JP2008529065A - トラッキングオートフォーカスシステム - Google Patents

Abstract

トラッキングオートフォーカスシステムは、別途必要なオートフォーカス時間をなくすよう、ＴＦＴアレイを向いた顕微鏡の継続的な合焦状態を維持する。トラッキングオートフォーカスシステムは、顕微鏡Ｚアクチュエータ、オートフォーカスセンサ、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）、信号調整器、デジタル比例積分／微分（ＰＩＤ）コントローラ、および、デジタルアナログコンバータを一部含む。アクチュエータは、顕微鏡の対物レンズとターゲットとの間の距離を調整し、増幅器、リニアモータ、および、位置フィードバックを提供するリニアエンコーダを一部含む。ＡＤＣおよび信号調整器を伴うオートフォーカスセンサは、顕微鏡の対物レンズとターゲットとの間隔を継続的にモニタしかつ検出し、測定された距離を増幅器に供給する。ＤＡＣを伴うＰＩＤコントローラは、最適な焦点を維持すべく、顕微鏡の対物レンズとターゲットとの間隔を安定させる。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶（ＬＣ）技術に基づくフラットパネルディスプレイに関し、より詳しくは、そのようなディスプレイ上に形成される構成部品を検査することに関する。本出願は、２００５年１月２１日出願の「トラッキングオートフォーカスシステム」と題された米国出願番号第６０／６４６、１１９号の米国特許法第１１９条に基づく優先権を主張し、その内容は参照によりそのまま本明細書に組み込まれるものとする。

ＬＣディスプレイの製造において、薄いガラスの大きな透明板が薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイを堆積させる基板として用いられる。通常、１つのガラス基板内にはいくつかの個別のＴＦＴアレイが含まれ、ＴＦＴパネルと呼ばれることもある。

ＴＦＴパターンの堆積は、多数の段階において実行される。各段階では、特定の材料（金属、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、結晶シリコン、アモルファスシリコンなど）が予め決められたパターンに従い、前の層（またはガラス）の上部に堆積される。各段階は、通常、堆積、マスキング、エッチング、ストリッピングなどの多数のステップを含む。

それらの各段階および各段階の中の様々なステップの間に、ＬＣＤの完成品の電気および／または光学性能に影響を及ぼしかねない多くの生産欠陥が生じ得る。このような欠陥は図１に示すような、ＩＴＯ１１２内への金属突起１１０、金属１１６へのＩＴＯ突起１１４、いわゆるネズミ咬傷１１８、開回路１２０、トランジスタ１２４内のショート１２２、および、異質粒子１２６を含むが、これに限定されない。他の欠陥は、マスクの問題、および、オーバーまたはアンダーエッチングを含む。

ＴＦＴの堆積プロセスが厳密に制御されていても、欠陥の発生は避け難い。このことは、製品収量を制限し、逆に生産コストは引き上げる。一般的に、ＴＦＴアレイは、臨界堆積段階に続き、１つ、または、複数の自動光学検査（ＡＯＩ）システムを用いて、また、完成したＴＦＴアレイを試験するアレイチェッカー（ＡＣ）とも呼ばれる光電検査機により検査される。一般的に、ＡＯＩおよびＡＣシステムは、欠陥座標を提供する。ただし、それらは、欠陥を致命的なもの、修復可能なもの、または、ＴＦＴアレイ性能には影響しないちょっとした欠点（いわゆるプロセス欠陥）であると分類するのに必要な高解像度は提供しない。欠陥座標情報は、アレイセーバ（ＡＳ）とも呼ばれるＴＦＴアレイ補修ツールに伝えられ、このような分類は、従来、ＴＦＴアレイ補修機のオペレータにより手動で行われていた。

プレートごとの平均欠陥数は、ＴＦＴアレイの製造業者ごと、製造プラントごとによって異なる。一般的に、ＴＦＴアレイ製造ライン内の欠陥チェックおよび補修容量は、第７世代プレートごとに３００から４００の欠陥を処理する大きさに設定される。一般的にプレートごとの欠陥の５から１０パーセントは、補修が必要であるとされている。

