TWI285737B - Inspection of transparent substrates for defects - Google Patents

Description

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五、發明說明（1) 一、發明所屬技術領域 本發明係關於檢查基板以決定缺陷之系統，方法及壯 置。本發明特別地有用於量測玻璃板中一維光學路& & 變化。 ’ #長度 二、 先前技術 在透明基板例如玻璃板中之缺陷通常使用、 、 八工檢視及 人工方法來感測。例如，使用於液晶顯示器（L C £))中玻璃美 板中繩紋及條紋缺陷之感測中，使用陰影方法來感測缺陷& 。依據該方法，一片玻璃（通常約為1米寬χ2米長）按裝於可 自由地轉動L-托架座中以及由氖燈來照射。光源為^散的 以照明整個玻璃片。玻璃陰影在白色銀幕上可被檢視員看 到。缺陷在銀幕上呈現為對比之一維線條。線條方向與玻 璃片在製造玻璃片向下抽拉裝置中之抽拉方向平行。&紋 缺陷通常呈現出單一隔離之線條，然而繩紋缺陷包含分隔 數毫米之多條線條。 繩紋缺陷通常包含小至數奈米光學路徑長度（〇PL)變 化，其週期為數毫米。其由於厚度及折射率變化所導致之 小的變化藉由所謂透鏡效應調變銀幕上光線強度。可重現 性及可靠性目視檢視繩紋及條紋缺陷已證明極為困難，特 別是使用人工方法。因而，需要能夠提供量測透明基板一 維光學路徑長度變化裝置，系統以及方法。 三、 發明内容 本發明係關於量測透明基板例如玻璃板光學路徑長度 變化之裝置，系統以及方法。本發明能夠使用來量測透明

1285737 五、發明說明（2) 基板厚度之變化。條紋缺陷以及灰塵與繩紋能夠比目前方 法更容易地區分出。 依據本發明一些實施例，光學路徑長度變化能夠藉由 利用高度空間同調光束照明玻璃直接地觀察出。使對曰比 圖案解譯複雜化之干涉效應藉由利用暫時地非同調光束 例如非常短同調長度而減少。依據特定實施例，假如〇pL 麦化/、有小於或專於光束尺寸之週期，光學路徑長度變化 促使光束相位扭曲，其會被量測出，因而本發明提供關於 路徑長度變化（約為1 〇nm大小）之物理效應。 、 、 依據特定優先實施例，相位扭曲之量測藉由空間性地 渡波使用耦合至單模光纖之超高照明度二極體（)光源 的光線而達成。SLD優先地具有寬廣的波長頻譜而足以提 供同調長度而短於通過玻璃之光學路徑長度以減少干涉 效應。尚度空間性同調能夠藉由使用單模光纖而提供。 優先地光束由光纖投射出，以及一個透鏡放置於遠離產生 準直光束光纖端部之一個焦點處。空間性濾波並不使用 光纖，其藉由透射光線通過小的開孔達成，該開孔直徑優 先地小於5 0微米，以及更優先地小於2 〇微米。 依據特定實施例，光源以正常入射角投射通過所關注 的試樣，以及正透鏡使用來部份地聚焦於細縫上。優先地， 細縫放置於透鏡焦面前面。依據本發明一項，基板中缺陷 所導致相位扭曲在細縫位置光束之強度分佈中產生小的變 化。在一些實施例中藉由平移整個光學系統通過整個玻璃 ，量測光束中相位扭曲之變化作為光線強度與位置數據之

1285737 五、發明說明（3) 對比。玻璃光學路徑長声巾片立 產生對比，其由於μ他：Π ;：開之光源使用來使訊號 缺陷（即繩紋或條紋）所致，其他缺陷包一 旦得到光線強度為玻璃位置函數時行、貝 以計算出訊號之對比。 、#凌進灯處理數據 玻璃交為寬廣的空間頻率效應範圍，其導致在 == 之解析度優於先前技術之系統。本發 月對低=寸缺陷（例如小於100nm，優先地小於5〇nm以及小 nm A ^文化）提供可重複性之量測。系統及裝置為小巧 的以及能夠快速地量測缺陷。 &一本發明優點能夠由下列說明顯現出。人們了解下列一 般說明以及詳細說明為範例性以及在於提供更進一步說明 本發明。 四、實施方式 在e兒明本發明數個範例性實施例前，人們了解本發明 並不文限於下列說明所揭示方法步驟以及構造細節。本發 明能夠為其他實施例以及能夠以各種方式實施或操作。 本發明係關於檢視透明基板例如玻璃片之裝置，系統 或方法。本發明特別地有用於感測約為丨00nnl或更小例如 於5 0nm或l〇nm之一維光學路徑長度變化，以及在液晶顯 不基板上小至約為1 nm變化。 參考圖1以及依據本發明第一實施例，其提供在透明基 板中或表面上量測缺陷之裝置丨〇。裝置特別地有用於量測

