TW201939021A - 光學系統，照明模組及自動光學檢測系統 - Google Patents

光學系統，照明模組及自動光學檢測系統 Download PDF

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Abstract

本申請案提供一種光學系統、一種照明模組，及一種自動光學檢測系統。該光學系統包括一掃描反射器模組，該掃描反射器模組包括：一半橢圓反射器，其界定初級焦點位置及次級焦點位置；及一旋轉反射器，其經定位於該半橢圓反射器之該初級焦點位置處。

Description

光學系統，照明模組及自動光學檢測系統
本發明係關於一種用於製造中結構(諸如積體電路晶圓及平板顯示器(FPD))之自動光學檢測之光學系統。
光學微觀檢測系統常用於偵測可在電子裝置(諸如積體電路晶圓及平板顯示器)之生產中出現之微觀缺陷。此等系統通常包括一照明源及一影像擷取裝置，其掃描受檢測樣本之表面以形成整個表面之一大尺度高解析度影像。系統通常依約0.5 μm/像素至約20 μm/像素之解析度使樣本之表面成像以偵測微觀缺陷。
在圖案化基板(例如製造中平板顯示器基板，其具有由大量重複胞界定之圖案)之檢測中，通常藉由比較圖案中各胞之一影像與圖案中另一胞之一影像來識別缺陷。此等檢測系統之實例包含由Orbotech Ltd生產之InVisionTM 及SupervisionTM 系統。
存在用於平板顯示器製造之各種熟知技術。此等技術之大多數包括一多步驟光微影程序，其中將各種薄膜及光敏保護光阻劑塗層依次施加至一玻璃基板。取決於特定程序步驟，薄膜可為金屬、非金屬電介電質或其類似者。平板顯示器製程中之各種步驟對氣載雜質及其他雜質以及程序缺陷高度敏感。
平板顯示器之習知檢測系統使用亮場反射照明來擷取影像。缺陷偵測尤其依賴於平板上之材料之間的對比度。然而，一些面板材料經設計為透明的(例如ITO (氧化銦錫))，且在此等材料與一面板上之其他材料之間產生一適合對比度會非常有挑戰。
一些類型之製造缺陷以一宏觀尺度出現，且無法使用此項技術中已知之自動微觀檢測技術來偵測。此等宏觀缺陷可尤其由於在製造期間晶圓或平板基板變形或一程序不均勻而發生。舉例而言，此種缺陷可表現為諸如一線之一特徵之位置之一略微移位或一大胞群組上之一薄膜層之厚度之一變動。在微觀級處，各胞仍可看起來在參考影像之指定容限內。然而，宏觀缺陷仍會影響最終產品之效能。舉例而言，一平板顯示器中之一此種缺陷會引起顯示器具有不均勻亮度。
此項技術中已知之用於宏觀缺陷偵測之習知方法係基於可見宏觀異常之直接檢測，例如一人類操作者之視覺檢測。通常，例如在一平板顯示器之情況中，依不同角度照明及觀看面板以提供不同照明組態以視覺搜尋自表面繞射之光之變動。繞射特徵之變動可指示宏觀尺度之不均勻性。此檢測方法很不方便，且很大程度上取決於個別操作者之技能。
專利文獻中已描述用於偵測大尺度特徵及缺陷之諸多方法。舉例而言，PCT專利公開案WO 00/26645 (其讓與本專利申請案之受讓人)中描述一種用於偵測製造中扁平工件上之宏觀缺陷之自動方法。作為另一實例，PCT專利公開案WO 04/083901 (其讓與本專利申請案之受讓人)中描述一種用於識別一圖案化基板中之宏觀缺陷之自動光學微觀檢測系統。作為另一實例，美國專利4,589,140描述一種用於基於儲存來自不同放大率但具有實質上相同視域之物體之光學掃描之數位信號遮罩資訊來即時檢測之方法及設備。比較自待在不同放大率下檢測之物體之運行掃描獲得之數位遮罩資訊與所儲存之遮罩資訊以識別物體之已知或未知部分。作為又一實例，美國專利4,692,943描述一種用於光學檢測一物體(諸如一印刷板)上之二維圖案之方法及系統。藉由應用一系列逐像素圖片操作來檢測尺寸及間隔來執行一微觀檢測。同時，藉由將經掃描像素與圖框組合且藉由將其縮小為單一特性圖片資訊來實施一宏觀檢測。據說此方法可對微觀缺陷及宏觀缺陷兩者進行全自動即時檢測。
