TWI422814B - 基板內部缺陷檢查裝置及方法 - Google Patents

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提供複數光源，分別設在該基板之各該側面處下方，各該光源可朝各該側面發射一對應穿透該基板之光線，並使該光線相對該側面的入射角度限制在一可使該光線在該基板內可大致以全反射方式傳遞之第一預定角度內；以及提供一取像模組，設於該基板之上方，並擷取該基板之上表面的影像，藉此，輪流使該等光源朝對應之側面發射光線，並在任一光源朝對應之側面發射光線時，以該取像模組對應擷取靠近另一相反的側面之該上表面的半部區域影像，並將該等半部區域影像合成為一該上表面之完整影像。

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、一取像模組，以及一遮光罩。光源設在該基板之其中一側面處，該光源朝該側面發射 一可對應穿透該基板之光線，該光線相對該側面的入射角度限制在一可使該光線在該基板內可大致以全反射方式傳遞之第一預定角度內。取像模組設於該基板之上方，用以擷取該基板之上表面的影像。遮光罩設置於該取像模組與該基板之間，用以遮蔽該基板之上表面之至少一側的邊緣。

此外，本發明提供另一種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、一遮光柱、一取像模組，以及一傳動模組。光源設在該基板之其中一側面處，該光源朝該側面發射一可對應穿透該基板之光線，該光線相對該側面的入射角度限制在一可使該光線在該基板內可大致以全反射方式傳遞之第一預定角度內。遮光柱設置於該光源與該基板之間，用以在該基板之上表面形成一條狀區域。取像模組設於該基板之上方，用以擷取該條狀區域之影像。傳動模組用以帶動該基板相對該遮光罩移動，使該條狀區域在該基板之上表面移動，以使該取像模組可擷取該基板之上表面的完整影像。

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

60‧‧‧取像模組

413‧‧‧半部區域

80‧‧‧遮光罩

85‧‧‧中間部分

90‧‧‧遮光柱

95‧‧‧條狀區域

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。

第四圖為本發明基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第五圖為本發明基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第六圖為本發明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。

第八圖為本發明基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第九圖為本發明基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第十圖為本發明基板內部缺陷檢查方法的一各步驟示意圖。

第十一圖為本發明基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第十二圖為本發明基板內部缺陷檢查裝置的一示意圖。

第十三圖為第十二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處下方，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 線為平行光，即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。實際應用時，光源50可為鹵素燈光源搭配光纖導管與聚光鏡，或者是發光二極體陣列或雷射二極體陣列搭配聚光鏡，以達成較佳的平行光效果。

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411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。

此外，由於基板40的邊緣部份可能因靠近光源50而產生漏光，以致此邊緣部份之影像可能會有過度曝光的情況發生，如附件三之照片所示，而無法檢出內部缺陷。因此，為了更進一步提高取像模組60所擷取的影像品質，如第十圖所示，本發明更採用一種循 環照射方法來對基板40進行照射。

複數光源50分別設在該基板40之各該側面43處，各該光源50可朝各該側面43發射一對應穿透該基板40之光線，並且藉該取像模組60擷取該基板40之上表面41的影像。此時，依序如第十圖(A)、(B)、(C)、(D)所示，輪流使該等光源50朝對應之側面43發射光線，並在任一光源50朝對應之側面43發射光線時，以該取像模組60對應擷取靠近另一相反的側面43之一半部區域413的影像，由於此半部區域413遠離受到光源50照射的側面43，因此，此半部區域413的影像沒有過度曝光的問題，並且，最後將所有該等半部區域413的影像，以影像處理方法，合成為一該上表面41之完整影像，藉此，可有效避開過度曝光的問題，又可取得該上表面41之完整影像。

或者，針對邊緣部份之影像可能會有過度曝光的情況，本發明又提供另一種解決方法。如第十一圖所示，提供一遮光罩80，設置於該取像模組60與該基板40之間，不限於靠近該取像模組60或靠近該基板40，可用以遮蔽該基板40之上表面41之邊緣部份。藉此，擋去邊緣部份，僅取的邊緣部份所圍繞的中間部分85，避免影像可能會有過度曝光的情況發生。在本實施例中，該遮光罩80係呈一環狀並遮蔽該基板40之上表面41之的所有邊緣，實際實施時可視實際情況予以變化，遮蔽該基板40之上表面41之至少一側的邊緣部份。此外，需說明的，光源50之數量不限於圖示的四個，一個以上即可。遮光罩80之數量亦不限於一個，可為多個。如附件四的照片所示，基板40的裂紋清晰可見。