1285737 五、發明說明（4) 使用於液晶顯示板中玻璃基板繩紋缺陷。如圖1及2所顯示 ，沿著Z方向量測通過玻璃片光學路徑長度隨著沿著X軸位 置變化，其由於外形圖案通常稱為繩紋或條紋所致，其方向 平行於抽拉方向或圖2中所示之y軸。沿著X軸之光學路徑 長度之調變為週期性地，其週期為數毫米以及振幅在數奈 米範圍内。仍然參考圖1及2,裝置10包含第一光源14以投 射第一光束1 5於基板1 2處。優先地第一光源1 4投射至基板 12，使得第一光束15以垂直於破璃板之方向即平行於圖1中 z軸方向運行。優先地光源1 4構造將使得光源能夠投射光 線於通過基板1 2平面性表面之一組多個不同的位置。因而 在優先實施例中光源能夠在X或y方向移動，或者基板i 2能 夠移動然而光源保持不動，使得光線朝著基板丨2表面一組 多個不同的位置傳送。在優先實施例中，基板按裝使得繩 紋缺陷方向平行於圖1及2之y軸方向以及基板1 2或光源1 4 移動使得光束以X方向平移通過基板。 仍然參考圖1，裝置1 〇更進一步包含光學系統丨6，其含 有至少一個感測器1 8以感測透射通過不同位置玻璃片1 2或 這些玻璃片所反射之光線相位扭曲。光線相位扭曲係關於 通過基板1 2平面性表面不同位置處光線強度之對比。光學 系統優先地包含第一透鏡2〇位於光源丨2與感測器丨8之間， 第一透鏡20提供選擇性地加強在感測器丨8處所接收相位扭 曲之對比。依據另外一個實施例，感測器丨8成像於虛擬面 22a或22b位於22a處或超過感測器18之22b處。如在此所使 用，超過感測器係指平面在z平面中為遠離第一光源丨4之方

第8頁 1285737 五、發明說明（5) 向。因而如圖1所示，光源1 4在左邊，以及感測器1 8在右邊， 以及位於超過第一感測器1 8之虛擬面22b在第一感測器之 右邊。 參考圖3，其顯示出量測透明基板3 2中缺陷之裝置3 〇另 外一個實施例。裝置包含一對光源3 4a，34b為分隔開之關 係。光源分隔大約20匪至120mm。在優先實施例中，每一光 源34a，3 4b耦合至空間濾波器。在該實施例中，空間濾波由 一對光纖35a，35b提供。光線離開光纖35a，35b，其分隔至 少光束之直徑，優先地為30mm以及透射通過基板32。在優 先實施例中，由光源3 4 a及3 4 b發出光束透射通過一對準直 透鏡36a，3 6b，其放置於光纖35a，35b端部與基板32之間。 在光線透射通過基板3 2後，包含稱為對比提昇透鏡或對比 透鏡之一對透鏡38a，38b導引光線通過一對細缝4〇a，40b以 及感測器4 2 a，4 2 b。光學系統可操作來選擇性地提昇在感 測恭處所接收到相位扭曲之對比。如先前實施例中，感測 器42a，42b成像於虛擬平面處，其位於或超過感測器42a， 4 2b處。光源及光學系統之其他詳細說明將在底下敘述。 在優先實施例中，光源具有同調長度小於被量測基板 之光學厚度以避免由平面性基板兩個主要表面反射所產生 之干涉效應。優先地光源亦為空間性地同調。空間性同調 係指垂直於光束傳播方向（圖1中z平面）之相位波前為均勻 通過之光束。空間性同調能夠藉由空間性地濾波光源而達 成。空間濾波旎夠藉由傳送光線通過小的開孔而達成，至 少小於10倍以及優先地小於所關切最小側邊缺陷尺寸4〇倍

