CN102128838A - 基板内部缺陷检查装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基板内部缺陷检查装置及方法，该装置包含至少一光源，以及一取像模块，光源设在基板的一侧面并朝该侧面发射一对应穿透该基板的光线，该光线相对该侧面的入射角度为限制在一第一预定角度内，取像模块设于基板的上方。该方法包括：首先提供至少一光源在一基板的一侧面，并使该光源朝该侧面发射一穿透该基板的光线。并且提供一取像模块，撷取该基板的上表面的影像，其中需使该光线相对该侧面的入射角度限制在一可使该光线在该基板内以全反射传递的一第一预定角度内。借此，若光线于基板内传导时遭遇内部缺陷时，则会缺陷处形成亮点，以借取像模块检测到此缺陷的位置。采用上述装置及方法可确实提高内部缺陷较佳的影像清晰度。

Description

基板内部缺陷检查装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基板内部缺陷检查装置及方法。

背景技术

在半导体工艺中，主要是对基板进行薄膜沉积等工艺，以便在基板上形成若干电子组件，因此基板本身的异物、气泡，或裂纹等内部缺陷的多少往往影响电子组件的质量好坏。此外，由于基板常需进行搬运，或经过高温热处理或酸蚀等工艺，皆使得基板容易产生裂纹。

因此，针对基板进行内部缺陷检查是一项不可或缺的非破坏性检查项目。目前最常见的裂纹检查方式是利用一可发出穿透基板的光线的照明光源，由基板下方对该基板下表面进行照射，并在基板上方利用摄像机取得该基板上表面的影像，由于内部缺陷会使光线反射、折射或散射，导致缺陷处的光线穿透率降低，因此内部缺陷的影像明亮度与其它区域相比明显较低，可便于后续以人工或计算器装置进行影像分析，以辨认出内部缺陷的位置与大小。

由于内部缺陷影像的清晰与否关系到检查成效与后续的分析难易度，因此如何正确且清晰地取得内部缺陷的影像一直是检查流程中迫切需要解决的问题之一。然而，上述的内部缺陷检查方式会有以下几个缺点。首先，如图1所示，为上述内部缺陷检查方式的一示意图。由于不只异物或裂纹等内部缺陷12会影响光线穿透率，在工艺中常会附着于基板10正面或背面的污染物11或是基板10的表面纹理也会影响光线穿透率，因此在判读摄像机30所撷取的影像时，并无法有效地将影像中的暗点区分为内部缺陷12或表面污染物11，以致常会有将表面污染物11误判为内部缺陷12的情况发生。

并且，如图2所示，由于光线遇到阻挡时会绕射，使得影像中的微小内部缺陷12可能在提供的光线亮度稍亮时消失，亦即内部缺陷12的影像宽度会与光线亮度成反比，因此，当基板10厚度稍厚而需提高光线强度以加强影像的明亮度时，在光线强度提升至一特定强度后，光线强度的再提升反而会使得绕 射光强度过强，造成内部缺陷12的影像清晰度下降，以致于需要搭配更高成本的高分辨率摄像机才能清楚拍摄。并且，这种状况在遇到基板10本身厚度公差较大时，常导致难以决定出一最佳的光线强度来获取最佳的影像。此外，如图3所示，微细缺陷12在光线并非为平行光的情况下，裂纹宽度会减小，亦即无法透过多方向光线加强微细裂痕的影像清晰度。图12所示的照片为利用现有缺陷检查方式所取得的裂纹影像照片。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种特殊设计的基板照明方法，来解决上述困扰业界已久的难题。本发明利用光线于基板内部以全反射的方式传递，可直接照明该基板的内部缺陷，并可强化基板内部的裂痕、孔洞、杂质、气泡、断差等内部缺陷的影像清晰度，还可有效避免表面脏污等异物成像。除提供更佳的内部缺陷检出能力外，还可解决基板在表面加工后，即无法对基板内部进行检测的难题。

因此，本发明的一目的，在于提供一种基板内部缺陷检查方法，其可获取基板内部缺陷较佳的影像清晰度。

为达到上述目的，本发明提供的基板内部缺陷检查方法，用以对一基板进行内部缺陷检查，该基板具有一上表面，以及连接该上表面的多个侧面，该基板内部缺陷检查方法首先提供至少一光源，并设在该基板的其中一侧面处，并使该光源朝该侧面发射一对应穿透该基板的光线。并且提供一取像模块，设于该基板的上方，并撷取该基板的上表面的影像，使该光线相对该侧面的入射角度为限制在一使该光线在该基板内以全反射的方式进行传递的一第一预定角度内。

