TWI743660B

TWI743660B - 缺陷檢測裝置

Info

Publication number: TWI743660B
Application number: TW109102032A
Authority: TW
Inventors: 宋春峰; 王婷婷; 鄒秀陽; 陸海亮
Original assignee: 大陸商上海微電子裝備（集團）股份有限公司
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2021-10-21
Also published as: WO2020168828A1; CN111610195A; TW202032112A

Abstract

本發明提供一種缺陷檢測裝置，其特徵係其包含：工件台，設置為承載待檢測物體，並控制前述待檢測物體運動；同步控制器，設置為接收前述工件台提供的觸發指令，並根據前述觸發指令產生明場同步控制訊號及暗場同步控制訊號中的至少一種；明場照明光源及暗場照明光源中的至少一種，其中，前述明場照明光源設置為接收前述明場同步控制訊號；前述暗場照明光源設置為接收前述暗場同步控制訊號；成像組件，設置為對經過前述待檢測物體後的光束進行成像處理；分光稜鏡，位於前述成像組件的出光側；至少兩個探測器，每個前述探測器與前述同步控制器連接。

Description

缺陷檢測裝置

本發明係關於半導體材料缺陷檢測技術領域，例如關於一種缺陷檢測裝置。

自動光學檢測(Automatic Optical Inspection，AOI)是一種快速的、自動的缺陷檢測技術，可實現晶圓或晶片等待檢測物體的快速、高精度、無損傷檢測。該技術廣泛地應用於PCB、積體電路、LED、TFT以及太陽能面板等領域。

在相關技術中，缺陷檢測裝置包含探測器、儲存單元及工件台等。在利用缺陷檢測裝置檢測待檢測物體的缺陷時，探測器需要對待檢測物體進行圖像採集，並將拍照所得的圖像資訊傳輸至儲存單元並完成儲存。並且，通常情況下，只有在缺陷檢測裝置完成當前圖像的傳輸及儲存以後，探測器才可以對待檢測物體的下一個檢測位置進行圖像採集。

但是，缺陷檢測裝置傳輸及儲存圖像需要的時間較長，為了保證圖像數據能夠完成傳輸及儲存，缺陷檢測裝置的工件台只能以較低的速度運動，以使缺陷檢測裝置連續兩次採集的圖像連續。圖像的傳輸與保存，與工件台的運動速度不匹配，嚴重制約缺陷檢測的效率。

本發明提供一種缺陷檢測裝置，能夠提高缺陷檢測效率。

本發明實施例提供一種缺陷檢測裝置，其特徵係其包含：

工件台，設置為承載待檢測物體，並控制前述待檢測物體運動；

同步控制器，與前述工件台連接，且設置為接收前述工件台提供的觸發指令，並根據前述觸發指令產生多種同步控制訊號；其中，前述同步控制訊號包含明場同步控制訊號及暗場同步控制訊號的至少一種；

明場照明光源及暗場照明光源中的至少一種，其中，前述明場照明光源與前述同步控制器連接，且設置為接收前述明場同步控制訊號，並根據前述明場同步控制訊號進行開啟操作，以對前述待檢測物體進行明場模式照明；前述暗場照明光源與前述同步控制器連接，且設置為接收前述暗場同步控制訊號，並根據前述暗場同步控制訊號進行開啟操作，以對前述待檢測物體進行暗場模式照明；

成像組件，設置為對經過前述待檢測物體後的光束進行成像處理；

分光稜鏡，位於前述成像組件的出光側，且設置為將入射至前述分光稜鏡的入射光束分成至少兩束沿不同方向傳播的出射光束；及

至少兩個探測器，每個前述探測器與前述同步控制器連接，且設置為接收前述明場同步控制訊號或前述暗場同步控制訊號，並根據前述明場同步控制訊號或前述暗場同步控制訊號進行開啟操作；每個前述探測器設置為接收一路前述出射光束，並對根據前述出射光束對前述待檢測物體進行缺陷檢測。

