CN110164788A - 光学检测设备及其光源寻边机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于检测一同侧具有不同边界的表面的透光基板的光源寻边机构、一种光学检测设备及一种可供检测一同侧具有不同边界的表面的透光基板的光学检测设备，其中，光源寻边机构由一光源组、一遮蔽组及一调光组所组成，该光源组可产生射向该基板的一受测表面的一入射光线，该入射光线经过该基板后会产生一一次反射光线及至少一二次反射光线，该遮蔽组用以遮蔽该至少一二次反射光线，且让该照射受测表面的一次反射光线通过后由一设于外部的影像传感器接收，又该调光组用以让光源组对该基板的受测表面运动方向边界形成一反射光线，并让该照射受测表面运动方向边界的反射光线通过遮蔽组后由影像传感器接收，藉以确认该受测表面的边界。

Description

光学检测设备及其光源寻边机构

技术领域

本发明涉及检测光罩保护膜的光学技术，具体而言涉及一种光学检测设备及其光源寻边机构，尤其能解决不同高度的检测表面的聚焦问题，供有效确认检测范围，并可提高检测的准确度。

背景技术

近年来半导体制程中集成电路的线径越来越细，目前已发展至10纳米以下，因此制程中的任何污染物都可能直接影响到相对制程或产品的合格率。在半导体制程中，用于晶圆(Wafer)表面形成集成电路的所使用的光罩(Mask)是微影制程中不可或缺的元件的一，如图1所示的光罩100剖面图来看，在一些实施中该光罩100包含有一基板110、一框架120及一保护膜150【Pellicle】，其中基板110为透光材质，例如石英或玻璃，而基板110具有两平行间隔的表面111、112，其中一表面111中央具有一集成电路的图形层115【Pattern】，又该框架120设于该表面111、且包围该图形层115，一般框架120的材质是阳极处理过的铝合金，另该保护膜150固定于框架120上，且其表面151与基板110表面111相互平行间隔，该保护膜150用来避免图形层115遭受刮伤或污染，又该基板110中具图形层115的表面111于框架120外侧保留有空白表面113，而前述的保护膜150是透光材质，在某些实施例中保护膜150也可以涂上抗反射材质来提供适当的抗反射特性，例如具抗反射的氟聚合物【Fluoropolymers】可以形成一低能量的表面而且更容易去除微尘。

然而，光罩污染问题是一直存在的，不论是光罩100中的基板110表面112还是保护膜150表面151会附着污染物A、B，这些污染物A、B包含附着于表面的微粒、化学物质等，为了避免这类受到污染的光罩100应用于黄光微影制程中造成晶圆不合格，通常在进入制程前需对光罩100进行目视或仪器的检查，对于保护膜150表面或基板110表面112的污染物A、B超出容许范围的光罩100进行清洗，而由于其集成电路的线径不断缩小，对于污染物的容许值也变小，故近来大都采仪器检查为主；

现有用于光罩的检查用仪器设备主要由利用搭配光源及影像传感器【如CCD元件或CMOS元件】所组成的光学检测设备来进行。然如图2所示，由于光罩100的基板110为透光材质，当光源L的入射光线Lo是照射在基板110的一侧表面112时，入射光线Lo与基板110的接触点可定义一与表面112垂交的界面法线In，且入射光线Lo与界面法线In间形成一入射角θ1，而该入射光线Lo会产生一反射光线Lr，该入射光线Lo的入射角θ1与反射光线Lr的反射角θ2是相等的，其中入射角θ1与反射角θ2指界面法线In【与基板110垂交】与入射光线Lo及反射光线Lr间的夹角，而依据斯乃耳定律【Snell's Law】该入射光线Lo进入基板110后会因介质改变【如由空气进入玻璃】产生折射光线Lc，且该折射光线Lc在穿出基板110的另一侧表面111及保护膜150时，除了会有一道透射光线穿出外，其也会形成另一道于基板110内部行进的反射光线，且该反射光线在穿出基板110的表面112形成所谓的二次反射光线Lr2或二次反射光线以后的反射光线，并依此不断的产生反射光线至光线衰减为止，而之前第一次的反射光线Lr也被定义为一次反射光线Lr1；