如上文所描述，既有檢測系統提供影像處理方法，其應用至由既有光學微觀檢測系統產生之微觀檢測結果以提取宏觀缺陷資訊。一般而言，組合不同微觀檢測影像且執行一重新按比例縮放處理步驟以偵測宏觀缺陷。
然而，此等技術在光學上不適於偵測宏觀缺陷(但適於偵測微觀缺陷)，且因此數位地執行宏觀缺陷之偵測。此外，此等技術並非總是足以偵測宏觀缺陷，諸如繞射Mura、氣泡、條紋、簾線、表面不連續及塗層亮度增強膜(BEF)上之污染。需要可由經調適以偵測一大尺度缺陷之一光學系統獲得之更多資訊。此等缺陷通常由偏光器與玻璃之間俘獲之顆粒(例如灰塵)或纖維污染、清理程序殘留物或對準層摩擦程序引起。此等缺陷之存在會引起透過顯示器裝置之一可見不均勻光強度。當由人眼觀看時，此不均勻光分佈可導致玻璃面板之缺陷區域與周圍正常區域之間的一對比度變動。
各缺陷具有一特性標誌，其在暗場或亮場照明下顯現其自身。更明確言之，在製造期間，基板通常由薄膜塗佈。可藉由使用在基板與薄膜之間的界面處誘發光干涉之一亮場照明來偵測基板與薄膜之間的界面處形成之缺陷。接著，可掃描基板以收集指示基板與薄膜之間的界面處之缺陷之光干涉。亮場照明係指其中來自照明源之光之鏡面反射照射與觀看物體之一感測器相關聯之一透鏡之照明。此外，可使用一繞射技術(藉由使用一暗場照明)來偵測形成於一基板之表面上之一週期性結構(三維結構)中之缺陷。投射光在一圖案化玻璃基板之表面上產生光柵繞射。暗場照明係指其中來自照明源之光之一鏡面反射不照射與觀看物體之一感測器相關聯之一透鏡之照明。
因此，此項技術中需要能夠使用亮場及暗場檢測通道透過一廣範圍之各種角度來識別宏觀缺陷之自動光學檢測。亦可期望將微觀缺陷偵測及宏觀缺陷偵測整合於一共同自動光學檢測站中。
本發明係關於一種用於針對諸如一般人眼可見之相對較大尺度程序缺陷之存在及不存在而光學地偵測結構中之宏觀缺陷的自動光學檢測系統/站。此站可為一獨立站，或可為透過一共同檢測系統對一結構處理執行之連續檢測步驟中之一最終步驟。宏觀缺陷檢測站依一掃描模式(即，結構固持器及/或光學器件可相對於彼此位移)操作，且包含一光學系統及一偵測模組，該偵測模組產生指示宏觀缺陷之經掃描結構的資料影像。術語「宏觀缺陷」係用以指代影響圖案之多個相鄰胞，且可為在一逐個胞之基礎上低於可偵測性或重要性之臨限值的相對較大尺度程序缺陷。僅舉例而言，在FPD基板檢測之背景中，宏觀缺陷可包含不均勻塗層沈積、不均勻塗層移除、沖洗殘留物、化學殘留物、沈積於基板上之一光阻劑的不完全曝光、劃痕、線條，及嵌入基板中的顆粒。宏觀缺陷偵測亦可包含Mura偵測，其被界定為一均勻製造表面上之一不規則亮度變動。Mura通常與沒有一清晰輪廓或一對比度之缺陷相關，而這會給觀看者帶來一不愉快感覺。
根據本發明之一廣泛態樣，提供一種用於藉由偵測自結構之一照明區域返回之光來自動光學檢測該結構的光學系統。該光學系統包括一掃描反射器模組，該掃描反射器模組包括：一半橢圓反射器，其界定初級焦點位置及次級焦點位置；及一旋轉反射器，其經定位於該半橢圓反射器之該初級焦點位置處。該旋轉反射器經組態用於接收一照明光束且導引其照明定位於該次級焦點位置處之該結構之一特定區域。該旋轉反射器亦經組態用於依第一操作模式及第二操作模式之任一者選擇性操作，以分別將該照明光束直接反射至該結構之該特定區域上及將該照明光束反射至沿半橢圓路徑配置之反射元件中之一者上。該旋轉反射器之該第一操作模式及該第二操作模式可分別對應於亮場檢測模式及暗場檢測模式，或對應於暗場檢測模式之不同角度。可在能夠偵測其他缺陷掃描之間之宏觀缺陷之一特定時段內執行該第一操作模式與該第二操作模式之間的選擇性操作。該時段可小於1秒。
因此，本發明之光學系統可包含亮場及暗場檢測通道，其等可選擇性操作及利用一共同照明模組及一共同偵測模組。亮場模式可用正常及/或傾斜方案實施，且檢測係基於由自結構(或結構之層)之上表面及下表面鏡面反射之光分量形成之干涉圖案的偵測。
