CN115128008A - 半导体显微检测的筒镜镜组及半导体显微检测系统 - Google Patents

Abstract

本披露公开了一种半导体显微检测的筒镜镜组及半导体显微检测系统。该筒镜镜组包括：第一透镜，为双凸透镜；第一透镜的第一面面向待测半导体；第二透镜，为弯月形负透镜；第二透镜的第一面与第一透镜的第二面胶合形成胶合双透镜；第三透镜，为弯月形正透镜；第三透镜的第一面面向第二透镜的第二面；第四透镜，为弯月形负透镜；第四透镜的第一面面向第三透镜的第二面；胶合双透镜、第三透镜和第四透镜的间隔设置形成筒镜镜组。本披露公开的技术方案能够提高单次检测所覆盖的晶圆范围，从而缩减了半导体检测所需时长，并且本方案的筒镜镜组配置能够保证各个半导体检测场景下的成像像质，构成多中半导体显微检测系统的标准化模块。

Description

半导体显微检测的筒镜镜组及半导体显微检测系统

技术领域

本披露一般涉及半导体检测技术领域。更具体地，本披露涉及一种半导体显微检测的筒镜镜组及半导体显微检测系统。

背景技术

随着半导体芯片朝着小型化和集成化发展，半导体芯片的集成度越来越高，体积越来越小，检测精度要求越来越高，使用传统的高倍远心镜头已不能满足其缺陷检测要求，对于微型半导体芯片需要通过显微系统才能有效检测。

在工业生产中，半导体芯片通常在一整张晶圆上生产，虽然显微系统可以高精度检测微型芯片，而显微系统的检测范围由物镜和筒镜共同决定，由于显微物镜视场很小，并且标准筒镜的视场也有限，例如，现有的1X筒镜的通常视场仅有24mm，部分经过特殊设计的筒镜最大视场为28mm，因此每次检测只能检测整张晶圆中很小的一部分，对于整张晶圆或者较大的封装的芯片样品来说需要沿特有路径进行多次扫描检测。而实际上目前研制的显微物镜在1X筒镜下，最大像方视场可以达到33mm，使用现有筒镜就会造成了显微物镜性能的浪费，如果能最大利用显微物镜的视场，即使每次检测的范围提高有限，但对需要大量检测次数的整张晶圆和芯片样片也能较大地提高检测效率。

另外，半导体芯片种类繁多，需要不同的检测需求，比如有些样品只需可见光就可以检测，有些样品的缺陷需要在明场下检测，有些样品缺陷需要在暗场下检测，有些样品需要在紫外光下进行检测，还有些样品需要在红外光下进行检测。而普通筒镜只能适用于单一的检测场景，最常用的就是在可见光下使用，当应用于其他检测场景时，为了保证成像质量，筒镜通常需要单独设计，这样就会导致成本浪费，不利于半导体检测设备的标准化。

有鉴于此，亟需提供一种多用途半导体显微检测的筒镜镜组，能够满足大部分的半导体检测需求，并且能够提供大视场，以提高半导体芯片和IC元件检测的效率。

发明内容

为了至少解决如上所提到的一个或多个技术问题，本披露在多个方面中提出了半导体显微检测的筒镜镜组及半导体显微检测系统，能够提供大视场，以提高半导体检测的效率，筒镜镜组模块化设计，有助于提高筒镜镜组的适用性，使其具有多用途的检测能力。

在第一方面中，本披露提供一种半导体显微检测的筒镜镜组，包括：第一透镜11，为双凸透镜；所述第一透镜的第一面面向待测半导体；第二透镜12，为弯月形负透镜；所述第二透镜的第一面与所述第一透镜的第二面胶合形成胶合双透镜，所述第二透镜的第一面的曲率半径绝对值小于所述第二透镜的第二面的曲率半径绝对值；第三透镜13，为弯月形正透镜；所述第三透镜的第一面面向所述第二透镜的第二面，且其曲率半径绝对值小于所述第三透镜的第二面的曲率半径绝对值；第四透镜14，为弯月形负透镜；所述第四透镜的第一面面向所述第三透镜的第二面，且其曲率半径绝对值大于所述第四透镜的第二面的曲率半径绝对值；所述胶合双透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的间隔设置形成所述筒镜镜组。