ＴＦＴアレイの形状は、一般的に非常に小さいので（通常サブピクセルサイズは８０x２４０μｍ）、欠陥が補修可能であるかどうか決定すべく、欠陥チェックは、顕微鏡を用いて実行される。顕微鏡の視野は、プレートサイズ（通常２．１x２．４ｍ）と比較して小さい（１００x１００μｍから２x２ｍｍの範囲）。図２に示すように、顕微鏡は、正確なＸＹステージに設定されることにより、１つの欠陥から他の欠陥へと送られることができるかもしれない。欠陥座標は、ＡＯＩおよびＡＣ検査システムにより早期に実行される検査によりわかる。欠陥チェックおよび補修の間、ガラスプレートは、真空チャックによりＸＹステージの下に固定されたままである。チェックに続き、補修可能な欠陥は、レーザトリミング、レーザ溶接により、または、通常化学気相成長（ＣＶＤ）技術を用いて開いた線形欠陥を架橋することにより、一般的に処理される。

高倍率の場合、顕微鏡の焦点範囲の深度は、例えば、＋／−０．６ミクロンくらいに小さくできる。検査または補修光学系に関するプレートのＺ位置などの維持は、例えば、（ａ）比較的大きいプレートサイズ、（ｂ）プレートの厚みの変化、（ｃ）ＸおよびＹにおける移動の際の検査／補修ステージにおける非ゼロＺ変化、および、（ｄ）プレート一体におけるプレートホルダ(チャック)内の非ゼロＺ変化などの理由により難しい。結果として、新たな欠陥の位置へ送られた後、顕微鏡は、欠陥を調べるための鮮明な画像を提供すべく、また、正確なレーザトリミングを容易にするのに必要なレーザスポットサイズを獲得すべく、再合焦される必要がある。したがって、顕微鏡の合焦は、常に新たな欠陥位置で実行され、自動的に行われる。一般的に、オートフォーカス動作は、ほぼ秒オーダーで持続する。この期間、計測器は、欠陥検査にもレーザトリミングにも使用されず、アイドル状態のままである。一般的に、１プレートあたり４００の欠陥があると、オートフォーカスは、計測器のアイドルタイムのほぼ４００秒を消費する。アイドルタイムは、計測器の利用効率を徐々に損なう。アレイサーバ機器が自動欠陥補修能力を備えている場合、すなわちオペレータの援助がいらない補修の場合、オートフォーカス期間を縮小するかまたはいらないことが特に重要になる。

図２は、典型的なＴＦＴアレイ補修機を示す。図２では、参照符号２０２、２０４、２０６、２０８、および、２１０は、花崗岩基盤、構台提供Ｙ運動、Ｘ運動キャリッジ、合焦用Ｚ方向移動可能な顕微鏡およびレーザツール、および、ガラスプレートを支持かつ固定するよう適合されるチャックをそれぞれ定義する。

既知のＴＦＴアレイ補修、または、アレイセーバー機器では、顕微鏡がチェック画像を記録し、かつ、それらをモニタ上でオペレータに表示するためのエリアスキャン電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラを備えているものもある。記録された画像のデジタル画像処理（ＤＩＰ）は、焦点の自動補正が必要な度に関する情報を抽出すべく、順次用いられる。いくつかのＤＩＰアルゴリズムは、焦点品質判定基準（ＦＱＣ）を導くべく広く用いられている。それらアルゴリズムのほとんどは、鮮明で焦点の合った画像は、高空間周波数成分の最高の内容を表すという観測に基づいている。典型的なＤＩＰアルゴリズムは、ｉ）画像強度の正規化、ｉｉ）高域デジタルフィルタの画像への適用（例えばラプラシアンオペレータ）、ｉｉｉ）絶対値オペレータのフィルタ画像への適用、および、ｉｖ）処理された画像のＦＱＣ値を得るためのすべての画素強度の積分（合計）、という工程を含む。

図３は、顕微鏡対物レンズの垂直（Ｚ）位置の関数としての、最適な焦点位置を中心とした±２０ミクロンメートルの範囲のアレイ画像から導出されたＦＱＣを示す。倍率ｘ２０の対物レンズ、および開口数０．４２を用い、図３が得られる。曲線の各ドットは、個別の画像に対応する。図３の例では、視覚的に最適と判断された焦点は、−２．５ミクロンメートルにおけるＦＱＣ最大値と一致する。

ＤＩＰに基づくオートフォーカス方法は、比較的簡単で安価であり、さらなるハードウェアも必要としないが、多くの欠陥を生じる。そのうちのいくつかは後ほど説明する。第１に、ＦＱＣを計算するために撮像されたシーンには、高コントラスト特徴が必要である。したがって、ＤＩＰ法は、ブランク、または、ほとんどブランクの画像だと失敗する。第２に、ＦＱＣの単一のサンプルは、顕微鏡が最適な焦点を上回るのか下回るのかを示さない。また、最適な焦点位置を為し得る距離を決定するには、ＦＱＣの単一のサンプルでは不十分である。したがって、ＤＩＰ法は、最適な焦点を導き出す２つ以上の画像を必要とする。第３に、比較的狭い範囲（例えばｘ２０対物レンズでは±２０ミクロンメートル）外では、ＦＱＣは、モノ単調でなくなる。このように、ＦＱＣの偶数倍サンプルが最適な焦点位置への方向を示すことはあまりない。

