系統硬體設備

本研究所完成之硬體設備，主要針對微裂紋瑕疵進行檢測。系統硬體包括 X、

Y 線性移動平台、運動控制器、光源、CCD 攝影機、鏡頭、影像攫取卡及個人 電腦、...等。各設備之規格及功用詳述如下：

¾

機以及半球型LED 光源移動。本研究將舊有之型號為 PXYx-C-A1-30-30，

由YAHAMA 公司所推出之兩軸機器人(圖 26)進行改裝，以達到實驗需求。

平台之最大移動速度為720mm/sec，重覆精度為±0.02mm，兩軸最大可移 動距離均為300mm。移動平台之控制方式，為透過電腦 USB 轉成 RS-232 來傳送控制指令，例如：各軸移動速度、加速度、負載、…等，至伺服馬 達控制器，以驅動X、Y 軸做運動。

圖26、YAHAMA 兩軸機器人。(資料來源：易控自動化科技)

¾ 運動控制器：在此選用 YAHAMA 公司推出之 DRCX 運動控制器，其使用 32bit RISC 晶片 CPU 所做成的高性能雙軸機器人控制器。DRCX 除了可 做機器人的伺服控制外，電磁閥、檢知器等的I/O 控制及個人電腦通訊均 可執行。若為取放、線性移動等簡單作業時，一台控制器便可構築系統，

不需使用PLC，節省設備成本。圖 27 為 DRCX 運動控制器及各部位功能 說明。

圖27、DRCX 運動控制器。(資料來源：易控自動化科技) 1.狀態指示燈

機器人及控制器的狀態表示，綠燈為正常情況、紅燈則發生錯誤。

2.跳脫開關(ESC switch)

一邊壓著這個開關，一邊做連接線的連接或拔取，防止機器人的錯誤產生或 資料破壞。

3.RS-232 連接器(TPB)

與個人電腦等的RS-232 端子通訊連接器。

4.COM 連接器

開放選擇的網路卡(Network Card)選用時，和其他網路連接用的連接器。

5.機器人 I/O 連接器(ROB I/O)

譯碼器、原點檢知器、剎車等的機器人周邊輸出專用連接器。

6.I/O 連接器

與PLC 等外部機器連接用的連接器。

7.回生裝置(Regenerative Unit)連接器(RGEN)

依照機器人型號，有部分機器人需要連接回生裝置。

8.伺服馬達連接器(MOTOR X、Y) 伺服馬達的電源線連接器。

9.端子台

AC 電源由此處供給，且提供接地線使用，以防止人體觸電及提高機器的信賴 性。

圖28、MC-781P 近紅外線攝影機。

(資料來源：肯定資訊) 

圖29、PICOLO 影像攫取卡。

(資料來源：http://www.euresys.com/)

¾ CCD 攝影機：在進行多次實驗以及文獻探討後發現，矽晶圓經由波長介 於750nm～1400nm 之近紅外線( Near Infrared，NIR)照射後會呈現透明狀 態，也就是光線可以穿透矽晶圓，藉以突顯微裂紋瑕疵。有鑑於此，本研 究選用德州儀器(Texas Instruments)所生產的 MC-781P 近紅外線攝影機，

圖28 為實體圖，其感測器大小為 2/3 英吋，最高解析度為 640×480。

¾ 鏡頭：在考慮攝影機之解析度不大的情況下，本研究將檢測寬度在 13.4 μm 以上之微裂紋瑕疵。而在此解析度下，我們搭配型號為 TL-10M 之 Telecentric 鏡頭，此時視野為 8.6(H)mm×6.45(V) mm ，工作距離為 3.7 cm。

¾ 影像攫取卡：用以攫取影像之影像攫取卡是由 EURESYS 公司所製造之 PICOLO 影像攫取卡，型號為 PIC65305，如圖 29 所示。其主要功能是將 CCD 所攫取之類比影像訊號轉換成數位影像訊號，以方便電腦進行存取 與處理。

(a) (b) 圖30、燈源類型與打光型式之實驗架構圖。圖(a)為正向鹵素光源；圖(b)為背光

LED 光源。

¾光源設備：依據前述之文獻探討中提及：波長介於 750nm 至 1400nm 即可穿透 矽晶圓，因此我們利用兩種目前較為常見的燈源類型，以正向與背光兩種光源型 式進行實驗與結果分析，其燈源類型一為近紅外線鹵素燈源、二為近紅外線LED 光源。近紅外線鹵素燈源為 MORITEX 公司生產，型號為 MHAB-100W-IR，發 光波長為 1100nm，搭配單束近紅外線型光纖導管進行實驗，其實驗配置圖如圖

