专利名称：基板内部缺陷检查装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种基板内部缺陷检查装置及方法。
背景技术：
在半导体工艺中，主要是对基板进行薄膜沉积等工艺，以便在基板上形成若干电子元件，因此基板本身的异物、气泡，或裂纹等内部缺陷的多少往往影响电子元件的质量好坏。此外，由于基板常需进行搬运，或经过高温热处理或酸蚀等工艺，皆使得基板容易产生裂纹。因此，针对基板进行内部缺陷检查是一项不可或缺的非破坏性检查项目。目前最常见的裂纹检查方式是利用一可发出穿透基板的光线的照明光源，由基板下方对该基板下表面进行照射，并在基板上方利用摄像机取得该基板上表面的影像，由于内部缺陷会使光线反射、折射或散射，导致缺陷处的光线穿透率降低，因此内部缺陷的影像明亮度与其它区域相比明显较低，可便于后续以人工或计算机装置进行影像分析，以辨认出内部缺陷的位置与大小。由于内部缺陷影像的清晰与否攸关检查成效与后续的分析难易度，因此如何正确且清晰地取得内部缺陷的影像一直是检查流程中迫切需要解决的问题之一。然而，上述的内部缺陷检查方式会有以下几个缺点。首先，如图1所示，为上述内部缺陷检查方式的一示意图。由于不只异物或裂纹等内部缺陷12会影响光线穿透率，在工艺中常会附着于基板10 正面或背面的污染物11或是基板10的表面纹理也会影响光线穿透率，因此在判读摄像机 30所撷取的影像时，并无法有效地将影像中的暗点区分为内部缺陷12或表面污染物11，以致常会有将表面污染物11误判为内部缺陷12的情况发生。并且，如图2A、图2B所示，由于光线遇到阻挡时会绕射，使得影像中的微小内部缺陷12可能在提供的光线亮度稍亮时消失，亦即内部缺陷12的影像宽度会与光线亮度成反比，因此，当基板10厚度稍厚而需提高光线强度以加强影像的明亮度时，在光线强度提升至一特定强度之后，光线强度的再提升反而会使得绕射光强度过强，造成内部缺陷12的影像清晰度下降，以致于需要搭配更高成本的高分辨率摄像机才能清楚拍摄。并且，这种状况在遇到基板10本身厚度公差较大时，常导致难以决定出一最佳的光线强度来获取最佳的影像。此外，如图3A、图;3B所示，微细缺陷12在光线并非为平行光的情况下，裂纹宽度会减�。嗉次薹ㄍü喾较蚬庀呒忧课⑾噶押鄣挠跋袂逦�。图14的照片为利用现有缺陷检查方式所取得的裂纹影像照片。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种特殊设计的基板照明方法，来解决上述困扰业界已久的难题。本发明利用光线于基板内部以全反射的方式传递，可直接照明该基板的内部缺陷， 并可强化基板内部的裂痕、孔洞、杂质、气泡、断差等内部缺陷的影像清晰度，还可有效避免表面脏污等异物成像。除提供更佳的内部缺陷检出能力外，还可解决基板在表面加工后，即无法对基板内部进行检测的难题。因此，本发明的一目的，在于提供一种基板内部缺陷检查方法，其可获取基板内部缺陷较佳的影像清晰度。为达到上述目的，本发明提供的基板内部缺陷检查方法，用以对一基板进行内部缺陷检查，该基板具有一上表面，以及连接该上表面的多个侧面，该基板内部缺陷检查方法提供多个光源，分别设在该基板的各该侧面处，各该光源可朝各该侧面发射一对应穿透该基板的光线，并使该光线相对该侧面的入射角度限制在一可使该光线在该基板内可大致以全反射方式传递的第一预定角度内；以及提供一取像�？椋栌诟没宓纳戏剑⑦⑷「没宓纳媳砻娴挠跋瘢璐耍至魇垢枚喔龉庠闯杂Φ牟嗝娣⑸涔庀撸⒃谌我还庠闯杂Φ牟嗝娣⑸涔庀呤保愿萌∠衲？槎杂⑷】拷硪幌喾吹牟嗝娴母蒙媳砻娴陌氩壳蛴跋瘢⒔枚喔霭氩壳蛴跋窈铣晌桓蒙媳砻娴耐暾跋�。