專利名稱：一種用于量化透明基板中的缺陷的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢測和量化透明基板尤其是玻璃板中的缺陷的系統(tǒng)、方法 以及裝置。
背景技術：
近來，大量的注意力集中在檢測諸如玻璃板之類的透明基板中的
Mura(木拉)缺陷，這主要是因為液晶顯示器(LCD)電視在世界市場中的 普及和廣受人們接受。同樣，本產(chǎn)業(yè)面臨著在符合嚴格的LCD模式規(guī)范的 前提下滿足越來越多的對基板的需求這一挑戰(zhàn)。通常，諸如條紋、線束(cord) 以及表面不連續(xù)之類的缺陷是利用人工檢査員和手工方法來檢測的。然而， 在這些現(xiàn)有檢測技術下，不能實現(xiàn)當前應用規(guī)范所要求的必要精確度和準 確度。
例如，LCD玻璃中的條紋和線束特征是可通過視覺觀察觀測到的物理 異常結(jié)構(gòu)。它們由通常呈現(xiàn)為沿玻璃拉制方向的縱向延伸的表面凸起或凹 陷的尖銳的"微表面"不連續(xù)結(jié)構(gòu)組成。條紋缺陷通常呈現(xiàn)為單個孤立的線， 而線束缺陷由各自相距數(shù)微米的多條線組成。線束缺陷通常由周期為幾微 米的小到幾納米的光程長度(OPL)變化組成。由厚度或折射率變化引起 的這些小變化通過通常稱為透鏡作用的效應調(diào)制屏幕上的光強度。玻璃表 面上的條紋特征通過在晶胞間隙中引入變化而影響完工的面板的光學性 質(zhì)。
當前執(zhí)行手工檢査來表征線束和條紋特征。例如，在檢測用于液晶顯 示器的玻璃基板中的諸如線束或條紋之類的缺陷時，使用陰影方法來檢測 這些缺陷。根據(jù)此方法，將玻璃板(通常約為l米寬x2米長)安裝在自由 旋轉(zhuǎn)的L形支架臺上，并用氙氣光源對其進行光照。該光源為發(fā)散光以照 亮整個板。檢査員觀察白色屏幕上的玻璃的陰影。缺陷呈現(xiàn)為屏幕上的具有反差的一維線條。這些線的方向平行于拉制玻璃板的方向，例如在制造 玻璃板的下拉裝置中的方向。 一旦識別了缺陷，檢查員就在玻璃板的缺陷 區(qū)域旁保持極限樣本，并比較白板上的圖像以確定條紋特征是亮還是暗。
然而，不同LCD模式要求的新條紋規(guī)范分別是20nm (IPS模式)、30nm (VA 模式)以及40nm (TN)。因為現(xiàn)有技術是手工的，所以操作員不能辨別如此 緊密間距的條紋高度(即20、 30以及40nm的條紋高度)。
之前開發(fā)的用來量化LCD玻璃中的條紋的另一種手段使用準直激光 束，將該激光束引導通過玻璃的一側(cè)、在另一側(cè)上離開然后聚焦到光電檢 測器上。玻璃中的條紋缺陷會引入對激光束的相調(diào)制，從而導致衍射光柵 型光學效應。經(jīng)衍射的光束在傳播通過玻璃時相長或相消地干涉，從而引 起光檢測器上的光強度變化，該光強度變化取決于條紋的幅值。然而，光 電檢測器檢測到的凈光強度變化是板兩側(cè)上的條紋平均幅值的函數(shù)。因此 此技術不能提供單側(cè)條紋幅值，尤其是對于具有不對稱條紋的板。
再進一步，之前用來測量條紋缺陷的另一手段涉及使用接觸表面光度 儀。然而，使用接觸表面光度儀測量小至由本行業(yè)所設立的容許高度的條 紋缺陷的能力有限。
表面不連續(xù)是埋入玻璃體內(nèi)的包含物。這些包含物可以是固態(tài)或氣態(tài) 的二氧化硅或鉑物質(zhì)或氣泡。大的包含物或靠近玻璃表面的包含物會引起 突出表面的表面不規(guī)則或不連續(xù)。本行業(yè)關注的是此類包含物的大小，其 原因在于這會造成完工的LCD面板中存在不期望有的像素封阻。然而，類 似于對條紋高度的關注，了解包含物高度也是很關鍵的，因為此類缺陷會 在完工的LCD面板中造成可見的局部化的晶胞間隙厚度變化。當前在制造 中沒有用于量化諸如埋入的二氧化硅或鉑包含物的表面不連續(xù)的高度的方 法。
對線束和條紋缺陷的可重復和可靠的視覺檢查已被證實極其困難，尤 其對于使用手工方法更具難度，而且還不能實現(xiàn)滿足當前工業(yè)標準所必需 的精確度和準確度。因此，期望提供能滿足行業(yè)的日益增長的需求的能測 量透明基板的一維光程長度變化的裝置、系統(tǒng)和/或方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于識別和量化表面缺陷，尤其是會在諸如玻璃板之
