CN106931892B - 光学检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种光学检测装置，包含分光镜、第一光源与第一影像撷取装置。分光镜具有相对的第一侧与第二侧。分光镜让第一光束穿透并反射第二光束，且第二光束的波长不同于第一光束的波长。第一光源置于分光镜的第一侧，用以提供第一光束以穿透分光镜。第一影像撷取装置置于分光镜的第二侧，用以侦测自分光镜反射的第二光束。光学检测装置可具有较低或甚至实质为零的能量损失。另外，待测物的影像不会有像差的问题。

Description

光学检测装置
技术领域
本发明是有关于一种光学检测装置。
背景技术
半导体芯片是在一半导体晶圆上形成集成电路而形成。半导体芯片最上层的表面通常会沉积一层保护层作为保护。保护层可防止半导体芯片受到非期望的水气与离子污染物的损害。晶圆可使用检测装置以检测保护层的厚度与均匀度。
发明内容
本发明的一方面提供一种光学检测装置，包含分光镜、第一光源与第一影像撷取装置。分光镜具有相对的第一侧与第二侧。分光镜让第一光束穿透并反射第二光束，且第二光束的波长不同于第一光束的波长。第一光源置于分光镜的第一侧，用以提供第一光束以穿透分光镜。第一影像撷取装置置于分光镜的第二侧，用以侦测自分光镜反射的第二光束。
在一或多个实施方式中，第一光源与第一影像撷取装置为同轴设置。
在一或多个实施方式中，分光镜为带通滤波元件或短通滤波元件。
在一或多个实施方式中，第一光束的波长短于第二光束的波长。
在一或多个实施方式中，第一光束为紫外光，且第二光束为可见光。
在一或多个实施方式中，光学检测装置还包含滤波元件，置于分光镜与第一影像撷取装置之间，以阻挡第一光束并让第二光束通过。
在一或多个实施方式中，第一光源提供第一光束至检测位置，且第一影像撷取装置侦测来自检测位置的第二光束，且光学检测装置还包含第二光源，用以提供第三光束沿着一路径至检测位置，该路径与分光镜相隔开。
在一或多个实施方式中，第二光源为环形光源。
在一或多个实施方式中，第二光源环绕由第一光源与分光镜形成的光轴。
在一或多个实施方式中，第三光束为可见光。
在一或多个实施方式中，第一光源提供第一光束至检测位置，且第一影像撷取装置侦测来自检测位置的第二光束，且光学检测装置还包含第二光源，用以提供第三光束沿着一路径至检测位置，分光镜置于该路径上。
在一或多个实施方式中，第二光源为环形光源。
在一或多个实施方式中，第二光源环绕第一影像撷取装置。
在一或多个实施方式中，第三光束为可见光。
在一或多个实施方式中，第一光源提供第一光束至检测位置，第一影像撷取装置侦测来自检测位置的第二光束，且光学检测装置还包含第二影像撷取装置，用以斜向撷取检测位置的影像。第二影像撷取装置具有一视野，该视野未覆盖至少部分的分光镜与至少部分的第一影像撷取装置。
在一或多个实施方式中，第一影像撷取装置为彩色相机，且具有调制转换函数，于每毫米约50对黑白条纹线至每毫米约25对黑白条纹线时，调制转换函数的值的范围为约30％至约100％。
在一或多个实施方式中，第一影像撷取装置为单色相机，且具有调制转换函数，于每毫米约20对黑白条纹线至每毫米约14.2对黑白条纹线时，调制转换函数的值的范围为约30％至约100％。
本发明的另一方面提供一种光学检测装置，包含第一光源、分光镜、第一影像撷取装置与第二光源。第一光源提供第一光束至检测位置。第一光束与检测位置形成光轴。分光镜置于光轴上，且具有相对的第一侧与第二侧。第一光束自第一侧穿透分光镜至检测位置。第一影像撷取装置置于光轴外，用以侦测自分光镜的第二侧反射的第二光束。第二光束来自检测位置，且第二光束的波长不同于第一光束的波长。第一光源与第一影像撷取装置是同轴设置。第二光源用以提供第三光束至检测位置。第三光束的路径与分光镜相隔开。
在一或多个实施方式中，光学检测装置还包含第三光源，用以提供第四光束至检测位置。第三光源环绕第一影像撷取装置设置。
在一或多个实施方式中，光学检测装置还包含第二影像撷取装置，用以撷取检测位置的影像。第二影像撷取装置具有一视野，该视野未覆盖至少部分的分光镜、至少部分的第一影像撷取装置与至少部分的第二光源。
因上述实施方式的光学检测装置利用分光镜以整列第一光束与第二光束的光路径，因此第一光束与第二光束可具有较低或甚至实质为零的能量损失。另外，因第一影像撷取装置侦测自分光镜反射的第二光束，因此待测物的影像不会有像差(chromaticaberration)的问题。因此，不需执行影像补偿程序即可直接分析影像。