此外，本发明的另一目的，在于提供一种基板内部缺陷检查装置，其可获取基板内部缺陷较佳的影像清晰度。本发明提供的基板内部缺陷检查装置，用以对一基板进行内部缺陷检查，该基板具有一上表面，以及连接该上表面的多个侧面，该基板内部缺陷检查装置包含至少一光源、 一取像�？椋约耙徽诠庹�。光源设在该基板的其中一侧面处，该光源朝该侧面发射一可对应穿透该基板的光线，该光线相对该侧面的入射角度限制在一可使该光线在该基板内可大致以全反射方式传递的第一预定角度内。取像模块设于该基板的上方，用以撷取该基板的上表面的影像。遮光罩设置于该取像�？橛敫没逯洌靡哉诒胃没宓纳媳砻娴闹辽僖徊嗟谋咴�。此外，本发明还提供另一种基板内部缺陷检查装置，用以对一基板进行内部缺陷检查，该基板具有一上表面，以及连接该上表面的多个侧面，该基板内部缺陷检查装置包含至少一光源、一遮光柱、一取像�？椋约耙淮？�。光源设在该基板的其中一侧面处，该光源朝该侧面发射一可对应穿透该基板的光线，该光线相对该侧面的入射角度限制在一可使该光线在该基板内可大致以全反射方式传递的第一预定角度内。遮光柱设置于该光源与该基板之间，用以在该基板的上表面形成一条状区域。取像�？樯栌诟没宓纳戏剑靡赃⑷「锰踝辞虻挠跋�。传动�？橛靡源没逑喽愿谜诠庹忠贫垢锰踝辞蛟诟没宓纳媳砻嬉贫允垢萌∠衲？榭蛇⑷「没宓纳媳砻娴耐暾跋�。本发明借由使光线进入基板内，并在基板内以全反射方式传递，使光线无法折射出基板外。若光线于基板内传导时遭遇内部缺陷时，则会使光线行进路线改变，而产生反射、折射或散射等光线路径的变动，并会于此处形成亮点，以借由基板上方的取像�？榧觳獾酱巳毕莸奈恢谩４酥址椒ǹ扇肥堤岣吣诓咳毕萁霞训挠跋袂逦龋⑻岣吣诓咳毕莸募斐雎�。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1为现有基板内部缺陷检查装置的一示意图；图2A、图2B为现有基板内部缺陷检查装置进行基板检测的一示意图；图3A、图IBB为现有基板内部缺陷检查装置进行基板检测的另一示意图4为本发明基板内部缺陷检查装置的一示意图；图5为本发明基板内部缺陷检查装置的一示意图；图6A、图6B为本发明基板内部缺陷检查装置的一示意图；图7为光线强度相对影像信号宽度及对比度的一曲线图；图8为本发明基板内部缺陷检查装置的一示意图；图9为本发明基板内部缺陷检查装置的一示意图；图10A、图10B、图10C、图IOD为本发明基板内部缺陷检查方法的一各步骤示意图；图11为本发明基板内部缺陷检查装置的一示意图；图12为本发明基板内部缺陷检查装置的一示意图；图13为图12的基板内部缺陷检查装置的另一侧示意图；图14为现有缺陷检查方式所取得的裂纹影像照片；图15为本发明所取得的裂纹照片；图16为过度曝光情况的裂纹照片；图17为设有遮光罩后撷取的裂纹照片；图18为本发明的另一实施例撷取的裂纹照片；其中，附图标记基板40抗反射部411下表面42法线431裂纹45异物 47缺陷49光线51半部区域413中间部分85条状区域95第二预定角度
具体实施例方式有关本发明的技术内容及详细说明，配合图式说明如下参阅图4，为本发明的一较佳实施例的示意图。该基板内部缺陷检查装置是对一基板40进行内部缺陷检查。该基板内部缺陷检查装置主要包含一光源50，以及一取像�？� 60。该光源50设在该基板40的其中一侧面43处，并朝该侧面43发射一可对应穿透该基板40的光线51。较佳地，该光源50所发的光线为平行光，即所发的光线具有一致的行进方向，可提高射入基板40的光线的比例。在本实施例中，该基板40为硅片，因此该光源50需配合使用可穿透硅片的红外光源。在其它的应用中，该光源50的选择则不以此为
