CN206974883U - 光箱结构、光学检测设备及光学检测模块 - Google Patents

光箱结构、光学检测设备及光学检测模块 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种光箱结构、一种应用该光箱结构的光学检测设备以及一种可供检测一板材的光学检测模块，其中，该光箱结构是于一机台上至少一光学模块，该多个光学模块包含有一同侧等角设置的一光箱结构及一影像传感器，其中光箱结构由一箱体构成，该箱体内设有一光源，又该箱体具有一对应光源的入射通道，且该箱体具有一与入射通道等角的反射通道，藉此，利用光箱结构的入射通道与反射通道，使受测物所反射的反射光线中只有受测表面的一次反射光线能被影像传感器接收成像，有效的滤除了非受测表面的二次反射光线或二次以上的反射光线，使上、下表面的影像不会相互干扰，可以有效检出各种污染物、尺寸及位置，从而提高检出率。

Description

光箱结构、光学检测设备及光学检测模块
技术领域
本实用新型涉及光学检测技术领域，具体而言涉及一种能滤除不必要的反射光线的光箱结构、一种应用该光箱结构的光学检测设备以及一种可供检测一板材的光学检测模块，尤其能解决透明板材两侧表面相互干扰的检测问题，同时可以准确判断污染物大小、位置及种类，并降低设备整体成本。
背景技术
受到近年来科技发展迅速的影响，各种电子产品越来越要求微细化，使半导体制造过程中集成电路的线径也越来越小，目前已发展至10纳米以下，因此制造过程中的任何污染物都可能直接影响到相对制造过程或产品的合格率。以用于半导体制造过程中供晶圆(Wafer)微影过程使用的光罩(Mask)为例，其为一种具有两侧表面的透明板材，其中一侧表面绘有集成电路图形(Pattern)的图案区，供利用一光源由光罩上方照射，将该图案区的图形转移至晶圆上的光阻，再经过蚀刻过程于晶圆表面完成图形。而光罩为了保护图案区上的图形，于图案区的上方通常会设有一图罩护膜 (Pellicle)，用来避免图案区的图形遭受刮伤、污染物或破坏。
然而，光罩污染问题是一直存在的，不论是光罩无图案区一侧的表面还是另一侧图罩护膜的表面，这些污染物包含附着于表面的微粒、结晶、油污又或玻璃表面的雾化、指纹等现象，如果将这类受到污染的光罩应用于黄光微影过程中，其会直接将这些污染当作图形的一部分而形成于光罩光阻上，进一步会该集成电路形成不良品，从而降低产品合格率。虽然进行光罩清洗可以解决上述污染问题，但清洗次数过多，会拖延制造过程的循环时间，且会造成图形磨耗，从而需送回光罩厂进行修护，因而会影响到晶圆的加工效率，因此，一般对于会针对不同的光罩设定污染物的容许标准，并令光罩于制造过程或储存的前后进行检测，当污染物规格未超过容许标准时即不进行清洗，反之，当超出容许标准时即进行清洗。
现有用于光罩的检测设备主要由利用光源及影像传感器【如 CCD元件或CMOS元件】所组成的光学模块来进行。而光学模块的原理令一斜设的光源将光线照射在该光罩的受测表面，再由一等角设置的影像传感器接收光罩表面反射的光线，经连接影像传感器的处理装置将反射光线能量转换成电荷进行成像处理，且利用反射光线的强弱【污染物降低光线反射强度】而形成整个光罩表面的画面，供辨识光罩表面上的污染物；
如图1所示，由于光罩是一种透明板材P，其具有平行的第一表面P1与第二表面P2，当光源L的入射光线Lo是照射在透明板材P的第一表面P1时，入射光线Lo与透明板材P的接触点可定义一与第一表面P1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【与透明板材垂交】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进入透明板材P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在穿出透明板材P 的第二表面P2时，除了会有一道透射光线穿出外，其也会形成另一道于透明板材P内部行进的反射光线，且该反射光线在穿出透明板材P的第一表面P1形成所谓的二次反射光线Lr2，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；