故当影像传感器C在扫描时，如接收到二次反射光线或二次反射光线以后的反射光线，就会形成影像重迭的问题，该基板110表面112上的污染物A与另侧表面111的图形层115或保护膜150上的污染物B会在影像传感器成像时出现迭影，如此将无法有效判断出表面112的真实污染状况，从而造成误判的问题。本案申请人曾提出中国台湾第106105196、106105198号发明专利，以解决前述透光性基板110中不同表面的迭影问题，从而提升光学检测设备的检查准确性；

然当用于光罩100的保护膜150检测时，由于保护膜150供阻隔外界污染的实体屏障，防止微尘或挥发气体污染光罩100具图形层115的表面111，然而也因为它的厚度很薄所以在光学检测过程中，易因其高穿透率而影响聚焦的进行，也会因光源L穿透保护膜150及基板110于框架120外侧的空白表面113区域的反射，从而无法有效判断出保护膜150表面高度，同时不同高度的保护膜150与空白表面113的反射角与反射亮度相当，也无法准确判断保护膜150的范围，从而无法有效进行保护膜150表面的检测；

换言之，如何有效寻找到前述保护膜150的高度及范围，对于光罩100的微尘及表面型污染物检出能力影响极为关键，如何解决前述问题，为本发明的重要课题。

有鉴于此，本发明人针对前述现有光罩的保护膜于表面污染物检测时所面临的问题而发明出一种光学检测设备及其光源寻边机构，以克服现有技术中不易确定保护膜高度与范围所造成的困扰与不便。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种光源寻边机构，藉以能有效检知透光基板中不同高度的表面，以解决不同表面的聚焦问题，并可有效确定检测范围。

又，本发明的次一主要目的在于提供一种应用光源寻边机构的光学检测设备，藉以能避免透明板材上下表面迭影的现象，可以有效检出各种污染物、尺寸及位置，能大幅减少误判，从而提高检出率。

为此，本发明主要通过下列的技术手段，来具体实现上述的各项目的与效能，应用于检测一同侧具有不同边界的表面的透光基板的光源寻边机构，其至少包含有：

一光源组，其可产生射向该基板的一受测表面的一入射光线，该入射光线经过该基板后会产生一一次反射光线及至少一二次反射光线；

一遮蔽组，其用以遮蔽该至少一二次反射光线，且让该照射受测表面的一次反射光线通过后由一设于外部的影像传感器接收，以及

一调光组，其用以让光源组对该基板的受测表面运动方向边界形成一反射光线，并让该照射受测表面运动方向边界的反射光线通过遮蔽组后由影像传感器接收。

藉此，通过前述技术手段的具体实现，使本发明利用该光源寻边机构相对受测表面的一次反射光线与边界的反射光射的不同亮度来确认该受测表面的边界以透过不同一次反射光线的明亮度来确认该受测表面的边界，且进一步能有效检出污染物，从而提高检出率；

另外，其影像传感器仅单纯接收受测表面的影像，使其反射光线具有专一性，能加速扫描时的聚焦，大幅提高其扫描检测的效率，同时能使用一般性光源来进行扫描，可以有效的降低后续光学模块的设备成本，大幅增进其实用性，从而能增加其附加价值，并能提高其经济效益。

附图说明

图1为现有光罩的剖面示意图。

图2为光学检测模块应用于光罩的光线示意图。

图3为本发明光源寻边机构的仰视外观示意图。

图4为本发明光源寻边机构的立体分解示意图。

图5为本发明光源寻边机构照射保护膜的光源路径示意图。

图6为本发明光源寻边机构照射保护膜框架的光源路径示意图。

图7为本发明光学检测设备应用光源寻边机构的架构示意图。

附图标记说明：100-光罩；110-基板；111-表面；112-表面；113-空白表面；115-图形层；120-框架；150-保护膜；151-表面；10-箱体；11-第一腔室；12-第二腔室；18-出光口；20-光源组；21-灯壳；22-发光元件；25-安装架；26-轴孔；27-长弧槽；291-凸轴；292-锁固件；30-遮蔽组；31-射出口；32-射入口；33-寻边孔槽；35-第一遮光板；36-第二遮光板；39-夹压板；40-调光组；41-立板；42-承座；421-轴孔；422-长弧槽；426-锁固件；427-锁固件；43-第一反射板；45-支架；46-顶板；47-第二反射板；50-影像传感器；60-机台；61-工作平台；62-载台；65-光学模块；70-处理单元；75-显示器。