如第十二圖及第十三圖所示，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以及二遮光柱90。且本實施例的取像模組60為線型取像模組。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。位於該基板40上方的取像模組60，則用以擷取該基板40上之一條狀區域95之影像。遮光柱90設置於該光源50與該基板40之間，並分別對應位於該條狀區域95的二端。由於條狀區域95內的邊緣部份被該遮光柱90阻擋而無法接收到由光源50正向所發出的強度較強的光線，僅會接收到光源50發出的大角度的斜向光線，因此，條狀區域95的邊緣部份便不會過度曝光，參見附件五之照片所示。需說明的是，本實施例中係將二遮光柱90分別設置在該條狀區域95的二端，實際實施時可僅於該條狀區域95的一端設置一遮光柱90。

搭配該傳動模組72帶動該基板40相對該遮光罩90沿圖中箭頭方向移動，便可使該條狀區域95在該基板40之上表面41移動，並使取像模組60以預定時距斷續地擷取該條狀區域95之影像，便可將斷續取得之影像合成為該基板40之上表面41的完整影像，並且不受邊緣部份過度曝光的影響。

此外，本實施例可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。

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

60‧‧‧取像模組

θ 1‧‧‧第一預定角度

θ 2‧‧‧第二預定角度

Claims (15)

1. 一種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包含：提供複數光源，分別設在該基板之各該側面處下方，各該光源可朝各該側面發射一對應穿透該基板之光線，並使該光線相對該側面的入射角度限制在一可使該光線在該基板內可大致以全反射方式傳遞之第一預定角度內；以及提供一取像模組，設於該基板之上方，並擷取該基板之上表面的影像，藉此，輪流使該等光源朝對應之側面發射光線，並在任一光源朝對應之側面發射光線時，以該取像模組對應擷取靠近另一相反的側面之該上表面的半部區域影像，並將該等半部區域影像合成為一該上表面之完整影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之基板內部缺陷檢查方法，其中使該光線為平行光地射入該側面。
3. 如申請專利範圍第1項所述之基板內部缺陷檢查方法，其中使該光線相對該側面的入射角度限制於一第二預定角度內，該第二預定角度是第一預定角度較遠離該取像模組的一個半部區域。
4. 一種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，設在該基板之其中一側面處，該光源朝該側面發射一可對應穿透該基板之光線，該光線相對該側面的入射角度限制在一可使該光線在該基板內可大致以全反射方式傳遞之第一預定角度內；一取像模組，設於該基板之上方，用以擷取該基板之上表面的影像；以及一遮光罩，設置於該取像模組與該基板之間，用以遮蔽該基板之上表面之至少一側的邊緣。
5. 如申請專利範圍第4項所述之基板內部缺陷檢查裝置，其中該光線為平行光。
6. 如申請專利範圍第4項所述之基板內部缺陷檢查裝置，其中該光線相對該側面的入射角度限制於一第二預定角度內，該第二預定角度是第一預定角度較遠離該取像模組的一個半部區域。
7. 如申請專利範圍第4項所述之基板內部缺陷檢查裝置，其中該基板內部缺陷檢查裝置包含複數光源，該等光源分別由該等側面發射一可穿透該基板之光線。
8. 如申請專利範圍第4項所述之基板內部缺陷檢查裝置，其中該等光源為線狀，且分別平行該等側面之延伸方向設置。
9. 如申請專利範圍第4項所述之基板內部缺陷檢查裝置，其中該光源之寬度大於該側面之寬度。
10. 如申請專利範圍第4項所述之基板內部缺陷檢查裝置，其中該遮光罩係呈一環狀並遮蔽該基板之上表面之的所有邊緣。
11. 一種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，設在該基板之其中一側面處，該光源朝該側面發射一可對應穿透該基板之光線，該光線相對該側面的入射角度限制在一可使該光線在該基板內可大致以全反射方式傳遞之第一預定角度內；一取像模組，設於該基板之上方，用以擷取該基板上之一條狀區域的影像；一遮光柱，設置於該光源與該基板之間，並對應位於該條狀區域的一端；以及一傳動模組，用以帶動該基板相對該取像模組移動，使該條狀區域在該基板之上表面移動，以使該取像模組可擷取該基板之上表面的完整影像。
12. 如申請專利範圍第11項所述之基板內部缺陷檢查裝置，其中該光線為平行光。
13. 如申請專利範圍第11項所述之基板內部缺陷檢查裝置，其中該光線相對該側面的入射角度限制於一第二預定角度內，該第二預定角度是第一預定角度較遠離該取像模組的一個半部。
14. 如申請專利範圍第11項所述之基板內部缺陷檢查裝置，其中該等光源為線狀，且分別平行該等側面之延伸方向設置。
15. 如申請專利範圍第11項所述之基板內部缺陷檢查裝置，其中該光源之寬度大於該側面之寬度。