Brevet FR2548392A1 — publié le 19850104

Appareil à examiner des plaquettes de circuits imprimés ayant une topographie non plane spéculaire. L'invention concerne le domaine de l'inspection optique d'objets tels que des plaquettes de circuits imprimés etc Lorsqu'on effectue l'inspection optique de plaquettes de circuits imprimés, de circuits intégrés, de masques photographiques ou d'autres objets similaires il est souvent nécessaire de former des images très contrastées des configurations superficielles de ces objets Avec un 10 fort grossissement, des conducteurs revêtus "plats" par exemple présentent des parties qui ne sont pas réellement plates et les bords latéraux du conducteur ne sont pas absolument perpendiculaires aux surfaces supérieures "plates" des conducteurs revêtus Ces parties marginales 15 ressemblent souvent à des surfaces inclinées irrégulièrement qu'il faut observer visuellement Etant donné que les conducteurs métalliques réfléchissent la lumière au moins plus ou moins spéculairement et présentent les irrégularité de surface susdites, on peut décrire ces surfaces comme des 20 surfaces non planes ou courbes présentant une topographie spéculaire irrégulière, bien que les surfaces soient souvent "plates" au sens général Afin d'obtenir des images d'intensité uniforme d'une surface présentant une topographie à facettes ou courbes, on éclaire la surface avec une source 25 lumineuse isotrope, ctest-à-direque l'on éclaire la surface uniformément sous tous les angles, ce que l'on peut réaliser au moyen d'une cavité d'intégration de lumière pour y assurer un grand nombre de réflexions. Toutefois, on observe que certaines parties de l'objet ainsi éclairé apparaissent encore sombres, ce qui est indésirable puisqu'on perd ainsi une information concernant par exemple la configuration de l'objet. On voit de tels points sombres en plaçant une loupe par dessus une plaquette de circuits imprimés éclairée 35 portant des conducteurs métalliques On peut aussi observer ce phénomène intéressant en photographiant " de front" un miroir éclairé pour obtenir un point sombre à l'axe optique Toutefois, un observateur regardant un miroir ne verra pas le point, par suite de la couleur foncée de l'iris et de la pupille de l'oeil Sur la figure 1 annexées on utilise un microscope pour examiner une partie d'une plaquette de circuits imprimés qui est éclairée par une source lumineuse désaxée On éclaire une représentation schématique simplitée(en coupe) du conducteur revêtu 1 et le rayon lumineux 2 est renvoyé par la partie de droite du conducteur et est visible pour l'observateur utilisant le microscope pour examiner 'de front' la plaquette de circuit imprimé Toutefois, la partie horizontale plate 3 du conducteur fait rebondir le rayon lumineux 4 comme indiqué de sorte que l'observateur voit un point sombre L'observateur ne verra pas non plus la partie inclinée 6 du conducteur 1 étant donné que la surface est siparée de la source lumineuse par le conducteur Si la cavité d'intégration de lumière susdite est placée autour de la plaquette de circuits imprimés, la partie éloignée 6 sera alors éclairée et ainsi rendue visible pour l'observateur Toutefois, étant donné 20 que pratiquement toute la lumière réfléchie qui provient des parois de la cavité atteindrait la partie plate 3 en faisant un angle avec l'axe optique 5, le point sombre subsistera étant donné qu'une telle lumière réfléchie n'entrera pas dans le micropscope Ainsi, en prévoyant 25 une cavité de diffusion de lumière entourant la plaquette de circuits imprimés qui porte des configurations spéculaires d'une topographie irrégulière, on obtiendrait encore des points sombres Si le microscope utilisé pour examiner la plaquette de circuits imprimés _ O est en position désaxées par exemple dans la position occupée par la lampe sur la figure 1 annexée, la pente éloignée 6 ne sera pas vue par l'observateur à travers le microscope Voir à ce sujet la