此外，本发明的另一目的，在于提供一种基板内部缺陷检查装置，其可获取基板内部缺陷较佳的影像清晰度。

本发明提供的基板内部缺陷检查装置，用以对一基板进行内部缺陷检查，该基板具有一上表面，以及连接该上表面的多个侧面，该基板内部缺陷检查装置包含至少一光源，以及一取像模块。该光源设在该基板的其中一侧面处，并朝该侧面发射一对应穿透该基板的光线。该取像模块设于基板的上方，用以撷取该基板的上表面的影像，该光线相对该侧面的入射角度为限制在一使该光线 在该基板内以全反射的方式进行传递的一第一预定角度内。

本发明借由使光线进入基板内，并在基板内以全反射方式传递，使光线无法折射出基板外。若光线于基板内传导时遭遇内部缺陷时，则会使光线行进路线改变，而产生反射、折射或散射等光线路径的变动，并会于此处形成亮点，以借由基板上方的取像模块检测到此缺陷的位置。此种装置及方法可确实提高内部缺陷较佳的影像清晰度，并提高内部缺陷的检出率。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有基板内部缺陷检查装置的一示意图；

图2A、图2B为现有基板内部缺陷检查装置进行基板检测的一示意图；

图3A、图3B为现有基板内部缺陷检查装置进行基板检测的另一示意图；

图4为本发明的基板内部缺陷检查装置的一示意图；

图5为本发明的基板内部缺陷检查装置的一示意图；

图6A、图6B为本发明的基板内部缺陷检查装置的一示意图；

图7为光线强度相对影像信号宽度及对比度的一曲线图；

图8为本发明的基板内部缺陷检查装置的一示意图；

图9为本发明的基板内部缺陷检查装置的一示意图；

图10为本发明的基板内部缺陷检查装置的一示意图；

图11为图10的基板内部缺陷检查装置的另一侧示意图；

图12为利用现有缺陷检查方式所取得的裂纹影像；

图13为利用本发明所取得的裂纹影像。

其中，附图标记

基板40         上表面41

抗反射部411    金属电极部412

下表面42       侧面43、43’、43”

法线431        本体44

裂纹45         异物46

异物47         缺陷48

缺陷49                光源50

光线51                聚光镜55

取像模块60            遮光片65

第一预定角度θ1       第二预定角度θ2

具体实施方式

有关本发明的技术内容及详细说明，配合图式说明如下：

参阅图4，为本发明的一较佳实施例的示意图。该基板内部缺陷检查装置是对一基板40进行内部缺陷检查。该基板内部缺陷检查装置主要包含一光源50，以及一取像模块60。

该光源50设在该基板40的其中一侧面43处，并朝该侧面43发射一可对应穿透该基板40的光线51。较佳地，该光源50所发的光线为平行光，即所发的光线具有一致的行进方向，可提高射入基板40的光线的比例。在本实施例中，该基板40为硅片，因此该光源50需配合使用可穿透硅片的红外光源。在其它的应用中，该光源50的选择则不以此为限，例如，若基板40为玻璃时，其光源50则需配合选择可见光源。

具体来说，如图5所示，本实施例中的基板40以一太阳能电池(solar cell)基板为例，实际实施时则不以此为限。该基板40具有一本体44、一上表面41以及一下表面42，以及连接该上表面41及下表面42的多个侧面43。该上表面41包含多个交错设置的抗反射部411与金属电极部412，抗反射部411为透光，金属电极部412则不透光，该下表面42则为一不透光的金属导电部。该多个侧面43是大致垂直该上表面41及该下表面42。

需特别注意的是，为了有效将基板的内部缺陷与外部缺陷区别出来，如图4所示，本发明将该光源50的光线51相对该侧面43的入射角度限制在一第一预定角度θ1内，以使光线51射入基板40后可大致以全反射的方式进行传递。此第一预定角度θ1是与光线51的波长、基板40的折射率有关，其可利用现有的光学知识加以计算得知。