具体实施方式

本发明提供一种光学检测设备及其光源寻边机构，随附图例示本发明的具体实施例及其构件中，所有关于前与后、左与右、顶部与底部、上部与下部、以及水平与垂直的参考，仅用于方便进行描述，并非限制本发明，亦非将其构件限制于任何位置或空间方向。图式与说明书中所指定的尺寸，当可在不离开本发明权利要求范围内，根据本发明的具体实施例的设计与需求而进行变化。

本发明提供一种光学检测设备及其光源寻边机构，尤其是用于检测一具有两个不同高度、边界的受测表面的透光基板，如图1所示光罩100的基板110的表面111具有不同高度及边界的保护膜150表面151，而本发明的详细构成如图3所示，该光源寻边机构至少由一光源组20、一遮蔽组30及一调光组40所组成，其中该光源组20可产生射向该基板110的一表面的一入射光线，该入射光线经过该基板110后会产生一一次反射光线及至少一二次反射光线，且该遮蔽组30用以遮蔽该至少一二次反射光线，且让该照射表面的一次反射光线通过后由一影像传感器50接收，以及该调光组40用以让光源组20对该基板110的受测表面运动方向边界形成一反射光线，并让该照射受测表面运动方向边界的一反射光线通过遮蔽组后由一影像传感器50接收，以透过受测表面的一次反射光线与边界的反射光线的不同亮度来确认该受测表面的边界，且该光源组20、该遮蔽组30及该调光组40进一步可设于一一箱体10内。

如图3、图4所示，在某些实施例中，该光源寻边机构具有一箱体10为一封闭式、且不透光的板材所组成，该箱体10内部形成有间隔、且不连通的一第一腔室11及一第二腔室12，又箱体10的第一腔室11与第二腔室12底部呈开口状供组装前述的遮蔽组30，另在某些实施例中第一腔室11与第二腔室12可以是一体式的箱体10结构，又或是第一腔室11与第二腔室12可以是分离状的箱体10结构，其中该第一腔室12可供安装前述的光源组20，而箱体11于第二腔室13异于第一腔室12的侧壁形成有一出光口18；

而该光源组20安装于该箱体11的第一腔室11内，该光源组20具有一灯壳21，且灯壳21内设有至少一向下射出光线的发光元件22，该发光元件22射出的光线为具一定宽度的线性光线，该发光元件22可选自可见光或不可见光，例如卤素灯(Halogen)、发光二极管(LED)、高周波荧光灯(Fluorescent)、金属灯泡(Metal Halid)、氖灯(Xenon)或雷射光源(Laser)，且能射出的光线能被一光学检测设备的影像传感器50【CCD或CMOS】所接收，在某些实施例中，该光源组20的灯壳21可利用两个锁设于箱体10第一腔室11内壁面的安装架25所固定，该多个相对的安装架25上具有一轴孔26及一同轴心的长弧槽27，供分别设有一凸轴291及一锁固件292锁设该灯壳21两端，藉以能通过凸轴291及长弧槽27而调整灯壳21内发光元件22光线射出的角度；

另该遮蔽组30设于箱体10底部，供封闭箱体10第一腔室11与第二腔室12，且该遮蔽组30分别具有一道对应第一腔室11的射出口31及一道对应第二腔室12的射入口32，令光源组20射出的光线可经射出口31于受测表面等角反射后由射入口32进入箱体10第二腔室12，且由箱体10第二腔室12的出光口18射出，并由箱体10外的影像传感器50接收该反射光线，该遮蔽组30于射出口31两端中至少一端相对射入口32的一侧分别具有一寻边孔槽33，各该寻边孔槽33的中心间距为光罩100不同高度表面的预定边界，且寻边孔槽33的长度可以是5mm～20mm，在某些实施例中指如图1的光罩100保护膜150的边界，且两端寻边孔槽33与射出口31的长轴中心间距为不同高度表面的间距，在某些实施例中指如图1的光罩100的保护膜150表面151与安装基板110表面111间的间距，且前述射出口31、射入口32及寻边孔槽33的宽度小于该受测透光基板110的厚度，其较佳宽度可以是0.1mm～5mm。且在某些实施例中，该遮蔽组30的射出口31与射入口32位置是可以被调整的，该遮蔽组30由一第一遮光板35及一第二遮光板36所组成，其中第一遮光板35上具有射出口31及寻边孔槽33，而第二遮光板36具有射入口32，又该遮蔽组30于箱体10底面两侧分别锁设有一夹压板39，供选择性限制第一、二遮光板35、36的移动，用以供放松夹压板39后可选择性调整第一、二遮光板35、36的位置，以调整光线对应受测基板110的入射角与反射角，之后再利用锁固夹压板39予以固定该第一、二遮光板35、36，完成调整；

