KR20210050565A - 광학 검사 시스템들에 대한 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명 - Google Patents

광학 검사 시스템들에 대한 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명 Download PDF

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KR20210050565A
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light
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이갈 카치르
일리아 룻스커
엘리 메이모운
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오르보테크 엘티디.
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Abstract

검사 시스템은 조명 서브시스템 및 이미지 감지 서브시스템을 포함하고, 조명 서브시스템은 복수의 조명 모달리티들을 제공하고, 이 시스템은 복수의 조명 모달리티들 중 상이한 것들로 대상물의 적어도 2개의 영역들을 동시에 조명하고, 이 영역들의 이미지들은, 이미지 감지 서브시스템의 일부를 형성하는 단일 센서에 의해 취득된다.

Description

광학 검사 시스템들에 대한 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명
본 발명은 일반적으로 광학 검사 시스템들에 관한 것이고, 더 구체적으로는 광학 검사 시스템들에 유용한 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명(multimodality multiplexed illumination)에 관한 것이다.
다양한 타입들의 광학 검사 시스템들이 본 기술분야에 알려져 있다.
본 발명은 적어도 거의 전체의 각도 커버리지를 갖는 넓은 각도의 조명을 제공하기 위해, 공간적으로 멀티플렉싱된 멀티모달리티 조명을 포함하는 광학 검사 시스템을 제공하는 것을 추구한다.
따라서, 본 발명의 선호되는 실시예에 따르면 검사 시스템이 제공되는데, 이 검사 시스템은 조명 서브시스템 및 이미지 감지 서브시스템을 포함하고, 조명 서브시스템은 복수의 조명 모달리티들을 제공하고, 이 시스템은 복수의 조명 모달리티들 중 상이한 것들로 대상물의 적어도 2개의 영역들을 동시에 조명하고, 이 영역들의 이미지들은, 이미지 감지 서브시스템의 일부를 형성하는 단일 센서에 의해 취득된다.
바람직하게는, 센서는 영역 센서를 포함한다.
바람직하게는, 대상물의 적어도 2개의 영역들은 상호 비인접하다.
바람직하게는, 조명 서브시스템은, 복수의 조명 모달리티들 중 상이한 것들로 대상물의 적어도 2개의 영역들을 각각 조명하는 적어도 2개의 광 모듈들을 포함한다.
바람직하게는, 대상물 및 검사 시스템은 스캔 방향을 따라 적어도 거의 연속적인 상대 운동(relative motion)을 한다.
바람직하게는, 조명 서브시스템은 적어도 거의 연속적인 상대 운동 동안 대상물의 적어도 2개의 영역들을 조명하도록 스트로빙된다(strobed).
바람직하게는, 적어도 2개의 광 모듈들은 스캔 방향을 따라 공간들에 의해 상호 물리적으로 이격되고, 복수의 조명 모달리티들은 상이한 조명 각도 모달리티들을 포함한다.
바람직하게는, 이 시스템은, 적어도 2개의 영역들로부터 센서를 향해 조명을 지향시키는 빔 스플리터(beam splitter)를 또한 포함하고, 빔 스플리터는 그의 에지들이 공간들 내에 놓이도록 포지셔닝된다.
바람직하게는, 적어도 2개의 광 모듈들 각각은, 일반적으로 스캔 방향에 직교하는 교차 스캔 방향(cross-scan direction)으로 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들을 제공한다.
본 발명의 선호되는 실시예에 따르면, 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들은 상이한 파장 인코딩된 모달리티들(wavelength-encoded modalities)을 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들은 상이한 편광 인코딩된 모달리티들(polarization-encoded modalities)을 포함한다.
추가로 부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들은 상이한 시간적 모달리티들을 포함한다.
바람직하게는, 조명 서브시스템은, 적어도 하나의 투과형 집광기 요소(transmissive concentrator element)를 향해 광을 지향시키는 다수의 광원들을 포함한다.
대안적으로, 조명 서브시스템은, 적어도 하나의 반사형 집광기 요소(reflective concentrator element)를 향해 광을 지향시키는 다수의 광원들을 포함한다.
본 발명의 선호되는 실시예에 따르면, 다수의 광원들은, 광 가이드(light guide)들의 대응하는 어레이에 광을 출력하는 광원들의 어레이를 포함한다.
바람직하게는, 이 시스템은, 광 성형 요소(light shaping element)들의 어레이를 또한 포함하고, 광 가이드들의 어레이 중 적어도 하나의 광 가이드는 각각의 광 성형 요소에 광을 출력한다.
바람직하게는, 이 시스템은, 이미지들을 프로세싱하기 위한 이미지 프로세싱 서브시스템을 또한 포함한다.
바람직하게는, 프로세싱은 이미지들의 공동 등록을 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 프로세싱은 이미지들의 디멀티플렉싱(demultiplexing)을 포함한다.
바람직하게는, 조명 서브시스템에 의해 제공되는 조명은 적어도 ±45°의 각도 범위에 걸쳐 연장된다.
본 발명의 선호되는 실시예에 따르면 대상물을 검사하는 방법이 또한 제공되는데, 이 방법은, 복수의 조명 모달리티들 중 상이한 것들로 대상물의 적어도 2개의 영역들을 동시에 조명하는 단계, 및 단일 센서에 의해 적어도 2개의 영역들의 이미지들을 취득하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 센서는 영역 센서를 포함한다.
바람직하게는, 대상물의 적어도 2개의 영역들은 상호 비인접하다.
바람직하게는, 조명하는 단계는, 복수의 조명 모달리티들 중 상이한 것들로 대상물의 적어도 2개의 영역들을 각각 조명하는 적어도 2개의 광 모듈들에 의해 수행된다.
바람직하게는, 대상물 및 적어도 2개의 광 모듈들은 스캔 방향을 따라 적어도 거의 연속적인 상대 운동을 한다.
바람직하게는, 조명하는 단계는, 적어도 거의 연속적인 상대 운동 동안 적어도 2개의 광 모듈들의 스트로빙을 포함한다.
바람직하게는, 적어도 2개의 광 모듈들은 스캔 방향을 따라 공간들에 의해 상호 물리적으로 이격되고, 복수의 조명 모달리티들은 상이한 조명 각도 모달리티들을 포함한다.
바람직하게는, 이 방법은, 빔 스플리터에 의해 적어도 2개의 영역들로부터 센서를 향해 조명을 지향시키는 단계를 또한 포함하고, 빔 스플리터는 그의 에지들이 공간들 내에 놓이도록 포지셔닝된다.
바람직하게는, 이 방법은, 일반적으로 스캔 방향에 직교하는 교차 스캔 방향으로 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들로 대상물의 적어도 2개의 영역들을 조명하는 단계를 또한 포함한다.
본 발명의 이 방법의 선호되는 실시예에 따르면, 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들은 상이한 파장 인코딩된 모달리티들을 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들은 상이한 편광 인코딩된 모달리티들을 포함한다.
추가로 부가적으로 또는 대안적으로, 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들은 상이한 시간적 모달리티들을 포함한다.
바람직하게는, 조명하는 단계는, 적어도 하나의 투과형 집광기 요소를 향해 광을 지향시키는 다수의 광원들에 의해 수행된다.
대안적으로, 조명하는 단계는, 적어도 하나의 반사형 집광기 요소를 향해 광을 지향시키는 다수의 광원들에 의해 수행된다.
본 발명의 이 방법의 선호되는 실시예에 따르면, 다수의 광원들은, 광 가이드들의 대응하는 어레이에 광을 출력하는 광원들의 어레이를 포함한다.
바람직하게는, 이 방법은, 광 성형 요소들의 어레이를 제공하는 단계를 또한 포함하고, 광 가이드들의 어레이 중 적어도 하나의 광 가이드는 각각의 광 성형 요소에 광을 출력한다.
바람직하게는, 이 방법은, 취득하는 단계에 뒤이어 이미지들을 프로세싱하는 단계를 또한 포함한다.
바람직하게는, 프로세싱하는 단계는, 이미지들을 공동 등록하는 단계를 포함한다.
부가적으로 또는 대안적으로, 프로세싱하는 단계는 이미지들의 디멀티플렉싱을 포함한다.
바람직하게는, 조명하는 단계는, 적어도 ±45°의 각도 범위에 걸쳐 조명하는 단계를 포함한다.
본 발명은 도면들과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해되고 인식될 것이다:
도 1a는 본 발명의 선호되는 실시예에 따라 구축되고 동작하는, 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 포함하는 광학 검사 시스템의 단순화된 예시이다.
도 1b는 도 1a에 예시된 타입의 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 포함하는 광학 검사 시스템의 컴포넌트들의 단순화된 블록 다이어그램 표현이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b에 예시된 타입의 광학 검사 시스템에서의 조명 및 이미지 취득 컴포넌트들의 단순화된 각각의 정면도 및 사시도 예시들이다.
도 3은 본 발명의 선호되는 실시예에 따른 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 예시하는 단순화된 시공간 차트(space-time chart)이다.
도 4는 본 발명의 다른 선호되는 실시예에 따른 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 예시하는 단순화된 시공간 차트이다.
도 5는 본 발명의 추가의 선호되는 실시예에 따른 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 예시하는 단순화된 시공간 차트이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 선호되는 실시예에 따른 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 예시하는 단순화된 시공간 차트이다.
도 7a 및 도 7b는 도 1a 내지 도 2b에 도시된 타입의 시스템의 조명 출력과 관련하여 도시된 광학 요소들의 배열의 단순화된 각각의 정면도 및 사시도 예시들이다.
도 8a 내지 도 8d는 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 제공하기에 적합한, 본 발명의 선호되는 실시예에 따라 구축되고 동작하는 멀티모달리티 조명기의 단순화된 사시도, 정면도, 측면도 및 집합도 예시들이다.
도 9a 및 도 9b는 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 제공하기에 적합한, 본 발명의 다른 선호되는 실시예에 따라 구축되고 동작하는 멀티모달리티 조명기의 단순화된 사시도 및 정면도 예시들이다.
도 10a 및 도 10b는 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 제공하기에 적합한, 본 발명의 또 다른 선호되는 실시예에 따라 구축되고 동작하는 멀티모달리티 조명기의 단순화된 사시도 및 정면도 예시들이다.
도 11a 내지 도 11f는 도 8a 내지 도 10b 중 임의의 것에 예시된 타입의 멀티모달리티 조명기의 일 부분으로부터의 순차 광 출력을 예시하는 단순화된 다이어그램들이고, 도 11g는 도 8a 내지 도 10b 중 임의의 것에 예시된 타입의 멀티모달리티 조명기의 일 부분으로부터의 순간 광 출력을 예시하는 단순화된 다이어그램이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 다른 선호되는 실시예에 따라 구축되고 동작하는 멀티모달리티 조명기의 일 부분으로부터의 광 출력을 예시하는 단순화된 다이어그램들이다.
도 13은 도 8a 내지 도 9b 중 임의의 것에 예시된 타입의 멀티모달리티 조명기에 의해 제공되는 조명 각도 커버리지의 단순화된 그래픽 표현이다.
도 14, 도 15, 도 16a 및 도 16b는 도 8a 내지 도 12b에 예시된 타입들의 시스템들에 의해 제공되는 멀티플렉싱 조명의 디멀티플렉싱을 수행하는 데 유용한 광학 요소들의 다양한 가능한 배열들의 단순화된 예시들이다.
본 발명의 선호되는 실시예에 따라 구축되고 동작하는 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 포함하는 광학 검사 시스템의 단순화된 예시인 도 1a에 대한; 그리고 도 1a에 예시된 타입의 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 포함하는 광학 검사 시스템의 컴포넌트들의 단순화된 블록 다이어그램 표현인 도 1b에 대한 참조가 이제 이루어진다.
도 1a 및 도 1b에서 보여지는 바와 같이, 바람직하게는 테이블(104)에 대해 이격된 관계로 장착되는 광학 헤드(102)를 포함하는 광학 검사 시스템(100)이 제공된다. 테이블(104)은 바람직하게는 광학 헤드(102)에 의한 조명 및 검사를 위한 대상물(106)의 그 테이블 상의 배치를 위해 적응(adapt)되는데, 이 대상물(106)은 여기서, 예로서, 인쇄 회로 보드(printed circuit board)(PCB) 기판(106)으로서 구체화된 것으로 도시된다. 그러나, 대상물(106)은, 단지 예로서, 웨이퍼들 또는 웨이퍼 다이들, 조립된 PCB들, 평판 디스플레이들 및 솔라 에너지 웨이퍼(solar energy wafer)들을 포함하는 광학 검사 시스템(100)에 의한 검사에 적합한 임의의 대상물로서 구체화될 수도 있다는 것이 인식된다.
광학 검사 시스템(100)은 바람직하게는, 복수의 조명 모달리티들을 바람직하게 제공하는 조명 서브시스템(120), 및 이미지 감지 서브시스템(122)을 포함한다. 여기서, 단지 예로서, 조명 서브시스템(120)은 조명기(124)를 포함하는 것으로 보여지고 이미지 감지 서브시스템(122)은 카메라(126)를 포함하는 것으로 보여지는데, 그 조명기(124) 및 카메라(126)의 동작은 바람직하게는, 도 1b에서 보여지는 바와 같이, 이미지 프로세싱 및 제어 전자 장치(128)에 의해 제어된다.