本發明提供的缺陷檢測裝置，藉由設置同步控制器、至少兩個探測器，以及明場照明光源及暗場照明光源中的至少一種光源，在缺陷檢測過程的不同時段，可以利用明場照明光源提供明場照明，或者，利用暗場照明光源提供暗場照明，並利用同步控制器控制不同的探測器進行缺陷探測，可以在其中一台探測器進行圖像傳輸及儲存時，利用至少另一台探測器進行圖像採集，從而提高缺陷檢測的效率。

110:工件台

120:同步控制器

130:明場照明光源

131:明場照明組件

140:暗場照明光源

141:暗場照明組件

150:成像組件

160:分光稜鏡

170:探測器

171:第一黑白探測器

172:第二黑白探測器

173:彩色探測器

181:第一出射光束

182:第二出射光束

183:第三出射光束

190:半透半反透鏡

210:待檢測物體

271:第一探測器連接組件

272:第二探測器連接組件

273:第三探測器連接組件

【圖1】為一實施例提供的缺陷檢測裝置的結構示意圖。

【圖2】為一實施例提供的缺陷檢測裝置的結構示意圖。

【圖3】為與圖2中的缺陷檢測裝置相對應的控制時序圖。

【圖4】為一實施例提供的缺陷檢測裝置的結構示意圖。

【圖5】為與圖4中的缺陷檢測裝置相對應的控制時序圖。

【圖6】為與圖4中的缺陷檢測裝置相對應的另一控制時序圖。

【圖7】為一實施例提供的缺陷檢測裝置的結構示意圖。

【圖8】為與圖7中的缺陷檢測裝置相對應的控制時序圖。

【圖9】為與圖7中的缺陷檢測裝置相對應的另一控制時序圖。

【圖10】為一實施例提供的缺陷檢測裝置的結構示意圖。

可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便於描述，圖式中僅示出與本發明相關的部分而非全部結構。

圖1是本實施例提供的缺陷檢測裝置的結構示意圖。請參考圖1，該缺陷檢測裝置包含：工件台110，設置為承載待檢測物體210，並控制待檢測物體210運動；同步控制器120，與工件台110連接，且設置為接收工件台110提供的觸發指令，並根據觸發指令產生多種同步控制訊號；其中，同步控制訊號包含明場同步控制訊號及暗場同步控制訊號中的至少一種；明場照明光源130及暗場照明光源140中的至少一種光源，其中，明場照明光源130與同步控制器120連接，且設置為接收明場同步控制訊號，並根據明場同步控制訊號進行開啟操作，以對待檢測物體210進行明場模式照明；暗場照明光源140，與同步控制器120連接，且設置為接收暗場同步控制訊號，並根據暗場同步控制訊號進行開啟操作，以對待檢測物體210進行暗場模式照明；成像組件150，設置為對經過待檢測物體210後的光束進行成像處理；分光稜鏡160，位於成像組件150的出光側，且設置為將入射至分光稜鏡160的入射光束分成至少兩束沿不同方向傳播的出射光束；至少兩個探測器170，每個探測器170均與同步控制器120連接，且設置為接收明場同步控制訊號或暗場同步控制訊號，並根據明場同步控制訊號或暗場同步控制訊號進行開啟操作；每個探測器170設置為接收一路出射光束，並根據出射光束對待檢測物體210進行缺陷檢測。

在進行缺陷檢測時，由於待檢測物體210的缺陷具有多樣性，且不同的缺陷具有不同的光學特性，例如，在矽片缺陷檢測技術領域，對於灰度變化較明顯的缺陷，如汙染、刮傷等，可以在明場模式下進行缺陷檢測；對於微小顆粒，則可以在暗場模式下進行缺陷檢測。為滿足多種檢測需求，本實施例提供的缺陷檢測裝置包含多種工作模式，例如，暗場模式、明場模式及明場暗場混合模式等。本實施例以兩個探測器170為例，對本實施例提供的缺陷檢測裝置的結構及功能進行說明。

