CN100427932C - 具有散射光强倍增系统的硅片表面缺陷检测仪 - Google Patents
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Abstract
一种具有散射光强倍增系统的硅片表面缺陷检测仪，包括激光入射系统和缺陷散射光收集系统，其特点是还有：散射光强倍增系统，由第一球面反射镜和第二球面反射镜构成；在第一焦点的第二次反射光路上设有一光陷阱；所述的缺陷散射光收集系统的光轴与所述的待测硅片的法线之间的夹角为β；所述的第一球面反射镜和第二球面反射镜位于一光轴调整架上，待测硅片的平动和转动由精密工作台实现，所述的平面反射镜、第一球面反射镜、第二球面反射镜和光陷阱之间的位置满足几何光学的物像关系。本发明解决了光学元件易损伤；使待测硅片的缺陷散射光强倍增并且两次缺陷散射光比较集中，有利于收集；避开了硅片表面散射信号的干扰。
Description
技术领域
本发明与硅片表面缺陷检测有关，特别是一种具有散射光强倍增系统的硅片表面缺陷检测仪，利用米氏散射原理对集成电路制造中硅片表面的缺陷进行实时检测。
背景技术
近年来，针对各类表面缺陷的激光扫描散射检测技术得到了快速的发展。当聚焦的激光束在硅片表面扫描时，表面的缺陷会产生缺陷散射光。这些缺陷散射光中包含了缺陷的形状、种类和位置等丰富的信息。通过光电探测器收集这些缺陷散射光，并进行分析处理，最终得到缺陷的形状及位置等信号。
现有的硅片表面缺陷检测系统如图1所示。从激光器(1)发出光束经过扩束系统(2)、聚焦透镜(3)以及平面反射镜(4)后转折且聚焦于待测硅片(5)表面，反射光方向设有一球面反射镜(6)，使光束返回并重新聚焦于原来的点。两片平凸透镜组成的聚光镜组(7)对散射光进行收集，光电探测器(8)置于聚光镜组(7)的焦点处。
在图1所示的装置中，其反射光沿原光路返回待测硅片(5)表面的测量点，对光学元件会产生损伤。另外，理论表明微细粒子反射光一侧的散射信号比入射光一侧要强得多，如图3所示，而现有技术两次聚焦是从两侧入射，因此缺陷散射信号不够集中，不利于散射光的收集。而且在图1装置中聚光镜组位于待测硅片(5)表面的法线方向，容易受到法线方向表面散射信号的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有散射光强倍增系统的硅片表面缺陷检测仪，解决光束沿原路返回而造成光学元件的损伤；使待测的缺陷散射光强倍增并且两次缺陷散射光比较集中，有利于的收集；避开表面散射信号的干扰。
本发明的技术解决方案如下：
一种具有散射光强倍增系统的硅片表面缺陷检测仪，包括激光入射系统和缺陷散射光收集系统，所述的激光入射系统由激光器、扩束系统、聚焦镜和平面反射镜构成，所述的缺陷散射光收集系统由一聚光镜组和位于该聚光镜组的焦点位置光电探测器组成，其特征在于还有：
①散射光强倍增系统，由第一球面反射镜和第二球面反射镜构成，其位置关系是：由平面反射镜输出的光束聚焦于待测硅片表面的第一焦点，光束经第一焦点反射，在该反射光方向设有一顺时针偏转θ角的第一球面反射镜，经该第一球面反射镜的反射光聚焦入射于待测硅片表面的第二焦点，该光束经第二焦点反射，在第二焦点反射光方向设有与该反射光方向逆时针偏转θ角的第二球面反射镜，其反射光再次聚焦至待测硅片表面的第一焦点；
②在第一焦点的第二次反射光路上设有一光陷阱；
③所述的缺陷散射光收集系统的光轴与所述的待测硅片的法线之间的夹角为β；
④所述的第一球面反射镜和第二球面反射镜位于一光轴调整架上，待测硅片的平动和转动由精密工作台实现，所述的平面反射镜、第一球面反射镜、第二球面反射镜和光陷阱之间的位置满足几何光学的物像关系。
所述的经平面反射镜和第二球面镜的反射光束从同一侧入射待测硅片，入射角相近。
所述的角度β的取值范围是：45°≤β≤60°。
