一种用于量化透明基板中的缺陷的方法

摘要

公开了一种用于检测和量化透明基板——更具体而言是玻璃基板——中的缺陷的方法。该方法包括提供具有顶表面和底表面的透明平面基板。测量所提供的透明平面基板的顶表面的至少一部分的表面形貌以获得具有亚纳米级精确度的三维顶表面轮廓图。根据三维表面轮廓图测量结果，可识别和/或量化该三维表面轮廓图中存在的具有大于预定公差的幅值的一个或多个表面变化。

说明书

技术领域

本发明涉及检测和量化透明基板尤其是玻璃板中的缺陷的系统、方法以及装置。

背景技术

近来，大量的注意力集中在检测诸如玻璃板之类的透明基板中的Mura(木拉)缺陷，这主要是因为液晶显示器(LCD)电视在世界市场中的普及和广受人们接受。同样，本产业面临着在符合严格的LCD模式规范的前提下满足越来越多的对基板的需求这一挑战。通常，诸如条纹、线束(cord)以及表面不连续之类的缺陷是利用人工检查员和手工方法来检测的。然而，在这些现有检测技术下，不能实现当前应用规范所要求的必要精确度和准确度。

例如，LCD玻璃中的条纹和线束特征是可通过视觉观察观测到的物理异常结构。它们由通常呈现为沿玻璃拉制方向的纵向延伸的表面凸起或凹陷的尖锐的“微表面”不连续结构组成。条纹缺陷通常呈现为单个孤立的线，而线束缺陷由各自相距数微米的多条线组成。线束缺陷通常由周期为几微米的小到几纳米的光程长度(OPL)变化组成。由厚度或折射率变化引起的这些小变化通过通常称为透镜作用的效应调制屏幕上的光强度。玻璃表面上的条纹特征通过在晶胞间隙中引入变化而影响完工的面板的光学性质。

当前执行手工检查来表征线束和条纹特征。例如，在检测用于液晶显示器的玻璃基板中的诸如线束或条纹之类的缺陷时，使用阴影方法来检测这些缺陷。根据此方法，将玻璃板(通常约为1米宽×2米长)安装在自由旋转的L形支架台上，并用氙气光源对其进行光照。该光源为发散光以照亮整个板。检查员观察白色屏幕上的玻璃的阴影。缺陷呈现为屏幕上的具有反差的一维线条。这些线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装置中的方向。一旦识别了缺陷，检查员就在玻璃板的缺陷区域旁保持极限样本，并比较白板上的图像以确定条纹特征是亮还是暗。然而，不同LCD模式要求的新条纹规范分别是20nm(IPS模式)、30nm(VA模式)以及40nm(TN)。因为现有技术是手工的，所以操作员不能辨别如此紧密间距的条纹高度(即20、30以及40nm的条纹高度)。

之前开发的用来量化LCD玻璃中的条纹的另一种手段使用准直激光束，将该激光束引导通过玻璃的一侧、在另一侧上离开然后聚焦到光电检测器上。玻璃中的条纹缺陷会引入对激光束的相调制，从而导致衍射光栅型光学效应。经衍射的光束在传播通过玻璃时相长或相消地干涉，从而引起光检测器上的光强度变化，该光强度变化取决于条纹的幅值。然而，光电检测器检测到的净光强度变化是板两侧上的条纹平均幅值的函数。因此此技术不能提供单侧条纹幅值，尤其是对于具有不对称条纹的板。

再进一步，之前用来测量条纹缺陷的另一手段涉及使用接触表面光度仪。然而，使用接触表面光度仪测量小至由本行业所设立的容许高度的条纹缺陷的能力有限。

表面不连续是埋入玻璃体内的包含物。这些包含物可以是固态或气态的二氧化硅或铂物质或气泡。大的包含物或靠近玻璃表面的包含物会引起突出表面的表面不规则或不连续。本行业关注的是此类包含物的大小，其原因在于这会造成完工的LCD面板中存在不期望有的像素封阻。然而，类似于对条纹高度的关注，了解包含物高度也是很关键的，因为此类缺陷会在完工的LCD面板中造成可见的局部化的晶胞间隙厚度变化。当前在制造中没有用于量化诸如埋入的二氧化硅或铂包含物的表面不连续的高度的方法。

对线束和条纹缺陷的可重复和可靠的视觉检查已被证实极其困难，尤其对于使用手工方法更具难度，而且还不能实现满足当前工业标准所必需的精确度和准确度。因此，期望提供能满足行业的日益增长的需求的能测量透明基板的一维光程长度变化的装置、系统和/或方法。

