CN107561081A - 一种缺陷检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缺陷检测装置及方法，该装置包括：照明模块，包括沿光路依次设置的光源、扩束准直单元、偏振单元和反射镜；成像模块，包括位置与所述反射镜对应的分束棱镜、设于所述分束棱镜和待测物之间的成像物镜单元、依次设于所述分束棱镜远离所述成像物镜单元一侧的成像镜组和检偏单元，所述成像物镜单元包括若干普通物镜和DIC物镜；探测单元，设于检偏单元远离所述成像镜组的一侧，用于将图像信号转化为数字信号进行缺陷检测；本发明集金相探测和DIC探测为一体，根据待测物的特性选择对应的探测方式，提高了对透明薄膜的识别能力和检测能力，在切换探测方式时无需重新调整焦面位置，操作方便，简化了光路结构，提高了缺陷的检出率。

Description

一种缺陷检测装置及方法

技术领域

本发明涉及自动光学检测领域，具体涉及一种缺陷检测装置及方法。

背景技术

在晶圆加工过程中需要自动光学检测(Automatic Optic Inspection，AOI)设备来定位缺陷，以提高芯片质量和提高产量。与人工目检相比，AOI设备能够保证检测标准的一致性，并能对缺陷进行分类，还可以帮助工艺工程师提供跟踪和预防潜在问题的信息。采用AOI设备进行检测主要有两个原因：其一，AOI设备能够检测出刮痕、缺口之类的缺陷，虽然在该类缺陷不严重时，可以通过电性能测试检测出，但是容易缩短产品的寿命；其二，电性能测试本身也可能造成产品缺陷。

现有的AOI设备都是基于灰度图像进行缺陷分析，而透明薄膜在图像上的对比度较低，难以识别，因此现有的设备对透明薄膜的检测能力不足，漏检率较高，未能满足人们对缺陷探测的分辨率、漏检率的要求。

发明内容

本发明提供了一种缺陷检测装置及方法，以解决现有技术中存在的对透明薄膜的检测能力不足，漏检率较高，以及对缺陷的分辨率不足的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种缺陷检测装置，包括：

照明模块，包括沿光路依次设置的光源、扩束准直单元、偏振单元和反射镜；

成像模块，包括位置与所述反射镜对应的分束棱镜、设于所述分束棱镜和待测物之间的成像物镜单元、依次设于所述分束棱镜远离所述成像物镜单元一侧的成像镜组和检偏单元，所述成像物镜单元包括若干普通物镜和DIC物镜；

探测单元，设于所述检偏单元远离所述成像镜组的一侧，用于将图像信号转化为数字信号进行缺陷检测；

所述照明模块提供的辐射光线经所述成像模块中的分束棱镜和成像物镜单元投射到待测物上，反射光线经过所述成像模块进行成像，最终投射至探测单元。

进一步的，所述光源采用氙灯、卤素灯、LED灯或激光光源。

进一步的，所述偏振单元包括偏振片和偏振控制器，所述偏振控制器控制所述偏振片插入或拔出光路。

进一步的，所述偏振控制器采用旋转电机、偏振快门或电动转盘。

进一步的，所述成像物镜单元还包括物镜转轮、转轮控制器和干涉成像单元，所述若干普通物镜和DIC物镜设于所述物镜转轮上，所述转轮控制器与所述物镜转轮连接，控制所述物镜转轮旋转，所述干涉成像单元设于所述DIC物镜上或物镜转轮上。

进一步的，所述干涉成像单元包括DIC棱镜和与所述DIC棱镜连接的水平调节机构和垂向调节机构，所述DIC棱镜与所述DIC物镜的后焦面位置对应。

进一步的，所述DIC物镜或物镜转轮上设有与所述DIC棱镜相适配的插槽，所述DIC棱镜设于所述插槽内。

进一步的，所述水平调节机构为螺纹调节机构，包括与所述DIC棱镜的水平一侧连接的调节螺杆和套设于所述调节螺杆上的导向螺母。

进一步的，所述垂向调节机构为顶丝调节机构，所述顶丝调节机构包括与所述DIC棱镜顶端或底端连接调节顶丝和与所述调节顶丝连接的丝母板。

进一步的，所述转轮控制器采用旋转电机或电动转盘。

进一步的，所述检偏单元包括检偏器和与所述检偏器连接的检偏控制器，所述检偏控制器控制所述检偏器插入或拔出光路。

进一步的，所述检偏控制器为旋转电机或电动转盘。

进一步的，所述探测单元为面阵探测器或线阵探测器。

本发明还提供一种缺陷检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1：将待测物上载到工件台，并进行对准和调焦；