同现有技术相比，本发明具有以下技术特点：
1.第一球面反射镜顺时针偏转θ角，使光路不沿原路返回，以保护光学元件。
2.选用适当焦距的第一球面反射镜使得反射光经第二焦点反射，在二次反射光路上放第二球面反射镜进行再次聚焦，并使其焦点与第一焦点重合。因为两次聚焦从同一侧入射，使得缺陷散射光强倍增并且有利于缺陷散射信号的吸收。
3.聚光镜组向反射光一侧偏转一定的角度β，以利于收集缺陷散射信号，而且可以避免法线方向表面散射光的干扰。
4.利用光陷阱吸收最后的反射光线，防止其对散射信号产生影响。
附图说明
图1是现有硅片表面缺陷系统示意图。
图2是本发明的系统示意图。
图3是倾斜光入射待测硅片表面的散射光分布和强度示意图。
具体实施方式
下面结合附图本发明作详细说明。
先请参阅图2，图2是本发明的系统示意图。由图可见，本发明具有散射光强倍增系统的硅片表面缺陷检测仪，包括激光入射系统和缺陷散射光收集系统，所述的激光入射系统由激光器9、扩束系统10、聚焦镜11和平面反射镜12构成，所述的缺陷散射光收集系统由一聚光镜组21和位于该聚光镜组21的焦点位置光电探测器22组成，其特征在于还有：
①散射光强倍增系统，由第一球面反射镜20和第二球面反射镜14构成，其位置关系是：由平面反射镜12输出的光束聚焦于待测硅片15表面的第一焦点18，光束经第一焦点18反射，在该反射光方向设有一顺时针偏转θ角的第一球面反射镜20，经该第一球面反射镜20的反射光聚焦入射于待测硅片15表面的第二焦点16，该光束经第二焦点16反射，在第二焦点16反射光方向设有与该反射光方向逆时针偏转θ角的第二球面反射镜14，其反射光再次聚焦至待测硅片15表面的第一焦点18；
②在第一焦点18的第二次反射光路上设有一光陷阱19；
③所述的缺陷散射光收集系统的光轴与所述的待测硅片15的法线之间的夹角为β；
④所述的第一球面反射镜20和第二球面反射镜14位于一光轴调整架13上，待测硅片15的平动和转动由精密工作台17实现，所述的平面反射镜12、第一球面反射镜20、第二球面反射镜14和光陷阱19之间的位置满足几何光学的物像关系。
所述的经平面反射镜12和第二球面镜14的反射光束从同一侧入射待测硅片15，入射角相近。
所述的角度β的取值范围是：45°≤β≤60°。
其工作过程为：
激光器9发出的光束依次经过扩束系统10、聚焦镜11和平面镜12转折聚焦于硅片15表面的第一焦点18，光束由第一焦点18点反射后进入顺时针偏转θ角的第一球面反射镜20，改变方向后入射在硅片的第二焦点16，通过硅片二次反射进入逆时针偏转θ角的第二球面反射镜14并再次聚焦至第一焦点18，从而实现了两次从同一侧聚焦于同一位置，达到光强倍增的目的。通过两个平凸镜所组成的聚光镜组21收集第一焦点18的缺陷散射光，光电探测器22位于聚光镜组21的焦点位置。最后的反射光被光陷阱19吸收。通过光轴调整架13调整第一球面反射镜20和第二球面反射镜14的偏转角度θ。硅片通过精密工作台17进行平动和转动。平面反射镜12、第一球面反射镜20、第二球面反射镜14以及光陷阱19之间的位置满足几何光学的物像关系。
根据理论研究可知第一焦点18的缺陷散射信号主要集中在反射光一侧，在法线方向主要分布表面散射光，如图3所示。现有技术的两次聚焦是从不同侧面入射，其缺陷散射信号不集中，而且中间夹着表面散射光，不利于收集。本发明的两次聚焦是从同一侧入射，而且入射角度非常相近，因此其两次的缺陷散射信号集中在反射光一侧，用于收集缺陷散射光的聚光镜组向反射光一侧偏转一定角度β，避开了法线方向的表面散射光干扰。
对于微细粒子的散射，散射信号只有反射信号的10-6，所以硅片和反射镜均可认为是全反射，本发明两次聚焦的光强几乎相等，而且两次入射角非常接近，因此可以实现光强倍增的目的。