发明内容

本发明提供一种用于识别和量化表面缺陷，尤其是会在诸如玻璃板之类的透明基板的表面中出现的Mura缺陷的位置和幅值的方法。

具体而言，该方法包括以下步骤：提供透明平面基板，该基板具有顶表面和底表面。然后测量该透明平面基板的顶表面的至少一部分的表面形貌，以获得具有亚纳米水平精确度的三维的顶表面轮廓图。根据该表面轮廓图测量结果，可识别并量化在该三维表面轮廓图中存在的具有大于预定公差的幅值的一个或多个表面变化。

在一个方面中，本发明的方法使用光学干涉量度法获得表面形貌测量结果。通过利用结合数学算法的光学干涉量度法，本发明还能消除数据分析期间不同操作员的主观因素，在此之前，所述主观因素会降低常规测量技术的总体测量可重复性和可重现性。本发明方法的经过改善的重复性以及提高的精确性和准确性能实现检测和量化特定基板中的表面缺陷的更可靠方法。

本发明另外的实施方式中的一部份将在随后的详细描述和任意权利要求中进行陈述，还有一部份可根据该详细描述推导得出，或可通过实施本发明而获得。应当理解以上一般描述和以下详细说明仅仅是示例性和说明性的，而不是如所公开地和/或如所声明要求保护地限制本发明。

具体实施方式

本发明的以下描述用来最大程度说明本发明，通常称为实施方式。为此，相关领域的普通技术人员能够认识和理解，可对本文中描述的本发明的各个实施方式作出许多改变，而仍能获得本发明的有益结果。还可以显而易见地了解，通过选择本发明的某些特征而不采用其它特征也可获得本发明的期望益处。因此，本领域普通技术人员将能认识到，在某些情况下，可能需要、甚至是必须对本发明进行的许多修改和改变，这些修改和改变也构成本发明的一部分。因此，提供以下描述用来说明本发明地原理而不是用来进行限制。

如本文中所使用地，表示单个情况的术语“一个”、“一种”、以及“该”也包括复数的情况，除非上下文明确地另作规定。因此，例如，对当文中提到“成像设备”的时候，也包括使用两个或多个这样的成像设备的实施方式，除非上下文明确地另作规定。

范围在本文中可表达为从“约”一个特定值和/或到“约”另一特定值的范围。当表达这样的范围时，另一实施方式包括从一个特定值和/或到另一特定值。同样，当某个量值表达为近似值形式时，通过使用修饰语“约”，应当理解特定值构成另一实施方式。还应理解的是，各个范围的端点，无论是与另一端点有关还是与另一端点无关，都是重要的。

如上文简要叙述，本发明提供一种用于量化透明平面基板——尤其是诸如用于液晶显示器(LCD)的玻璃板之类的玻璃板材——中的缺陷的方法。可使用该即时方法来检测和/或量化的特定缺陷非限制性地包括诸如条纹、线束以及表面不连续之类的Mura缺陷。为此，本领域技术人员能理解，“Mura”是表示污点的日语术语，而且在显示器行业中通常用来描述液晶显示器中的可见缺陷。诸如条纹、线束以及表面不连续之类的Mura缺陷的存在会导致LCD晶胞间隙的不均匀，而且会导致可以观察到的透过该显示设备的光强度不均匀。当肉眼观看时，此不均匀的光分布会导致玻璃板的缺陷区与周围的正常区之间的对比度变化。

如本文中所使用地，条纹缺陷指的是通常呈现为沿玻璃拉制方向纵向延伸的表面凸起或凹陷的“微表面”不连续。条状缺陷通常呈现为单个孤立的线，而线束状缺陷由各自相距数微米的多条线组成。由厚度或折射率变化引起的这些小变化通过通常称为透镜作用的效应调制屏幕上的光强度。

如本文中所使用地，表面不连续缺陷指的是且包括基板表面中的诸如二氧化硅和或铂物质之类的包含物。

本发明的方法包括首先提供具有顶表面和相反的底表面的透明平面基板，如上所述在一个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、形状和/或厚度。然后测量透明平面基板的顶表面的至少一部分的表面形貌，以获得该基板的三维顶表面轮廓图。可使用适用于获得三维表面形貌测量结果的任何常规技术获得该表面形貌。例如，在一个方面中，可使用光学干涉量度法获得顶表面的表面形貌。再进一步，在另一个方面中，期望该光学干涉仪能以到达0.1nm的分辨率测量该表面形貌。示例性而非限制性的可用于测量基板的表面形貌的可在市场上买到的光学干涉仪是可从美国康涅狄格州米德尔菲尔德市(Middlefield)的Zygo公司买到的Zygo NewView 6200光学表面光度仪。该Zygo NewView 6200是使用白光干涉量度法来产生测试表面的三维图像的高精确度显微镜。对电荷耦合器件(CCD)上收集的光学干涉数据进行处理以产生表示待检测缺陷的表面形貌的纳米到微米级的高分辨率的三维表面图。

