共軸小角度暗場光照的製作方法
2023-05-22 11:04:11 1
專利名稱：共軸小角度暗場光照的製作方法
技術領域：
本發明涉及成像的光學裝置及有關的照明系統，具體說，是涉及一種設備，能向有至少一種疵點的平面鏡反射物體，提供共軸小角度的暗場照明。
背景技術：
有一大類半導體產品主要是平面的且鏡反射的(平整並有光澤)，而且，常常需要對這些裝置成像，使與平面及鏡反射哪怕細微的偏離，也能以適當的反差成像。一類這種產品，除有其他記號外，還有指示晶片號碼和製造商記號的半導體晶片。這些記號是在晶片表面的疵點，且通常是雷射蝕刻坑的矩陣。本領域中，這些記號被稱為「軟標記」。必須對這些標記成像，以便在製造過程的各個步驟中，讀出這些代碼。
在這些裝置已經被切開(一般用鋸切割成個別的矩形裝置)之後，可能需要檢查小晶片的邊緣和可能隨時間傳播並導致未完成的裝置失效的裂紋。這些檢查過程是自動的並使用與數字電子計算機結合的電子成像攝像機，該電子計算機被編程，執行必要的檢查、測量、和識別。
一般說，暗場光照是一種本領域熟練人員熟知的技術，並對檢查鏡反射物體上的疵點特別有用。暗場光照的定義取決於照明光源的性質、照明光源相對於物體及觀察者或攝像機的位置、和被照明物體的性質。為滿足暗場光照的定義，入射物體上的照明的大部分，必須沿不進入觀察者或攝像機光學孔徑的一個方向或多個方向反射。暗場照明能夠與亮場照明匹敵，在亮場照明中，光的大部分直接反射進攝像機中。
參照圖1，暗場光照可以通過放置光源，使它與攝像機及物體之間的直線成一定角度照在物體上而獲得。該角度必須大於物體漫射光的角度。如果物體一般有漫反射性質，那麼該角度必須大於物體通過漫反射而分布入射照明的半角。如果物體是鏡反射的，就是說，如果物體使入射照明在小的角度上或以非常低的效率或兩者兼有地漫射，那麼該角度將是非常小的。
理想的情形是使照明光源對稱。在此情形中，光源可以製成環狀的，並與光軸共軸地放置，或者把多個光源排列成環狀。環的直徑及環接近物體的程度，確定入射物體照明的角度範圍。本領域熟練人員中，這種光被稱為環形光，並構造成各種「高角度的」或「低角度的」環形光。
在使某些物體的成像中，希望突出顯示要麼基本是平面要麼基本是鏡反射表面中非常細微的細節。這些細微的細節，包括軟標記和已切開的裝置的邊緣。為此，必須把照明光源儘量接近與成像系統同軸，不使照明光源直接反射進成像系統中，就是說，必須成小角度。要達到該目的的最有效方式，如目前所知，是藉助隔板，並在照明光源、物體、隔板、和成像系統之間提供專門的對準。
這種方式的一種實施方案，可從共同授予的美國專利No.5,737,122中了解，該專利的標題為Illumination System for OCR ofIndicia on A Substrate(本文此後稱為′122專利)。圖2畫出′122專利中的一個實施例。′122專利說明，攝像機的軸和光照模塊的軸，按互餘銳角對稱地圍繞鏡反射物體的法線。小角度的暗場光緊靠光軸，並為防止暗場光被攝像機直接成像，通過置於成像光路中的隔板，避免暗場光的直接成像。隔板的位置限制了成像器的視場，但可以認為這是可接受的折衷。在這些設計中，小角度暗場光照由兩排相對的側光構成，且只有一重對稱性。當對晶片上通常構成批代碼和序列號的符號的圓形坑成像時，該一重對稱性能夠導致降質的像。
發明內容
