CN212430512U - 照明装置及暗场检测*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种照明装置和暗场检测***，所述照明装置包括光源、光导及光路整形机构，所述照明装置具有第一轴线；其中，所述光导具有多个输出分端，多个所述输出分端环绕所述第一轴线间隔布置，每个所述输出分端皆为狭缝，并与所述第一轴线形成夹角；所述光路整形机构设置于所述输出分端的出口端，以与所述输出分端共同形成光路成形路径，所述光路成形路径对目标物形成环形照射；所述光源输出照明光束，所述照明光束耦合至所述光导并从所述输出分端输入所述光路整形机构，经由所述光路整形机构整形后的所述照明光束入射至所述目标物，并在所述目标物上叠加以形成线型照射区。该照明装置具有结构小巧，易于安装的优点。

Description

照明装置及暗场检测***

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种照明装置及暗场检测***。

背景技术

在半导体制造工艺中，为了检测晶片表面上的缺陷、颗粒和/或图形而使用各种***以用于自动检测半导体晶片，暗场检测***即为其中之一。在暗场检测***中，若待检测的晶片表面没有缺陷、颗粒或图形，照明光束会发生镜面反射，并且不会被成像光学元器件捕获。即在暗场检测***中，表面平滑的晶片对成像光学元器件而言显得很暗，而晶片上的微小颗粒或图形沿不同方向反射或散射一些光，其中一部分反射光或散射光进入成像光学元器件，使得小颗粒或图形在暗场***的视场中显示为亮点。

在对晶片进行检测时以直线方向进行扫描，因而希望能够形成具有高照明密度的线型照射区，以提高检测效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种照明装置及暗场检测***，该照明装置能够在目标物上形成高密度的线型照射区，提高检测效率。

为实现上述目的，本发明提供的一种照明装置，包括光源、光导及光路整形机构，所述照明装置具有第一轴线；其中，所述光导具有多个输出分端，多个所述输出分端环绕所述第一轴线间隔布置，每个所述输出分端为狭缝，所述狭缝与所述第一轴线之间形成一夹角，至少部分所述狭缝与所述第一轴线所形成的夹角的角度不同；所述光路整形机构设置于所述输出分端的出口端，以与所述输出分端共同形成光路成形路径，所述光路成形路径对目标物形成环形照射；

所述光源输出照明光束，所述照明光束耦合至所述光导并从所述输出分端输入所述光路整形机构，经由所述光路整形机构整形后的所述照明光束入射至所述目标物，并在所述目标物上叠加以形成线型照射区。

可选地，所述光源为宽带光源。

可选地，所述光路整形机构的数量与所述输出分端的数量相同并与所述输出分端一一对应地设置，所述光路整形机构包括依次布置的临界照明结构和第一折光元件，所述临界照明结构靠近所述输出分端的出口端设置。

可选地，所述光路整形机构还包括匀光元件，所述匀光元件设置于所述输出分端的出口端与所述临界照明结构之间。

可选地，所述匀光元件为匀光棒或反射式匀光腔。

可选地，所述第一折光元件包括第一直角棱镜和第一反射镜，所述第一直角棱镜设置于所述临界照明结构与所述第一反射镜之间，所述第一直角棱镜包括第一直角面、第一斜面和第二直角面，其中所述第一直角面为入光面，所述第一斜面为反射面，所述第二直角面为出光面；

所述输出分端输出的所述照明光束经由所述临界照明结构射入所述第一直角面，并经所述第一斜面反射后，经由所述第二直角面射入所述第一反射镜，所述第一反射镜将所述照明光束反射至所述目标物。

可选地，所述光路整形机构包括准直镜、扩散元件和汇聚元件，所述输出分端输出的所述照明光束依次经所述准直镜、所述扩散元件和所述汇聚元件后入射至所述目标物。

可选地，所述扩散元件为一维扩散元件。

可选地，所述准直镜的数量与所述输出分端的数量相同并与所述输出分端一一对应地设置，所述扩散元件和所述汇聚元件的数量均为一个。

可选地，所述扩散元件包括多个微柱透镜，多个所述微柱透镜平行布置并形成环形结构，所述扩散元件的轴线与所述第一轴线重合。

可选地，所述汇聚元件为具有中心圆孔的透镜，所述汇聚元件还具有相对的第一表面和第二表面，其中，所述第一表面为平面并朝向所述扩散元件设置，所述第二表面上刻录有多个与所述中心圆孔同轴的同心圆；所述汇聚元件的轴线与所述第一轴线重合。