S2：根据待测物选择探测方式，包括金相探测和DIC探测，并根据探测方式调整偏振单元和检偏单元，同时从成像物镜单元中选择对应的物镜，包括普通物镜和DIC物镜；

S3：打开光源进行缺陷检测，根据探测单元的探测信号输出检测结果。

进一步的，所述步骤S2中具体为：当待测物为透明薄膜时，选择DIC探测，则通过偏振控制器控制偏振片插入光路，同时通过检偏控制器控制检偏器插入光路，并从成像物镜单元中选择DIC物镜进行探测；反之，选择金相探测，则通过偏振控制器控制偏振片拔出光路，同时通过检偏控制器控制检偏器拔出光路，并从成像物镜单元中选择普通物镜进行探测。

进一步的，当选择DIC物镜进行探测时，采用DIC棱镜实现干涉成像，通过水平调节机构对DIC棱镜进行水平向调节以获得不同干涉效果的图像，通过垂向调节机构对DIC棱镜进行垂向调节使DIC棱镜与对应的DIC物镜的后焦面重合。

进一步的，所述步骤S3中，所述检测结果包括缺陷的数量、位置、尺寸和类型。

本发明提供的缺陷检测装置及方法，通过在照明模块中设置偏振单元，并在成像模块中设置检偏单元以及包括普通物镜和DIC物镜的成像物镜单元，根据待测物的特性选择金相探测或DIC探测，在DIC探测中通过微分干涉成像以提高探测图像的对比度，提高对透明薄膜的识别能力和检测能力。本发明集金相探测和DIC探测为一体，且在切换探测方式时无需重新调整焦面位置，操作方便，简化了光路结构，提高了缺陷的检出率。

附图说明

图1是本发明实施例1中缺陷检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例1中的干涉成像单元和DIC物镜的连接示意图；

图3是本发明缺陷检测装置的检测方法的流程图；

图4是本发明实施例2中缺陷检测装置的结构示意图。

图中所示：1、照明模块；11、光源；12、扩束准直单元；13、偏振单元；131、偏振片；132、偏振控制器；14、反射镜；2、成像模块；21、分束棱镜；22、成像物镜单元；221、普通物镜；222、DIC物镜；223、物镜转轮；224、干涉成像单元；225、DIC棱镜；226、水平调节机构；227、垂向调节机构；23、成像镜组；24、检偏单元；3、探测单元；4、待测物；5、工件台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述。

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供的一种缺陷检测装置，包括：

照明模块1，包括沿光路依次设置的光源11、扩束准直单元12、偏振单元13和反射镜14；所述光源11提供辐射光，其可以选用氙灯、卤素灯、或激光光源或LED灯，其中LED灯可以采用明场照明方式。所述扩束准直单元12采用扩束准直镜，对光源11发出的光线进行扩束和准直。优选的，所述偏振单元13包括偏振片131和偏振控制器132，所述偏振控制器132可以采用旋转电机、偏振快门或电动转盘，用于控制所述偏振片131插入或拔出光路对应DIC检测或金相检测，即采用DIC物镜222或普通物镜221进行检测，其中普通物镜221为金相显微镜。

成像模块2，包括位置与所述反射镜14对应的分束棱镜21、设于所述分束棱镜21和待测物4之间的成像物镜单元22、依次设于所述分束棱镜21远离所述成像物镜单元22一侧的成像镜组23和检偏单元24，所述成像物镜单元22包括若干普通物镜221和DIC物镜222；优选的，所述成像物镜单元22还包括物镜转轮223、转轮控制器和干涉成像单元224，所述若干普通物镜221和DIC物镜222设于所述物镜转轮223上，具体的，本实施例中，普通物镜221设有3个，分别为5、10和20的成像倍率，DIC物镜222设有两个，所述普通物镜221和DIC物镜222依次设置围成一个圆锥面，所述转轮控制器与所述物镜转轮223连接，所述转轮控制器采用旋转电机或电动转盘，用于控制所述物镜转轮223旋转以选择相应的成像物镜。所述干涉成像单元224与所述DIC物镜222连接，述DIC物镜222上设有与所述DIC棱镜225相适配的插槽，所述DIC棱镜225设于所述插槽内。