本發明給出一種成像系統，用於使平面鏡反射物體上的疵點成像。本系統包括有確定的軸和焦點的遠心透鏡。該遠心透鏡適合向攝像機提供該物體的像。精確放置的照明光源，用於沿遠心透鏡的軸照明該物體。對鏡反射物體，其內包含孔徑的遠心光闌，阻擋從平面鏡反射物體反射的光，同時讓從疵點反射的光通過孔徑。
按照本發明的另一方面，是提供光束分束器，以便使照明光源可以垂直於遠心透鏡的軸精確放置。
按照本發明的另一方面，是把遠心光闌的孔徑，精確放置在遠心透鏡的焦點附近。
按照本發明的另一方面，是提供後部的透鏡組，該後部透鏡組把疵點的像聚焦在攝像機上。
按照本發明的另一方面，是使照明光源包括圓形的LED組。
當結合附圖，閱讀實施本發明最佳模式的如下說明時，本領域熟練人員將能清楚本發明的其他應用。
本文的說明是參照附圖作出的，其中，這些視圖始終以相同的參考數字指示相同的部件，附圖有圖1畫出暗場照明概念的一般表示；圖2說明現有技術中包含隔板的照明系統；圖3按照本發明，畫出第一優選實施例的局部圖解的、局部截面的簡圖；圖4表示包括軟標記的矽晶片；圖5是按照本發明使用的光源的平面視圖；和圖6按照本發明，畫出第二優選實施例的局部圖解的、局部截面的簡圖。
具體實施例方式
本發明針對的要求是，照明並形成主要是平面且鏡反射表面的像，使與被成像物體的平面性或鏡反射性的偏離，能以增強的反差再現。如下所述，本發明的實施例利用遠心透鏡，以對稱的共軸小角度暗場照明來照明物體。這種照明技術特別適合突出顯示平面鏡反射物體上細微的細節或疵點。這類物體的具體例子，包括矽晶片，而這些疵點可以包括矽晶片上的軟標記符號和/或在晶片尺度的裝置上邊緣的不規則性。
具體說，光源向遠心透鏡提供環形圓錐狀光線。遠心透鏡向著基本是平面鏡反射物體再引導光線，使光線平行並垂直於物體。平面鏡反射物體的性質，是以與入射角互補的角度反射光，在本例子中，該入射角垂直於物體表面。在反射時，光線是生成像的光線。像的光線，將從基本是平面鏡反射物體往回反射，並通過遠心透鏡的逆變換，到達它們始發的點。該系統提供遠心光闌，上有與光源重合的中心孔徑，使基本上沒有到達攝像機的光通過。但是，如果在鏡反射表面中有疵點，則光被幹擾，並可能有一些部分的光，通過遠心光闌的孔徑，落在攝像機上。
現在參考圖3，圖上按照本發明，畫出第一個優選的光學成像系統100局部圖解的、局部截面的簡圖。圖3畫出平面物體102。平面物體102最好是矽晶片104，在圖4中更詳細畫出該矽晶片。矽晶片104本性上是鏡反射的。矽晶片104通常包括諸如軟標記105等疵點。軟標記105由雷射蝕刻的坑的集合構成，並提供關於矽晶片104的信息。矽晶片104還包括多個半導體裝置106。雖然本發明就檢查矽晶片104方面，並具體就軟標記105的成像方面進行說明，但應當指出，本發明同樣可應用於其他平面物體的成像。例如，當半導體裝置106被切開後，可以檢查它們邊緣上的疵點。
繼續參考圖3，光學成像系統100包括一對分別構成後部組108和遠心場透鏡110的透鏡組。用於後部透鏡組108和遠心場透鏡110兩者的合適透鏡來源，是Edmund Scientific。下面還要詳細說明，後部透鏡組108和遠心場透鏡110一起工作，把軟標記105的像113引導到攝像機200。攝像機200最好是包括CCD或CMOS型傳感器的數字攝像機。
後部透鏡組108由校正的物鏡集合定義，並包括入射光瞳109。後部透鏡組108最好畸變要低，並有足夠的補充攝像機200的分辨能力。應當指出，後部透鏡組108可以根據使用的攝像機200類型而不同。
