TWI468650B - 光學檢測系統及其光學檢測裝置 - Google Patents

Description

光學檢測系統及其光學檢測裝置

本提案係關於一種光學檢測系統及其光學檢測裝置，特別是具有集光透鏡組的光學檢測系統及其光學檢測裝置。

發光二極體(Light Emitting Diode，LED)在生產過程的各個階段，都需要量測儀器檢驗LED晶粒的電氣、輻射度學、光度學與色度學的特性。

以量測LED的光通量之方法為例，係將LED置於一積分球(Integrating Sphere)的內部，積分球連接有一光偵測器。接著，將LED接上電源而點亮後，使LED所發出的光線於積分球內均勻散射。光偵測器擷取積分球內經均勻散射後的光線，以量測並獲得LED的光通量值。

然而，晶圓階段的LED因尚未切割，故須以一探針接觸一LED晶粒之電極的方式來點亮LED。但如此，LED將難以放在積分球內進行量測。因此，必須將LED放在積分球外部，使LED所發出的光線透過積分球的一開口而進入積分球內，以令光偵測器擷取積分球內經均勻散射後的光線。

由於LED發光的空間分布特性，若積分球距離被量測的LED越遠，則積分球的開口面積就需相對增大，使得積分球的體積也一併增加。且原則上，積分球的開口面積應小於積分球內部表面積的5%，使得目前運用於檢測晶圓階段的LED之光通量所使用 的積分球之內徑，至少都要2吋以上。

由於晶圓階段的LED係於同一片晶圓上會佈設許多的LED晶粒，若能夠同時量測同一片晶圓上的多顆LED晶粒，將可大幅提升檢測效率。但由於一般積分球的體積較大，因此並無法在同一片晶圓上同時安排多個積分球以同時量測多顆LED晶粒。如此一來，使得目前晶圓階段的LED之光學檢測效率無法提升。

本提案在於提供一種光學檢測系統及其光學檢測裝置，藉以縮小光學檢測裝置的體積，而能夠於同一片晶圓上同時安排多個光學檢測裝置，以提升光學檢測效率。

本提案所揭露之光學檢測裝置，包含一殼體、一反射層及一集光透鏡組。殼體內部具有一檢測腔室以及連通檢測腔室的一通道，殼體上具有一開口連通此通道。反射層佈設於檢測腔室的一內壁面。集光透鏡組設置於通道內，光學檢測裝置用以供一光束由開口進入通道內，光束穿過集光透鏡組而射入檢測腔室。

本提案所揭露之光學檢測系統，包含一基座、多個光學檢測裝置、多個供電接頭及至少一偵測運算器。這些光學檢測裝置設置於基座，且每一光學檢測裝置包含一殼體、一反射層及一集光透鏡組。殼體內部具有一檢測腔室以及連通檢測腔室的一通道，殼體上具有一開口連通通道。反射層佈設於檢測腔室的一內壁面。集光透鏡組設置於通道內。這些供電接頭分別位於這些開口處。偵測運算器連接這些檢測腔室。

根據上述本提案所揭露之光學檢測系統及其光學檢測裝置，係藉由集光透鏡組與檢測腔室的搭配，使光學檢測裝置的整體體積能夠小型化。並且，藉由光學檢測裝置的體積小型化以及以陣列排列的方式設置於基座上，使光學檢測系統能夠同一時間對多個待測物進行光學檢測。如此一來，本實施例之光學檢測系統將可大幅提升光學檢測效率。

有關本提案的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。

請參照第1圖至第3圖，第1圖係為根據本提案一實施例之光學檢測裝置的結構示意圖，第2圖係為根據第1圖之結構的局部分解圖，第3圖係為根據第1圖之光學檢測裝置的結構剖視圖。

本提案之光學檢測裝置10，包含一殼體11、一反射層12及一集光透鏡組13。

殼體11內部具有一檢測腔室113以及連通檢測腔室113的一通道114，殼體11上具有一開口115連通此通道114。檢測腔室113大致為一圓球形腔室。檢測腔室113具有一腔室入口1131，檢測腔室113透過腔室入口1131而連接通道114。