上表面41 金属电极部412 侧面 43、43，、43” 本体44 异物46 缺陷48 光源50 取像�？�60 遮光罩80 遮光柱90 第一预定角度1限，例如，若基板40为玻璃时，其光源50则需配合选择可见光源。实际应用时，光源50可为卤素灯光源搭配光纤导管与聚光镜，或者是发光二极管阵列或激光二极管阵列搭配聚光镜，以达到较佳的平行光效果。具体来说，如图5所示，本实施例中的基板40以一太阳能电池(solar cell)基板为例，实际实施时则不以此为限。该基板40具有一本体44、一上表面41以及一下表面42， 以及连接该上表面41及下表面42的多个侧面43。该上表面41包含多个交错设置的抗反射部411与金属电极部412，抗反射部411为透光，金属电极部412则不透光，该下表面42 则为一不透光的金属导电部。该多个侧面43大致垂直该上表面41及该下表面42。需特别注意的是，为了有效将基板的内部缺陷与外部缺陷区别出来，如图4所示， 本发明将该光源50的光线51相对该侧面43的入射角度限制在一第一预定角度θ 1内，以使光线51射入基板40后可大致以全反射的方式进行传递。此第一预定角度θ 1是与光线 51的波长、基板40的折射率有关，其可利用惯用的光学知识加以计算得知。除了须将光线51的入射角度限制在上述第一预定角度θ 1内以外，由于基板40 的实际厚度大多小于1mm，并且基板40在相对光源50的位置固定上可能会产生或多或少的偏移，因此，为了不致使光源50所发出的光线无法投射到基板40上，一般所采用的光源50 的直径几乎皆大于基板40的厚度。因此，常会使得部分的光线照射至基板40的上表面41 而产生散射，进而干扰取像�？�60所取得的影像。为了尽可能地避免此散射光影响取像�？�60所取得的影像的对比度，本发明还可将该光线51相对该侧面43的入射角度限制于一第二预定角度θ 2内。第二预定角度θ 2是第一预定角度θ 1较远离该取像�？�60的一个半部(二分之一)。在该第二预定角度θ 2内朝该基板40发射的光线51，不会直接照射至上表面41，而可进入基板40并在基板40内的上表面41或下表面42上进行全反射，且不会向基板40外折射。该取像�？�60可置于基板40的上方或下方，用以撷取该基板40的上表面41的影像。在本实施例中，由于该基板40的上表面41包含透光的抗反射部411以及不透光的金属电极部412，而其下表面42为不透光的金属导电部，因此，需将该取像�？�60设于该基板40的上方，以便检测遇到裂纹45、异物46等内部缺陷产生反射、折射或散射后而由上表面41的抗反射部411所透射出来的光线51。该取像�？�60的型式不限，可为各种形式的相机、摄影机等影像检测器。综和来说，将光线51射向基板40的侧面43时，若其入射角度落在于第二预定角度θ 2内时，光线51可顺利进入基板40内。反之，当光线51入射角度落在第二预定角度 θ 2外时，则仅有小部分光线可进入基板40内，而大部分光线则会穿透基板40而造成亮区， 造成影像信息的混乱而难以判读，并且，此情况当光线51偏离第二预定角度θ 2越大时，进入基板40的光线比例越低。当光线51进入基板40内后，由于光线51绝大部分会以全反射方式在基板40内传导，若基板40内部材质均勻无缺陷，则光线51无法折射出基板40外，可持续向前传导直到能量完全消耗掉或由基板40的另一侧面43射出。若光线51于基板40内传递的过程中，遭遇裂纹45等材质接口或异物46、气泡、内部杂质等材质差异的内部缺陷时，则会使光线51行进路线改变，而产生反射、折射或散射等光线路径的变动，并会于此处邻近的上表面41透射出基板40外形成亮点，便可借由基板40上方的取像�？