上記のいくつかの欠陥を克服すべく、顕微鏡は、最適な焦点位置の既知の側に確実に位置するように、最適な焦点位置から十分遠くへ移動する。ＦＱＣ曲線は、顕微鏡が最適な焦点位置に向かって移動するのに並行して獲得される。このプロセスの間に、顕微鏡は最適な焦点位置を通り越し、関連するＦＱＣ曲線の最大ポイントを確実に見つける。ＦＱＣの最大点は、合焦精度を向上させるべく通常獲得されたＦＱＣサンプルのポイント間の補間を用いることにより計算される。次に、顕微鏡は、計算されたＦＱＣ最大点に対応する位置に対し後退されることにより、最適に近い焦点位置がもたらされる。

よく知られているように、上述の開発にも関わらず、ＤＩＰ法は、速度が遅く、必要なオートフォーカス範囲およびＣＣＤカメラフレーム率に従い、オートフォーカスを完了するのに１から５秒かかることもある。例えば、要求されるオートフォーカス範囲が±１５０ミクロンメートルの範囲である場合、ＦＱＣは、５ミクロンメートルごとにサンプリングされ、カメラフレーム率は、毎秒３０フレームとなり、その範囲で獲得されるＦＱＣは、２秒より速くはできない。

ＦＱＣのサーチを最適化する１つの方法は、オートフォーカス時間を縮小するよう、ＦＱＣ最大値を見つけるために要求されるＦＱＣのサンプル数を減少させることである。このようなサーチは、オートフォーカス範囲全体に比較的大雑把で速いサーチを実行し、続いて最適な焦点ポイントの近くで細密なサーチを実行することにより成し遂げられる。しかしながら、最適化されたサーチをもってしても、一秒を下回るオートフォーカス時間は達成できないこともある。

他のよく知られた技術によれば、画像をデジタル処理する代わりに、アナログコンポジットビデオ信号がアナログ高域フィルタによって処理され、その後、ＦＱＣを計算するためにデジタル化される。
この技術は、ＦＱＣ曲線を獲得するために必要な計算量を減らすが、ＦＱＣ曲線は画像ごとにサンプリングされる必要があるので、ＤＩＰ技術と同じ欠点が生じてしまう。これらの技術を用いて成し得るオートフォーカス時間は、ほぼ１秒である。

図４は、ラインスキャンＤＩＰセンサ（ＬＳ−ＤＩＰ）と呼ばれる他のＤＩＰ法に基づくオートフォーカスセンサの概略図である。図４では、参照符号４０２は、欠陥チェックカメラ（エリアスキャンＣＣＤ）を表し、参照符号４０４は、構造光照明物体平面を表わし、参照符号４０６は、チューブレンズを表わし、参照符号４０８は、ラインスキャンＣＣＤセンサビームスプリッタを表わし、参照符号４１０は、構造光照明ビームスプリッタを表わし、参照符号４１２は、顕微鏡対物レンズを表わし、参照符号４１４は、構造光照明物体平面を表わし、参照符号４１６は、物体平面を表わし、参照番号４１８は、ラインスキャンカメラチューブレンズを表わし、参照符号４２０は、ラインスキャン画像センサにおける構造光照明物体平面の画像を表し、参照番号４２２は、ラインスキャン画像センサを表わし、参照符号４２４は、構造光投影チューブレンズを表わし、参照番号４２６は、スリットアレイを表わし、参照符号４２８は、高強度光源（例えばスーパールミネッセントダイオード）を表わし、参照符号４３０は、物体平面に投影された構造光の拡大図を表わし、参照符号４３２は、ラインスキャン画像センサ上に結像される物体平面の断面を表す。

