CN112098421A

CN112098421A - 暗场检测装置

Info

Publication number: CN112098421A
Application number: CN202010970259.4A
Authority: CN
Inventors: 李运锋; 李润芝; 王婷婷; 于大维
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2020-12-18
Anticipated expiration: 2040-09-15
Also published as: TW202212808A; CN112098421B

Abstract

本发明提供了一种暗场检测装置，所述暗场检测装置包括照明模块、光路整形模块、物镜和成像传感器，所述光路整形模块包括用于在晶片上形成重叠的线形照明光斑的多个分支光路；每一所述分支光路均用于以一定的入射角度照射所述晶片，所述多个分支光路形成环形照射；每一所述分支光路均包括匀光结构和临界照明结构，所述光源提供的光依次经所述匀光结构和临界照明结构照射至所述晶片上。本发明可以有效提高照明均匀性，同时也可以使得照明功率密度得以提升，杂散光得到很好的抑制，从而有利于线扫产率的提升，避免出现照明光斑颗粒状分布，更加有利于缺陷(颗粒、标记边缘)的检出。

Description

暗场检测装置

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，特别涉及一种暗场检测装置。

背景技术

暗场照明技术广泛应用于仪器视觉领域，如表面缺陷检测领域，暗场照明是指照明光以极大的入射角投射到试样表面上，如果试样表面是一个抛光镜面，则从镜面上反射的光线以极大的反射角反射出去，而不能进入物镜成像；如果试样表面存在缺陷特征，则从缺陷特征处漫反射的光线有一部分可进入物镜成像，这些缺陷特征呈明亮的像映衬在黑暗的视场内，最终可以在CCD中呈现。环形暗场检测装置提供均匀的照明光，用于检测试样表面的凹陷、突起、划痕等缺陷特征，因此，环形暗场检测装置照明光的均匀性决定了缺陷的检测质量。

现有技术的环形暗场检测装置常采用LED环形暗场照明，由于，LED环形暗场照明作为脉冲光源使用时，能量无法满足高扫描速度的需求，无法适应半导体行业对扫描和检测速度越来越高的要求，作为连续光源使用时存在能量不足的问题。

此外，现有技术的环形暗场检测装置通过传导光纤作为光传导介质，将光源发出的光从入射端传导到出射端后射出，对试样表面进行暗场照明。由于现有技术的环形暗场检测装置没有匀光装置，导致进入环形暗场检测装置中每根光纤的能量差异较大，降低了环形暗场检测装置出射光的均匀性，从而影响了缺陷检测质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种暗场检测装置，可以提高能量利用率和光斑均匀性。

为达到上述目的，本发明提供一种暗场检测装置，包括：

照明模块，用于提供光源；

光路整形模块，用于在晶片上形成重叠的线形照明光斑的多个分支光路；每一所述分支光路均用于以一定的入射角度照射所述晶片，所述多个分支光路形成环形照射；每一所述分支光路均包括匀光结构和临界照明结构，所述光源提供的照射光依次经所述匀光结构和临界照明结构照射至所述晶片上；