광학 검사 시스템(100)이 바람직하게는, 조명 서브시스템(120)에 의해 제공되는 복수의 조명 모달리티들 중 상이한 것들로, 도 1a에 도시된 제1, 제2 및 제3 영역들(130, 132, 134)과 같은, 대상물(106)의 적어도 2개의 영역들을 동시에 조명하는 것이 본 발명의 선호되는 실시예의 특정 특징이다. 조명 서브시스템(120)에 의해 조명되는 적어도 2개의 영역들의 이미지들은 바람직하게는, 카메라(126)에 포함된 단일 센서(136)에 의해 취득된다. 센서(136)는 바람직하게는 영역 센서이고 바람직하게는 이미지 감지 서브시스템(122)의 일부를 형성한다.
이미지 감지 서브시스템(122)에 의해 취득된 이미지들은, 프로세싱 및 제어 전자 장치(128)에 의해 수행되는 바와 같은 이미지 프로세싱에 뒤이어, 바람직하게는 대상물(106)의 넓은 조명 각도 커버리지를 제공한다. 게다가, 그러한 넓은 조명 각도 커버리지는, 특정 적용예에 따라, 내부의 무시해도 될 정도의 각도 갭들을 갖는, 그의 각도 범위에 걸친 거의 전체 또는 전체의 커버리지를 나타내어, 그에 의해 유리하게는, 도 2a 및 도 2b를 참조하여 이후에 추가로 상세히 설명되는 바와 같이, 대상물(106)의 넓은 각도 커버리지와 적어도 거의 갭이 없는 각도 커버리지 양측 모두를 제공할 수도 있다.
광학 검사 시스템(100)은 바람직하게는 기판(106)의 연속적인 스캐닝을 수행하도록 동작한다. 스캐닝 동안, 기판(106)은 바람직하게는 광학 헤드(102)에 대해 연속적인 운동을 하고, 조명기(124)는 바람직하게는, 이후에 추가로 상세히 설명되는 바와 같이, 조명기(124)에 대한 기판(106)의 미리 결정된 포지션들에 대응하는 시간들에서 기판(106)을 조명하기 위해 주기적으로 스트로빙된다. 카메라(126)는 바람직하게는, 조명기(124)에 의해 제공되는 복수의 조명 모달리티들에 의해 조명되는 바와 같은 기판(106)의 이미지들을 취득하도록 동작한다.
광학 헤드(102) 및 테이블(104)의 운동은 운동 서브시스템(140)에 의해 제어될 수도 있다. 조명기(124)의 스트로빙 및 카메라(126)에 의한 대응하는 이미지 취득의 정밀한 타이밍은, 다양한 제어 및 프로세싱 알고리즘들(144)을 포함하는 마스터 컴퓨터(142)에 의해 제어될 수도 있다. 바람직하게는 광학 헤드(102)에 포함되는 전력 공급 모듈(146)에 의해 전력이 조명기(124)와 카메라(126) 양측 모두에 공급될 수도 있다.
광학 헤드(102)에 대한 기판(106)의 연속적인 상대 운동은 기판(106)이 정지 상태로 유지될 때 스캔 방향(150)에 따른 광학 헤드(102)의 운동에 의해 생성될 수도 있다는 것이 이해된다. 대안적으로, 그러한 연속적인 상대 운동은 고정 광학 헤드(102)에 대한 기판(106)의 운동에 의한 것 또는 서로에 대한 기판(106)과 광학 헤드(102) 양측 모두의 운동에 의한 것일 수도 있다. 시스템(100)의 동작이 고정 기판(106)에 대한 스캔 방향(150)에 따른 광학 헤드(102)의 운동과 관련하여 아래에 설명되지만, 동작의 원리들은 다른 운동 모드들에 대응하여 적용되어 스캔 방향(150)에 따른 광학 헤드(102)와 기판(106)의 연속적인 상대 운동을 발생시킬 수도 있다는 것이 인식된다.
따라서, 본 발명의 검사 시스템(100)은 바람직하게는 연속적인 스캔 모드에서 동작되고, 여기서 조명기(124)는 영역 센서(136)에 의해 기판(106)의 이미지들을 취득하기 위해, 광학 헤드(102)에 대한 기판(106)의 운동에 대해 동기적으로 스트로빙된다는 것이 이해된다. 연속적인 스캔 모드에서의 시스템(100)의 동작은 높은 스캐닝 속도를 가능하게 하는데, 이 높은 스캐닝 속도는 전자 기판 검사에서 특히 바람직하다.
게다가, 라인 타입 이미지 센서보다는 오히려, 영역 센서(136)와 같은, 이미지 취득을 위한 영역 센서의 사용과 조합된 연속적인 스캐닝의 성능은, 카메라(126)에 대한 광 제공의 효율을 개선시켜, 다른 상황에서 라인 타입 이미지 센서가 채용된다면 있을 수 있는 경우보다 더 높은 속도로 카메라(126)가 이미지 취득을 수행하게 한다. 부가적으로 또는 대안적으로, 영역 센서(136)의 사용으로부터 발생되는 개선된 광 효율은, 아래에 추가로 상세히 설명되는 바와 같이, 더 단순하고 더 신뢰성있는 조명기를 향해 이용될 수도 있다.
라인 타입 이미지 센서보다는 오히려 영역 타입 센서(136)를 채용함으로써 본 발명에서 바람직하게 달성되는 개선된 광 효율은 수 개의 인자들에 기인할 수도 있다. 첫째, 영역 타입 센서(136)의 사용은, 대응하는 조명기(124)의 더 양호한 영역 효율로 이어지게 하는데, 이는 카메라(126)의 조명된 필드가 유효 카메라 시야(field of view)(FOV)와 실질적으로 동일한 사이즈여서, 따라서 낭비되는 광량을 감소시킬 수도 있기 때문이다. 대조적으로, 라인 센서가 채용된다면, 조명기(124)는 카메라에 의해 감지된 라인 시야보다 훨씬 더 넓은 영역을 조명하여, 따라서 광이 낭비되는 결과로 될 수도 있다.
라인 타입 이미지 센서보다는 오히려 영역 타입 이미지 센서의 사용으로 인한 개선된 조명 효율은, 대상물(106)과 같은 대상물 상의 20mm 폭의 스트립의 이미징을 고려함으로써 인식될 수도 있다. 라인 센서가 그러한 이미징을 수행하는 데 사용되는 경우에, 카메라에 의해 이미징되는 순간 FOV는 전형적으로 스캔 방향으로 10㎛ '깊이'일 수도 있는데, 이는 라인 카메라가 20mm × 10㎛의 영역을 '본다'는 것을 의미한다. 이 FOV를 적절히 조명하기 위해, 조명기는 각각의 치수에서 ±0.5mm만큼 더 큰 필드를 균일하게 조명해야 한다. 균일하게 조명되려는 실제 조명된 스트립은, 실제적인 설계 및 구축 고려사항들로 인해, 대략 21mm × 1mm가 되어, 대상물(106)에 제공되는 광 에너지를 약 100배 낭비하게 되는 결과로 될 것이다. 대조적으로, 영역 센서가 본 발명의 선호되는 실시예들에 따라 20mm 폭의 스트립의 이미징을 수행하는 데 사용되는 경우에, 카메라 FOV는, 약 20mm × 2mm로 각각이 측정되는 수 개의 스트립형 구역들로 구성된다. 유사한 실제적인 설계 및 구축 고려사항들 하에서, 각각의 균일하게 조명된 구역은 이제 대략 21mm × 3mm가 되어, 대상물(106)에 제공되는 광 에너지의 단지 33퍼센트만을 낭비하게 되는 결과로 될 것이다.
부가적으로, 영역 타입 센서(136)의 사용은 조명기(124)가 라인 타입 센서가 채용된다면 실현가능하였을 것보다 더 짧은 듀티 사이클의 광 스트로브들로 동작되게 한다. 듀티 사이클은 전형적으로, 센서(136)에서 범위 100 내지 5000에 있을 수도 있는, 스캔 방향(150)에 따른 각각의 조명 모달리티에 대한 센서 로우 카운트 증분(sensor row count increment)의 역과 일반적으로 동일하다. 감소된 듀티 사이클은 냉각 및 전기 구동 필요성들을 감소시키면서 광 레벨들이 증가되게 하여, 따라서 더 낮은 시스템 복잡성과 비용을 달성할 수도 있다.
아래에 제공되는 상세한 설명에 기초하여 더 추가의 이점들이 명백해질 것이다.
시스템(100)의 구조체 및 동작에 관한 추가의 세부사항들이 도 2a 및 도 2b를 부가적으로 참조하여 가장 잘 이해될 수도 있는데, 이 도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b에 예시된 타입의 광학 검사 시스템에서의 조명 및 이미지 취득 컴포넌트들의 단순화된 각각의 정면도 및 사시도 예시들이다.
이제 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 조명기(124)는 기판(106)의 제1 영역(130)을 조명하는 제1 광 모듈(152), 기판(106)의 제2 영역(132)을 조명하는 제2 광 모듈(154) 및 기판(106)의 제3 영역(134)을 조명하는 제3 광 모듈(156)을 포함하는 것으로 보여진다. 제1, 제2 및 제3 영역들(130, 132, 134)은 바람직하게는 카메라(126)의 시야(FOV)(160) 내에 놓인다. 따라서, 카메라(126)의 FOV(160)는 스캔 방향(150)에 일반적으로 평행한 방향으로 3개의 영역들(130, 132, 134)로 효과적으로 세그먼트화되고, 이 영역들 각각은 바람직하게는 광 모듈들(152 내지 156) 중 대응하는 하나의 광 모듈에 의해 조명된다.
제1, 제2 및 제3 광 모듈들(152, 154, 156) 각각은 바람직하게는 상호 상이한 각도들로부터 제1, 제2 및 제3 영역들(130, 132 및 134)을 각각 조명하도록 배열되어, 따라서 FOV(160)에 3개의 상호 상이한 조명 각도 모달리티들을 제공한다. 상호 상이한 각도 모달리티들은 바람직하게는 스캔 방향(150)에 따른 방향으로 조명기(124)에 의해 동시에 제공된다. 도 2a에서 가장 명확히 보여지는 바와 같이, 조명기(124)에 의해 제공된 3개의 각도 모달리티들은 바람직하게는 스캔 방향(150)으로 전체의 대략 ±45° 커버리지를 집합적으로 제공한다.
광 모듈들(152, 154, 156) 각각은 바람직하게는 비점 집광기(astigmatic concentrator)(162)를 포함하여, 그에 의해 조명되는 FOV(160)의 대응하는 영역 상에 광의 스트립을 투영한다. 비점 집광기(162)는, 발명의 명칭이 "Linear Light Concentrator"이고 본 발명과 동일한 양수인에게 양도되며 본 명세서에 참조로 포함되는 미국 특허 제7,641,365호에 설명된 타입의 것일 수도 있다.
그것은, 고효율 비-이미징 포커싱 비점 집광기들(162)의 사용을 가능하게 하는 다수의 조명 모듈들(152, 154, 156)에 의한 스트립형 또는 세장형(elongate) 조명 필드들(130, 132, 134)의 조명이라는 것이 인식된다. 그러한 비점 집광기들은, 교차 스캔 방향으로 넓은 각도들에 걸쳐, 실질적으로 균일하고 시프트 불변(shift invariant)한 비-비네팅(non-vignetting) 광 필드들을 제공하여, 그에 의해 낭비적인 광 확산기들 또는 본 기술분야에 알려져 있는 다른 타입들의 균질화 광학 요소들에 대한 필요성을 제거할 수도 있다. 다양한 상호 상이한 각도들로 수 개의 그러한 집광 요소들을 조합하면 추가로 바람직하게는, 스캔 방향(150)을 따라 전체 각도 커버리지를 연장시키는 것을 가능하게 한다. 각각이 기판(106) 상의 별개의 스트립을 조명하도록, 본 발명의 조명 모듈들(152, 154, 156)의 공간 멀티플렉싱으로부터 발생되는 더 추가의 이점들이 이후에 상세히 설명된다.
따라서, 광 모듈들(152, 154, 156)에 의해 투영된 조명이 바람직하게는, 각각의 광 모듈에 의해 투영된 광 스트립의 경계들 내에서 실질적으로 시프트 불변하고 비네팅이 없어서, 따라서 각각의 광 모듈의 각도 범위에 걸쳐 거의 전체 또는 전체의 각도 커버리지를 제공한다는 것이 본 발명의 선호되는 실시예의 특정 특징이다.
광 모듈들(152, 154, 156)에 의해 투영된 광 스트립들의 시프트 불변 그리고 비네팅이 없는 특성들은, 상기에 상세히 설명된 바와 같이, 측방향과 길이방향 양측 모두의 스트립 방향들로의 스트립 에지들에서의 유한 구역들 내를 제외하고는, 각각의 모듈에 의해 투영된 대부분의 광 스트립 전체에 걸쳐 유지된다는 것이 이해된다. 그 결과, 조명의 각도 분포는 조명된 스트립 내의 포지션에 관계없이 실질적으로 불변으로 유지된다.
광학 비네팅이 광 모듈들(152, 154, 156)에 의해 투영된 조명에 존재한다면, 이것은 관찰 포인트가 각각의 광 스트립의 중심으로부터 벗어남에 따라 조명 개구 수(numerical aperture)(NA) 내에서 점차적으로 넓어지는 각도 갭들을 생성하여, 따라서 조명기(124)의 성능 능력들 그리고 따라서 시스템(100)의 검사 능력들을 제한할 것이라는 것이 인식된다.
본 발명의 선호되는 실시예들에 의한 균일하고 멀티모달이고 시프트 불변하고 효율적이며 적어도 거의 갭이 없는 조명의 제공이 매우 유리하다. 이미징 타입 광 집광기들을 채용하는 본 기술분야에 알려져 있는 다소 외견상으로 비교할 만한 좁은 각도 커버리지 조명 시스템들과는 대조적으로, 본 발명은 바람직하게는, 스캔 방향과 교차 스캔 방향 양측 모두에서 넓은 각도 커버리지를 갖는, 멀티모달이고 균일하며 시프트 불변한 조명을 제공한다.