如此，当影像传感器在扫描时，如接收到二次反射光线Lr2 或二次反射光线Lr2以后的反射光线，就会形成影像重迭的问题，如图1A所示，透明板材P第一表面P1上的污染物A与第二表面 P2上的污染物B，会在影像传感器成像时出现污染物A、B，使第二表面P2的污染物或图形干扰到第一表面P1的真实状况，如此将无法有效检出第一表面P1的污染物，从而造成误判的问题。同时由于光罩是透明板材，影像传感器在聚焦时也会因无固定判断标的，从而发生聚焦不易的状况，降低其检测的效率；
为了解决这个问题，有研究人员将光学模块的光源改成使用光束(例如：激光束或电子束)的点状小范围的光学扫描技术。然而光罩通常是由透明平坦的石英片或是玻璃片所构成的，于进行光学扫描时会有难以聚焦，因此对于平面型的污染物如雾化、指纹、裂痕等难以检出，故其检测扫描速度很慢。另其依然有部分的上、下表面迭影问题，使其检出的微尘尺寸一般仅能达到50um*50um，对于更小的微尘则检出能力受限相当的限制，其逐渐无法满足现有集成电路线径越来越小的微尘检出需求。另外，由于其是以光束扫描为主，难以组成完整的光罩表面，如此即难以让检测设备记住微尘位置，从而无法提供操作人员于检测后进行以定位直接将光学模块移至微尘上方进行人工判读，也无法做为后续生产异常的原因判断依据。
换言之，以现有透明板材的检查方法或设备而言，不仅易误判污染物大小、且检出速度慢，同时对于更微小的微尘及表面型污染物检出能力受限，影响到整体制造过程的合格率与效率，如何解决前述问题是业界的重要课题。
因此，本案发明人针对前述现有透明板材于表面污染物检测时时所面临的问题深入探讨，并根据本发明人多年从事相关开发的经验发明出一种光箱结构及应用其的光学检测设备，以克服现有技术中因透明板材迭影所造成的困扰与不便。
实用新型内容
因此，本实用新型的主要目的在于提供一种光箱结构，以有效滤除二次反射光线以后的反射光线，克服透明板材上、下表面迭影的问题。
又，本实用新型的次一主要目的在于提供一种光学检测设备，以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。
另，本实用新型的再一主要目的于在提供一种光学检测设备，其能使检测表面的影像具有专一性，从而能加速扫描时的聚焦，可提高检出能力与效率。
另外，本实用新型的另一主要目的在于提供一种光学检测设备，其能使用一般光源来进行扫描，可以有效的降低设备成本。
为此，本实用新型主要通过下列技术手段来具体实现上述的各项目的与效能，一种光箱结构，其具有一箱体，该箱体内形成有间隔的一第一腔室及一第二腔室，且该箱体于第一腔室内设有一光源，又该箱体具有一对应光源的入射通道，该入射通道具有一连通第一腔室且供光源光线穿出的射出口，以产生一射向一个表面的入射光线；
该箱体具有一对应连通第二腔室的反射通道，该反射通道于箱体上具有连通第二腔室的一射入口及一射出口，供入射光线经前述表面等角反射后由反射通道射出，形成一反射光线，且该反射通道的射入口宽度仅能供一次反射光线射入。
本实用新型进一步可以利用下列技术手段来具体实现前述的目的及功效：一种光学检测设备，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，该载台可供选择性设置一受测件，且机台于工作平台两侧中的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表面；
该多个光学模块包含有一前述光箱结构及一影像传感器，该影像传感器可供接收光箱结构的反射通道所射出的反射光线，又该多个光学模块的光箱结构光源与影像传感器连接有一处理单元，该处理单元供操控该光箱结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。
藉此，通过前述技术手段的具体实现，使本实用新型利用光箱结构的入射通道与反射通道，使光源射出的入射光线中只有受测件受测表面的一次反射光线能被影像传感器接收成像，有效的滤除了非受测表面的二次反射光线或以上的反射光线，不致使上、下表面的影像相互干扰，可以有效检出各种污染物、尺寸及位置，能大幅减少误判，且进一步能有效检出平面型污染物如雾化、油污、指纹、甚至是表面裂痕，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为光学模块应用于透明板材的光线示意图；