ＬＳ−ＤＩＰ技術は、前述のＤＩＰ法に類似した原理に基づく。この技術は、顕微鏡をＺ軸に沿い移動させ、その後、ＦＱＣ曲線最大値に対応する合焦Ｚ座標を計算することにより獲得されるＦＱＣ曲線を必要とする。オートフォーカス時間は、ＦＱＣを獲得するためのエリアスキャンアレイに代わり、ラインスキャンセンサを用いることにより、幾分短縮される。例えば、４０ＭＨｚ画素クロックの５１２画素ラインスキャンセンサは、１５マイクロ秒ごとに読み取ることができ、これは、毎秒６６、６６６フレームに対応する。このフレーム率を用いると、ＦＱＣ曲線を獲得するのに必要な時間は、カメラフレーム率よりむしろＺ（合焦）運動アクチュエータの速度によって決まるようになる。ラインスキャン画像センサ上に結像される物体平面の断面が、有意なＦＱＣを計算するために十分な数の高コントラスト特徴を含む保証はないので、構造光パターンは、物体平面上に投影される。物体平面上に構造光を投影すると、ＬＳ−ＤＩＰ法は、特徴のない物体平面上でも使用できるようになる。一般的に，ＬＳ−ＤＩＰ法でのオートフォーカスは、ほぼ０．５秒必要である。

オートフォーカスに基づく従来のＤＩＰ法は、ＦＱＣ曲線を獲得するべく、Ｚ軸に沿うスキャンを必要とする共通の不利点がある。スキャン期間では、顕微鏡の合焦状態は未決定であり、オートフォーカスシーケンスは、新たな欠陥のチェック位置に到達した場合のみ起動される。したがって、オートフォーカス時間は、常にチェックプロセスに遅れをとる。さらに、ＤＩＰ方法は、ＸＹ平面内で顕微鏡が動作する間は、合焦を維持することができないので、画像が不鮮明になるのを防ぐべく、顕微鏡の動作を止めるストロボ照明によるオンザフライの高速欠陥画像の取り込みには適さない。

本発明に従い、顕微鏡は、別途必要とされるオートフォーカス時間をなくすべく、継続的に合焦状態が維持される。合焦位置は、顕微鏡が静止しているか動作しているかに関わらず、検査を受けているＴＦＴアレイのようなターゲットプレートに位置している限り維持される。

本発明に従う連続合焦モードに顕微鏡を維持するトラッキングオートフォーカスシステムは、一部、顕微鏡Ｚアクチュエータ、オートフォーカスセンサ、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）、信号調整器、デジタル比例積分／微分（ＰＩＤ）コントローラ、および、デジタルアナログコンバータを含む。

アクチュエータは、顕微鏡の対物レンズとターゲットとの間の距離を調整するよう適合され、増幅器、リニアモータ、および、位置フィードバックを提供するリニアエンコーダを一部含む。ＡＤＣおよび信号調整器を伴うオートフォーカスセンサは、顕微鏡の対物レンズとターゲットとの間の距離を継続的にモニタしかつ検出し、測定された距離を増幅器に供給するよう適合される。ＤＡＣを伴うＰＩＤコントローラは、最適な焦点を維持すべく、顕微鏡の対物レンズとターゲットとの間隔を安定させる。

増幅器、ＰＩＤ、ＤＡＣ、および、アクチュエータにより形成される制御ループは、予め定義された値と検出されたＺ位置との間のエラーεを最小化するよう適合される。所定のガラスの厚みに対し、予め定義された値は、一定に維持され、ほぼ合焦位置に対応する。例えばガラスの厚みにおける変化を補正するには、予め決められた値は、ガラスの厚みなどの変化を考慮して動的にアップデートされる。

本発明の一実施形態に従い、実質的な一定の距離は、制御ヘッドと、試験および／または補修を受けるターゲット表面との間で維持される。これを達成すべく、非接触センサ（または本願明細書中ギャップセンサとも呼ぶ）は、制御ヘッドとターゲット表面との間の距離を継続的に測定するサーボ制御システムは、測定された距離を受信し、それに応じて、ターゲット表面に関する制御ヘッドの位置をそれらの間の一定の距離が実質的に維持されるよう変化させる。

一実施形態では、制御ヘッドは、顕微鏡および／または補修ユニットを含み、ターゲット表面は、プレート上に形成されたＴＦＴアレイである。このような実施形態では、顕微鏡は、ＴＦＴアレイに向けられている間は継続的に合焦状態を維持しており、それによって、ＴＦＴアレイプレート全体の各関心の場所に再合焦するためにかかる時間を省く。このような実施形態では、顕微鏡の焦点深度内の許容範囲に収まるよう、顕微鏡とプレートとの実質的な一定距離を維持することが望ましい。以下に、制御ヘッドが顕微鏡である実施形態を参照して説明するが、制御ヘッドは、レーザトリミングデバイスなどの他の検査または補修デバイスを含んでもよいことはいうまでもない。

図５を参照すると、顕微鏡は、図５に示すような顕微鏡Ｚアクチュエータ５２０、非接触ギャップまたは高さ（本願明細書中オートフォーカスＡＦともいう）センサ５４２、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）５４４、信号調整器５４６、デジタル比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ５４８、デジタルアナログコンバータ５５０を一部含むトラッキングサーボ制御システムによりオードフォーカスモードで維持される。

