CN207263657U - 基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统以及一种可供检测一板材的系统，其中，该透明板材具有相对平行的一受测的第一表面及一未受测的第二表面，其包含有一能发出光线的光源、一供接收光线的影像传感器及一遮蔽光线的光栅，该光源与该影像传感器等角分设于受测的第一表面的界面法线的两侧，光栅设于光源及影像传感器与透明板材间，该光栅上形成有位于界面法线两侧等角的入射通道与反射通道，藉此，利用光栅的设计，使透明板材所反射的反射光线中只有受测第一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，不致使上、下表面的影像相互干扰。
Description
技术领域
本实用新型涉及透明板材表面检测技术领域，具体而言，涉及一种避免透明板材两侧表面影像相互干扰的基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统，以快速且准确判断污染大小、位置及种类，同时降低整体成本。
背景技术
目前，半导体、面板、封装等高精密产业的制造过程中，时常运用到透明板材，例如以玻璃或石英等制成的光罩、基板、面板等等，由于产品的微细化及高精密化，这些透明板材也直接影响到相对制造过程或产品的合格率与生产效率。其中，用于晶圆(Wafer) 供微影过程使用的光罩(Mask)具有不可或缺的关键地位。光罩为一绘有特定图案的透明板，其中包含一具图形(Pattern)的图案区，供利用一光源，将图案区上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案。而光罩为了保护图案区上的图形，图案区的上方通常会设有一图罩护膜(Pellicle)，用来避免图案区上的图形遭受刮伤、污染或破坏。
然而，光罩污染是一直存在发生的问题，这些污染包含附着于光罩表面的微粒、结晶、又或雾化等现象，以这类受到污染的光罩应用于黄光微影过程中，其会直接影响光罩上的图形，进一步会造成晶圆制造集成电路的合格率降低。因此，一般会针对不同的光罩设定污染的容许标准，并于光罩进入制造过程或储存时进行检测，当污染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。
现有的光罩检测设备是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，如图1所示，其原理是以光源L照射在透明板材P表面，如光罩，而由于入射光线 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L1 及反射光线Lr间的夹角，再由影像传感器C接收透明板材P的反射光线Lr，经成像处理后，藉此检测出光罩上的污染物。然而，因光罩由透明板材所制成，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1、图1A所示，该透明板材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。同时因光罩是透明板材，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，因此其检测扫描速度很慢，同时受到上、下表面迭影误判的影响，其检出的微尘尺寸一般仅能达到 50um*50um，对于更小的微尘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，不仅扫描速度慢，且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。
为此，进一步开发有使用线性光源、且令入射角θ1接近85 度左右【即入射光线接近透明板材受测表面】的方式，来克服扫描面积小及迭影干扰的问题，虽然入射角θ1大时能减少二次反射光线Lr2被接收的现象，但入射光线与受测表面间夹角越小则微粒状的污染会产生较长的阴影，造成污染大小误判的状况，且过于贴近受测表面的入射光线会使表面型的污染如雾化、油污、指纹因不具高度，无法利用污染阴影成像，从而难以被检出。而使用两个以上交错的光源虽能解决部分光影所造成的污染尺寸误判问题，但其会进一步增加光学模块的成本；
换言之，以现有透明板材的检查方法或设备而言，不仅易误判污染大小、且检出速度慢，同时表面型污染检出能力受限，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基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统，以克服现有技术中因透明板材上下表面迭影及影像不专一难以聚焦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基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统，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、尺寸及位置，能大幅减少误判，从而提高检出率。
又，本实用新型的次一主要目的在于提供一种基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统，其能使检测表面的影像具有专一性，能加速扫描时的聚焦，可提高检出效率。
