專利名稱：用于檢查物體的設備和方法
技術領域：
本發明涉及用于檢查物體的系統和方法，尤其用在檢查電路的光學檢查系統中。
背景技術：
光學檢查系統可通過照亮被檢查的物體并且處理響應于照明生成的圖像，檢測被 檢查物體(例如，印刷電路板、晶片、掩膜和光掩膜)內的缺陷。用于印刷電路板的光學檢查系統必須區分材料。例如，這些系統必須區分用不同 材料制成的絕緣體和導體。絕緣體和導電材料的每種組合需要特定的照明條件以便獲得最 好的圖像對比度。典型的印刷電路板檢查系統使用基于行的掃描，該掃描涉及用一行光線在印刷電 路板上進行掃描。行照明沒有以對稱的方式照亮零件。需要提供一種以徑向對稱的方式照亮零件的系統。

發明內容
一種檢查系統，該系統包括(i)至少一個主光源，其后是適于使至少一個主光束 指向被檢查物體的一個區域的至少一個照明路徑成像透鏡；(ii)至少一個輔助光源，其后 是適于使至少一個輔助光束指向該區域的至少一個準直元件和至少一個合聚元件；其中該 至少一個主光束和至少一個輔助光束照亮該區域，使得該區域的成像部分內的每個點基本 都在以基本均勻的強度為特征的大角度范圍上被照亮；(iii)包括圖像傳感器、分束器路 徑和會聚路徑成像透鏡的會聚路徑；其中分束器被放置在該區域和會聚路徑成像透鏡之 間；并且其中至少一個準直元件限定了該至少一個主光束穿過其傳播的中心孔。一種用于檢查物體的方法，該方法包括(i)生成至少一個主光束和至少一個輔 助光束；(ii)使該至少一個主光束穿過由至少一個準直元件限定的中心孔指向被檢查物 體的一個區域；(iii)使該至少一個輔助光束準直且指向該區域；其中該至少一個主光束 和至少一個輔助光束照亮該區域，使得該區域的成像部分內的每個點基本都在以基本均勻 的強度為特征的大角度范圍上被照亮；以及(iv)由圖像傳感器感測從該區域的成像部分 朝所放置的分束器傳播且穿過會聚路徑成像透鏡的光；其中分束器被放置在該區域和會聚 路徑成像透鏡之間。


從下文結合附圖的詳細說明中可更充分地理解本發明，在附圖中圖1示出根據本發明的一個實施例的系統；圖2示出根據本發明的一個實施例的系統；
圖3示出根據本發明的一個實施例的主光源和四個輔助光源的俯視圖；圖4示出根據本發明的一個實施例的準直透鏡陣列和合聚透鏡；圖5示出根據本發明的一個實施例的系統；圖6示出根據本發明的一個實施例的準直透鏡；圖7示出根據本發明的一個實施例的分束器的下表面；并且圖8示出根據本發明的一個實施例的用于檢查物體的方法。
具體實施例方式文中參照

了僅作為示例的本發明的各個實施例。現在詳細參照附圖，強 調圖中所示的細節僅作為示例并且用于例證性地說明本發明的優選實施例，并且是為了提 供被認為是最有用的且容易理解的對本發明的原理和概念方面的說明。在這點上，沒有嘗 試比本發明的基礎理解所必需的細節更詳細地示出本發明的結構細節，結合附圖做出的說 明使得本發明的一些形式如何在實踐中具體表現對于本領域技術人員來說是顯而易見的。用于檢查物體的檢查系統和方法可用于檢查電路包括但不局限于晶片、印刷電路 板等等。提供了一種能夠以對稱方式照亮零件并且可應用暗場和明場檢測的檢查系統。對 稱照明通過照亮二維區域(而不僅照亮一個窄行)來實現。大角度照明通過將至少一個輔 助光束和至少一個主光束指向相同區域來實現，其中被照亮區域的成像部分內的點在以基 本均勻的強度為特征的大角度范圍上被照亮。該區域的成像部分由圖像傳感器成像。應注意，至少一個主光源和至少一個照明路徑可限定一個主照明器，而至少一個 輔助光源、至少一個準直元件和至少一個合聚元件可限定一個輔助照明器。