至於暗場檢測模式，其利用結構之相同區域之各種不同角度的照明及對應於不同繞射圖案的偵測。藉由使用由一旋轉反射器及一半橢圓反射器形成之一掃描反射器模組來實施角掃描。由一反射器(例如相同旋轉反射器或另一可折疊反射器)實施明場模式與暗場模式之間的切換。
在一些實施例中，該旋轉反射器經組態用於接收一照明光束及導引其朝向該半橢圓反射器，該半橢圓反射器經組態用於將該照明光束導引於該結構之該特定區域上。
在一些實施例中，該半橢圓反射器包括沿一半橢圓路徑配置之複數個間隔開之反射元件。該等間隔開之反射元件之各者經組態用於依不同於其他者之一特定角度朝向該次級焦點反射該經反射照明光束。
在一些實施例中，該半橢圓反射器包括具有一半橢圓幾何組態之一反射表面。該反射表面經組態用於依任何角度朝向該次級焦點反射該經反射照明光束。
在一些實施例中，該旋轉反射器經組態且可操作以圍繞一特定軸旋轉不同角度以藉此依不同照明角導引該經反射照明光束朝向該半橢圓反射器以藉此實現對被檢測之該結構之掃描。
在一些實施例中，該旋轉反射器經組態用於依高達一直角之一範圍內之可變可控角產生不同照明角。
在一些實施例中，該光學系統進一步包括一偵測模組，其經組態用於根據暗場或亮場模式來選擇性收集自被照明之該特定區域返回之一光束且產生指示該特定區域中之宏觀缺陷之對應影像資料。
在一些實施例中，該光學系統進一步包括一反射表面，其經組態且可操作以自被照明之該特定區域收集一光束且導引該收集光束朝向一偵測模組。
在一些實施例中，對應於該亮場模式之該所偵測光指示由自該結構中之多個界面鏡面反射之光分量形成之一干涉圖案，該干涉圖案指示該結構中之折射宏觀缺陷。對應於該暗場模式之該所偵測光指示由來自該結構之一表面之反射形成之一繞射圖案，該繞射圖案指示繞射宏觀缺陷。
在一些實施例中，該光學系統進一步包括產生該照明光束之一照明模組，該照明模組包括可具有一實質上弧形幾何形狀之一彎曲光產生表面。此能夠消除在該照明模組之輸出處需要一場透鏡。該光產生表面可由一間隔開之發光元件陣列形成或可為一連續表面。該等發光元件可為光發射器或導光元件。該等發光元件可包括以下類型之至少一者之光發射器：LED、雷射、雷射二極體、VCSEL或窄帶燈，諸如鈉燈。
在一些實施例中，該光學系統進一步包括一窄帶濾光片，其定位於將自該結構返回之一光束導引至該偵測模組之一集光路徑中，藉此針對該系統之亮場及暗場操作模式來調整自該結構之一照明區域返回之一光束之帶寬。
根據本發明之另一廣泛態樣，提供一種用於藉由經由一偵測模組偵測自一結構之一照明區域返回之光來自動光學檢測該結構之照明模組。該照明模組包括具有一實質上弧形幾何形狀之一彎曲光產生表面。該光產生表面可由一間隔開之發光元件陣列形成。該等發光元件可包括光發射器或導光元件。該等發光元件可包括以下類型之至少一者之光發射器：LED、雷射、雷射二極體、VCSEL或窄帶燈，諸如鈉燈。
根據本發明之另一廣泛態樣，提供一種自動光學檢測(AOI)系統，其包括將上文所界定之該光學系統及上文所界定之該照明模組之至少一者用於執行宏觀缺陷偵測之一檢測級。
在一些實施例中，該AOI系統經組態用於檢測通過至少兩個檢測級之該結構，該至少兩個檢測級包含該宏觀缺陷檢測級之前之至少一個檢測級。
在一些實施例中，該AOI系統進一步包括一支撐表面，其承載該光學系統之至少一者且使該光學系統相對於通過該檢測系統之該結構位移，使得宏觀缺陷掃描與該結構之不同區域上之其他缺陷掃描同時執行。
相關申請案之參考
藉此參考2018年3月12日申請之名稱為「OPTICAL SYSTEM FOR AUTOMATED OPTICAL INSPECTION」的美國臨時專利申請案第62/641,454號，該案之揭示內容藉此係以引用的方式併入，且藉此主張該案的優先權。