30 (a)所示。近紅外線 LED 光源則為實驗室自行製作，使用 528 顆波長為 940nm 之Lamps LED 安裝成 24×22 陣列，燈源大小為 180×165 mm。其實驗配置圖如圖 30 (b)所示。此實驗透過兩種不同燈源類型，施行正向光源與背光光源兩種打光 型式進行分析比較。此實驗目的在於得知兩種不同燈源類型(鹵素、LED)，以及 不同打光型式(正向光、背光) 對矽晶圓穿透率的影響。表 4 為使用正向鹵素光 源與背光LED 光源之比較。

表4、不同光源型式照射比較表。

打光型式

瑕疵類型 正向鹵素光源 背光 LED 光源

異物

孔洞

沾污

微裂紋

由表 4 中結果看來，LED 光源對於矽晶圓穿透率優於鹵素光源，且在光源 型式上，背光光源亦優於正向光源。因此在決定以 LED 背光光源的型式下，我 們繼續針對近紅外線 LED 光源的強度、波長以及發光型式進行探討，希望經由 不同種類與發光波長的LED 實驗，以得到適合的 LED 背光光源。此實驗所選用 之近紅外線LED 波長及樣式如表 5 所示。兩種型式的 LED 強度及其發光波長對 多晶矽太陽能晶圓穿透性之研究，實驗結果如表6 所示。

表5、近紅外線 LED 波長及樣式。

型式 圖示 製造公司 發光波長

Lamps 理司達科技股份有限公司 940nm

Lamps 理司達科技股份有限公司 850nm

SMD 宏齊科技股份有限公司 940nm

SMD 宏齊科技股份有限公司 840nm

從表 6 可看出 Lamps LED 波長 940nm 對於太陽能矽晶圓有較好的穿透性，

雖然波長850nm 的 Lamps LED 有較高的功率，但由實驗看來波長長短是決定穿 透程度的關鍵。而另一型式SMD LED，由於此款為高亮度 LED，因此兩種波長 均有不錯的穿透性，但缺點是聚光性不佳，取像時矽晶圓必須非常靠近燈源。表 7 是將波長均為 940nm 的 Lamps 及 SMD LED 做亮度提高與增加發光面積的實 驗。此實驗之目的在於了解兩種型式的LED 在多顆相同規格 LED 同時聚焦於一 平面時，其亮度之強度與均勻度的分析。

表6、LED 強度及其發光波長對多晶矽太陽能晶圓穿透性之研究。

LED 型式與波長 光源圖示 取像結果

Lamps LED 940nm

Lamps LED 850nm

SMD LED 940nm

SMD LED 840nm

表7、Lamps 與 SMD LED 之比較。

LED 型式與波長 光源圖示 取像結果

Lamps LED 940nm

SMD LED 940nm

實驗結果顯示，雖然 SMD LED 具有較高發光強度，但其聚光性較 Lamps LED 差，因此我們選定 Lamps LED 為燈源類型。而我們自行製作燈源的目的在 於提高燈源的強度以及對矽晶圓的穿透率，因此我們欲利用多顆Lamps LED 同 時聚焦的原理來達成此目的。首先我們利用半球型燈罩來滿足需求，利用多顆 LED 同時聚焦於球心上來增強強度與穿透率。再者，利用適當放置 LED 位置以 及擴散膜的運用，使燈源所發出的光更加均勻。圖31 所示為自行製作的近紅外 線半球型 LED 燈源示意圖及實體圖。圖 32 所示為此燈源發光區域與本研究之 FOV 關係圖。而圖 33 為利用此光源施行正向與背光兩種不同打光方式所攫取得 之影像比較。

圖31、自行製作之近紅外線半球型 LED 燈源：左圖為示意圖；右圖為實體圖。

圖32、燈源發光區域與本研究之 FOV 關係圖。

正向光源 背光光源

圖33、半球型近紅外線 LED 光源施行正向與背光光源攫取得之影像比較。

      實驗結果顯示，相同型式及波長的 LED，在實行正向光源與背光光源時，

產生截然不同之結果。圖33 左邊使用正向同軸光源時無法發現微裂紋；而右邊 使用背光光源，即可發現微裂紋存在。