figure 2 A du brevet US 3 398 634 Aussi, un but principal de l'invention 35 est de fournir un appareil d'éclairage optique destiné à examiner toutes les parties irrégulières d'objets spéculaires et d'éliminer pourtant tl'inconvénient susdit du point sombre, causé par des parties perpendiculaires à l'axe optique d'examen. Dans le brevet US 4 144 556, on place un objet à l'intérieur d'une enveloppe de forme ovale présentant une surface intérieure diffusant la lumière pour réduire l'éblouissement Dans le brevet US 4 236 781, on place une plaque de diffusion de lumière entre une source lumineuse et un objet destiné à *tre vu par un appareil photographique désaxé et dans le brevet US 3 737 226, on utilise une paire d'éléments diffuseurs de forme pyramidale de façon que la lumière atteigne sous de 10 nombreux angles l'objet examiné Dans le brevet US 4 220 982, la lumière passe à travers un diffuseur cylindrique avant d'atteindre un jeu de réflecteurs paraboliques Cette disposition comprend aussi un miroir semi- réfléchissant pour empocher la majeure partie 15 de la lumière directe d'atteindre l'objet examiné Aucune de ces références ne concerne la solution du problème indiqué ci-dessus, qui est le but principal de l'invention. Selon un mode d'exécution de l'invention, un objet examiné présentant une topographie spéculaire non plane et irrégulière est entouré d'une cavité d'intégration de lumière présentant des surfaces intérieures réfléchissant la lumière de façon diffuse, qui ont un grand pouvoir réfléchissant et qui sont éclairées par une source de lumière diffuse Un microscope, un appareil photographique ou un 25 autre appareil d'examen est placé le long d'un axe optique d'examen perpendiculaire au plan général de l'objet, et un diviseur de faisceau est placé entre le microscope et l'objet, sa surface plane étant oblique relativement à l'axe optique dans une mesure suffisante pour faire en sorte que 30 la lumibre réfléchie par au moins une partie de paroi de la cavité tournée vers le diviseur de faisceau soit à nouveau réfléchie par la surface de celui-ci de manière à &tre projetée perpendiculairement au plan général de l'objet, suivant l'axe optique d'examene Selon un deuxième 35 mode d'exécution, deux lampes fluorescentes allongées éclairent directement une partie de l'objet Par suite, l'inconvénient susdit du point sombre est éliminé et aucune observation d'ob Jet ne se perd. r t _ 4 D'autres buts, particularités et avantages de l'invention apparaîtront à l'étude de la description ci-après, considérée en même temps que les dessins sur lesquels s La figure 1 illustre une solution antérieure mention née plus haut; La figure 2 illustre un premier mode d'exécution de l'invention et Les figures 3 et 4 illustrent un deuxième mode d'éxécution de l'invention. Sur la figure 2, une cavité d'intégration de lumière 107, jouant le r 8 le d'une source lumineuse isotrope, est prévue pour éclairer une plaquette de circuits imprimés 8 sur laquelle est placée une partie conductrice 9 La source lumineuse 11 engendre de la lumière qui passe à travers le diffuseur de lumibre 12 et atteint les parties de paroi intérieure 13, 131, 14, 15 et 16 de la cavité d'intégration de lumière qui sont de préférenoe revêtues d'une peinture blanche mate Un microscope 17 est placé le long de l'axe optique d'examen 18 et un diviseur de faisceau oblique 19 est placé comme indiqué, ce 20 diviseur de faisceau ayant de préférence un facteur de transmission de lumière d'environ 10 % Ainsi, la lumière réfléchie par exemple par la partie de paroi 16, atteignant la surface du diviseur de faisceau 18, sera réfléchie à nouveau suivant l'axe optique 18 en direction de l'objet 25 examiné placé dans l'ouverture 21, de manière à éliminer l'inconvénient susdit du point sombre. Etant donné que la lumière est réfléchie un certain nombre de fois à l'intérieur de la cavité d'intégration 7, on obtient un éclairage uniforme de l'objet