參考圖1，其展示表示用於藉由偵測自本發明之一結構之一照明區域返回之光來自動光學檢測該結構以提取宏觀缺陷資訊之光學系統100的一方塊圖。光學系統100包括一掃描反射器模組102，其包含：一半橢圓反射器104，其界定初級焦點位置及次級焦點位置(例如焦點平面)；及一旋轉反射器106，其定位於半橢圓反射器104之初級焦點位置(例如橢圓之第一軸)處。
旋轉反射器(例如反射鏡) 106經組態用於藉由接收一照明光束且對其直接導引以將照明光束反射至定位於次級焦點位置(例如橢圓之第二軸)處之結構之特定區域上或朝向掃描反射器模組102將照明光束反射至半橢圓反射器104上來在照明通道中操作。旋轉反射器106經組態用於選擇性在第一操作模式及第二操作模式之任一者中操作。旋轉反射器之第一操作模式及第二操作模式分別對應於亮場檢測模式及暗場檢測模式或對應於暗場檢測模式之不同角度。
應瞭解，當藉由實質上亮場照明來照明時，可較佳觀看到一些缺陷。其他類型之缺陷可具有更高對比度，且因此可在藉由依選定角度提供至結構之暗場照明來照明時被較佳觀看到。
在提供照明組合之大量選擇(其通常包含暗場照明之多個組合且另外包含實質上亮場照明)中，不同缺陷之對比度可被最大化且雜訊可被最小化以增強在照明組態之至少一者中觀看不同類型缺陷之容易性。亮場模式可操作以偵測折射缺陷，而暗場模式之不同角度可操作以偵測繞射缺陷。對應於亮場模式之偵測光指示由自結構中之多個界面鏡面反射之光分量形成之一干涉圖案，該干涉圖案指示結構中之折射宏觀缺陷。對應於暗場模式之偵測光指示由來自結構之一表面之反射形成之一繞射圖案，該繞射圖案指示繞射宏觀缺陷。
在一特定且非限制性實例中，繞射缺陷可包含由用作2D光柵之一類比之一平板顯示器胞陣列之無序(即，光柵之臨界尺寸之局部變化)引起之缺陷。此無序可為胞大小之略微局部變化或線寬之一略微局部變化。因為不同光柵具有較佳繞射角，所以本發明之光學系統包括若干操作模式(至少兩個)，其包含依不同可變可控照明角之暗場檢測模式。在一特定且非限制性實例中，暗場檢測模式可包含自0°直至一直角之6個分離之暗場入射角。
不同操作模式之間的轉變可由一控制單元(圖中未展示)執行，該控制單元經組態用於根據待檢測之結構及待偵測之缺陷類型來選擇適當模式。可根據結構之圖案(繞射光柵)來選擇適當角度。應注意，本發明之光學系統之組態實現在小於至少1秒(例如0.3秒)之一極短時段內轉變於不同操作模式之間。
控制單元包括軟體組件，其可根據需要實施為ROM (唯讀記憶體)形式。替代地，軟體元件一般可根據需要使用習知技術來實施於硬體中。在任何操作模式中自結構之照明區域返回之光由一共同偵測模組108直接收集或經由一額外反射表面(圖中未展示)收集。偵測模組108包含一感測器(例如一區域感測器(諸如CMOS)或一線感測器)，其可或可不為本發明之光學系統100之一部分。偵測模組經組態用於根據暗場或亮場模式來收集自被照明之區域返回之至少一個光束且產生指示特定區域中之宏觀缺陷之對應影像資料。因此，偵測模組108經組態用於擷取在各種照明組態下之結構之影像。偵測模組108之感測器經組態以收集不同操作模式之掃描且具有在相同掃描中支援若干不同照明角之能力。
因此，光學系統100經組態用於執行具有一大像素大小(例如約100 μm至約400 μm)之宏觀缺陷之自動掃描以提供指示經掃描結構之宏觀缺陷之影像資料。本發明不受限於待檢測之任何結構。舉例而言，待檢測缺陷之結構可為印刷電路板(PCB)、多晶片模組(MCM)、積體電路(IC)、倍縮光罩品質鑒定(RQ)、不同類型之平板顯示器(FPD)及其類似者。本發明之光學系統100對平板顯示器(例如用於TV/蜂巢式電話)之掃描特別有用。在一特定且非限制性實例中，結構可為關於一特定波長範圍之一光學透明圖案化結構或一光阻劑圖案已經製作用於偵測光阻劑遮罩層處之缺陷之後之一金屬層。本文所展示及描述之光學系統尤其與最先進技術之檢測系統結合使用，諸如自以色列亚夫涅(Yavne)之Orbotech Ltd購得之Orbotech QuantumTM 自動光學檢測系統系列(https://www.orbotech.com/products/categories/fpd/automated-optical-inspections)。
