[發明專利]遠心軸上暗場照明所實施的光學系統的優化使用及性能

有效

• 申請號: 200680024877.8
• 申請日: 2006-07-07
• 公開（公告）號: CN101218500A
• 公開（公告）日: 2008-07-09
• 發明（設計）人: 里歐·鮑德溫;約瑟·J.·伊莫瑞
• 申請（專利權）人: 伊雷克托科學工業股份有限公司
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司
• 代理人: 許靜

本申請依據美國專利法35?U.S.C.§119(e)而主張2005年7月8日提出的美國臨時專利申請案第60/697,904號的優先權，其以參照方式而整體納入本文。

技術領域

本發明是關于成像(imaging)光學組件及相關聯的照明系統。尤其關于改善遠心軸上暗場照明的系統及方法。

發明內容

存在一類半導體產品，其主要呈平面及鏡面(specular)(扁平且磨光)，成像這類組件經常必要的是(或希望的是)即使是平面鏡狀的微小偏差也以適當對比成像。一種此類別的產品是半導體晶圓，其可以設有指示晶圓編號與制造商的標注(indicia)。此類標注是在晶圓表面中的缺陷(defect)，且典型是一矩陣的雷射蝕刻凹點。此類標注在本領域中被稱作“軟標記(soft?mark)”。對此類標記成像以沿制程的各種步驟讀取碼。

在半導體晶圓已經單一化(通常由鋸子及/或雷射所切割成為個別的矩形組件)之后，檢查小芯片與裂縫的邊緣可能是必要或希望的，其可能隨著時間而增長且引起過早的組件失效。此類檢查過程是自動化的且該過程使用電子式成像相機及結合數字電子計算機，對數字電子計算機進行程序設計以進行必要的檢查、測量與識別。

概括而言，暗場照明是本領域技術人員公知的一種技術且特別有用于檢查在鏡狀物體上的缺陷。暗場照明的定義取決于照明源的性質、相對于物體與觀察者(或相機)照明源的位置以及所照明的物體的性質。為了符合暗場照明的定義，必要的是：沿著未進入觀察者或相機之光學孔徑的一個或多個方向反射入射在物體上的大多數的照明。暗場照明可與亮場照明相比較，在亮場照明中，大多數光線是直接反射至相機。

暗場照明可通過放置一光源而獲得，使光源以對于該相機與物體之間的直線的一個角度而指向物體。此角度是選擇為大于該物體將擴散光線的角度。若物體具有通常的擴散反射性質，則該角度選擇為大于物體將通過擴散反射來分布入射照明的角度的一半。若物體是鏡狀(例如：若物體是以小的角度、或以極低的效率、或是以以上二者而擴散入射照明)，則該角度可選擇為非常小的角。

可能希望使照明源對稱。在該情況，可以環狀形狀制造照明源且放置為與光軸同軸，或可在環狀形狀中配置多個照明源。此環的直徑與此環到物體的鄰近性決定該照明入射于物體的角度的范圍。本領域技術人員將此類光源稱作環光源，且以種種方式構成為“高角度”或“低角度”。

在成像某些物體中，希望強調表面中的極微小的特征，該表面是另外的完全的平面及鏡狀。此類包括：軟標記與單一化的組件的邊緣。為此，必須使得照明源盡可能接近同軸于成像系統而并未致使照明源直接反射至成像系統(例如：選擇一窄角度)。如目前所公知的，為達成此目的的一種有效方式是借助于擋板(baffle)且在照明源、物體、擋板、與成像系統之間提供特別對準。

在機器視覺系統與晶圓識別(ID，identification)系統的設計中，設計者(例如：系統工程師)通常作出若干個設計折衷方案。舉例而言，如果將透鏡孔徑(aperture)做大，系統的限制分辨率系將通常為較高且系統將較為有效率。較有效率的系統要求來自影像傳感器的較少的靈敏度或增益，且系統要求來自照明系統的較少的光線。若照明系統要求較少光線，較小的要求加諸于電源供應系統且較少的熱量耗散。散熱系通常為獲得緊密封裝的設計目標的主要障礙。

反之，若將系統孔徑做小，系統的限制分辨率降低，一些像差可減小，焦點深度增大，極重大的要求是影像傳感器的靈敏度及/或增益，且該極重大的要求是加諸于照明系統以提供實質較多的光線。照明系統上要求將要求加諸于電源供應系統，且因而加劇緊密封裝內的散熱問題。

迄今，包括由美國俄勒岡州波特蘭市Electro?Scientific?Industries公司(此件專利申請案的受讓人)與業界(例如：美國麻薩諸塞州Natick的Cognex公司與日本東京的Kowa有限公司)的其它公司制造的前幾代產品(例如：ScribeViewTM型號1至5P)的商用晶圓ID讀取系統，已經運用其具有約為±1毫米或較小的工作距離范圍(在物體空間的焦點深度)的光學系統。雖然該種系統可以運作，但其需要用戶調整該透鏡的焦點位置和/或調整晶圓ID讀取器的位置以考慮對于工作距離的更微小的變化。工作距離可以改變，例如，若物體的厚度改變，或若在將晶圓送至晶圓ID讀取系統的機械手臂系統存在不精確性。