카메라(126)에 의해 감지된 구역에 걸쳐 실질적으로 균일하고 실질적으로 갭이 없는 넓은 NA 조명을 조명기(124)에 의해 제공하는 것은, 시스템(100)에 의해 수행되는 기판 검사의 효능을 개선시키는 데 매우 유리하다. 이것은 전자 기판들의 검사가 전형적으로 이미지 세그먼트화를 수반하기 때문인데, 여기서 하나의 재료의 패턴이 다른 재료들의 패턴들과 또는 기본 기판 재료와 구별된다. 그러한 세그먼트화는 검사된 대상물의 넓은 조명 각도, 실질적으로 갭이 없는 커버리지를 종종 요구한다. 예로서, PCB의 유전체 기판에 대한 구리 트레이스들의 효율적인 세그먼트화는 전형적으로, 대략 ±45°의 총 조명 각도에 대응하는 대략 0.7의 NA에 걸쳐 연장되는 조명 각도 커버리지를 요구한다. 그러한 넓은 각도의 실질적으로 갭이 없는 조명은 본 발명의 선호되는 실시예들에 의해 유리하게 제공된다.
게다가, 실질적으로 균일한 각도 커버리지를 제공하는 각각의 광 모듈(152, 154 및 156)의 능력은, 심지어 각각의 개별 모듈에 의해 커버되는 각도들 사이의 의도적인 갭들이 바람직할 수도 있는 경우들에도 유리하다. 이것은, 본 발명의 실시예들에서, 그러한 의도적인 갭들이, 종래의 조명 시스템들에서 전형적으로 그러했던 것처럼, 각각의 모듈에 의해 투영된 조명 필드 내의 제어되지 않은 비네팅의 결과로 되기보다는 오히려, 정밀하게 설계되고 구현될 수도 있기 때문이다.
3개의 광 모듈들(152, 154, 156)에 의한 FOV(160)의 조명 및 본 명세서에 예시된 바와 같은 3개의 조명된 영역들(130, 132, 134)로의 FOV(160)의 대응하는 유효 분할은 단지 예시적이라는 것이 이해된다. FOV(160)는, 시스템(100)의 설계 사양에 따라, 2개 이상의 영역들로 분할되고 조명기(124)가 이에 대응하여 설계될 수도 있다.
일련의 갭들(164)에 의해 상호 분리되는 조명된 스트립들(130, 132, 134)에 대한 경우인 것으로 여기에 예시된 바와 같이, 조명기(124)에 의해 조명되는 적어도 2개의 영역들은 반드시는 아니지만 바람직하게는 비인접하다. 도 2a에서 가장 명확히 보여지는 바와 같이, FOV(160)에서 스트립들(130, 132, 134)에 충돌하는 광은 바람직하게는 그로부터 빔 스플리터(170)를 향해 반사된다. 빔 스플리터(170)는 바람직하게는, 광 모듈(154)에 의해 생성된 광이 기판(106)의 스트립(132) 상에 입사되게 하도록 부분적으로 투과시키고 있고, 카메라(126)에 의한 모든 조명된 스트립들(130, 132, 134)의 관찰을 가능하게 하도록 부분적으로 반사시키고 있다. 빔 스플리터(170)는 바람직하게는, 빔 스플리터(170)의 에지들에 의해 도입되는 조명 불균일성 및 미광(stray light) 영향들을 최소화하도록 조명된 스트립들(130, 132, 134) 및 갭들(164)에 대해 배열된다. 조명된 스트립들(130, 132, 134)은 대략 0.5 내지 2mm의 유효 폭을 가질 수도 있다.
각각의 조명된 스트립의 유효 폭 - 이후에 폭이라고도 또한 단순히 불림 - 은 조명된 필드가 실질적으로 균일하고 시프트 불변한 그 구역으로서 정의될 수도 있다. 유효 폭은, LED들과 같은 광원들의 물리적 사이즈와, 각각의 광 모듈들(152, 154, 156) 내에서 채용되는 광 집광기(162)의 광학적 특성들 양측 모두와 관련된다. 상기에 언급된 바와 같이, 유효 폭은 전형적으로, 각각의 조명된 스트립을 정의하는 조명 광 에너지의 전체 확산보다 다소 더 작다.
각각의 모듈(152, 154, 156)에 의해 조명되는 스트립의 유효 폭은, 각각의 이미징 모달리티의 광 스트로브 듀티 사이클을 결정하는 매우 중요한 파라미터라는 것이 이해된다. 이것은, 카메라(126)에 포함된 영역 센서(136)의 각각의 픽셀 로우가 FOV(160)에서 5㎛ 구역을 이미징하는 일 예를 고려함으로써 인식될 수도 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 스캐닝 동안, 기판(106)은 바람직하게는 광학 헤드(102)에 대해 연속적인 운동을 한다. 이미징 품질의 손실을 회피하기 위해, 조명기(124)는 바람직하게는, 단일 로우의 픽셀들에 의해 이미징되는 구역의 사이즈와 실질적으로 유사한 스캐닝 거리, 즉, 이 예에서는 5㎛에 대응하는 기간 동안 스트로빙된다. 실제로 스트로빙 지속기간은, 특정 적용예에 따라, 이미징 품질의 과도한 손실 없이 최대 약 10㎛까지, 시스템 광 버짓(system light budget)에 의해 허용되는 경우 1㎛ 또는 심지어 그보다 더 작은 범위에서의 스캔 거리에 대응할 수도 있다. 스트립들(130, 132, 134)의 폭들이 1mm라면, 각각의 조명 모달리티는 1mm 스캐닝 증분들로 스트로빙되어, 약 1:200 스트로빙 듀티 사이클이 발생할 것이다. 이 결과는, 도 5를 참조하여 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 조명된 스트립들(130, 132, 134) 각각에 투영된 조명 모달리티들의 수와는 관계없다는 것에 주목해야 한다.
갭들(164)은, 스트립들(130, 132, 134)의 폭들과 대략 동일한 폭을 가질 수도 있다. 그로부터 발생하는 조명 불균일성을 최소화하도록 하는 빔 스플리터(170)의 바람직한 배치에 관한 추가의 세부사항들이 도 7a 및 도 7b를 참조하여 아래에 제공된다.
빔 스플리터(170) 상에 입사되는 광은 바람직하게는 미러(172)을 향해 편향되는데, 이 미러(172)에서 광은 바람직하게는 카메라(126)를 향해 반사된다. 광은 바람직하게는, 미러(172)와 카메라(126)를 바람직하게 연결시키는 렌즈(174)에 의해 카메라(126) 상에 포커싱된다. 카메라(126) 내의 센서(136)는 바람직하게는 기판(106)으로부터 반사된 입사 광을 검출한다. 따라서, 단일 센서, 즉, 영역 센서(136)가 카메라(126)의 FOV(160) 내의 모든 영역들(130, 132, 134)의 이미지를 취득하도록 동작하는데, 이 영역들은 바람직하게는 조명기(124)에 의해 상호 상이한 각도 조명 모달리티들로 동시에 조명된다는 것이 인식된다. 본 발명의 선호되는 실시예들에서 유용한 예시적인 적합한 센서들은 벨기에의 AMS Sensors에 의한 CMV12000 및 소니(Sony)에 의한 IMX253LLR을 포함한다. 이들 센서들이 구비된 카메라들은 독일의 Basler, 캐나다 BC의 Flir 및 EVT와 같은 공급자들로부터 입수가능하다.
렌즈(174)는 바람직하게는 범위 0.3x 내지 3x에서의 배율을 갖는 텔레센트릭 이미징 렌즈(telecentric imaging lens)이다. FOV(160)와 렌즈(174) 사이의 광 경로는 바람직하게는 완전히 공기 중에 있기 때문에, 렌즈(174)는 원하는 배율, 해상도 및 FOV를 갖는 상업적으로 입수가능한 렌즈로서 구체화될 수도 있다. 대안적으로, 특수화된 적용예들의 경우, 적합한 렌즈가 독일의 Qioptiq Photonics GmbH & Co KG 및 Jos. Schneider Optische Werke GmbH와 같은 제조자들에 의한 사양들로 맞춤 설계되고 생산될 수도 있다.
조명기(124)에 의해 스캔 방향(150)으로 제공되는 복수의 조명 각도 모달리티들에 부가적으로, 조명기(124)는 바람직하게는, 일반적으로 스캔 방향(150)에 직교하는 교차 스캔 방향(180)으로 부가적인 서브-각도 조명 모달리티들을 제공하도록 부가적으로 구성되고 동작한다는 것이 본 발명의 선호되는 실시예들의 특정 특징이다. 교차 스캔 방향(180)으로 제공되는 부가적인 서브-각도 조명 모달리티들은, 본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려져 있을 수도 있는 바와 같이, 상이한 편광 인코딩된 모달리티들, 상이한 파장 인코딩된 모달리티들, 상이한 시간 멀티플렉싱된 모달리티들, 또는 상이한 각도 조명 모달리티들을 인코딩하기 위한 임의의 다른 가변 조명 모달리티 중 하나 이상을 포함할 수도 있다.
따라서, 조명기(124)에 의해 제공된 넓은 조명 각도 커버리지는 바람직하게는, 다수의 개별적으로 스위칭가능하고 감지된 조명 모달리티들로 분할되고, 각각의 조명 모달리티는 바람직하게는, 스캔 방향(150)을 따라 배열되는 영역들(130, 132, 134)과 같은, 기판(106)의 단일 개별 세그먼트를 조명한다. 각각의 스캔-방향 각도 세그먼트는 바람직하게는, 교차 스캔 방향(180)을 따라 배열되는 다수의 각도 서브-세그먼트들로 추가로 분할된다. 각각의 각도 세그먼트 및 서브-세그먼트는 바람직하게는, 독립적으로 스위칭가능한 조명 모달리티를 구성하고, 여기서 다양한 모달리티들 사이의 크로스토크(crosstalk)가 시간, 파장 및 편광 인코딩 스킴(scheme)들 중 하나 이상을 채용함으로써 최소화될 수도 있다.
모든 각도 세그먼트들의 동시 활성화는, 효율적인 패턴 구별에 요구될 수도 있는 바와 같이, 전체의 실질적으로 균일한 실질적으로 갭이 없는 넓은 NA 조명의 복원으로 이어진다. 기판(106)의 각각의 부분 상에 입사되는 조명 모달리티들의 총체(totality)가 이에 후속하여 컴퓨터(142)에 의해 계산적으로 디멀티플렉싱되어, 검사된 기판(106)의 멀티모달 이미저리(multi-modal imagery)를 생성한다.
그에 의해, 본 발명은, 연속적인 스캐닝 모드에서 동작되는 영역 타입 이미지 센서들과 양립가능한, 넓은 각도에 걸쳐 실질적으로 균일하고 실질적으로 갭이 없고 실질적으로 시프트 불변한 멀티모달리티 조명을 제공한다는 것이 인식된다.
스캔 방향(150)과 교차 스캔 방향(180) 양측 모두에서 가변적이고 잘 정의된(well-defined) 각도들로 배향되는 멀티모달리티 광에 의한 기판(106)의 조명은 기판(106) 상의 가능한 결함들의 정확한 특성화를 돕는 데 유용할 수도 있다. 특히, 증가된 수의 조명 모달리티들의 사용은 실제 결함들의 식별을 개선시키고 양호한 기판 피처(benign substrate feature)들의 긍정 오류 식별(false positive identification)들을 감소시킨다. 게다가, 스캔 방향(150)을 따라 조명 세그먼트들을 분리시키는 것은 또한, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 이후에 추가로 상세히 설명되는 바와 같이, 물리적 장애물들을 회피함으로써 조명기의 구축을 용이하게 한다.
상이한 파장들 또는 편광들을 사용하여 상이한 교차 스캔 조명 각도들이 멀티플렉싱될 수도 있게 하는 방법들이 각각 도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 12a 및 도 12b와 관련하여 아래에 추가로 설명된다. 별개의 영역들(130, 132, 134) 간의 스캔-방향 각도 모달리티들의 분할이 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10과 관련하여 아래에 설명된다.
본 발명의 선호되는 실시예에 따른 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 예시하는 단순화된 시공간 차트인 도 3에 대한 참조가 이제 이루어진다.
도 3에서 보여지는 바와 같이, 시스템(100)에 의해 제공되는 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명의 일 예가 시공간 차트(300)의 형태로 표현될 수도 있다. 차트(300)의 수평 축은 스캔 방향(150)으로 연장되고 차트(300)의 수직 축은 시간 또는 프레임 카운트를 표시한다.
도 3에서 차트로 나타낸 예시적인 조명 체제에서, 스캔 방향(150)을 따라 3개의 공간 구역들(130, 132, 134)로 각각 전달되는 3개의 조명 각도 모달리티들은, 바람직하게는 교차 스캔 방향(180)을 따라 각각의 공간 구역들(130, 132, 134) 내에서 동시에 전달되는 3개의 파장 인코딩된 조명 각도들에 의해 보완된다. 특히 바람직하게는, 3개의 파장 인코딩된 채널들을 포함하는 제1 그룹의 각도 조명 모달리티들(310)은 바람직하게는 제1 공간 구역(130)으로 전달되고, 동일한 3개의 파장 채널들에 의해 인코딩된 제2 그룹의 상이한 각도 조명 모달리티들(320)은 바람직하게는 제2 공간 구역(132)으로 전달되며, 동일한 3개의 파장 채널들에 의해 인코딩된 제3 그룹의 여전히 상이한 각도 조명 모달리티들(330)은 바람직하게는 제3 공간 구역(134)으로 전달된다. 제1, 제2 및 제3 공간 구역들(130, 132, 134)은 바람직하게는, 조명기(124)가 스트로빙될 때, 조명 각도 모달리티들(310, 320, 330)의 3개의 그룹들 중 대응하는 것들에 의해 동시에 조명된다.