附图说明
图1为本发明一实施方式的光学检测装置的示意图；
图2为图1的分光镜在一些实施方式的穿透频谱图；
图3为本发明另一实施方式的光学检测装置的示意图；
图4为本发明再一实施方式的光学检测装置的示意图；
图5为本发明又一实施方式的光学检测装置的示意图。
具体实施方式
以下将以附图揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些已知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。
图1为本发明一实施方式的光学检测装置的示意图。光学检测装置包含分光镜110、第一光源120与第一影像撷取装置130。分光镜110具有相对的第一侧112与第二侧114。分光镜110让第一光束122穿透并反射第二光束912，且第二光束912的波长不同于第一光束122的波长。第一光源120置于分光镜110的第一侧112，用以提供第一光束122以穿透分光镜110。第一影像撷取装置130置于分光镜110的第二侧114，用以侦测自分光镜110反射的第二光束912。
在一些实施方式中，光学检测装置可检测具有波长转换层(未绘示)的待测物910。波长转换层可将第一光束122转换成第二光束912。如此一来，在检测时，第一光源120射出第一光束122，其穿透分光镜110并打至待测物910上。待测物910的波长转换层将第一光束122转换成第二光束912，且第二光束912传播回分光镜110。分光镜110接着将第二光束912反射至第一影像撷取装置130，使得第一影像撷取装置130可接收到待测物910的影像。
因本实施方式的光学检测装置利用分光镜110以整列第一光束122与第二光束912的光路径，因此第一光束122与第二光束912可具有较低或甚至实质为零的能量损失。换言之，第一光束122与第二光束912的能量可被有效地利用。另外，因第一影像撷取装置130侦测自分光镜110反射的第二光束912，因此待测物910的影像不会有像差(chromaticaberration)的问题，其中像差问题肇因于一光束穿透一介质时产生的光色散。因此，不需执行影像补偿程序即可直接分析影像。
在一些实施方式中，分光镜110可为短通(short-pass)滤波元件或者为带通(band-pass)滤波元件，其可由一短通滤波元件与一长通(long-pass)滤波元件结合而成。短通滤波元件让一特定波长以下的光通过，且反射(或阻挡)该波长以上的光。长通滤波元件让一特定波长以上的光通过，且反射(或阻挡)该波长以下的光。带通滤波元件让一特定波长范围以内的光通过，且反射(或阻挡)该波长范围以外的光。
图2为图1的分光镜110在一些实施方式的穿透频谱图。请一并参照图1与图2。在图2中，分光镜为一短通滤波元件，其让一波长λ0以下的光通过，并反射(或阻挡)该波长λ0以上的光。在一些实施方式中，第一光束122的波长可低于波长λ0，而第二光束912的波长可高于波长λ0。换言之，第一光束122的波长短于第二光束912的波长。如图2所示，低于波长λ0的光具有高穿透率，例如实质为100％，而高于波长λ0的光具有低穿透率，例如实质为0％。也就是说，对于分光镜110而言，第一光束122具有高穿透率，而第二光束912具有低穿透率(或高反射率)。因此，第一光束122与第二光束912可具有低(甚至是零)能量损失。分光镜110的穿透频谱图仅为例示，并非用于限制本发明。本领域具通常知识者可视实际情形而选择分光镜110的穿透频谱。
请参照图1。在一些实施方式中，第一光束122为紫外光，亦即第一光源120为紫外光源，而第二光束912为可见光，例如为蓝光。然而本发明不以此为限。
在一些实施方式中，待测物910可为印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)或晶圆(wafer)，而其中的波长转换层可为保护层，以保护形成于其下的电路。本实施方式的光学检测装置可量测保护层的厚度与或均匀度。为了量测保护层的厚度，多个波长转换材料可加入保护层中。当短波长的入射光照射至待测物910时，其中的波长转换材料会产生长波长的光。长波长的光的强度取决于保护层的厚度，而其光分布则取决于保护层的均匀度。在一些实施方式中，波长转换材料为荧光材料，其可吸收短波长的光(如紫外光)，而射出长波长的光(如可见光)，然而本发明的范畴不以此为限。
