JP2024018963A - 欠陥を分析するための検査システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製品、特に印刷回路基板製品、半導体ウェハ等の欠陥を分析するための検査システム及び方法を提供する。【解決手段】投光装置１１と、光学的検出装置１２と、処理装置とを備え、投光装置は、照明ユニット１６と、白色光をそのスペクトル成分に分光し、こうして単色光線から形成された多色光線１８を製品１９に入射角βで投光するように構成された分光器部材とを有し、光学的検出装置は、カメラ１４及び対物レンズ１５を備える検出ユニット１３を有し、カメラは、検出ユニットの検出面２１において製品上で反射された多色光線を検出するように構成されており、検出面は、製品の製品表面２０に対して垂直であり、好ましくは直交しており、照明ユニットは、一列に配置された少なくとも２つの発光ダイオードを有し、出口アパーチャ２５が前記一列に沿って延びている、検査システム及び方法に関する。【選択図】図１

Description

本願は、製品、特に印刷回路基板製品、半導体ウェハ等の欠陥を分析するための検査システム及び方法であって、この検査システムは、投光装置と光学的検出装置と処理装置とを備え、投光装置は、照明ユニットと、白色光をそのスペクトル成分に分光し、こうして単色光線から形成された多色光線を製品に入射角βで投光するように構成された分光器部材とを有し、光学的検出装置は、カメラ及び対物レンズを備える検出ユニットを有し、カメラは、検出ユニットの検出面において製品上で反射された多色光線を検出するように構成されており、検出面は、製品の製品表面に対して直交、好ましくは垂直であることが好ましい。

製品内の欠陥を分析する公知の検査システム及び方法の場合、例えば、印刷回路基板の高さプロファイル又は印刷回路基板上に配置された構成要素の高さプロファイルを、分光法を用いて決定することができる。検査対象の製品は、ＰＣＢ（印刷回路基板）、光電池、又は半導体ウェハと呼ばれるものとし得る。ＰＣＢは、例えば、導電体トラック又は抵抗器などの電子部品を形成するように、印刷回路基板上に導電性ペーストを印刷することによって製造することができる。銅、金、アルミニウム、チタンなどの異なる材料を基板に当てることができる。印刷回路基板製品は、配線構造要素又はいわゆるＳＭＤ要素を追加的に装備することができ、はんだマスクで被覆し、ウェーブはんだ付けなど、所与の生産方法の過程ではんだ付けすることができる。これらの生産方法では、導体トラックの印刷不良、はんだ接合部の不良、部品の欠落などの一連の不具合が発生し、印刷回路基板製品の機能不良につながる可能性がある。したがって、製品の製造過程において、潜在的な欠陥を分析することが頻繁に要求される。

ＰＣＢの表面が光学的に測定できる、製品内の欠陥を分析するための検査システム及び方法は、特許文献１（欧州特許第２３０７８５２号明細書）において知られている。それは、白色光源からプリズムを介して発する多色光線を生成し、印刷回路基板製品上にある入射角で投光される多色光線を指向することを伴う。印刷回路基板製品の表面の異なる高さに依って、表面は、その高さの関数として、この高さに向けられた多色光線のスペクトル色で現れる。このようにして該当の表面から反射された単色光線は、光学的検出装置、特にライン走査カメラ又はエリア走査カメラのラインによって検出される。検出面において多色光線を向けるための所望の入射角と、ライン走査カメラに対する印刷回路基板製品の位置とを調整することにより、次に、印刷回路基板製品の該当の表面の高さ情報を、処理装置又はデータ処理のための装置によって計算することができる。

上記の検査システム及び方法は、製品の表面をある一定の幅までしか確実に検査することができないという点で不利である。従って、多数の画像を記録することにより、又は、製品の隣接する領域を繰り返し連続的に走査することにより、投光装置又は検出装置よりも広く製品を分析することがしばしば必要となる。これにより、比較的幅広い製品の検査を実施するのに時間がかかり、間違いが発生しやすくなる。