而所述的调光组40安装于箱体10内具光源组20的第一腔室11内部，该调光组40由两个第一反射板43及两个第二反射板47所组成，供将光源组20的光线由遮蔽组30寻边孔槽33射出，该调光组40于对应第一腔室11的遮蔽组30内顶面两端对应寻边孔槽33处分别锁设有一立板41，且两侧立板41上分别锁设有一承座42，两承座42上分别设有对应光源组20的第一反射板43，又该多个承座42上具有一轴孔421及一同轴心的长弧槽422，供分别设有一锁固件426、427锁设相对的立板41上，藉以能通过承座42的轴孔421与长弧槽27的设计，从而能调整第一反射板43相对光源组20发光元件22的角度，调光组40于遮蔽组30内顶面两端的寻边孔槽33另侧分设有一支架45，各该支架45上设有一可选择性调整相对第一反射板43位置的顶板46，且各该顶板46底面具有对应第一反射板43的第二反射板47，供将发光元件22的光线由寻边孔槽33射出；

藉此，组构成一用于检测透光基板同侧具两个不同高度表面的光源寻边机构。

而本发明光源寻边机构于实际应用时，则如图5所示，其应用于光罩100的基板110中具框架120与保护膜150一侧表面111的检测时，当箱体10内光源组20的发光元件22射出光线时，其可相对遮蔽组30的射出口31与保护膜150表面151形成一入射光线Lo，该入射光线Lo可于保护膜150表面151形成一等角的一次反射光线Lr1，该一次反射光线Lr1可由遮蔽组30的射入口32进入，且经箱体10第二腔室12的出光口18射出，并由影像传感器50接收该一次反射光线Lr1，且受到遮蔽组30的射出口31与射入口32的宽度作用，能避免下方基板110表面111或另一表面112反射的二次反射光线Lr2进入射入口32，有效滤除该二次反射光线Lr2及二次反射光线Lr2以后的反射光线，如此该影像传感器50成像时仅会出现保护膜150表面151的污染物A，从而不致出现基板110下方表面111或另一侧表面112的污染物影像；

同时，如图6所示，本发明光源寻边机构可利用箱体10内调光组40的第一、二反射板43、47的调整，使光源组20的发光元件22射出的光线可另外经过第一、二反射板43、47的反射后由两端寻边孔槽33射出，且适可照射于保护膜150边界的框架120表面，由于该框架120为不透光的材质所制成，其可将光线全部反射经由遮蔽组30的射入口32进入、且由出光口18射向影像传感器50接收，而由于照射在框架120与保护膜150上的入射角不同，再加上框架120表面的全反射，使两者反射光线产生明亮度不同的现象，供有效判断出该保护膜150的边界范围，且可用于调整焦距，从而能提高准确度，以减少误判的几率。

又本发明光源寻边机构可以提供一种应用于一光学检测设备，如图7所示，其于一机台60上设有一工作平台61，该工作平台61上设有一可线性移动的载台62，而该载台62可供选择性设置一光罩100，且机台60于工作平台61上、下两侧中至少一侧设有一光学模块65，供逐一检测该光罩100的其中一表面112或同步检测该光罩100另侧保护膜150表面151，该多个光学模块65包含有一光源寻边机构及一影像传感器50，该影像传感器50可以是CCD元件(Charge-coupled Device)或CMOS元件(Complementary Metal-OxideSemiconductor)，且该影像传感器50可供接收由光源寻边机构箱体10的出光口18射出的光线，又该多个光学模块55的光源寻边机构光源组20与影像传感器50并连接至一供运算、比对与分析数据的处理单元70上，该处理单元70具有一显示器75，该处理单元70可用于控制光源组20的发光元件22强度，且供将经影像传感器50接收的光罩100的反射光线的成像画面显示于该显示器75上，从而能供判读污染物的尺寸、形状、种类，且做为后续处理的所需。

Claims (10)