通過將多個輔助光學元件設置成與該區域相隔一定距離，該距離與該區域和主光 學元件之間的距離不同，多個元件可被放置在一個相對較小的空間內。主光束可包含垂直于被照亮區域的部分。輔助光束不包含垂直于被照亮區域的部 分。主光束還被稱為軸上光束，而輔助光束被稱為軸外光束。應注意，該系統和方法可提供一個或多個主光束以及一個或多個輔助光束。為了 說明簡單，下文的附圖中示出單個主光束和多個輔助光束。應注意，系統和方法可用于自動、半自動或手動檢查系統。圖1示出根據本發明的一個實施例的系統10。圖1示出三個光源12、14，和16，和一些不同類型的透鏡(22、32、34、10)。本領
域技術人員應理解，光源數量以及透鏡數量也可以改變而不會背離本發明的精神。例如，會 聚路徑成像透鏡40可包括使區域102在成像相機上成像的多個透鏡。還應注意，盡管系統 10包括單個主路徑和四個輔助路徑，但是輔助路徑的數量可不同于四個，并且可存在多個 主路徑。系統10使一組光束74-76照射到相同區域(區域102)上。這些光束的入射角范 圍彼此不同。這些多個主光束和輔助光束的組合照亮一個區域，使得該區域的成像部分內 的每個點基本都在以基本均勻的強度為特征的大角范圍上被照亮。應注意，照明可包括有 限的角度不連續性，例如在一些角度下(尤其是在不同光束之間的可能的陰影區域內)，照 明強度可能低得多。應注意，通過減小光束之間的距離，陰影區域可幾乎(或完全)被消除。
第一光束71由第一光源(也被稱為主光源)12生成，并且朝照明路徑成像透鏡 22 (也被稱為主照明器)傳播。照明路徑成像透鏡之后為散射元件，如第一散射器26，該散射器26防止第一光源 12的圖像在區域102上精確成像。散射元件可以是散射器、微透鏡陣列、微棱鏡、雙凸透鏡等等。照明路徑成像透鏡22和第一散射器26將第一光束71轉換成第一聚焦光束74。 第一聚焦光束74指向被檢查物體100的區域102。應注意，第一散射器26可被放置在照明路徑成像透鏡22之前或之后。第一聚焦光束74垂直于區域102。照明路徑成像透鏡22的虛焦點可被設置成稍 低于區域102或稍高于區域102，尤其是如果區域102大于第一聚焦光束74的最小橫截面 的話。第二光束72由第二光源14’生成。第二光源14’包括光源14和可選的波導14”。 由波導14”輸出的光朝準直透鏡32 (還被稱為頂部透鏡)、第一合聚透鏡34 (還被稱為底部 透鏡)和第二散射器36傳播。這些光學元件將第二光束轉換成第二聚焦光束76。第二聚 焦光束76指向區域102。應注意，第二散射器36可被放置在合聚透鏡34之前或之后。第三光束73由第三光源16，生成。第三光源16，包括光源16和波導16”。由波 導16”輸出的光朝準直透鏡陣列32、第一合聚透鏡34和第二散射器36傳播。這些光學元 件將第三光束轉換成第三聚焦光束75。第三聚焦光束指向區域102。除了上述這些照明路徑之外，系統10還包括兩個額外的照明路徑，為了便于說明 未示出這兩個路徑。圖4示出屬于上述四個照明路徑的四個輔助光源。系統10包括包含分束器60、會聚路徑成像透鏡40和成像相機80的會聚路徑。方便的是，分束器60被設置且成形為使得主光束穿過分束器60的分離部分(例 如圖7的分離部分84)，并且輔助光束穿過分束器80的透明部分(例如圖7的透明部分 82)。透明部分62以及分束器60的上表面可涂敷有防反射涂層。應注意，圖7示出分束器 60的下表面。應注意，也可以使用其它用于反射照射到分離部分上的光的方案。