각각의 시간 단계(time step) 또는 프레임에서, 조명기(124)가 스트로빙되고 영역들(130, 132, 134)은 바람직하게는, 각각이 3개의 조명 파장들에 의해 인코딩되는 조명 각도 모달리티들(310, 320, 330)의 그룹들의 각각의 것들에 의해 동시에 조명된다. 조명된 영역들(130, 132, 134)은, 각각의 영역이 조명되게 하는 3개의 파장 채널들을 표현하는 3개의 수평 막대들의 스택으로서 도 3에 묘사되고, 조명기(124)가 스트로빙되는 시간의 각각의 순간에서의 FOV(160)의 개념적 단면도에 대응하는 것으로서 이해될 수도 있다.
바람직하게는, 도 3에 예시된 각각의 조명 모달리티는, 스캐닝 운동이 스캔 방향(150)으로 영역들(130, 132, 134) 각각의 폭에 대응하는 간격을 가로지를 때마다 스트로빙된다.
각각의 프레임이 바람직하게는 카메라(126)에 의해 캡처된다. 이 경우에, 카메라(126)는 바람직하게는, 각각의 파장에서의 광을 감지하기 위한 센서(136)의 다수의 것들을 포함하고, 빔 스플리터(170)는 바람직하게는 모든 3개의 파장 채널들에서 부분적으로 투과 및 반사시키도록 구성된다.
조명기(124)의 스트로빙 동안 그리고 그에 뒤이어, 광학 헤드(102)가 바람직하게는 스캔 방향(150)으로 연속적으로 이동한다. 조명기(124)는 바람직하게는, 스캔 방향(150)으로 영역들(130, 132, 134) 각각의 전체 또는 거의 전체의 폭을 가로질러 이동한 광학 헤드(102)에 대응하는 시간 간격들로 스트로빙된다. 따라서, 경계가 표시된 구역(350)에 포함된 기판(106) 상의 각각의 포인트는 바람직하게는, 3개의 영역들(130, 132, 134)의 각각의 것에서 그리고 그룹들(310, 320, 330)에 포함된 3개의 조명 파장들의 각각의 것에 의해 조명된 바와 같이 카메라(126)에 의해 순차적으로 이미징된다. 따라서, 경계가 표시된 구역(350)에 포함된 기판(106) 상의 각각의 포인트는, 기판(106) 상의 3개의 공간 구역들 각각을 조명하는 3개의 파장 인코딩된 모달리티들에 대응하는 총 9개의 조명 각도 모달리티들에 의해 조명된다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 3개의 파장 모달리티들의 사용은 단지 예시적일 뿐이고 2개 또는 3개 초과의 파장 인코딩된 모달리티들이 대안적으로 사용될 수도 있다는 것이 인식된다.
전형적으로 물리적으로 별개의 조명 모듈들이 채용되지 않는 종래의 조명 접근법들의 경우처럼, 모든 3개의 스캔-방향 각도 모달리티들이 동일한 조명된 스트립 상에 입사된다면, 조명기(124)는 연속 스트로브들 사이의 조명된 스트립의 폭의 단지 대략 3분의 1에 대응하는 간격들로 스트로빙되어야 할 것이고, 크로스토크를 회피하기 위해 단지 3개의 상이한 모달리티들만이 각각의 스트로브에서 활성화되어야 할 것이라는 것이 인식된다. 이것은, 스캔-방향 각도 모달리티들이 각각의 별개의 스트립들 상에 입사되어, 9개의 모달리티들이 각각의 스트로브에서 활성화되게 하는 본 발명의 방법과는 대조적이다. 따라서, 그러한 종래의 시스템 내에서 고정된 프레임 레이트로 동작하는 이미지 센서를 채용하면 도 3의 선호되는 배열에 비해 스캐닝 속도의 3배 손실을 발생시킬 것이다.
게다가, 작은 스트로빙 증분들 사이에서 요구되는 이미지 중첩들의 증가된 수로 인해 그러한 종래의 시스템에서는 스캐닝 속도가 추가로 감소될 것이다. 따라서, 본 발명에 채용된 물리적으로 별개의 조명 모듈들은 유리하게는, 그러한 물리적으로 별개의 조명 모듈들이 채용되지 않는 종래의 조명 시스템들과 대조적으로 증가된 스캐닝 속도를 가능하게 한다.
기판(106)의 전체 길이를 스캐닝하는 것에 뒤이어, 기판(106)은 그 후에, 교차 스캔 방향(180)으로의 기판(106)의 폭에 따라, 바람직하게는 테이블(104)의 운동에 의해 교차 스캔 방향(180)으로 증분하여 시프트될 수도 있다. 상술된 프로세스는 그 후에, 기판(106) 전체가 스캐닝될 때까지 반복될 수도 있다. 기판(106)이 충분히 좁거나 그리고/또는 광 모듈들(152, 154, 156)이 교차 스캔 방향(180)으로 충분히 넓다면, 시스템(100)은 기판(106)의 교차 스캔 방향 운동이 요구되지 않도록, 기판(106)의 단일-패스 스캐닝(single-pass scanning)을 수행할 수도 있다는 것이 인식된다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같은 조명 각도 모달리티들의 파장 인코딩은, 검사 하의 기판이, 채용된 파장 범위 내에서 실질적으로 파장에 구애받지 않는 경우들에 특히 유용할 수도 있다. 예를 들어, PCB 검사에서 구리 반사율은 약 600nm보다 더 긴 파장들에서 실질적으로 불변한다. 따라서, 약 600nm 내지 약 950nm의 범위에 포함된 다수의 별개의 채널들을 사용하는 파장 인코딩은 과도한 반사율 변화 아티팩트(reflectance variation artifact)들을 발생시키는 일 없이 채용될 수도 있다. 그러한 경우에, 각각의 파장에서의 카메라 센서 상대 응답과 관련하여 다양한 모달리티 이미지들을 균등화하도록 주의해야 한다. 조명 각도 모달리티들의 파장 인코딩은 채용된 파장 범위에 걸쳐 실질적으로 각도에 구애받지 않는 기판들의 경우에 컬러 또는 멀티스펙트럼 이미지 취득에 또한 유용할 수도 있다. 이것은, 고도로 확산된, 준 램버시안(quasi Lambertian) 반사 표면들에 의한 경우일 수도 있다.
그러한 파장 인코딩된 다각 조명(multi-angular illumination)을 생성하는 데 사용되는 조명기(124)의 구조체 및 동작에 관한 추가의 세부사항들이 도 8a 내지 도 9b를 참조하여 이후에 제공된다.
본 발명의 다른 선호되는 실시예에 따른 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 예시하는 단순화된 시공간 차트인 도 4에 대한 참조가 이제 이루어진다.
도 4에서 보여지는 바와 같이, 시스템(100)에 의해 제공되는 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명의 일 예가 시공간 차트(400)의 형태로 표현될 수도 있다. 차트(400)의 수평 축은 스캔 방향(150)으로 연장되고 차트(400)의 수직 축은 시간 또는 프레임 카운트를 표시한다.
도 4에서 차트로 나타낸 예시적인 조명 체제에서, 3개의 공간 구역들(130, 132, 134)에 대응하는 3개의 조명 각도 모달리티들은, 바람직하게는 각각의 공간 구역들(130, 132, 134) 내에서 동시에 전달되는 2개의 조명 편광들에 의해 보완된다. 특히 바람직하게는, 2개의 편광 인코딩된 각도 채널들을 포함하는 제1 그룹의 조명 모달리티들(410)은 바람직하게는 제1 공간 구역(130)으로 전달되고, 동일한 2개의 편광 인코딩된 채널들을 포함하는 제2 그룹의 상이한 조명 각도 모달리티들(420)은 바람직하게는 제2 공간 구역(132)으로 전달되며, 동일한 2개의 편광 인코딩된 채널들을 포함하는 제3 그룹의 상이한 조명 각도 모달리티들(430)은 바람직하게는 제3 공간 구역(134)으로 전달된다. 제1, 제2 및 제3 공간 구역들(130, 132, 134)은 바람직하게는, 조명기(124)가 스트로빙될 때, 조명 모달리티들(410, 420, 430)의 3개의 그룹들 중 대응하는 것들에 의해 동시에 조명된다.
각각의 시간 단계 또는 프레임에서, 조명기(124)가 스트로빙되고 영역들(130, 132, 134)은 바람직하게는, 각각이 2개의 조명 편광들을 포함하는 조명 각도 모달리티들(410, 420, 430)의 그룹들의 각각의 것들에 의해 동시에 조명된다. 조명된 영역들(130, 132, 134)은, 각각의 영역이 조명되게 하는 2개의 편광 채널들을 표현하는 2개의 수평 막대들의 스택으로서 도 4에 묘사되고, 조명기(124)가 스트로빙되는 시간의 각각의 순간에서의 FOV(160)의 개념적 단면도에 대응하는 것으로서 이해될 수도 있다.
각각의 프레임이 바람직하게는 카메라(126)에 의해 캡처된다. 이 경우에, 카메라(126)는 바람직하게는, 각각의 편광에서의 광을 감지하기 위한 한 쌍의 센서들(136)을 포함하고, 빔 스플리터(170)는 바람직하게는, 편광들 양측 모두를 부분적으로 투과시키고 부분적으로 반사시키도록 구성된다.
조명기(124)의 스트로빙 동안 그리고 그에 뒤이어, 광학 헤드(102)가 바람직하게는 스캔 방향(150)으로 연속적으로 이동한다. 조명기(124)는 바람직하게는, 스캔 방향(150)으로 영역들(130, 132, 134) 각각의 전체 또는 거의 전체의 폭을 가로질러 이동한 광학 헤드(102)에 대응하는 시간 간격들로 스트로빙된다. 따라서, 경계가 표시된 구역(450)에 포함된 기판(106) 상의 각각의 포인트는 바람직하게는, 3개의 영역들(130, 132, 134)의 각각의 것에서 그리고 그룹들(410, 420, 430)에 포함된 2개의 편광 인코딩된 조명 각도 모달리티들의 각각의 것에 의해 조명된 바와 같이 카메라(126)에 의해 순차적으로 이미징된다. 따라서, 경계가 표시된 구역(450)에 포함된 기판(106) 상의 각각의 포인트는 바람직하게는, 기판(106) 상의 3개의 공간 구역들을 조명하는 2개의 편광 모달리티들에 대응하는 총 6개의 조명 각도 모달리티들에 의해 조명된다.
종래의 조명 시스템들에서 전형적으로 그러했던 것처럼, 모든 6개의 편광 인코딩된 각도 모달리티들이 단일 스트립 상에 입사된다면, 광학 헤드(102)는 스트로브들 사이의 조명된 스트립의 폭의 단지 약 3분의 1만큼 증분되어야 할 것이고, 크로스토크를 회피하기 위해 단지 2개의 각도 모달리티들만이 각각의 스트로브로 활성화되어야 할 것이라는 것이 인식된다.
기판(106)의 전체 길이를 스캐닝하는 것에 뒤이어, 기판(106)은 그 후에, 교차 스캔 방향(180)으로의 기판(106)의 폭에 따라, 바람직하게는 테이블(104)의 운동에 의해 교차 스캔 방향(180)으로 증분하여 시프트될 수도 있다. 상술된 프로세스는 그 후에, 기판(106) 전체가 스캐닝될 때까지 반복될 수도 있다. 기판(106)이 충분히 좁거나 그리고/또는 광 모듈들(152, 152, 156)이 교차 스캔 방향(180)으로 충분히 넓다면, 시스템(100)은 기판(106)의 교차 스캔 방향 운동이 요구되지 않도록, 기판(106)의 단일-패스 스캐닝을 수행할 수도 있다는 것이 인식된다.
본 명세서에서 설명되는 바와 같은 조명 각도 모달리티들의 편광 인코딩은, 기판(106)이, 채용된 파장 범위 내에서 실질적으로 편광에 구애받지 않는 경우들에 특히 유용할 수도 있다. 예를 들어, PCB 검사에서, 구리 반사율은 모든 관심 입사 각도들에서 그리고 가시 파장들에 걸쳐 상호 수직인 편광들 사이에서 단지 몇 퍼센트만큼만 변한다. 전형적으로 반투명한 유전체 기판은 반사 시에 입사 광의 편광을 없애려는 경향이 있고 대부분 입사 각도에 구애받지 않는다.
게다가, 각도에 구애받지 않는 적용예들에서, 편광 인코딩된 조명은 기판(106) 상의 각각의 위치에서 재료의 타입을 분석하는 데 유용할 수도 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 편광 인코딩된 조명은, 광학적으로 거친 세라믹, 솔라 웨이퍼들 또는 가요성 플라스틱 기판들 상의 얇은 금속 또는 유전체 필름들의 퇴적에 의해 전형적으로 생성되는 바와 같은, 비교적 얇고 편평한 확산 반사 금속 또는 유전체 필름들을 포함하는 패터닝된 기판들의 검사에 유용할 수도 있다.
그러한 다중 편광된 조명을 생성하는 데 사용되는 조명기(124)의 구조체 및 동작에 관한 추가의 세부사항들이 도 12a 및 도 12b를 참조하여 이후에 제공된다.
본 발명의 또 다른 선호되는 실시예에 따른 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 예시하는 단순화된 시공간 차트인 도 5에 대한 참조가 이제 이루어진다.
