TWI412736B

TWI412736B - 基板內部缺陷檢查裝置及方法

Info

Publication number: TWI412736B
Application number: TW099100393A
Authority: TW
Inventors: Jen Ming Chang; Yu His Lee; Yen Chun Chou; Cheng Kai Chen; Jui Yu Lin
Original assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2013-10-21
Also published as: JP2011117928A; US20110135188A1; TW201120436A; US8396281B2

Description

基板內部缺陷檢查裝置及方法

本發明係有關於一種基板內部缺陷檢查裝置及方法。

在半導體製程中，主要是對基板進行薄膜沉積等製程，以便在基板上形成若干電子元件，因此基板本身的異物、氣泡，或裂紋等內部缺陷的多寡往往影響電子元件的品質好壞。此外，由於基板常需進行搬運，或經過高溫熱處理或酸蝕等製程，皆使得基板容易產生裂紋。

因此，針對基板進行內部缺陷檢查是一項不可或缺的非破壞性檢查項目。目前最常見的裂紋檢查方式是利用一可發出穿透基板之光線的照明光源，由基板下方對該基板下表面進行照射，並在基板上方利用攝像機取得該基板上表面的影像，由於內部缺陷會使光線反射、折射或散射，導致缺陷處之光線穿透率降低，因此內部缺陷的影像明亮度與其他區域相比明顯較低，可便於後續以人工或計算機裝置進行影像分析，以辨認出內部缺陷的位置與大小。

由於內部缺陷影像之清晰與否攸關檢查成效與後續的分析難易度，因此如何正確且清晰地取得內部缺陷之影像一直是檢查流程中迫切需要解決的問題之一。然而，上述的內部缺陷檢查方式會有以下幾個缺點。首先，如第一圖所示，為上述內部缺陷檢查方式的一示意圖。由於不只異物或裂紋等內部缺陷12會影響光線穿透率，在製程中常會附著於基板10正面或背面之污染物11或是基板10的表面紋理也會影響光線穿透率，因此在判讀攝像機30所擷取的影像時，並無法有效地將影像中的暗點區分為內部缺陷12或表面污染物11，以致常會有將表面污染物11誤判為內部缺陷12的情況發生。

並且，如第二圖所示，由於光線遇到阻擋時會繞射，使得影像中的微小內部缺陷12可能在提供之光線亮度稍亮時消失，亦即內部缺陷12的影像寬度會與光線亮度成反比，因此，當基板10厚度稍厚而需提高光線強度以加強影像之明亮度時，在光線強度提升至一特定強度之後，光線強度的再提昇反而會使得繞射光強度過強，造成內部缺陷12之影像清晰度下降，以致於需要搭配更高成本的高解析度攝像機才能清楚拍攝。並且，這種狀況在遇到基板10本身厚度公差較大時，常導致難以決定出一最佳的光線強度來獲取最佳的影像。此外，如第三圖所示，微細缺陷12在光線並非為平行光的情況下，裂紋寬度會減小，亦即無法透過多方向光線加強微細裂痕之影像清晰度。附件一之照片為利用習知缺陷檢查方式所取得之裂紋影像照片。

有鑑於此，本發明提供一種特殊設計之基板照明方法，來解決上述困擾業界已久之難題。本發明利用光線於基板內部以全反射的方式傳遞，可直接照明該基板之內部缺陷，並可強化基板內部之裂痕、孔洞、雜質、氣泡、斷差等內部缺陷之影像清晰度，更可有效避免表面髒污等異物成像。除提供更佳之內部缺陷檢出能力外，更可解決基板在表面加工後，即無法對基板內部進行檢測之難題。

因此，本發明之一目的，在於提供一種基板內部缺陷檢查方法，其可獲取基板內部缺陷較佳的影像清晰度。

為達上述目的，本發明提供之基板內部缺陷檢查方法，用以對一基板進行內部缺陷檢查，該基板具有一上表面，以及連接該上表面之複數側面，該基板內部缺陷檢查方法首先提供至少一光源，並設在該基板之其中一側面處，並使該光源朝該側面發射一可對應穿透該基板之光線。並且提供一取像模組，設於該基板之上方，並擷取該基板之上表面的影像，使該光線相對該側面的入射角度須限制在一第二預定角度內，該第二預定角度是一第一預定角度較遠離該取像模組的一個半部，該第一預定角度係可使該光線在該基板內可大致以全反射之方式進行傳遞之一角度；其中該基板為太陽能電池片且光線為非平行光射入該太陽能電池片之側面。

此外，本發明之另一目的，在於提供一種基板內部缺陷檢查裝置，其可獲取基板內部缺陷較佳的影像清晰度。

本發明提供之基板內部缺陷檢查裝置，用以對一基板進行內部缺陷檢查，該基板具有一上表面，以及連接該上表面之複數側面，該基板內部缺陷檢查裝置包含至少一光源，以及一取像模組。該光源設在該基板之其中一側面處，並朝該側面發射一可對應穿透該基板之光線。該取像模組設於基板之上方，用以擷取該基板之上表面的影像，該光線相對該側面的入射角度須限制在一第二預定角度內，該第二預定角度是一第一預定角度較遠離該取像模組的一個半部，該第一預定角度係可使該光線在該基板內可大致以全反射之方式進行傳遞之一角度；其中該基板為太陽能電池片且光線為非平行光射入該太陽能電池片之側面。