placé à l'intérieur de l'ouverture 21 de sorte que toutes les parties du conducteur 9 seront maintenant rendues visibles pour l'observateur utilisant le microscope 17 Si le diviseur de faisceau 19 était orienté perpendiculairement à l'axe optique 18, l'inconvénient du point sombre subsisterait encore étant donné que des rayons lumineux atteignant le diviseur de faisceau seraient réfléchis dans des directions s'écartant de l'axe optique d'examen 18. -5 Ainsi, une particularité importante de l'invention est de prévoir l'inclinaison du diviseur de rayons 19 relativement à l'axe optique 18, comme représenté. Par suite, la lumière réfléchie à nouveau par la partie de paroi réfléchissante 16 qui est tournée vers le diviseur de faisceau sera encore réfléchie par le diviseur de faisceau dans des directions pratiquement parallèles à l'axe optique 18, de manière à éclairer la partie supérieure plate du conducteur 9 Le rayon 22 par exemple a 10 pour effet que de la lumière est dirigée à nouveau le long de l'axe optique 18, de manière à éliminer la formation d'un point sombre dû à la présence de la partie supérieure plane du conducteur 9. En résumé, les parois intérieures à réflexion diffuse 15 de la cavité d'intégration de lumière assurent un éclairage depuis toutes les directions pour éclairer toutes les surfaces de l'objet, tandis que l'on élimine le point sombre en prévoyant un diviseur de faisceau oblique coopérant avec la cavité d'intégration 9 comme indiqué. Un deuxième mode d'exécution de l'invention, qui est parfois préférable selon l'application, est illustré par les figures 3 et 4 La figure 3 montre des lampes fluorescentes 26 et 27 qui sont placées entre le diviseur de faisceau 28 et l'objet 29 L'axe d'examen 33 se dirige du 25 microscope 34 vers le diviseur de faisceau 28, passe entre les lampes fluorescentes 26 et 27 et coupe le champ de vision formé par les lampes Etant donné que le diamètre des lampes fluorescentes est grand relativement au champ de vision, cette disposition fonctionne comme une 30 source lumineuse isotrope par rapport à la partie de l'objet 29 que l'on examine Par suite de cette disposition, des rayons lumineux engendrés à la surface de la lampe 26 sont réfléchis par la surface inférieure du diviseur de faisceau 28 et dirigés suivant l'axe optique, 35 de manière à éliminer l'inconvénient susdit du point sombre Etant donné que l'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence, on peut observer que le rayon lumineux 36 sera renvoyé suivant l'axe optique Grâce -6 à l'utilisation d'un miroir 1 on peut obtenir des résultats satisfaisants en utilisant une seule lampe au lieu de deux comme représenté Etant donné les caractéristiques d'affaiblissement de la lumière engendrée aux parties terminales des lampes fluorescentes, la longueur du champ de vision sera un peu inférieure à la longueur des lampes Afin d'examiner toute la topographie de l'objet 29, on engendrera bien entendu un mouvement relatif entre l'objet 29 et le dispositif d'éclairage décrit ci-dessus Dans le mode d'exécution construit par 1 'inventeur, le bas des lampes fluorescentes était placé à environ 196 mm au dessus de la surface à examiner La longeur du champ de vision était d'environ 61 cm; les lampes fluorescentes avaient un diamètre de 38 m E et une longueur 15 de 91 cm et étaient séparées par une distance d'environ 6,35 mm Le diviseur de faisceau réfléchit de préférence environ 80 à 90 % de la lumière incidente et doit &tre oblique dans une mesure suffisante pour assurer l'éclairage désiré de l'ob Jet par des rayons lumineux projetés vers le bas suivant l'axe optique L'expression "surface spéculaire*, utilisée ici, ne doit pas être restreinte à une surface de miroir très polie mais s'étend à des surfaces qui présentent des caractéristiques réfléchissantes et des caractéristiques intermédiaires 25 de surface qui sont diffuses et spéculairespar exemple, la surface d'une automobile polie