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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System zur Betrachtung
mehrer entfernt voneinander angeordneter Gegenstände mit einer Kameraeinrichtung
umfassend eine erste, auf der optischen Achse bzw. im Strahlengang
der Kameraeinrichtung angeordnete Prismeneinrichtung zur Erzeugung
zweier Teilstrahlengänge
sowie zwei jeweils in einem Teilstrahlengang angeordnete und jeweils
einem Gegenstand zugeordnete Gegenstandsprismeneinrichtungen.
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Bei
der Herstellung sowie insbesondere Handhabung mikroelektronischer
Bauelemente werden häufig
Bildverarbeitungssysteme eingesetzt, die über eine Kameraeinrichtung
Lage- und/oder Qualitätsinformationen
aufnehmen, die je nach Automatisierungsgrad der Anlagentechnik zur
Steuerung weiterer Abläufe
verwendet werden. Wegen der geringen Abmessungen der mikroelektronischen
Bauelemente, wie beispielsweise eines Chips, gelten entsprechende
Dimensionierungsvorschriften auch für optische Systeme, die ohne
störende
Beeinflussung der Handhabungs- oder
Fertigungsprozesse in eine entsprechende Anlagentechnik integrierbar
sein sollen.
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Dies
gilt besonders, wenn mit nur einer Kameraeinrichtung eine differenzierte
Betrachtung unterschiedlicher Oberflächenstellen, wie beispielsweise
erhöhter
Kontaktmetallisierungen, eines Chips oder die für eine Kontaktierung mehrer
mikroelektronischer Bauelemente erforderliche Relativausrichtung
der Kontaktstellen der Mikrobauelemente zueinander kontrolliert
werden soll.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein optisches
System vorzuschlagen, dass eine differenzierte Betrachtung unterschiedlicher
Oberflächenstellen
von mikroelektronischen Bauelementen, wie beispielsweise einem Chip,
bei gleichzeitig geringst möglichem
Raumbedarf für
das optische System ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein optisches System mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße optische
System zur Betrachtung mehrerer entfernt voneinander angeordneter
Gegenstände
mit einer Kameraeinrichtung umfasst eine erste, auf der optischen
Achse bzw. im Strahlengang der Kameraeinrichtung angeordnete Prismeneinrichtung
zur Erzeugung zweier Teilstrahlengänge sowie zwei jeweils in einem
Teilstrahlengang angeordnete und jeweils einem Gegenstand zugeordnete
Gegenstandsprismeneinrichtungen.
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Aufgrund
des der Kameraeinrichtung vorgeschalteten optischen Systems ist
es möglich,
mit nur einer Kameraeinrichtung mehrere entfernt voneinander angeordnete
Oberflächenstellen
eines mikroelektronischen Bauelements, wie beispielsweise eines Chips,
zu betrachten, ohne dass hierzu mehrere parallel zueinander zu handhabende
Kameraeinrichtungen notwendig wären,
oder dass bei Verwendung von nur einer Kameraeinrichtung diese zur
Betrachtung mehrerer Oberflächenstellen
verschwenkt werden müsste.
Stattdessen kann bei entsprechender Abstandseinstellung zwischen
den Gegenstandsprismeneinrichtungen mit einem stationär statischen
optischen System und nur einer Kameraeinrichtung gearbeitet werden,
so dass auch ein nur entsprechend geringer Raumbedarf besteht. Darüber hinaus
eröffnet
die Verwendung der Gegenstandsprismeneinrichtungen den Vorteil,
durch eine einfache Veränderung
des relativen Abstands der Gegenstandsprismeneinrichtungen voneinander
eine schnelle Anpassung an sich ändernde
Oberflächengeometrien
vornehmen zu können.
Zudem bietet die Verwendung der Gegenstandsprismeneinrichtungen
den Vorteil, dass bei einer Anpassung an den Abstand der Gegenstände nur
sehr geringe Massen bewegt werden müssen, so dass eine geeignete
apparative Verstelleinrichtung entsprechend filigran und raumsparend ausgeführt sein
kann.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
ist jeder Gegenstandsprismeneinrichtung eine Beleuchtungseinrichtung
zugeordnet, so dass unabhängig von
den Umgebungsbedingungen für
eine ausreichende Beleuchtung der zu betrachtenden Gegenstände bzw.
