專利名稱：遠(yuǎn)心軸上暗場(chǎng)照明所實(shí)施的光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)化使用及性能的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于成像(imaging)光學(xué)組件及相關(guān)聯(lián)的照明系統(tǒng)。尤其關(guān)于改善遠(yuǎn)心 軸上暗場(chǎng)照明的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
存在一類半導(dǎo)體產(chǎn)品，其主要呈平面及鏡面(specular)(扁平且磨光)，成像這類 組件經(jīng)常必要的是(或希望的是)即使是平面鏡狀的微小偏差也以適當(dāng)對(duì)比成像。一種此 類別的產(chǎn)品是半導(dǎo)體晶圓，其可以設(shè)有指示晶圓編號(hào)與制造商的標(biāo)注(indicia)。此類標(biāo)注 是在晶圓表面中的缺陷(defect)，且典型是一矩陣的雷射蝕刻凹點(diǎn)。此類標(biāo)注在本領(lǐng)域中 被稱作“軟標(biāo)記(soft mark)”。對(duì)此類標(biāo)記成像以沿制程的各種步驟讀取碼。在半導(dǎo)體晶圓已經(jīng)單一化(通常由鋸子及/或雷射所切割成為個(gè)別的矩形組件) 之后，檢查小芯片與裂縫的邊緣可能是必要或希望的，其可能隨著時(shí)間而增長(zhǎng)且引起過(guò)早 的組件失效。此類檢查過(guò)程是自動(dòng)化的且該過(guò)程使用電子式成像相機(jī)及結(jié)合數(shù)字電子計(jì)算 機(jī)，對(duì)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)以進(jìn)行必要的檢查、測(cè)量與識(shí)別。概括而言，暗場(chǎng)照明是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的一種技術(shù)且特別有用于檢查在鏡狀 物體上的缺陷。暗場(chǎng)照明的定義取決于照明源的性質(zhì)、相對(duì)于物體與觀察者(或相機(jī))照 明源的位置以及所照明的物體的性質(zhì)。為了符合暗場(chǎng)照明的定義，必要的是沿著未進(jìn)入觀 察者或相機(jī)之光學(xué)孔徑的一個(gè)或多個(gè)方向反射入射在物體上的大多數(shù)的照明。暗場(chǎng)照明可 與亮場(chǎng)照明相比較，在亮場(chǎng)照明中，大多數(shù)光線是直接反射至相機(jī)。暗場(chǎng)照明可通過(guò)放置一光源而獲得，使光源以對(duì)于該相機(jī)與物體之間的直線的一 個(gè)角度而指向物體。此角度是選擇為大于該物體將擴(kuò)散光線的角度。若物體具有通常的擴(kuò) 散反射性質(zhì)，則該角度選擇為大于物體將通過(guò)擴(kuò)散反射來(lái)分布入射照明的角度的一半。若 物體是鏡狀(例如若物體是以小的角度、或以極低的效率、或是以以上二者而擴(kuò)散入射照 明)，則該角度可選擇為非常小的角?？赡芟Ｍ拐彰髟磳?duì)稱。在該情況，可以環(huán)狀形狀制造照明源且放置為與光軸同 軸，或可在環(huán)狀形狀中配置多個(gè)照明源。此環(huán)的直徑與此環(huán)到物體的鄰近性決定該照明入 射于物體的角度的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將此類光源稱作環(huán)光源，且以種種方式構(gòu)成為“高 角度”或“低角度”。在成像某些物體中，希望強(qiáng)調(diào)表面中的極微小的特征，該表面是另外的完全的平 面及鏡狀。此類包括軟標(biāo)記與單一化的組件的邊緣。為此，必須使得照明源盡可能接近同 軸于成像系統(tǒng)而并未致使照明源直接反射至成像系統(tǒng)(例如選擇一窄角度)。如目前所公知的，為達(dá)成此目的的一種有效方式是借助于擋板(baffle)且在照明源、物體、擋板、與 成像系統(tǒng)之間提供特別對(duì)準(zhǔn)。在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)與晶圓識(shí)別(ID，identification)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者(例如 系統(tǒng)工程師)通常作出若干個(gè)設(shè)計(jì)折衷方案。舉例而言，如果將透鏡孔徑(aperture)做大， 系統(tǒng)的限制分辨率系將通常為較高且系統(tǒng)將較為有效率。較有效率的系統(tǒng)要求來(lái)自影像傳 感器的較少的靈敏度或增益，且系統(tǒng)要求來(lái)自照明系統(tǒng)的較少的光線。若照明系統(tǒng)要求較 少光線，較小的要求加諸于電源供應(yīng)系統(tǒng)且較少的熱量耗散。散熱系通常為獲得緊密封裝 的設(shè)計(jì)目標(biāo)的主要障礙。反之，若將系統(tǒng)孔徑做小，系統(tǒng)的限制分辨率降低，一些像差可減小，焦點(diǎn)深度增 大，極重大的要求是影像傳感器的靈敏度及/或增益，且該極重大的要求是加諸于照明系 統(tǒng)以提供實(shí)質(zhì)較多的光線。照明系統(tǒng)上要求將要求加諸于電源供應(yīng)系統(tǒng)，且因而加劇緊密 封裝內(nèi)的散熱問(wèn)題。迄今，包括由美國(guó)俄勒岡州波特蘭市Electro Scientific Industries公司(此 件專利申請(qǐng)案的受讓人)與業(yè)界(例如美國(guó)麻薩諸塞州Natick的Cognex公司與日本東京 的Kowa有限公司)的其它公司制造的前幾代產(chǎn)品(例如=ScribeViewTM型號(hào)1至5P)的商 用晶圓ID讀取系統(tǒng)，已經(jīng)運(yùn)用其具有約為士 1毫米或較小的工作距離范圍(在物體空間的 焦點(diǎn)深度)的光學(xué)系統(tǒng)。雖然該種系統(tǒng)可以運(yùn)作，但其需要用戶調(diào)整該透鏡的焦點(diǎn)位置和 /或調(diào)整晶圓ID讀取器的位置以考慮對(duì)于工作距離的更微小的變化。工作距離可以改變， 例如，若物體的厚度改變，或若在將晶圓送至晶圓ID讀取系統(tǒng)的機(jī)械手臂系統(tǒng)存在不精確 性。更可取地，若固定架構(gòu)的晶圓ID系統(tǒng)的工作距離范圍超過(guò)約為士 1毫米。若此范 圍可通過(guò)數(shù)量的等級(jí)延伸，系統(tǒng)的聚焦及設(shè)定相比較于已有系統(tǒng)而將為繁瑣。例如，目前的 系統(tǒng)通常需要該系統(tǒng)根據(jù)反復(fù)運(yùn)作程序安裝及聚焦于一供電狀態(tài)，，其中，可以電子式監(jiān)視 影像且用戶可以在監(jiān)視電子式呈現(xiàn)影像時(shí)改變焦點(diǎn)調(diào)整或位置。用戶通常作調(diào)整而直到得 到滿意影像。若工作距離范圍可延伸至約為士 1毫米，當(dāng)晶圓ID系統(tǒng)為未供電狀態(tài)時(shí)可以 使用簡(jiǎn)單規(guī)尺以確定適當(dāng)?shù)墓ぷ骶嚯x來(lái)安裝晶圓。另外，關(guān)于已有的系統(tǒng)，致使工作距離約為士 1毫米的改變的制程變化通常需要 用戶介入以調(diào)整制程來(lái)重新達(dá)成先前的工作距離或是調(diào)整晶圓ID系統(tǒng)的焦點(diǎn)，例如，通過(guò) 轉(zhuǎn)動(dòng)透鏡焦點(diǎn)筒或轉(zhuǎn)動(dòng)焦點(diǎn)調(diào)整螺絲。更可取地，若造成工作距離改變?yōu)閮H數(shù)毫米的微小 制程變化系可由晶圓ID系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)而無(wú)需用戶介入。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本文揭示的實(shí)施例提出一種用于對(duì)如半導(dǎo)體晶圓的平面鏡狀 物體成像的系統(tǒng)及方法。