本發明藉由使光線進入基板內，並在基板內以全反射方式傳遞，使光線無法折射出基板外。若光線於基板內傳導時遭遇內部缺陷時，則會使光線行進路線改變，而產生反射、折射或散射等光線路徑的變動，並會於此處形成亮點，以藉由基板上方之取像模組偵測到此缺陷之位置。此種方法可確實提高內部缺陷較佳的影像清晰度，並提高內部缺陷的檢出率。

40‧‧‧基板

41‧‧‧上表面

411‧‧‧抗反射部

412‧‧‧金屬電極部

42‧‧‧下表面

43、43’、43”‧‧‧側面

431‧‧‧法線

44‧‧‧本體

45‧‧‧裂紋

46‧‧‧異物

47‧‧‧異物

48‧‧‧缺陷

49‧‧‧缺陷

50‧‧‧光源

51‧‧‧光線

55‧‧‧聚光鏡

60‧‧‧取像模組

65‧‧‧遮光片

θ 1‧‧‧第一預定角度

θ 2‧‧‧第二預定角度

第一圖為習知基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第二圖為習知基板內部缺陷檢查裝置進行基板檢測之一示意圖。

第三圖為習知基板內部缺陷檢查裝置進行基板檢測之另一示意圖。

第四圖為本發明之基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第五圖為本發明之基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第六圖為本發明之基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第七圖為光線強度相對影像訊號寬度及對比度的一曲線圖。

第八圖為本發明之基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第九圖為本發明之基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第十圖為本發明之基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第十一圖為第十圖之基板內部缺陷檢查裝置的另一側示意圖。

有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：參閱第四圖，為本發明之一較佳實施例的示意圖。該基板內部缺陷檢查裝置係對一基板40進行內部缺陷檢查。該基板內部缺陷檢查裝置主要包含一光源50，以及一取像模組60。

該光源50設在該基板40的其中一側面43處，並朝該側面43發射一可對應穿透該基板40之光線51。較佳地，該光源50所發之光線為非平行光，但所發的光線具有一致的行進方向，可提高射入基板40的光線的比例。在本實施例中，該基板40為矽晶圓，因此該光源50需配合使用可穿透矽晶圓之紅外光源。在其他的應用中，該光源50的選擇則不以此為限，例如，若基板40為玻璃時，其光源50則需配合選擇可見光源。

具體來說，如第五圖所示，本實施例中的基板40以一太陽能電池(solar cell)基板為例，實際實施時則不以此為限。該基板40具有一本體44、一上表面41以及一下表面42，以及連接該上表面41及下表面42之複數個側面43。該上表面41包含複數交錯設置之抗反射部411與金屬電極部412，抗反射部411為透光，金屬電極部412則不透光，該下表面42則為一不透光的金屬導電部。該等側面43係大致垂直該上表面41及該下表面42。

需特別注意的是，為了有效將基板之內部缺陷與外部缺陷區別出來，如第四圖所示，本發明將該光源50之光線51相對該側面43的入射角度限制在一第一預定角度θ 1內，以使光線51射入基板40後可大致以全反射之方式進行傳遞。此第一預定角度θ 1係與光線51之波長、基板40之折射率有關，其可利用習用的光學知識加以計算得知。

除了須將光線51的入射角度限制在上述第一預定角度θ 1內以外，由於基板40之實際厚度大多小於1mm，並且基板40在相對光源50的位置固定上可能會產生或多或少的偏移，因此，為了不致使光源50所發出之光線無法投射到基板40上，一般所採用之光源50之直徑幾乎皆大於基板40之厚度。因此，常會使得部分的光線照射至基板40之上表面41而產生散射，進而干擾取像模組60所取得的影像。為了儘可能地避免此散射光影響取像模組60所取得之影像的對比度，本發明更可將該光線51相對該側面43的入射角度限制於一第二預定角度θ 2內。第二預定角度θ 2是第一預定角度θ 1較遠離該取像模組60的一個半部。在該第二預定角度θ 2內朝該基板40發射之光線51，不會直接照射至上表面41，而可進入基板40並在基板40內之上表面41或下表面42上進行全反射，且不會向基板40外折射。

該取像模組60可置於基板40之上方或下方，用以擷取該基板40之上表面41的影像。在本實施例中，由於該基板40之上表面41包含透光的抗反射部411以及不透光的金屬電極部412，而其下表面42為不透光之金屬導電部，因此，需將該取像模組60設於該基板40的上方，以便偵測遇到裂紋45、異物46等內部缺陷產生反射、折射或散射後而由上表面41之抗反射部412所透射出來的光線51。該取像模組60之型式不限，可為各種形式之相機、攝影機等影像偵測器。

