DE4426968C2

DE4426968C2 - Optische Untersuchungsvorrichtung

Info

Publication number: DE4426968C2
Application number: DE19944426968
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl Phys Meinders
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2014-07-30
Also published as: CH690139A5; JPH0862425A; DE4426968A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer optischen Untersuchungsvorrichtung nach der Gat tung des Hauptanspruchs. Es ist schon bekannt, Lichtleiter für die Beleuchtung eines Objektes zu verwenden, wenn eine direkte Anordnung einer Beleuchtungseinrichtung aus, Platzgründen nicht möglich ist. Bei Betrachtung eines Objek tes durch ein Mikroskop werden beispielsweise Lichtleiter verwendet, mit denen das Licht einer Lichtquelle auf die Oberfläche des Objektes gelenkt wird, da in der Regel der Abstand zwischen dem Objekt und dem objektiv des Mikroskopes relativ klein ist. Bei Mikroskopbetrachtung ergibt sich noch das weitere Problem, daß nur die dem objektiv zugewandte. Oberfläche optisch abgetastet werden kann. Will man auch die Seitenflächen des Objektes betrachten, dann muß das Objekt entsprechend zum Objektiv gedreht werden. Insbesondere tritt in der Halbleiterfertigung bei der Chipmontage das Problem auf, daß auch die Schnittkanten eines Chips oder auch Löt- oder Klebverbindungen zu einem Trägersubstrat optisch über prüft werden müssen. Ein Drehen der einzelnen Chipkanten ist nicht nur sehr zeitaufwendig, sondern auch wegen der relativ kleinen Abmessungen eines Chips recht schwierig und kann leicht zu unerwünschten Beschädigungen führen. Eine derar tige Sichtkontrolle beispielsweise in der Qualitätskontrolle ist daher nicht nur sehr aufwendig, sondern auch sehr unzu verlässig, da der Prüfer nicht alle Fehler erkennen kann.

Aus der EP 0 243 568 A2 ist eine Beleuchtungseinrichtung für ein optisches Inspektionssystem bekannt, das bei der Sichtprüfung einer mit elektronischen Bauelementen bestückten Leiterplatte verwendbar ist. Innerhalb des Lichtleiters ist eine viereckige Öffnung zur Aufnahme der Leiterplatte vorgesehen, in der im oberen Teil Prismen an den vier Seitenwänden angeordnet sind. Außerhalb der Öffnung sind Lichtquellen vorgesehen, deren Licht über die Prismen horizontal in Richtung der Öffnung umgelenkt wird. Es entsteht somit ein schmales Lichtband rund um die Öffnung, durch das die Leiterplatte mit den Bauelementen von der Seite her beleuchtbar ist. Dieses Licht wird teilweise reflektiert und über die Prismen auf das Inspektionssystem gelenkt. Mit diesem Lichtleiter können die Leiterplatten mit den Bauteilen nur von der Seite betrachtet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Untersuchungsvorrichtung mit einer Lichtquelle, einem Lichtleiter und einem optischen Untersuchungssystem zu schaffen, mit dem bei der optischen Untersuchung eines Objektes nicht nur dessen Seitenflächen, sondern gleichzeitig auch dessen Oberseite betrachtet werden können. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Lichtleiter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Objekt, das sich innerhalb oder unterhalb der Öff nung des Lichtleiters befindet, auch von allen Seiten beleuchtet werden kann. Besonders vorteilhaft ist, daß durch die als Umlenkspiegel ausgebildeten Wandungen das an den. Seiten des Objekts reflektierte Licht von der Öffnung des Lichtleiters so weggeleitet wird, daß es beispielsweise in das objektiv eines darüber befindlichen Mikroskops fällt. Durch diese vorteilhafte Anordnung kann nicht nur die dem Mikroskop zugewandte Oberseite des Objektes, sondern auch deren Seitenflächen gleichzeitig betrachtet werden, ohne daß das Objekt in irgendeiner Weise gedreht oder gekippt werden muß. Dadurch kann das Objekt gründlicher untersucht werden und wird durch das Handling nicht beschädigt. Durch die gleichzeitige Darstellung aller kritischen Seiten ist eine erhebliche Beschleunigung der optischen Prüfung gegeben.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Lichtleiters möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß der Neigungswinkel der Wandungen unter Berücksichtigung des Brechnungsindexes des verwendeten Lichtleitermaterials gewählt wird. Der Neigungswinkel kann dadurch so gewählt werden, daß eine möglichst vollständige Umlenkung des von den Seitenflächen des Objektes reflektierten Lichtes er folgt. Dadurch kann die Lichtausbeute optimiert und eine To talreflexion vermieden werden.

