射表面(未展示)收集。检测模块108包含传感器(例如，区域传感器(例如CMOS)或线传感器)，其可为或可不为本发明的光学系统100的部分。所述检测模块经配置用于根据暗场或亮场模式收集从被照明的区域返回的至少一个光束及生成指示特定区域中的宏观缺陷的对应图像数据。检测模块108因此经配置用于捕获在各种照明配置下的结构的图像。检测模块108的传感器经配置以收集不同操作模式的扫描且具有在相同扫描中支持若干不同照明角度的能力。
光学系统100因此经配置用于执行对具有大像素尺寸(例如，约100到400μm)的宏观缺陷的自动扫描，从而提供指示所扫描的结构的宏观缺陷的图像数据。本发明不限于待检验的任何结构。举例来说，待检验缺陷的结构可为印刷电路板(PCB)、多芯片模块(MCM)、集成电路(IC)、主光罩质量鉴定(RQ)、不同类型的平板显示器(FPD)及类似物。本发明的光学系统100对平板显示器(例如，对于TV/蜂窝电话)的扫描尤其有用。在特定且非限制性实例中，所述结构可为关于特定波长范围的光学透明的经图案化结构，或光致抗蚀剂图案已经制作以用于检测光致抗蚀剂掩模层处的缺陷之后的金属层。本文展示及描述的光学系统结合最先进技术的检验系统尤其有用，例如来自以色列亚夫涅(Yavne)的奥宝科技有限公司的市售奥宝科技QuantumTM自动光学检验系统系列(https://www.orbotech.com/ products/categories/fpd/automated-optical-inspections)。
参考图2，其展示本发明的扫描反射器模块102的示意性YZ截面图。扫描反射器模块102包括半椭圆反射器104及旋转反射器106，半椭圆反射器104在此实施例中具有沿半椭圆路径布置的多个间隔开的反射元件104A且一起限定初级焦点平面F1及次级焦点平面F2，旋转反射器106定位在半椭圆反射器104的初级焦点平面处。旋转反射器106经配置用于从照明源接收照明光束且将照明光束反射到沿半椭圆路径布置的反射元件104A中的一者上。旋转反射器106围绕特定轴按不同角度旋转借此引导照明光束朝向不同反射元件。替代地，尽管在图中未明确展示，但半椭圆反射器包括一个反射表面，其具有半椭圆几何形状且经配置用于朝向次级焦点以任何所要角度反射经反射照明光束。所述旋转反射器经配置且可操作以依不同照明角度引导所述经反射照明光束朝向所述反射表面，借此实现对被检验的所述结构的扫描。在此配置中，不同角度之间的转变是连续的。投射到半椭圆反射器上的任何角度的照明经反射朝向待检验的结构。
在结构的扫描期间，旋转反射器106旋转以从操作模式循序地转到另一模式。当旋转反射器106以特定角度定位时，照明光束达到半椭圆反射器104的特定反射元件104A或特定不同部分。在每一操作模式下，旋转反射器106以不同角度旋转使得其将照明光束反射到半椭圆反射器104的特定不同反射元件/部分104A上。所选择的反射元件/部分104A将照明光束引导到结构上到半椭圆的第二轴。换句话来说，每一反射元件/部分经配置用于将照明光束聚集到次级焦点平面上。半椭圆反射器104因此经配置用于在亮场或暗场模式中以不同角度选择性地照明被定位在与半椭圆反射器104的次级焦点平面相交的平面处的经图案化结构的特定区域。
参考图3，其展示根据本发明的一些实施例的光学系统300的示意性YZ截面图。如所说明，旋转镜106接收由照明源310生成的照明光束且引导照明光束照明半椭圆反射器104的特定反射元件/部分。为了在不同操作模式下检验结构，旋转反射器106定位于从照明源310传播的初始光束Linit的光学路径中的平面中且经安装以围绕初始光束Linit的传播轴旋转，使得旋转反射器106的不同角位置对应于通常在Lrefl处不同地反射的光束，借此以不同照明角度引导照明光束朝向不同反射元件/部分。在特定且非限制性实例中，对于亮场照明，旋转镜106相对于X轴的旋转角度高达60°。对于不同暗场照明，旋转镜106相对于X轴的不同旋转角度可在约30°到60°的范围内。