類的透明基板的表面中出現(xiàn)的Mura缺陷的位置和幅值的方法。
具體而言，該方法包括以下步驟提供透明平面基板，該基板具有頂 表面和底表面。然后測量該透明平面基板的頂表面的至少一部分的表面形 貌，以獲得具有亞納米水平精確度的三維的頂表面輪廓圖。根據(jù)該表面輪 廓圖測量結(jié)果，可識別并量化在該三維表面輪廓圖中存在的具有大于預定 公差的幅值的一個或多個表面變化。
在一個方面中，本發(fā)明的方法使用光學干涉量度法獲得表面形貌測量 結(jié)果。通過利用結(jié)合數(shù)學算法的光學干涉量度法，本發(fā)明還能消除數(shù)據(jù)分 析期間不同操作員的主觀因素，在此之前，所述主觀因素會降低常規(guī)測量 技術的總體測量可重復性和可重現(xiàn)性。本發(fā)明方法的經(jīng)過改善的重復性以 及提高的精確性和準確性能實現(xiàn)檢測和量化特定基板中的表面缺陷的更可 靠方法。
本發(fā)明另外的實施方式中的一部份將在隨后的詳細描述和任意權利要 求中進行陳述，還有一部份可根據(jù)該詳細描述推導得出，或可通過實施本 發(fā)明而獲得。應當理解以上一般描述和以下詳細說明僅僅是示例性和說明 性的，而不是如所公開地和/或如所聲明要求保護地限制本發(fā)明。
具體實施例方式
本發(fā)明的以下描述用來最大程度說明本發(fā)明，通常稱為實施方式。為 此，相關領域的普通技術人員能夠認識和理解，可對本文中描述的本發(fā)明 的各個實施方式作出許多改變，而仍能獲得本發(fā)明的有益結(jié)果。還可以顯 而易見地了解，通過選擇本發(fā)明的某些特征而不釆用其它特征也可獲得本 發(fā)明的期望益處。因此，本領域普通技術人員將能認識到，在某些情況下， 可能需要、甚至是必須對本發(fā)明進行的許多修改和改變，這些修改和改變 也構(gòu)成本發(fā)明的一部分。因此，提供以下描述用來說明本發(fā)明地原理而不 是用來進行限制。
如本文中所使用地，表示單個情況的術語"一個"、"一種"、以及"該"
5也包括復數(shù)的情況，除非上下文明確地另作規(guī)定。因此，例如，對當文中 提到"成像設備"的時候，也包括使用兩個或多個這樣的成像設備的實施方 式，除非上下文明確地另作規(guī)定。
范圍在本文中可表達為從"約"一個特定值和/或到"約"另一特定值的范 圍。當表達這樣的范圍時，另一實施方式包括從一個特定值和/或到另一特 定值。同樣，當某個量值表達為近似值形式時，通過使用修飾語"約"，應 當理解特定值構(gòu)成另一實施方式。還應理解的是，各個范圍的端點，無論 是與另一端點有關還是與另一端點無關，都是重要的。
如上文簡要敘述，本發(fā)明提供一種用于量化透明平面基板一一尤其是
諸如用于液晶顯示器(LCD)的玻璃板之類的玻璃板材——中的缺陷的方
法?？墒褂迷摷磿r方法來檢測和/或量化的特定缺陷非限制性地包括諸如條
紋、線束以及表面不連續(xù)之類的Mura缺陷。為此，本領域技術人員能理解， "Mura"是表示污點的日語術語，而且在顯示器行業(yè)中通常用來描述液晶顯 示器中的可見缺陷。諸如條紋、線束以及表面不連續(xù)之類的Mura缺陷的存 在會導致LCD晶胞間隙的不均勻，而且會導致可以觀察到的透過該顯示設 備的光強度不均勻。當肉眼觀看時，此不均勻的光分布會導致玻璃板的缺 陷區(qū)與周圍的正常區(qū)之間的對比度變化。
如本文中所使用地，條紋缺陷指的是通常呈現(xiàn)為沿玻璃拉制方向縱向 延伸的表面凸起或凹陷的"微表面"不連續(xù)。條狀缺陷通常呈現(xiàn)為單個孤立 的線，而線束狀缺陷由各自相距數(shù)微米的多條線組成。由厚度或折射率變 化引起的這些小變化通過通常稱為透鏡作用的效應調(diào)制屏幕上的光強度。
如本文中所使用地，表面不連續(xù)缺陷指的是且包括基板表面中的諸如 二氧化硅和或鉑物質(zhì)之類的包含物。