在一些实施方式中，光学检测装置还包含滤波元件170，置于分光镜110与第一影像撷取装置130之间，以阻挡第一光束122，而让第二光束912穿透。举例而言，滤波元件170可置于第一影像撷取装置130的收光面132。若第一光束122为紫外光，则滤波元件170可为紫外光滤波元件(ultraviolet cut filter)。因滤波元件170可阻挡第一光束122，第一影像撷取装置130所侦测的影像则不包含第一光束122的杂讯。
在图1中，第一光源120提供第一光束122至一检测位置900。待测物910置于检测位置900，而第一影像撷取装置130则侦测来自置于检测位置900的待测物910的第二光束912。在图1中，第一光源120与检测位置900形成一光轴O，而分光镜110置于光轴O上。或者，第一光源120与分光镜110形成光轴O。第一光束122沿着光轴O传播。
在一些实施方式中，第一光源120与第一影像撷取装置130为同轴设置。亦即，第一光源120与第一影像撷取装置130共享至少一部分的共同光路。举例而言，第一光源120与第一影像撷取装置130共享位于分光镜110与检测位置900之间的部分光轴O，而第一影像撷取装置130则置于光轴O外。藉由如此的设置，第一光束122可正向地入射待测物910，而第一影像撷取装置130可侦测自待测物910反射的正向光(亦即第二光束912)。根据菲涅尔(Fresnel)公式，正向光具有较斜向光稳定(或低)的反射率。因此，同轴设置可更降低第一光束122与第二光束912的能量损失。
在一些实施方式中，第一影像撷取装置130为彩色相机，并具有一调制转换函数(modulation transfer function,MTF)。详细而言，第一影像撷取装置130可包含镜头与影像感应元件。镜头可将进入第一影像撷取装置130的光束聚焦至影像感应元件。此处所指的调制转换函数具体为彩色相机的镜头的调制转换函数。于每毫米约50对黑白条纹线((linepair)/mm，lp/mm)(对应至约10微米的解析度)至每毫米约25对黑白条纹线(对应至约20微米的解析度)时，调制转换函数的值(module或magnitude)的范围为约30％至约100％。举例而言，于每毫米约33.3对黑白条纹线(对应至约15微米的解析度)时，调制转换函数的值的范围大于30％。彩色相机可包含光感测元件与置于光感测元件前的彩色滤光片，而本发明的范畴不限于此。如此的设置使得第一影像撷取装置130具有足够高的解析度以决定其侦测影像的第二光束912的强度，但不会过高以至于突显侦测影像的背景。
在一些其他的实施方式中，第一影像撷取装置130为单色相机，并具有一调制转换函数。此处所指的调制转换函数具体为单色相机的镜头的调制转换函数。于每毫米约20对黑白条纹线(对应至约25微米的解析度)至每毫米约14.2对黑白条纹线(对应至约35微米的解析度)时，调制转换函数的值的范围为约30％至约100％。举例而言，于每毫米约16.7对黑白条纹线(对应至约30微米的解析度)时，调制转换函数的值的范围大于30％。在一些实施方式中，单色相机可为一光感测元件以侦测光的强度且以灰度(gray scale)表现影像。如此的设置使得第一影像撷取装置130具有足够高的解析度以决定其侦测影像的第二光束912的强度，但不会过高以至于突显侦测影像的背景。
图3为本发明另一实施方式的光学检测装置的示意图。图3与图1的光学检测装置的不同处在于第二光源140与第三光源150的存在。在图3中，光学检测装置还包含第二光源140以提供第三光束142沿着路径P1而到检测位置900，其中分光镜110置于路径P1上。另外，分光镜110更反射第三光束142。第三光束142可具有与第一光束122以及第二光束912不同的波长。举例而言，第一光束122为紫外光，第二光束912为蓝光，而第三光束142为红光或黄光，即第二光源140为可见光源。滤波元件170亦让第三光束142通过，且第一影像撷取装置130更侦测第三光束142。为了清楚起见，图3绘示第三光束142的边缘。
自第二光源140发出的第三光束142被分光镜110反射而沿着路径P1打至待测物910上。待测物910反射至少部分的第三光束142，其传播回分光镜110，穿透滤波元件170后被第一影像撷取装置130所侦测。
第三光束142可突显第二光束912的讯号。详细而言，在一些实施方式中，第二光束912与第三光束142于光谱上相距遥远以形成高对比度。因此，在被第一影像撷取装置130侦测到的影像中，第二光束912可被突显，使得待测物910的保护层的讯号可更明显。