�60检测到此缺陷的所在位置。图15的照片即为利用本发明所取得的裂纹照片，相较于图14的缺陷检查方式所取得的裂纹影像照片来说，本发明所取得的裂纹影像明显较为清楚。然而，基板40的上表面41的异物47对于光线51在基板40内部的传递几乎没有影响。举例来说，上表面41的异物47可能包含灰尘、塑料微粒、油污、水渍、指痕等。但由于基板40内的光线51传至异物47处时不会穿透异物，因此不会对光线51的传递造成影响，也不会有光线从此处透射出基板40而被取像�？�60所撷�。虼耍谟跋竦呐卸仙喜换嵊牖�40的内部缺陷产生混淆。此外，基板40的上表面41的如酸碱蚀刻的微小表面纹理所造成的光线透射量也很�。∠衲？�60不会检测到此种缺陷，亦不致与基板40的内部缺陷产生混淆。参阅图6A、图6B，由于本发明是采用接口散射原理使内部缺陷形成亮点信号，因此可以以提高光线强度的方式来提高影像的清晰度。图6A是光线强度较低的情况，相对来说，图6B则是光线强度较高的情况，内部缺陷48会在光线强度较高时，可产生宽度较宽的影像信号，如此可用来检测的极小的裂纹等材质接口。如图7所示，为光线强度对影像信号的宽度以及整体影像对比度的曲线图，图中显示裂纹的影像信号宽度会随着光线强度提高而变大，且整体影像的对比度下降有限，如此可有助于影像的判读。如图8所示，为本发明的另一实施例，还可提供多个光源50以便分别由基板40的多个侧面43、43’、43”发射一可穿透该基板40的光线，以进一步增加基板40内的内部缺陷 49的影像亮度及宽度。该多个光源50可为线状，且分别平行该多个侧面43、43’、43”的延伸方向设置。由于内部缺陷49可能具有方向性，如图所示，由于内部缺陷49的延伸方向与侧面43大致垂直，在此情况下，由侧面43入光所产生的内部缺陷影像亮度远不如由邻接的侧面43’入光所产生的内部缺陷影像亮度。如图9所示，由多方向入光时，与内部缺陷49 延伸方向大致垂直的入光，可确实有效提高影像中的内部缺陷的信号宽度。借由从基板40的多个侧面43、43’、43”入光，可叠加多方向所提供的影像光线强度，可消除内部缺陷49的方向性造成的透射光量较小的问题，提高内部缺陷49的亮度，故对于微小裂缝而言，可有效提高影像辨识率，因此可大幅降低取像模块60所需的最大分辨率，除可降低成本外，还可不受市售现有取像�？榈淖畲蠓直媛实南拗�。此外，由于基板40的边缘部分可能因靠近光源50而产生漏光，以致此边缘部分的影像可能会有过度曝光的情况发生，如图16的照片所示，而无法检出内部缺陷。因此，为了更进一步提高取像模块60所撷取的影像质量，如图10所示，本发明还采用一种循环照射方法来对基板40进行照射。多个光源50分别设在该基板40的各该侧面43处，各该光源50可朝各该侧面43 发射一对应穿透该基板40的光线，并且借该取像模块60撷取该基板40的上表面41的影像。此时，依序如图10A、图10B、图10C、图IOD所示，轮流使该多个光源50朝对应的侧面 43发射光线，并在任一光源50朝对应的侧面43发射光线时，以该取像模块60对应撷取靠近另一相反的侧面43的一半部区域413的影像，由于此半部区域413远离受到光源50照射的侧面43，因此，此半部区域413的影像没有过度曝光的问题，并且，最后将所有该多个半部区域413的影像，以影像处理方法，合成为一该上表面41的完整影像，借此，可有效避开过度曝光的问题，又可取得该上表面41的完整影像。或者，针对边缘部分的影像可能会有过度曝光的情况，本发明又提供另一种解决方法。如图11所示，提供一遮光罩80，设置于该取像�？�60与该基板40之间，不限于靠近该取像�？