應當指出，遠心場透鏡110是作為遠心場透鏡工作的，它使物體的成像沿物體102的平面成為遠心的。換句話說，光線在它們離開遠心透鏡110時是相互平行的，且最好垂直於物體102的平面。應當指出，當被光源118照明時，遠心透鏡110和透鏡組108的工作，是在攝像機200上形成像113。遠心透鏡110有許多確定的特徵，包括軸111和遠心孔徑或焦點112。如在圖3所示，遠心場透鏡110的焦點112與後部透鏡組108的入射光瞳109重合。軸111定義系統100的光軸，使後部透鏡組108與攝像機共同沿軸111精確放置。
還提供照明光源118。精確放置照明光源118，以便給出與遠心場透鏡110的軸111共軸的小角度光照。圖3畫出光源118物理上沿軸111的第一優選定位。應當指出，並如下所述，光源118能夠按光學上等價的方式，在物理上定位在遠離軸111的位置。
遠心光闌116位於後部透鏡組108與遠心場透鏡110之間，並以遠心場透鏡110的軸111為中心。遠心光闌116最好放在後部透鏡組108的入射光瞳109附近。遠心光闌116最好是包括中心孔徑117的物理光闌。孔徑117也定位在遠心透鏡110的焦點112附近。
優選的照明光源畫在圖5。參考圖5，圖上畫出利用多個LED 120的環形光源，安裝在印刷電路板121上。應當指出，印刷電路板121可以起遠心光闌116的作用。印刷電路板121包括孔徑121A，該孔徑121A的大小，至少如遠心光闌116中心孔徑117那麼大。在與遠心光闌116一起使用可變光闌孔徑的情形，孔徑121A必須如設置的可用最大孔徑那麼大。圖上畫出的LED 120被組織成內部圓形組119A和外部圓形組119B。但應當指出，內部圓形組119A和外部圓形組119B向物體102提供稍有不同的小角度光照。內部和外部組119A、119B可以一起照明或交替照明，取決於物體102的質量。應當指出，可以提供附加的LED圓形組。
系統對疵點類型的靈敏度，主要由遠心透鏡110和光源直徑之間的焦距比確定。本發明提供一種調整該靈敏度的方式。具體說，可以使用不同的環形光源119A和119B的直徑，或者調整遠心光闌116的孔徑117的直徑。通過使用可變光闌，孔徑117可以是可調整的，從而為系統提供可調整的焦距比。
圖6畫出在光學上與圖3所示實施例等價的第二優選實施例。如圖6所示，第二優選實施例包括局部反射的反射鏡或光束分束器132，精確沿遠心場透鏡110的軸111放置。光束分束器132能使光源118垂直於遠心場透鏡110的軸111放置。在該第二優選實施例中，光源118放置在等價於遠心光闌116位置的位置上。
再參考圖3，光源118使光線128和130向遠心場透鏡110投射，以便光線128和130聚焦在物體102附近，並保持基本平行。應當指出，光線128和130是作為環形圓錐投射的，在它們通過遠心透鏡110後變成平行。光線作為像的形成光線122、124、和126，從物體102反射。在光線128和130從物體102的鏡反射部分反射的情形，像的形成光線122和126將落在遠心光闌116上而不進入透鏡組108。特別是像的光線122和126，將從基本平面的鏡反射表面反射回去，產生環形的照明圓錐，該照明圓錐將作為鏡反射像，返回它們的原點。但是，當光線128和/或130從疵點反射時，像的形成光線124將通過遠心光闌116中的孔徑117，被透鏡組108聚焦，並在攝像機200上形成像113。
參考圖6的第二優選實施例，該系統除光束分束器132以外，按與上述等價的方式工作。具體說，光束分束器132的作用，是降低最終通過遠心光闌116孔徑117的光的靈敏度。