除了须将光线51的入射角度限制在上述第一预定角度θ1内以外，由于基板40的实际厚度大多小于1mm，并且基板40在相对光源50的位置固定上可能会产生或多或少的偏移，因此，为了不致使光源50所发出的光线无法投 射到基板40上，一般所采用的光源50的直径几乎皆大于基板40的厚度。因此，常会使得部分的光线照射至基板40的上表面41而产生散射，进而干扰取像模块60所取得的影像。为了尽可能地避免此散射光影响取像模块60所取得的影像的对比度，本发明还可将该光线51相对该侧面43的入射角度限制于一第二预定角度θ2内。第二预定角度为第一预定角度θ1的大约1/2，且为θ1远离该取像模块 

的一半的部分。在该第二预定角度内朝该基板40发射的光线51，不会直接照射至上表面41，而可进入基板40并在基板40内的上表面41或下表面42上进行全反射，且不会向基板40外折射。

该取像模块60可置于基板40的上方或下方，用以撷取该基板40的上表面41的影像。在本实施例中，由于该基板40的上表面41包含透光的抗反射部411以及不透光的金属电极部412，而其下表面42为不透光的金属导电部，因此，需将该取像模块60设于该基板40的上方，以便检测遇到裂纹45、异物46等内部缺陷产生反射、折射或散射后而由上表面41的抗反射部412所透射出来的光线51。该取像模块60的型式不限，可为各种形式的相机、摄影机等影像检测器。

总的来说，将光线51射向基板40的侧面43时，若其入射角度落在于第二预定角度θ2内时，光线51可顺利进入基板40内。反之，当光线51入射角度落在第二预定角度θ2外时，则仅有小部分光线可进入基板40内，而大部分光线则会穿透基板40而造成亮区，造成影像信息的混乱而难以判读，并且，此情况当光线51偏离第二预定角度θ2越大时，进入基板40的光线比例越低。

当光线51进入基板40内后，由于光线51绝大部分会以全反射方式在基板40内传导，若基板40内部材质均匀无缺陷，则光线51无法折射出基板40外，可持续向前传导直到能量完全消耗掉或由基板40的另一侧面43射出。若光线51于基板40内传递的过程中，遭遇裂纹45等材质接口或异物46、气泡、内部杂质等材质差异的内部缺陷时，则会使光线51行进路线改变，而产生反射、折射或散射等光线路径的变动，并会于此处邻近的上表面41透射出基板40外形成亮点，便可借由基板40上方的取像模块60检测到此缺陷的所在位置。图13所示为利用本发明所取得的裂纹照片，相较于图12的缺陷检查方式所取得的裂纹影像照片来说，本发明所取得的裂纹影像明显较为清楚。

然而，基板40的上表面41的异物47对于光线51在基板40内部的传递几乎没有影响。举例来说，上表面41的异物47可能包含灰尘、塑料微粒、油污、水渍、指痕等。但由于基板40内的光线51传至异物47处时不会穿透异物，因此不会对光线51的传递造成影响，也不会有光线从此处透射出基板40而被取像模块60所撷取，因此，在影像的判断上不会与基板40的内部缺陷产生混淆。此外，基板40的上表面41的如酸碱蚀刻的微小表面纹理所造成的光线透射量也很小，取像模块60不会检测到此种缺陷，亦不致与基板40的内部缺陷产生混淆。

参阅图6A、图6B，由于本发明是采用接口散射原理使内部缺陷形成亮点信号，因此可以以提高光线强度的方式来提高影像的清晰度。图6A是光线强度较低的情况，相对来说，图6B则是光线强度较高的情况，内部缺陷48会在光线强度较高时，可产生宽度较宽的影像信号，如此可用来检测的极小的裂纹等材质接口。如图7所示，1为光线强度对影像信号的宽度的曲线图，2为整体影像对比度的曲线图，图中显示裂纹的影像信号宽度1会随着光线强度提高而变大，且整体影像的对比度2下降有限，如此可有助于影像的判读。

如图8所示，为本发明的另一实施例，还可提供多个光源50以便分别由基板40的多个侧面43、43’、43”发射一可穿透该基板40的光线，以进一步增加基板40内的内部缺陷49的影像亮度及宽度。该多个光源50可为线状，且分别平行该多个侧面43、43’、43”的延伸方向设置。由于内部缺陷49可能具有方向性，如图所示，由于内部缺陷49的延伸方向与侧面43大致垂直，在此情况下，由侧面43入光所产生的内部缺陷影像亮度远不如由邻接的侧面43’入光所产生的内部缺陷影像亮度。如图9所示，由多方向入光时，与内部缺陷49延伸方向大致垂直的入光，可确实有效提高影像中的内部缺陷的信号宽度。

