[发明专利]高效照明表面检测系统

说明书

技术领域

本发明属于检测系统领域，特别是一种提供了使用光学技术检测平面基板上刻印的结构/图形的方法和系统，可应用于液晶显示屏(LCD)，平面显示器(FPD)，有机发光二极管基板(OLED)，掩模板和半导体硅片的制造过程。

背景技术

自动光学检测(A0I)是液晶显示屏和半导体集成电路芯片制造的关键步骤，用以诊断和改善制造工艺过程中间产品质量，从而降低制造成本。自动光学检测的基本性能由两个关键指标衡量：检测速度和检测灵敏度。生产技术的进步使制造速度加快，基板尺寸加大，印刷图形尺寸缩小，因此对自动光学检测的速度和灵敏度提出更高的要求。

获取样本表面图像所需光强与成像像素大小和检测速度成反比，因此，要对LCD或硅片进行高速度和高分辨率的光检测，则不可避免地需要高效的照明光学系统。根据成像像素大小按比例增大成像透镜的数值孔径(NA)可以满足增大光源的需求，但是由于降低了景深，会对系统的机械精度产生负面影响。另外，透镜的数值孔径也因为检测大面积的样本表面所要求的大视场而受到限制。当线阵扫描CCD照相机扫描样本表面时，通常使用线性光纤阵列或线性LED阵列光来照明，这种照明方法和仪器在低分辨率检测时，比如，大于10um的像素，是有效的，但在高分辨率检测时，如小于10um的像素时，这种照明技术效率很低。使用光纤线阵光的缺点是光纤束的总体有效传输的效率低(两端之间的效率一般为50％)，其主要原因包括光纤之间存在的间隙，光纤终端端面对光的反射，以及光纤传输损耗。使用光纤束通常以电灯为光源，而电灯的使用寿命较短，大约只有1000小时。尽管更换电灯时间短，成本低，但由于更换电灯而引起的包括重新校准检测工具的下线时间，则可到达若干小时，这对于持续高速运转的生产线来说，生产成本将明显增加。用灯光作为光源的另一个缺点是灯光的波长范围太广。由于成像所使用的波长范围很小，光效率因使用彩色滤光片进一步降低。

对于自动光学检测(AOI)来说，LED是更具吸引力的光源。LED的优势在于能够高效率地产成所需波长以及具有高达上万小时的寿命。但是，单个LED集成块发出的光远低于电灯发出的光，比如，目前单个大功率LED光源发出光仅为几个瓦特，而大多数电灯光源可达几百瓦特。传统上增加AOI的LED光强度的方法是在单个印刷电路板上高密度地组装LED集成块，比如，由Stockeryale提供的LED线阵光(COBRA LED线阵光)。但是，高密度组装的LED集成块会导致产生多余的热量，并且因为需要使用大型的散热片导致光源尺寸增大。此外，光源的亮度(定义为单位面积单位立体角的光功率)并不随着更多的LED集成块数目的增加而增强。当光源的光学恒量(定义为发光区域与发光立体角的积)大幅超出成像光学系统的光学恒量(定义为视场与NA的积)时，大部分生成光都被浪费。

使用光纤线阵或LED集成块线阵的另一个缺点是大视场的照明均匀性差。照明的均匀性在很大程度上决定于单个光纤的传输均匀性，每个LED集成块相互间的差异，或是每个集成块的几何排列误差。

大样本检测的一个挑战就是检测工具的占地面积，比如第七代LCD玻璃基板，尺寸就远远超过2000mm＊2000mm。净化间的建造和运行十分昂贵，因此十分需要占地面积小的设备。

总之，需要一种效率高，寿命长，结构紧凑，成本低的照明方法和装置用于对LCD玻璃基板和半导体硅片进行高分辨率的自动光学检测。

发明内容

本节概述本发明的主要方面并简要介绍应用实例。为使本节内容、摘要和名称清晰切题，在本节内容、摘要和名称的陈述中会采用简化和省略等方式，但简化和省略并不限制本发明的应用范围。

本发明提供了一种检测基板的技术，尤其是检测大尺寸基板，如LCD玻璃基板或半导体硅片。本技术方案只需一个分立式LED光源，它产生的光经过照明光学系统修正，与视场和线阵成像光学系统的NA相匹配，从而提高效率，优化均匀性。照明光学系统由球面透镜和圆柱面透镜组成，经两者透射后形成LED的象散性影像，影像是两根相互垂直、相隔一段距离，同时又都与光学轴垂直的线条。LED的第一条影像线在样本表面形成，样本表面即视为成像透镜的物面，可以取得高效率照明。第二条影像线在成像透镜的光阑上形成，可以在线阵扫描成像传感器的视场长边实现强度均匀性和角度均匀性。线阵扫描CCD或TDI的长边与起照明作用的第一条影像线平行。LED集成电路的形状可进一步优化，与TDI传感器的高宽比匹配，以取得最大的光效率。