도 5에서 보여지는 바와 같이, 시스템(100)에 의해 제공되는 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명의 일 예가 시공간 차트(500)의 형태로 표현될 수도 있다. 차트(500)의 수평 축은 스캔 방향(150)으로 연장되고 차트(500)의 수직 축은 시간 또는 프레임 카운트를 표시한다.
도 5에서 차트로 나타낸 예시적인 조명 체제에서, 3개의 공간 구역들(130, 132, 134)에 대응하는 3개의 스캔-방향(150) 조명 각도 모달리티들은 각각 3개의 상이한 교차 스캔 방향(180) 각도 모달리티들에 의해 보완된다. 교차 스캔 방향 각도 모달리티들은 바람직하게는 각각의 공간 구역들(130, 132, 134) 내에서 시간 단계들로 순차적으로 전달된다. 특히 바람직하게는, 3개의 각도 모달리티들을 포함하는 제1 그룹의 조명 모달리티들(510)은 바람직하게는 하나의 시점에서 공간 구역들(130, 132, 134)로 전달되고, 3개의 상이한 각도 모달리티들을 포함하는 제2 그룹(520)은 바람직하게는 제1 그룹(510)의 전달에 뒤이은 다른 시점에서 공간 구역들(130, 132, 134)로 전달되며, 3개의 여전히 상이한 각도 모달리티들을 포함하는 제3 그룹(530)은 바람직하게는 제2 그룹(520)의 전달에 뒤이은 또 다른 시점에서 공간 구역들(130, 132, 134)로 전달된다.
제1, 제2 및 제3 공간 구역들(130, 132, 134)은 바람직하게는, 3개의 그룹들(510, 520, 530)에 대해 순차적으로, 조명기(124)가 스트로빙될 때, 조명 모달리티들(510, 520, 530)의 3개의 그룹들 중 하나의 그룹의 개별 모달리티들의 각각의 것들에 의해 동시에 조명된다.
조명된 영역들(130, 132, 134)은, 각각의 영역이 조명되게 하는 개별 조명 모달리티를 표현하는 수평 막대들로서 도 5에 묘사되고, 조명기(124)가 스트로빙되는 시간의 각각의 순간에서의 FOV(160)의 개념적 단면도에 대응하는 것으로서 이해될 수도 있다. 각각의 프레임이 바람직하게는 카메라(126)에 의해 캡처된다. 이 경우에, 카메라(126)는 바람직하게는, 유입 광을 검출하기 위한 단색 센서(136)를 포함한다.
조명기(124)의 스트로빙 동안 그리고 그에 뒤이어, 광학 헤드(102)가 바람직하게는 스캔 방향(150)으로 연속적으로 이동한다. 조명기(124)는 바람직하게는, 광학 헤드(102)가 스캔 방향(150)을 따라 영역들(130, 132, 134) 각각을 가로지르는 통로의 대략 3분의 1의 거리를 이동한 것에 대응하는 시간 간격들로 스트로빙되지만, 이때 상이한 그룹들의 조명 모달리티들이 각각의 스트로브에서 전달된다. 도 5를 고려하여 인식되는 바와 같이, 조명 모달리티들(510, 520 및 530)의 그룹들의 각각의 모달리티는 바람직하게는, 영역들(130, 132, 134) 각각을 가로지르는 전체 폭에 대응하는 간격들로 스트로빙된다. 따라서, 조명기(124)의 듀티 사이클은, 상기에 언급된 바와 같이, 영역들(130, 132, 134) 각각의 전체 폭에 의해 결정된다.
기판(106)에 대한 조명기(124)의 연속적인 운동과 결합된, 서로에 대해 상이한 시점들에서 전달되는 상이한 그룹들의 조명 모달리티들(510, 520, 530)의 결과로서, 조명 모달리티들의 각각의 그룹은 바람직하게는 영역들(130, 132, 134) 각각의 점진적으로 시프트되는 구역을 조명한다는 것이 이해된다. 바람직하게는, 정확한 후속 이미지 재구축을 허용하기 위해, 조명 모달리티들(510, 520, 530)의 그룹들에 의해 조명되는 영역들(130, 132, 134) 각각의 이들 구역들 사이에 작은 공간 중첩이 있다.
따라서, 경계가 표시된 구역(550)에 포함된 기판(106) 상의 각각의 포인트는 바람직하게는, 3개의 영역들(130, 132, 134) 각각에서 그리고 각각의 영역 내의 3개의 시점들에서 조명된 바와 같이 카메라(126)에 의해 이미징된다. 따라서, 경계가 표시된 구역(550)에 포함된 기판(106) 상의 각각의 포인트는, 기판(106) 상의 3개의 공간 구역들을 조명하는 3개의 시간적 모달리티들에 대응하는 총 9개의 조명 모달리티들에 의해 조명된다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 3개의 시간 단계들의 사용은 단지 예시적일 뿐이고 2개 또는 2개 초과의 시간 단계들이 대안적으로 사용될 수도 있다는 것이 인식된다.
기판(106)의 전체 길이를 스캐닝하는 것에 뒤이어, 기판(106)은 그 후에, 교차 스캔 방향(180)으로의 기판(106)의 폭에 따라, 바람직하게는 테이블(104)의 운동에 의해 교차 스캔 방향(180)으로 증분하여 시프트될 수도 있다. 상술된 프로세스는 그 후에, 기판(106) 전체가 스캐닝될 때까지 반복될 수도 있다. 기판(106)이 충분히 좁거나 그리고/또는 광 모듈들(152, 154, 156)이 교차 스캔 방향(180)으로 충분히 넓다면, 시스템(100)은 기판(106)의 교차 스캔 방향 운동이 요구되지 않도록, 기판(106)의 단일-패스 스캐닝을 수행할 수도 있다는 것이 인식된다.
도 5에서 차트로 나타낸 실시예에서의 시스템 스루풋은, 더 작은 증분 스캔 단계들의 성능으로 인해, 도 3 및 도 4에서 차트로 나타낸 것들보다 더 느리다는 것이 이해된다. 그러나, 모든 9개의 각도 모달리티들이, 3개의 개별 스트립들 상에 각각 입사되는 3개의 그룹들로 그룹화되기보다는 오히려, 단일 스트립 상에 입사된다면, 광학 헤드(102)는 스트로브들 사이의 조명된 스트립의 폭의 단지 약 9분의 1만큼 증분되어야 할 것이고, 크로스토크를 회피하기 위해 단지 단일 각도 모달리티만이 각각의 스트로브에서 활성화되어야 할 것이라는 것이 인식된다. 상기에 언급된 바와 같이 연이은 노출들 사이의 유한 공간 중첩을 보장할 필요성과 결합된, 그러한 시스템에 의해 요구될 증가된 수의 스캐닝 증분들은, 도 5에서 차트로 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 바람직하게 달성된 것보다 상당히 더 느린 스캐닝 속도를 발생시킬 것이다.
그러한 시간 단계화된 조명을 생성하는 데 사용되는 조명기(124)의 구조체 및 동작에 관한 추가의 세부사항들이 도 8a 내지 도 9b를 참조하여 이후에 제공된다.
도 3 내지 도 5에서 차트로 나타낸 상이한 조명 모달리티들 중 다양한 것들이 조합되어 한층 더 높은 차수들의 멀티모달리티 조명을 달성할 수도 있다는 것이 인식된다. 단지 예로서, 상이한 파장 모달리티들을 갖는 상이한 편광 모달리티들의 조합이 도 6에 예시되어 있다. 이제 도 6을 참조하면, 시스템(100)에 의해 제공되는 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명의 일 예가 시공간 차트(600)의 형태로 표현될 수도 있다. 차트(600)의 수평 축은 스캔 방향(150)으로 연장되고 차트(600)의 수직 축은 시간 또는 프레임 카운트를 표시한다.
도 6에서 차트로 나타낸 예시적인 조명 체제에서, 3개의 공간 구역들(130, 132, 134) 각각은 2개의 편광 인코딩된 채널들에 의해 조명되고, 각각의 편광 인코딩된 채널은, 바람직하게는 공간 구역들(130, 132, 134) 각각으로 동시에 전달되는, 3개의 파장 인코딩된 각도 모달리티들을 포함한다. 특히 바람직하게는, 총 6개의 파장 및 편광 인코딩된 채널들을 포함하는 제1 그룹의 조명 모달리티들(610)은 바람직하게는 제1 공간 구역(130)으로 전달되고, 동일한 6개의 파장 및 편광 채널들에 의해 인코딩된 상이한 각도 모달리티들을 포함하는 제2 그룹의 조명 모달리티들(620)은 바람직하게는 제2 공간 구역(132)으로 전달되며, 동일한 6개의 파장 및 편광 채널들에 의해 인코딩된 또 상이한 각도 모달리티들을 포함하는 제3 그룹의 조명 모달리티들(630)은 바람직하게는 제3 공간 구역(134)으로 전달된다. 제1, 제2 및 제3 공간 구역들(130, 132, 134)은 바람직하게는, 조명기(124)가 스트로빙될 때, 조명 모달리티들(610, 620, 630)의 3개의 그룹들 중 대응하는 것들에 의해 동시에 조명된다.
각각의 시간 단계 또는 프레임에서, 조명기(124)가 스트로빙되고 영역들(130, 132, 134)은 바람직하게는, 각각이 2개의 편광들을 갖는 3개의 조명 파장들을 포함하는 조명 각도 모달리티들(610, 620, 630)의 그룹들의 각각의 것들에 의해 동시에 조명된다. 조명된 영역들(130, 132, 134)은, 각각의 영역이 조명되게 하는 2개의 편광들에서의 3개의 파장들을 각각 표현하는 6개의 수평 막대들의 스택으로서 도 6에 묘사되고, 조명기(124)가 스트로빙되는 시간의 각각의 순간에서의 FOV(160)의 개념적 단면도에 대응하는 것으로서 이해될 수도 있다.
다양한 각도 모달리티 그룹들이 인코딩되게 하는 2개의 직교 편광들은 각각 도 6에서 참조 번호들 640 및 642로 표시된다. 도 6은 2개의 선형 편광들의 예시적인 경우를 도시하고, 여기서 640은 스캔 방향(150)을 가리키는 선형 편광을 나타내고, 642는 교차 스캔 방향(180)을 가리키는 선형 편광을 나타낸다. 다른 직교 편광 인코딩 스킴들이 대안적으로 채용될 수도 있다는 것이 이해된다.
각각의 프레임이 바람직하게는 카메라(126)에 의해 캡처된다. 조명기(124)의 스트로빙 동안 그리고 그에 뒤이어, 광학 헤드(102)가 바람직하게는 스캔 방향(150)으로 연속적으로 이동한다. 조명기(124)는 바람직하게는, 광학 헤드(102)가 스캔 방향(150)으로 영역들(130, 132, 134) 각각의 전체 또는 거의 전체의 폭을 가로질러 이동한 것에 대응하는 시간 간격들로 스트로빙된다. 따라서, 경계가 표시된 구역(650)에 포함된 기판(106) 상의 각각의 포인트는 바람직하게는, 3개의 영역들(130, 132, 134)의 각각의 것에서 그리고 그룹들(610, 620, 630)에 포함된 6개의 파장 및 편광 인코딩된 각도 모달리티들의 각각의 것에 의해 조명된 바와 같이 카메라(126)에 의해 이미징된다. 따라서, 경계가 표시된 구역(650)에 포함된 기판(106) 상의 각각의 포인트는, 기판(106) 상의 3개의 공간 구역들 각각을 조명하는 6개의 파장 및 편광 인코딩된 모달리티들에 대응하는 총 18개의 조명 모달리티들에 의해 조명된다.
도 6에서 차트로 나타낸 것들에 부가적으로 상이한 조명 모달리티들의 대안적인 조합들이 또한 가능하다는 것이 인식된다. 따라서, 예로서, 도 3에 예시된 바와 같은 복수의 공간 구역들을 조명하는 상이한 파장 인코딩된 모달리티들은 더 많은 수의 조명 모달리티들을 달성하기 위해 도 5에 예시된 바와 같은 상이한 시간적 모달리티들과 조합될 수도 있고; 도 4에 예시된 바와 같은 복수의 공간 구역들을 조명하는 상이한 편광 인코딩된 모달리티들은 도 5에 예시된 바와 같은 상이한 시간적 모달리티들과 조합될 수도 있고; 편광, 파장 및 시간 단계 모달리티들 모두가 대안적으로 조합될 수도 있다.
기판(106)을 조명하는 데 사용되는 조명 모달리티들의 수가 많을수록, 그의 검사의 정확도 및 해상도가 커지지만, 특정 경우들에서 모달리티들의 수가 증가됨에 따라 시스템 스루풋이 더 느려질 수도 있다는 것이 이해된다.
도 1a 내지 도 2b에 도시된 타입의 시스템의 조명 출력과 관련하여 도시된 광학 요소들의 배열의 단순화된 각각의 정면도 및 사시도 예시들인 도 7a 및 도 7b에 대한 참조가 이제 이루어진다.