本發(fā)明的方法包括首先提供具有頂表面和相反的底表面的透明平面基 板，如上所述在一個方面中它可以是玻璃板材料。基板本身可具有任何期 望大小、形狀和/或厚度。然后測量透明平面基板的頂表面的至少一部分的 表面形貌，以獲得該基板的三維頂表面輪廓圖?？墒褂眠m用于獲得三維表 面形貌測量結(jié)果的任何常規(guī)技術獲得該表面形貌。例如，在一個方面中， 可使用光學干涉量度法獲得頂表面的表面形貌。再進一步，在另一個方面中，期望該光學干涉儀能以到達O.l nm的分辨率測量該表面形貌。示例性 而非限制性的可用于測量基板的表面形貌的可在市場上買到的光學干涉儀 是可從美國康涅狄格州米德爾菲爾德市(Middlefield)的Zygo公司買到的 Zygo NewView 6200光學表面光度儀。該Zygo NewView 6200是使用白光 干涉量度法來產(chǎn)生測試表面的三維圖像的高精確度顯微鏡。對電荷耦合器 件(CCD)上收集的光學干涉數(shù)據(jù)進行處理以產(chǎn)生表示待檢測缺陷的表面 形貌的納米到微米級的高分辨率的三維表面圖。
一旦已經(jīng)獲得該三維表面形貌數(shù)據(jù)，就可使用該表面形貌數(shù)據(jù)來識別 該三維表面輪廓圖中的具有大于預定公差的幅值的一個或多個表面變化， 從而檢測和/或量化透明平面基板的頂表面中存在的一個或多個表面缺陷。 具體而言， 一旦產(chǎn)生了表面圖，可對這些測量數(shù)據(jù)應用二次多項式方程以 計算條紋或表面不連續(xù)缺陷的高度和寬度。在一個方面中，可計算此輪廓 圖的一階和二階導數(shù)，其對應于在所釆集的輪廓圖上每隔指定距離的表面 形貌變化的速率。可根據(jù)導數(shù)輪廓圖確定所研究的缺陷的最大值和最小值， 從而確定缺陷高度。
可用來確定缺陷位置和幅值(以下稱為"峰"和"谷")的示例性算法是 可從美國得克薩斯州的奧斯汀市(Austin)的國家儀器公司(National Instruments)買到的峰值檢測器算法。這些算法對從表面形貌曲線圖獲得的 連續(xù)數(shù)據(jù)組進行二項式擬合，并對所建立的閾值水平測試該擬合。具體而 言，分析所獲得的表面形貌的給定截面以獲得X-Z軸分布數(shù)據(jù)。通過對該 輪廓圖首先應用常規(guī)的最小二乘線性擬合回歸模型，可首先使此分布數(shù)據(jù) 平整以消除任何剩余傾斜。在使輪廓圖數(shù)據(jù)平整之后，對該輪廓圖數(shù)據(jù)進 行一階導數(shù)移動窗口運算。雖然可應用任何大小的移動窗口，但在一個方 面中優(yōu)選使用4mm寬的窗口大小。然后對從一階導數(shù)計算獲得的輪廓圖數(shù) 據(jù)應用二階導數(shù)移動窗口。然后可使用此二階導數(shù)曲線圖的"峰"和"谷"拐點
的幅值來確定該條紋特征是否是表面凹陷或凸起。也可通過檢査一階導數(shù) 的"峰"和"谷"拐點證實此確定結(jié)果。然后使用一階導數(shù)曲線圖的"峰"和"谷"
拐點來確定所識別的條紋特征的最大背離位置。再進一步，還可使用二階 導數(shù)曲線圖的"峰"和"谷"拐點來確定輪廓圖的X軸位置，可使用該X軸位
7置來建立基線，相對于該跡線計算條紋幅值。
可使用用于量化一個或多個條紋參數(shù)的上述過程來量化表面不連續(xù)的 幅值。不過，在一個替代方面中，可使用用于計算表面不連續(xù)性的簡化過 程。具體而言，通過收集受測表面不連續(xù)缺陷上和其周圍的表面形貌數(shù)據(jù) 而產(chǎn)生相對平坦的背景輪廓圖數(shù)據(jù)。因此，根據(jù)示例性提取過程，可首先 確定表面不連續(xù)的最高幅值。然后可確定最高幅值兩側(cè)的最小輪廓圖幅值。 然后可使用那些點進行線性擬合，并從輪廓圖數(shù)據(jù)中減去該線性擬合值以 量化表面不連續(xù)的幅值。
通過使用具有亞納米精確度的光學表面光度儀，本發(fā)明的方法能夠識 別和量化具有小至約5nm幅值的一個或多個表面缺陷。因此，在一個方面 中，本發(fā)明的方法能夠識別和量化具有大于或等于5nm幅值的一個或多個 表面缺陷。再進一步，可使用該方法來識別和量化具有5 nm到100 nm范 圍內(nèi)的幅值的缺陷。再進一步，通過該即時方法獲得的提高的處理水平能 夠消除由常規(guī)數(shù)據(jù)分析引起的不同操作員之間的主觀因素。因此，本發(fā)明 還提供改善的重復性和精確性。
