自动外观检查装置

12.5　自动外观检查装置

自动外观检查装置是阵列检查中十分重要的设备，在TN的D检、IPS/SFT的G检、D检中都要用到，且还可以用作工艺检查。这里我们介绍ORVOTECH公司的FPI-6590自动外观检查装置，见图12.12。

FPI-6590是一种自动光学检测系统，通过重复模式比较法，检出TFT制造过程中发生的各种缺陷。FPI-6590系统配置了4个TDI摄像机，内置了高放大倍率的显微镜，在缺陷复查时无需再配置独立的显微镜，检出能力是KIA-ACROTEC-6020的4倍。

图12.12　FPI-6590自动光学检测系统

FPI-6590主要由用户接口、X-Y-θ工作台、光学系统、高速实时图像处理计算机和自动玻璃基板运送设备组成。用户接口用于用户同装置之间的通信和控制；FPI-6590的光学系统固定，靠工作台的移动对基板进行扫描，进行高精度检测时要求平台的移动非常精确，因此在X轴方向使用了由气动轴承和线性马达组成的非接触式工作台，在Y轴方向使用了滚珠丝杠和伺服马达。之所以采用非接触式工作台是因为工作台太重，为了保证移动的平稳，让平台和移动轴之间有空气做缓冲，且在Y轴方向移动时缓冲也同样有效。因为X轴方向是光学系统的扫描方向，所以在X轴方向采用精度更高的线性马达；光学系统包括半透反射镜、透镜、自动调焦控制单元和图像传感器，照明所使用的是光线向下的卤素灯，自动调焦控制单元使用光电二极管作为焦点检测器，图像传感器采用TDI传感器。

1.FPI-6590自动光学检测系统的基本功能

（1）缺陷分类模块（defect classification station，DCS）。可以自动对缺陷分类以便于查看、分析，节约人力和时间。比如说，可以判断缺陷是否严重，是否可以流入下一道工序，便于对过程进行控制。缺陷分类的定义由生产厂商根据不同缺陷的特征自行设定，比如缺陷的大小、X轴上大小、Y轴上大小、区域、灰度等等进行定义，对缺陷进行分类检出。

（2）数据分析模块（data analysis station，DAS）。提供了大量的选项，便于工艺师进行缺陷分析和过程控制，可以根据坐标、灰度、部位、尺寸等对缺陷自动分类，对缺陷的各种情报以图表的形式显示、分析，对整个检出情况进行管理等。

（3）数据分析模块的参数分类逻辑判断模块（DAS parameter classification logic，DPCL）。根据DAS参数，利用实时缺陷信息，根据判断逻辑予以指定，可以提取特定类型的缺陷，以减少DCS和IDBS中处理的缺陷的数量。判断逻辑主要有尺寸、灰度、灰度关联、群密度、群尺寸等逻辑，对所有的定义以及对逻辑进行缺陷的提取，通过设定DPCL，可以选出感兴趣的缺陷，把不感兴趣的缺陷过滤掉，减少检查时间。

（4）自动分类比较模块（auto stack comparison，ASC）。是在检测过程中对类型相同的面板所使用的选项，它是将前一工艺与当前工艺检测到的缺陷进行自动比较后（通过比较缺陷的坐标来判断是否是相同的缺陷），可以对现工艺发生的缺陷进行抽出，这样可以知道每个过程中所产生的缺陷的数量，便于过程分析。此外，还可以减少其他缺陷处理工艺所处理的缺陷的数量。因为ASC是对同一块基板的不同工艺进行类比，因此要保证所有信息来自同一块基板。

（5）外围电路检测模块。用于检测TFT像素区域X侧和Y侧的外围电路中的平行引线和含有重复模式的引线端口部分，还可以检测引线以扇形延伸的区域，但对于间距差别很大的区域不能检测。检测原理与TFT像素检测原理类似，也是采用重复模式比较检测法，对X侧的外围领域从左到右横向比较，对Y侧的外围区域沿垂直方向相邻比较。具体检出参数设置上有阈值A/B和图像压缩比（Lever），可以使用压缩图像来提高外围电路的检测速度，Lever可以设为1或2，Lever 1用于在没有向下抽样的情况下保存图像，Lever 2用于在有向下抽样的情况下保存图像，一般使用Lever 2进行检测。关于X侧和Y侧的外围区域最多可以定义4个具有不同重复间距的检测区域，根据外围电路图像的不同，计算出合适的重复间距进行定义。