更詳細來說，殼體11包含一第一殼件111及一第二殼件112。第一殼件111具有自其一表面向下凹陷的一第一凹部1111及連接第一凹部1111的一第一凹槽1112。第一凹部1111大致為一半球形的凹陷，第一凹槽1112的一端連接第一凹部1111，第一凹槽 1112的另一端貫穿第一殼件111的外表面。第二殼件112具有自其一表面向下凹陷的一第二凹部1121及連接第二凹部1121的一第二凹槽1122。第二凹部1121大致為一半球形的凹陷，第二凹槽1122的一端連接第二凹部1121，第二凹槽1122的另一端貫穿第二殼件112的外表面。第一殼件111及第二殼件112相結合，以使第一凹部1111與第二凹部1121共同形成檢測腔室113，而第一凹槽1112與第二凹槽1122共同形成通道114。第一凹槽1112貫穿第一殼件111外表面的一端與第二凹槽1122貫穿第二殼件112外表面的一端共同形成開口115。

需注意的是，本實施例之殼體11係以包含二殼件(第一殼件111、第二殼件112)為例，但不以此為限。舉例來說，在其他實施例當中，殼體11也可以由三個以上的殼件所共同組成。

反射層12佈設於檢測腔室113的一內壁面上。反射層12的材質可以是但不限於硫酸鋇，在一實施例中，反射層12的反射率大於95%。

集光透鏡組13可包含至少二正透鏡，且集光透鏡組13設置於通道114內。更詳細來說，本實施例之集光透鏡組13包含一第一透鏡131、一第二透鏡132及一第三透鏡133，第一透鏡131、第二透鏡132及第三透鏡133皆為正透鏡。第一透鏡131鄰近開口115，第三透鏡133鄰近檢測腔室113，第二透鏡132介於第一透鏡131與第三透鏡133之間。

此外，檢測腔室113另具有一腔室出口1132。光學檢測裝置 10可另包含一偵測運算器14，偵測運算器14可以是但不限於一光偵測器或一頻譜儀。偵測運算器14透過一光傳輸線141而連接於檢測腔室113的腔室出口1132。

當一待測物30(譬如LED晶粒)發出一光束而由光學檢測裝置10的開口115進入通道114內時，光束依序穿過集光透鏡組13的第一透鏡131、第二透鏡132及第三透鏡133。集光透鏡組13對光束進行集光後，光束由腔室入口1131射入檢測腔室113。並且，檢測腔室113內的反射層12使光束於檢測腔室113內進行多次的反射並逐漸衰減，且因檢測腔室113為圓球形腔室，使得光束能夠於檢測腔室113內形成均勻的照度分佈。偵測運算器14則透過光傳輸線141擷取檢測腔室113內照度均勻分佈的光束，以量測並獲得待測物30的各種光學資訊。

進一步來說，本實施例之檢測腔室113係具有積分球的功效，而集光透鏡組13則用以縮小入射光束的截面積，使檢測腔室113的腔室入口1131能夠盡可能的縮小。如此，檢測腔室113的體積將可相對縮小，使得整體光學檢測裝置10能夠小型化。

此外，本實施例之光學檢測裝置10另可包含一供電接頭15及一電源供應器17。供電接頭15位於開口115處，電源供應器17電性連接供電接頭15。因此，若待測物30為晶圓階段的LED晶粒，則可透過供電接頭15接觸待測物30而使待測物30通電發光。如此，使得光學檢測裝置10可同時對待測物30進行供電與檢測的功能，以因應不同型態的待測物30。

並且，在本實施例或其他實施例中，光學檢測裝置10另可包含一擋板16，擋板16設置於檢測腔室113內，且擋板16介於腔室入口1131及腔室出口1132之間。藉由擋板16的設置，以避免光束未經充分反射便直接由腔室入口1131射向腔室出口1132，以確保偵測運算器14所測出的光學數據能夠具有良好的準確度。

請接著繼續參照第4圖，第4圖係為根據第1圖之待測物相對於光學檢測裝置的光學路徑圖，為了易於閱讀，本光路圖僅繪出光線第一次抵達檢測腔室113內壁為止。

接著將針對集光透鏡組13及檢測腔室113之間的相關尺寸特徵進行說明。如第4圖所示，在本實施例中，集光透鏡組13的一光軸M係通過檢測腔室113的一幾何中心點C。進一步來說，因檢測腔室113大致為圓球形腔室，因此幾何中心點C大致為檢測腔室113的球心點。藉由集光透鏡組13的光軸M係通過檢測腔室113的一幾何中心點C，可令光學檢測裝置10具有良好的檢測效果。