可选地，所述汇聚元件为具有中心圆孔的菲涅尔透镜。

可选地，所述光路整形机构还包括第二折光元件，所述第二折光元件包括第二直角棱镜和反射镜组，其中所述第二直角棱镜设置于所述准直镜与所述扩散元件之间，并包括第三直角面、第二斜面和第四直角面，所述第三直角面为入光面，所述第二斜面为反射面，所述第四直角面为出光面；所述反射镜组设置于所述汇聚元件背离所述扩散元件的一侧，并包括第二反射镜和第三反射镜，所述第二反射镜反射面朝向所述汇聚元件设置，所述第三反射镜的反射面背离所述汇聚元件设置；

所述输出分端射出的所述照明光束经所述准直镜射入所述第三直角面、所述第二斜面、所述第四直角面后，再依次射入扩散元件、汇聚元件及所述第二反射镜，所述第二反射镜将所述照明光束反射至所述第三反射镜，所述第三反射镜将所述照明光束反射至所述目标物。

为实现上述目的，本发明还提供了一种暗场检测***，包括如前任一项所述的照明装置和成像光学元件，所述照明装置用于在目标物上形成线型照射区，所述成像光学元件用于捕捉来自所述目标物的反射光或散射光并形成图像。

与现有技术相比，本发明的照明装置及暗场检测***具有如下优点：

第一、前述的照明装置包括光源、光导及光路整形机构，所述照明装置还具有第一轴线，其中，所述光导的输出端具有多个输出分端，多个所述输出分端环绕所述第一轴线间隔布置，每个所述输出分端皆为狭缝，所述狭缝与所述第一轴线之间形成一夹角，至少部分所述狭缝与所述第一轴线所形成的夹角的角度不同；所述光路整形机构设置于所述输出分端的出口端以与所述输出分端共同形成光路成形路径，所述光路成形路径形成环形照射。所述宽带光源输出照明光束，所述照明光束耦合至所述光导并从所述输出分端输入所述光路整形机构，经由所述光路整形机构整形后的所述照明光束在目标物上叠加以形成线型照射区，提高照明功率密度和线扫产率，同时该照明装置结构小巧，可直接接入成像元件的下端，使用方便。

第二、所述光源为宽带光源，不存在干涉条纹和散斑效应，有效抑制杂散光，有利于晶片缺陷的检出。并且，该光源的波段连续可选，可提高工艺适应性。

附图说明

图1是本发明根据一实施例所提供的暗场检测***的结构示意图；

图2是本发明根据一实施例所提供的照明装置的暗场角谱分布示意图；

图3是本发明根据一实施例所提供的照明装置的光路整形机构的结构示意图；

图4是图3所示的照明装置中输出分端的排布方式；

图5是本发明根据一实施例所提供的照明装置的光路整形机构在一个方向上的结构示意图；

图6是图5所示的照明装置的光路整形机构在另一个方向上的结构示意图；

图7是图5所示的照明装置的扩散元件的结构示意图；

图8是图5所示的照明装置的汇聚元件的结构示意图；

图9是本发明根据一实施例所提供的照明装置的光路整形机构的结构示意图；

图10是本发明根据一实施例所提供的平行光束经过光路整形机构后发生一维发散的示意图。

[附图标记说明如下]：

11-检测物镜；

20-照明装置；

100-输出分端；

200-临界照明结构；

310-第一直角棱镜；

311-第一直角面，312-第一斜面，313-第二直角面；

320-第一反射镜；

400-准直镜；

500-扩散元件；

510-微柱透镜；

600-汇聚元件；

710-第二直角棱镜；

711-第三直角面，712-第二斜面，713-第四直角面；

720-反射镜组；

721-第二反射镜，722-第三反射镜；

30-目标物。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外，以及术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

如参考图1，本发明实施例提供一种照明装置及暗场检测***，所示暗场检测***包括成像光学元件和照明装置20，所述成像光学元件包括检测物镜11和成像元件(图中未示出)，所述照明装置20设置于所述检测物镜11的下方。所述照明装置20用于为待检测的目标物30例如晶片提供照明光束，并在所述目标物30上形成照射区。所述检测物镜11用于捕获所述目标物30的反射光或散射光，所述成像元件用于捕获所述检测物镜11的光信号并形成图像。当所述目标物30的表面为光滑平面时，所述目标物30发生镜面反射，所述检测物镜11将不会捕获光束，而当所述目标物30的表面存在图案或颗粒时，这些图案或颗粒将照射光束反射或散射至检测物镜11，所述成像元件检测到光信号，并形成有亮点的图像。