分離部分 84包括代表在成像相機80上成像的光的成像區域86。方便的是，分束器60和會聚路徑成像透鏡40被設置在準直透鏡陣列32、第二合聚 透鏡34和散射器36上方，但位于第一物鏡22和第一散射器26之下。通過將準直透鏡陣 列32、第一合聚透鏡34和第二散射器36放置在照明路徑成像透鏡22下方，而不是將所有 這些透鏡(22、32、34)都放置在相同的虛水平面上，系統10的大小可以減小。另外，成像透 鏡可被設置成更靠近被檢查的物體，從而可得到更大的放大倍數。會聚路徑(還被稱為成 像路徑)會聚從區域102反射的光，并且還會聚從區域102散射的光。分束器60將主光源的光軸與會聚路徑成像透鏡的光軸光學組合。方便的是，光源12、14和16中的至少一個光源是脈沖光源。方便的是，所有這些 光源都是可同時脈動的脈沖光源。方便的是，第一光源12和照明路徑成像透鏡22提供了主照明路徑，而其它光源 (例如14和16)以及其它透鏡(例如準直透鏡陣列32和合聚透鏡34)提供了輔助照明路徑。
方便的是，準直透鏡陣列32包括多個菲涅耳透鏡部分，而這些部分的數量可等于 輔助光源的數量。菲涅耳透鏡部分可以是具有光軸的圓形菲涅耳透鏡的一部分。圓形菲涅耳透鏡可 包括多個同心圓形凹槽(也被稱為菲涅耳區域)，每個凹槽的特征是具有不同的曲率或斜率。每個光軸與輔助光源重合。參照圖1和3內所述的示例，準直透鏡陣列32包括四 個菲涅耳透鏡部分32 (1) -32 (4)，每個部分分別具有光軸51-54，該光軸被設置在跟在光源 13、14、15和16之后的光導的輸出下方。方便的是，第一聚焦光束穿過在第一合聚透鏡陣列32內限定的中心孔33，并且穿 過在第一合聚透鏡34內限定的對應孔35。方便的是，準直透鏡陣列32包括多個菲涅耳透鏡部分，而這些部分的數量可等于 輔助光源的數量。圖5示出包括多個菲涅耳透鏡的準直透鏡陣列32”。方便的是，每個菲涅 耳透鏡分別具有定位在對應光源下方的中心。圖2示出根據本發明的一個實施例的系統11。系統10(圖1)的主照明路徑和會 聚路徑僅更換了位置。盡管系統10包括定位在照明路徑成像透鏡22和準直透鏡陣列32之間的水平會 聚路徑，但系統11包括垂直會聚路徑，并且主照明路徑被定位在會聚路徑成像透鏡40和準 直透鏡陣列32之間。圖5示出根據本發明的另一個實施例的系統13。系統13包括生成比圖1和2的第一聚焦光束74窄得多的第一聚焦光束74’的大 量輔助光源(例如光源14 (1)-14 (3)，16 (1)-16 (3))、垂直會聚路徑和主照明路徑。發明人使用圖3內所示的配置用于驗證，而圖1和2中任一個內所示的配置用于 缺陷檢測。并不是必須如此，并且檢查系統可包括任一個配置或者這兩個配置。上述配置 中的任一個都可用于驗證以及可選地或附帶地用于缺陷檢測。輔助光源14(1)-14 (3)和16(1)-16 (3)相互平行，并且方便地垂直于會聚路徑的 虛光軸。這與圖1的輔助光源14和16相反，光源14和16相對于會聚路徑的虛光軸定向。準直透鏡陣列32”、第一合聚透鏡34以及散射器36被定位在輔助光源 14(1)-14 (3)和16(1)-16 (3)與區域102之間。由于輔助光源的數量較大，準直透鏡陣列 32”內包含的菲涅耳透鏡的數量(圖6內所示)多于圖4的準直透鏡陣列32的菲涅耳透鏡 部分的數量。輔助光源14 (1)-14 (3)生成光束72 (1) -72 (3)，該光束被轉換成射向區域102的聚 焦光束 76(1)-76 (3)。