在一個(gè)實(shí)施例中，用于對(duì)平面鏡狀物體的缺陷成像的一種成像 系統(tǒng)包括遠(yuǎn)心透鏡，其具有充分非球面表面，使該遠(yuǎn)心透鏡充分地修正光學(xué)像差；遠(yuǎn)心光 圈，其包括孔徑，以阻斷自該平面鏡狀物體所反射的光線而允許自該缺陷所反射的光線通 過(guò)該孔徑；及透鏡群組，其具有定位于該遠(yuǎn)心光圈與該透鏡群組之間的系統(tǒng)光圈，該透鏡群 組無(wú)關(guān)于遠(yuǎn)心透鏡而充分地修正光學(xué)像差。在一個(gè)實(shí)施例中，一種遠(yuǎn)心軸上暗場(chǎng)(TOAD，telecentricon-axis darkfield)照明(lighting)裝置系包括第一圓形數(shù)組的照明源，其關(guān)于中心點(diǎn)徑向配置，第一圓形數(shù) 組位于自該中心點(diǎn)的第一半徑；及第二圓形數(shù)組的照明源，其關(guān)于該中心點(diǎn)切向配置，第二 圓形數(shù)組位于自該中心點(diǎn)的第二半徑。在一個(gè)實(shí)施例中，第二半徑大于第一半徑。在一個(gè)實(shí)施例中，提出一種用于對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)心軸上暗場(chǎng)(TOAD)照明裝置與實(shí)質(zhì)鏡狀 表面的方法。TOAD照明裝置具有多個(gè)同心照明數(shù)組，該方法包括在第一方向，調(diào)整在該 TOAD照明裝置與物體平面之間的入射角度，直到將強(qiáng)亮度區(qū)域從該鏡狀表面的影像的第一 側(cè)實(shí)質(zhì)地移除；記錄該調(diào)整的入射角度作為第一測(cè)量；在相比較于第一方向的相反方向， 調(diào)整在該TOAD照明裝置與物體平面之間的入射角度，直到強(qiáng)亮度區(qū)域從該鏡狀表面的影 像的第二側(cè)實(shí)質(zhì)地移除；記錄該重新調(diào)整的入射角度作為第二測(cè)量；及確定針對(duì)第一方向 的對(duì)準(zhǔn)的入射角度作為在第一測(cè)量與第二測(cè)量之間的近似差。在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于成像半導(dǎo)體晶圓的成像系統(tǒng)系包括用于照明晶圓的 部件；用于提供晶圓影像至感測(cè)部件的部件，工作距離是由介于該晶圓與用于提供影像至 感測(cè)機(jī)構(gòu)的部件之間的距離所定義；及用于當(dāng)工作距離改變于約士 10毫米的范圍時(shí)維持 影像焦點(diǎn)的部件。另外的層面與優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)參照附圖所進(jìn)行的以下詳細(xì)說(shuō)明而顯明。


圖IA是一種用于成像平面物體的光學(xué)成像系統(tǒng)的部分繪制、部分截面圖。圖IB是在圖IA所顯示的光學(xué)成像系統(tǒng)可運(yùn)用的一種現(xiàn)有技術(shù)照明源的平面圖。圖2是一種包括多個(gè)照明源210的慣用環(huán)狀照明數(shù)組的示意圖。圖3是于圖2所顯示的環(huán)狀照明數(shù)組與三個(gè)其它環(huán)狀照明數(shù)組為同心定位的慣用 配置的示意圖。圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例所配置的多個(gè)同心定位的照明數(shù)組的示意圖。圖5是流程圖，其說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的一種用于配置高密度照明數(shù)組的方法。圖6是流程圖，其說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的一種用于對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)心軸上暗場(chǎng)(TOAD)照明 數(shù)組的方法。圖7A與7B是說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的讀取單元所捕捉的鏡的相片。光學(xué)成像系統(tǒng)(讀取單元)100
平面(鏡狀)物體102
后方透鏡群組108
入射瞳孔109
遠(yuǎn)心(場(chǎng))透鏡110
光軸111
影像113
相機(jī)114
遠(yuǎn)心光圈116
中央孔徑117
光源(照明源)118
內(nèi)層(圓形)群組119A
外層(圓形)群組119B
發(fā)光二極管(LED)120
印刷電路板121
孔徑121A
影像形成光線122、124,126
光線128、130
工作距離132
外殼134
照明數(shù)組200
照明源(照明組件)210
照明數(shù)組 310、312、314
照明數(shù)組410、412、414、416
共同中心418
圖5的方法500
方法500的步驟510 558
圖6的方法600
方法600的步驟610 636
亮度區(qū)域710
箭頭(調(diào)整方向)712、716、722
影像714、718、720、
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具體實(shí)施例方式系統(tǒng)及方法提供以照明及形成主要為平面鏡狀的表面的影像，使成像的表面的平 面性與鏡狀性的偏差復(fù)制具有加強(qiáng)的對(duì)比。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供增大的工作距離范圍以 考慮為成像的表面的變化及/或在該表面與一識(shí)別(ID)系統(tǒng)之間的距離變化。此外，或是在另一個(gè)實(shí)施例中，同心圓形數(shù)組的照明源配置用于增大的照明而未 增大個(gè)別數(shù)組的直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，一種方法提出以對(duì)準(zhǔn)同心的照明數(shù)組與將成像的 一表面，由此降低入射角度。此外，或是在其它實(shí)施例中，一種系統(tǒng)包括其為獨(dú)立適當(dāng)修正 干擾的前方透鏡與后方透鏡群組，使系統(tǒng)的放大率可改變而無(wú)須改變?cè)撉胺酵哥R與后方透 鏡群組。本文揭示的實(shí)施例利用一種遠(yuǎn)心透鏡以對(duì)稱同軸窄角度暗場(chǎng)照明而照明物體。此 照明技術(shù)特別適用以強(qiáng)調(diào)于平面鏡狀物體的微小特征或缺陷。該種物體的特定實(shí)例包括 硅晶圓。該等缺陷可包括于硅晶圓的軟標(biāo)記符號(hào)及/或于芯片規(guī)模組件的邊緣不規(guī)則性。光源提供環(huán)形錐狀光線為朝向遠(yuǎn)心透鏡。遠(yuǎn)心透鏡重新指引光線為朝向?qū)嵸|(zhì)平面 且鏡狀的物體，使光線為平行及垂直于物體。平面鏡狀物體的性質(zhì)是欲重新指引光線于其 互補(bǔ)于入射角度的角度。因此，于此情形，光線反射為垂直于物體的表面。于反射時(shí)，光線 在本文稱為“影像射線(image ray)”。影像射線是向后反射自實(shí)質(zhì)平面鏡狀物體且逆向轉(zhuǎn) 變透過(guò)遠(yuǎn)心透鏡至其為發(fā)起的點(diǎn)。該種系統(tǒng)設(shè)有遠(yuǎn)心光圈，其具有符合于光源的中央孔徑，使實(shí)質(zhì)為無(wú)光線通過(guò)至