Oberflächenstellen über einen über die Gegenstandsprismeneinrichtungen
geleiteten Beleuchtungsstrahlengang gesorgt ist.
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Besonders
raumsparend können
die Beleuchtungseinrichtungen ausgeführt werden, wenn diese als
lichtemittierende Halbleiterbauelemente ausgebildet sind, also beispielsweise
als lichtemittierende Dioden.
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Eine
besonders zur differenzierten Betrachtung entfernt voneinander liegender
Oberflächenstellen
relativ langgestreckter mikroelektronischer Bauelemente, wie beispielsweise
eine LCD-Diode, geeignetes Ausführungsbeispiel
des optischen Systems weist einen Aufbau auf, derart, dass die Ausgangsstrahlengänge der
Gegenstandsprismeneinrichtungen quer und gleichgerichtet zur optischen
Achse der Kameraeinrichtung verlaufen. Mit diesem optischen System
ist es also möglich,
mit einer unterhalb oder oberhalb und im Wesentlichen parallel zur
Ebene der interessierenden Oberflächentopographie ausgerichteten
optischen System eine Betrachtung durchzuführen.
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Vorteilhaft
ist es, die Beleuchtungseinrichtungen derart anzuordnen, dass die
zwischen den Gegenstandsprismeneinrichtungen und den Beleuchtungseinrichtungen
ausgebildeten Beleuchtungsstrahlengänge quer zur optischen Achse
der Kameraeinrichtung verlaufen. Hierdurch ist es möglich, die
apparative Anordnung des optischen Systems so zu gestalten, dass
das optische System eine möglichst
geringe Tiefe aufweist.
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In
jedem Fall erweist es sich für
den Aufbau des optischen Systems als vorteilhaft, wenn die Prismeneinrichtung
zwei senkrecht zueinander angeordnete, jeweils um 45° zu optischen
Achse der Kameraeinrichtung angestellte optische Begrenzungsflächen aufweist.
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Eine
besonders leichte Anpassung an eine gegebene Topographie wird möglich, wenn
die Gegenstandsprismeneinrichtungen in ihrem Abstand veränderbar
sind.
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Um
auch unabhängig
von einem bestimmten Abstand zwischen den Gegenstandsprismeneinrichtungen
bzw. von einer Änderung
dieses Abstands eine gleichbleibende Beleuchtung der Gegenstände zu ermöglichen,
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Beleuchtungseinrichtungen
zusammen mit den Gegenstandsprismeneinrichtungen in ihrem Abstand veränderbar
sind.
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Insbesondere
für den
Fall, dass das optische System zur relativen Ausrichtung von Kontaktmetallisierungen
bei Kontaktiervorgängen
zwischen mehreren mikroelektronischen Bauelementen dient, ist eine Ausführungsform
von Vorteil, bei der die Ausgangsstrahlengänge der Gegenstandsprismeneinrichtungen
quer und entgegengesetzt gerichtet zur optischen Achse der Kameraeinrichtung
verlaufen.
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Wenn
darüber
hinaus die Beleuchtungseinrichtungen derart angeordnet sind, dass
die zwischen den Gegenstandsprismeneinrichtungen und der Beleuchtungseinrichtungen
ausgebildeten Beleuchtungsstrahlengänge parallel zur Ebene der
optischen Achse der Kameraeinrichtung verlaufen, wird eine insgesamt
möglichst
flache Ausbildung des optischen Systems möglich.
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Ein
Einsatz des optischen Systems auch bei extrem geringen Abständen zwischen
Kontaktmetallisierungen von zwei miteinander zu kontaktierenden mikroelektronischen
Bauelementen wird möglich, wenn
die Prismeneinrichtung eine auf der optischen Achse der Kameraeinrichtung
angeordnete, einen ersten Teilstrahlengang reflektierende und für einen zweiten
Teilstrahlengang durchlässige,
um 45° angestellte
erste optische Begrenzungsfläche
aufweist, der eine senkrecht zur optischen Achse angeordnete zweite
optische Begrenzungsfläche
nachgeordnet ist zur Reflexion des zweiten Teilstrahlengangs gegen die
erste optische Begrenzungsfläche
und Reflexion des zweiten Teilstrahlengangs in die Richtung des zweiten
Gegenstand. Nachfolgend werden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
anhand der Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
erstes optisches System zur Betrachtung zweier voneinander entfernt
angeordneter Oberflächenstellen
einer Oberfläche;
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2 eine
weitere Ansicht des in 1 dargestellten optischen Systems;
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3 ein
zweites optisches System zur Betrachtung zweier Oberflächenstellen
von übereinander
angeordneten Substraten.