此外，第一透鏡131的材質為塑膠，且第一透鏡131具有相對的一第一物側面1311以及一第一像側面1312，第一像側面1312朝向檢測腔室113。並且，第一透鏡131於光軸M上的厚度t1為2.1mm。

第二透鏡132的材質為玻璃(型號Schott-NSF5)，且第二透鏡132具有相對的一第二物側面1321以及一第二像側面1322，第二像側面1322朝向檢測腔室113。並且，第二透鏡132於光軸M上 的厚度t2為2.5mm，且第二透鏡132與第一透鏡131於光軸M上的間距L1為0.2mm。

第三透鏡133的材質為塑膠，且第三透鏡133具有相對的一第三物側面1331以及一第三像側面1332，第三像側面1332朝向檢測腔室113。並且，第三透鏡133於光軸M上的厚度t3為1.5mm，且第三透鏡133與第二透鏡132於光軸M上的間距L2為0.2mm，第三透鏡133與腔室入口1131於光軸M上的間距L3為3.5mm。

至於第一物側面1311、一第一像側面1312、第二物側面1321、第二像側面1322、第三物側面1331以及一第三像側面1332的曲率資料，則如下表一所示。

其中，A(1)、A(2)及A(3)為非球面，且滿足下列公式：

其中，c為頂點的基礎曲率，k為二次曲面係數，A_j y^2j 是高階非球面係數。

在表一的實施例中，A(1)、A(2)及A(3)的各項參數如表二所示。

請繼續參照第4圖，舉例來說，本實施例收集待測物30所發射正負約70度的光束，光束照射於第一物側面1311的照射面積之直徑d1為2.41mm。當光束經集光透鏡組13集光後，光束照射於腔室入口1131處的照射面積之直徑d2將可縮小至0.52mm。因此，腔室入口1131的開口大小之直徑大於0.52mm即可，使得檢測腔室113的內徑D的大小需為3mm左右(檢測腔室113的內徑D約略為腔室入口1131的開口大小之五倍)。

請接著參照第5圖，第5圖係為根據待測物相對於習知積分球的光學路徑圖。

若直接以習知的積分球40來對相同的待測物30檢測時，若不經集光透鏡組13集光而直接在積分球40之開口41端收集待測物30相同的發散角度的光線時，則積分球40之開口41的直徑d3需至少大於2.41mm。因此推算積分球40的內徑D’至少需大於14mm。

比較第5圖之積分球40的內徑D’與第4圖之本實施例的光學檢測裝置10之檢測腔室113的內徑D，在量測相同待測物30的照射面積之條件下，本實施例之檢測腔室113的內徑D大約僅為習知的積分球40的內徑D’之20%。換句話說，藉由本實施例之集光透鏡組13與檢測腔室113的搭配，將可確實地縮小光學檢測裝置10的整體體積。

需注意的是，上述本實施例之集光透鏡組13係以三個正透鏡為例，但透鏡的數量非用以限定本提案。下述將介紹集光透鏡組僅具二個正透鏡的實施例。

請接著參照第6圖，第6圖係為根據本提案另一實施例之待測物相對於光學檢測裝置的光學路徑圖，在本實施例中，光學檢測裝置收集待測物30所發射正負約60度的光束。

在本實施例中，集光透鏡組僅包含第一透鏡131a及第二透鏡132a。

第一透鏡131a的材質為塑膠，且第一透鏡131a具有相對的一第一物側面1311a以及一第一像側面1312a，第一像側面1312a朝向檢測腔室113a。並且，第一透鏡131a於光軸M上的厚度t4 為1.95mm。

第二透鏡132a的材質為塑膠，且第二透鏡132a具有相對的一第二物側面1321a以及一第二像側面1322a，第二像側面1322a朝向檢測腔室113a。並且，第二透鏡132a於光軸M上的厚度t5為1.96mm，且第二透鏡132a與第一透鏡131a於光軸M上的間距L4為0.2mm，而第二透鏡132a與腔室入口1131a於光軸M上的間距L5為3.6mm。