图1A为光学模块应用于透明板材的扫描成像后的状态示意图；
图2为本实用新型提供的光箱结构的平面架构示意图；
图3为本实用新型提供的光箱结构另一实施例的平面架构示意图；
图4为本实用新型提供的光学检测设备的架构示意图；
图5为本实用新型提供的光学检测设备另一实施例的架构示意图；
图6为本实用新型提供的光学检测设备于实际检测时的状态示意图；
图7为本实用新型提供的光学检测设备于实际检测的扫描成像后的状态示意图。
附图标记说明：10-光箱结构；11-箱体；111-第一腔室；112- 第二腔室；12-光源；13-入射通道；131-射出口；141-伸缩板；142-伸缩板；145-驱动件；16-反射通道；161-射入口； 162-射出口；171-伸缩板；172-伸缩板；175-驱动件；50-机台；51-工作平台；52-载台；55-光学模块；56-影像传感器；70- 处理单元；75-显示器。
具体实施方式
本实用新型提供了一种光箱结构及应用其的光学检测设备，随附图例示本实用新型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，并非限制本实用新型，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，当可在不离开本实用新型的权利要求范围内，根据本实用新型的具体实施例的设计与需求而进行变化。
本实用新型提供了一种光箱结构及应用其的光学检测设备，尤其可供用于检测半导体、面板、封装等制造过程的板材，尤其是透明板材，如透明玻璃或透明石英制的光罩、基板、面板等，如图2 所示，该光箱结构10具有一箱体11，该箱体11内形成有间隔的一第一腔室111及一第二腔室111，该箱体11也可以根据第一腔室111与第二腔室111呈分开状箱体结构，且该箱体11于第一腔室111内设有一光源12，该光源12可选自一般可见光或不可见光，例如卤素灯(Halogen)、LED灯、高周波荧光灯(Fluorescent)、金属灯泡(Metal Halid)、氖灯(Xenon)或激光光源(Laser)，且能射出能被影像传感器【CCD或CMOS】所接收的波长，又该箱体11具有一对应光源12的入射通道13，该入射通道13具有一连通第一腔室111且供光源12光线穿出的射出口131，以形成一射向一个表面的入射光线，其中入射通道13的射出口131的位置能使入射光线Lo的入射角θ1【如图1所示指入射光线与该表面界面法线的夹角】的较佳角度为15～45度，而其最佳角度为27～33 度，且入射通道13的射出口131较佳宽度可以是0.1mm～0.5mm；另该箱体11具有一对应连通第二腔室112的反射通道16，该反射通道16于箱体11上具有连通第二腔室111的一射入口161及一射出口162，使光源12的光线由入射通道13射出且经板材表面等角反射或全反射后由反射通道16射出，形成一反射光线Lr，如该板材表面是一透明板材P的表面，则该反射通道16的射入口161宽度仅能供透明板材P全反射的一次反射光线Lr1【如图1所示】，从而能滤除依序经透明板材P折射、反射后再折射出透明板材P 的二次反射光线Lr2及二次反射光线Lr2以后继续在透明板材)内部多次反射折射后射出的多条反射光线。故，该反射通道16的射出口162也可以设计成较大宽度来配合射入口161的位置与宽度，本实用新型即以射出口162设计成较大开口为主要实施例。另外，反射通道16的射入口161与入射通道13的射出口131呈等角的位置，故反射角θ2的较佳角度为15～45度，而其最佳角度为27～ 33度，且反射通道16的射入口161较佳宽度可以是0.1mm～ 0.5mm，反射通道16的射出口162较佳宽度可以是0.2mm～20mm。