도 7a 및 도 7b에서 보여지는 바와 같이, 여기서 3개의 조명 빔들(700, 702, 704)을 포함하는 것으로서 예시된, 조명기(124)로부터의 조명 출력(도시되지 않음)은 바람직하게는, 여기서 기판(106) 상의 3개의 조명된 영역들(130, 132, 134)을 포함하는 것으로서 예시된 적어도 2개의 영역들 상에 입사된다. 빔들(700, 702, 704) 및 대응하는 조명 영역들(130, 132, 134)이 바람직하게는, 광 모듈들(152, 154, 156) 사이의 물리적 이격과 이들의 배향으로 인해 비인접하다는 것이 본 발명의 선호되는 실시예의 특히 유리한 특징이다. 따라서, 빔 스플리터(170)는 빔 스플리터(170)의 에지들(710)이 빔들 내에보다는 오히려 빔들(700, 702, 704) 사이의 공간들에 놓이도록 빔들(700, 702, 704)에 대해 포지셔닝될 수도 있다. 빔 스플리터(170)의 에지들(710)을 광의 빔들(700, 702, 704) 내에보다는 오히려 그 사이에 포지셔닝하는 것은, 에지들(710)에 의해 도입되는 조명 불균일성 및 미광을 최소화하도록 기능한다. 빔 스플리터(170)의 최적의 포지셔닝은 바람직하게는, 카메라(126)에 의해 영역들(130, 132, 134)로부터 반사된 조명의 비-비네팅 캡처, 및 영역(132) 조명의 감쇠를 고려하여, 조명에 대한 영역들(130, 132, 134)의 중단없는 노출을 허용하는 것에 기초하여 선택된다.
빔(700)은 바람직하게는, 교차 스캔 방향(180)으로, 3개의 공간적으로 중첩되지만 각도를 이루어 실질적으로 구별되는 서브-빔들로 분할되는데, 이는 제시의 명확성을 위해 도 7b로부터 생략된다는 것에 주목한다. 다양한 실시예들에서 그러한 교차 스캔 모달리티들의 형성은 도 11a 내지 도 13에 예시되어 있다. 이들 서브-빔들은 조명기(124)에 의해 교차 스캔 방향(180)으로 제공된 다양한 상이한 조명 모달리티들을 표현한다. 빔(700)의 서브-빔들은, 도 3에서 차트로 나타낸 조명 체제에 따라, 영역(130)을 동시에 조명하는 3개의 상이한 파장들의 서브-빔들을 포함할 수도 있거나; 도 4에서 차트로 나타낸 조명 체제에 따라, 영역(130)을 동시에 조명하는 2개의 상이한 편광들의 서브-빔들을 포함할 수도 있거나; 또는 도 5에서 차트로 나타낸 조명 체제에 따라, 영역(130)을 순차적으로 조명하는, 상이한 시점들에서 전달되는 서브-빔들을 포함할 수도 있다.
유사한 서브-빔들은 바람직하게는 빔들(700, 702, 704) 각각을 포함할 것이라는 것이 인식된다. 빔들(700, 702, 704) 각각은 교차 스캔 방향(180)으로 제공된 조명 모달리티들의 수에 따라 교차 스캔 방향(180)으로 2개 이상의 서브-빔들로 세분화될 수도 있다는 것이 부가적으로 인식된다. 교차 스캔 서브-빔들의 형성은 아래의 도 11 내지 도 13과 관련하여 추가로 상세히 설명된다. 게다가, 3개의 빔들(700, 702, 704)이 도 7a 및 도 7b에 예시되어 있지만, 조명기(124)는, 상이한 각도 모달리티들의 스캔 방향(150)으로 2개 이상의 빔들을 제공하는 2개 이상의 광 모듈들을 포함할 수도 있고, 그 빔들 각각은 교차 스캔 방향(180)으로 적어도 2개의 조명 모달리티들로 세분화된다는 것이 인식된다.
반드시는 아니지만, 바람직하게는, 빔들(700, 702 및 704)은 프로세서(128)에 의한 중첩 이미지들의 병합에 뒤이은 조합된 조명 효과가 각도 갭들이 없다는 것을 보장하도록, 도 7a에서 보여지는 바와 같이, 스캔 방향(150)으로 약간 중첩되는 입사 각도들로 경계를 이루고 있다. 도 7a 및 도 7b를 고려하면 명백한 바와 같이, 이미징 렌즈(174) 및 카메라(126)의 광 축(720)이 바람직하게는 기판(106)에 대해 비스듬한 각도로 기울어져 있다. 이 구성은 유리하게는, 광학 요소들을 형성하는 빔(700)을 위한 공간을 남겨둔다. 게다가, 이 구성은 렌즈(174)에 대한 짧은 작동 거리를 가능하게 하여, 따라서 렌즈(174)가 비교적 낮은 비용 및 복잡성으로 고해상도 이미징을 달성하게 한다. 본 발명의 선호되는 실시예들에 따라 구축되고 동작하는 조명 및 이미징 서브시스템들을 포함하는 검사 시스템들은 30마이크론들 이하, 그리고 더 구체적으로는 15마이크론들 이하의 피처들의 고해상도 기판 검사에 특히 유용하다.
도 3 또는 도 4에 예시된 타입의 멀티모달리티 멀티플렉싱 조명을 제공하기에 적합한, 본 발명의 선호되는 실시예에 따라 구축되고 동작하는 멀티모달리티 조명기의 단순화된 사시도, 정면도 및 측면도 예시들인 도 8a 내지 도 8c에 대한 참조가 이제 이루어진다.
도 8a 내지 도 8c에서 보여지는 바와 같이, 바람직하게는 본 발명의 조명 서브시스템(120)의 일부를 형성하는 멀티모달리티 조명기(824)가 제공된다. 도 8a 내지 도 8c에 도시된 멀티모달리티 조명기(824)는 시스템(100)의 조명 서브시스템(120)의 일부를 형성하는 조명기(124)의 특히 선호되는 실시예라는 것이 인식된다.
멀티모달리티 조명기(824)는 바람직하게는, 여기서 예로서 제1 광 모듈(852), 제2 광 모듈(854) 및 제3 광 모듈(856)로서 구체화되는 적어도 2개의 광 모듈들을 포함한다. 광 모듈들(852, 854, 856)은, 조명기(124)를 포함하는 광 모듈들(152, 154, 156)의 특히 선호되는 실시예라는 것이 인식된다.
제1, 제2 및 제3 광 모듈들(852, 854, 856)은 반드시는 아니지만 바람직하게는 상호 동일하고 스캔 방향(150)을 따라 상호 정렬된다. 반드시는 아니지만, 바람직하게는, 제1, 제2 및 제3 광 모듈들(852, 854, 856)은, 상기에 설명된 바와 같이, 스캔 방향(150)으로 물리적으로 이격되어 있다. 광 모듈들(852, 854, 856) 각각은 바람직하게는 교차 스캔 방향(180)으로 길이방향으로 연장된다.
각각의 광 모듈은 바람직하게는, 여기서 예들로서 LED들(860)의 어레이로서 구체화되는 광원들의 어레이를 포함한다. 수퍼 루미네슨트 다이오드(super luminescent diode)(SLD)들, 다이오드 레이저들, 수직 캐비티 표면 방출 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser)(VCSEL)들 또는 레이저 펌핑 인광체 램프(laser pumped phosphor lamp)들과 같은 다른 광원들이 광 모듈들(852, 854, 856)에의 포함에 대안적으로 적합할 수도 있다는 것이 인식된다. 물리적 광원들은 대안적으로 광 섬유들 또는 다른 광 가이딩(light guiding) 또는 균질화 요소들에 결합될 수도 있고, 여기서 이들 광 가이드들의 출력 단부들이 유효 광원들로서 기능한다.
LED들(860)은 도 5에서 차트로 나타낸 것과 같은 조명 체제에 따라 단색 조명을 생성하기 위해 단일 공통 파장에서 광을 방출할 수도 있다. 대안적으로, LED들(860)은 상이한 파장들에서 광을 방출할 수도 있다. 예로서, LED들(860)은 유닛들(862)의 주기적으로 반복되는 패턴으로 배열될 수도 있다. 각각의 유닛(862)은, 도 3에서 차트로 나타낸 것과 같은 조명 체제에 따라, 교차 스캔 방향(180)으로 3개의 상이한 파장 모달리티들의 조명을 생성하기 위해, 제1 파장에서 광을 방출하는 제1 LED(864), 제2 파장에서 광을 방출하는 제2 LED(866) 및 제3 파장에서 광을 방출하는 제3 LED(868)를 포함할 수도 있다.
각각의 LED(860)는 바람직하게 광 가이드(870)에 결합된다. 광 가이드(870)는 바람직하게는, 그 위에 장착된 대응하는 LED(860)에 의해 방출된 광을 수신하고, 공간적으로 균일한 광 분포를 제공하기 위해 광을 랜덤화한다. LED들의 유닛(862)에 속하는 3개의 광 가이드들(870)의 그룹은 바람직하게는 광 성형 요소(880)에 대해 정렬된다. 광 성형 요소(880)는 바람직하게는 그와 연관된 광 가이드들(870)에 의한 균일한 광 출력을 수신하고, 미리 결정된 형상의 광 출력을 제공한다.
각각의 광 성형 요소(880)로부터의 광 출력은 바람직하게는 세장형 광 집광기 요소(890)를 향해 전파되고, 그 세장형 광 집광기 요소(890)에서, 모든 광 성형 요소들(880)로부터의 광 출력이 바람직하게는 집광된다. 상기에 설명된 바와 같이, 광 집광기 요소(890)는, 바람직하게는 미국 특허 제7,641,365호에 설명된 타입의, 투과형 광 집광기 요소일 수도 있는데, 그 미국 특허 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다. 광 집광기 요소(890)는 바람직하게는, 기판(106) 상의 영역들(130, 132, 134) 중 대응하는 하나의 영역을 조명하는 집광된 광을 투과시킨다.
도 8d는 멀티모달리티 조명기(824)의, 부가적인 각도들로부터의 추가의 뷰들을 제공하는데, 이 뷰들은 기판(106) 상의 영역들(130, 132 및 134)을 향한 그를 통한 조명의 통과를 예시하는 뷰들을 포함한다.
투과형 광 집광기 요소(890)는 대안적으로, 도 9a 및 도 9b에 예시된 바와 같이, 반사형 광 집광기 요소로서 구체화될 수도 있다.
이제 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 멀티모달리티 조명기(924)의 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 조명기(924)는 바람직하게는, 여기서 예로서 제1 광 모듈(952), 제2 광 모듈(954) 및 제3 광 모듈(956)로서 구체화되는 적어도 2개의 광 모듈들을 포함한다. 광 모듈들(952, 954, 956)은, 조명기(124)를 포함하는 광 모듈들(152, 154, 156)의 다른 특히 선호되는 실시예라는 것이 인식된다.
제1, 제2 및 제3 광 모듈들(952, 954, 956)은 반드시는 아니지만 바람직하게는 상호 동일하지 않다. 광 모듈들(952, 954, 956) 각각은 바람직하게는 교차 스캔 방향(180)으로 길이방향으로 연장된다. 각각의 광 모듈은 바람직하게는, 여기서 예들로서 LED들(860)의 어레이로서 구체화되는 광원들의 어레이를 포함한다. 수퍼 루미네슨트 다이오드(SLD)들, 다이오드 레이저들, 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL)들 또는 레이저 펌핑 인광체 램프들과 같은 다른 광원들이 광 모듈들(952, 954, 956)에의 포함에 대안적으로 적합할 수도 있다는 것이 인식된다. 물리적 광원들은 대안적으로 광 섬유들 또는 다른 광 가이딩 또는 균질화 요소들에 결합될 수도 있고, 여기서 이들 광 가이드들의 출력 단부들이 유효 광원들로서 기능한다.
LED들(860)은 도 5에서 차트로 나타낸 것과 같은 조명 체제에 따라 단색 조명을 생성하기 위해 단일 공통 파장에서 광을 방출할 수도 있다. 대안적으로, LED들(860)은 상이한 파장들에서 광을 방출할 수도 있다. 예로서, LED들(860)은 유닛들(862)의 주기적으로 반복되는 패턴으로 배열될 수도 있다. 각각의 유닛(862)은, 도 3에서 차트로 나타낸 것과 같은 조명 체제에 따라, 교차 스캔 방향(180)으로 상이한 파장 모달리티들의 조명을 생성하기 위해, 제1 파장에서 광을 방출하는 제1 LED(864), 제2 파장에서 광을 방출하는 제2 LED(866) 및 제3 파장에서 광을 방출하는 제3 LED(868)를 포함할 수도 있다.
각각의 LED(860)는 바람직하게는 광 가이드(870)와 같은 광 가이드에 결합된다. 광 가이드(870)는 바람직하게는, 그 위에 장착된 대응하는 LED(860)에 의해 방출된 광을 수신하고, 공간적으로 균일한 광 분포를 제공하기 위해 광을 랜덤화한다. LED들의 유닛(862)에 속하는 3개의 광 가이드들(870)의 그룹은 바람직하게는 광 성형 요소(880)와 같은 광 성형 요소에 대해 정렬된다. 광 성형 요소(880)는 바람직하게는 그와 연관된 광 가이드들(870)에 의한 균일한 광 출력을 수신하고, 미리 결정된 형상의 광 출력을 제공한다.
각각의 광 성형 요소(880)로부터의 광 출력은 바람직하게는, 일반적으로 원통형의 광 집광기 요소(990)를 향해 전파되고, 그 일반적으로 원통형의 광 집광기 요소(990)에서, 모든 광 성형 요소들(880)로부터의 광 출력이 바람직하게는 집광된다. 광 집광기 요소(990)는, 바람직하게는 발명의 명칭이 "Illumination system and inspection apparatus including same"인 미국 특허 제5,058,982호에 설명된 타입의, 반사형 광 집광기 요소일 수도 있는데, 그 미국 특허의 전체가 이로써 참조로 포함된다. 광 집광기 요소(990)는 바람직하게는, 기판(106) 상의 영역들(130, 132, 134) 중 대응하는 하나의 영역을 향해 집광된 광을 반사시킨다.