至於第一物側面1311a、一第一像側面1312a、第二物側面1321a以及第二像側面1322a的曲率資料，則如下表三所示。

其中，A(1)、A(2)及A(3)為非球面，且滿足下列公式：

其中，c為頂點的基礎曲率，k為二次曲面係數，A_j y^2j 是高階非球面係數。

在表三的實施例中，A(1)、A(2)及A(3)的各項參數如表四所示。

請接著參照第7圖及第8圖，第7圖係為根據本提案一實施例之光學檢測系統的結構示意圖，第8圖係為根據第7圖之光學檢測系統的結構剖視圖。

本實施例之光學檢測系統20係包含一基座21、多個光學檢測裝置10、多個供電接頭15及至少一偵測運算器14。

基座21大致為一板體，且基座21上設置有多個貫通的組配孔211。這些組配孔211係以陣列的方式排列。本實施例之圖式所示的組配孔211係以2x2的陣列方式排列，但組配孔211的排列方式以及數量非用以限定本提案。

此外，每一光學檢測裝置10包含有一殼體11、一反射層12、一集光透鏡組13及擋板16。由於上述光學檢測裝置10的各元件之細部結構以及彼此間的相對位置關係大致與第1圖至第3圖之實施例相似，因此便不再贅述。每一光學檢測裝置10係裝設於基座21上這些組配孔211，使得這些光學檢測裝置10同樣以陣列方式排列。

每一供電接頭15設置於基座21，且分別對應這些組配孔211，使得這些供電接頭15分別位於這些光學檢測裝置10的開口115處。

偵測運算器14連接於每一光學檢測裝置10的檢測腔室113。進一步來說，本實施例係以每一光學檢測裝置10的檢測腔室113共同連接於同一個偵測運算器14為例，但不以此為限。舉例來說，在其他實施例中，偵測運算器14的數量也可以是多個，且每一光學檢測裝置10各別獨立連結一個或多個偵測運算器14。

如第8圖所示，多個待測物30係以陣列的排列方式位於一基板32上，待測物30可為LED晶粒，基板32可為一晶圓。由於每一光學檢測裝置10具有較小的體積，因此這些光學檢測裝置10能夠以陣列排列的方式設置於的基座21上，並使得光學檢測系統20可同時對基板32上的多個待測物30進行光學量測。如此一來，將可大幅提升光學檢測效率。

此外，在本實施例中，基座21上更可具有一對位孔212，對位孔212處更可設有另一供電接頭15。藉由對位孔212與這些光學檢測裝置10的相對位置之適當設置，使得當基座21位於待測物30上方時，操作者將可藉由目視的方式而將對位孔212處的供電接頭15與其下方的待測物30進行對位。如此一來，便可同時確保每一光學檢測裝置10所對應的供電接頭15皆能夠準確地與其下方的待測物30電性接觸，以利於後續的檢測。

根據上述實施例之光學檢測系統及其光學檢測裝置，係藉由 集光透鏡組與檢測腔室的搭配，使光學檢測裝置的整體體積能夠小型化。並且，藉由光學檢測裝置的體積小型化以及以陣列排列的方式設置於基座上，使得多個光學檢測裝置能夠同時位於設有多個待測物的基板上，以使光學檢測系統能夠同一時間對多個待測物進行光學檢測。如此一來，本實施例之光學檢測系統將可大幅提升光學檢測效率。

雖然本提案以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本提案，任何熟習相像技藝者，在不脫離本提案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本提案之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧光學檢測裝置