借由从基板40的多个侧面43、43’、43”入光，可叠加多方向所提供的影像光线强度，可消除内部缺陷49的方向性造成的透射光量较小的问题，提高内部缺陷49的亮度，故对于微小裂缝而言，可有效提高影像辨识率，因此可大幅降低取像模块60所需的最大分辨率，除可降低成本外，还可不受市售现有取像模块的最大分辨率的限制。

如图10及图11所示，为本发明的另一实施例，相较于上述实施例来说，此实施例还包含一用以承载基板40的承载座70，承载座70包含一底座71以 及一设置在底座71上的传动模块72，该传动模块72可带动该基板40相对该取像模块60沿一水平方向(如图11的箭头所示方向)移动，并且，该光源50是透过一聚光镜55将光线朝该基板40的侧面43投射，且光线是聚焦于侧面43上。也就是说，光源50发出的光线并非完整照射整个侧面43，而是仅照射侧面43的一部分。再者，本实施例还在取像装置60与基板40之间加上一遮光板65，其具有一开孔。遮光板65可用以减低外界光线对取像装置60的影响，并使取像装置60可准确地透过遮光板65的开孔取得基板40的上表面41的影像。

当基板40受到传动模块72的带动而相对该取像装置60沿水平方向移动时，该光源50所发出的光线51可水平地扫描基板40的侧面43，并借取像装置60连续对基板40的上表面41进行取像，借此，可利用传动模块72连续地对基板40进行检测，并可将本实施例与在线工艺的设备进行整合，以便应用于工艺前、工艺中，或工艺后检测。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种基板内部缺陷检查方法，用以对一基板进行内部缺陷检查，该基板具有一上表面，以及连接该上表面的多个侧面，其特征在于，该基板内部缺陷检查方法包含：

提供至少一光源，设在该基板的其中一侧面处，并使该光源朝该侧面发射一对应穿透该基板的光线；以及

提供一取像模块，设于该基板的上方，并撷取该基板的上表面的影像，

其中，使该光线相对该侧面的入射角度为限制在一使该光线在该基板内以全反射的方式进行传递的一第一预定角度内。

2.根据权利要求1所述的基板内部缺陷检查方法，其特征在于，使该光线为平行光地射入该侧面。

3.根据权利要求1所述的基板内部缺陷检查方法，其特征在于，使该光线相对该侧面的入射角度限制于一第二预定角度内，该第二预定角度为第一预定角度远离该取像模块的一半的部分。

4.根据权利要求1所述的基板内部缺陷检查方法，其特征在于，该基板内部缺陷检查方法包含提供多个光源，分别由该多个侧面发射一穿透该基板的光线。

5.一种基板内部缺陷检查装置，用以对一基板进行内部缺陷检查，该基板具有一上表面，以及连接该上表面的多个侧面，其特征在于，该基板内部缺陷检查装置包含：

至少一光源，设在该基板的其中一侧面处，该光源朝该侧面发射一对应穿透该基板的光线；以及

一取像模块，设于该基板的上方，用以撷取该基板的上表面的影像，

其中，该光线相对该侧面的入射角度为限制在一使该光线在该基板内以全反射的方式进行传递的一第一预定角度内。

6.根据权利要求5所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该光线为平行光。

7.根据权利要求5所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该光线相对该侧面的入射角度限制于一第二预定角度内，该第二预定角度为第一预定角度远离该取像模块的一半的部分。

8.根据权利要求5所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该基板内部缺陷检查装置包含多个光源，该多个光源分别由该多个侧面发射一穿透该基板的光线。

9.根据权利要求5所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该多个光源为线状，且分别平行该多个侧面的延伸方向设置。

10.根据权利要求5所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该光源的宽度大于该侧面的宽度。

11.根据权利要求5所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，还包含一用以承载该基板的承载座，该承载座包含一底座以及一设置在该底座上的传动模块，该传动模块可带动该基板相对该取像模块沿一水平方向移动。

12.根据权利要求11所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该光线通过一聚光镜聚焦于该侧面的一部分上。

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