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，或使用麵合至單模光纖之光源而達成。 士 特別優先光源為超照明二極體（SLD )。該裝置提供暫 非同調（相當寬廣波長頻譜）光線。圖4顯示依據本發 明實施例為隨意功率單位之超照明二極體輸出頻譜，其相 =應於小於5 〇微米同調長度。然而許多種類寬頻光源能夠 /供短的同調長度（鎢-齒素，氖燈，LED等），SLD能夠非常有 效率地耦合至單模光纖。此能夠有效空間濾波光源，同時 保持合理功率值（離開光纖約為lmW)。一般光源空間濾波 ，致無法接受之低功率。繩紋及條紋缺陷對比特性值約為 1/〇或更小。因而，SLd光源極良好功率穩定性（例如在1〇秒 内小於0· 05%)為優先的。 、優先地由空間濾波器器發出光線在入射至基板前加以 準直。光束準直將導致系統對片狀物位置以及沿著光束傳 播方向之靈敏性降低以及亦使感應器所接收訊號之組譯簡 化。在優先實施例中，入射光束準直為直徑約為5_2〇匪。 光束尺寸設定上限值為光學路徑長度變化之週期其對系 統靈敏的。相當大光束尺寸導致系統對條紋（通常寬度為 小於5mm)為靈敏的，然而對基板光學路徑長度變化之較長 週期改變為不靈敏的。 在優先實施例中，使用兩個光源以及放置為分隔的如 圖3所不。系統中兩條光束路徑降低由於灰塵以及基板表 ，其他污染物量測誤差。在優先實施例中光束垂直地（沿 著基板y軸或平行於繩紋/條紋方向）偏移，使得對兩條光束 共同對比純粹由繩紋或條紋所致。只由一條光束量測之對

1285737 、發明說明（7) 比垂直會受到灰塵，筆跡，雜質或玻璃内部缺陷影響。光束 偏移應該相當小使得能夠確保兩條光束所取樣繩二/條紋 外形之差異為最小。此亦受限於繩紋或條紋外形沿著 變化快速程度。兩條光束能夠由單一光源以及光束分裂器 以及5射鏡產生以提供兩條光束。光束分裂之範例為二纖 耦合為。^過為了長期較為良好之穩定性，優先地使用兩 個分離之光源（每一光束一個光源）。 =戶f說明，加入系統内以及放置於基板及感測器 間之透鏡k汁繩紋與條紋所導致之對比。不過，一些因素 :如ΐ:以及對準靈敏性限制較短焦距透鏡之使用。例如 ™ min焦距透鏡提供良好對比提昇同時保持對變化 不靈敏之良好組合。 強声ί ί 2 5置空間頻率靈敏性能夠藉由調整透鏡與量測 距離在特定範圍内而最佳化，在-些實施 不同ϋ 1由旦、置於透鏡與感測器間之細縫位置界定出。 干二-t、,里測光學系統頻率相關性顯示於圖5中。圖5顯 不録貝不置測之斟甘山/士 對呈古π门 b’/、由使用焦距為f透鏡以及1 0微米細縫 ^ ^ 尖峰對4 近透鏡焦點）時每一圖案對比增加，達到 率織& F!f畲細縫接近焦點時再快速地降低。較高頻 處圖案(較短週期)之尖峰對比發生於接近透鏡之平面

1285737 五、發明說明（8) 效應。圓圈B具有較低頻率尖峰之最高對比提昇，但是高頻 率尖峰為減少對比。該點表示選擇點，該處產生對比提昇 然而，不會降低所觀察最高頻率繩紋之相對效應。 位於透鏡與感測器間之細縫寬度優先地相當狹窄以完 全地解決最高頻率對比外形，但是相當寬廣足以通過足夠 光線功率至感測器以保持訊噪比。為了防止量測誤差，優 先地細縫實質地對準平行於繩紋缺陷之方向。實質地對準 細縫對準應該在繩紋方向之〇· 5度内。 優先地感測為石夕材料光二極體，其具有^.^^最小 尺寸。優先地每一細縫直接地耦合至感測器表面。光二極 體產士直接地與通過細縫光學功率成比例之電流。電流約 為1 〇毫女，以及優先地電流由低噪訊跨阻抗放大器所放大 。不過本發明並不受限於電荷耦合裝置（CCD)或其他種類 光二極體感測器。 > Μ由感測器得到數據使用傳統電子及數據處理設備例如 t算機加以分析。優先地由感測器產生之電壓使用類比轉 文為數位之轉換器加以數位化。處理器分類缺陷（例如條 紋與繩紋以及灰塵）以及定量出缺陷之大小。這些數據再 加以相關以及分析以經由試樣定量出光學路徑長度變化。 依據本發明一項實施例裝置得到數據範例顯示於圖6 中，其顯示以1 〇 〇 mm /秒掃瞄速率取樣之量測對比。圖6為線 性掃目苗數據之二維表示，其中對比已加以提昇，以及繩紋呈 現為週期性對比線條。圖6之y及X軸相對應於圖3中所顯示 玻璃片之y及X軸。在圖6中，繩紋顯示為整個影像強度為週