该光箱结构10进一步可以具有调整功能，其如图3所示，该箱体11入射通道13的射出口131可以利用两块间隔的不透光伸缩板141、142组成，该两块伸缩板141、142可被至少一驱动件145 同步左右移动或分开移动，以通过改变入射通道13射出口131的位置调整光源12射出光线的角度【即改变入射光线的入射角】，又或通过改变入射通道13射出口131的宽度调整光源12射出光线的宽度，其中入射通道13的射出口131位置能使入射角θ1的较佳角度为15～45度，而其最佳角度为27～33度，且入射通道13的射出口131较佳宽度可以是0.1mm～0.5mm。类似地，另一方面，箱体11反射通道16的射入口161可以利用两块间隔的不透光伸缩板171、172组成，该两块伸缩板171、172可被至少一驱动件175 同步左右移动或分开移动，以通过改变反射通道16射入口161的位置配合反射光线的射入角度【即改变反射光线的反射角】，又或通过改变反射通道16射入口161的宽度调整反射光线射入光线的宽度，另该反射通道16的射出口162可以利用两块间隔的不透光伸缩板组成【图中未示】，该两块伸缩板可被至少一驱动件同步左右移动或分开移动，以通过改变反射通道16射出口162的位置配合反射光线的射出角度与宽度，由于反射光线具有指向性，故该反射通道16的射出口162也可以以设计成较大宽度来配合射入口 161的位置与宽度，本实用新型即以射出口162设计成较大开口为主要实施例，反射通道16的射入口161与入射通道13的射出口 131呈等角的位置，故反射角θ2的较佳角度为15～45度，而其最佳角度为27～33度，且反射通道16的射入口161较佳宽度可以是 0.1mm～0.5mm，反射通道16的射出口162较佳宽度可以是0.2mm～20mm。
又本实用新型可以提供一种应用前述光箱结构10的光学检测设备，如图4、图5所示，其是于一机台50上设有一工作平台51，该工作平台51上设有一可线性移动的载台52，该载台52可供选择性设置一受测件60，且机台50于工作平台51两侧中至少一侧设有一光学模块55【其中图4为单侧具光学模块，图5为双侧具光学模块】，供逐一检测该受测件60的其中一表面或同步检测该受测件60的两个表面，该多个光学模块55包含有一光箱结构10 及一影像传感器56，该影像传感器56可以是CCD元件 (Charge-coupled Device)或CMOS元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)，且该影像传感器56的反射光线的反射角θ2与光箱结构10的光源12入射光线对应受测件60表面界面法线In的入射角θ1呈等角设置，又该多个光学模块55的光箱结构10光源12与影像传感器56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12强度，且供将经影像传感器56接收的受测件60的受测表面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。
本实用新型提供的光学检测设备于实际使用时，供用于检测一透明的受测件60的表面污染物，如图4、图6及图7所示，该受测件60置于机台50的载台52上，且令载台52于工作平台51上线性移动，并通过处理单元70操控光箱结构10内的光源12产生光线，该光线经箱体11的入射通道13由射出口131射出形成射向受测件60表面的入射光线LO【如图6所示】，该入射光线LO可于受测件60受测表面形成一等角的一次反射光线Lr1，该一次反射光线Lr1可由光箱结构10的反射通道16射入口161进入，且经箱体11第二腔室111的反射通道16射出口162射出，并由影像传感器56接收该一次反射光线Lr1，且受到反射通道16射入口161 宽度的作用，能避免另一表面反射的二次反射光线Lr2进入反射通道16的射入口161，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；如图7所示，该影像传感器56成像时仅会出现受测件60的相对表面的污染物A，而不致出现另一侧表面的污染物；