（6）假缺陷筛选。可以根据事先设定的判定条件，定义假缺陷的条件而不对其进行检出，提高检出效率，假缺陷的筛选需要在工作中不断积累判定条件值的数据，逐渐完善。

2.管理软件

FPI-6590有一套叫EYES-2020的生产管理软件，从5方面对生产进行管理。

（1）远程读取缺陷信息模块（remote image viewer，RIV）。可以远程读取缺陷和基板信息，如基板号、基板批次号、缺陷分类、缺陷缩放，对图像进行测量，还可对缺陷图像进行读取，对缺陷进行再分类。

（2）缺陷数据统计分析管理模块（statistical process control，SPC）。可以根据缺陷密度图像、覆盖图像、不同层之间的对比图像得到关于缺陷大小、种类、区域、批号、板号、层次等等的统计学图形，便于对缺陷和工艺进行分析和管理。

（3）实时趋势自动追踪模块（real time trend tracer，RTT）。可对实时趋势自动追踪。根据需要，设定关于尺寸、种类等的定义和阈值，如果超过预先设定的阈值，系统能进行警报处理，并且可以自动给出趋势追踪图。

（4）数据库管理模块（data base management，DBM）。可以使用户管理庞大的缺陷数据库的信息，并可对软件进行维护和优化。

（5）离线调整模块（off-line video classification，OVC）。可以离线对数据库进行构筑、修改，检验分类。

总之，EYES-2020是个很强大的管理软件，通过对缺陷情报的管理，对工艺的分析和控制有很大帮助。

3.FPI-6590自动光学检测系统的光学系统工作原理

光学系统采用Technology Deployment International，Inc.的TDI（96×2048）传感器作为图像传感器，对基板上的图像来说，TDI横向的96个像素将对其进行96次扫描与成像，也就是对同一区域多次曝光后，将图像合成，得到高灵敏度的图像。同传统的CCD相比，该系统可以在移动中取像，同一般的横向只有1个像素的线性传感器相比，该系统扫描速度快、成像质量好。这个系统在TDI扫描方向的移动控制精度要求非常高，因为要对96幅图像进行合成，必须保证这96幅图像完全相同，才能够得到好的合成效果，如果工作台在X轴方向的控制精度达不到要求，图像合成的质量就得不到保证。

以4倍的放大倍率对基板进行扫描时，对应的一个TDI传感器像素大小为3.25μm；以2倍的放大倍率对基板进行扫描时，对应的一个TDI传感器像素大小为6.5μm。2倍扫描时对基板的检测速度是4倍扫描时的4倍。低倍率的扫描适合检查精度要求不高的高速检查，高倍率的扫描适合检查较小的缺陷。

TDI得出的数据通过A/D转换送到IIP内进行分析，扫描得到的图像信息也在DDMZ内进行存储，在IIP内对缺陷进行检出，得到缺陷信息后将其输入到PP中，DDMZ的信息也输入到PP中，若IIP内对缺陷无法判定，则会在PP中由软件进行判定。

缺陷是基于重复模式比较法检出的，如图12.13所示。先对阵列基板全面扫描（见图12.13（a）），通过传感器获得图像，然后（b）将被检测图像的像素与相邻图像的像素逐个（X1，X2，X3）进行比较（见图12.13（b）），以传感器像素为一个单元，若灰度的偏差超过了阈值，则认为这个像素的某些部分存在缺陷。FPI-6590对3个像素进行比较，从而检出精度更高。对于普通矩阵排列的TFT模式，比较间距就是一个像素的大小，比较间距是在Comparison Pitch中进行设定的。经过计算机的分析得到整个基板缺陷的分布图（c）。