L'expression "appareil d'examen# s'ttend à un microscope, à un appareil de prise de vue, à une caméra de télévision, à un dissecteur d'image, à une loupe,à une série de photodétecteursetc Bien que les modes d'exécution décrits ci-dessus soient préférentiels, d'autres configurations apparattront facilement à l'homme de l'art et la description ci-dessus ne limite donc pas la portée de l'invention. -7 REVENDICATIONS 1. Appareil optique pour l'examen d'un objet ayant une topographie spéculaire irrégulière, caractérisé par source lumineuse isotrope ( 7, 11; 26, 27) éclairant l'objet ( 8, 9; 29), un dispositif d'examen ( 17; 34) placé le long d'un axe optique d'examen ( 18; 33) pour examiner au moins une partie de l'objet, et un élément optique ( 19; 28) placé entre le dispositif d'examen et l'objet pour faire en sorte qu'une partie de la lumière engendrée par la source isotrope soit renvoyéesur l'objet 10 suivant l'axe optique. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que certaines des surfaces de la source lumineuse isotrope ( 7; 26,; 27) sont placées de part et d'autre de l'objet ( 9; 29) et tournéesvers l'élément 15 optique ( 19 g 28). 3. Appareil selon ltune des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'élément optique ( 19 28) réfléchit environ 80 à 90 % de la lumière incidente. 4. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, 20 caractérisé en ce que l'axe optique d'examen ( 18; 33) est perpendiculaire à l'objet examiné ( 8, 9; 29). 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément optique constitue un diviseur de faisceau ( 19; 28) placé entre le dispositif 25 d'examen ( 17 g 34) et l'objet ( 8, 9 g 29) et qu'il est suffisamment oblique relativement à l'axe optique pour faire en sorte que la partie mentionnée de la lumière engendrée par la source isotrope soit renvoyée sur l'objet suivant tl'axe optique. 6 Appareil selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en que la source lumineuse isotrope comprend un intégrateur de lumière présentant des surfaces à réflexion diffuse ( 13, 13 ', 14, 15, 16) à grand pouvoir réfléchissant, placées autour d'au moins une partie de 35 l'objet ( 8, 9), l'élément optique ( 19) ayant pour effet de renvoyer sur l'objet, suivant l'axe optique, la lumièrre réfléchie par au moins une surface de l'intégrateur de lumière. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'intégrateur de lumière ( 7) contient une source de lumière diffuse ( 11, 12). 8 Appareil selon l'une des revendications I à 7, caractérisé-en ce que la source lumineuse isotrope ( 7) comprend une cavité d'intégration de lumière présentant des surfaces à réflexion diffuse ( 13, 13 ', 14, 15, 16) à grand pouvoir réfléchissant placées autour d'au moins 10 une partie de l'objet ( 8, 9), le dispositif d'examen comprenant un microscope ( 17; 34) placé le long d'un axe optique d'examen ( 18; 33) perpendiculaire à l'objet. 9. Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la source lumineuse isotrope comprend 15 au moins une lampe ( 26, 27) servant à éclairerl'ob Jet ( 29). 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que la source lumineuse isotrope comprend deux lampes ( 26, 27) placées de part et d'autre de l'axe opti20 que ( 33) 11. Appareil selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la lampe ( 26, 27) est une lampe fluorescente allongée. 12. Appareil selon l'une des revendications 10 et 25 11, caractérisé en ce que les lampes ( 26, 27) sont séparées l'une de l'autre pour former un champ de vision étroit relativement à l'ob Jet ( 29). 13. Appareil selon l'une des revendications 1 A 12, caractérisé en ce que la source lumineuse isotrope ( 26, 27) est placée auprès de l'objet ( 29) et entre le diviseur de faisceau ( 28) et l'objet. 14. Appareil selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que la dimension des lampes allongées ( 26, 27) est grande relativement à la largeur du champ de 35 vision étroit.