6相機(jī)。然而，若存在缺陷于鏡狀表面，光線將受干擾，且光線的一部分將可能通過(guò)遠(yuǎn)心光圈 的孔徑至相機(jī)。圖式將作參考，其中，相同的參考符號(hào)指相同的組件。為了明確，參考符號(hào)的第一 個(gè)數(shù)字指示該對(duì)應(yīng)組件為首先運(yùn)用其的圖式編號(hào)。通過(guò)以下說(shuō)明，諸多特定細(xì)節(jié)提供針對(duì) 于本文所述的實(shí)施例的徹底了解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人遠(yuǎn)將明白的是該等實(shí)施例可無(wú)需 特定細(xì)節(jié)的一或多個(gè)而實(shí)行，或是藉由其它方法、構(gòu)件或材料。再者，在一些情形，眾所周知 的結(jié)構(gòu)、材料、或操作未詳細(xì)顯示或描述，由此避免混淆這類實(shí)施例的多個(gè)層面。此外，所述 的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、或特征可以任何適合方式而組合于一或多個(gè)實(shí)施例。一種晶圓ID系統(tǒng)描述于美國(guó)專利第6，870，949號(hào)(下文稱為“第’949號(hào)專利”)。 論述于本文的某些實(shí)施例系修改第’ 949號(hào)專利以納入另外特征以大為擴(kuò)大(例如約為 十倍)針對(duì)于一固定架構(gòu)的工作距離范圍而無(wú)需實(shí)際或光學(xué)調(diào)整，且簡(jiǎn)化改變系統(tǒng)的放大 率。針對(duì)于論述目的，第’ 949號(hào)專利的圖3與5分別顯示及論述為于本文的圖IA與1B。圖IA是一種用于成像一平面物體102的光學(xué)成像系統(tǒng)100的部分繪制、部分截 面圖。舉例而言，平面物體102可包含其本質(zhì)為鏡狀的一硅晶圓。硅晶圓通常為包括諸如 軟標(biāo)記(未顯示)的缺陷。如為于此技術(shù)領(lǐng)域所公知，一軟標(biāo)記由一集合的雷射蝕刻凹點(diǎn) (pit)所作成且提供關(guān)于蝕刻于其的特定硅晶圓的信息。硅晶圓亦通常包括復(fù)數(shù)個(gè)半導(dǎo)體 組件。盡管本揭示內(nèi)容是依據(jù)檢查硅晶圓而描述，且尤其是成像軟標(biāo)記，了解的是本揭示 內(nèi)容對(duì)于成像其它平面物體為具有相同的應(yīng)用性。舉例而言，當(dāng)半導(dǎo)體組件系單獨(dú)化，其可 為根據(jù)本文揭示的某些實(shí)施例以檢查邊緣缺陷。在圖IA所示的光學(xué)成像系統(tǒng)100包括一對(duì)的透鏡群組(本文稱為一后方群組 108)與一遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110。針對(duì)于后方透鏡群組108與遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110的適當(dāng)透鏡的一 個(gè)來(lái)源是美國(guó)紐澤西州Barrington的Edmund光學(xué)公司。后方透鏡群組108與遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡 110是共同操作以將諸如一軟標(biāo)記的缺陷的一影像113為指向至一相機(jī)114，如將更為詳述 于后。相機(jī)114較佳為一數(shù)字相機(jī)，其包括一電荷耦合組件(CCD)或一互補(bǔ)金屬氧化物半 導(dǎo)體(CMOS)型式的傳感器。后方透鏡群組108由一集合的修正式物鏡所定義且包括一入射瞳孔109。后方透 鏡群組108較佳為低失真且具有充分解析倍率以互補(bǔ)該相機(jī)114。了解的是后方透鏡群 組108可取決于何種型式的相機(jī)114為運(yùn)用而不同。如下所論，于本文揭示的一個(gè)實(shí)施例， 后方透鏡群組108與遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110是各者為獨(dú)立適當(dāng)修正其像差，從而使任一者可更換 而未影響另一者的效能。了解的是遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110運(yùn)作為一遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡以提供物體的成像為遠(yuǎn)心沿著物 體102的平面。換言之，光線隨著其退出遠(yuǎn)心透鏡110而平行于彼此，且較佳為垂直于物體 102的平面。當(dāng)由一光源118所照明，了解的是遠(yuǎn)心透鏡110與透鏡群組108運(yùn)作以形成 影像113于相機(jī)114。遠(yuǎn)心透鏡110具有若干個(gè)定義特性，其包括一軸111與一遠(yuǎn)心孔徑或 焦點(diǎn)。如于圖IA所示，遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110的焦點(diǎn)符合于后方透鏡群組108的入射瞳孔109。 軸111定義針對(duì)于系統(tǒng)100的光軸，俾使后方透鏡108與相機(jī)114類似定位為沿著軸111。光源118定位以提供其為同軸于遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110的軸111的窄角度照明。圖IA 說(shuō)明其實(shí)際沿著軸111的光源118的一個(gè)定位。然而，如于第’ 949號(hào)專利所揭示，了解的 是光源118可為以一種光學(xué)等效方式而實(shí)際定位為遠(yuǎn)離軸111。舉例而言，第’ 949號(hào)專利的圖6說(shuō)明光源118的一個(gè)不同位置，其為光學(xué)等效于本文的圖IA所示的實(shí)施例。光學(xué) 等效是運(yùn)用其定位為沿著遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110的軸111的一部分反射鏡或分光鏡(未顯示)而 達(dá)成。分光鏡是允許光源118以定位為垂直于遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110的軸111。一遠(yuǎn)心光圈116是定位于后方透鏡群組108與遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110之間。遠(yuǎn)心光圈 116是置中于遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110的軸111。遠(yuǎn)心光圈116是較佳為置放鄰近于后方透鏡群組 108的入射瞳孔109。遠(yuǎn)心光圈116是較佳為其包括一中央孔徑117的一實(shí)際光圈?？讖?117亦為定位鄰近于遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110的焦點(diǎn)。圖IB是于圖IA所顯示的光學(xué)成像系統(tǒng)可運(yùn)用的一種照明源118的平面圖。于圖 IB所示的照明源包含其利用安裝至一印刷電路板121的復(fù)數(shù)個(gè)發(fā)光二極管(LED) 120的一 環(huán)狀光源。了解的是于一個(gè)實(shí)施例，印刷電路板121可作用為遠(yuǎn)心光圈116。印刷電路板 121包括一孔徑121A，其至少為如同遠(yuǎn)心光圈116的孔徑117 —樣大。倘若一可變光圈(iris diaphragm)孔徑運(yùn)用為連同于遠(yuǎn)心光圈116，孔徑121A至 少為如同可用的最大孔徑設(shè)定一樣大。如圖所示，LED 120是組織為一內(nèi)層圓形群組119A 與一外層圓形群組119B。了解的是內(nèi)層群組119A與外層群組119B提供物體102的稍微 不同的窄角度照明。內(nèi)層群組119A與外層群組119B可同時(shí)或交替照明，視物體102的質(zhì) 量而定。了解的是外加圓形群組的LED 120可設(shè)置。光學(xué)成像系統(tǒng)100對(duì)于某型式的缺陷的靈敏度主要為由遠(yuǎn)心透鏡110與光源118 的直徑之間的焦比而決定。此靈敏度可調(diào)整，例如選擇于光源118的內(nèi)層群組119A與外層 群組119B的不同直徑之間。替代而言，此靈敏度可由選擇性調(diào)整遠(yuǎn)心光圈116的孔徑117 的直徑而調(diào)整?？讖?17可透過(guò)一可變光圈的運(yùn)用而調(diào)整，以提供針對(duì)于系統(tǒng)100的一可 調(diào)整的焦比。于操作中，光源118致使光線128、130以投射朝向遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110，從而使光線 128、130聚焦為鄰近于物體102且為實(shí)質(zhì)平行于彼此。了解的是光線128、130投射為環(huán)狀 錐，隨著其通過(guò)遠(yuǎn)心透鏡110而成為平行。光線128、130自物體102而反射作為影像形成 光線122、124、126。倘若光線128、130反射自物體102的一鏡狀部分，影像形成光線122、 126將撞擊于遠(yuǎn)心光圈116而未進(jìn)入后方透鏡群組108。