在一些实施例中，间隔开的反射元件中的每一者经配置用于以与其它角度不同的特定角度朝向次级焦点平面反射照明光束。在此特定实例中，反射元件BFR中的一者在亮场模式中在系统操作中用于光束引导，而其它反射元件DFR是在暗场模式中的系统操作元件。替代地，如上文描述，反射表面经配置用于以任何角度朝向次级焦点平面反射照明光束。反射表面的至少一部分在亮场模式中在系统操作中用于光束引导，而其它部分用于暗场模式中的系统操作。
在任何操作模式中，从结构上的照明区域R返回且沿集光/检测通道传播的光束与引导收集到的光束朝向检测模块312的反射表面314相互作用。
在特定且非限制性实例中，结构的特定区域可沿数百毫米的x轴尺寸具有横截面。在这一点上，应注意，相对较大的结构尺寸在结构与检测模块312之间需要长距离来保持视场的中心与边缘之间的低主光线角度变化。此特定配置提供集光/检测通道的光学路径的折叠，这优化了光学系统的尺寸及重量。检测模块312相对于结构稍微倾斜，这允许针对亮场及暗场检验通道两者与共同照明模块及检测模块一起操作。反射表面314容纳在折叠集光/检测通道的光学路径的特定位置处使得检测模块312的焦点平面是所述结构的照明区域R。
照明模块310可包括光发射器，例如LED、激光器、激光二极管、窄带灯(例如钠灯)或VCSEL或导光元件(例如光纤)。如上文描述，因为折射缺陷的检测是基于干涉测量效果，所以为了改进折射缺陷的对比度，可实施窄带照明。衍射及干涉效果在低带宽下具有更好的对比度。在集光/检测通道(例如，1到3nm)中存在窄带滤光片显著改进由干涉或衍射效果造成的缺陷对比度。窄带滤光片经配置以减小照明带宽且增加缺陷对比度。此配置使得能够使用具有相对较低F数目(例如，F/0.95)的检测模块，从而在深暗场角度下以高速扫描(高达1500mm/sec)提供良好光预算。使用激光器或VSCEL消除了对使用此窄带滤光片的需要。
本发明的光学系统可用作独立系统或可经并入于执行其它扫描缺陷检测的自动光学检验(AOI)系统中。参考图4A，其展示根据本发明的一些实施例的包括将光学系统300用于执行宏观缺陷的检测的检验阶段的自动光学检验(AOI)系统400的示意性XZ截面图。AOI系统400检验通过至少两个检验阶段的结构，所述至少两个检验阶段包含宏观缺陷检验阶段之前的至少一个检验阶段。AOI系统400可包括支撑表面410，其承载光学系统300且使光学系统300相对于通过检验系统的结构移位。在此特定且非限制性实例中，支撑表面410使光学系统300移位以在Z轴上进行扫描。
在一些实施例中，本发明提供集成宏观缺陷检验站与微观缺陷检验站及验证站的操作，所述验证站在检测到缺陷之后验证缺陷且例如使用高分辨率视频监测器显示缺陷。在这一点上，参考图4B，其展示根据本发明的一些实施例构造且操作的扫描自动光学检验(AOI)系统500的透视图。
AOI系统500包括根据本发明的一些实施例的将本发明的光学系统用于执行宏观缺陷检测的检验阶段。AOI系统500可被提供在制造设备内以在制造步骤完成之后且在将结构转移到其它制造设备之前检验所述结构。在此特定且非限制性实例中，未展示光学系统，这是因为展示了承载光学系统的支撑表面410的俯视图。自动光学检验(AOI)系统500可通常类似于来自以色列亚夫涅的奥宝科技有限公司的市售SuperVisionTM或QuantumTM自动光学检验系统，除非下文明确描述。自动光学检验(AOI)系统500通常包含工作台，例如气浮式台520，结构530被安装在气浮式台520上以沿着y轴550运动。AOI系统500还可包括计算机(未展示)，其分析图像以自动检测缺陷。光学桥560支撑经安装以沿x轴540运动的一或多个光学头570，且包括相机子单元阵列。光学头570检验结构的特定区域R1，而本发明的光学系统同时检验所述结构的另一区域R2。在特定且非限制性实例中，所述结构在Y轴上移动且光学头570在X轴上扫描。然而，本发明不限于任何扫描配置，且也可应用任何其它扫描选项实施方案。宏观缺陷的扫描可因此与结构的不同区域上的其它缺陷的扫描同时执行。以此方式，实施适当的扫描模式，其中宏观缺陷扫描可与微观检验扫描及验证步骤同时执行，同时这些不同检验同时应用到结构的不同区域。在特定且非限制性实例中，在其中执行五次或六次微观检验扫描的时间周期期间执行两次宏观检验扫描。此扫描数目足以扫描结构的整个区域。宏观检验扫描的时间周期由微观检验缺陷所需的扫描数目定义。