如背景技术所述，在进行暗场检测时，希望所述照明装置能够形成线型照射区，以提高线扫描速率。本发明实施例所提供的照明装置即用于提供线型照射区。请参考图2至图4，所述照明装置20包括光源(图中未示出)、光导及光路整形机构；所述光导具有多个输出分端100，多个所述输出分端100环绕一轴线间隔布置，每个所述输出分端100的出口端皆被设置为狭缝，所述狭缝与所述第一轴线之间形成一夹角，至少部分所述狭缝与所述第一轴线所形成的夹角的角度不同。为便于描述，后文中将该轴线称之为第一轴线L。所述光路整形机构设置于所述输出分端100的出口端以与所述输出分端100共同形成光路成形路径，所述光路成形路径对目标物30形成环形照射。所述光源输出照明光束，所述照明光束耦合至所述光导并从所述输出分端100输入所述光路整形机构，经由所述光路整形机构整形后的所述照明光束入射至所述目标物30，并在所述目标物30上叠加以形成直线型照射区。可理解，此处所述狭缝与第一轴线形成的夹角是指，将狭缝与第一轴线投影至同一平面坐标系时，两者相交(或两者的延长线相交)而形成的夹角，该夹角为锐角或直角。

本实施例中，所述光导可采用光纤束，所述输出分端100的数量根据实际检测需要确定，例如可以是6个、8个、9个、13个、16个等，较佳地，所述输出分端100的数量为偶数个，且多个所述输出分端100环绕所述第一轴线L均匀地布置。本实施例所述的照明装置20可集成为一体结构并设置于所述检测物镜11的下方，具有结构小巧、安装方便的优势。

进一步地，所述光源可为宽带光源，宽带光源具有波段连续的特点，可提高该照明装置20的工艺适应性。同时宽带光源还具有不产生干涉条纹和散斑效应、有效抑制杂散光的优点，有利于目标物的缺陷检测。

以下，本文将结合附图对本发明实施例所提供的照明装置20的结构做具体介绍，但应理解，以下各实施例仅以列举的方式对所述照明装置20的结构做介绍，其不应当对本发明构成限制。

实施例一

请参考图2，本实施例中，每一个所述输出分端100的出口端皆设置有一个所述光路整形机构，多个所述光路整形机构与所述输出分端100一一对应地设置。本实施例中，多个所述输出分端100沿一围绕所述第一轴线L的圆周均匀布置，这样多个所述光路整形机构也围绕所述第一轴线L均匀布置。将所述照明装置20应用于所述暗场检测***时，多个所述光路整形机构可围绕所述目标物30均匀布置而形成环形照射。

所述光路整形机构的具体结构请参考图3及图4，所述光路整形机构包括临界照明结构200和第一折光元件，其中所述临界照明结构200设置于所述输出分端100的出口端与所述第一折光元件之间。所述照明光束从所述输出分端100输出后，依次输入所述临界照明结构200和所述第一折光元件，并被所述第一折光元件反射至所述目标物30的表面，最后在所述目标物30的表面完全重叠而形成直线型照射区。

其中，所述临界照明结构200既包括严格的光学意义上的临界照明结构(为便于区分，后文中称之为纯临界照明结构)，也包括类临界照明结构，所谓“类临界照明结构”是指本领域技术人员在纯临界照明结构的基础上，通过对纯临界照明结构中的光学元件的方位、角度或镜组的焦距中的至少一个参数进行微调，使得在将该类临界照明结构应用于成像时，物与像之间出现预定的离焦，其中，所述“预定的离焦”的具体值根据检测的实际需要来确定。可理解，对于本领域技术人员而言，所述纯临界照明结构为公知常识，而将所述纯临界照明结构调整为所述类临界照明结构是本领域技术人员在公知常识的基础上进行常规调节就可以做到的。

如前所述，所述输出分端100被设计为狭缝，所述狭缝与所述第一轴线L之间形成一夹角，且至少部分所述输出分端100与所述第一轴线L所形成的夹角的角度不同，每个所述输出分端100与所述第一轴线L所形成的夹角根据实际需要进行设定，例如可根据输出分端100的数量及照明光束的入射角度进行设定。在一种可选的实现方式中，所述输出分端100的数量为八个，且相邻两个所述输出分端100之间的夹角为45°(即八个输出分端100的方位角分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°及315°)，当照明光束的入射角度为62°时，按照顺时针方向，各个输出分端100与所述第一轴线L所形成的夹角的角度如表1所示。当然，在其他实现方式中，随所述照明光束的入射角度的改变，各个所述输出分端100与所述第一轴线L所形成的夹角的角度也随之进行调整，只要多个输出分端100输出的光束在经光路整形元件整形后能够在目标物30上形成线性照明即可。