當缺陷檢測裝置處於暗場模式時，在第一時刻，暗場同步控制訊號設置為控制其中一個探測器170與暗場照明光源140同步工作，利用暗場照明光源140為待檢測物體210提供暗場照明，利用與暗場照明光源140同步的探測器170探測待檢測物體210的缺陷。在第二時刻，暗場同步控制訊號亦可以同時控制另一個探測器170與暗場照明光源140同步工作，同樣也可以探測待檢測物體210的缺陷。在缺陷檢測時，探測器170在完成圖像採集後，進一步需要將圖像進行傳輸及儲存，通常，圖像的傳輸及儲存所需要的時間遠大於圖像採集所需要的時間。當其中一個探測器170完成圖像採集後，該探測器170進行圖像傳輸及儲存階段，此時，藉由利用另一個探測器170，可以繼續進行圖像採集。當第一時刻進行缺陷探測的探測器170完成圖像傳輸及儲存以後，再利用該探測器170再次進行圖像採集。在缺陷檢測的過程中，藉由合理控制第一時刻及第二時刻的間隔，兩個探測器170分別可以採集到不同的圖像，且兩個探測器170採集的圖像可以恰好組成完整的探測圖譜，該探測圖譜可以記錄待檢測物體210的每一個位置處的缺陷資訊。由於在其中一台探測器170進行圖像傳輸及儲存時，另一台探測器170可以繼續進行圖像採集，因此，假設在僅利用一個探測器170進行缺陷探測的方案中，工件台的運動速度為v，則本實施例提供的缺陷檢測裝置的工件台110的運動速度可以為2v，因此，本實施例提供的缺陷檢測裝置可以將缺陷檢測的效率提高一倍。

同理，當缺陷檢測裝置處於明場模式時，利用兩個探測器170交替工作，也可以將缺陷檢測的效率提高一倍。因此，對於僅需要在明場模式或暗場模式下進行缺陷檢測的情況，本實施例提供的缺陷檢測裝置可以提高檢測效率。

在一實施例中，當待檢測物體210既需要在明場模式下進行檢測，也需要在暗場模式下進行檢測時，在第一時刻，可以利用同步控制器120同時控制其中一個探測器170及明場照明光源130，從而在明場模式下進行圖像採集。在第二時刻，當完成圖像採集的探測器170進行圖像傳輸及儲存時，可以利用同步控制器120同時控制另一個探測器170及暗場照明光源140，從而在暗場模式下進行圖像採集。藉由合理控制第一時刻及第二時刻的間隔，可以使兩個探測器170探測到的圖像的99%以上的區域為重合。對於一個待檢測物體210，在一次缺陷檢測過程中，兩個探測器170分別可以得到完整的明場模式的缺陷檢測結果及完整的暗場模式下的缺陷檢測結果，因此，無需再對該待檢測物體210進行第二次缺陷檢測。相比僅包含一個探測器170的情況，本實施例提供的缺陷檢測裝置的工件台110的運動速度並沒有降低，因此，本實施例提供的缺陷檢測裝置，在明場暗場混合模式下，也可以將檢測效率提高一倍。

上述僅示例性地以兩個探測器170為例，對本實施例提供的缺陷檢測裝置進行說明，但是應該理解，本實施例提供的缺陷檢測裝置的探測器170的數量並不侷限於兩個。

本實施例提供的缺陷檢測裝置，藉由設置同步控制器120、至少兩個探測器170，以及明場照明光源130及暗場照明光源140中的至少一個光源，在缺陷檢測過程的不同時段，可以利用明場照明光源130提供明場照明，或者，利用暗場照明光源140提供暗場照明，並利用同步控制器120控制不同的探測器170進行缺陷探測，可以在其中一台探測器170進行圖像傳輸及儲存時，利用至少另一台探測器170進行圖像採集，從而提高缺陷檢測的效率。

圖2是實施例提供的另一缺陷檢測裝置的結構示意圖，圖3是與圖2中的缺陷檢測裝置相對應的控制時序圖。選擇性地，請參考圖2及圖3，該缺陷檢測裝置包含暗場照明光源140；分光稜鏡160設置為將入射至分光稜鏡160的入射光束分成沿不同方向傳播的第一出射光束181及第二出射光束182；至少兩個探測器包含第一黑白探測器171及第二黑白探測器172；其中，第一黑白探測器171設置為接收第一出射光束181，第二黑白探測器172設置為接收第二出射光束182；暗場同步控制訊號包含第一暗場同步控制訊號及第二暗場同步控制訊號；同步控制器120設置為交替產生第一暗場同步控制訊號及第二暗場同步控制訊號；第一暗場同步控制訊號設置為依次控制第一黑白探測器171及暗場照明光源140開啟；第二暗場同步控制訊號設置為依次控制第二黑白探測器172及暗場照明光源140開啟。