尤其，影像形成光線122、126向后 反射自一實(shí)質(zhì)平面鏡狀表面以產(chǎn)生環(huán)狀的照明錐，返回至其原點(diǎn)而作為一鏡像。然而，當(dāng)一 部分的光線128、130反射自一缺陷，影像形成光線124通過(guò)遠(yuǎn)心光圈116的孔徑117，于其， 光線124由后方透鏡群組108所聚焦且形成一影像113于相機(jī)114。若為期望，光學(xué)成像系統(tǒng)100允許于光軸111與窄角度暗場(chǎng)照明之間的角度作調(diào) 整為任意小到成為亮場(chǎng)照明的程度。再者，系統(tǒng)100的靈敏度可藉由選擇不同直徑的照明 或藉由調(diào)整遠(yuǎn)心光圈116的孔徑117而調(diào)整。再者，相機(jī)114的全視場(chǎng)可運(yùn)用，且該系統(tǒng) 100提供于整個(gè)視場(chǎng)的完全圓形對(duì)稱。A.增大焦點(diǎn)的深度如上所論，本文揭示的實(shí)施例擴(kuò)大針對(duì)于光學(xué)成像系統(tǒng)100的一固定架構(gòu)的工作 距離范圍而無(wú)需實(shí)際或光學(xué)調(diào)整。概括而言，一相機(jī)系統(tǒng)于影像平面的散焦程度可描述為 下式 其中，φ是散焦，A是孔徑的線性尺寸，λ是光線的波長(zhǎng)，f是透鏡的焦距，且s是 分別為自透鏡至物體平面的距離(SO)與至影像平面的距離(Si)，如由下標(biāo)所指示。群組其針對(duì)于系統(tǒng)為固定的變量至常數(shù)χ與y簡(jiǎn)化此式為 誠(chéng)然，支配因素是孔徑的尺寸以及于SO的偏差。注意，針對(duì)于焦點(diǎn)的一系統(tǒng)，y = 1/so，且Φ是成為零。上式是將該孔徑與工作距離偏差為相關(guān)至于影像平面的一散焦。此 是可相關(guān)至于物體平面的一散焦ω，藉由相乘以系統(tǒng)放大率m的平方者 針對(duì)于一給定的視場(chǎng)，系統(tǒng)放大率m是由傳感器的尺寸(通常也稱為規(guī)格)所決 定。傳感器為愈小，系統(tǒng)放大率m為愈小，且針對(duì)于工作距離的一給定變化的散焦參數(shù)為愈 小?！獋€(gè)解決方式是選擇一極小的孔徑(使得A2為一極小的數(shù)目)與一極小的成像 器(使得m2為一極小的數(shù)目)，藉以使得乘積A2m2為最小且使得針對(duì)于物體距離的給定變 化的散焦為最小。然而，系統(tǒng)的倍率效率相關(guān)于孔徑。于一簡(jiǎn)化形式，光學(xué)系統(tǒng)于聚焦其照 明物體的部分輻射能量的效率T可相關(guān)其為入射于聚焦平面的成像傳感器的輻射能量至 孔徑的線性尺寸平方，例如T A2。因此，任意降低A以增大焦點(diǎn)的深度(且因此為工作距離的范圍)使得光學(xué)系統(tǒng) 傳輸光學(xué)倍率的效率為減小至影像將為過(guò)暗而無(wú)法自其恢復(fù)有用信息的程度。圖IA是說(shuō)明于平面物體102的頂表面與遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110的前表面之間的一工作 距離132。本領(lǐng)域技術(shù)人員將自本文揭示內(nèi)容所知悉的是舉例而言，工作距離132可替代 定義為于平面物體102的頂表面與光學(xué)成像系統(tǒng)100的一外殼134底部之間的一距離。于 光學(xué)成像系統(tǒng)100的物體空間的焦點(diǎn)深度是該工作距離132可改變以使得影像113仍然為 于針對(duì)相機(jī)114的實(shí)質(zhì)焦點(diǎn)的距離范圍(例如工作距離范圍)。較大的工作距離范圍允許于平面物體102或于連續(xù)平面物體之間的厚度變化而 無(wú)需重新聚焦光學(xué)成像系統(tǒng)。再者，較大的工作距離范圍允許用戶估計(jì)(例如藉由簡(jiǎn)單規(guī) 尺測(cè)量或藉由肉眼)一適當(dāng)工作距離132以維持實(shí)質(zhì)焦點(diǎn)。于本文揭示的一個(gè)實(shí)施例，工作距離范圍約為士 10毫米。根據(jù)該個(gè)實(shí)施例，相機(jī) 114的成像表面選擇為相當(dāng)小，藉以減小系統(tǒng)放大率m。于一個(gè)實(shí)施例，成像表面的長(zhǎng)度與 寬度是各自選擇為于約2. 5毫米與約5. 5毫米之間的一范圍。于一個(gè)實(shí)例實(shí)施例，成像表 面是長(zhǎng)為約4. 51毫米且寬為約2. 88毫米。作為比較，一種標(biāo)準(zhǔn)的成像器(例如可購(gòu)自美 國(guó)俄勒岡州波特蘭市ElectroScientific Industries公司的ScribeRead 5P成像系統(tǒng)的 成像器)是長(zhǎng)為約6. 4毫米且寬為約4. 8毫米。
此外，相機(jī)114是選擇以具有相當(dāng)高的靈敏度。因此，降低系統(tǒng)效率T的影響是 減小或最小化。適用作為相機(jī)114的該種傳感器是由例如Micron所制造且相對(duì)于更為常 用的CXD成像器而運(yùn)用CMOS。于一個(gè)實(shí)例實(shí)施例，相機(jī)114包括自美國(guó)愛(ài)達(dá)荷州Boise的 Micron Imaging公司的型號(hào)MT9V022，且具有于一波長(zhǎng)為約550毫微米(nm)的一靈敏度為 約2.0V/lux-sec。在此，V是伏特，lux-sec是一強(qiáng)度-時(shí)間乘積。本領(lǐng)域技術(shù)人員將知悉 的是綠光是具有一波長(zhǎng)為約550毫微米且靈敏度是可為有些低于其它可見(jiàn)光的波長(zhǎng)。欲達(dá)成約為士 10毫米的工作距離范圍，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，照明源118是構(gòu)成以提 供大量的光線。LED 120是選擇以提供極高的亮度。于一個(gè)實(shí)施例，LED 120包括自美國(guó) 伊利諾伊州Palatin的Lumex公司的型號(hào)SML-LX0402SIC且于約為20毫安而具有約為 140mcd(毫燭光)的亮度。于一個(gè)實(shí)施例，LED 120藉由透鏡以捕捉及運(yùn)用盡可能多的能 量。此外，或是于另一個(gè)實(shí)施例，LED 120是脈沖具有一極高的電流以達(dá)成高亮度階層。用 于達(dá)成高亮度的照明的技術(shù)描述于后。于一個(gè)實(shí)施例，如上所論，選擇針對(duì)于相機(jī)114的一小的成像表面、選擇相機(jī)114 以具有一高靈敏度、及選擇極高亮度的LED 120提供一光學(xué)系統(tǒng)為具有一焦比f(wàn)/12(相較 于通常的f/5. 8)、及一小的系統(tǒng)放大率為約0. 14x。注意，一 f/12系統(tǒng)是相較于f/5. 8系 統(tǒng)者而通過(guò)小于四分之一的能量，需要的是光學(xué)成像系統(tǒng)100的平衡是更為大倍數(shù)及/或 更為有效率四倍。B.配置照明封裝作為一種暗場(chǎng)照明方法的遠(yuǎn)心軸上暗場(chǎng)(TOAD)照明是一種相當(dāng)效率低的照明方 法，因?yàn)槠浞瓷潆x開(kāi)物體102的光線的一小百分比系捕捉，相較于其傳送以照明物體102的 光線的量。因此，大量的光線需要為傳送至物體102以補(bǔ)償其固有于暗場(chǎng)照明方法的損失。于機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)所加諸的尺寸限制大為減少其可用于暗場(chǎng)照明源的空間 的量。小的照明源封裝、以及光源的高密度配置將為有利。如于圖IB所示，描述于第’ 949 號(hào)專利的TOAD照明方案運(yùn)用一種照明數(shù)組(內(nèi)層群組119A、外層群組119B、或二者)。隨 著自數(shù)組的中央至數(shù)組的邊緣的距離減小，察覺(jué)軟與超軟的水印(water mark)的能力提 高。因此，使得此距離為盡可能小是有利。再者，隨著距離減小，由照明源118所運(yùn)用的空 間顯著減小。設(shè)置多個(gè)照明數(shù)組于多個(gè)中央至邊緣的距離也為有益，且提供不同方式的物體照 明以及不同程度的超軟、軟、與硬的水印偵測(cè)。針對(duì)于此，多個(gè)照明數(shù)組是有幫助。然而，如 下文所論，多個(gè)照明數(shù)組導(dǎo)致封裝問(wèn)題。封裝問(wèn)題是解決，根據(jù)本文所揭示的一個(gè)實(shí)施例， 藉由運(yùn)用小的個(gè)別照明源以及配置該等照明源至其中的照明源密度(以及數(shù)組密度)為增 大或最大化的數(shù)組。圖2是一種包括復(fù)數(shù)個(gè)照明源210(圖示為十二個(gè))的常用環(huán)狀照明數(shù)組200的示 意圖。于此實(shí)例的照明源210是矩形且可包含例如LED。照明源210是切向配置于一餅圖 案。本領(lǐng)域技術(shù)人員將知悉的是環(huán)狀照明數(shù)組200的配置可藉由加入或移除照明源210、 以及藉由增大或減小環(huán)狀照明數(shù)組200的半徑而改變。舉例而言，欲減小環(huán)狀照明數(shù)組200 的半徑，一或多個(gè)照明組件210將移除。其余的照明組件210重新配置，藉以具有于一餅圖 案的實(shí)質(zhì)相等的端對(duì)端間距。將一或多個(gè)照明源210移除以減小半徑降低該數(shù)組200的亮 度階層。