�60或靠近该基板40，可用以遮蔽该基板40的上表面41的边缘部分。借此，挡去边缘部分，仅取的边缘部分所围绕的中间部分85，避免影像可能会有过度曝光的情况发生。在本实施例中，该遮光罩80呈一环状并遮蔽该基板40的上表面41的的所有边缘，实际实施时可视实际情况予以变化，遮蔽该基板40的上表面41的至少一侧的边缘部分。此外，需说明的，光源50的数量不限于图示的四个，一个以上即可。遮光罩80的数量亦不限于一个，可为多个。如图17的照片所示，基板40的裂纹清晰可见。如图12及图13所示，为本发明的另一实施例，相较于上述实施例来说，此实施例还包含一用以承载基板40的承载座70以及二遮光柱90。且本实施例的取像�？�60为线型取像�？�。承载座70包含一底座71以及一设置在底座71上的传动�？�72。位于该基板40上方的取像�？�60，则用以撷取该基板40上的一条状区域95的影像。遮光柱90设置于该光源50与该基板40之间，并分别对应位于该条状区域95的两端。由于条状区域95 内的边缘部分被该遮光柱90阻挡而无法接收到由光源50正向所发出的强度较强的光线， 仅会接收到光源50发出的大角度的斜向光线，因此，条状区域95的边缘部分便不会过度曝光，参见图18的照片所示。需说明的是，本实施例中将二遮光柱90分别设置在该条状区域 95的两端，实际实施时可仅于该条状区域95的一端设置一遮光柱90。搭配该传动�？�72带动该基板40相对该遮光罩90沿图中箭头方向移动，便可使该条状区域95在该基板40的上表面41移动，并使取像�？�60以预定时距断续地撷取该条状区域95的影像，便可将断续取得的影像合成为该基板40的上表面41的完整影像，并且不受边缘部分过度曝光的影响。此外，本实施例可与在线工艺的设备进行整合，以便应用于工艺前、工艺中，或工艺后检测。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种基板内部缺陷检查方法，用以对一基板进行内部缺陷检查，该基板具有一上表面，以及连接该上表面的多个侧面，其特征在于，该基板内部缺陷检查方法包含提供多个光源，分别设在该基板的各该侧面处，各该光源朝各该侧面发射一对应穿透该基板的光线，并使该光线相对该侧面的入射角度限制在一使该光线在该基板内以全反射方式传递的第一预定角度内；以及提供一取像模块，设于该基板的上方，并撷取该基板的上表面的影像，借此，轮流使该多个光源朝对应的侧面发射光线，并在任一光源朝对应的侧面发射光线时，以该取像�？槎杂⑷】拷硪幌喾吹牟嗝娴母蒙媳砻娴陌氩壳蛴跋瘢⒔枚喔霭氩壳蛴跋窈铣晌桓蒙媳砻娴耐暾跋�。
2.根据权利要求1所述的基板内部缺陷检查方法，其特征在于，使该光线为平行光地射入该侧面。
3.根据权利要求1所述的基板内部缺陷检查方法，其特征在于，使该光线相对该侧面的入射角度限制于一第二预定角度内，该第二预定角度是第一预定角度较远离该取像�？榈亩种磺�。
4.一种基板内部缺陷检查装置，用以对一基板进行内部缺陷检查，该基板具有一上表面，以及连接该上表面的多个侧面，其特征在于，该基板内部缺陷检查装置包含至少一光源，设在该基板的其中一侧面处，该光源朝该侧面发射一对应穿透该基板的光线，该光线相对该侧面的入射角度限制在一使该光线在该基板内以全反射方式传递的第一预定角度内；一取像�？椋栌诟没宓纳戏剑靡赃⑷「没宓纳媳砻娴挠跋瘢灰约耙徽诠庹郑柚糜诟萌∠衲？橛敫没逯洌靡哉诒胃没宓纳媳砻娴闹辽僖徊嗟谋咴�。
5.根据权利要求4所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该光线为平行光。