AOI系统500还可包括视频站，其用于验证缺陷的位置。在特定且非限制性实例中，验证步骤应用到已通过微观检验扫描且被标记为具有潜在微观缺陷的结构的区域R1的选择性位置。接着，将宏观检验扫描应用到已通过视频站的结构的整个区域R1。视频及微观检验扫描分别同时应用到结构的第二区域及第三连续区域的选择性位置。
AOI系统500的配置提供组合于相同系统及相同扫描中的微观及宏观缺陷的扫描。此外，如上所述，本发明的光学系统的配置使得能够在小于1秒内在不同操作模式之间转变，这提供在微观检验扫描切片之间中改变宏观检验缺陷的操作模式的能力。因此，AOI系统500的新颖配置提供指示相同扫描中的衍射及折射缺陷两者的宏观图像。
参考图5，其展示根据本发明的一些实施例的照明模块320的可能配置。本发明的新颖照明模块320包括弯曲光生成表面322。弯曲光生成表面322经配置用于生成以特定均匀性照射在所检验的结构上的照明光束。照明光束可沿照明路径投射或可为具有特定面积大小的光点。在此特定且非限制性实例中，弯曲光生成表面322具有弧形几何形状。弯曲光生成表面322由所说明的间隔开的发光元件阵列324形成或由连续表面(未展示)形成。如果弯曲光生成表面322由间隔开的发光元件阵列324形成，那么发光元件324可为单独可控的。此新颖配置消除了对场透镜的需要，这是因为生成表面322的几何弯曲形状使得能够以相对较窄的立体角引导全部照明光束。几何弯曲形状的半径由照明模块与检测模块之间的距离确定。以此方式，照明模块的弧形几何形状使得能够匹配检测模块的成像透镜的主光线。
Claims (27)
1.一种用于通过检测从结构的照明区域返回的光自动光学检验所述结构的光学系统，所述光学系统包括扫描反射器模块，所述扫描反射器模块包括：半椭圆反射器，其限定初级及次级焦点位置；及旋转反射器，其定位在所述半椭圆反射器的所述初级焦点位置处；其中所述旋转反射器经配置用于接收照明光束且引导其照明定位在所述次级焦点位置处的所述结构的特定区域；其中所述旋转反射器经配置用于选择性地在第一及第二操作模式中的任一者中操作以分别用于将所述照明光束直接反射到所述结构的所述特定区域上及将所述照明光束反射到沿着所述半椭圆路径布置的所述反射元件中的一者上。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述旋转反射器经配置用于接收照明光束及引导其朝向经配置用于将所述照明光束引导在所述结构的所述特定区域上的所述半椭圆反射器。
3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中所述旋转反射器的所述第一及第二操作模式分别对应于亮场检验模式及暗场检验模式或分别对应于所述暗场检验模式的不同角度。
4.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中所述半椭圆反射器包括沿着半椭圆路径布置的多个间隔开的反射元件；所述间隔开的反射元件中的每一者经配置用于以与其它角度不同的特定角度朝向所述次级焦点反射所述经反射照明光束。
5.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中所述半椭圆反射器包括具有半椭圆几何配置的反射表面；所述反射表面经配置用于以任何角度朝向所述次级焦点反射所述经反射照明光束。
