[發(fā)明專利]彩色共焦掃描裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310328978.6
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103575218A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧江汶;張轉(zhuǎn)運;陳方涵;施會豐
• 申請（專利權(quán)）人: 先進(jìn)科技新加坡有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G02B27/00
• 代理公司: 北京申翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11214
• 代理人: 周春發(fā)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于檢查物體表面的裝置，尤其是涉及用于確定其表面的高度分布曲線（height?profile）。

背景技術(shù)

過去幾十年來，半導(dǎo)體器件的需求迅速增長。半導(dǎo)體制造商經(jīng)常被迫來改善終端產(chǎn)品質(zhì)量、速度和性能，以及改善制造工序的質(zhì)量、速度和性能。機器視覺系統(tǒng)已經(jīng)證明成為改善半導(dǎo)體產(chǎn)品的生產(chǎn)率和質(zhì)量的很有必要的一部分。對于更快速和更準(zhǔn)確的機器視覺系統(tǒng)而言，存在一致的驅(qū)動以用于永遠(yuǎn)更高的半導(dǎo)體產(chǎn)能。很多高密度半導(dǎo)體封裝檢查應(yīng)用需要三維的測量能力。相應(yīng)地，半導(dǎo)體器件，如位于最終封裝產(chǎn)品的半導(dǎo)體晶圓或襯底的三維測量和檢查的技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)出現(xiàn)迅速的增長。

很多商業(yè)系統(tǒng)使用基于三角法的原理進(jìn)行三維測量，例如專利號為6,064,756、發(fā)明名稱為“用于電子元件三維檢查的裝置”的美國專利所公開的。其描述了用于設(shè)置在固定光學(xué)系統(tǒng)中的球形陣列器件（ball?array?device）的三維檢查的裝置。第一攝像機設(shè)置在相對于球形陣列器件固定的聚焦位置以拍攝球形陣列器件的第一圖像，而獲得來自焊球的獨特的圓環(huán)形圖像。第二攝像機設(shè)置在相對于球形陣列器件固定的聚焦位置以拍攝球形陣列器件的第二圖像，而獲得焊球的頂面圖像。處理器將三角法計算公式應(yīng)用在第一圖像和第二圖像的相關(guān)測量結(jié)果上以參考預(yù)計算校準(zhǔn)平面計算焊球的三維位置。

其他的基于三角法的系統(tǒng)可能利用聚焦激光或條紋圖案（fringe?pattern）投射。在這種三角法中，激光或其他結(jié)構(gòu)的圖案投射光線或圖案在物體表面上，一傳感器相對于入射光線或圖案斜置。當(dāng)高度變化時，由傳感器所檢測的光線或圖案的位置存在偏差。高度信息能夠從傳感器上所檢測的偏差位置中得以檢測。但是，三角法配置易受堵塞和陰影的影響。而且，根據(jù)半導(dǎo)體封裝件如BGA（Ball?Grid?Array）封裝件所需的測量結(jié)果變化范圍，其像素/斑點（spot）分辨率通常不足10微米。如此，基于所需的測量結(jié)果變化范圍沒有足夠充分的光學(xué)分辨率。有必要強化光學(xué)分辨率以迎合最近封裝件技術(shù)所需的高精度要求。

共焦（confocal）光學(xué)器件充分利用輸出信號在共焦光學(xué)器件的焦平面上位于峰值（在強度或?qū)Ρ榷确矫妫┑脑怼Ｋ昧藥в写蟮臄?shù)值孔徑（N.A.:?Numerical?Aperture）的衍射極限斑點（diffraction-limited?spot），從而它能夠?qū)崿F(xiàn)亞微米光學(xué)分辨率（submicron?optical?resolution）。在給定共焦光學(xué)系統(tǒng)的焦點深度很小的情形下，它需要兩次掃描，如旋轉(zhuǎn)尼普科夫圓盤（Nipkow?disk）或其他掃描方法，以掃描水平的XY平面和垂直的Z移動而掃描目標(biāo)景深。

出版號為2010/0296106?A1、發(fā)明名稱為“彩色共焦(Chromatic?Confocal)傳感器”的美國專利公開了一種包含有襯底、光源和檢測器的共焦光學(xué)系統(tǒng)，在襯底上具有多光子可固化光敏組合物（multiphoton?curable?photoreactive?composition），該光源發(fā)出包含有多個波長的光束于該襯底上的組合物的至少一個區(qū)域，檢測器檢測反射自該組合物的部分光線以獲得關(guān)于襯底的位置信號，其中，該位置信號至少是基于反射光線的波長。以這種方式，物體表面的高度能夠得以確定。

不幸的是，前述的彩色共焦傳感器在任何一次僅僅能夠檢查物體表面上的一個單獨的斑點。所以，有必要在水平平面上二維地移動傳感器以掃描整個物體表面。如此，全部三維表面的測量非常浪費時間，并遠(yuǎn)離半導(dǎo)體工業(yè)所需的高產(chǎn)。

一些狹縫（slit）掃描系統(tǒng)充分利用衍射透鏡的色散特性，通過它們狹縫的平面成像是依賴波長并沿著縱軸方向均勻分布。帶有可變焦距的波長編碼的光線然后通過藕接的透鏡和顯微鏡的物鏡成像于被測量的樣本上。具體地，出版號為2010/0188742、發(fā)明名稱為“狹縫掃描多波長的共焦透鏡模塊和狹縫掃描顯微鏡系統(tǒng)以及使用它的方法”的美國專利公開了一種狹縫掃描多波長的共焦系統(tǒng)，其利用具有色差的至少兩組透鏡以分別將寬帶光分成具有不同焦距的連續(xù)的線性光譜光線。

前述的狹縫掃描共焦系統(tǒng)充分利用傳統(tǒng)的圓形透鏡作為顯微鏡的物鏡。但是，由于制造難度，商業(yè)上的顯微鏡的物鏡的視場（FOV:Field?Of?View）是很有限的，尤其是那些具有大的數(shù)值孔徑（N.A.）的物鏡。所以，檢查的速度也是有限的。而且，圓形物鏡的數(shù)值孔徑是對稱的，所以，如同傳統(tǒng)的斑點掃描共焦系統(tǒng)，任何來自狹縫的、投射在物體上的離焦的光線不能被抑制。所以，這將會大大地影響測量精度。

發(fā)明內(nèi)容