6.根据权利要求4所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该光线相对该侧面的入射角度限制于一第二预定角度内，该第二预定角度是第一预定角度较远离该取像�？榈亩种磺�。
7.根据权利要求4所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该基板内部缺陷检查装置包含多个光源，该多个光源分别由该多个侧面发射一穿透该基板的光线。
8.根据权利要求4所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该多个光源为线状，且分别平行该多个侧面的延伸方向设置。
9.根据权利要求4所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该光源的宽度大于该侧面的宽度。
10.根据权利要求4所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该遮光罩呈一环状并遮蔽该基板的上表面的所有边缘。
11.一种基板内部缺陷检查装置，用以对一基板进行内部缺陷检查，该基板具有一上表面，以及连接该上表面的多个侧面，其特征在于，该基板内部缺陷检查装置包含至少一光源，设在该基板的其中一侧面处，该光源朝该侧面发射一对应穿透该基板的光线，该光线相对该侧面的入射角度限制在一使该光线在该基板内以全反射方式传递的第一预定角度内；一取像�？椋栌诟没宓纳戏剑靡赃⑷「没迳系囊惶踝辞虻挠跋瘢� 一遮光柱，设置于该光源与该基板之间，并对应位于该条状区域的一端；以及一传动模块，用以带动该基板相对该取像�？橐贫垢锰踝辞蛟诟没宓纳媳砻嬉贫允垢萌∠衲？檫⑷「没宓纳媳砻娴耐暾跋�。
12.根据权利要求11所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该光线为平行光。
13.根据权利要求11所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该光线相对该侧面的入射角度限制于一第二预定角度内，该第二预定角度是第一预定角度较远离该取像�？榈亩种�。
14.根据权利要求11所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该多个光源为线状， 且分别平行该多个侧面的延伸方向设置。
15.根据权利要求11所述的基板内部缺陷检查装置，其特征在于，该光源的宽度大于该侧面的宽度。
全文摘要
本发明提供一种基板内部缺陷检查装置及方法，该装置包含至少一光源、一取像�？椋约耙徽诠庹�。光源设在该基板的其中一侧面处，该光源朝该侧面发射一可对应穿透该基板的光线，该光线相对该侧面的入射角度限制在一可使该光线在该基板内可大致以全反射方式传递的第一预定角度内。取像�？樯栌诟没宓纳戏剑靡赃⑷「没宓纳媳砻娴挠跋�。遮光罩，设置于该取像�？橛敫没逯洌靡哉诒胃没宓纳媳砻娴闹辽僖徊嗟谋咴�。借此，若光线于基板内传导时遭遇内部缺陷时，则会缺陷处形成亮点，以借取像�？榧觳獾酱巳毕莸奈恢谩１痉⒚骰固峁┮恢只迥诓咳毕菁觳榉椒ǎ扇肥堤岣吣诓咳毕萁霞训挠跋袂逦�。
文档编号G01N21/88GK102384908SQ20101026890
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月1日 优先权日2010年9月1日
发明者周妍君, 张仁明, 李俞玺, 林哲民, 陈正锴 申请人:台达电子工业股份有限公司
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