11‧‧‧殼體

111‧‧‧第一殼件

1111‧‧‧第一凹部

1112‧‧‧第一凹槽

112‧‧‧第二殼件

1121‧‧‧第二凹部

1122‧‧‧第二凹槽

113‧‧‧檢測腔室

113a‧‧‧檢測腔室

1131‧‧‧腔室入口

1131a‧‧‧腔室入口

1132‧‧‧腔室出口

114‧‧‧通道

115‧‧‧開口

12‧‧‧反射層

13‧‧‧集光透鏡組

131‧‧‧第一透鏡

131a‧‧‧第一透鏡

1311‧‧‧第一物側面

1311a‧‧‧第一物側面

1312‧‧‧第一像側面

1312a‧‧‧第一像側面

132‧‧‧第二透鏡

132a‧‧‧第二透鏡

1321‧‧‧第二物側面

1321a‧‧‧第二物側面

1322‧‧‧第二像側面

1322a‧‧‧第二像側面

133‧‧‧第三透鏡

1331‧‧‧第三物側面

1332‧‧‧第三像側面

14‧‧‧偵測運算器

141‧‧‧光傳輸線

15‧‧‧供電接頭

16‧‧‧擋板

17‧‧‧電源供應器

20‧‧‧光學檢測系統

21‧‧‧基座

211‧‧‧組配孔

212‧‧‧對位孔

30‧‧‧待測物

32‧‧‧基板

40‧‧‧積分球

41‧‧‧積分球開口

第1圖係為根據本提案一實施例之光學檢測裝置的結構示意圖。

第2圖係為根據第1圖之結構的局部分解圖。

第3圖係為根據第1圖之光學檢測裝置的結構剖視圖。

第4圖係為根據第1圖之待測物相對於光學檢測裝置的光學路徑圖。

第5圖係為根據待測物相對於習知積分球的光學路徑圖。

第6圖係為根據本提案另一實施例之待測物相對於光學檢測裝置的光學路徑圖。

第7圖係為根據本提案一實施例之光學檢測系統的結構示意圖。

第8圖係為根據第7圖之光學檢測系統的結構剖視圖。

10‧‧‧光學檢測裝置

11‧‧‧殼體

113‧‧‧檢測腔室

1131‧‧‧腔室入口

1132‧‧‧腔室出口

114‧‧‧通道

115‧‧‧開口

12‧‧‧反射層

13‧‧‧集光透鏡組

14‧‧‧偵測運算器

141‧‧‧光傳輸線

15‧‧‧供電接頭

16‧‧‧擋板

17‧‧‧電源供應器

30‧‧‧待測物

Claims (12)

1. 一種光學檢測裝置，包含：一殼體，其內部具有一檢測腔室以及連通該檢測腔室的一通道，該殼體上具有一開口連通該通道，該檢測腔室具有一腔室入口，該腔室入口連接該通道，且該腔室入口的寬度小於該開口的寬度；一反射層，佈設於該檢測腔室的一內壁面；以及一集光透鏡組，設置於該通道內，該光學檢測裝置用以供一光束由該開口進入該通道內，該光束穿過該集光透鏡組而射入該檢測腔室。
2. 如請求項1所述之光學檢測裝置，另包含一供電接頭，位於該開口處。
3. 如請求項2所述之光學檢測裝置，另包含一電源供應器，連接該供電接頭。
4. 如請求項1所述之光學檢測裝置，另包含一偵測運算器，連接該檢測腔室。
5. 如請求項4所述之光學檢測裝置，另包含一擋板，該檢測腔室具有一腔室出口，該腔室出口連接該偵測運算器，該擋板設置於該檢測腔室內，且該擋板介於該腔室入口及該腔室出口之間。
6. 如請求項1所述之光學檢測裝置，其中該殼體包含一第一殼件及一第二殼件，該第一殼件具有自其一表面向下凹陷的一第一 凹部及連接該第一凹部的一第一凹槽，該第二殼件具有自其一表面向下凹陷的一第二凹部及連接該第二凹部的一第二凹槽，該第一殼件及該第二殼件相結合，使該第一凹部與該第二凹部形成該檢測腔室，該第一凹槽與該第二凹槽形成該通道。
7. 如請求項1所述之光學檢測裝置，其中該集光透鏡組包含至少二正透鏡。
8. 如請求項7所述之光學檢測裝置，其中該二正透鏡的至少其一為一非球面透鏡。
9. 如請求項1所述之光學檢測裝置，其中該集光透鏡組的一光軸通過該檢測腔室的一幾何中心點。
10. 一種光學檢測系統，包含：一基座；多個光學檢測裝置，設置於該基座，每一該光學檢測裝置包含：一殼體，其內部具有一檢測腔室以及連通該檢測腔室的一通道，該殼體上具有一開口連通該通道，該檢測腔室具有一腔室入口，該腔室入口連接該通道，且該腔室入口的寬度小於該開口的寬度；一反射層，佈設於該檢測腔室的一內壁面；以及一集光透鏡組，設置於該通道內；多個供電接頭，分別位於該些開口處；以及至少一偵測運算器，連接該些檢測腔室。
11. 如請求項10所述之光學檢測系統，其中該基座上更具有一對位孔，該對位孔處更設有另一該供電接頭。
12. 如請求項10所述之光學檢測系統，其中該基座上更具有多個貫通的組配孔，每一該供電接頭設置於該基座，且分別對應該些組配孔，使得該些供電接頭分別位於該些光學檢測裝置的該些開口處。