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In
den 1 und 2 ist eine als optisches System
ausgebildete Betrachtungsvorrichtung 10 dargestellt, die
zur Kombination mit einer Kameraeinrichtung 11 dient. Hierzu
ist auf einer optischen Achse 12 der Kameraeinrichtung 11 ein
Eingangsprisma 13 angeordnet, das einen aus einer Objektiveinrichtung 14 der
Kameraeinrichtung 11 austretenden Strahlengang 15 an
zwei äußere, senkrecht
zueinander angeordneten und jeweils um 45° zur optischen Achse 12 angestellten
optischen Begrenzungsflä chen 16, 17 des
Eingangsprismas 13 in einen ersten und einen zweiten Teilstrahlengang 18 und 19 aufteilt.
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Die
Teilstrahlengänge 18 und 19 sind
quer und einander entgegengesetzt zu dem aus der Objektiveinrichtung 14 der
Kameraeinrichtung 11 austretende Strahlengang 15 orientiert
und treffen auf jeweils ein Ausgangsprisma 20, 21 der
Betrachtungsvorrichtung 10. Die Ausgangsprismen 20, 21 dienen zur
Umlenkung der Teilstrahlengänge 18 bzw. 19 in senkrecht
nach oben aus der Zeichenebene austretende Objektstrahlengänge 22, 23.
Hierzu weisen die Ausgangsprismen 20, 21 jeweils
eine optische Begrenzungsfläche 24, 25 auf,
die um eine parallel zur optischen Achse 12 verlaufende
Prismenachse 26, 27 um einen Winkel von 45° gegenüber einer
optischen Ebene 28 (2) angestellt
sind.
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Senkrecht
zur optischen Achse 12 befinden sich jeweils beabstandet
zu den Ausgangsprismen 20, 21 hier als Leuchtdioden 29, 30 ausgebildete
Beleuchtungseinrichtungen, die einen Beleuchtungsstrahlengang 31 bzw. 32 emittieren,
der die in Richtung des Beleuchtungsstrahlengangs 31 bzw. 32 optisch
durchlässige
Begrenzungsfläche 24 bzw. 25 der Ausgangsprismen 20, 21 durchdringt
und zusammen mit dem jeweiligen Objektstrahlengang 22 bzw. 23, wie
in 2 dargestellt, eine Beleuchtung einer hier durch
eine Anschlussfläche 33 bzw. 34 gebildeten Objektfläche eines
mikroelektronischen Substrats 35, wie beispielsweise eines
Chips, ermöglicht.
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Wie
durch die Doppelpfeile 36 in den 1 und 2 angedeutet,
können
jeweils ein Ausgangsprisma 20, 21 und die zugeordnete
Leuchtdiode 31 bzw. 32 in einer Stelleinrichtung 37, 38 zusammengefasst
sein und in ihrem Abstand zur optischen Achse 12 in Abhängigkeit
vom Abstand der Anschlussflächen 33, 34 des
Substrats 35 verändert
werden. Vorzugsweise erfolgt die Verstellung der Stelleinrichtungen 37, 38 bezogen
auf die optische Achse 12 mit gleichen Stellbeträgen bzw.
sogar simultan, so dass auf eine in den Teilstrahlengang 18 bzw. 19 zwischengeschaltete,
fokussierende Optik verzichtet werden kann.