如图2所示，优选的，所述干涉成像单元224包括DIC棱镜225和与所述DIC棱镜225连接的水平调节机构226和垂向调节机构227，所述DIC棱镜225与所述DIC物镜222的后焦面位置对应。优选的，所述水平调节机构226可以采用螺纹调节机构，其包括与所述DIC棱镜225的水平一侧连接的调节螺杆和套设于所述调节螺杆上的导向螺母，通过转动调节螺杆即可实现DIC棱镜225在水平方向的调节，从而获得不同干涉效果的图像。优选的，所述垂向调节机构227为顶丝调节机构，所述顶丝调节机构包括与所述DIC棱镜225顶端或底端连接调节顶丝和与所述调节顶丝连接的丝母板，通过转动调节顶丝即可实现对DIC棱镜225在垂向上的调节，从而使棱镜与对应DIC物镜222的后焦面重合。

优选的，所述检偏单元24包括检偏器和与所述检偏器连接的检偏控制器，所述检偏控制器可以采用旋转电机或电动转盘，用于控制所述检偏器插入或拔出光路，对应DIC检测或金相检测。

探测单元3，设于所述检偏单元24远离所述成像镜组23的一侧，用于将图像信号转化为数字信号进行缺陷检测，即将图像信号转化为灰度值信号；所述探测单元3为面阵探测器或线阵探测器，如CMOS相机或CCD相机。

所述照明模块1中光源11提供的辐射光线经所述成像模块2中的分束棱镜21和成像物镜单元22投射到待测物上，反射光线经过所述成像模块2进行成像，最终投射至探测单元3。具体的，光源11发出的光线经扩束准直单元12扩束、准直后依次经过偏振单元13和反射镜14后投射至分束棱镜21上，并通过成像物镜单元22中的普通物镜221或DIC物镜222投影至待测物4表面，光线经待测物4反射后依次经过成像物镜单元22后经过成像镜组23进行成像，接着经过检偏单元24后投射至探测单元3上进行探测，并输出检测结果，包括缺陷的数量、位置、尺寸和类型。

本实施例还提供一种如上所述缺陷检测装置的检测方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1：将待测物4上载到工件台5，并进行对准和调焦；

S2：根据待测物4选择探测方式，包括金相探测和DIC探测，并根据探测方式调整偏振单元13和检偏单元24，同时从成像物镜单元22中选择对应的物镜，包括普通物镜221和DIC物镜222；具体的，当待测物4为透明薄膜时，选择DIC探测，此时则通过偏振控制器132控制偏振片131插入光路，同时通过检偏控制器控制检偏器插入光路，并从成像物镜单元22中选择DIC物镜222进行探测，此外，当选择DIC物镜222进行探测时，采用DIC棱镜225实现干涉成像，通过水平调节机构226如螺纹调节机构226对DIC棱镜225进行水平向调节以获得不同干涉效果的图像，具体的，通过转动与DIC棱镜225水平一侧连接的调节螺杆即可实现DIC棱镜225在水平方向的调节，从而获得不同干涉效果的图像；同时通过垂向调节机构227如顶丝调节机构对DIC棱镜225进行垂向调节使DIC棱镜225与对应的DIC物镜222的后焦面重合，具体的，通过转动与DIC棱镜225顶部或底部连接的调节顶丝即可实现对DIC棱镜225在垂向上的调节。反之，选择金相探测，则通过偏振控制器132控制偏振片131拔出光路，同时通过检偏控制器控制检偏器拔出光路，并从成像物镜单元22中选择普通物镜进行探测。

S3：打开光源11进行缺陷检测，根据探测单元3的探测信号输出检测结果。具体的，通过对比图像的灰度进行缺陷分析，所述检测结果包括缺陷的数量、位置、尺寸和类型等。

实施例2

如图4所示，与实施例1不同的是，本实施例中，DIC棱镜225设于所述物镜转轮223上，优选的，所述物镜转轮223上设有与所述DIC棱镜225相适配的插槽，所述DIC棱镜225设于所述插槽内，当进行DIC探测时，转动物镜转轮223选择DIC物镜222进行探测，此时在插槽内插入DIC棱镜225，通过水平调节机构226对DIC棱镜225进行水平调节，使其产生不同干涉效果的图像，同时通过垂向调节机构227对DIC棱镜225进行垂向调节，使其与选择的DIC物镜225的后焦面重合，当使用普通物镜221进行探测时，将DIC棱镜225从物镜转轮223中拔出。