參考圖2，其展示本發明之掃描反射器模組102之一示意性YZ截面圖。掃描反射器模組102包括半橢圓反射器104及旋轉反射器106，半橢圓反射器104在此實施例中具有沿一半橢圓路徑配置，且一起界定初級焦點平面F1 及次級焦點平面F2 之複數個間隔開的反射元件104A，旋轉反射器106經定位於半橢圓反射器104之初級焦點平面處。旋轉反射器106經組態用於自一照明源接收一照明光束，且將照明光束反射至沿半橢圓路徑配置之反射元件104A中之一者上。旋轉反射器106圍繞一特定軸旋轉不同角度，以藉此導引照明光束朝向一不同反射元件。替代地，儘管圖中未明確展示，但半橢圓反射器包括一個反射表面，其具有一半橢圓幾何形狀且經組態用於依任何所要角度朝向次級焦點反射經反射照明光束。旋轉反射器經組態且可操作，以依不同照明角導引經反射照明光束朝向反射表面，以藉此實現被檢測之結構之一掃描。在此組態中，不同角度之間的轉變係連續的。經投射至半橢圓反射器上之任何照明角被反射朝向待檢測之結構。
在結構之掃描期間，旋轉反射器106旋轉以自一操作模式循序轉至另一模式。當旋轉反射器106依一特定角度定位時，照明光束到達半橢圓反射器104之一特定反射元件104A或特定不同部分。在各操作模式中，旋轉反射器106依一不同角度旋轉，使得其將照明光束反射至半橢圓反射器104之一特定不同反射元件/部分104A上。選定反射元件/部分104A將照明光束導引至結構上至半橢圓之第二軸。換言之，各反射元件/部分經組態用於將照明光束聚集至次級焦點平面上。因此，半橢圓反射器104經組態用於在一亮場或暗場模式中依不同角度選擇性照明經定位於與半橢圓反射器104之次級焦點平面相交之一平面處之一圖案化結構之一特定區域。
參考圖3，其展示根據本發明之一些實施例之光學系統300之一示意性YZ截面圖。如圖中所繪示，旋轉鏡106接收由一照明源310產生之一照明光束，且導引照明光束照明半橢圓反射器104之一特定反射元件/部分。為在不同操作模式中檢測結構，旋轉反射器106係定位於自照明源310傳播之初始光束Linit 之一光學路徑中之一平面中，且經安裝以圍繞初始光束Linit 之一傳播軸旋轉，使得旋轉反射器106之不同角位置對應於大體上以Lrefl 指示之不同反射光束，以藉此依不同照明角導引照明光束朝向不同反射元件/部分。在一特定且非限制性實例中，針對亮場照明，旋轉鏡106相對於X軸之旋轉角高達60°。針對不同暗場照明，旋轉鏡106相對於X軸之不同旋轉角可係在約30°至約60°之範圍內。
在一些實施例中，間隔開之反射元件之各者經組態用於依不同其他者之一特定角度朝向次級焦點平面反射照明光束。在此特定實例中，反射元件BFR之一者在亮場模式中用於系統操作中之光束導引，而其他反射元件DFR係暗場模式中之系統操作之元件。替代地，如上文所描述，反射表面經組態用於依任何角度朝向次級焦點平面反射照明光束。反射表面之至少一部分在亮場模式中用於系統操作中之光束導引，而其他部分用於暗場模式中之系統操作。
在任何操作模式中，自結構上之照明區域R返回且沿一集光/偵測通道傳播之光束與導引收集光束朝向一偵測模組312之一反射表面314相互作用。
在一特定且非限制性實例中，結構之特定區域可具有沿數百毫米之x軸尺寸之一橫截面。在此點上，應注意，相對較大結構大小需要結構與偵測模組312之間的長距離來保持視域之中心與邊緣之間的低主光線角變化。此特定組態提供集光/偵測通道之光學路徑之折疊，此最佳化光學系統之大小及重量。偵測模組312相對於結構略微傾斜，此允許針對亮場及暗場檢測通道兩者來與共同照明模組及偵測模組一起操作。反射表面314容納於折疊集光/偵測通道之光學路徑之一特定位置處，使得偵測模組312之焦點平面係結構之照明區域R。