物镜，用于收集来自所述晶片的散射光；以及

成像传感器，用于接收所述物镜输出的信号光。

可选的，所述入射角度为60°～85°。

可选的，所述匀光结构为反射式匀光腔结构，所述匀光结构包括入射光端面、匀光腔体和出射光端面。

可选的，所述匀光结构的匀光腔体包括四个反射面。

可选的，所述匀光结构的出射光端面为平行四边形。

可选的，所述照明模块包括：

光源；以及

用于接收所述光源的光导，所述光导的输出端包括多个分端端口，每一所述分端端口均用于向与其对应设置的分支光路提供照射光。

可选的，所述分端端口的出光端面为长方形。

可选的，所述匀光结构的出射光端面与所述匀光结构的出射光轴之间相垂直或具有大于0°且小于90°的夹角。

可选的，所述临界照明结构为远心照明。

可选的，所述分支光路的个数为6个、8个、12个或16个。

与现有技术相比，本发明提供的暗场检测装置具有以下优点：

(1)由于本发明提供的暗场检测装置中的光路整形模块包括用于在晶片上形成重叠的线形照明光斑的多个分支光路；每一所述分支光路用于以一定的入射角度照射所述晶片，所述多个分支光路形成环形照射；每一所述分支光路均包括匀光结构和临界照明结构，所述光源提供的照射光依次经所述匀光结构和临界照明结构照射至所述晶片上。由此通过所述匀光结构可以对光源提供的照射光进行匀光，使出射光更加均匀，提高了本发明提供的暗场检测装置的照明均匀性，同时也可以使得照明功率密度得以提升，杂散光得到很好的抑制，从而有利于线扫产率的提升，避免出现照明光斑颗粒状分布，更加有利于缺陷(颗粒、标记边缘)的检出。此外，本发明提出的光路整形模块的结构更加紧凑，可直接接入成像结构的下端，有效避免与其他分系统或模块的空间干涉。

(2)由于所述匀光结构的出射光端面与所述匀光结构的出射光轴之间相垂直或具有大于0°且小于90°的夹角，由此，当所述匀光结构的出射光端面与所述匀光结构的出射光轴之间具有大于0°且小于90°的夹角，即倾斜设置时，能够更大程度地提高光路能量利用率和照明面的能量密度，同时也可以避免由于入射角度过大带来的光斑拖影，进而提高分支光路的光斑照明均匀性，提高各极角谱的一致性，使像面成像更加清晰。

(3)由于所述临界照明结构为远心照明，由此可以有效降低梯形畸变，提高光斑的均匀性。

(4)由于本发明提供的匀光结构为反射式匀光腔结构，由此可以进一步提高匀光效果，使得出射光更加均匀，进一步提高本发明提供的暗场检测装置的照明均匀性。

(5)由于本发明提供的匀光结构的匀光腔体包括四个反射面，由此可以更加便于光源提供的光在匀光结构中进行传导时发生全反射，各个方向的全反射对光进行匀化，进而使得出射光更加均匀。

(6)由于本发明提供的照明包括包括光源以及用于接收所述光源的光导，所述光导的输出端包括多个分端端口，每一所述分端端口均用于向与其对应设置的分支光路提供照射光，由此此种设置可以进一步简化本发明提供的暗场检测装置的整体结构，降低成本。

(7)由于本发明中的光导的分端端口的出光端面为长方形，由此可以在保证环形照明角谱的前提下，直接形成线形照明视场。

附图说明

图1为本发明一实施方式中的暗场检测装置的结构示意图；

图2为本发明一实施方式中的光路整形模块的结构示意图；

图3为本发明一实施方式中的分支光路的结构示意图；

图4为本发明一实施方式中的匀光结构的匀光腔体的结构示意图。

其中，附图标记如下：

分支光路-100；分端端口-110；匀光结构-120；临界照明结构-130；入射光端面-121；匀光腔体-122；出射光端面-123；反射面-1221；照明光斑-200；0极分支光路-101；45极分支光路-102；90极分支光路-103；135极分支光路-104；180极分支光路-105；225极分支光路-106；270极分支光路-107；315极分支光路-108；晶片-300；物镜-400；成像传感器-500。

具体实施方式

以下结合附图1至4和具体实施方式对本发明提出的暗场检测装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图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方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如背景技术中所介绍的那样，现有技术的环形暗场检测装置通过传导光纤作为光传导介质，将光源发出的光从入射端传导到出射端后射出，对试样表面进行暗场照明，可同时适用于连续光源和脉冲光源。由于现有技术的环形暗场检测装置没有匀光装置，导致进入环形暗场检测装置中每根光纤的能量差异较大，降低了环形暗场检测装置出射光的均匀性，从而影响了缺陷检测质量。

本发明的核心思想在于提供一种暗场检测装置，可以提高能量利用率和光斑均匀性。

为实现上述思想，本发明提供一种暗场检测装置，请参考图1至图3，其中图1示意性地给出了本发明一实施方式提供的暗场检测装置的结构示意图；图2示意性地给出了本发明一实施方式提供的光路整形模块的结构示意图；图3示意性地给出了本发明一实施方式提供的分支光路的结构示意图。如图1至图3所示，所述暗场检测装置包括照明模块、光路整形模块、物镜400和成像传感器500。