表1

可选地，所述光路整形机构还包括匀光元件(图中未示出)，所述匀光元件设置于所述输出分端100的出口端与所述临界照明结构200之间，其目的在于改善从所述输出分端100输出的照明光束的照明均匀性。对于采用纯临界照明结构的所述光路整形机构而言，所述匀光元件对于照明光束之均匀性的改善效果更为显著。本实施例中，所述匀光元件可以是匀光棒或反射式匀光腔。

可选地，请继续参考图3，所述第一折光元件包括第一直角棱镜310和第一反射镜320。所述第一直角棱镜310包括第一直角面311、第一斜面312和第二直角面313，其中所述第一直角面311朝向所述临界照明装置200设置而构成入光面，所述第一斜面312为反射面，所述第二直角面313为出光面，所述第一反射镜320设置于所述第二直角面313所在的一侧并与所述第二直角面313之间形成一夹角。所述输出分端100输出的照明光束经由所述临界照明结构200射入所述第一直角面311，并经所述第一斜面312反射后，再经由所述第二直角面313射入所述第一反射经320，所述第一反射经320将所述照明光束反射至所述目标物30上，以在所述目标物30上形成直线型照射区。

实施例二

请参考图5及图6，本实施例与实施例一的区别之处在于，所述光路整形机构包括准直镜400、扩散元件500和汇聚元件600，所述准直镜400、所述扩散元件500和所述汇聚元件600沿所述输出分端100的出口端依次布置。

请继续参考图5及图6，所述光路整形机构的数量为一个，一个所述光路整形机构包括多个准直镜400、一个所述扩散元件500和一个所述汇聚元件600。其中，所述准直镜400的数量与所述输出分端100的数量相等，并与所述输出分端100一一对应地设置。所述扩散元件500为一维扩散元件，其可以有多种形式，例如所述扩散元件500可包括多个微柱透镜510，如图7所示，多个所述微柱透镜510平行布置并形成环形结构例如圆环形。如图8所示，所述汇聚元件600为具有中心圆孔的透镜，且所述汇聚元件600还具有相对的第一表面和第二表面，其中，所述第一表面为平面并朝向所述扩散元件500设置，所述第二表面上刻录有多个与所述中心圆孔同轴的同心圆。在一种实现方式中，所述汇聚元件600可通过在菲涅尔透镜的中心开圆孔得到。

在所述照明装置20中，所述扩散元件500及所述汇聚元件600同轴地布置以使所述光路整形机构具有中心通孔，并且所述扩散元件500轴线、所述汇聚元件600的轴线与所述第一轴线L重合。将所述照明装置20应用于所述暗场检测***时，所述照明装置20与所述检测物镜11同轴设置，当待检测的所述目标物30的表面不平滑时，目标物30表面的颗粒或图形反射(或散射)所述照明光束，且反射光(或散射光)将穿过所述中心通孔而被所述检测物镜11捕获，以形成图像上的亮点而被识别。

实施例三

本实施例与实施例二的区别之处在于，所述光路整形机构还包括第二折光元件。请参考图9，所述第二折光元件的数量与所述准直镜400的数量相同并与所述准直镜400一一对应地设置。具体地，每个所述第二折光元件皆包括第二直角棱镜710和反射镜组720。

其中，所述第二直角棱镜710设置在所述准直镜400与所述扩散元件500之间，并包括第三直角面711、第二斜面712和第四直角面713，所述第三直角面711朝向所述准直镜400设置而构成入光面，所述第二斜面712为反射面，所述第四直角面713朝向所述扩散元件500设置而构成出光面。所述反射镜组720设置在所述汇聚元件600背离所述扩散元件500的一侧，并包括第二反射镜721和第三反射镜722，所述第二反射镜721和所述第三反射镜722可皆平行于所述汇聚元件600设置，并且所述第二反射镜721的反射面朝向所述汇聚元件600设置，所述第三反射镜722的反射面背离所述汇聚元件600设置。所述输出分端100输出的所述照明光束经由所述准直镜400射入所述第三直角面711，并被所述第二斜面712反射后从所述第四直角面713射出，之后所述照明光束经由所述扩散元件500扩散后，再经由所述汇聚元件600入射至所述第二反射镜721，所述照明光束被所述第二反射镜721反射至所述第三反射镜722，再被所述第三反射镜722反射至所述目标物30而形成线型照射区。通过设置所述第二折光元件，以使所述照明装置20的轴向尺寸缩小。