In der Praxis hat sich als günstig erwiesen, den Neigungswinkel der Wandungen bezüglich der Horizontalen mit ca. 45° zu wählen, da dann das von den Seitenflächen etwa, horizontal reflektierte Licht vertikal nach oben abgelenkt werden kann und somit direkt in das Objektiv eines Mi kroskops fällt.

Durch eine ausreichende Höhe der wirksamen Lichtaustritts fläche einer Wandung wird erreicht, daß die ganze Seiten fläche des Objektes ausgeleuchtet wird und somit ein voll ständiges Bild ohne Nachjustage erhältlich ist.

Um die Ausleuchtung der Seitenflächen des Objekts zu ver stärken, sind am äußeren Rand des Lichtleiters Reflektoren angeordnet. Oberhalb dieser Re flektoren sind weitere Reflektoren angeordnet, die auf die Oberseite des Objektes gerichtet sind, so daß auch diese voll ausgeleuchtet wird und gleichzeitig mit den Seitenflächen durch ein Mikroskop beobachtet werden kann.

Günstig ist weiter den Lichtleiter mit einer Lichtquelle auszustatten, deren Helligkeit regelbar ist. Dadurch kann im Mikroskop die Helligkeit so gesteuert werden, daß ein mög lichst kontrastreiches Bild erscheint.

In Verbindung des Lichtleiters mit einem Mikroskop oder einem Kamerasystem kann vorteilhaft sowohl die Oberseite als auch die Seitenflächen des Objektes gleichzeitig über prüft werden. Beispielsweise sind bei der optischen Über prüfung von Halbleiterchips, die auf einem Trägersubstrat geklebt oder gelötet sind, ohne Drehen oder Kippen deren Schnittflächen überprüfbar.

Wird als optisches Inspektionssystem eine Kamera mit automa tischer Bilderkennung verwendet, dann kann durch Bildver gleich zwischen einer gespeicherten Vorgabe und dem Istbild die Sichtprüfung automatisiert werden. Fehlerhafte Chips können mit einer entsprechenden Markiereinrichtung gekenn zeichnet und aussortiert werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Anordnung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einem optischen Inspektionssystem,

Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel in Draufsicht und

Fig. 3 zeigt ein Schnittbild des Aus führungsbeispiels.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt schematisch, ein Ausführungsbeispiel eines Lichtleiters 6 im Schnitt. Der Lichtleiter 6 ist etwa trichterförmig ausgebildet und hat in der Mitte eine Öff nung, in die das zu beleuchtende Objekt 1 gelegt ist. Das Objekt 1 kann beispielsweise ein Halbleiterchip sein, der auf einem Träger 19 angeordnet ist. Beispielsweise können bei der Halbleiterfertigung ein oder mehrere Halbleiterchips 1 auf einem Trägersubstrat angeordnet sein, deren Qualität nacheinander optisch zu überprüfen ist.