本發明比現有技術有顯著的優點。即，光軸與小角度暗場光照之間的角度，可以任意地小，以致必要時可以達到成為亮場光照的程度。另外，如上所述，可以通過選擇不同的光照直徑，或者通過調整遠心光闌的孔徑，來調整系統的靈敏度。另外，因為消除了現有技術要求的隔板，所以能夠使用攝像機的全部視場。本系統還在整個視場上提供全圓形的對稱性。
雖然已經結合目前認為最可實現和優選的實施例，說明了本發明，但應當指出，本發明不受公開的實施例限制，相反，本發明覆蓋後附的權利要求書的精神和範圍中各種變化及等價安排，該範圍將按最廣義的解釋，以便涵蓋法律所允許的所有這種變化及等價的結構。
權利要求
1.一種使平面鏡反射物體上的疵點成像的成像系統，包括有確定的軸和焦點的遠心透鏡，該遠心透鏡適合向攝像機提供該物體的像；照明光源，被放置用於沿遠心透鏡的軸照明該物體；和其內包含孔徑的遠心光闌，被放置用於阻擋從平面鏡反射物體反射的光，同時讓從疵點反射的光通過孔徑。
2.按照權利要求1的成像系統，其中的疵點是軟標記。
3.按照權利要求1的成像系統，還包括有入射光瞳的第二透鏡組，該入射光瞳放置在遠心光闌和攝像機之間。
4.按照權利要求3的成像系統，其中遠心透鏡的焦點，與第二透鏡組的入射光瞳重合。
5.按照權利要求4的成像系統，其中的照明光源，包括至少一組通常為圓形的照明單元組。
6.按照權利要求5的成像系統，其中的遠心光闌緊靠該圓形照明單元組放置。
7.按照權利要求4的成像系統，其中的照明光源包括多組同心的通常為圓形的照明單元組。
8.按照權利要求1的成像系統，還包括放置在遠心光闌孔徑中的可變光闌孔徑，從而使遠心透鏡的焦點成為可調整的。
9.一種使平面鏡反射物體上的疵點成像的成像系統，包括放置在物體附近的遠心透鏡，該遠心透鏡有確定的軸和焦點，適合向攝像機提供該物體的像；沿遠心透鏡軸放置的光束分束器；垂直於遠心透鏡軸放置的照明光源，並放置在把多束光線向光束分束器引導的位置，以便沿遠心透鏡軸照明物體；和其內包含孔徑的遠心光闌，該遠心光闌沿遠心透鏡軸放置，以阻擋從平面鏡反射物體反射的光，同時讓從疵點反射的光通過孔徑。
10.按照權利要求9的成像系統，其中的疵點是軟標記。
11.按照權利要求9的成像系統，還包括有入射光瞳的第二透鏡組，該入射光瞳放置在遠心光闌和攝像機之間。
12.按照權利要求11的成像系統，其中遠心透鏡的焦點，與第二透鏡組的入射光瞳重合。
13.按照權利要求9的成像系統，其中的照明光源，包括至少一組通常為圓形的照明單元組。
14.按照權利要求13的成像系統，其中的遠心光闌緊靠該圓形照明單元組放置。
15.按照權利要求11的成像系統，其中的照明光源包括多組同心的通常為圓形的照明單元組。
16.按照權利要求9的成像系統，還包括放置在遠心光闌孔徑中的可變光闌孔徑，從而使遠心透鏡的焦點成為可調整的。
全文摘要
本發明提供一種共軸小角度暗場成像系統。本系統利用遠心透鏡，以對稱的共軸小角度暗場照明來照明物體。該照明技術特別適合用於突出顯示平面鏡反射物體上細微的細節或疵點。光線通過遠心透鏡，反射回攝像機。就物體的平面鏡反射部分反射的光線而言，這些光線被遠心光闌阻擋。平面鏡反射物體中的疵點或細節反射的光線，則通過攝像機光闌中的孔徑。
文檔編號G02B21/10GK1754175SQ200480005357
公開日2006年3月29日 申請日期2004年1月27日 優先權日2003年2月26日
發明者萊奧·鮑德溫 申請人:電科學工業公司