總和來說，將光線51射向基板40之側面43時，若其入射角度落在於第二預定角度θ 2內時，光線51可順利進入基板40內。反之，當光線51入射角度落在第二預定角度θ 2外時，則僅有小部分光線可進入基板40內，而大部份光線則會穿透基板40而造成亮區，造成影像資訊的混亂而難以判讀，並且，此情況當光線51偏離第二預定角度θ 2越大時，進入基板40之光線比例越低。

當光線51進入基板40內後，由於光線51絕大部分會以全反射方式在基板40內傳導，若基板40內部材質均勻無缺陷，則光線51無法折射出基板40外，可持續向前傳導直到能量完全消耗掉或由基板40之另一側面43射出。若光線51於基板40內傳遞的過程中，遭遇裂紋45等材質介面或異物46、氣泡、內部雜質等材質差異之內部缺陷時，則會使光線51行進路線改變，而產生反射、折射或散射等光線路徑的變動，並會於此處鄰近之上表面41透射出基板40外形成亮點，便可藉由基板40上方之取像模組60偵測到此缺陷之所在位置。附件二之照片即為利用本發明所取得之裂紋照片，相較於附件一之缺陷檢查方式所取得之裂紋影像照片來說，本發明所取得之裂紋影像明顯較為清楚。

然而，基板40之上表面41的異物47對於光線51在基板40內部之傳遞幾乎沒有影響。舉例來說，上表面41之異物47可能包含灰塵、塑膠微粒、油污、水漬、指痕等。但由於基板40內之光線51傳至異物47處時不會穿透異物，因此不會對光線51之傳遞造成影響，也不會有光線從此處透射出基板40而被取像模組60所擷取，因此，在影像的判斷上不會與基板40之內部缺陷產生混淆。此外，基板40之上表面41之如酸鹼蝕刻的微小表面紋理所造成的光線透射量也很小，取像模組60不會偵測到此種缺陷，亦不致與基板40之內部缺陷產生混淆。

參閱第六圖，由於本發明是採用介面散射原理使內部缺陷形成亮點訊號，因此可以以提高光線強度之方式來提高影像的清晰度。圖左半部是光線強度較低之情況，相對來說，圖右半部則是光線強度較高之情況，內部缺陷48會在光線強度較高時，可產生寬度較寬的影像訊號，如此可用來偵測之極小之裂紋等材質介面。如第七圖所示，為光線強度對影像訊號之寬度以及整體影像對比度之曲線圖，圖中顯示裂紋之影像訊號寬度會隨著光線強度提高而變大，且整體影像之對比度下降有限，如此可有助於影像的判讀。

如第八圖所示，為本發明之另一實施例，更可提供複數個光源50以便分別由基板40之多個側面43、43’、43”發射一可穿透該基板40之光線，以進一步增加基板40內之內部缺陷49之影像亮度及寬度。該等光源50可為線狀，且分別平行該等側面43、43’、 43”之延伸方向設置。由於內部缺陷49可能具有方向性，如圖所示，由於內部缺陷49之延伸方向與側面43大致垂直，在此情況下，由側面43入光所產生的內部缺陷影像亮度遠不如由鄰接的側面43’入光所產生的內部缺陷影像亮度。如第九圖所示，由多方向入光時，與內部缺陷49延伸方向大致垂直之入光，可確實有效提高影像中之內部缺陷之訊號寬度。

藉由從基板40的多個側面43、43’、43”入光，可疊加多方向所提供的影像光線強度，可消除內部缺陷49之方向性造成的透射光量較小的問題，提高內部缺陷49之亮度，故對於微小裂縫而言，可有效提高影像辨識率，因此可大幅降低取像模組60所需的最大解析度，除可降低成本外，更可不受市售現有取像模組之最大解析度的限制。

如第十圖及第十一圖所示，為本發明之另一實施例，相較於上述實施例來說，此實施例更包含一用以承載基板40的承載座70，承載座70包含一底座71以及一設置在底座71上的傳動模組72，該傳動模組72可帶動該基板40相對該取像模組60沿一水平方向(如第十一圖之箭頭所示方向)移動，並且，該光源50係透過一聚光鏡55將光線朝該基板40之側面43投射，且光線係聚焦於側面43上。也就是說，光源50發出之光線並非完整照射整個側面43，而是僅照射側面43之一部份。再者，本實施例更在取像裝置60與基板40之間加上一遮光板65，其具有一開孔。遮光板65可用以減低外界光線對取像裝置60之影響，並使取像裝置60可準確地透過遮光板65之開孔取得基板40之上表面41的影像。

當基板40受到傳動模組72之帶動而相對該取像裝置60沿水平方向移動時，該光源50所發出之光線51可水平地掃描基板40之側面43，並藉取像裝置60連續對基板40之上表面41進行取像，藉此，可利用傳動模組72連續地對基板40進行檢測，並可將本實施例與線上製程之設備進行整合，以便應用於之製程前、製程中，或製程後檢測。

惟以上所述者僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之實施範圍。凡依本發明申請專利範圍所作之等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利所涵蓋範圍之內。