综上所述，本发明提供的缺陷检测装置及其方法，通过在照明模块1中设置偏振单元13，并在成像模块2中设置检偏单元24以及包括普通物镜221和DIC物镜222的成像物镜单元22，根据待测物的特性选择金相探测或DIC探测，在DIC探测中通过微分干涉成像以提高探测图像的对比度，提高了对透明薄膜的识别能力和检测能力。本发明集金相探测和DIC探测为一体，且在切换探测方式时无需重新调整焦面位置，操作方便，简化了光路结构，提高了缺陷的检出率。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (17)

1.一种缺陷检测装置，其特征在于，包括：

照明模块，包括沿光路依次设置的光源、扩束准直单元、偏振单元和反射镜；

成像模块，包括位置与所述反射镜对应的分束棱镜、设于所述分束棱镜和待测物之间的成像物镜单元、依次设于所述分束棱镜远离所述成像物镜单元一侧的成像镜组和检偏单元，所述成像物镜单元包括若干普通物镜和DIC物镜；

探测单元，设于所述检偏单元远离所述成像镜组的一侧，用于将图像信号转化为数字信号进行缺陷检测；

所述照明模块提供的辐射光线经所述成像模块中的分束棱镜和成像物镜单元投射到待测物上，反射光线经过所述成像模块进行成像，最终投射至探测单元。

2.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述光源采用氙灯、卤素灯、LED灯或激光光源。

3.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述偏振单元包括偏振片和偏振控制器，所述偏振控制器控制所述偏振片插入或拔出光路。

4.根据权利要求3所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述偏振控制器采用旋转电机、偏振快门或电动转盘。

5.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述成像物镜单元还包括物镜转轮、转轮控制器和干涉成像单元，所述若干普通物镜和DIC物镜设于所述物镜转轮上，所述转轮控制器与所述物镜转轮连接，控制所述物镜转轮旋转，所述干涉成像单元设于所述DIC物镜上或物镜转轮上。

6.根据权利要求5所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述干涉成像单元包括DIC棱镜和与所述DIC棱镜连接的水平调节机构和垂向调节机构，所述DIC棱镜与所述DIC物镜的后焦面位置对应。

7.根据权利要求6所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述DIC物镜或物镜转轮上设有与所述DIC棱镜相适配的插槽，所述DIC棱镜设于所述插槽内。

8.根据权利要求6所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述水平调节机构为螺纹调节机构，包括与所述DIC棱镜的水平一侧连接的调节螺杆和套设于所述调节螺杆上的导向螺母。

9.根据权利要求6所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述垂向调节机构为顶丝调节机构，所述顶丝调节机构包括与所述DIC棱镜顶端或底端连接调节顶丝和与所述调节顶丝连接的丝母板。

10.根据权利要求5所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述转轮控制器采用旋转电机或电动转盘。

11.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述检偏单元包括检偏器和与所述检偏器连接的检偏控制器，所述检偏控制器控制所述检偏器插入或拔出光路。

12.根据权利要求11所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述检偏控制器为旋转电机或电动转盘。

13.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其特征在于，所述探测单元为面阵探测器或线阵探测器。

14.一种缺陷检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将待测物上载到工件台，并进行对准和调焦；

S2：根据待测物选择探测方式，包括金相探测和DIC探测，并根据探测方式调整偏振单元和检偏单元，同时从成像物镜单元中选择对应的物镜，包括普通物镜和DIC物镜；

S3：打开光源进行缺陷检测，根据探测单元的探测信号输出检测结果。

15.根据权利要求14所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S2中具体为：当待测物为透明薄膜时，选择DIC探测，则通过偏振控制器控制偏振片插入光路，同时通过检偏控制器控制检偏器插入光路，并从成像物镜单元中选择DIC物镜进行探测；反之，选择金相探测，则通过偏振控制器控制偏振片拔出光路，同时通过检偏控制器控制检偏器拔出光路，并从成像物镜单元中选择普通物镜进行探测。

16.根据权利要求15所述的缺陷检测方法，其特征在于，当选择DIC物镜进行探测时，采用DIC棱镜实现干涉成像，通过水平调节机构对DIC棱镜进行水平向调节以获得不同干涉效果的图像，通过垂向调节机构对DIC棱镜进行垂向调节使DIC棱镜与对应的DIC物镜的后焦面重合。

17.根据权利要求14所述的缺陷检测方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述检测结果包括缺陷的数量、位置、尺寸和类型。