6.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中所述旋转反射器经配置且可操作以围绕特定轴按不同角度旋转而借此以不同照明角度引导所述经反射照明光束朝向所述半椭圆反射器，借此实现对被检验的所述结构的扫描。
7.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中所述旋转反射器经配置用于以高达直角范围内的可变可控角度生成不同照明角度。
8.根据权利要求3所述的光学系统，其包括检测模块，所述检测模块经配置用于根据暗场或亮场模式选择性地收集从被照明的所述特定区域返回的光束及生成指示所述特定区域中的宏观缺陷的对应图像数据。
9.根据权利要求1或2所述的光学系统，其进一步包括反射表面，所述反射表面经配置且可操作以从被照明的所述特定区域收集光束及引导所述收集到的光束朝向检测模块。
10.根据权利要求3所述的光学系统，其中对应于所述亮场模式的所述检测到的光指示由从所述结构中的多个界面镜面反射的光分量形成的干涉图案，所述干涉图案指示所述结构中的折射宏观缺陷。
11.根据权利要求3所述的光学系统，其中对应于所述暗场模式的所述检测到的光指示通过从所述结构的表面反射形成的衍射图案，所述衍射图案指示衍射宏观缺陷。
12.根据权利要求1或2所述的光学系统，其进一步包括生成所述照明光束的照明模块，所述照明模块包括弯曲光生成表面。
13.根据权利要求12所述的光学系统，其中所述弯曲光生成表面具有基本上弧形几何形状。
14.根据权利要求12所述的光学系统，其中所述光生成表面由间隔开的发光元件阵列形成或是连续表面。
15.根据权利要求14所述的光学系统，其中所述发光元件包括光发射器或导光元件。
16.根据权利要求14所述的光学系统，其中所述发光元件包括以下类型中的至少一个类型的光发射器：LED、激光器、激光二极管、VCSEL、窄带灯、钠灯。
17.根据权利要求3所述的光学系统，其进一步包括窄带滤光片，所述窄带滤光片定位于将从所述结构返回的光束引导到所述检测模块的集光路径中，借此针对所述系统的亮场及暗场操作模式调整从所述结构的照明区域返回的光束的带宽。
18.根据权利要求1或2所述的的光学系统，其中所述结构的所述特定区域具有数百毫米的大小。
19.根据权利要求1或2所述的光学系统，其中所述第一与第二操作模式之间的所述选择性操作在使得能够在其它缺陷扫描之间中检测宏观缺陷的特定时间周期执行。
20.根据权利要求19所述的光学系统，其中所述特定时间周期小于1秒。
21.一种用于通过经由检测模块检测从结构的照明区域返回的光自动光学检验所述结构的照明模块；所述照明模块包括具有基本上弧形几何形状的弯曲光生成表面。
22.根据权利要求21所述的照明模块，其中所述光生成表面由间隔开的发光元件阵列形成。
23.根据权利要求21或22所述的照明模块，其中所述发光元件包括光发射器或导光元件。
24.根据权利要求21所述的照明模块，其中所述发光元件包括以下类型中的至少一个类型的光发射器：LED、激光器、激光二极管、VCSEL、窄带灯、钠灯。
25.一种自动光学检验AOI系统，其包括检验阶段，所述检验阶段将根据前述权利要求中任一权利要求所述的光学系统及根据前述权利要求中任一权利要求所述的照明模块中的至少一者用于执行宏观缺陷检测。
26.根据权利要求25所述的AOI系统，其经配置用于检验通过至少两个检验阶段的结构，所述至少两个检验阶段包含所述宏观缺陷检验阶段之前的至少一个检验阶段。
27.根据权利要求25或权利要求26所述的AOI系统，其包括支撑表面，所述支撑表面承载所述光学系统中的至少一者及使所述光学系统相对于通过所述检验系统的所述结构移位；使得宏观缺陷扫描与所述结构的不同区域上的其它缺陷扫描同时执行。
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