另外，本实用新型的另一主要目的在于提供一种基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统，其能使用一般光源来进行扫描，可以有效的降低后续光学模块的设备成本。
为此，本实用新型主要通过下列技术手段来具体实现上述各项目的与效能，该系统用于检测一透明板材的表面污染，该透明板材具有相对平行的一受测的第一表面及一未受测的第二表面，该系统包含有一能发出光线的光源、一供接收光线的影像传感器及一供遮蔽光线的光栅，且透明板材可与光源、影像传感器及光栅相对运动；
其中光源与影像传感器设于对应该透明板材中受测第一表面的一侧，该光源与该影像传感器等角分设于第一表面的界面法线的两侧；
该光栅设于光源及影像传感器与透明板材之间，且该光栅于相对界面法线一侧具有一对应光源的入射通道，令该光源能经入射通道产生一射向透明板材第一表面的入射光线，又该光栅异于界面法线另一侧具有一反射通道，该反射通道可供前述入射光线经透明板材的受测第一表面反射后形成的一次反射光线穿经，该一次反射光线可供与光源等角设置的影像传感器接收，且反射通道的宽度介于界面法线与经该透明板材的未受测第二表面反射的二次反射光线之间且不超过该二次反射光线。
藉此，通过前述技术手段的具体实现，使本实用新型利用光栅使透明板材所反射的反射光线中只有受测第一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，不致使上、下表面的影像相互干扰，可以有效检出各种污染、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为现有的光学模块应用于透明板材的光线示意图；
图1A为现有的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基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统的平面架构示意图；
图2A为本实用新型提供的系统的扫描成像后的状态示意图；
图3为基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的方法的流程步骤示意图。
附图标记说明：10-光源；20-影像传感器；30-光栅；31-入射通道；32-反射通道；80-透明板材；81-第一表面；82-第二表面。
具体实施方式
本实用新型提供了一种基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统，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供用于半导体、面板、封装等制造过程的基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统，如图2所示，其系统包含有一光源10、一影像传感器20及一光栅30，用于扫描检测一透明板材80的表面污染，该透明板材80具有相对平行的一第一表面81及一第二表面82，其中该光源10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)，该影像传感器20可以是CCD元件(Charge-coupled Device)或CMOS元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)，又该光栅30可供遮蔽光线；
其中光源10与影像传感器20设于对应该透明板材80中受测第一表面81的同侧，该光源10与该影像传感器20相对分设于第一表面81的界面法线In【即与透明板材表面的垂交线】的两侧，该光栅30设于光源10及影像传感器20与透明板材80的间，且该光栅30于相对界面法线In等距位置上分别具有一入射通道31及一反射通道32，使该光源10能产生一射向透明板材80第一表面 81的入射光线L，而经透明板材80表面反射后形成一射向影像传感器20的一次反射光线Lr1，且入射光线L1的入射角θ1与一次反射光线Lr1的反射角θ2相等，其中入射角θ1的较佳角度为15～ 45度，而最佳角度为27～33度，且该反射通道32的宽度介于界面法线In与经该透明板材80第二表面82反射的二次反射光线Lr2 之间且不超过该二次反射光线Lr2，从而能有效的过滤掉依序经该透明板材80折射、反射后再折射出透明板材80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80内部多次反射折射后射出的复数反射光线，避免该影像传感器20接收到二次反射光线Lr2及继续折射反射再折射的反射光线，且该入射通道31的较佳宽度可以是0.1mm～0.5mm，而反射通道32的较佳宽度可以是0.2mm～20mm；
藉此，让光源10射至透明板材80的入射光线L1能被限制在一特定的角度，从而使透明板材80的一次反射光线Lr1能等角被影像传感器20所接收，且避免接收其他的二次反射光线Lr2，如图2A所示，该影像传感器20成像时仅会出现透明板材80的第一表面81的污染物A，从而不致出现第二表面82的污染物B，故组构成一基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统。
本实用新型基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的方法依照下列的步骤实施，供用于检测一透明板材80的表面污染，该透明板材80具有相对平行的一第一表面81及一第二表面82，其中第一、二表面81、82的间距即为透明板材80厚度，如图2及图 3所示：