輔助光源16 (1)-16 (3)生成光束73 (1) -73 (3)，該光束被轉換成射向區域102的聚 焦光束 75(1)-75 (3)。系統13還包括分束器60’，該分束器60’接收主光束并且使其指向區域102。圖7示出根據本發明的一個實施例的方法300。方法300從步驟320開始，該步驟320生成至少一個主光束和至少一個輔助光束。方便地，生成步驟320包括生成至少一個主光脈沖和至少一個輔助光脈沖。方便地，生成步驟320包括同時生成至少一個主光脈沖和至少一個輔助光脈沖。因此，在某一特定時刻，多個光束照亮該區域。步驟320之后為步驟330，步驟330使該至少一個主光束指向被檢查物體的一個區 域，并且使該至少一個輔助光束準直并指向該區域。至少一個主光束和至少一個輔助光束 照亮該區域，使得該區域的成像部分內的每個點基本都在以基本均勻的強度為特征的大角 度范圍上被照亮。方便地，步驟330包括具有不同入射角度的多個光束。入射角度被定義為光束的 光軸與被照亮區域之間的夾角。方便地，準直之后(或之前)是散射該至少一個輔助光束。該至少一個輔助光束 在達到該區域之前被散射。散射可由散射元件例如散射器實現。方便地，準直包括通過定位在光源下方焦距處的菲涅耳透鏡使輔助光束準直。方便地，準直包括通過多個菲涅耳透鏡部分使多個輔助光束準直。方便地，準直包括通過多個菲涅耳透鏡部分使多個輔助光束準直，其中每個菲涅 耳透鏡部分的光軸與對應光源重合。方便地，準直包括使至少一個主光束穿過由多個菲涅耳透鏡部分所限定的中心 孔。方便地，準直包括通過多個菲涅耳透鏡使多個輔助光束準直。方便地，準直包括通過多個菲涅耳透鏡部分使多個輔助光束準直，每個菲涅耳透 鏡部分的中心都定位在對應光源下方。步驟330之后為步驟340，步驟340使來自該區域的反射光和散射光會聚。會聚包 括使來自該區域的光指向分束器、穿過成像透鏡并且指向成像傳感器。分束器定位在該區 域和會聚路徑成像透鏡之間。方便地，步驟340包括通過成像傳感器檢測從該區域反射和散射的光。盡管已經結合本發明的特定實施例說明了本發明，但是很明顯，許多替換、修改和 變型對于本領域技術人員來說是顯而易見的，因此本發明將包含落在所附權利要求的精神 和寬范圍內的所有替換、修改和變型。
權利要求
1.一種檢查系統，該系統包括至少一個主光源，其后是適于使至少一個主光束指向被檢查物體的一個區域的至少一 個照明路徑成像透鏡；至少一個輔助光源，其后是適于使至少一個輔助光束指向該區域的至少一個準直元件 和至少一個合聚元件；其中該至少一個主光束和至少一個輔助光束照亮該區域，使得該區域的成像部分內的 每個點基本都在以基本均勻的強度為特征的大角度范圍上被照亮；包括圖像傳感器、分束器路徑和會聚路徑成像透鏡的會聚路徑；其中分束器被放置在 該區域和會聚路徑成像透鏡之間；并且其中至少一個準直元件限定了該至少一個主光束穿過其傳播的中心孔。
2.根據權利要求1的系統，其中所述至少一個主光束和至少一個輔助光束照亮所述 區域，使得所述區域的成像部分內的每個點基本都在主光束和輔助光束之間的以有限的角 度不連續性為特征的大角范圍上被照亮。
3.根據權利要求1的系統，其中所述區域和照明路徑成像透鏡之間的距離與所述區 域和所述至少一個準直元件之間的距離不同。
4.根據權利要求1的系統，其中所述分束器被放置在所述照明路徑成像透鏡和所述 至少一個準直元件之間。
5.根據權利要求1的系統，其中所述至少一個主光束和至少一個輔助光束中的多個 光束的特征為具有不同的入射角。
6.根據權利要求1的系統，其中所述系統還包括至少一個光散射元件。