照明模組310可包括光發射器，諸如LED、雷射、雷射二極體、窄帶燈(諸如鈉燈)或VCSEL或導光元件(例如光纖)。如上文所描述，因為折射缺陷之偵測係基於干涉測量效應，所以為提高折射缺陷之對比度，可實施一窄帶照明。繞射及干涉效應在低帶寬處具有較佳對比度。在集光/偵測通道(例如1 nm至3 nm)中存在窄帶濾光片顯著提高由干涉或繞射效應造成之缺陷對比度。窄帶濾光片經組態以減小照明帶寬且增大缺陷對比度。此組態能夠使用具有一相對較低F數(例如F/0.95)之一偵測模組以甚至在深暗場角處依高速掃描(高達1500 mm/sec)提供一良好光預算。使用雷射或VSCEL消除使用此一窄帶濾光片之需要。
本發明之光學系統可用作一獨立系統或可併入於執行其他掃描缺陷偵測之一自動光學檢測(AOI)系統中。參考圖4A，其展示根據本發明之一些實施例之包括將光學系統300用於執行宏觀缺陷偵測之一檢測級之一自動光學檢測(AOI)系統400之一示意性XZ截面圖。AOI系統400檢測通過至少兩個檢測級之一結構，該至少兩個檢測級包含宏觀缺陷檢測級之前之至少一個檢測級。AOI系統400可包括一支撐表面410，其承載光學系統300且使光學系統300相對於通過檢測系統之結構位移。在此特定且非限制性實例中，支撐表面410使光學系統300位移以在Z軸上進行掃描。
在一些實施例中，本發明提供整合宏觀缺陷檢測站與微觀缺陷檢測站及一驗證站之操作，該驗證站在偵測到缺陷之後驗證缺陷且(例如)使用一高解析度視訊監視器來顯示缺陷。在此點上，參考圖4B，其展示根據本發明之一些實施例來構造及操作之一掃描自動光學檢測(AOI)系統500之一透視圖。
AOI系統500包括根據本發明之一些實施例之將本發明之光學系統用於執行宏觀缺陷偵測之一檢測級。AOI系統500可提供於製造設備內以在製造步驟完成之後且在將結構轉移至其他製造設備之前檢測結構。在此特定且非限制性實例中，未展示光學系統，因為圖中展示承載光學系統之支撐表面410之一俯視圖。除下文將明確描述之內容之外，自動光學檢測(AOI)系統500可大體上類似於自以色列亚夫涅(Yavn)之Orbotech Ltd.購得之SuperVisionTM 或QuantumTM 自動光學檢測系統。自動光學檢測(AOI)系統500一般包含一工作台(諸如一氣浮式台520)，一結構530安裝於氣浮式台520上以沿y軸550運動。AOI系統500亦可包括一電腦(圖中未展示)，其分析影像以自動偵測缺陷。一光學橋560支撐經安裝以沿x軸540運動之一或多個光學頭570，且包括一攝影機子單元陣列。光學頭570檢測結構之一特定區域R1，而本發明之光學系統同時檢測結構之另一區域R2。在一特定且非限制性實例中，結構在Y軸上移動且光學頭570在X軸上掃描。然而，本發明不受限於任何掃描組態，且亦可應用任何其他掃描選項實施方案。因此，宏觀缺陷之掃描可與結構之不同區域上之其他缺陷之掃描同時執行。依此方式，實施一適當掃描模式，其中宏觀缺陷掃描可與微觀檢測掃描及驗證步驟同時執行，同時此等不同檢測同時應用於結構之不同區域。在一特定且非限制性實例中，在其中執行5次或6次微觀檢測掃描之時段期間執行2次宏觀檢測掃描。此掃描次數足以掃描結構之整個區域。宏觀檢測掃描之時段由微觀檢測缺陷所需之掃描次數界定。
AOI系統500亦可包括用於驗證缺陷之位置之一視訊站。在一特定且非限制性實例中，驗證步驟應用於已通過微觀檢測掃描且被標記為具有潛在微觀缺陷之結構之區域R1之選擇性位置。接著，將宏觀檢測掃描應用於已通過視訊站之結構之整個區域R1。視訊及微觀檢測掃描同時分別應用於結構之第二區域及第三連續區域之選擇性位置。