還應當理解的是，在實施本發(fā)明的方法的時候，諸如Zygo NewView6200之類的光干涉儀就能在不受相反基板表面的形貌的干擾的情 況下測量基板的單個表面的表面形貌。與之相反的是，用于識別缺陷的常 規(guī)技術依賴于透射過基板的光和計算得出的平均缺陷值，其不具有分離來 自各個面的高度成分的能力。常規(guī)技術存在的此缺點在其中基板兩面的缺 陷幅值不對稱的實例中更為突出。因此，使用常規(guī)技術，有可能獲得錯誤 的"好"結(jié)果。
最后，應當理解的是，雖然己經(jīng)關于本發(fā)明的特定說明性具體實施方 式詳細描述了本發(fā)明，但不應認為本發(fā)明受限于這些實施方式，因為在不 背離如所附權利要求書所限定的本發(fā)明的廣闊精神和范圍的情況下可能存 在多種修改。
權利要求
1.一種用于量化透明平面基板中的缺陷的方法，包括以下步驟提供具有頂表面和底表面的透明平面基板；測量所述透明平面表面的頂表面的至少一部分的表面形貌，以獲得具有亞納米級精確度的三維頂表面輪廓圖；以及識別所述三維表面輪廓圖中的具有大于預定公差的幅值的一個或多個表面變化，從而量化所述透明平面基板的頂表面中的一個或多個頂表面缺陷。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，在識別一個或多個表面變化 之前，首先計算所述三維表面輪廓圖的導數(shù)，所述導數(shù)對應于所述表面形貌對 所述三維表面輪廓圖中選定距離內(nèi)的變化率，其中，所識別出的一個或多個表 面變化的幅值根據(jù)所確定的導數(shù)來確定。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過光學干涉量度方法來測 量所述基板頂表面的表面形貌。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述一個或多個識別出的缺 陷包括Mura缺陷。
5. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述Mura缺陷包括條紋和/ 或表面不連續(xù)。
6. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所識別出的Mura缺陷是表面 不連續(xù)缺陷，包括所述基板中的二氧化硅和/或鉑物質(zhì)包含物。
7. 如權利要求5所述的方法，其特征在于，所識別出的Mura缺陷是條紋 缺陷，且包括沿長度方向延伸的表面凸起和/或凹陷。
8. 如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法能識別具有大于5 nm 幅值的一個或多個表面缺陷。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法能識別具有從5 nm 到100nm的范圍的幅值的一個或多個表面缺陷。
10. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述識別所述基板的頂表面 中的一個或多個缺陷的操作在沒有來自所述基板的底表面的影響的情況下進 行。
全文摘要
公開了一種用于檢測和量化透明基板——更具體而言是玻璃基板——中的缺陷的方法。該方法包括提供具有頂表面和底表面的透明平面基板。測量所提供的透明平面基板的頂表面的至少一部分的表面形貌以獲得具有亞納米級精確度的三維頂表面輪廓圖。根據(jù)三維表面輪廓圖測量結(jié)果，可識別和/或量化該三維表面輪廓圖中存在的具有大于預定公差的幅值的一個或多個表面變化。
文檔編號G01N21/00GK101663574SQ200880013089
公開日2010年3月3日 申請日期2008年2月13日 優(yōu)先權日2007年2月27日
發(fā)明者K·M·希爾, R·L·麥克盧爾, R·S·普里斯特雷 申請人:康寧股份有限公司