7.根據權利要求1的系統，其中所述至少一個準直元件是菲涅耳透鏡。
8.根據權利要求1的系統，其中所述至少一個光源是脈沖光源。
9.根據權利要求1的系統，其中至少兩個光源是同時生成光脈沖的脈沖光源。
10.根據權利要求1的系統，其中所述至少一個準直元件包括至少一個菲涅耳透鏡部分。
11.根據權利要求9的系統，其中每個所述菲涅耳透鏡部分具有與對應光源重合的光軸ο
12.根據權利要求1的系統，其中所述至少一個準直元件包括至少一個菲涅耳透鏡。
13.根據權利要求12的系統，其中每個菲涅耳透鏡具有與對應光源重合的光軸。
14.根據權利要求1的系統，其中所述分束器包括分離部分和透明部分。
15.一種用于檢查物體的方法，該方法包括 生成至少一個主光束和至少一個輔助光束；使該至少一個主光束穿過由至少一個準直元件所限定的中心孔并且指向被檢查物體 的一個區域；使該至少一個輔助光束準直且指向該區域；其中該至少一個主光束和至少一個輔助光 束照亮該區域，使得該區域的成像部分內的每個點基本都在以基本均勻的強度為特征的大 角度范圍上被照亮；由圖像傳感器感測從該區域的成像部分朝所放置的分束器傳播且穿過會聚路徑成像 透鏡的光；其中分束器被放置在該區域和會聚路徑成像透鏡之間。
16.根據權利要求15的方法，其中所述準直和指向包括準直和指向成使得在主光束 和輔助光束之間的以有限的角度不連續性為特征的大角度范圍內照亮所述區域。
17.根據權利要求15的方法，其中所述指向包括使多個光束指向成以不同的入射角 度照射到所述區域上。
18.根據權利要求15的方法，還包括散射所述至少一個輔助光束。
19.根據權利要求15的方法，其中所述準直包括通過至少一個菲涅耳透鏡使至少一 個光束準直。
20.根據權利要求15的方法，其中所述生成包括生成至少一個主光脈沖和至少一個 輔助光脈沖。
21.根據權利要求15的方法，其中所述生成包括同時生成至少一個第一主光脈沖和 至少一個輔助光脈沖。
22.根據權利要求15的方法，還包括使來自所述區域的成像部分的反射光和散射光會聚ο
23.根據權利要求15的方法，其中所述準直包括通過至少一個菲涅耳透鏡部分使至 少一個輔助光束準直。
24.根據權利要求23的方法，其中所述準直包括通過至少一個菲涅耳透鏡部分使至 少一個輔助光束準直，其中至少一個菲涅耳透鏡部分具有與對應光源重合的光軸。
25.根據權利要求15的方法，其中所述準直包括通過至少一個菲涅耳透鏡使至少一 個輔助光束準直。
26.根據權利要求15的方法，其中所述準直包括通過至少一個菲涅耳透鏡使至少一 個輔助光束準直，該至少一個菲涅耳透鏡具有與對應光源重合的光軸。
全文摘要
一種用于檢查物體的方法和檢查系統，該系統包括至少一個主光源，其后是適于使至少一個主光束指向被檢查物體的一個區域的至少一個照明路徑成像透鏡；至少一個輔助光源，其后是適于使至少一個輔助光束指向該區域的至少一個準直元件和至少一個合聚元件；其中該至少一個主光束和至少一個輔助光束照亮該區域，使得該區域的成像部分內的每個點基本都在以基本均勻的強度為特征的大角度范圍上被照亮；包括圖像傳感器、分束器路徑和會聚路徑成像透鏡的會聚路徑；其中分束器被放置在該區域和會聚路徑成像透鏡之間；并且其中至少一個準直元件限定了該至少一個主光束穿過其傳播的中心孔。
文檔編號G06T7/00GK102007513SQ200680038474
公開日2011年4月6日 申請日期2006年8月24日 優先權日2005年8月26日
發明者M·本-利維, O·皮萊格 申請人:卡姆特有限公司