其中，所述照明模块用于提供光源，以向所述光路整形模块中的各分支光路100提供照射光。

优选的，所述照明模块包括光源以及用于接收所述光源的光导，所述光导的输出端包括多个分端端口110，每一所述分端端口110均用于向与其对应设置的分支光路100提供照射光。由此，本发明采用同一光源，并通过输出端具有多个分端端口110的光导，以向所述光路整形模块中的各分支光路100提供照射光，从而可以进一步简化本发明提供的暗场检测装置的整体结构，降低成本。如本领域技术人员所能理解的，所述光导可以为光纤束，也可以为其他出光器件，本发明对此并不进行限制。

所述光源可为宽带光源，激光等。优选的，所述光源为宽带光源。由于宽带光源，不存在相干性问题和散斑效应，波段连续可选，由此可以有效避免干涉条纹和散斑效应对晶片缺陷检测的影响。此外，由于宽带光源的波段连续可选，从而可以有效保证工艺的适应性。

所述分端端口110的出光端面为长方形。由此，通过将所述分端端口110的出光端面设置为长方形，由此可以在保证环形照明角谱的前提下，直接形成线形照明视场，进而可以进一步简化本发明提供的暗场检测装置的整体结构，降低成本。

所述光路整形模块包括用于在晶片300上形成重叠的线形照明光斑200的多个分支光路100；每一所述分支光路100均用于以一定的入射角度照射所述晶片300，所述多个分支光路100形成环形照射；每一所述分支光路100均包括匀光结构120和临界照明结构130，所述光源提供的照射光依次经所述匀光结构120和临界照明结构130照射至所述晶片300上。

所述物镜400用于收集来自所述晶片300的散射光，所述成像传感器500用于接收所述物镜400输出的信号光，以显示所述晶片300表面的凹陷、突起、划痕等缺陷。

由于本发明中照明模块提供的照射光依次经所述匀光结构120和临界照明结构130照射至晶片300上，由此通过所述匀光结构120可以对光源提供的照射光进行匀光，使出射光更加均匀，提高了本发明提供的暗场检测装置的照明均匀性，同时也可以使得照明功率密度得以提升，杂散光得到很好的抑制，从而有利于线扫产率的提升，避免出现照明光斑200颗粒状分布，更加有利于缺陷(颗粒、标记边缘)的检出。此外，本发明提出的光路整形模块的结构更加紧凑，可直接接入成像结构的下端，有效避免与其他分系统或模块的空间干涉。

优选的，所述入射角度为60°～85°。由此，光源提供的照射光依次经所述匀光结构120和临界照明结构130斜照射至所述晶片300上，60～85°的入射角度可以使得物镜400只用于成像，由此可以允许使用较高的NA(数值孔径)，进而提高成像质量。

优选的，所述分支光路100的个数为6个、8个、12个或16个。由此，此种设置既可以满足缺陷的检测需求，也可以降低成本。

优选的，所述多个分支光路100沿所述晶片300的周向均匀分布，如图2所示，在本实施方式中，所述光路整形模块包括8个分支光路，8个所述分支光路沿晶片300的周向均匀分布，根据各个分支光路相对于线形照明光斑200的位置进行极次划分，沿顺时针方向，将与所述线形照明光斑200的长轴方向一致的分支光路划分为0极分支光路101，将与所述线形照明光斑200的长轴方向呈45度夹角的分支光路划分为45极分支光路102，将与所述线形照明光斑200的长轴方向呈90度夹角的分支光路划分为90极分支光路103。依次类推，这8个分支光路分别为0极分支光路101、45极分支光路102、90极分支光路103、135极分支光路104、180极分支光路105、225极分支光路106、270极分支光路107和315极分支光路108。各极次的分支光路100的光源整体(包括分端端口110和匀光结构120)的空间方位角度随各分支光路所处的极次而变化。