ラインスキャンカメラは、例えば、比較的大きな長さで利用可能であるか、又は対物レンズによってより大きな幅に調整することができるので、製品の移動方向又は走査方向に対して垂直に検査システム又は光学的検出装置を広げることは、照射ユニットを広げることよりも難しくない。蛍光管などの比較的長い発光体が知られているが、それらは低い光束を与えるだけであり、それは製品上の照度が不十分であることを意味する。一方、光束の高い点光源は、製品上の照度の分布が不均一であるという問題がある。さらに、カメラによる画像記録のために複数の点光源を使用することは、エイリアシング等のような画像欠陥及び回折現象をもたらす。

欧州特許第２３０７８５２号明細書

本発明の目的は、単純な手段によって、広範囲の製品を簡単かつ信頼性のある方法で欠陥を分析することを可能にする、製品内の欠陥を分析するための検査システム及び方法を提案することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する検査システム及び請求項１７の特徴を有する方法によって達成される。

製品、特に印刷回路基板製品、半導体ウェハ等の欠陥を分析するための本発明による検査システムは、投光装置と、光学的検出装置と、処理装置とを備え、投光装置は、照明ユニットと、白色光をそのスペクトル成分に分光し、こうして単色光線から形成された多色光線を製品にある入射角で投光するように構成されている分光器部材とを有し、光学的検出装置は、カメラと対物レンズとを備える検出ユニットを有し、カメラは、検出ユニットの検出面において製品上で反射された多色光線を検出するように構成されており、検出面は、製品の製品表面に対して垂直であり、好ましくは直交しており、照明ユニットは、一列に配置された少なくとも２つの発光ダイオードと、前記一列に沿って延びる出口アパーチャとを有する。

製品表面の異なる高さに応じて、製品表面上の多色光線の反射画像は、入射角βで検出面に向けられかつ検出面内の高さに応じて波長が変化する多色光線のために、対物レンズの光軸又は検出装置又はカメラの検出面に対してシフトする。これは、該当の反射画像が、波長、即ち、高さの関数として、光軸又はカメラの画像面内の検出面に対してオフセットで結像されるという効果を有する。画像面内における画像の位置を決定することにより、製品表面の高さ情報を処理装置によって計算することが可能となる。あるいは、画像平面内の画像の位置を決定する代わりに、カメラによって製品に反射される光の波長を決定し、そこから製品表面の高さ情報を計算することも可能である。カメラによって反射画像がどのように捕捉されるかに応じて、カメラは、ラインスキャンカメラ又はエリアスキャンカメラにすることも、この種のカメラセンサを有することもできる。カメラセンサは、単色センサ又は多色センサとしうる。

本発明によれば、照明ユニットは、互いに一列に配置された少なくとも２つ以上の発光ダイオードを有している。特に、少なくとも２つ以上の発光ダイオードは、互いに離間され、検出面に対して平行に配置されている。また、照明ユニットは、発光ダイオードの前記一列に沿って延びている出口アパーチャを有する。これにより、照明ユニットは、中断することなく検出面に対して平行に走る単一の光線を形成することができ、従って、製品を検出面内で照明することができる。出口アパーチャは、比較的長くすることができる。出口アパーチャの長さは、発光ダイオードの数又はそれらの距離によって制限されず、これは、照明ユニットが基本的に任意の長さの出口アパーチャを有しうることを意味する。出口アパーチャは、長さに関連して比較的より小さい幅を有し、特に、何倍もより小さい幅を有するので、検出面に沿った発光ダイオードの白色光の分散を本質的に回避することができる。また、エイリアシングを有利に低減することができる。同様に、発光ダイオードによって、高い光束、ひいては製品表面上の高い照度を実現することができる。これにより、比較的大きな幅の製品を、上記の検査システムを用いて、１走行又は１走査で、高品質で迅速かつ確実に分析することが可能となる。

その結果、検出面に沿った白色光の均一な強度分布を、照明ユニットによって確立することができる。これに関して、検出面という用語は、幅が制限された面であって、本質的に、光学的検出装置又は対物レンズを有するカメラによって検出可能な製品幅に対応するか、又はそれによって規定される面を指す。