명확성을 위해, 도 9a 및 도 9b는 이미징 광 경로를 도시하지 않는다. 기판(106) 상의 이미지 영역들(130, 132, 134)에 이미징 렌즈 및 카메라를 고정시키는 것은 바람직하게는, 952 또는 956과 같은 광 모듈과 그의 각각의 집광기(990) 사이에 적어도 하나의 폴딩 미러(folding mirror)를 부가하는 것을 수반할 것이라는 것이 이해된다.
멀티모달리티 조명기들(824 및 924)의 광 출력은 단일 편광의 것일 수도 있다는 것이 인식된다. 대안적으로, 멀티모달리티 조명기들(824, 924)은 하나 초과의 편광에서 광 출력을 제공하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 멀티모달리티 조명기(824)는, 도 10a 및 도 10b에 도시된 멀티모달리티 편광 멀티플렉싱 조명기(1024)의 경우에 도시된 바와 같이, 다수의 파장들 및 2개의 편광들에서 광 출력을 제공하도록 수정될 수도 있다.
도 10a 및 도 10b에서 보여지는 바와 같이, 멀티플렉싱 조명기(1024)는 6개의 광 모듈들(1030)을 포함할 수도 있는데, 그 광 모듈들 각각은, 광 모듈들(852, 854, 856)과 일반적으로 유사한 타입의 것일 수도 있다. 광 모듈들(1030)은 바람직하게는 3개의 쌍들(1032)로 페어링되는데, 그 쌍들(1032) 각각은, FOV(160)의 영역(130, 132, 134)과 같은 주어진 영역에 상호 상이한 편광의 광을 제공하는 2개의 광 모듈들(1030)을 포함한다. 멀티모달리티 조명기(1024)와 같은 멀티모달리티 조명기는 도 6에서 차트로 나타낸 타입의 조명 체제에 따라 멀티모달리티 파장 및 편광 멀티플렉싱 조명을 제공하는 데 유용할 수도 있다.
투과형 집광 요소들(890)을 포함하는, 멀티모달리티 조명기(824)와 유사한 타입의 멀티모달리티 조명기에 대해 편광 멀티플렉싱 조명기(1024)가 도시되어 있지만, 반사형 집광 요소들(990)을 포함하는, 멀티모달리티 조명기(924)와 일반적으로 유사한 타입의 편광 멀티플렉싱 조명기가, 본 발명의 다른 선호되는 실시예에 따라 대안적으로 제공될 수도 있다는 것이 인식된다.
멀티플렉싱 조명기(1024)는 바람직하게는 18개의 상이한 각도 조명 모달리티들을 투영하는 것이 가능하다. 그러나, 각도에 구애받지 않는 적용예들의 경우에, 조명기(1024)는 기판(106)의 멀티스펙트럼 이미징에 유용할 수도 있다는 것에 주목한다. 예시적인 경우에, 하나의 광 모듈(1030)의 3개의 LED 파장들은 동일한 쌍(1032)에 속하는 다른 광 모듈(1030)의 3개의 LED 파장들과는 상이할 수도 있다. 이러한 방식으로 설계되었지만 편광기들을 포함하지 않는 조명기(1024)가 최대 18개의 상이한 파장들에 걸쳐 멀티스펙트럼 스캐닝 및 이미징을 위해 사용될 수도 있다.
도 8a 내지 도 10b 중 임의의 것에 예시된 타입의 조명기의 일 부분으로부터의 광 출력을 예시하는 단순화된 다이어그램들인 도 11a, 도 11b 및 도 11c에 대한 참조가 이제 이루어진다.
도 11a, 도 11b 및 도 11c에서 보여지는 바와 같이, 바람직하게는 광 모듈들(852, 854, 856, 952, 954, 956, 1030) 중 임의의 하나로서 구체화되는 단일 광 모듈(1100)은, 일련의 광 가이드들(870)에 결합되는 LED들(860)의 어레이를 포함하는데, 그 광 가이드들(870) 중 3개의 광 가이드들의 그룹들이 개별 광 성형 요소(880)에 결합된다.
광 성형 요소(880)는 바람직하게는 자유형의 원통형 굴절형 광학 요소이다. 요소(880)는 유리로 제작될 수도 있지만, 바람직하게는 사출 성형 플라스틱(injection molded plastic)으로 제조된다. 인접한 광 가이드들(870)에 결합된 요소들(880)의 그룹들은 바람직하게는 사출 성형 플라스틱 요소들의 모놀리식 어레이들로서 제작될 수도 있다. 요소들(880)은 바람직하게는 투과형 광 집광기들(890)(도 8a 내지 도 8c) 또는 반사형 광 집광기들(990)(도 9a 및 도 9b)과 같은 광 집광기들에 미리 결정된 형상 분포의 균일한 광을 제공한다.
광 모듈(1100)은 바람직하게는 교차 스캔 방향(180)으로 길이방향으로 연장된다. 상기에 설명된 바와 같이, 광 모듈(1100)은 바람직하게는 복수의 교차 스캔 방향 조명 모달리티들을 제공하도록 동작하는데, 그 교차 스캔 방향 조명 모달리티들은 멀티모달리티 조명기(824 또는 924)에 포함된 복수의 조명기들 중 상이한 것들에 의해 스캔 방향(150)으로 제공되는 상이한 조명 각도 모달리티들을 보완한다.
도 3을 참조하여 상기에 설명된 하나의 조명 체제에서, 광 모듈(1100)은 바람직하게는 교차 스캔 방향(180)으로 적어도 2개, 예컨대 3개의 파장 인코딩된 모달리티들의 조명을 제공하도록 동작한다. 이 체제에서, 제1 파장에서 광을 방출하는 모든 제1 LED들(864), 제2 파장에서 광을 방출하는 제2 LED들(866) 및 제3 파장에서 광을 방출하는 제3 LED들(868)은 광 모듈(1100)이 스트로빙될 때 동시에 활성화된다. 따라서, 영역(130, 132, 134)과 같은, 광 모듈(1100)에 의해 조명되는 기판(106)의 영역은, 도 3에서 차트로 나타낸 바와 같이, 3개의 파장들의 광에 의해 동시에 조명된다.
도 5를 참조하여 상기에 설명된 다른 조명 체제에서, 광 모듈(1100)은 바람직하게는 적어도 2개, 예컨대 3개의 시간 단계들에서 조명을 제공하도록 동작한다. 이 체제에서, 광 모듈(1100)이 스트로빙될 때마다 제1, 제2 및 제3 LED들(864, 866, 868) 모두가 동시에 활성화되기보다는 오히려, LED들(864, 866, 868)은 바람직하게는 순차적으로 활성화된다. LED들(864, 866, 868)의 순차적인 활성화가 도 11a 내지 도 11c에 예시되어 있다.
제1 시점에서 광 모듈(1100)의 스트로빙에 대응하는, 도 11a의 제1 판유리(1102)에서 보여지는 바와 같이, LED들(864)과 같은 단지 하나의 세트의 LED들만이 활성화되어, 그에 의해 주로 제1 각도로 광을 출력한다. 제2 시점에서 광 모듈(1100)의 스트로빙에 대응하는, 도 11b의 제2 판유리(1104)에서 보여지는 바와 같이, LED들(866)과 같은 단지 제2 세트의 LED들만이 활성화되어, 그에 의해 주로 제2 각도로 광을 출력한다. 제3 시점에서 광 모듈(1100)의 스트로빙에 대응하는, 도 11c의 제3 판유리(1106)에서 보여지는 바와 같이, LED들(868)과 같은 단지 제3 세트의 LED들만이 활성화되어, 그에 의해 주로 제3 각도로 광을 출력한다. 따라서, 광 모듈(1100)은 LED들(860)의 상이한 것들의 순차적인 활성화에 기초하여 3방향 스위칭가능 출력 각도를 갖는 조명을 제공할 수도 있다는 것이 인식된다.
단일 광 성형 요소(880) 및 3개의 대응하는 광 가이드들(870)에 결합된 3개의 LED들(864, 866, 868)의 단일 그룹의 순차적인 활성화가 도 11d 내지 도 11f에 부가적인 명확성을 위해 추가로 예시되어 있는데, 여기서 제1 각도로 광을 출력하는 LED(864)(도 11d), 제2 각도로 광을 출력하는 LED(866)(도 11e) 및 제3 각도로 광을 출력하는 LED(868)(도 11f)의 순차적인 활성화가 도시되어 있다. 완전성을 위해, 단일 그룹의 LED들(864, 866, 868)의 동시 활성화가 도 11g에 도시되어 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 그러한 동시 LED 활성화는, 도 3에서 차트로 나타낸 조명 체제 - 이때 각각의 LED는 상이한 파장에서 조명을 방출함 -, 또는 도 5에서 차트로 나타낸 조명 체제 - 이때 LED들은 특정 적용예에 따라 임의의 파장에서 방출함 - 에 대응할 수도 있다.
제1, 제2 및 제3 판유리들(1102, 1104, 1106)에 표현된 조명에 대응하는 시점들 사이의 시간 갭은 바람직하게는, 광학 헤드(102)가 조명된 영역들(130, 132, 134) 각각을 가로지르는 통로의 대략 3분의 1의 거리를 이동한 그 시간 갭이다.
도 4를 참조하여 상기에 설명된 다른 조명 체제에서, 광 모듈은 바람직하게는 교차 스캔 방향(180)으로 적어도 2개의 편광들의 조명을 제공하도록 동작한다. 그러한 편광 멀티플렉싱을 제공하는 데 유용한 단일 광 모듈(1200)이 도 12a 및 도 12b에 도시되어 있다. 도 12a 및 도 12b에서 보여지는 바와 같이, 광 모듈(1200)은 그의 구조체 및 동작의 관련 양태들에 있어서 광 모듈(1100)과 일반적으로 유사할 수도 있다. 그러나, 광 모듈(1200)은 바람직하게는, 광 가이드들(870) 중 대응하는 것들 상에 장착되어 그에 의해 광 출력을 적합하게 편광시키는 복수의 편광 필터들(1202)을 포함한다. 편광 필터들(1202)은 바람직하게는 2개의 상호 직교 편광들 사이에 교번 배열로 배열된다. 따라서, 각각의 광 가이드(870)의 광 출력은, 동일한 광 성형 요소(880)에 결합된 인접한 광 가이드(870)의 광 출력에 대해 직교로 편광된다. 게다가, 각각의 광 성형 요소(880)에 결합된 LED들(860)의 유닛들(862)은, 광 모듈(1100)의 경우에서처럼 3개의 LED들(860)보다는 오히려, 2개의 상이한 편광들에 대응하는 2개의 개별적으로 스위칭가능한 LED들(860)을 포함한다.
도 7a 내지 도 9b에 예시된 타입의 멀티모달리티 조명기의 광 출력에 대응하는 각도 커버리지의 단순화된 그래픽 표현인 도 13에 대한 참조가 이제 이루어진다.
광 모듈(1100)과 같은 3개의 광 모듈들을 포함하는, 조명기(124, 824 또는 924)와 같은 멀티모달리티 조명기에 의해 제공되는 각도 커버리지가 도 13에 표현되어 있다. 제1 플롯(plot)(1300) 및 제2 플롯(1302)은 교차 스캔 방향(180)으로 2개의 각각의 포지션들에 대한 카메라(126)(도 1b)의 FOV(160)의 전체 각도 커버리지를 예시한다. 플롯들(1300 및 1302)의 x-축은 교차 스캔 방향(180)으로의 조명 입사 각도를 표현하고 y-축은 스캔 방향(150)으로의 조명 입사 각도를 표현한다. 플롯들(1300 및 1302)에서 보여지는 바와 같이, FOV(160)의 각도 커버리지는, 조명기(824 또는 924)에 의해 제공되는 9개의 조명 모달리티들에 대응하는 9개의 구역들로 분할될 수도 있다.
완전성을 위해, 단지 하나의 세트의 LED들, 예컨대 LED들(864) 또는 LED들(866) 또는 LED들(868) 중 단지 어느 하나만이 활성화되는 경우의 FOV(160)의 각도 커버리지가 제3 플롯(1304)에 도시되어 있다. 이 경우에, 9개 중에서 단지 3개의 조명 모달리티들만이 제공되는데, 이때 단일 교차 스캔 모달리티가 스캔 방향 모달리티들 각각에 대해 활성화된다. 이것은, 도 8a 내지 도 8c의 852, 854, 856과 같은 3개의 광 모듈들 모두에서의 LED들(868)의 활성화에 의한 광 출력에 대응한다.
플롯들(1300, 1302 및 1304)에 의해 표현된 각도 커버리지는 FOV(160) 내에서 시간의 한 순간에 물리적으로 존재하지 않는다는 것에 주목해야 한다. 오히려, 그것은, 상기에 설명된 도 3 및 도 5의 스캐닝 차트들에 따라 획득된 부분 중첩 이미지들을 적합하게 디멀티플렉싱, 프로세싱 및 병합한 후에 효과적으로 획득된 각도 커버리지이다.
추가로 완전성을 위해, 단지 하나의 광 모듈, 예컨대, 단지 광 모듈(852 또는 854 또는 856)만이 활성화되는 경우의 FOV(160)의 각도 커버리지가 제4 플롯(1306)에 도시되어 있다. 이 경우에, 교차 스캔 방향(180)으로 단지 3개의 조명 모달리티들만이 제공된다.
플롯(1304)에 도시된 3개의 교차 스캔 모달리티들과는 대조적으로, 플롯(1306)에 도시된 3개의 모달리티들 모두는 도 3과 같은 파장 멀티플렉싱 스킴 하에서 FOV(160)의 134와 같은 하나의 서브 구역에 걸쳐 동시에 물리적으로 활성화될 수도 있다. 대안적으로, 플롯(1306)의 각도 커버리지는 FOV(160)의 영역(134)과 같은 단일 서브 구역 내에서 도 5의 스킴에 따라 취득된 3개의 연속적인 부분 중첩 이미지들을 적합하게 프로세싱하고 조합함으로써 합성될 수도 있다.