在一些实施方式中，第二光源140为环形光源，如图3所示，而第二光源140可环绕第一影像撷取装置130设置。亦即，第三光束142可斜向入射待测物910。为了清楚起见，图3绘示半圆状的第二光源140。然而，在其他的实施方式中，第二光源140可为点光源，而本发明的范畴不以此为限。
在一些实施方式中，光学检测装置还包含第三光源150，用以提供一第四光束152沿着路径P2至检测位置900，其中路径P2与分光镜110相隔开。亦即，分光镜110不会阻挡自第三光源150射出的第四光束152。为了清楚起见，图3绘示第四光束152的边缘。第四光束152具有与第一光束122、第二光束912以及第三光束142不同的波长。举例而言，第一光束122为紫外光，第二光束912为蓝光，第三光束142为红光，而第四光束152为黄光，亦即第三光源150为可见光源。分光镜110更可反射第四光束152，滤波元件170亦让第四光束152穿透，且第一影像撷取装置130更侦测第四光束152。在一些实施方式中，第二光束912与第四光束152于光谱上相距遥远以形成高对比度。因此，在被第一影像撷取装置130侦测到的影像中，第二光束912可被突显，使得待测物910的保护层的讯号可更明显。
在一些实施方式中，第三光源150为环形光源，如图3所示，而第三光源150可环绕由第一光源120与检测位置900(与/或分光镜110)形成的光轴O设置。亦即，第四光束152可斜向入射待测物910。为了清楚起见，图3绘示半圆状的第三光源150。然而，在其他的实施方式中，第三光源150可为点光源，而本发明的范畴不以此为限。至于图3的光学检测装置的其他细节因与图1的光学检测装置相似，因此便不再赘述。
图4为本发明再一实施方式的光学检测装置的示意图。图4与图3的光学检测装置的不同处在于第三光源的数量。在图4中，第三光源的数量为多个，例如为第三光源150与150’。此二第三光源150与150’可为环形光源，并环绕由第一光源120与检测位置900(与/或分光镜110)形成的光轴O设置。第四光束152与152’可具有不同波长。第四光束152沿着路径P2传播，而第四光束152’沿着路径P2’传播，路径P2与P2’相隔开。亦即，分光镜110与第三光源150’不会阻挡第四光束152，且分光镜110与第三光源150不会阻挡第四光束152’。至于图4的光学检测装置的其他细节因与图3的光学检测装置相似，因此便不再赘述。
图5为本发明又一实施方式的光学检测装置的示意图。图5与图3的光学检测装置的不同处在于第三光源的设置。在图5中，图3的第三光源150被替换为第二影像撷取装置160。第二影像撷取装置160用以斜向撷取检测位置900(或待测物910)的影像。第二影像撷取装置160具有一撷取视野(field of view)FOV其未覆盖至少部分的分光镜110与至少部分的第一影像撷取装置130。亦即，第二影像撷取装置160并不会撷取完整的分光镜110与第一影像撷取装置130的完整影像。因第二影像撷取装置160斜向撷取检测位置900(或待测物910)的影像，一些自正向角度难以撷取的特征(例如部分置于待测物910的电路侧壁的保护层的光强度)可被第二影像撷取装置160所撷取。在一些其他的实施方式中，图4的第三光源150’可加入图5的光学检测装置中，或者图4的第三光源150’可替代为第二影像撷取装置160，本发明的范畴不以此为限。在一些实施方式中，第二影像撷取装置160可为多个。在一些实施方式中，第二影像撷取装置160可为彩色相机，且具有一调制转换函数。此处所指的调制转换函数具体为彩色相机的镜头的调制转换函数。于每毫米约50对黑白条纹线(对应至约10微米的解析度)至每毫米约25对黑白条纹线(对应至约20微米的解析度)时，调制转换函数的值的范围为约30％至约100％。举例而言，于每毫米约33.3对黑白条纹线(对应至约15微米的解析度)时，调制转换函数的值的范围大于30％。在一些其他的实施方式中，第二影像撷取装置160可为单色相机，且具有一调制转换函数。此处所指的调制转换函数具体为单色相机的镜头的调制转换函数。于每毫米约20对黑白条纹线(对应至约25微米的解析度)至每毫米约对黑白条纹线(对应至约35微米的解析度)时，调制转换函数的值的范围为约30％至约100％。举例而言，于每毫米约对黑白条纹线(对应至约30微米的解析度)时，调制转换函数的值的范围大于30％。至于图5的光学检测装置的其他细节因与图3的光学检测装置相似，因此便不再赘述。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (16)