Der Lichtleiter 6 hat vorzugsweise vier rechtwinklig zu einander angeordnete Wandungen 5, die im unteren Teil des Lichtleiters 6 als schräge Flächen ausgebildet sind und das von den senkrechten Wänden des Halbleiterchips reflektierte Licht nach oben umlenken. Des weiteren sind am äußeren Rand des Lichtleiters 6 im unteren Bereich Reflektoren 4 vorgese hen, die das Licht des Lichtleiters in Richtung auf die Öff nung 11 verstärkt umlenken. An einer oder mehreren geeigneten Stellen sind am Rand des Lichtleiters 6 Öffnungen für Lichtquellen 12 vorgesehen, deren Licht über den Licht leiter auf die Öffnung 11 gelenkt wird. Die Lichtquellen sind mit einem regelbaren Netzteil 18 verbunden, so daß auch die Helligkeit des Lichtleiters 6 einstellbar ist. Über dem Lichtleiter 6 ist ein optisches Inspektionssystem 7 derart angeordnet, daß die von den Wandungen 5 umgelenkte Strahlung in dessen Linsensystem fällt. Das optische Inspektionssystem 7 kann ein Mikroskop sein, mit dem die Oberfläche und die Seiten des Objekts 1 überprüft werden. Es kann des weiteren mit einer Kamera 16 verbunden sein, die die erfaßten Flächen des Objekts festhält.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Kamera mit einem Bilderkennungssystem 17 zu verbinden, in dem Muster für gute und/oder fehlerhafte Objekte 1 gespeichert sind. Durch Bildvergleich zwischen gespeicherten und aktuellen Aufnahmen der Kamera 16 kann eine automatische Bewertung und Auswertung für das Objekt durchgeführt werden. Wird ein fehlerhaftes Objekt 1 entdeckt, kann dieses an geeigneter Stelle beispielsweise mit einem Farbpunkt mar kiert werden.

Der Lichtleiter 6 mit seiner Öffnung 11 ist so ausgebildet, daß das Objekt 1 weder bei der Justage noch bei der Betrach tung beschädigt werden kann. Insbesondere ist bei einem beweglich angeordneten Lichtleiter 6 dieser so ausgebildet, daß er auch keine Schäden beispielsweise an Nachbarobjekten verursacht. Des weiteren ist die trichterförmige Ausgestal tung des Lichtleiters 6 auf das optische Inspektionssystem 7 abgestimmt, so daß die Schärfeeinstellung und ein Wechsel der Vergrößerung nicht behindert wird.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung den Lichtleiter 6 in Draufsicht. In der Mitte des Lichtleiters 6 ist eine Öff nung 11 erkennbar, die vorzugsweise quadratisch ausgebildet ist und zum Objekt 1 eine gewisse Übergröße aufweist. Die Wandungen 5 umschließen die Öffnung 11, so daß über diese Wandungen 5 das Objekt 1 von allen Seiten gleichzeitig beleuchtet werden kann. An geeigneter Stelle sind im Licht leiter 6 Öffnungen zur Aufnahme der Lichtquellen 12 vorgese hen. Diese Lichtquellen können auch an den Ecken des Licht leiters 6 positioniert sein.

Fig. 3 zeigt den Lichtleiter 6 nochmal im Querschnitt. Ins besondere ist der Neigungswinkel α der Wandungen 5 in bezug auf die Horinzontale erkennbar. Der Winkel α wird dabei so gewählt, daß möglichst viel Licht aus dem Lichtleiter ausge koppelt und auf die Seitenflächen 9 des Objekts 1 geleitet wird. Andererseits soll das reflektierte Licht von den Wan dungen 5 nach oben abgelenkt werden, damit es in das op tische Inspektionssystem 7 fällt. Der Winkel α kann unter Berücksichtigung des Brechungsindexes, z. B. n = 1,5, mate rialabhängig gewählt werden und wird so festgelegt, daß möglichst viel Licht aus dem Lichtleiter 6 ausgekoppelt wird. Bewährt hat sich ein Winkel von ca. 45°. Die Wandung 5 ist dabei so hoch ausgebildet, daß ihre wirksame Fläche eine ganze Seitenfläche abbildet.