(a)、于一透明板材的受测表面一侧提供一光源：于一透明板材80的第一表面81上方设置有一光源10，该第一表面81被定义为受测表面，又该光源10相对透明板材80表面的界面法线In间形成有一夹角；
(b)、提供一入射通道，供形成一射向透明板材受测表面的入射光线：于该光源10与透明板材80间设有一可遮光的光栅30，该光栅30上具有一可供光源10的光线射向透明板材80的入射通道31，使光源10能相对透明板材80第一表面81形成有一入射光线L1，且该入射光线L1与界面法线In间具有一入射角θ1，其中入射角θ1的较佳角度为15～45度，而最佳角度为27～33度，且该入射光线L1于透明板材80的第一表面81上形成一等角的一次反射光线Lr1，而该入射通道31的较佳宽度可以是0.1mm～0.5mm；
(c)、提供一反射通道，供相对该射向透明板材受测表面的入射光线反射的一次反射光线通过：于该光栅30上另形成有一反射通道32，该反射通道32位于透明板材80的界面法线In异于入射通道31的一侧，且反射通道32可供前述的一次反射光线Lr1通过，又该反射通道32的宽度介于界面法线In与经该透明板材80第二表面82反射的二次反射光线Lr2之间且不超过该二次反射光线 Lr2，供滤除经该透明板材80第二表面82反射的二次反射光线Lr2，而该入射通道31与反射通道32的较佳宽度可以是0.3mm～ 20mm；
(d)、利用一影像传感器撷取经反射通道的一次反射光线：于该受测的透明板材80的界面法线In异于光源10的一侧设有一影像传感器20，该影像传感器20可接收透明板材80受测的第一表面81反射经光栅30反射通道32射出的一次反射光线Lr1，而不致接收到透明板材80中经未受测的第二表面82反射的二次反射光线Lr2；
(e)、使透明板材相对光源、影像传感器及光栅运动，从而形成透明板材的受测表面的画面，供判读污染；令该光源10、该影像传感器20及该光栅30呈固定状，而该透明板材80可以与界面法线In垂直的方向线性移动，让该影像传感器20可以不断的接收由该透明板材80第一表面81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，故如第一表面81上有污染时，则该部分反射光线就较弱，如此即能还原所有影像传感器20接收的一次反射光线Lr1信号，并构成了一幅完整的透明板材80中受测的第一表面81的画面，从而能供判读污染的尺寸、形状、种类。
经由上述的说明，本实用新型利用光栅30的设计，使透明板材80所反射的反射光线中只有受测第一表面81的一次反射光线 Lr1能被影像传感器20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，不致使上、下表面的影像相互干扰，可以有效检出各种污染、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。但是，上述系统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的系统，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 (6)
1.一种基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统，该系统用于检测一透明板材的表面污染，其特征在于，该透明板材具有相对平行的一受测的第一表面及一未受测的第二表面，该系统包含有一能发出光线的光源、一供接收光线的影像传感器及一供遮蔽光线的光栅，且透明板材能够与光源、影像传感器及光栅相对运动；
其中光源与影像传感器设于对应该透明板材中受测第一表面的一侧，该光源与该影像传感器等角分设于第一表面的界面法线的两侧；
该光栅设于光源及影像传感器与透明板材之间，且该光栅于相对界面法线一侧具有一对应光源的入射通道，令该光源能经入射通道产生一射向透明板材第一表面的入射光线，又该光栅异于界面法线另一侧具有一反射通道，该反射通道供前述入射光线经透明板材的受测第一表面反射后形成的一次反射光线穿过，该一次反射光线供与光源等角设置的影像传感器接收，且反射通道的宽度介于界面法线与经该透明板材的未受测第二表面反射的二次反射光线之间且不超过该二次反射光线。
2.如权利要求1所述的基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统，其特征在于，该光源的入射光线的入射角的角度为15～45度。
3.如权利要求1或2所述的基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统，其特征在于，该光源的入射光线的入射角角度为27～33度。
4.如权利要求1所述的基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统，其特征在于，该光栅的入射通道的宽度是0.1mm～0.5mm。
5.如权利要求1或4所述的基于利用光学技术扫描透明板材表面污染的系统，其特征在于，该光栅的反射通道的宽度是0.2mm～20mm。
6.一种可供检测一板材的系统，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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