图3是倾斜光入射检测系统中散射光分布和强度，其中23为入射光方向，24为硅片表面，25为缺陷散射光分布，26为反射光方向，27为硅片表面散射光分布，28为法线方向。根据理论研究可知硅片表面的缺陷散射信号主要集中在反射光一侧，在法线方向主要分布着表面散射光。现有技术的两次聚焦是从不同侧面入射的，其缺陷散射信号不集中，而且中间夹着表面散射光，不利于收集。本发明的两次聚焦是从同一侧入射的，而且入射角度非常相近，因此其两次的缺陷散射信号相对比较集中在反射光一侧，本发明的聚光镜组21向反射光一侧偏转一定角度β，避开了法线方向的表面散射光，有利于收集缺陷散射信号。
对于微细粒子的散射，散射信号只有反射信号的10-6，所以硅片和反射镜均可认为是全反射，本发明两次聚焦的光强几乎相等，而且两次入射角非常接近，因此可以实现光强倍增的目的。
在实施例中，激光束经过平面反射镜12后以70°角入射并聚焦于硅片15表面的第一焦点18处。在反射光方向离第一焦点18距离45mm处放一焦距为25mm的第一球面反射镜20，通过光轴调整架13使第一球面反射镜20顺时针偏转2°，使得光束不沿原路返回，其反射光聚焦于第二焦点16，此点离需要检测的第一焦点18的距离约12mm，此距离相对于微纳米级的缺陷尺寸而言已经很大，不会对第一焦点18的检测产生影响。光束经硅片反射后，在二次反射光方向距第二焦点16距离30.5mm处设置一焦距为17.6mm的第二球面反射镜14，通过光轴调整架13使第二球面反射镜逆时针偏转2°，使光束再次聚焦于第一焦点18。因散射光强度与入射光的强度成正比关系，而且，缺陷散射光比较集中于反射光一侧，所以通过两次从同一侧聚焦于同一位置不但可以增强缺陷散射信号的强度，还有利于散射信号的收集。聚光镜组21向反射光一侧倾斜50°角以充分收集散射信号，同时可以避免法线方向表面散射光的干扰。在最后的反射光方向设置一光陷阱19，将最终的反射光吸收掉，以免对缺陷散射信号产生影响。
Claims (3)
1.一种具有散射光强倍增系统的硅片表面缺陷检测仪，包括激光入射系统和缺陷散射光收集系统，所述的激光入射系统由激光器(9)、扩束系统(10)、聚焦镜(11)和平面反射镜(12)构成，所述的缺陷散射光收集系统由一聚光镜组(21)和位于该聚光镜组(21)的焦点位置光电探测器(22)组成，其特征在于还有：
①散射光强倍增系统，由第一球面反射镜(20)和第二球面反射镜(14)构成，其位置关系是：由平面反射镜(12)输出的光束聚焦于待测硅片(15)表面的第一焦点(18)，光束经第一焦点(18)反射，在该反射光方向设有一顺时针偏转θ角的第一球面反射镜(20)，经该第一球面反射镜(20)的反射光聚焦入射于待测硅片(15)表面的第二焦点(16)，该光束经第二焦点(16)反射，在第二焦点(16)反射光方向设有与该反射光方向逆时针偏转θ角的第二球面反射镜(14)，其反射光再次聚焦至待测硅片(15)表面的第一焦点(18)；
②在第一焦点(18)的第二次反射光路上设有一光陷阱(19)；
③所述的缺陷散射光收集系统的光轴与所述的待测硅片(15)的法线之间的夹角为β；
④所述的第一球面反射镜(20)和第二球面反射镜(14)位于一光轴调整架(13)上，待测硅片(15)的平动和转动由精密工作台(17)实现，所述的平面反射镜(12)、第一球面反射镜(20)、第二球面反射镜(14)和光陷阱(19)之间的位置满足几何光学的物像关系。
2、根据权利要求1所述的具有散射光强倍增系统的硅片表面缺陷检测仪，其特征在于所述的经平面反射镜(12)和第二球面镜(14)的反射光束从同一侧入射待测硅片(15)，入射角相近。
3、根据权利要求1所述的具有散射光强倍增系统的硅片表面缺陷检测仪，其特征在于所述的角度β的取值范围是：45°≤β≤60°。
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