在暗場模式下對待檢測物體210進行缺陷檢測時，可以利用同步控制器120產生第一暗場同步控制訊號(對應圖3中的方波1)，第一暗場同步控制訊號可以控制第一黑白探測器171開啟。在第一黑白探測器171開啟後，第一暗場同步控制訊號可以控制暗場照明光源140閃爍；在暗場照明光源 140閃爍完成以後，第一黑白探測器171完成圖像採集。工件台110承載待檢測物體210運動至下一個檢測位置，同步控制器120產生第二暗場同步控制訊號(對應圖3中的方波2)。第二暗場同步控制訊號可以控制第二黑白探測器172開啟；在第二黑白探測器172開啟後，第二暗場同步控制訊號亦可以控制暗場照明光源140閃爍。在暗場照明光源140完成閃爍以後，第二黑白探測器172完成圖像採集。同步控制器120再次產生第一暗場同步控制訊號，並再次控制第一黑白探測器171開啟。如此反覆利用第一黑白探測器171及第二黑白探測器172進行缺陷檢測，在第一黑白探測器171進行圖像傳輸及儲存時，第二黑白探測器172進行圖像採集；在第二黑白探測器172進行圖像傳輸及儲存時，第一黑白探測器171進行圖像採集，從而提高缺陷檢測效率。

在一實施例中，第一暗場同步控制訊號及第二暗場同步控制訊號均可以為方波，其中，第一暗場同步控制訊號的上升邊緣可以控制第一黑白探測器171開啟，第二暗場同步控制訊號的上升邊緣可以控制第二黑白探測器172開啟，第一暗場同步控制訊號的上升邊緣及第二暗場同步控制訊號的上升邊緣也都可以控制暗場照明光源140開啟。第一黑白探測器171、第二黑白探測器172及暗場照明光源140在開啟一段時間以後，均可以自動熄滅。在暗場照明光源140開啟以後，探測器才可以採集到有效的圖像採集。一方面，暗場照明光源140的照明能量應該盡可能多地為探測器提供暗場照明，另一方面，也應該盡可能地保證暗場照明光源140僅為當前一次圖像採集提供照明，因此，在每次缺陷檢測時，暗場照明光源140的開啟時間應該晚於探測器的開啟時間，暗場照明光源140的熄滅時間應早於探測器的關閉時間。示例性地，圖3中的第一黑白探測器171在一個檢測週期內的開啟時刻及關閉時刻分別為t1 及t4，暗場照明光源140的開啟時刻及熄滅時刻分別為t2及t3，則t2時刻晚於t1時刻，且t3時刻早於t4時刻，暗場照明光源140在t2時刻及t3時刻之間開啟的過程稱為暗場照明光源的閃爍。在一實施例中，在明場模式或明場暗場混合模式時，也有類似的規律。

圖4是本實施例提供的又一缺陷檢測裝置的結構示意圖，圖5是與圖4中的缺陷檢測裝置相對應的控制時序圖。選擇性地，請參考圖4及圖5，該缺陷檢測裝置包含明場照明光源130；分光稜鏡160設置為將入射至分光稜鏡160的入射光束至少分成沿不同方向傳播的第一出射光束181及第二出射光束182；至少兩個探測器包含第一黑白探測器171及第二黑白探測器172；其中，第一黑白探測器171設置為接收第一出射光束181，第二黑白探測器172設置為接收第二出射光束182；明場同步控制訊號包含第一明場同步控制訊號及第二明場同步控制訊號；同步控制器120設置為交替產生第一明場同步控制訊號及第二明場同步控制訊號；第一明場同步控制訊號設置為依次控制第一黑白探測器171及明場照明光源130開啟；第二明場同步控制訊號設置為依次控制第二黑白探測器172及明場照明光源130開啟。