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環(huán)狀照明數(shù)組200可與其它數(shù)組為同心定位。舉例而言，圖3是于圖2所示的環(huán) 狀照明數(shù)組200與三個(gè)其它環(huán)狀照明數(shù)組310、312、314為同心定位的常用配置的示意圖。 各個(gè)環(huán)狀照明數(shù)組310、200、312、314具有一不同的半徑與一不同數(shù)目的切向配置的照明 源210。維持于個(gè)別的數(shù)組310、200、312、314之間的亮度階層可為合意，雖然非為必要。因 為R平方損失，當(dāng)為可能時(shí)，于各個(gè)數(shù)組310、200、312、314的照明源210的數(shù)目自前一個(gè)內(nèi) 層數(shù)組而增大。于此實(shí)例，環(huán)狀照明數(shù)組310、200、312、314分別包括七個(gè)、十二個(gè)、十六個(gè) 與二十個(gè)照明源210。如于圖3所示，于常用的照明源布局下，各個(gè)數(shù)組以類似方式而定向(例如切向 環(huán)繞于一共同中心點(diǎn))。然而，于本文揭示的一個(gè)實(shí)施例，常用配置是藉由增大于各個(gè)數(shù)組 的照明源的數(shù)目而改良。圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例所配置的復(fù)數(shù)個(gè)同心定位的照明數(shù)組410、 412、414、416的示意圖。各個(gè)照明數(shù)組410、412、414、416是具有復(fù)數(shù)個(gè)照明源210，其配置 為繞于一共同中心418的一餅圖案。在圖3與4所示的配置之間的一比較是揭露其運(yùn)用于數(shù)組410、414、416的照明源 210的數(shù)目的顯著增大。因此，相較于數(shù)組310、312、314所提供者，數(shù)組410、414、416分別 提供于發(fā)光的量的顯著增大。于圖4所示的最內(nèi)層的照明數(shù)組410包括其徑向配置于一餅圖案的十二個(gè)照明源 210。自共同中心418至于數(shù)組410的照明源210的一近似中心的半徑大約等于圖3所示 的最內(nèi)層數(shù)組310的半徑。然而，相較于數(shù)組410的十二個(gè)照明源210，于圖3所示的最內(nèi) 層數(shù)組310具有七個(gè)照明源210。于圖4所示的次一個(gè)最內(nèi)層的數(shù)組412包括其切向配置于一餅圖案的十二個(gè)照明 源210。于數(shù)組412的照明源210的半徑與數(shù)目是實(shí)質(zhì)為相同于圖3所示的數(shù)組200的照 明源210的半徑與數(shù)目。于圖4所示的次一個(gè)最內(nèi)層的數(shù)組414包括其徑向配置于一餅圖案的二十四個(gè)照 明源210。自共同中心418至于數(shù)組414的照明源210的一近似中心的半徑大約等于圖3 所示的數(shù)組312的半徑。然而，相較于數(shù)組414的二十四個(gè)照明源210，于圖3所示的數(shù)組 312具有十六個(gè)照明源210。于圖4所示的最外層的數(shù)組416包括其配置于一餅圖案的二十四個(gè)照明源210。 欲達(dá)成于數(shù)組416的照明源210的末端之間的期望分離，照明源210偏移自一種切向架構(gòu)。 于另一個(gè)實(shí)施例，欲達(dá)成期望分離，一或多個(gè)照明源210移除自數(shù)組416且其余的照明源 210配置于一實(shí)質(zhì)切向架構(gòu)。如于圖4所示，自共同中心418至最外層數(shù)組416的照明源 210的一近似中心的半徑大約等于圖3所示的最外層數(shù)組314的半徑。然而，相較于數(shù)組 414的二十四個(gè)照明源210，于圖3所示的數(shù)組314具有二十個(gè)照明源210。圖5是流程圖，其說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的一種用于配置高密度照明數(shù)組的方法 500。舉例而言，方法500可運(yùn)用以布局于圖4所示意顯示的照明數(shù)組410、412、414、416的 配置。于一步驟510，方法500包括選擇任意的四倍數(shù)個(gè)照明源作為運(yùn)用于一最內(nèi)層照明 數(shù)組的一總數(shù)的照明源。本領(lǐng)域技術(shù)人員由本文揭示內(nèi)容所將知悉的是初始選擇四倍數(shù) 個(gè)照明源可為任意或可選取為針對(duì)于電路理由(例如欲達(dá)成平衡驅(qū)動(dòng)器)。然而，任何數(shù) 目的照明源可初始選擇。于一步驟512，方法500包括以一徑向方式而定向所選擇的照明源在其等于用于一光學(xué)成像系統(tǒng)(例如上述關(guān)于圖1的光學(xué)成像系統(tǒng)100)的光學(xué)組件所期望或需要的半 徑加上照明組件的最長(zhǎng)封裝尺寸(例如于圖4所示的照明源210的長(zhǎng)度)的一半徑。于一步驟514，方法500查詢照明源是否為干擾彼此。若照明源的實(shí)際布局是使其 并未碰觸彼此或其具有一期望間距，方法500通過(guò)一否(no)路徑516至一步驟518，于其， 方法500增加該四倍數(shù)個(gè)照明源為一整個(gè)整數(shù)。該種方法接著返回至步驟512，隨后為步驟 514。若照明源為干擾彼此，方法500自步驟514透過(guò)一是(yes)路徑520而進(jìn)行至一步驟 522，于其，方法500查詢先前迭代(iteration)數(shù)目的照明源是否在目前數(shù)目的照明源干 擾之前而為干擾。若先前迭代為干擾，方法500通過(guò)一是路徑524至一步驟526，于其，該四倍數(shù)個(gè)照 明源減少為一整個(gè)整數(shù)。自步驟526，方法500返回至步驟512。若先前迭代數(shù)目的照明源 為未干擾，方法500通過(guò)一否路徑528至一步驟530，于其，該四倍數(shù)個(gè)照明源減少為一整 個(gè)整數(shù)且方法500繼續(xù)于下一個(gè)外層照明數(shù)組。于方法500的此點(diǎn)，最內(nèi)層照明數(shù)組完成。 舉例而言，具有徑向配置的照明源210的于圖4所示的最內(nèi)層照明數(shù)組410可根據(jù)上述的 方法500而為已經(jīng)構(gòu)成。于一步驟532，運(yùn)用如同先前徑向定向照明數(shù)組的相同數(shù)目的照明源，方法500切 向定向一第二最內(nèi)層數(shù)組的照明源在其等于先前數(shù)組的半徑加上照明組件的最長(zhǎng)封裝尺 寸長(zhǎng)度1.5倍的一半徑。本領(lǐng)域技術(shù)人員由本文揭示內(nèi)容所將知悉的是針對(duì)于第二最內(nèi) 層數(shù)組的一不同半徑可選擇于其它實(shí)施例。于方法500的此點(diǎn)，第二最內(nèi)層照明數(shù)組完成。 舉例而言，于圖4所示的第二最內(nèi)層照明數(shù)組412可根據(jù)上述的方法500而為已經(jīng)構(gòu)成。