顕微鏡Ｚアクチュエータ５２０は、顕微鏡対物レンズとターゲットとの間の距離を調整するよう適合され、増幅器５０２、リニアモータ５０４、および、位置フィードバックを提供するリニアエンコーダ５０６を一部含むように示される。非接触ギャップセンサ５４２は、ＡＤＣ５４４および信号調整器５４６と共に、顕微鏡対物レンズとターゲットとの間の距離を継続的にモニタしかつ測定し、また、測定された距離をコントローラ５６０に供給するよう適合される。ＤＡＣ５５０を伴うＰＩＤコントローラ５４８は、最適な焦点を維持すべく、顕微鏡対物レンズとターゲットとを隔てる間隔を安定させるよう適合される。

コントローラ５６０、コンパレータ５６５、ＰＩＤ５４８、ＤＡＣ５５０およびＺアクチュエータ５２０により形成される制御ループは、コントローラ５６０にも供給される予め定義された（以下設定ともいう）値とギャップセンサ５４２、ＡＤＣ５４４および信号調整器５４６により供給されるときの測定されたＺ位置との間のエラーεを最小化すべく適合される。信号調整器５４６は、要求される精度、解像度および繰返し性を提供するよう、ＡＤＣ５４４から受信した信号を線形化するよう適合される。所定のガラスの厚みに対し、設定値は、一定に維持され、焦点位置の近似関数に対応する。
既に知られているように、限られた真空チャックの平坦さ、および、ガラスの厚みの小さな変動は、顕微鏡がガラスプレート全体にわたり焦点を維持する妨げとなる。このような変動を補正すべく、設定値は、ギャップセンサ５４２、ＡＤＣ５４４、および、信号処理ブロック５４６により測定されたときの距離Ｄを反映させるよう動的にアップデートされる。

一実施形態では、コントローラ５６０は、加減算器である。対物レンズとターゲット表面との間のデジタル化され線形化された測定距離がコントローラ５６０により設定値に／から加算／減算されることにより、実質的な最適焦点（または設定値）値（±DＺ）からアップデートされた距離変化が計算される。コンパレータ５６５は、コントローラ５６０から受信されたアップデート距離値（±DＺ）とエンコーダ５０６から受信された距離値とを比較する。比較結果は、対物レンズとターゲット表面との間の距離を調整するために用いられるようＰＩＤ５４８に供給される。

ギャップセンサ５４２は、多数の特徴を有するよう適合される。特に、ギャップセンサ５４２の合焦表示精度は、顕微鏡対物レンズの焦点深度より大きい。既に知られているように、焦点深度は、焦点の感知できるほどの損失を生じない、許容できるＺ位置のあいまい性を表す。たとえば、一実施形態では、対物レンズの倍率がｘ２０、開口数が０．４２だとすると、ギャップセンサの精度は、±１．６ミクロンメーターより高くなる。ギャップセンサ５４２の精度は、ＴＦＴパターン、および、ガラスプレートの底面からの反射により損なわれてはならない。さらに、ギャップセンサ５４２の動作範囲は、チャックの平坦でない度合いとガラスの厚み許容度とを組み合わせた値を上回らなければならない。一実施形態では、センサの動作範囲は、少なくとも±１５０マイクロメータである。また、ギャップセンサ５４２のダイナミック応答は、顕微鏡の移動速度、および、チャックおよびガラスの平坦さの変化率と一致するか、または、それより速くなければならない。一実施形態では、ギャップセンサ５４２は、少なくとも２キロヘルツの速度で出力を生成する。ギャップセンサの出力特性（出力電圧対"Ｚ"位置）は、対物レンズが最適な焦点位置を超えるか超えないかをギャップセンサの出力が区別する限り、線形である必要はない。