前記照明ユニットは、複数の発光ダイオードを備えるＬＥＤモジュールを有することができ、前記ＬＥＤモジュールは、前記検出面に対して平行に配置されうる。この場合、ＬＥＤモジュールは、複数の発光ダイオードを備える発光体であり、これらの複数の発光ダイオードは、例えば、ＬＥＤモジュールのＰＣＢ上で一定の相対距離で一列に配置することができる。ＬＥＤモジュールは帯状にすることができる。この種の発光ダイオードモジュールは、比較的低コストで入手可能であり、これにより、検査装置をより安価に製造できる。

照明ユニットは、発光ダイオードに関連するそれぞれのアパーチャ部材を有しうる。これにより、発光ダイオードが発する光、すなわち白色光を制限することが可能となる。反射等の結果としての各発光ダイオードの光線同士の間の潜在的な干渉は、このようにして回避することができる。また、それぞれのアパーチャ部材は、発光ダイオードの製造に起因する可能性がある、発光ダイオードの潜在的な差（電位差）を均等にすることができる。全体として、このようにして、さらに均一な配光を実現することができる。

アパーチャ部材は、投光装置のビーム経路の方向に発光ダイオードから広がる断面を有しうる三次元アパーチャを設けることができる。三次元アパーチャは、したがって、有利には、それぞれの発光ダイオードのビーム経路を制限することができる。三次元アパーチャの内面は、反射性又は非反射性とすることができる。三次元アパーチャは、発光ダイオード上に直接配置することができる。さらに、三次元アパーチャは、アパーチャによって制限された空間を形成することができる。あるいは、アパーチャ自体は、１つ以上の光学素子によって形成することができ、例えば、ガラスで構成されうる。この場合、アパーチャ自体は、発光ダイオードが発する光の光ガイドとして機能する。

更に、アパーチャは、代替的に、１つ又はそれ以上のレンチキュラーレンズ又はレンズ状画像又はレンチキュラー印刷によって形成することができる。任意選択で又は付加的に、アパーチャを形成するために視差バリアを使用することができる。この種のフィルム又は薄い光学素子を使用することによって、非常に少ない設置空間を占めるアパーチャを形成することができる。

アパーチャ部材のそれぞれのアパーチャは、互いに隣接することができる。その結果、それぞれのアパーチャのアパーチャ開口は、互いに隣接することができる。したがって、複数のアパーチャが、それぞれのアパーチャ開口の間により大きな距離が存在することなく、検出面に沿って一列に配置されることが保証され得る。これにより、製品表面上の特に均一な配光を実現することが可能となる。

アパーチャは、ピラミッドの形状を有しうる。したがって、アパーチャは、正方形又は長方形の断面を有しうる。あるいは、アパーチャも円錐形としうる。さらに、アパーチャは、凸状、凹状、又は、直線形状としうる。

アパーチャは、光学構成要素、好ましくは、少なくとも１つの平面板によって形成することができる。平面板は、それぞれの発光ダイオードの光の光ガイドとしての役割を果たすことができる。さらに、平面板は、また、中央通路開口部を有しうる。これにより、発光ダイオードの光の分布強度に応じて、発光ダイオードの光を部分的にのみ平面板を通して導くことができる。光分布の強度における潜在的な差は、有利には、このように均一化され得る。

アパーチャは、複数の光学構成要素、好ましくは複数の平面板の積層体（積み重ね）によって形成することができる。これにより、アパーチャを発光ダイオードの異なるセクションに容易に適合させることができる。これは、異なるＬＥＤモジュールを照明ユニットの形成のために使用することができる場合に特に有利である。積層体は、少なくとも２つの平面板又はそれ以上の平面板を備えることができる。

照明ユニットは、発光ダイオードに関連するそれぞれのレンズ組立体を有しうる。照明ユニットがアパーチャ部材を有する場合、それぞれのレンズ組立体は、ビーム経路においてアパーチャ部材の下流側の発光ダイオードと関連付けることができる。