优选的，所述匀光结构120的出射光端面123与所述匀光结构120的出射光轴相垂直或具有大于0°且小于90°的夹角，例如15°、30°、45°、60°、75°等。当所述匀光结构120的出射光端面123与所述匀光结构120的出射光轴之间具有大于0°且小于90°的夹角时，即所述出射光端面123与所述出射光轴之间具有一定的倾角时，能够很大程度地提高光路能量利用率和照明面的能量密度，同时也可以避免由于入射角度过大带来的光斑拖影，进而提高分支光路的光斑照明均匀性，提高各极角谱的一致性。所述匀光结构120的出射端面与所述匀光结构120的出射光轴之间的夹角的大小由光源提供的照射光照射至所述晶片300上的入射角和暗场检测装置的倍率决定。各极次分支光路的匀光结构120的出射光端面123的空间方位角度随各分支光路所处的极次而变化。

优选的，如图3所示，所述匀光结构120为反射式匀光腔结构，所述匀光结构120包括入射光端面121、匀光腔体122和出射光端面123。由于本发明提供的匀光结构120为反射式匀光腔结构，由此可以进一步提高匀光效果，使得出射光更加均匀，进一步提高本发明提供的暗场检测装置的照明均匀性。此外，由于所述匀光结构120为腔体结构，由此可以更加便于实现出射光端面123倾斜设置，以提高像面成像的清晰度。需要说明的是，如本领域技术人员所能理解的，在其他一些实施方式中，所述匀光结构120也可以为除反射式匀光腔结构以外的其他导光器件。

优选的，请参考图4，其示意性地给出了本发明一实施方式提供的匀光结构120的匀光腔体122的结构示意图，如图4所示，所述匀光结构120的匀光腔体122包括四个反射面1221。由于本发明提供的匀光结构120的匀光腔体122包括四个反射面1221，即所述匀光结构120的匀光腔体122由四个反射面1221围成，由此可以更加便于光源提供的照射光在匀光结构120中进行传导时发生全反射，各个方向的全反射对光进行匀化，进而使得出射光更加均匀。

优选的，所述匀光结构120的出射光端面123为平行四边形。由于本发明提供的匀光结构120的出射光端面123为平行四边形，由此，可以更加便于形成线形照明视场。

优选的，所述匀光结构120的材质为玻璃基底或金属基底。由此，采用玻璃基底或金属基底制成所述匀光结构，可以有效提高所述匀光结构120的耐高温性能。为了便于在所述匀光结构120的内部镀上反射膜，所述匀光结构120优选为拼接粘贴结构。

优选的，所述临界照明结构130为远心照明。由于当所述匀光结构120的出射光端面123与所述匀光结构120的出射光轴之间倾斜设置时，容易产生较大梯形畸变，会使得光斑的均匀性降低，因此，本发明通过将临界照明结构130设置为远心照明，以控制物像面的远心度，由此可以有效降低梯形畸变，提高光斑的均匀性。

综上所述，与现有技术相比，本发明提供的暗场检测装置具有以下优点：

上述描述仅是对本发明较佳实施方式的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。显然，本领域的技术人员可以对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，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims

1.一种暗场检测装置，其特征在于，包括：

照明模块，用于提供光源；

物镜，用于收集来自所述晶片的散射光；以及

成像传感器，用于接收所述物镜输出的信号光。

2.根据权利要求1所述的暗场检测装置，其特征在于，所述入射角度为60°～85°。

3.根据权利要求1所述的暗场检测装置，其特征在于，所述匀光结构为反射式匀光腔结构，所述匀光结构包括入射光端面、匀光腔体和出射光端面。

4.根据权利要求3所述的暗场检测装置，其特征在于，所述匀光结构的匀光腔体包括四个反射面。

5.根据权利要求4所述暗场检测装置，其特征在于，所述匀光结构的出射光端面为平行四边形。

6.根据权利要求1所述的暗场检测装置，其特征在于，所述照明模块包括：

光源；以及

7.根据权利要求6所述的暗场检测装置，其特征在于，所述分端端口的出光端面为长方形。

8.根据权利要求1所述的暗场检测装置，其特征在于，所述匀光结构的出射光端面与所述匀光结构的出射光轴之间相垂直或具有大于0°且小于90°的夹角。

9.根据权利要求8所述的暗场检测装置，其特征在于，所述临界照明结构为远心照明。

10.根据权利要求1所述的暗场检测装置，其特征在于，所述分支光路的个数为6个、8个、12个或16个。