図６は、本発明の一実施形態に従う、光ＡＦセンサを用いたオートフォーカストラッキングシステムのさまざまな構成要素を示す。図６において、参照符号１は、欠陥チェックカメラ（エリアスキャンＣＣＤ）を示し、参照符号２は、チューブレンズを示し、参照符号３は、センサビームスプリッタを示し、参照符号４は、対物レンズの開口の半分まで延びるコリメートレーザビームを示し、参照符号５は、顕微鏡の対物レンズを示し、参照符号６は、最適な焦平面の上にある平面に投影されたレーザビームを示し、参照符号７は、最適な焦平面の下にある平面に投影されたレーザビームを示し、参照符号８は、最適な焦平面に投影されたレーザビームを示し、参照符号９は、最適な焦平面の下にある焦点がずれた平面を示し、参照符号１０は、最適な焦平面を示し、参照符号１１は、最適な焦平面の上にある焦点がずれた平面を示し、参照符号１２は、レーザ照明ビームスプリッタを示し、参照符号１３は、センサのチューブレンズを示し、参照符号１４ａおよび１４ｂは、分割光検出器を示し、参照符号１５は、最適な焦平面の上にある物体平面の画像を示し、参照符号１６は、最適な焦点の物体平面の画像を示し、参照符号１７は、最適な焦平面の下にある物体平面の画像を示し、参照符号１８は、開口絞りを示し、参照符号１９は、ビーム拡大・コリメートレンズシステムを示し、参照符号２０は、半導体レーザを示し、参照符号２１は、コリメートレーザビームを示す。参照符号１１、１２、１３、１４ａ、１４ｂ、１５、１６、１７、１８、１９、２０および２１により識別される構成要素は、図５のギャップセンサ５４２を集合的に表わす。一実施形態では、図５のギャップセンサ５４２は、Ｌ１Ｎ９Ｇ６、カナダ、オンタリオ州、ウイットビー、ハーバー通り１７０７にあるＷｅｇｕ Ｃａｎａｄａ社から入手可能なＷｅｇｕトラッキングオートフォーカス（ＡＴＦｏｃｕｓ−４ センサ）である。

レーザダイオード２０は、ビームエキスパンダおよびコリメータ１９とともに円形のコリメートレーザビーム２１を生成する。ビーム２１の半分は、開口絞り１８に遮断されることにより、半円形ビーム４を形成する。対物レンズ５だけでなくビームスプリッタ１２および３を通過した後、顕微鏡が最適な焦点位置にある場合、ビーム４は、物体平面１０の回析限界スポットまで焦点を合わせられる。

検出器１４の位置は、顕微鏡が最適な焦点にあるときはレーザドット８の画像が２つのセンサ１４ａおよび１４bの間にほぼ正確に形成され、画像１６はが最適な焦点位置に対応するよう調整される。

検出器１４ａから受信された信号がＳａと表わされるとすると、検出器１４ｂから受信される信号は、Ｓｂとして表わされる。ギャップセンサ５４２内に配置され、検出器１４に接続される電子回路により導出されるときの結合された信号Ｙａｂは、以下のように定義される。

最適な焦点位置では、検出器１４ａおよび１４ｂからの信号は、平衡を保ち、したがって、結合信号Ｙａｂは、ほぼ０ボルトである。物体平面１０の焦点がずれており、顕微鏡対物レンズ５の近くに位置する場合、画像１５は、光検出器１４ａ上に形成され、結果として信号ＳａとＳｂとの間で以下のような関係を生じる。
Ｓ_ａ＞Ｓ_ｂ （２）
それによって、以下を得る。
Ｙ_ａｂ＞０ （３）

逆に、物体平面９が焦点からずれており、最適な焦平面１０の下に位置する場合、照明スポット７は、光検出器１４ｂ内に含まれる画像１７を生じる顕微鏡の主光軸の左に位置する。これは、結果として、信号ＳａとＳｂとの間に以下の関係を生じる。
Ｓ_ａ＜Ｓ_ｂ （４）
それによって、以下を得る。
Ｙ_ａｂ＜０ （５）

検出器１４ａおよび１４ｂから受信された差動信号、すなわち、信号（Ｓ_ａ−Ｓ_ｂ）は、式（１）に見られるように、この差動信号をそれらの信号の合計、すなわち、信号（Ｓ_ａ＋Ｓ_ｂ）で除することにより正規化される。正規化は、目標被写体（物体平面）の反射率の度に応じてセンサの感度を減ずる目的で行われる。正規化は、図５に示す処理電子回路のダイナミックレンジ内の信号に適用される。検出器１４により生成された信号レベルが処理電子回路のダイナミックレンジを上回り、例えば、飽和または不十分な信号レベルを生じる場合、自動レーザ強度制御が用いられることにより効果が軽減されてよい。

図７は、Ｚ軸に沿う顕微鏡位置の変化へのギャップセンサの応答を示す。ギャップセンサの応答特性は、焦点位置（Ｙａｂ＝０）における明確な検出を可能にし、さらに、Ｙａｂ信号のサインによる最適な焦点位置への方向の決定を可能にする。