AOI系統500之組態提供組合於相同系統及相同掃描中之微觀及宏觀缺陷之一掃描。此外，如上所述，本發明之光學系統之組態能夠在小於1秒內轉變於不同操作模式之間，此提供在微觀檢測掃描切片之間改變宏觀檢測缺陷之操作模式之能力。因此，AOI系統500之新穎組態提供指示相同掃描中之繞射及折射缺陷兩者之宏觀影像。
參考圖5，其展示根據本發明之一些實施例之照明模組320之一可能組態。本發明之新穎照明模組320包括一彎曲光產生表面322。彎曲光產生表面322經組態用於產生依一特定均勻性照射檢測結構之一照明光束。照明光束可沿一照明路徑投射或可為具有一特定面積尺寸之一光點。在此特定且非限制性實例中，彎曲光產生表面322具有一弧形幾何形狀。彎曲光產生表面322由所繪示之一間隔開之發光元件陣列324形成或由一連續表面(圖中未展示)形成。若彎曲光產生表面322由一間隔開之發光元件陣列324形成，則發光元件324可單獨控制。此新穎組態消除一場透鏡之需要，因為產生表面322之幾何彎曲形狀能夠依一相對較窄立體角導引全部照明光束。幾何彎曲形狀之半徑由照明模組與偵測模組之間的距離判定。依此方式，照明模組之弧形幾何形狀能夠匹配偵測模組之成像透鏡之一主光線。
100‧‧‧光學系統
102‧‧‧掃描反射器模組
104‧‧‧半橢圓反射器
104A‧‧‧反射元件
106‧‧‧旋轉反射器
108‧‧‧偵測模組
300‧‧‧光學系統
310‧‧‧照明源/照明模組
312‧‧‧偵測模組
314‧‧‧反射表面
320‧‧‧照明模組
322‧‧‧彎曲光產生表面
324‧‧‧發光元件
400‧‧‧自動光學檢測(AOI)系統
410‧‧‧支撐表面
500‧‧‧AOI系統
520‧‧‧氣浮式台
530‧‧‧結構
540‧‧‧x軸
550‧‧‧y軸
560‧‧‧光學橋
570‧‧‧光學頭
BFR‧‧‧反射元件
F1‧‧‧初級焦點平面
F2‧‧‧次級焦點平面
Linit‧‧‧初始光束
Lrefl‧‧‧不同反射光束
R‧‧‧照明區域
R1‧‧‧特定區域
R2‧‧‧另一區域
為較佳理解本文所揭示之標的且例示可如何在實踐中實施本發明，參考附圖，現將僅藉由非限制性實例來描述實施例，其中：
圖1係本發明之一光學系統之一簡化功能方塊圖；
圖2係本發明之掃描反射器模組之一簡化示意性YZ截面圖；
圖3係根據本發明之一些實施例之光學系統之一簡化示意性YZ截面圖；
圖4A係根據本發明之一些實施例之包括利用光學系統之一檢測級之一自動光學檢測(AOI)系統之一示意性XZ截面圖；
圖4B係根據本發明之一些實施例之包括利用光學系統之一檢測級之一自動光學檢測(AOI)系統之一透視圖；
圖5示意性繪示根據本發明之一些實施例之具有一彎曲光產生表面之一照明模組。

Claims (27)

  1. 一種用於藉由偵測自一結構之一照明區域返回之光來自動光學檢測該結構之光學系統，該光學系統包括一掃描反射器模組，該掃描反射器模組包括：一半橢圓反射器，其界定初級焦點位置及次級焦點位置；及一旋轉反射器，其經定位於該半橢圓反射器之該初級焦點位置處；其中該旋轉反射器經組態用於接收一照明光束，且導引其照明經定位於該次級焦點位置處之該結構之一特定區域；其中該旋轉反射器經組態用於選擇性在第一操作模式及第二操作模式之任一者中操作，以分別將該照明光束直接反射至該結構之該特定區域上及將該照明光束反射至沿該半橢圓路徑配置之該等反射元件中之一者上。
  2. 如請求項1之光學系統，其中該旋轉反射器經組態用於接收一照明光束且導引其朝向該半橢圓反射器，該該半橢圓反射器經組態用於將該照明光束導引至該結構之該特定區域上。
  3. 如請求項1或2之光學系統，其中該旋轉反射器之該第一操作模式及該第二操作模式分別對應於亮場檢測模式及暗場檢測模式，或對應於該暗場檢測模式之不同角度。
  4. 如請求項1或2之光學系統，其中該半橢圓反射器包括沿一半橢圓路徑配置之複數個間隔開的反射元件；該等間隔開之反射元件之各者經組態用於依不同其他者之一特定角度朝向該次級焦點反射該經反射照明光束。