雖 然未顯示于圖4或5，若于第二最內(nèi)層照明數(shù)組412的照明源210干擾彼此，其可偏移自切 向方位，類似于最外層數(shù)組416的方位。于一步驟534，針對(duì)于一第三最內(nèi)層數(shù)組，方法500增加該四倍數(shù)個(gè)照明源至下一 個(gè)整個(gè)整數(shù)。于一步驟536，方法500以一徑向架構(gòu)而定向針對(duì)于第三最內(nèi)層數(shù)組的此等照 明源在其等于先前數(shù)組者加上照明組件的最長(zhǎng)封裝尺寸長(zhǎng)度1. 5倍的一半徑。于一個(gè)實(shí)例實(shí)施例，照明源配置于其類似于圖4所示的數(shù)組410、412、414、416的 四個(gè)圓形數(shù)組，于其，一第一圓形數(shù)組具有約2. 2毫米的一半徑，一第二圓形數(shù)組具有約 3. 8毫米的一半徑，一第三圓形數(shù)組具有約5. 2毫米的一半徑，且一第四圓形數(shù)組具有約 6. 6毫米的一半徑。于該個(gè)實(shí)施例，各個(gè)照明源(例如LED封裝)具有長(zhǎng)為約1. 2毫米及 寬為約0. 6毫米且按照英寸(inch)的尺寸(0.04” X0. 02”)于業(yè)界習(xí)稱為一 0402封裝。于一步驟538，方法500查詢于第三最內(nèi)層數(shù)組的照明源是否為干擾彼此。若照 明源的實(shí)際布局使其并未碰觸彼此或其具有一期望間距，方法500通過(guò)一否路徑540至一 步驟542，于其，方法500增加該四倍數(shù)個(gè)照明源為一整個(gè)整數(shù)。該種方法接著返回至步驟 536，隨后為步驟538。若照明源為干擾彼此，方法500自步驟538為透過(guò)一是路徑546而進(jìn) 行至一步驟548，于其，方法500查詢先前迭代數(shù)目的照明源是否在目前數(shù)目的照明源干擾 之前而為干擾。若先前迭代干擾，方法500通過(guò)一是路徑550至一步驟552，于其，該四倍數(shù)個(gè)照明 源減少為一整個(gè)整數(shù)。自步驟552，方法500返回至步驟536。若先前迭代數(shù)目的照明源為 未干擾，方法500通過(guò)一否路徑554至一步驟556，于其，該四倍數(shù)個(gè)照明源減少為一整個(gè)整 數(shù)且方法500繼續(xù)于下一個(gè)外層照明數(shù)組。于方法500的此點(diǎn)，第三最內(nèi)層照明數(shù)組完成。舉例而言，具有徑向配置的照明源210的于圖4所示的第三最內(nèi)層數(shù)組414可根據(jù)上述的 方法500而為已經(jīng)構(gòu)成。于一步驟558，運(yùn)用如同先前徑向定向照明數(shù)組的相同數(shù)目的照明源，方法500切 向定向一第四最內(nèi)層數(shù)組的照明源在其等于先前數(shù)組的半徑加上照明組件的最長(zhǎng)封裝尺 寸長(zhǎng)度1.5倍的一半徑。于方法500的此點(diǎn)，第四最內(nèi)層照明數(shù)組完成。舉例而言，于圖4 所示的第四最內(nèi)層照明數(shù)組416可根據(jù)上述的方法500而為已經(jīng)構(gòu)成。如上所論，若于第 四最內(nèi)層照明數(shù)組416的照明源210干擾彼此，其可偏移自切向方位，如于圖4所示。本領(lǐng)域技術(shù)人員由本文揭示內(nèi)容所將知悉的是方法500可繼續(xù)于類似方式，交 替于徑向定向的照明數(shù)組與切向定向的照明數(shù)組(或偏移自切向者以提供期望間距)之 間，以建立任何數(shù)目的照明數(shù)組。再者，順序可逆轉(zhuǎn)以使得最內(nèi)層數(shù)組為具有一切向配置的 照明源、第二內(nèi)層數(shù)組為具有一徑向配置的照明源、等等。此外，各個(gè)數(shù)組的半徑可選擇為 任何期望長(zhǎng)度。C.對(duì)準(zhǔn)TOAD照明數(shù)組作為一種暗場(chǎng)照明方法的遠(yuǎn)心軸上暗場(chǎng)(TOAD)照明仰賴于照明源與照明的物體 之間的入射角度。隨著自光軸的暗場(chǎng)的角度成為較小，且較軟的標(biāo)記可察覺(jué)，對(duì)于對(duì)準(zhǔn)的干 擾的靈敏度提高。針對(duì)于其運(yùn)用極窄角度暗場(chǎng)照明(諸如T0AD照明)的晶圓ID系統(tǒng)的 對(duì)準(zhǔn)要求因此成為愈益更具關(guān)鍵性。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的一種相當(dāng)簡(jiǎn)單便利的對(duì)準(zhǔn)方法描述 于后。因?yàn)橛趫DIA所顯示的光學(xué)成像系統(tǒng)100 (于本文也稱為讀取單元100)的布局與 設(shè)計(jì)，對(duì)準(zhǔn)讀取單元100至一或多個(gè)TOAD照明數(shù)組由于其同心性而將因此對(duì)準(zhǔn)該讀取單元 100至所有的數(shù)組。舉例而言，TOAD照明數(shù)組包括圖4所示的照明數(shù)組410、412、414、416。 然而，諸如圖IB與2-3所示的彼等者的其它TOAD照明數(shù)組配置也可運(yùn)用。根據(jù)一個(gè)實(shí)施 例的一種對(duì)準(zhǔn)方法包括對(duì)準(zhǔn)一最內(nèi)層數(shù)組，因?yàn)槠湎噍^于其它數(shù)組者而將顯示任何未對(duì) 準(zhǔn)特性于較小的未對(duì)準(zhǔn)角度。因此，對(duì)準(zhǔn)最內(nèi)層數(shù)組保證相關(guān)于其它TOAD照明數(shù)組的光學(xué) 路徑的對(duì)準(zhǔn)。圖6是流程圖，其說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的一種用于對(duì)準(zhǔn)TOAD照明數(shù)組的方法600。 方法600包括構(gòu)成一讀取單元以運(yùn)用一最內(nèi)層TOAD照明數(shù)組。舉例而言，光學(xué)成像系統(tǒng) 100可構(gòu)成以運(yùn)用于圖4所示的照明數(shù)組410。于一步驟620，方法600包括對(duì)準(zhǔn)讀取單 元光軸為盡可能接近垂直于物體平面。于一步驟622，一鏡或類似高反射物體置放于物體平 面，且一影像捕捉過(guò)程開(kāi)始。于一步驟624，方法600包括藉由分析于如所安裝的讀取單元所捕捉的影像以特 性化角度偏移?？偨嵌绕剖怯捎跋竦姆蔷鶆虻膹?qiáng)(intense)亮度區(qū)域所代表。小角度偏 移由影像的幻象(ghosted)亮度區(qū)域所代表。舉例而言，圖7A與7B是說(shuō)明根據(jù)一個(gè)實(shí)施 例的讀取單元所捕捉的鏡的相片。影像包括亮度區(qū)域710 (例如強(qiáng)亮度的一個(gè)大區(qū)域與二 個(gè)小區(qū)域?yàn)橛苫孟罅炼葏^(qū)域所環(huán)繞)。于一步驟626，方法600包括調(diào)整于讀取單元與物體平面之間的入射角度于χ方 向(例如于影像空間的左/右)，直到亮度區(qū)域710不再為顯明于影像中。該顯明角度設(shè) 定接著指示為設(shè)定xl。舉例而言，于圖7Α，入射角度調(diào)整于一第一影像714所示的一箭頭 712的方向。只要亮度區(qū)域710移動(dòng)為離開(kāi)至第一影像714的左方且消失，xl記錄。