通过该受测件60不断的移动，该影像传感器56可以不断的接收由该受测件60受测表面反射的一次反射光线Lr1，且将所有一次反射光线Lr1的能量经处理后转换成电荷，光线越强、电荷也就越多，这些电荷就成为判断光线强弱大小的依据成像，故如受测表面上有污染物时，则该部分一次反射光线Lr1就较弱，如此即能还原所有影像传感器56接收的一次反射光线Lr1信号，并构成了一幅完整的受测件60中受测表面的画面，从而能供判读污染物的尺寸、形状、种类。
经由上述的说明，本实用新型利用光箱结构10的入射通道13 与反射通道16设计，使光源12射出的入射光线中只有受测件60 受测表面的一次反射光线Lr1能被影像传感器56接收成像，有效的滤除了非受测表面的二次反射光线Lr2或以上的反射光线，不致因而使上、下表面的影像相互干扰，可以有效检出各种污染物、尺寸及位置，能大幅减少误判，且进一步能有效检出平面型污染物如雾化、油污、指纹、甚至是表面裂痕，从而提高检出率；
另外，其影像传感器20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。上述光箱结构仅为本实用新型的一较佳具体实施例，而非用以限制本实用新型。实质上，本实用新型为一种可供检测一板材的光学检测模块，其包含：一光源、一影像传感器及一遮蔽部位。该光源可产生射向该板材的一表面的一入射光线，该入射光线经过该板材后会产生一一次反射光线及至少一二次反射光线，该至少一二次反射光线将被遮蔽部位遮蔽，从而让该一次反射光线通过后由该影像传感器接收。

Claims (10)

1.一种光箱结构，其特征在于，该光箱结构具有一箱体，该箱体内形成有间隔的一第一腔室及一第二腔室，且该箱体于第一腔室内设有一光源，又该箱体具有一对应光源的入射通道，该入射通道具有一连通第一腔室且供光源光线穿出的射出口，以产生一射向一个表面的入射光线；
该箱体具有一对应连通第二腔室的反射通道，该反射通道于箱体上具有连通第二腔室的一射入口及一射出口，供入射光线经前述表面等角反射后由反射通道射出，形成一反射光线，且该反射通道的射入口宽度仅能供一次反射光线射入。
2.如权利要求1所述的光箱结构，其特征在于，该光源为卤素灯、LED灯、高周波荧光灯、金属灯泡、氖灯或激光光源。
3.如权利要求1所述的光箱结构，其特征在于，该箱体入射通道的射出口利用两块间隔的不透光伸缩板组成，该两块伸缩板被至少一驱动件同步左右移动或分开移动，以改变入射通道射出口的位置或宽度。
4.如权利要求1或3所述的光箱结构，其特征在于，该箱体的入射通道的射出口位置能够令入射光线的入射角呈15～45度。
5.如权利要求1或3所述的光箱结构，其特征在于，该箱体的入射通道的射出口宽度为0.1mm～0.5mm。
6.如权利要求1所述的光箱结构，其特征在于，该箱体反射通道的射入口利用两块间隔的不透光伸缩板组成，该两块伸缩板被至少一驱动件同步左右移动或分开移动，以改变反射通道射入口的位置或宽度。
7.如权利要求1或6所述的光箱结构，其特征在于，该箱体的反射通道的射入口宽度为0.1mm～0.5mm。
8.如权利要求1或6所述的光箱结构，其特征在于，该箱体的反射通道的射出口宽度为0.2mm～20mm。
9.一种光学检测设备，其特征在于，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的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或2或3或6所述的光箱结构及一影像传感器，该影像传感器供接收光箱结构的反射通道所射出的反射光线，又该多个光学模块的光箱结构光源与影像传感器连接有一处理单元，该处理单元供操控该光箱结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。
10.一种可供检测一板材的光学检测模块，其特征在于，包含：
一光源，用于产生射向该板材的一表面的一入射光线，该入射光线经过该板材后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；及
一遮蔽部位，用以遮蔽该至少一二次反射光线，且让该一次反射光线通过后由该影像传感器接收。
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