图12.13

图12.13　重复模式比较法缺陷检出原理

缺陷检测算法主要根据设定的敏感度参数进行判定，敏感度参数由阈值A、阈值B、（消失距离）最小缺陷线度组成。通过灰度比较进行缺陷的判断，若超出了阈值，则被认为是缺陷。但是如果仅仅比较灰度，就只能检出颜色较浅部分的缺陷，因为深颜色部分灰度变化小，而浅颜色部分灰度变化大，所以通过两个阈值的设定作为补偿。Threshold A主要针对图像颜色较深的部分，这部分反射率较低，如ITO电极；Threshold B主要针对图像颜色较浅的部分，这部分反射率较高，如金属连线。假设一个TDI传感器像素a的灰度为x_a，其相邻传感器像素b的灰度为x_b，那么敏感度的阈值T_h＝T_hA＋T_hB max（x_a，x_b）/256，如果｜x_a-x_b｜＞T_h，则判断其为缺陷。

如图12.14所示，T_hB决定曲线的展开角度，ThA决定曲线的展开宽度。

图12.14　缺陷检测的原理示意

Merge Distance是用于群组缺陷的参数，其方法是定义一段距离，在此范围内的缺陷都分为一个组，作为一个缺陷，距离的单位是一个TDI传感器像素。如果机器在较短的时间内检测到多个缺陷，它会将这些缺陷作为一个缺陷处理，并将这些缺陷合并为一个缺陷。

最小缺陷线度定义了需要识别缺陷的最小尺寸。检测仪器通过传感器像素的数量来识别缺陷的线度（×4为3.25μm，×2为6.5μm），因此，最小缺陷尺寸的最小参数为传感器的一个像素。缺陷基本上根据阈值算法来确定，设定最小缺陷尺寸的目的是滤去太小的、用户不在意的缺陷。

缺陷在像素中的位置是非常重要的信息。在TFT阵列制造中，不同像素位置的缺陷，对显示产生的影响程度也不同。有些尺寸较大的缺陷对TFT特性并不会产生太大影响，而有些尺寸较小的缺陷对TFT的特性却有很大的影响。FPI-6590自动光学检测系统以重复比较区域为单位设置同等缺陷注册（defect coordinates registration，DCR）区域，最多可以将一个像素划分为16个区域，设置15个DCR区域和一个未定义的区域来确保检测性能。因为系统使用DCR原点图像来执行模式匹配，所以定义DCR原点的位置要选择与周围的其他TDI像素点的对比度有明显区别的点，如TFT像素中的某个角。DCR区域可以重叠设置，并且对不同的DCR区域可以设置不同的检出灵敏度，比如对ITO上的缺陷可以设置比TFT或是金属线上更大的线度，因为像素电极位置上非常微小的缺陷对TFT的特性影响并不大。但是DCR中设定的阈值不能低于初始定义的检出阈值。DCR的引入确定了每个缺陷在一个像素中的具体位置。如果没有DCR的设定，那么只能知道缺陷在整个基板上的坐标，如图12.15（a）和图12.15（b）所示，而无法确切知道缺陷是发生在漏极线上，还是栅极线上，或在TFT、ITO上。设定了DCR，可以把漏极、栅极、TFT、显示区域等仔细地划分出来，不仅可以知道缺陷在基板上的位置，还能知道缺陷确切发生在像素中的具体部位，这更有助于缺陷分析和统计。

图12.15

图12.15　灰度等级曲线

在TDI获取图像前，需要调整光照强度，可以由设备自动设置，设备不断改变光照强度，直到找到最佳的光照强度，扫描完毕后，屏幕中显示检测区域中数字图像的灰度曲线图，横轴为灰度从0～255分布，纵轴为像素的数量，如图12.15（c）和图12.15（d）所示。检查图像在灰度曲线图上的分布，调整光照强度。图像在灰度曲线图上的分布面积越大，或图像灰度等级越多，检出图像反应的灰度值就越多，所得到的像素信息就越精确。当然，进行一次自动调整扫描需要一定的时间，如果已经知道了合适的光照强度值，就可以手动输入取值，更为快捷。FPI-6590有白色、黄色、绿色和淡绿色4种颜色的滤光片。使用白色虑光片光照强度比较大，使用绿色滤光片可以比较容易地检出ITO上的缺陷，具体选择哪一种滤光片，应根据各个滤光片的特点和实际情况确定。