于一步驟628，方法600包括調(diào)整于讀取單元與物體平面之間的入射角度于相較 于前一步驟者的相反方向，直到亮度區(qū)域710完全橫越影像空間且為不再顯明于影像中， 相對(duì)于其消失于前一步驟之處。該顯明角度設(shè)定接著指示為設(shè)定x2。舉例而言，于圖7A， 入射角度調(diào)整于一第二影像718所示的一箭頭716的方向。只要亮度區(qū)域710移動(dòng)為離開(kāi) 至第二影像718的右方且消失，x2記錄。于一步驟630，方法600包括計(jì)算x3作為于設(shè)定xl與設(shè)定x2的約為中間者的一 角度設(shè)定。讀取單元接著定位為俾使于讀取單元與物體平面之間的入射角度為于設(shè)定x3。 舉例而言，于圖7A所示的一第三影像720說(shuō)明當(dāng)該入射角度設(shè)定在設(shè)定x3，亮度區(qū)域710 未成像且TOAD照明數(shù)組對(duì)準(zhǔn)于χ方向。于一步驟632，方法600包括調(diào)整于讀取單元與物體平面之間的入射角度于y方 向(例如于影像空間的上/下)，直到亮度區(qū)域710不再為顯明于影像中。該顯明角度設(shè) 定接著指示為設(shè)定yl。舉例而言，于圖7B，入射角度調(diào)整于一第四影像724所示的一箭頭 722的方向。只要亮度區(qū)域710移動(dòng)為離開(kāi)至第四影像724的頂部且消失，yl記錄。于一步驟634，方法600包括調(diào)整于讀取單元與物體平面之間的入射角度于相較 于前一步驟者的相反方向，直到亮度區(qū)域710完全橫越影像空間且為不再顯明于影像中， 相對(duì)于其消失于前一步驟之處。該顯明角度設(shè)定接著指示為設(shè)定y2。舉例而言，于圖7B， 入射角度調(diào)整于一第五影像728所示的一箭頭726的方向。只要亮度區(qū)域710移動(dòng)為離開(kāi) 至第五影像728的底部且消失，y2記錄。于一步驟636，方法600包括計(jì)算y3作為于設(shè)定yl與設(shè)定y2的約為中間者的一 角度設(shè)定。讀取單元接著定位為俾使于讀取單元與物體平面之間的入射角度為于設(shè)定x3。 舉例而言，于圖7B所示的一第六影像730說(shuō)明當(dāng)該入射角度設(shè)定在設(shè)定y3，亮度區(qū)域710 未成像且TOAD照明數(shù)組對(duì)準(zhǔn)于y方向。于一個(gè)實(shí)施例，于y方向所作成的測(cè)量當(dāng)于χ方向的入射角度為設(shè)定在設(shè)定χ3而 作成。然后，一旦于y方向的入射角度為設(shè)定在設(shè)定y3，于χ方向所作成的測(cè)量重新測(cè)量且 針對(duì)于設(shè)定χ3的一新值決定。于一個(gè)實(shí)施例，運(yùn)用以對(duì)準(zhǔn)TOAD照明數(shù)組的鏡旋轉(zhuǎn)于一成像過(guò)程期間，以評(píng)估讀 取單元的外型質(zhì)量。于讀取單元的透鏡與內(nèi)部鏡的污垢、塵埃、覆層缺陷、與其它的瑕疵難 以區(qū)別自其運(yùn)用以對(duì)準(zhǔn)TOAD照明數(shù)組的外部鏡的污垢、塵埃、與其它的瑕疵。旋轉(zhuǎn)外部鏡 識(shí)別其為可歸因至讀取單元的缺陷。舉例而言，當(dāng)外部鏡旋轉(zhuǎn)，于圖7Α與7Β所示的亮度區(qū) 域710成為低強(qiáng)度的條紋。然而，歸因于內(nèi)部污垢、塵埃、覆層缺陷與其它瑕疵的任何明亮 光點(diǎn)當(dāng)外部鏡為旋轉(zhuǎn)時(shí)而未成為條紋。因此，讀取單元的內(nèi)部瑕疵可區(qū)別自旋轉(zhuǎn)的鏡的外 部瑕疵。D.分離前方與后方透鏡群組一晶圓ID系統(tǒng)通常包含基本方塊，其包括例如一視訊相機(jī)、一透鏡、與一光源。 該等晶圓ID系統(tǒng)可提供某組合之亮場(chǎng)照明、暗場(chǎng)照明、與窄角度暗場(chǎng)照明，藉由置放光源 為稍微離軸(例如典型為于約5度與約7度之間)自該透鏡與相機(jī)且設(shè)置關(guān)聯(lián)的擋板以 防止由該晶圓之鏡狀表面所反射之光源的直視。此等型式的系統(tǒng)常見(jiàn)為提供常用(經(jīng)常為“現(xiàn)成(off-the-shelf) ”)視訊透鏡之 一選擇，以提供該系統(tǒng)為具有種種視場(chǎng)。舉例而言用于讀取文字?jǐn)?shù)字序號(hào)(諸如于SEMIM13規(guī)格所述的彼等者)之約30毫米的一視場(chǎng)、及用于讀取2DID序號(hào)之約為一半者的一視 場(chǎng)，其通常為較小許多且裨益于其對(duì)應(yīng)于較小視場(chǎng)的增大的放大率。如上所論，第’ 949號(hào)專利揭示該窄角度暗場(chǎng)光源的納入于圖IA所示的遠(yuǎn)心光學(xué) 成像系統(tǒng)100。因此，運(yùn)用以形成其將讀取序號(hào)的一影像的同個(gè)光學(xué)系統(tǒng)也運(yùn)用以密切控制 光線的幾何性。藉由配置光源118在遠(yuǎn)心光圈116的附近，透鏡108、110的性質(zhì)可運(yùn)用使 得暗場(chǎng)照明為于光軸的約1度與約2度之間的一范圍內(nèi)而且維持遮蔽照明組件的直接的反 射。再者，透鏡108、110的性質(zhì)為運(yùn)用以維持跨于整個(gè)視場(chǎng)之此關(guān)系的一致性。關(guān)于第’949號(hào)專利所提出的一問(wèn)題在于透鏡108、110相較于常用的成像系統(tǒng)而 較為復(fù)雜許多。該種系統(tǒng)的至少一個(gè)光學(xué)組件特定作成針對(duì)一特別系統(tǒng)且因?yàn)橥哥R108、 110的獨(dú)特要求而非可取得為“現(xiàn)成”。舉例而言，一個(gè)獨(dú)特要求在于遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110—凹 凸(meniscus)透鏡，其具有二個(gè)外表面的曲度半徑為小于或等于遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110的遠(yuǎn)心孔 徑與最接近表面之間的距離。于本文揭示的一個(gè)實(shí)施例，一種特定設(shè)計(jì)方法提供能力以改變光學(xué)成像系統(tǒng)100 的放大率，藉由改變一相當(dāng)小的光學(xué)子系統(tǒng)而非為整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，系統(tǒng)放 大率可藉由調(diào)換后方透鏡群組108而變化，具有小或無(wú)影響于整個(gè)系統(tǒng)而不同于系統(tǒng)放大 率的期望改變。藉由比較于本文揭示的一個(gè)實(shí)施例，若一種常用設(shè)計(jì)方式是運(yùn)用以設(shè)計(jì)光學(xué)成像 系統(tǒng)100，熟悉此技藝的人士將作出針對(duì)于各個(gè)透鏡組件的種種曲度半徑、針對(duì)于各個(gè)透鏡 組件的種種玻璃型式、與針對(duì)于各個(gè)透鏡組件的種種厚度與間距的設(shè)計(jì)選取。然而，針對(duì)于 該種常用設(shè)計(jì)方式的解決方式系列者不可分離。即，后方透鏡群組108與前方遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡 110必須視為單一個(gè)單元，若一可接受限制的光學(xué)效能欲達(dá)成。依照此種設(shè)計(jì)方式，若欲提 供其具有不同放大率的一類似系統(tǒng)，則第二系統(tǒng)之后方透鏡群組108將設(shè)計(jì)以最少為互補(bǔ) 第一系統(tǒng)的遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110。替代而言，可重新設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)以達(dá)成新的視場(chǎng)。此替代方式 可能為必要，若第二視場(chǎng)大于第一視場(chǎng)者。于一個(gè)實(shí)施例，欲使得成本、零件數(shù)、與開(kāi)發(fā)時(shí)間為最小化的一種方法包括首先 針對(duì)于較大的視場(chǎng)(例如較低的放大率)以設(shè)計(jì)光學(xué)成像系統(tǒng)100。此確保的是遠(yuǎn)心場(chǎng) 透鏡110針對(duì)于任何后續(xù)系統(tǒng)為充分大。然后，設(shè)計(jì)作成分離式，藉由脫離自其運(yùn)用概括為 球面曲線與錐形截面的常用設(shè)計(jì)與生產(chǎn)方法至其運(yùn)用下列形式的一非球面曲線的一者 上式的第一項(xiàng)是一種球面曲線或錐形截面透鏡表面的標(biāo)準(zhǔn)描述。Z是沿著一特定 曲線的光軸的位移，其通常稱為“下垂度(sag)”。Y是自該光軸的一徑向距離。C是曲度 (曲度半徑的倒數(shù))且K是錐形常數(shù)。K < -1，針對(duì)于雙曲線；K = -1，針對(duì)于拋物線；-1 > K <0，針對(duì)于橢圓面；K = 0，針對(duì)于球面表面；及，K >0，針對(duì)于扁橢圓面。