1.一种应用于检测一同侧具有不同边界的表面的透光基板的光源寻边机构，其特征在于，包含：

一光源组，其用于产生射向该基板的一受测表面的一入射光线，该入射光线经过该基板后产生一一次反射光线及至少一二次反射光线；

一遮蔽组，其用以遮蔽该至少一二次反射光线，且让该照射受测表面的一次反射光线通过后由一设于外部的影像传感器接收，以及

一调光组，其用以让光源组对该基板的受测表面运动方向边界形成一反射光线，并让该照射受测表面运动方向边界的反射光线通过遮蔽组后由影像传感器接收；以通过受测表面的一次反射光线与边界的反射光射的不同亮度来确认该受测表面的边界。

2.如权利要求1所述的光源寻边机构，其特征在于，该光源寻边机构进一步包含有一封闭式且不透光的箱体，该箱体内部形成有间隔不透光的一第一腔室及一第二腔室，又箱体的第一腔室与第二腔室底部呈开口状供组装前述的遮蔽组，其中该第一腔室供安装前述的光源组，箱体于第二腔室异于第一腔室的侧壁形成有一供一次反射光线通过的出光口。

3.如权利要求1所述的光源寻边机构，其特征在于，该光源组具有一灯壳，且灯壳内设有至少一向下射出光线的发光元件。

4.如权利要求3所述的光源寻边机构，其特征在于，该光源组的灯壳能够利用两个锁设于箱体第一腔室内壁面的安装架固定，该多个相对的安装架上具有一轴孔及一同轴心的长弧槽，供分别设有一凸轴及一锁固件锁设该灯壳两端，以通过凸轴与长弧槽而调整灯壳内发光元件光线射出的角度。

5.如权利要求2所述的光源寻边机构，其特征在于，该遮蔽组设于箱体底部，该遮蔽组分别具有一道对应第一腔室、供入射光线通过的射出口及一道对应第二腔室、供一次反射光线通过的射入口，该遮蔽组于射出口两端中至少一端相对射入口的一侧分别具有一对应受测表面边界的寻边孔槽，供调光组的反射光线通过。

6.如权利要求5所述的光源寻边机构，其特征在于，该遮蔽组由一第一遮光板及一第二遮光板所组成，该第一遮光板上具有射出口及寻边孔槽，该第二遮光板具有射入口，又该遮蔽组于箱体底面两侧分别锁设有一夹压板，供选择性限制第一遮光板、第二遮光板的移动。

7.如权利要求2所述的光源寻边机构，其特征在于，该调光组则安装于箱体内具光源组的第一腔室内部，该调光组由两个第一反射板及两个第二反射板所组成，供将光源组的光线由遮蔽组寻边孔槽射出。

8.如权利要求2所述的光源寻边机构，其特征在于，该调光组于对应第一腔室两端对应寻边孔槽处分别锁设有一立板，且两侧立板上分别锁设有一承座，两个承座上分别设有对应光源组的第一反射板，又该多个承座上具有一轴孔及一同轴心的长弧槽，供分别设有一锁固件锁设相对的立板上，供调整第一反射板相对光源组发光元件的角度，调光组两端的寻边孔槽另侧分设有一支架，各该支架上设有一可选择性调整相对第一反射板位置的顶板，且各该顶板底面具有对应第一反射板的第二反射板，供将光源组的反射光线由寻边孔槽射出。

9.一种光学检测设备，其特征在于，其于一机台上设有一工作平台，该工作平台上设有一可线性移动的载台，该载台供选择性设置一受测件，且机台于工作平台两侧中至少一侧设有一光学模块，供逐一检测该受测件的其中一表面或同步检测该受测件的两个表面；

该多个光学模块包含有一如权利要求1至8中任一项所述的光源寻边机构及一影像传感器，该影像传感器供接收光源寻边机构所产生经该基板的受测表面的一次反射光线及受测表面边界的反射光线，又该多个光学模块的光源寻边机构光源与影像传感器并连接有一处理单元，供操控该光源寻边机构内光源强度及处理该影像传感器的成像数据，且该处理单元具有一供显示成像画面的显示器。

10.一种可供检测一同侧具有不同边界的表面的透光基板的光学检测设备，其特征在于，包含：

一光源组，其用于产生射向该基板的一受测表面的一入射光线，该入射光线经过该基板后会产生一一次反射光线及至少一二次反射光线；

一影像传感器；

一遮蔽组，其用以遮蔽该至少一二次反射光线，且让该照射受测表面的一次反射光线通过后由一设于外部的影像传感器接收；及

一调光组，其用以让光源组对该基板的受测表面运动方向边界形成一反射光线，并让该照射受测表面运动方向边界的反射光线通过遮蔽组后由影像传感器接收。