一旦已经获得该三维表面形貌数据，就可使用该表面形貌数据来识别该三维表面轮廓图中的具有大于预定公差的幅值的一个或多个表面变化，从而检测和/或量化透明平面基板的顶表面中存在的一个或多个表面缺陷。具体而言，一旦产生了表面图，可对这些测量数据应用二次多项式方程以计算条纹或表面不连续缺陷的高度和宽度。在一个方面中，可计算此轮廓图的一阶和二阶导数，其对应于在所采集的轮廓图上每隔指定距离的表面形貌变化的速率。可根据导数轮廓图确定所研究的缺陷的最大值和最小值，从而确定缺陷高度。

可用来确定缺陷位置和幅值(以下称为“峰”和“谷”)的示例性算法是可从美国得克萨斯州的奥斯汀市(Austin)的国家仪器公司(NationalInstruments)买到的峰值检测器算法。这些算法对从表面形貌曲线图获得的连续数据组进行二项式拟合，并对所建立的阈值水平测试该拟合。具体而言，分析所获得的表面形貌的给定截面以获得X-Z轴分布数据。通过对该轮廓图首先应用常规的最小二乘线性拟合回归模型，可首先使此分布数据平整以消除任何剩余倾斜。在使轮廓图数据平整之后，对该轮廓图数据进行一阶导数移动窗口运算。虽然可应用任何大小的移动窗口，但在一个方面中优选使用4mm宽的窗口大小。然后对从一阶导数计算获得的轮廓图数据应用二阶导数移动窗口。然后可使用此二阶导数曲线图的“峰”和“谷”拐点的幅值来确定该条纹特征是否是表面凹陷或凸起。也可通过检查一阶导数的“峰”和“谷”拐点证实此确定结果。然后使用一阶导数曲线图的“峰”和“谷”拐点来确定所识别的条纹特征的最大背离位置。再进一步，还可使用二阶导数曲线图的“峰”和“谷”拐点来确定轮廓图的X轴位置，可使用该X轴位置来建立基线，相对于该迹线计算条纹幅值。

可使用用于量化一个或多个条纹参数的上述过程来量化表面不连续的幅值。不过，在一个替代方面中，可使用用于计算表面不连续性的简化过程。具体而言，通过收集受测表面不连续缺陷上和其周围的表面形貌数据而产生相对平坦的背景轮廓图数据。因此，根据示例性提取过程，可首先确定表面不连续的最高幅值。然后可确定最高幅值两侧的最小轮廓图幅值。然后可使用那些点进行线性拟合，并从轮廓图数据中减去该线性拟合值以量化表面不连续的幅值。

通过使用具有亚纳米精确度的光学表面光度仪，本发明的方法能够识别和量化具有小至约5nm幅值的一个或多个表面缺陷。因此，在一个方面中，本发明的方法能够识别和量化具有大于或等于5nm幅值的一个或多个表面缺陷。再进一步，可使用该方法来识别和量化具有5nm到100nm范围内的幅值的缺陷。再进一步，通过该即时方法获得的提高的处理水平能够消除由常规数据分析引起的不同操作员之间的主观因素。因此，本发明还提供改善的重复性和精确性。

还应当理解的是，在实施本发明的方法的时候，诸如ZygoNewView6200之类的光干涉仪就能在不受相反基板表面的形貌的干扰的情况下测量基板的单个表面的表面形貌。与之相反的是，用于识别缺陷的常规技术依赖于透射过基板的光和计算得出的平均缺陷值，其不具有分离来自各个面的高度成分的能力。常规技术存在的此缺点在其中基板两面的缺陷幅值不对称的实例中更为突出。因此，使用常规技术，有可能获得错误的“好”结果。

最后，应当理解的是，虽然已经关于本发明的特定说明性具体实施方式详细描述了本发明，但不应认为本发明受限于这些实施方式，因为在不背离如所附权利要求书所限定的本发明的广阔精神和范围的情况下可能存在多种修改。