級(jí)數(shù)An為非球 面系數(shù)且修正該下垂度Z作為對(duì)于軸的徑向距離至η次乘方(在此標(biāo)示為Yn)的一函數(shù)。 若僅為偶數(shù)η運(yùn)用于系數(shù)AnYn，如為運(yùn)用于一個(gè)實(shí)施例，則合成曲度與其運(yùn)用該曲線的透 鏡是稱為一偶數(shù)(even)非球面。若奇數(shù)與偶數(shù)η為均運(yùn)用，則曲線與其運(yùn)用該曲線的透鏡 是稱為一奇數(shù)(odd)非球面。奇數(shù)非球面的一較為概括情形提出于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員通常避免該等復(fù)雜曲線，因?yàn)槠渫ǔ榘嘿F以商業(yè)生產(chǎn)。然而，已經(jīng)確定的是一種模制聚合物透鏡的光學(xué)特性將適用于分離式設(shè)計(jì)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的一 種模制聚合物透鏡提供一種具有復(fù)雜曲度的低成本的透鏡，允許其為不同于系統(tǒng)的其它透 鏡而分離式設(shè)計(jì)。借著運(yùn)用非球面曲線于前方遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110所實(shí)施的分離式設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)心 場(chǎng)透鏡110可充分適當(dāng)修正且視為隔離自該系統(tǒng)的其余部分。獨(dú)立修正遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110允許后方透鏡群組108的選擇，俾使其為獨(dú)立適當(dāng)修正。 于一個(gè)實(shí)施例，后方透鏡群組108包括商用的物鏡，其符合以下需求具有適當(dāng)焦距以達(dá)成 一期望的系統(tǒng)放大率、適當(dāng)尺寸的一影像圓形以覆蓋所選擇的相機(jī)傳感器、及作為兼容于 具有其界定于后方群組與前方透鏡之間的系統(tǒng)光圈的一種設(shè)計(jì)。用于后方透鏡群組108的該種透鏡的一個(gè)實(shí)例是其在后方為遠(yuǎn)心且具有其系統(tǒng) 光圈在透鏡的前方之一。該等透鏡有時(shí)稱為針孔(pinhole)透鏡，因?yàn)榍胺娇讖娇蔀閷?duì)準(zhǔn) 于用于隱藏監(jiān)視的一針孔。藉由設(shè)計(jì)遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110為運(yùn)用非球面第一表面以個(gè)別適當(dāng)修 正且藉由用于后方透鏡群組108的針孔式后方透鏡的審慎選擇，具有多個(gè)放大率的一種系 統(tǒng)可提供，藉此，光學(xué)組件包含單一個(gè)低成本塑料組件而具有用于遠(yuǎn)心場(chǎng)透鏡110的非球 面表面與用于后方透鏡群組108的種種商用針孔透鏡。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯明的是諸多變化可作成于上述實(shí)施例的細(xì)節(jié)而未脫離本 發(fā)明的根本原理。因此，本發(fā)明的范疇僅為由隨附的申請(qǐng)專利范圍所決定。
權(quán)利要求
一種遠(yuǎn)心軸上暗場(chǎng)(TOAD)照明裝置，包含第一圓形數(shù)組的照明源，其關(guān)于中心點(diǎn)徑向配置，第一圓形數(shù)組位于自該中心點(diǎn)的第一半徑；及第二圓形數(shù)組的照明源，其關(guān)于該中心點(diǎn)切向配置，第二圓形數(shù)組位于自該中心點(diǎn)的第二半徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TOAD照明裝置，進(jìn)一步包括第三圓形數(shù)組的照明源，其關(guān) 于該中心點(diǎn)徑向配置，第三圓形數(shù)組位于自該中心點(diǎn)的第三半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的TOAD照明裝置，進(jìn)一步包括第四圓形數(shù)組的照明源，其關(guān) 于該中心點(diǎn)切向配置，第四圓形數(shù)組位于自該中心點(diǎn)的第四半徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的TOAD照明裝置，其中，第二半徑大于第一半徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的TOAD照明裝置，其中，第三半徑大于第二半徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的TOAD照明裝置，其中，第四半徑大于第三半徑。
7.一種用于對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)心軸上暗場(chǎng)(TOAD)照明裝置與實(shí)質(zhì)鏡狀表面的方法，TOAD照明裝 置具有多個(gè)同心照明數(shù)組，該方法包括在第一方向，調(diào)整在該TOAD照明裝置與物體平面之間的入射角度，直到將強(qiáng)亮度區(qū)域 從該鏡狀表面的影像的第一側(cè)實(shí)質(zhì)地移除； 記錄該調(diào)整的入射角度作為第一測(cè)量；在相比較于第一方向的相反方向，調(diào)整在該TOAD照明裝置與物體平面之間的入射角 度，直到強(qiáng)亮度區(qū)域從該鏡狀表面的影像的第二側(cè)實(shí)質(zhì)地移除； 記錄該重新調(diào)整的入射角度作為第二測(cè)量；及.確定針對(duì)第一方向的對(duì)準(zhǔn)的入射角度作為在第一測(cè)量與第二測(cè)量之間的近似差。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，調(diào)整在該TOAD照明裝置與物體平面之間的入射 角度包括選擇最內(nèi)的同心照明數(shù)組；及調(diào)整在該最內(nèi)的同心照明數(shù)組與TOAD照明裝置之間的入射角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，更包含在第二方向，調(diào)整在該TOAD照明裝置與物體平面之間的入射角度，直到將強(qiáng)亮度區(qū)域 從該鏡狀表面的影像的第三側(cè)實(shí)質(zhì)地移除； 記錄該調(diào)整的入射角度作為第三測(cè)量；在相比較于第二方向的相反方向，調(diào)整在該TOAD照明裝置與物體平面之間的入射角 度，直到強(qiáng)亮度區(qū)域從該鏡狀表面的影像的第四側(cè)實(shí)質(zhì)地移除； 記錄該重新調(diào)整的入射角度作為第四測(cè)量；及確定針對(duì)第二方向的對(duì)準(zhǔn)的入射角度作為在第三測(cè)量與第四測(cè)量之間的近似差。
全文摘要
本發(fā)明提供一種系統(tǒng)及方法，通過(guò)本發(fā)明提出以成像平面鏡狀物體(102)，諸如半導(dǎo)體晶圓。于實(shí)施例中，用于成像于平面鏡狀物體(102)的缺陷的一種成像系統(tǒng)(100)包括遠(yuǎn)心透鏡(110)，其具有充分非球面表面，使遠(yuǎn)心透鏡實(shí)質(zhì)修正光學(xué)像差。成像系統(tǒng)(100)還包括遠(yuǎn)心光圈(116)，于其包括孔徑，以阻斷自平面鏡狀物體(102)所反射的光線而允許自缺陷所反射的光線為通過(guò)孔徑。成像系統(tǒng)(100)更包括透鏡群組(108)，其具有定位于遠(yuǎn)心光圈(116)與透鏡群組(108)之間的系統(tǒng)光圈。透鏡群組(108)無(wú)關(guān)于遠(yuǎn)心透鏡(110)而實(shí)質(zhì)修正光學(xué)像差。
文檔編號(hào)G01N21/47GK101887032SQ20101021168
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2006年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者約瑟·J.·伊莫瑞, 里歐·鮑德溫 申請(qǐng)人:伊雷克托科學(xué)工業(yè)股份有限公司