本発明に従うトラッキングＡＦセンサは、顕微鏡の焦点が合っているとき、センサ１４の上に小さな回折限界点を生じる。それゆえ、このような回折限界点におけるエネルギー分布は、物体平面の表面の特徴による反射率よりむしろ光学性能により決定される。従って、合焦表示精度は、例えば、ＩＴＯ電極、ベアガラス、金属トレース、などの構成要素、あるいは、センサが指しているであろうそれら特徴間の遷移にかかわらず、実質的に影響を受けない。

従来のＤＩＰ方法と区別されるトラッキングオートフォーカスシステムのためのギャップセンサの臨界性質は、連続的な出力を提供するその能力にある。「連続」という用語は、ギャップセンサからの処理時間を含む測定応答（出力データ）時間が、検査または補修ツールが新たな関心のプレート場所へ移動しそこに配置されるために必要な時間より短いという意味と理解される。いくつかの検知デバイスは、それらの出力データのリフレッシュ、あるいは、出力データの計算のリフレッシュを要求してよく、それゆえ、通常は本願明細書中に定義されるような連続出力は提供しない。欠陥の間の移動時間は、１秒より少なく、典型的な時間は、ほぼ０．７秒である。前述のような光ギャップセンサの典型的な動的応答速度は、ほぼ２ＫＨｚまたは０．５ミリ秒である。

先に述べたように、図６は、本発明のトラッキングオートフォーカスに配置された光ギャップセンサの一実施形態を一部示す。図６に示された光ギャップセンサは、既知のＺ＝０基線（最適な焦点）に関するＺ位置を測定し、さらに、最適な焦平面からの方向および距離を識別する能力を有する。言うまでもなく、上記した要件を満たす他の光ギャップセンサの構成も用いることができる。さらに、本発明のトラッキングオートフォーカスシステムに適し、上記した要件を満たす容量センサなどの他の非光学ギャップセンサを用いてよいことは言うまでもない。

上述したような本発明のトラッキングＡＦシステムは、チェックにおける焦点を合わせるのに必要な時間をなくすことにより、利用効率を向上させるものである。トラッキングＡＦシステムは、カメラが静止しているか動作中かに関わらず、チェックする顕微鏡の合焦位置を維持する。これにより、短期間強い光パルスを照射することにより、オンザフライで（顕微鏡ヘッドを止める時間なしで）チェック画像を収集することができる。したがって、オンザフライでＴＦＴアレイにおける欠陥ラインの画像が獲得できる。本発明のトラッキングＡＦシステムの他の実施形態は、高速欠陥画像取り込みにおいて実施されることもできる。このモードでは、プレート内のほぼすべての画像の欠陥が取り込まれて分類され、補修可能な欠陥には自動的に補修処方が割り当てられる。最初の高速欠陥画像の取り込みの後、欠陥を補修するべく補修ツールが的確に送られる。トラッキングＡＦシステムは、オンザフライでの欠陥画像の取り込みを容易にすることにより、検査顕微鏡を停止する時間をとらずに高速欠陥画像取り込み効率を向上させる。

上記した本発明の実施形態は、例示に過ぎず、これに限定されない。本発明は、本発明の差動増幅器で使用される電流源または電流シンクのタイプによって限定されない。添付の請求項に記載された本発明の開示の範囲に逸脱せずに、他の追加、控除、削除、および、修正がなされてよい。

周期的なトランジスタアレイによる大きなフラットパターン媒体の一部の平面図における多数の非周期性欠陥を示す。

フラットパネルディスプレイを検査するよう適合されたシステムの斜視図を示す。

顕微鏡対物レンズの垂直（Ｚ）位置の関数としてのＦＱＣを示す。

ＤＩＰに基づくオートフォーカスセンサの概略図である。

本発明の一実施形態に従う、トラッキングオートフォーカスセンサアレイの様々なブロックを示す。

本発明の一実施形態に従う、光ＡＦセンサを用いるトラッキングオートフォーカスの機能ブロック図を示す。

Ｚ軸に沿う顕微鏡位置の変化に応じたトラッキングオートフォーカスセンサを示す。

Claims (26)