카메라(126)에 의해 캡처된 개별 바람직하게는 부분 중첩 이미지들의 전부 또는 일부는 이미지 프로세싱 및 제어 전자 장치(128)(도 1b)에 의해 컴파일될 수도 있다는 것이 인식된다. 이미지 프로세싱 및 제어 전자 장치(128)는 개별 멀티모달리티 이미지들을 전체 각도 합성 이미지로 병합하기 위해, 왜곡 보정과 같은, 본 기술분야에 잘 알려져 있는 바와 같은 이미지 교정 및 변환 동작들을 수행할 수도 있다.
제어 전자 장치(128)에 의해 수행되는 다른 이미지 프로세싱 기능들은, 빔 스플리터(170)에 의한 서브 구역(132) 상에 입사되는 광의 상대적 감쇠, 및 파장 멀티플렉싱 스킴에서 채용되는 상이한 파장들에 대한 카메라 응답 및 광 세기의 차이들에 대해 개별 모달리티 이미지들을 교정 및 보상하는 것을 포함할 수도 있다.
특정 실시예들에서, 이미지 프로세싱 및 제어 전자 장치(128)는 전체 각도 이미지들을 생성하기 위해 높은 정확도의 서브-픽셀 이미지 등록을 수행할 수도 있다. 그 후에, 전체 각도 이미지들은, 상기에 설명된 바와 같은 복수의 상이한 조명 모달리티들의 채용으로 인해, 긍정 오류들이 거의 없는 높은 검출 레이트로 기판(106)에서의 결함들을 검출하는 데 사용될 수도 있다.
특정 실시예들에서, 전체 각도 커버리지 이미지들은, 상기에 언급된 바와 같은 적합한 교정 및 보상 후에, 각각의 기판 픽셀에서의 각각의 별개의 모달리티에 대응하는 그레이 값들을 부가함으로써 획득될 수도 있다. 그러한 실시예들에서, 다양한 모달리티들 사이의 약간의 각도 중첩은, 매우 반짝이고 균일하지 않은 금속성 트레이스들의 이미지들에 나타나는 더 밝은 윤곽들을 생성할 수도 있다는 것에 주목해야 한다. 그러나, 그러한 더 밝은 윤곽들의 영향은, 조명에서 각도 갭들로부터 발생되는 어두운 윤곽들의 발생이었던 것보다 훨씬 덜 해롭고, 예를 들어 더 밝은 윤곽들의 영향을 균일하게 하는 단순한 임계화와 같은 비선형 이미지 프로세싱 방법들의 사용을 통해 쉽게 보정될 수도 있다.
도 8a 내지 도 12의 타입들 중 임의의 타입의 시스템에 의해 제공된 멀티플렉싱 조명의 디멀티플렉싱을 수행하는 데 유용한 광학 요소들의 다양한 가능한 배열들의 단순화된 예시들인 도 14, 도 15, 도 16a 및 도 16b에 대한 참조가 이제 이루어진다.
도 14를 참조하면, 여기서 3개의 파장들의 경우에 대해 예시되는 다수의 파장들에서 조명을 분리시키는 데 유용한 파장 디멀티플렉싱 이미징 스킴(1400)이 제공된다. 파장 디멀티플렉싱 이미징 스킴(1400)은 일반적으로, 본 기술분야에 잘 알려져 있는 바와 같은, 3-칩 RGB 비디오 카메라 설계와 유사할 수도 있고, 바람직하게는 각각의 파장에서의 광을 감지하기 위한 카메라(126)에서의 복수의 센서들(1402)을 포함한다. 도 14에 예시된 것과 같은 파장 디멀티플렉싱 이미징 스킴은, 9개의 조명 모달리티들을 포함하는 도 3에 예시된 타입의 조명 체제를 제공하는, 도 8a 내지 도 9b에 예시된 타입들의 멀티모달리티 조명기에 의해 조명되는 이미지들을 디멀티플렉싱하는 데 유용할 수도 있다.
도 15를 참조하면, 2개의 편광들에서 조명을 분리시키는 데 유용한 편광 디멀티플렉싱 이미징 스킴(1500)이 제공된다. 편광 디멀티플렉싱 이미징 스킴(1500)은 바람직하게는, 각각의 편광에서의 광을 감지하기 위한 카메라(126)에서의 한 쌍의 센서들(1502)을 포함한다. 이 경우에, 편광 빔 스플리터(1504)가 채용될 수도 있다. 도 15에 예시된 것과 같은 편광 디멀티플렉싱 이미징 스킴은, 6개의 조명 모달리티들을 포함하는 도 4에 예시된 타입의 조명 체제를 제공하는, 도 12a 및 도 12b에 예시된 타입의 광 모듈들을 포함하는 멀티모달리티 조명기에 의해 조명되는 이미지들을 디멀티플렉싱하는 데 유용할 수도 있다.
도 16a 및 도 16b를 참조하면, 2개의 편광들 및 3개의 파장들에서 조명을 분리시키는 데 유용한 파장 및 편광 디멀티플렉싱 이미징 스킴(1600)이 제공된다. 편광 및 파장 디멀티플렉싱 이미징 스킴(1600)에서의 카메라(126)는 바람직하게는, 제1 편광을 갖는 각각의 파장에서의 광을 개별적으로 감지하기 위한 복수의 센서들(1604)을 포함하는 제1 세트의 센서들(1602), 및 제2 편광을 갖는 각각의 파장에서의 광을 개별적으로 감지하기 위한 제2 복수의 센서들(1608)을 포함하는 제2 세트의 센서들(1606)을 포함한다. 스킴(1600)은 부가적으로 바람직하게는, 2개의 상이한 편광들에서 유입 광을 분리시키기 위한 편광 빔 스플리터(1610)를 포함한다. 도 16에 예시된 것과 같은 편광 디멀티플렉싱 이미징 스킴은, 18개의 조명 모달리티들을 포함하는 도 6에 예시된 타입의 조명 체제를 제공하는, 도 10a 내지 도 10b에 예시된 타입의 멀티모달리티 조명기에 의해 조명되는 이미지들을 디멀티플렉싱하는 데 유용할 수도 있다.
본 발명이 아래에 특히 청구된 것에 의해 제한되지 않는다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 인식될 것이다. 오히려, 본 발명의 범주는, 도면들을 참조하여 전술한 설명을 판독할 때 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 일어날 수 있고 종래 기술에 없는 상기에 설명된 피처들의 다양한 조합들 및 하위 조합들뿐만 아니라 그의 수정들 및 변형들을 포함한다.

Claims (40)

  1. 검사 시스템에 있어서,
    조명 서브시스템; 및
    이미지 감지 서브시스템
    을 포함하고,
    상기 조명 서브시스템은 복수의 조명 모달리티들(illumination modalities)을 제공하고,
    상기 시스템은 상기 복수의 조명 모달리티들 중 상이한 것들로 대상물의 적어도 2개의 영역들을 동시에 조명하고, 상기 영역들의 이미지들은, 상기 이미지 감지 서브시스템의 일부를 형성하는 단일 센서에 의해 취득되는 것인, 검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서는 영역 센서를 포함하는 것인, 검사 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 대상물의 상기 적어도 2개의 영역들은 상호 비인접한(non-contiguous) 것인, 검사 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 서브시스템은, 상기 복수의 조명 모달리티들 중 상기 상이한 것들로 상기 대상물의 상기 적어도 2개의 영역들을 각각 조명하는 적어도 2개의 광 모듈들을 포함하는 것인, 검사 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 대상물 및 상기 검사 시스템은 스캔 방향을 따라 적어도 거의 연속적인 상대 운동(relative motion)을 하는 것인, 검사 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조명 서브시스템은 상기 적어도 거의 연속적인 상대 운동 동안 상기 대상물의 상기 적어도 2개의 영역들을 조명하도록 스트로빙되는(strobed) 것인, 검사 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 광 모듈들은 상기 스캔 방향을 따라 공간들에 의해 상호 물리적으로 이격되고, 상기 복수의 조명 모달리티들은 상이한 조명 각도 모달리티들을 포함하는 것인, 검사 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 영역들로부터 상기 센서를 향해 조명을 지향시키는 빔 스플리터(beam splitter)를 또한 포함하고,
    상기 빔 스플리터는 그의 에지들이 상기 공간들 내에 놓이도록 포지셔닝되는 것인, 검사 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 광 모듈들 각각은, 일반적으로 상기 스캔 방향에 직교하는 교차 스캔 방향(cross-scan direction)으로 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들을 제공하는 것인, 검사 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들은 상이한 파장 인코딩된 모달리티들(wavelength-encoded modalities)을 포함하는 것인, 검사 시스템.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들은 상이한 편광 인코딩된 모달리티들(polarization-encoded modalities)을 포함하는 것인, 검사 시스템.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들은 상이한 시간적 모달리티들을 포함하는 것인, 검사 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 서브시스템은, 적어도 하나의 투과형 집광기 요소(transmissive concentrator element)를 향해 광을 지향시키는 다수의 광원들을 포함하는 것인, 검사 시스템.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 서브시스템은, 적어도 하나의 반사형 집광기 요소(reflective concentrator element)를 향해 광을 지향시키는 다수의 광원들을 포함하는 것인, 검사 시스템.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 다수의 광원들은, 광 가이드(light guide)들의 대응하는 어레이에 광을 출력하는 광원들의 어레이를 포함하는 것인, 검사 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    광 성형 요소(light shaping element)들의 어레이를 또한 포함하고,
    상기 광 가이드들의 어레이 중 적어도 하나의 광 가이드는 각각의 광 성형 요소에 광을 출력하는 것인 검사 시스템.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미지들을 프로세싱하기 위한 이미지 프로세싱 서브시스템을 또한 포함하는 것인, 검사 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 프로세싱은 상기 이미지들의 공동 등록을 포함하는 것인, 검사 시스템.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 프로세싱은 상기 이미지들의 디멀티플렉싱(demultiplexing)을 포함하는 것인, 검사 시스템.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명 서브시스템에 의해 제공되는 상기 조명은 적어도 ±45°의 각도 범위에 걸쳐 연장되는 것인, 검사 시스템.
  21. 대상물을 검사하는 방법에 있어서,
    복수의 조명 모달리티들 중 상이한 것들로 대상물의 적어도 2개의 영역들을 동시에 조명하는 단계; 및
    단일 센서에 의해 상기 적어도 2개의 영역들의 이미지들을 취득하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 센서는 영역 센서를 포함하는 것인, 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 대상물의 상기 적어도 2개의 영역들은 상호 비인접한 것인, 방법.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명하는 단계는, 상기 복수의 조명 모달리티들 중 상기 상이한 것들로 상기 대상물의 상기 적어도 2개의 영역들을 각각 조명하는 적어도 2개의 광 모듈들에 의해 수행되는 것인, 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 대상물 및 상기 적어도 2개의 광 모듈들은 스캔 방향을 따라 적어도 거의 연속적인 상대 운동을 하는 것인, 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 조명하는 단계는, 상기 적어도 거의 연속적인 상대 운동 동안 상기 적어도 2개의 광 모듈들의 스트로빙을 포함하는 것인, 방법.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 광 모듈들은 상기 스캔 방향을 따라 공간들에 의해 상호 물리적으로 이격되고, 상기 복수의 조명 모달리티들은 상이한 조명 각도 모달리티들을 포함하는 것인, 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    빔 스플리터에 의해 상기 적어도 2개의 영역들로부터 상기 센서를 향해 조명을 지향시키는 단계를 또한 포함하고,
    상기 빔 스플리터는 그의 에지들이 상기 공간들 내에 놓이도록 포지셔닝되는 것인, 방법.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서,
    일반적으로 상기 스캔 방향에 직교하는 교차 스캔 방향으로 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들로 상기 대상물의 상기 적어도 2개의 영역들을 조명하는 단계를 또한 포함하는 것인, 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들은 상이한 파장 인코딩된 모달리티들을 포함하는 것인, 방법.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들은 상이한 편광 인코딩된 모달리티들을 포함하는 것인, 방법.
  32. 제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 부가적인 조명 모달리티들은 상이한 시간적 모달리티들을 포함하는 것인, 방법.
  33. 제21항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명하는 단계는, 적어도 하나의 투과형 집광기 요소를 향해 광을 지향시키는 다수의 광원들에 의해 수행되는, 방법.
  34. 제21항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명하는 단계는, 적어도 하나의 반사형 집광기 요소를 향해 광을 지향시키는 다수의 광원들에 의해 수행되는 것인, 방법.
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서,
    상기 다수의 광원들은, 광 가이드들의 대응하는 어레이에 광을 출력하는 광원들의 어레이를 포함하는 것인, 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    광 성형 요소들의 어레이를 또한 포함하고,
    상기 광 가이드들의 어레이 중 적어도 하나의 광 가이드는 각각의 광 성형 요소에 광을 출력하는 것인, 방법.
  37. 제21항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 취득하는 단계에 뒤이어 상기 이미지들을 프로세싱하는 단계를 또한 포함하는, 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 프로세싱하는 단계는, 상기 이미지들을 공동 등록하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  39. 제37항 또는 제38항에 있어서,
    상기 프로세싱하는 단계는 상기 이미지들의 디멀티플렉싱을 포함하는 것인, 방법.
  40. 제21항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조명하는 단계는, 적어도 ±45°의 각도 범위에 걸쳐 조명하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
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