此外，如图10所示，当平行光束经过扩散元件500后先聚焦再发散为具有一定角度的光束。

虽然本发明披露如上，但并不局限于此。本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种照明装置，其特征在于，包括光源、光导及光路整形机构，所述照明装置具有第一轴线；其中，所述光导具有多个输出分端，多个所述输出分端环绕所述第一轴线间隔布置，每个所述输出分端的出口端皆为狭缝，所述狭缝与所述第一轴线之间形成一夹角，至少部分所述狭缝与所述第一轴线所形成的夹角的角度不同；所述光路整形机构设置于所述输出分端的出口端，以与所述输出分端共同形成光路成形路径，所述光路成形路径对目标物形成环形照射；

所述光源输出照明光束，所述照明光束耦合至所述光导并从所述输出分端输入所述光路整形机构，经由所述光路整形机构整形后的所述照明光束入射至所述目标物，并在所述目标物上叠加以形成线型照射区。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述光源为宽带光源。

3.根据权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于，所述光路整形机构的数量与所述输出分端的数量相同并与所述输出分端一一对应地设置，所述光路整形机构包括依次布置的临界照明结构和第一折光元件，所述临界照明结构靠近所述输出分端的出口端设置。

4.根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于，所述光路整形机构还包括匀光元件，所述匀光元件设置于所述输出分端的出口端与所述临界照明结构之间。

5.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于，所述匀光元件为匀光棒或反射式匀光腔。

6.根据权利要求3所述的照明装置，其特征在于，所述第一折光元件包括第一直角棱镜和第一反射镜，所述第一直角棱镜设置于所述临界照明结构与所述第一反射镜之间，所述第一直角棱镜包括第一直角面、第一斜面和第二直角面，其中所述第一直角面为入光面，所述第一斜面为反射面，所述第二直角面为出光面；

所述输出分端输出的所述照明光束经由所述临界照明结构射入所述第一直角面，并经所述第一斜面反射后，经由所述第二直角面射入所述第一反射镜，所述第一反射镜将所述照明光束反射至所述目标物。

7.根据权利要求1或2所述的照明装置，其特征在于，所述光路整形机构包括准直镜、扩散元件和汇聚元件，所述输出分端输出的所述照明光束依次经所述准直镜、所述扩散元件和所述汇聚元件后入射至所述目标物。

8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述扩散元件为一维扩散元件。

9.根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于，所述准直镜的数量与所述输出分端的数量相同并与所述输出分端一一对应地设置，所述扩散元件和所述汇聚元件的数量均为一个。

10.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述扩散元件包括多个微柱透镜，多个所述微柱透镜平行布置并形成环形结构，所述扩散元件的轴线与所述第一轴线重合。

11.根据权利要求9所述的照明装置，其特征在于，所述汇聚元件为具有中心圆孔的透镜，所述汇聚元件还具有相对的第一表面和第二表面，其中，所述第一表面为平面并朝向所述扩散元件设置，所述第二表面上刻录有多个与所述中心圆孔同轴的同心圆；所述汇聚元件的轴线与所述第一轴线重合。

12.根据权利要求11所述的照明装置，其特征在于，所述汇聚元件为具有中心圆孔的菲涅尔透镜。

13.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述光路整形机构还包括第二折光元件，所述第二折光元件包括第二直角棱镜和反射镜组，其中所述第二直角棱镜设置于所述准直镜与所述扩散元件之间，并包括第三直角面、第二斜面和第四直角面，所述第三直角面为入光面，所述第二斜面为反射面，所述第四直角面为出光面；所述反射镜组设置于所述汇聚元件背离所述扩散元件的一侧，并包括第二反射镜和第三反射镜，所述第二反射镜反射面朝向所述汇聚元件设置，所述第三反射镜的反射面背离所述汇聚元件设置；

所述输出分端射出的所述照明光束经所述准直镜射入所述第三直角面、所述第二斜面、所述第四直角面后，再依次射入扩散元件、汇聚元件及所述第二反射镜，所述第二反射镜将所述照明光束反射至所述第三反射镜，所述第三反射镜将所述照明光束反射至所述目标物。

14.一种暗场检测***，其特征在于，包括如权利要求1-13中任一项所述的照明装置和成像光学元件，所述照明装置用于在目标物上形成线型照射区，所述成像光学元件用于捕捉来自所述目标物的反射光或散射光并形成图像。

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