レンズ組立体は、発光ダイオードの白色光を収束及び集束させるように構成することができる少なくとも２つのレンズを有しうる。更に、レンズ組立体は、更なるレンズを備えることができる。レンズは収束レンズとすることができる。さらに、レンズは平凸としうる。レンズは、球面レンズ又は非球面レンズとすることができる。照明ユニットがアパーチャを有する場合、複数のレンズの内の１つをアパーチャの下流側に直接配置することができる。これらレンズは、互いに離間させることができる。

レンズ組立体の焦点は、出口アパーチャ内に形成することができる。発光ダイオードによって放射された白色光は、特に高い光束が出口アパーチャの領域に確立されるレンズ組立体によって、このような方法で集束及び集束させることができる。

出口アパーチャは、途切れない空隙によって形成することができる。これにより、出口アパーチャを特に製造が簡単になる。この場合、出口アパーチャはスリットである。このように構成された出口アパーチャによって、光線の望ましくない成分をマスクする、多色光線の好適なビーム形状を形成することが可能となる。

分光器部材は、投光装置のビーム経路の方向において照明ユニットに隣接してその直下流側に配置することができる。分光器部材は、照明ユニットによって生成された白色光をそのスペクトル成分に分光するために使用することができる。また、分光器部材と照明ユニットとは、共用のハウジングに収容しうるし、互いに別々としうる。

分光器部材は、検出面に対して平行に延びることができる、少なくとも１つの回折及び分散光学素子を有しうる。例えば、光学素子は、プリズム又は回折格子としうる。特に単純な実施形態では、光学素子は、例えば、二等辺三角形の形状の分散プリズムとすることができる。この種の光学素子は、単純に、照明ユニットの長さに対応する長さで設けることができる。特に、光学素子は、この場合、途切れることなく検出面に対して平行に延びることができる。

投光装置は、赤、緑、青、赤外線、及び／又は、紫外線の波長範囲、好ましくは４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲の光を放射することができ、カメラは、前記光を検出することができる。

検査システムを用いて製品、特に印刷回路基板製品、半導体ウェハ等の欠陥を分析する本発明の方法において、検査システムであって、検査システムは、検査装置と、投光装置と、光学的検出装置と、処理装置と、白色光をそのスペクトル成分に分光し、このように単色光線から形成された多色光線を製品に入射角βで投光するために使用される投光装置の照明ユニット及び分光器部材とを備え、この光学的検出装置は、カメラ及び対物レンズを有する検出ユニットを有し、多色光線は、検出ユニットの検出面において製品上で反射され、検出面は、製品の製品表面に対して垂直であり、好ましくは直交であり、多色光線はカメラによって検出され、この多色光線は、一列に配置された少なくとも２つの発光ダイオードと、前記一列に沿って延びる照明ユニットの出口アパーチャとが、検出面に沿って白色光の均一な強度分布を確立するために使用される、検査システムを用いて使用される。本発明による方法の有利な効果に関して、本発明による検査システムの利点の説明を参照する。

本方法の他の有利な実施形態は、装置の請求項１に従属する請求項の特徴の説明から明らかである。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態をより詳細に論じる。

図１は側面図における検査システムの簡略化した概略図である。 図２は、上面図における投光装置の概略図である。 図３は、図２の投光装置の照明ユニットを示す。 図４は、別の照明ユニットの概略断面図である。

図１～図３の組み合わせは、投光装置１１と光学的検出装置１２と処理装置（図示せず）とを備える検査システム１０の簡略化された概略図を示す。検出装置１２は、カメラ１４と対物レンズ１５とを備える検出ユニット１３を有する。投光装置１１は、照明ユニット１６と分光器部材１７とから構成されている。分光器部材１７は、単色光線から形成された多色光線１８が製品１９に入射角βで投光され得るように、照明ユニット１６の白色光をそのスペクトル成分に分光するように構成されている。光線１８は、製品１９の製品表面２０によって反射され、製品表面２０に対して垂直である、好ましくは直交する、検出ユニット１３の検出面２１内で対物レンズ１５に向けて進む。その結果、検出面２１は、検査システム１０に対する製品１９の移動方向に対して垂直であり、この移動方向は矢印２２によって記されている。製品表面２０のカメラ１４に対する高さ情報は、カメラ１４のカメラチップ（図示せず）上への反射多色光線１８の空間分布から、処理装置（図示せず）によって導出される。