1.一种光学检测装置，其特征在于，包含：
一分光镜，具有相对的一第一侧与一第二侧，其中该分光镜让一第一光束穿透并反射一第二光束，且该第二光束的波长大于该第一光束的波长；
一第一光源，置于该分光镜的该第一侧，用以提供该第一光束以穿透该分光镜至一检测位置；
一第一影像撷取装置，置于该分光镜的该第二侧，用以侦测来自该检测位置经该分光镜反射的该第二光束；
一第二光源，用以提供一第三光束沿着一第一路径至该检测位置，该分光镜置于该第一路径上，其中该第二光源环绕该第一影像撷取装置，且至少部分该第一影像撷取装置设置于该第二光源中；以及
一第三光源，用以提供一第四光束沿着一第二路径至该检测位置，该第二路径与该分光镜相隔开，其中该第四光束的波长不同于该第一光束、该第二光束以及该第三光束的波长。
2.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该第一光源与该第一影像撷取装置为同轴设置。
3.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该分光镜为一带通滤波元件或一短通滤波元件。
4.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该第一光束为紫外光，且该第二光束为可见光。
5.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，还包含一滤波元件，置于该分光镜与该第一影像撷取装置之间，以阻挡该第一光束并让该第二光束通过。
6.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该第三光源为一环形光源。
7.根据权利要求6所述的光学检测装置，其特征在于，该第三光源环绕由该第一光源与该分光镜形成的一光轴。
8.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该第四光束为可见光。
9.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该第二光源为一环形光源。
10.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该第三光束为可见光。
11.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，还包含：
一第二影像撷取装置，用以斜向撷取该检测位置的影像，其中该第二影像撷取装置具有一视野，该视野未覆盖至少部分的该分光镜与至少部分的该第一影像撷取装置。
12.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该第一影像撷取装置为一彩色相机，且具有一调制转换函数，于每毫米50对黑白条纹线至每毫米25对黑白条纹线时，该调制转换函数的值的范围为30％至100％。
13.根据权利要求1所述的光学检测装置，其特征在于，该第一影像撷取装置为一单色相机，且具有一调制转换函数，于每毫米20对黑白条纹线至每毫米14.2对黑白条纹线时，该调制转换函数的值的范围为30％至100％。
14.一种光学检测装置，其特征在于，包含：
一第一光源，提供一第一光束至一检测位置，其中该第一光源与该检测位置形成一光轴；
一分光镜，置于该光轴上，且具有相对的一第一侧与一第二侧，其中该第一光束自该第一侧穿透该分光镜至该检测位置；
一第一影像撷取装置，置于该光轴外，用以侦测自该分光镜的该第二侧反射的一第二光束，其中该第二光束来自该检测位置，该第二光束的波长不同于该第一光束的波长，且该第一光源与该第一影像撷取装置是同轴设置；以及
一第二光源，位于该第一光源与该分光镜之间，用以提供一第三光束至该检测位置，其中该第三光束的路径与该分光镜相隔开。
15.根据权利要求14所述的光学检测装置，其特征在于，还包含一第三光源，用以提供一第四光束至该检测位置，其中该第三光源环绕该第一影像撷取装置设置。
16.根据权利要求14所述的光学检测装置，其特征在于，还包含一第二影像撷取装置，用以撷取该检测位置的影像，其中该第二影像撷取装置具有一视野，该视野未覆盖至少部分的该分光镜、至少部分的该第一影像撷取装置与至少部分的该第二光源。
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