Am äußeren unteren Rand des Lichtleiters 6 sind Reflektoren 4 vorgesehen, die das Licht des Lichtleiters 6 in Richtung auf die Öffnung 11 leiten. Die Reflektoren 4 sind wegen des vorgegebenen Winkels α der Wandungen 5 bei n = 1,5 vorzugsweise gegenüber der Horizontalen mit einem Winkel α₁ ≈ 30° geneigt, so daß aufgrund des Brechungsgesetzes möglichst viel Licht durch die Wandungen 5 geht. Sie sind vorzugsweise verspiegelt, so daß kein Licht verloren geht. Oberhalb der Reflektoren 4 sind weitere Reflektoren 10 vorgesehen, die einen Teil des Lichtes des Lichtleiters 6 auf die Oberseite 13 des Objektes 1 werfen. Dadurch kann auch die Oberseite 13 des Objekts 1 gleichzeitig mit den Seitenflächen im optischen Inspektionssystem 7 geprüft werden.

Zum besseren Verständnis sind Lichtstrahlen A, B, C, D im Lichtleiter 6 eingezeichnet. Diese Lichtstrahlen werden von den Reflektoren 4 zur Öffnung 11 hin umgelenkt und beleuchten somit die Seitenflächen des Objekts 1. Die Seitenflächen reflektieren diese Strahlung, so daß diese an den Wandungen 5 als Strahlung A', B', C', und D', in Rich tung auf das optische Inspektionssystem 7 umgelenkt werden. Im optischen Inspektionssystem 7 sind somit gleichzeitig die Seitenflächen als auch die Oberseite 13 des Objekts 1 erkennbar.

Eine bevorzugte Verwendung des Lichtleiters 6 in Verbindung mit dem optischen Inspektionssystem 7 ist die Sichtprüfung bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen. Eine allgemeine Verwendung ist auch bei der Materialprüfung sowie im Tier- und Pflanzenbereich vorsehbar.

Claims

1. Optische Untersuchungsvorrichtung mit

a) wenigstens einer Lichtquelle (12), einem Lichtleiter (6) und einem Licht empfangenen Inspektionssystem (7), wobei die wenigstens eine Lichtquelle (12) Licht in den Lichtleiter (6) einspeist,
b) der an seiner Innenseite eine von vier Wandungen (5) begrenzte Öffnung (11), in der ein zu untersuchendes Objekt (1) aufgenommen ist, und an seinem äußeren Rand Reflektoren (4) und unterschiedlich zu diesen geneigte weitere Reflektoren (10) aufweist, wobei
- 1. die Reflektoren (4) einen Teil des eingespeisten Lichtes so umlenken, daß die Seitenflächen des Objektes (1) beleuchtet werden,
- 2. die weiteren Reflektoren (10) einen weiteren Teil des eingespeisten Lichtes so umlenken, daß die Oberseite (13) des Objektes (1) beleuchtet wird, und
- 3. die Wandungen (5) das von den Seitenflächen des Objektes (1) reflektierte Licht in Richtung auf das Inspektionssystem (7) umlenken, das der Oberseite (13) des Objektes (1) zugewandt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α) der Wandungen (5) zur Oberseite (13) des Objektes (1) in Abhängigkeit vom Brechungsindex des Materials des Lichtleiters (6) ausgewählt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α) der Wandungen (5) 45° beträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Lichtaustrittsfläche der Wandungen (5) wenigstens die Höhe des Objektes (1) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Helligkeit der wenigstens einen Lichtquelle (2) steuerbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Inspektionssystem (7) ein optisches Mikroskop und/oder ein Kamerasystem ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Inspektionssystem (7) mit einer automatischen Bilderkennung (17) verbunden ist zur automatischen Bilderkennung des Objekts (1) und/oder zur Fehlererkennung des Objektes (1).