照明ユニット１６は、一列２３の発光ダイオード２４を備え、検出面２１に対して平行に延びている。特に、検出面２１に沿った白色光の均一な強度分布は、列２３に沿って延びている、照明ユニット１６の出口アパーチャ２５で確立することができる。分光器部材１７は、続いて白色光をそのスペクトル成分に分光し、それを多色光線１８に形成するように構成されている。図３に見られるように、白色光の強度分布は、発光ダイオードの領域では不均一であり、出口アパーチャ２５の領域では均一である。

図４は、以上に記載した検査システムにおいて採用することができる、別の実施形態の照明ユニット２６の概略図を示している。照明ユニット２６は、一列に配置され互いに離間されている、ＬＥＤモジュール２８の複数の発光ダイオード２７を有している。各発光ダイオード２７は、三次元アパーチャ３０によって形成されたアパーチャ部材２９と関連している。アパーチャ３０は、発光ダイオード２７から照明ユニット２６のビーム経路３１の方向に広がる、断面３２を有している。特に、アパーチャ３０はピラミッド状である。さらに、アパーチャ３０は、積層体３８を形成する平面板３３～３７によって形成されている。各発光ダイオード２７は、この場合ではレンズ４０及び４１を備えるレンズ組立体３９と関連している。レンズ組立体３９は、発光ダイオード２７の白色光を収束及び集束させる働きをする。レンズ組立体３９の焦点は、照明ユニット２６の出口アパーチャ４２内に形成されている。出口アパーチャ４２は、図面で示唆されている、途切れない空隙４３によって形成されている。照明ユニット２６の構造によって、出口アパーチャ４２に沿って均一な強度分布を有する白色光の製造が可能となる。その結果、それに対応して均一な強度分布を有する多色光線を、下流側の分光器部材を介して製品の製品表面（図示せず）上に形成することができる。

１０ 検査システム
１１ 投光装置
１２ 光学的検出装置
１３ 検出ユニット
１４ カメラ
１５ 対物レンズ
１６ 照明ユニット
１７ 分光器部材
１８ 多色光線
１９ 製品
２０ 製品表面
２１ 検出面
２２ 矢印
２３ 列
２４ 発光ダイオード
２５ 出口アパーチャ
２６ 照明ユニット
２７ 発光ダイオード
２８ ＬＥＤモジュール
２９ アパーチャ部材
３０ 三次元アパーチャ
３１ ビーム経路
３２ 断面
３３ 平面板
３４ 平面板
３５ 平面板
３６ 平面板
３７ 平面板
３８ 積層体
３９ レンズ組立体
４０ レンズ
４１ レンズ
４２ 出口アパーチャ
４３ 空隙

Claims (17)