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3 zeigt
eine als optisches System ausgebildete Betrachtungsvorrichtung 40,
die angeordnet auf einer optischen Achse 41, einer Kameraeinrichtung 42 und
ein Eingangsprisma 43 aufweist. Das Eingangsprisma 43 weist
eine innere, um 45° zur
optischen Achse 41 angestellte und senkrecht zu einer optischen
Ebene 44, die im vorliegenden Fall mit der Zeichenebene übereinstimmt,
angeordnete, optische Begrenzungsfläche 45 auf. Ein von
einer Objektiveinrichtung 46 der Kameraeinrichtung 42 ausgehender Strahlengang 47 wird
in einen ersten Teilstrahlengang an der Begrenzungsfläche 45 reflektiert
und nach oben abgelenkt. Ein zweiter Teilstrahlengang 49 durchdringt
die Begrenzungsfläche 45 und
wird an einer verspiegelten äußeren Begrenzungsfläche 50 des
Eingangsprismas 43 rückwärtig gegen
die in dieser Richtung total reflektierend wirkende Begrenzungsfläche 45 reflektiert
und an dieser nach unten umgelenkt.
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Beidseitig
neben dem Eingangsprisma 43 in Richtung der Teilstrahlengänge 48, 49 ist
jeweils ein Ausgangsprisma 51, 52 angeordnet,
das jeweils eine optische Begrenzungsfläche 53, 54 aufweist.
Die Begrenzungsfläche 53 des
Ausgangsprismas 51 ist mit einem Winkel von 45° gegenüber einer
parallel zur optischen Achse 41 verlaufenden Prismenachse 55 angestellt
und ist senkrecht gegenüber
der optischen Ebene 44 angeordnet. Die Begrenzungsfläche 54 des
Ausgangsprismas 52 ist mit einem Winkel von 45° gegenüber einer
zur optischen Achse 41 parallelen Prismenachse 56 angestellt
und ist senkrecht gegenüber
der optischen Ebene 44 angeordnet.
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Wie 3 ferner
zeigt, ist sowohl dem Ausgangsprisma 51 als auch dem Ausgangsprisma 52 eine
hier als Leuchtdiode 57 bzw. 58 ausgebildete Beleuchtungseinrichtung
zugeordnet, die jeweils einen Beleuchtungsstrahlengang 59, 60 emittiert.
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Die
Begrenzungsfläche 54 des
Ausgangsprismas 52 ist für den Teilstrahlengang 48,
der an der Begrenzungsfläche 54 zu
einem Objektstrahlengang wird, durchlässig ausgebildet. Der Beleuchtungsstrahlengang 60 der zugeordneten
Leuchtdiode 58 wird an der Begrenzungsfläche 54 achsenparallel zum
Teilstrahlengang 48 reflektiert und trifft zusammen mit
dem Teilstrahlengang 48 auf ein oberhalb des Ausgangsprismas 52 angeordnete
erste Objektfläche 61 eines
ersten Substrats 62.
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Die
Begrenzungsfläche 53 des
Ausgangsprismas 51 ist für den im Eingangsprisma 43 nach unten
reflektierten Teilstrahlengang 49, der an der Begrenzungsfläche 53 zum
Objektstrahlengang wird, durchlässig
ausgebildet. Der Beleuchtungsstrahlengang 59 der zugeordneten
Leuchtdiode 57 wird an der Begrenzungsfläche 53 achsenparallel
zum Teilstrahlengang 49 nach unten reflektiert, so dass
der Teilstrahlengang 49 und der Beleuchtungsstrahlengang 59 auf
eine unterhalb des Ausgangsprismas 51 angeordnete, hier
durch eine weitere Anschlussfläche 63 gebildete
Objektfläche
eines zweien Substrat 54 auftrifft.
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Aus
der in 3 dargestellten Anordnung wird deutlich, dass
die in einen Kontaktspalt 65 zweier Substrate 62, 63 eingeführte Betrachtungsvorrichtung 40 es
ermöglicht,
die korrekte Ausrichtung zweier miteinander zu kontaktierender Anschlussflächen 61, 63 zu
kontrollieren bzw. die Ausrichtung der Anschlussflächen 61, 63 in
Abhängigkeit
von einer erkannten Lageabweichung zur Erzielung einer Anordnung
auf einer Kontaktachse 66, die mit der Achse der Teilstrahlengänge 49, 48 übereinstimmt,
herbeizuführen.
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Wie
ferner in 3 gezeigt ist, besteht die Möglichkeit,
die Ausgangsprismen 51, 52 auf ihren rückwärtigen, äußeren Begrenzungsflächen 67, 68 mit
einer absorbierenden Beschichtung 69 zu versehen, um das
Austreten von Streulicht 70 zu verhindern.