明場模式與暗場模式的工作原理相似，區別僅在於，暗場照明模式時，使用暗場照明光源140進行照明，而在明場照明模式時，使用明場照明光源130進行照明。因此，明場模式的工作原理及功效，可參見暗場模式部分的描述。

圖6是與圖4中的缺陷檢測裝置相對應的另一控制時序圖。選擇性地，請參考圖4及圖6，分光稜鏡160為三分束稜鏡；三分束稜鏡設置為將入射至三分束稜鏡的入射光束分成第一出射光束181、第二出射光束182及第三出射光束183；至少兩個探測器進一步包含彩色探測器173；彩色探測器173與第一黑白探測器171共同接收第一明場同步控制訊號，或，彩色探測器173與第二黑白探測器172共同接收第二明場同步控制訊號；彩色探測器173設置為接收第三出射光束183，並根據第三出射光束183對待檢測物體210進行拍照。

藉由三分束稜鏡，可以將光束分成第一出射光束181、第二出射光束182及第三出射光束183，彩色探測器173藉由接收第三出射光束183，可以實現對待檢測物體210進行拍照。圖6中示例性地以彩色探測器173與第一黑白探測器171共同接收第一明場同步控制訊號為例，對本實施例提供的缺陷檢測裝置的原理及功效進行說明。在第一黑白探測器171進行缺陷檢測的同時，彩色探測器173可以對第一黑白探測器171的檢測區域進行拍照，藉由拍照可以更加直觀清楚地顯示待檢測物體210上的缺陷。

由於第一黑白探測器171及第二黑白探測器172分別對待檢測物體210的一半區域進行檢測，因此，在整個檢測過程中，彩色探測器173可以完成對待檢測物體210一半區域的缺陷的拍照。如果經過數據處理後，發現第二黑白探測器172所檢測的區域內也存在缺陷，則可以利用工件台110帶動待檢測物體210運動至缺陷對應的位置，並利用彩色探測器173對存在缺陷的待檢測物體210的位置進行拍照。

圖7是一實施例提供的缺陷檢測裝置的結構示意圖，圖8是與圖7中的缺陷檢測裝置相對應的控制時序圖。選擇性地，請參考圖7及圖8，該缺陷檢測裝置包含明場照明光源130及暗場照明光源140；分光稜鏡160設置為將入射至分光稜鏡160的入射光束至少分成沿不同方向傳播的第一出射光束181及第二出射光束182；至少兩個探測器170包含第一黑白探測器171及第二黑白探測器172；其中，第一黑白探測器171設置為接收第一出射光束181，第二黑白探測器172設置為接收第二出射光束182；同步控制器120設置為交替產生明場同步控制訊號(圖8中的方波1)及暗場同步控制訊號(圖8中的方波2)；明場同步控制訊號設置為依次控制第一黑白探測器171及明場照明光源130開啟；暗場同步控制訊號設置為依次控制第二黑白探測器172及暗場照明光源140開啟。

示例性地，明場同步控制訊號可以控制第一黑白探測器171開啟；在第一黑白探測器171開啟後，明場同步控制訊號進一步設置為控制明場照明光源130閃爍；在明場照明光源130閃爍完成以後，第一黑白探測器171完成圖像採集。之後，工件台110承載待檢測物體210運動至下一個檢測位置，同步控制器120產生暗場同步控制訊號；暗場同步控制訊號可以控制第二黑白探測器172開啟；在第二黑白探測器172開啟後，暗場同步控制訊號亦可以控制暗場照明光源140閃爍，第二黑白探測器172完成圖像採集。利用同步控制器120，可以控制第一黑白探測器171及第二黑白探測器172反覆交替進行探測。並且，藉由合理控制第一黑白探測器171及第二黑白探測器172的開啟時間，可以使第一黑白探測器171及第二黑白探測器172探測到的圖像的99%以上的區域為重合。在工件台110帶動待檢測物體210進行一次缺陷檢測過程中，第一黑白探測器171及第二黑白探測器172分別可以得到完整的明場模式下的缺陷檢測結果及完整的暗場模式下的缺陷檢測結果，無需對該待檢測物體210進行第二次缺陷檢測，因而提高缺陷的檢測效率。