第12頁 1285737 五、發明說明（9) __ 期性變化，以及條纟文缺一 央處。 、’ 、^顯示為亮的隔離線並接近影像中 度々去本發明系統整體重現性為極良好的。含有鄉好 條紋重現性及複製性研究的 %有繩紋以及 果顯示與缺陷分級檢驗（ 、^月糸統®測所得到結 。系統位置相關性能_ I檢視判別）有良好的相關性 雙光束系統亦可能產W?/ 減為最低。藉由產生 紋缺陷。特別土也相當靈敏足以感測所有已知繩 竹π地，回頻率缺陷感測為可能的。 本發明系統能夠在工危w 介处夕A # 土 在廢J辰境中作離線檢測。主|姑％ 亦此夠截取數據作線上檢 主要技術 其能夠使用來量測基板112、圖二：：個乾例系統1。〇， 對感測器11 6為分隔關伟以及^斟匕3 一對光源1 1 4以及一 ^ 係以及相對於彼此為固定的。偏土 地母一光源以及感測器分隔小於丨 疋的優先 卞，以及更優先地為小於3 〇公。 * b 及感測琴移動岑去氺、/5 A 土板1 1 2月b夠相對於光源 上以及1: ΐ; 3 ϊ i 測器能夠按裝於可移動載台 到數據連通於電子包裝體，以：二理=測器"6所得 電腦。量測系統對玻璃震；個人電腦或大型 月確玻璃定位，以及容忍灰塵缺陷。 非吊 熟知此技術者了解本發明能夠作 會脫離本發明之精神與範圍。例如能夠藉由 第13頁 1285737

第14頁 1285737 ---^ ,— ----------- —_____ 圖式簡單說明 五、附圖簡單說明： 第一圖示意性地顯示出本發明一項 基板中缺陷之裝置。 員汽施例以量測透明 第二圖顯示出具有繩紋缺陷之玻填片。 第三圖示意性地顯示出本發明一項命 基板中缺陷之裝置。 ^施例以量測透明 線圖 弟四圖顯示出本發明一項實施例光 源之輸出頻譜的曲 第五圖為曲線圖，其顯示出本發明一碩余 量測繩紋對比百分比與透鏡至細縫距離之關貝餘也。，貝示 第六圖為在依據本發明一項實施例掃瞄^有繩紋以及 條紋缺陷玻璃片後由系統所得到線條掃瞄數據之二維投射 ;以及 、 第七圖為依據本發明一項實施例在透明基板中量測缺 陷裝置之透視圖。 附圖元件符號說明： 量測缺陷裝置1 0 ;基板1 2 ;條紋1 3 ;光源1 4 ;光束 1 5 ;光學系統16 ;感測器18 ;透鏡20 ;虛像面22a，22b ;量 測透明基板缺陷裝置3 0 ;透明基板3 2 ;光源3 4 a，3 4 b ;光 纖35a，35b;準直透鏡36a，36b;對比提昇透鏡38a，38b;細 縫4〇a，40b;感測器42a，42b;基板112;光源1 14;箭頭 115;感測器116;計算機120;處理器122。

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Claims (1)

1285737 六、申請專利範圍 準直透鏡，其位於光纖與片狀物之間將透射通過片狀物 之光束準直；以及 細缝，其位於對比透鏡與感測器之間，其中對比透鏡位於 片狀物與感測器之間。 10.依據申請專利範圍第1項之裝置，其中更進一步包含第 二光源與第一光源分隔以第二感測器與第一感測器分隔。

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