1. 装置であって、
   ヘッドと、該ヘッドと相対運動するプレートとの間の距離を継続的に測定するよう適合される非接触センサと、
   サーボ制御システムであって、
   前記測定された距離により定義された第１の信号と、第１の予め定義された値とを生成するよう適合される制御回路、および、
   前記ヘッドと前記プレートとの間の距離が予め定義された範囲内に継続的に維持されるよう、前記第１の信号に従い前記ヘッドの位置を変更するよう適合されるアクチュエータを含むサーボ制御システムと、
   を備える装置。
2. 前記非接触センサにより生成される関連アナログ信号をデジタル信号に変換するよう適合されるアナログデジタルコンバータをさらに含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記測定された距離を表す線形信号を生成すべく、前記変換されたデジタル信号を線形にするよう適合される信号調整ブロックをさらに含む、請求項２に記載の装置。
4. 前記アクチュエータは、
   増幅器と、
   リニアモータと、
   リニアエンコーダと、
   を含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記ヘッドは、前記プレートを検査するよう適合される、請求項４に記載の装置。
6. 前記ヘッドは、前記プレートを修復するよう適合される、請求項４に記載の装置。
7. 前記ヘッドは、前記プレートに焦点を合わされた顕微鏡の対物レンズを含む、請求項４に記載の装置。
8. 光ビームの第１の画像に応答して第２の信号を生成するよう適合される第１の検出器と、
   前記光ビームの第２の画像に応答して第３の信号を生成するよう適合される第２の検出器とをさらに含み、
   前記第１の信号は、前記第２および第３の信号により定義され、
   前記第１の信号が前記予め定義された範囲により特徴付けられる第２の予め定義された値以下である値を有する場合、前記顕微鏡は、前記プレートに対し焦点を合わせていると検出される、
   請求項７に記載の装置。
9. 物体平面が最適な焦点平面の上に位置することにより照射スポットが顕微鏡の主光軸の第１の側に現れる場合、前記第２の信号は、前記第３の信号より大きくなる、請求項８に記載の装置。
10. 前記第２の信号が前記第３の信号より大きいことに応答し、前記第１の検出器上に画像が形成される、請求項９に記載の装置。
11. 物体平面が最適な焦点平面の下に位置することにより照射スポットが顕微鏡の主光軸の第２の側に現れる場合、前記第２の信号は、前記第３の信号より小さくなる、請求項１０に記載の装置。
12. 前記第３の信号より小さい前記第２の信号に応答し、前記第２の検出器上に画像が形成される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記第１の予め定義された値は、複数の外部条件を考慮して動的にアップデートされる、請求項１２に記載の装置。
14. 前記外部条件は、前記プレートを受け入れるよう適合されるチャックの平坦度の偏差を表す、請求項１２に記載の装置。
15. 前記外部条件は、プレートの厚みにおける偏差を表す、請求項１２に記載のトラッキングオートフォーカスシステム。
16. 前記第１の予め定義された値はゼロである、請求項１５に記載のトラッキングオートフォーカスシステム。
17. プレートの予め定義された範囲内にヘッドを継続的に維持する方法であって、
    前記ヘッドと前記プレートとの間の距離を非接触で継続的に測定する工程と、
    前記測定された距離と予め定義された距離との差を検出する工程と、
    前記プレートに関するヘッドの位置を変更することにより、前記プレートの予め定義された範囲内で前記ヘッドを維持するよう、前記検出された差を既知の値より小さく維持する工程と、
    を含む方法。
18. 前記測定された距離を表すアナログ信号をデジタル信号に変換する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記変換されたデジタル信号を線形化する工程をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記ヘッドを用いて前記プレートを検査する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
21. 前記ヘッドを用いて前記プレートを修復する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
22. 前記ヘッドに光学系の対物レンズを配置する工程をさらに含み、前記対物レンズは、前記プレートに継続的に合焦されるよう、該プレートの予め定義された範囲内に維持される、請求項１７に記載の方法。
23. 前記対物レンズの新たな位置を表す信号伝達情報を符号化する工程と、
    リニアモータを用い、かつ、前記符号化信号に従い、前記対物レンズの位置を変更する工程と、
    をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 光ビームの第１の画像に応答して第１の信号を生成する工程と、
    前記光ビームの第２の画像に応答して第２の信号を生成する工程と、
    前記第１および第２の信号により定義される第３の信号を生成する工程とをさらに含み、前記第３の信号が第２の予め定義された値以下の値を有する場合、焦点の合った状態が検出される、請求項２３に記載の方法。
25. 物体平面が最適な焦平面の上に位置する場合、前記第２の信号を前記１の信号より大きくする工程と、
    前記第２の信号が前記第１の信号より大きい場合、前記対物レンズの光軸の第１の側に照射スポットが現れるようにする工程と、
    をさらに含む、請求項２４に記載の方法。
26. 対象平面が最適な焦平面の下に位置する場合、前記第２の信号を前記１の信号より小さくする工程と、
    前記第２の信号が前記第１の信号より小さい場合、前記光軸の第２の側に照射スポットが現れるようにする工程と、
    をさらに含む、請求項２５に記載の方法。

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