圖9是與圖7中的缺陷檢測裝置相對應的另一控制時序圖。選擇性地，請參考圖7及圖9，分光稜鏡160為三分束稜鏡；三分束稜鏡設置為將入射至三分束稜鏡的入射光束分成第一出射光束181、第二出射光束182及第三出射光束183；至少兩個探測器進一步包含彩色探測器173；彩色探測器173與第一黑白探測器171共同接收明場同步控制訊號；彩色探測器173設置為接收第三出射光束183，並根據第三出射光束183對待檢測物體210進行拍照。

在本實施例中，第二黑白探測器172設置為在暗場模式下進行檢測缺陷，而暗場模式下無需使用彩色探測器173進行拍照，因此，彩色探測器173一般可以與第一黑白探測器171共同接收明場同步控制訊號，從而在利用明場模式檢測缺陷的同時，亦可以對待檢測物體210進行拍照。

圖10是一實施例提供的缺陷檢測裝置的結構示意圖。選擇性地，請參考圖10，缺陷檢測裝置進一步包含至少兩個探測器連接組件；探測器連接組件位於出射光束的傳播路徑上，且探測器連接組件與探測器170一一對應。

在一實施例中，為了保證檢測結果的準確性，三分束稜鏡的三個出光面與對應的探測器170之間的光程應該相等；但是，考慮缺陷檢測裝置內的空間有限，為了滿足光程相等，可以利用探測器連接組件，對多個出射光束的光程進行調節。示例性地，第一探測器連接組件271與第一黑白探測器171對應，第一出射光束181穿過第一探測器連接組件271到達第一黑白探測器171；第二探測器連接組件272與第二黑白探測器172對應，第二出射光束182穿過第二探測器連接組件272到達第二黑白探測器172；第三探測器連接組件273與彩色探測器173對應，第三出射光束183穿過第三探測器連接組件 273到達彩色探測器173。圖10中的探測器的數量為三個，因此，探測器連接組件的數量也是三個，但這並不對探測器連接組件及探測器170的數量構成限制。

請繼續參考圖10，缺陷檢測裝置進一步包含明場照明組件131及暗場照明組件141中的至少一種；其中，明場照明組件131位於明場照明光源130出射的光束的傳播路徑上；暗場照明組件141位於暗場照明光源140出射的光束的傳播路徑上。

明場照明組件131設置為對明場照明光源130出射的光束進行調節，包含準直及擴束等；同理，暗場照明組件141具有類似的功能。

選擇性地，缺陷檢測裝置進一步包含半透半反透鏡190；半透半反透鏡190設置為將明場照明光源130發出的光束反射至待檢測物體210，以及，設置為將待檢測物體210反射或散射的光束透射至成像組件150。

在一實施例中，從明場照明光源130出射的光束，經明場照明組件131後到達半透半反透鏡190，被半透半反透鏡190反射的光束到達待檢測物體210，被待檢測物體210反射後的光束透過半透半反透鏡190到達成像組件150。從暗場照明光源140出射的光束，經暗場照明組件141後到達待檢測物體210，經待檢測物體210散射後的部分散射光束可以透過半透半反透鏡190到達成像組件150。另外，暗場照明組件141為中空的環狀結構，因此，明場照明光源130產生的光束在傳播過程中，可以從暗場照明組件141中空的環狀結構穿過，而不經過暗場照明組件141。

在一實施例中，明場照明光源130及暗場照明光源140均為閃爍光源。

由於本實施例採用兩個探測器170交替進行探測，在探測過程中，為了避免兩個不同探測器170對應的照明光束互相串擾，明場照明光源130及暗場照明光源140的照明時間均相對較短，為了便於控制，可以採用閃爍光源，閃爍光源在接收到開啟訊號以後，可以進行預設時長的發光，之後可以自動熄滅。

選擇性地，同步控制器120為可程式控制器件或同步板卡。

在一實施例中，可程式控制器件及同步板卡均是優良的同步控制器件，可以應用於本實施例提供的缺陷檢測裝置中。但是，此並不對本實施例提供的缺陷檢測裝置構成限制。

本發明要求在2019年2月22日提交中國專利局、申請號為201910132634.5的中國專利申請的優先權，該發明的全部內容通過引用結合在本發明中。