  5. 如請求項1或2之光學系統，其中該半橢圓反射器包括具有一半橢圓幾何組態之一反射表面；該反射表面經組態用於依任何角度朝向該次級焦點反射該經反射照明光束。
  6. 如請求項1或2之光學系統，其中該旋轉反射器經組態且可操作以圍繞一特定軸旋轉不同角度，以藉此依不同照明角導引該經反射照明光束朝向該半橢圓反射器以藉此實現被檢測之該結構之一掃描。
  7. 如請求項1或2之光學系統，其中該旋轉反射器經組態用於依高達一直角之一範圍內之可變可控角度來產生不同照明角。
  8. 如請求項3之光學系統，其包括一偵測模組，該偵測模組經組態用於根據暗場或亮場模式來選擇性收集自被照明之該特定區域返回之一光束，且產生指示該特定區域中之宏觀缺陷的對應影像資料。
  9. 如請求項1或2之光學系統，進一步包括一反射表面，該反射表面經組態且可操作以自被照明之該特定區域收集一光束，且導引該收集光束朝向一偵測模組。
  10. 如請求項3之光學系統，其中對應於該亮場模式之該偵測光指示由自該結構中之多個界面鏡面反射之光分量所形成之一干涉圖案，該干涉圖案指示該結構中之折射宏觀缺陷。
  11. 如請求項3之光學系統，其中對應於該暗場模式之該偵測光指示由來自該結構之一表面之反射所形成之一繞射圖案，該繞射圖案指示繞射宏觀缺陷。
  12. 如請求項1或2之光學系統，進一步包括產生該照明光束之一照明模組，該照明模組包括一彎曲光產生表面。
  13. 如請求項12之光學系統，其中該彎曲光產生表面具有一實質上弧形幾何形狀。
  14. 如請求項12之光學系統，其中該光產生表面係由一間隔開之發光元件陣列形成，或係一連續表面。
  15. 如請求項14之光學系統，其中該等發光元件包括光發射器或導光元件。
  16. 如請求項14之光學系統，其中該等發光元件包括以下類型之至少一者之光發射器：LED、雷射、雷射二極體、VCSEL、窄帶燈、鈉燈。
  17. 如請求項3之光學系統，進一步包括一窄帶濾光片，該窄帶濾光片經定位於將自該結構返回之一光束導引至該偵測模組之一集光路徑中，藉此針對該系統之亮場及暗場操作模式來調整自該結構之一照明區域返回之一光束的帶寬。
  18. 如請求項1或2之光學系統，其中該結構之該特定區域具有數百毫米之一尺寸。
  19. 如請求項1或2之光學系統，其中在能夠於其他缺陷掃描之間偵測宏觀缺陷之一特定時段內執行該第一操作模式與該第二操作模式之間的該選擇性操作。
  20. 如請求項19之光學系統，其中該特定時段小於1秒。
  21. 一種用於藉由經由一偵測模組偵測自一結構之一照明區域返回之光來自動光學檢測該結構之照明模組；該照明模組包括具有一實質上弧形幾何形狀之一彎曲光產生表面。
  22. 如請求項21之照明模組，其中該光產生表面係由一間隔開之發光元件陣列形成。
  23. 如請求項21或22之照明模組，其中該等發光元件包括光發射器或導光元件。
  24. 如請求項21之照明模組，其中該等發光元件包括以下類型之至少一者之光發射器：LED、雷射、雷射二極體、VCSEL、窄帶燈、鈉燈。
  25. 一種自動光學檢測(AOI)系統，其包括一檢測級，該檢測級將如前述請求項中任一項之光學系統及如前述請求項中任一項之照明模組中之至少一者用於執行宏觀缺陷偵測。
  26. 如請求項25之AOI系統，其經組態用於檢測通過至少兩個檢測級之該結構，該至少兩個檢測級包含該宏觀缺陷檢測級之前之至少一個檢測級。
  27. 如請求項25或請求項26之AOI系統，其包括一支撐表面，該支撐表面承載該光學系統之至少一者及使該光學系統相對於通過該檢測系統之該結構位移；使得宏觀缺陷掃描與該結構之不同區域上之其他缺陷掃描係同時執行。
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