1. 製品、特に印刷回路基板製品、半導体ウェハ等の欠陥を分析するための検査システム（１０）であって、前記検査システム（１０）は、投光装置（１１）と、光学的検出装置（１２）と、処理装置とを備え、前記投光装置（１１）は、照明ユニット（１６、２６）と、白色光をそのスペクトル成分に分光し、このように単色光線から形成された多色光線（１８）を製品（１９）に入射角βで投光するように構成された分光器部材（１７）とを有し、前記光学的検出装置（１２）は、カメラ（１４）及び対物レンズ（１５）を備える検出ユニット（１３）を有し、前記カメラは、前記検出ユニットの検出面（２１）において前記製品上で反射された多色光線を検出するように構成されており、前記検出面は、前記製品の製品表面（２０）に対して垂直であり、好ましくは直交している、検査システム（１０）において、
   前記照明ユニットは、一列（２３）に配置された少なくとも２つの発光ダイオード（２４、２７）と、前記一列に沿って延びる出口アパーチャ（２５、４２）とを有することを特徴とする、検査システム（１０）。
2. 前記照明ユニット（１６、２６）は、前記検出面（２１）に沿って前記白色光の均一な強度分布を確立するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の検査システム。
3. 前記照明ユニット（１６、２６）は、複数の発光ダイオード（２４、２７）を備えるＬＥＤモジュール（２８）を有し、前記ＬＥＤモジュール（２８）は、前記検出面（２１）に対して平行に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の検査システム。
4. 前記照明ユニット（１６、２６）は、前記発光ダイオード（２４、２７）に関連したそれぞれのアパーチャ部材（２９）を有することを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の検査システム。
5. 前記アパーチャ部材（２９）は、前記投光装置（１１）のビーム経路（３１）の方向に前記発光ダイオード（２４、２７）から広がる断面（３２）を有する三次元アパーチャ（３０）を有することを特徴とする、請求項４に記載の検査システム。
6. 前記アパーチャ部材（２９）のそれぞれの前記三次元アパーチャ（３０）は、互いに隣接していることを特徴とする、請求項５記載の検査システム。
7. 前記三次元アパーチャ（３０）はピラミッドの形状を有することを特徴とする、請求項５又は６に記載の検査システム。
8. 前記三次元アパーチャ（３０）は、光学構成要素、好ましくは少なくとも１つの平面板（３３、３４、３５、３６、３７）によって形成されていることを特徴とする、請求項５～７のいずれか一項に記載の検査システム。
9. 前記三次元アパーチャ（３０）は、好ましくは平面板（３３、３４、３５、３６、３７）である、複数の光学構成要素の積層体（３８）によって形成されていることを特徴とする、請求項５～８のいずれか一項に記載の検査システム。
10. 前記照明ユニット（１６、２６）は、発光ダイオード（２４、２７）に関連したそれぞれのレンズ組立体（３９）を有することを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の検査システム。
11. 前記レンズ組立体（３９）は、発光ダイオード（２４、２７）の白色光を収束及び／又は集束させるように構成された、少なくとも２つのレンズ（４０、４１）を有することを特徴とする、請求項１０に記載の検査システム。
12. 前記レンズ組立体（３９）の焦点は、前記出口アパーチャ（２５、４２）内に形成されていることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の検査システム。
13. 前記出口アパーチャ（２５、４２）は、途切れない空隙（４３）によって形成されていることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載の検査システム。
14. 前記分光器部材（１７）は、前記投光装置（１１）のビーム経路（３１）の方向において前記照明ユニット（１６、２６）に隣接してかつその直下流に配置されていることを特徴とする、請求項１～１３のいずれか一項に記載の検査システム。
15. 前記分光器部材（１７）は、前記検出面（２１）に対して平行に延びる少なくとも１つの回折及び／又は分散光学素子を有することを特徴とする、請求項１～１４のいずれか一項に記載の検査システム。
16. 前記投光装置（１１）は、赤色、緑色、青色（ＲＧＢ）、赤外線（ＩＲ）、及び／又は、紫外線（ＵＶ）の波長範囲の光、好ましくは４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲の光を放射するように構成されており、前記カメラ（１４）が前記光を検出するように構成されていることを特徴とする、請求項１～１５のいずれか一項に記載の検査システム。
17. 製品、特に印刷回路基板製品、半導体ウェハ等の欠陥を分析するための方法であって、
    検査システム（１０）であって、前記検査システム（１０）は、投光装置（１１）と、光学的検出装置（１２）と、処理装置と、照明ユニット（１６、２６）と、白色光をそのスペクトル成分に分光し、このように単色光線から形成された多色光線（１８）を製品（１９）に入射角βで投光する、分光器部材（１７）とを備え、前記光学的検出装置は、カメラ（１４）及び対物レンズ（１５）を備える検出ユニット（１３）を有し、多色光線は、前記検出ユニットの検出面（２１）において製品上で反射され、前記検出面は、前記製品の製品表面（２０）に対して垂直であり、好ましくは直交しており、前記多色光線は前記カメラによって検出される、検査システム（１０）を用いる方法において、
    少なくとも２つの発光ダイオード（２４、２７）が一列（２３）に配置されており、前記一列に沿って延びている前記照明ユニットの出口アパーチャ（２５、４２）は、前記検出面に沿った前記白色光の均一な強度分布を確立するために使用される、ことを特徴とする方法。