在一些实施例中，所述第一透镜11的第一面的曲率半径介于120mm至140mm之间；所述第一透镜11的第二面的曲率半径介于-45mm至-55mm之间；所述第一透镜11的厚度介于12mm至18mm之间。

在一些实施例中，所述第一透镜11的折射率介于1.3至1.5之间，阿贝数介于90至93之间。

在一些实施例中，所述第二透镜12的第二面的曲率半径介于-2630mm至-2670mm之间；所述第二透镜12的厚度介于7mm至9 mm之间。

在一些实施例中，所述第二透镜12的折射率介于1.4至1.6之间，阿贝数介于60至63之间。

在一些实施例中，所述第三透镜13的第一面与所述第二透镜的第二面的第一间距介于16mm至20mm之间。

在一些实施例中，所述第三透镜13的第一面的曲率半径介于45mm至55mm之间；所述第三透镜13的第二面的曲率半径介于205mm至235mm之间；所述第三透镜13的厚度介于11mm至15mm之间。

在一些实施例中，所述第三透镜13的折射率介于1.3至1.7之间，阿贝数介于75至85之间。

在一些实施例中，所述第四透镜14的第一面与所述第三透镜的第二面的第二间距介于1mm至4mm之间。

在一些实施例中，所述第四透镜14的第一面的曲率半径介于60mm至80mm之间；所述第四透镜14的第二面的曲率半径介于30mm至40mm之间；所述第四透镜14的厚度介于6mm至9mm之间。

在一些实施例中，所述第四透镜14的折射率介于1.4至1.7之间，阿贝数介于55至65之间。

在一些实施例中，所述第一透镜11、所述第二透镜12、所述第三透镜13和所述第四透镜14中的一个或多个透镜上镀有增透膜。

在第二方面中，本披露提供一种半导体显微检测系统，包括：物镜镜组2、光源装置3、成像装置4和如上任一项所述的筒镜镜组1；其中，所述物镜镜组2、所述筒镜镜组1和所述成像装置4依次沿主光轴设置，所述光源装置3提供检测光源；待测半导体的检测光线沿所述主光轴传输，经所述物镜镜组和所述筒镜镜组传输至所述成像装置形成检测图像。

在一些实施例中，所述半导体显微检测系统还包括：设置在所述主光轴上的分光棱镜5；所述成像装置4包括：第一成像装置41和第二成像装置42；所述分光棱镜5用于将所述检测光线分束，并将分束后的检测光线分别传输至所述第一成像装置41和所述第二成像装置42。

在一些实施例中，所述光源装置3包括：明场光源装置；所述第一成像装置为黑白相机，所述第二成像装置为彩色相机。

在一些实施例中，所述光源装置3包括：明场光源装置31和暗场光源装置32；所述检测光线包括：明场检测光线和暗场检测光线；所述明场光源装置的明场光源经所述待测半导体反射形成所述明场检测光线；所述暗场光源装置的暗场光源经所述待测半导体散射形成所述暗场检测光线；所述明场光源与所述暗场光源的波长不同；所述第一成像装置的接收波长与所述明场检测光线相匹配；所述第二成像装置的接收波长与所述暗场检测光线相匹配。

在一些实施例中，所述半导体显微检测系统还包括：两个带通滤光片；所述两个带通滤光片分别设置在所述第一成像装置和所述第二成像装置的光线接收侧。

在一些实施例中，所述半导体显微检测系统还包括：设置在所述主光轴上的第一分光镜6；所述第一分光镜6用于将所述明场光源沿所述主光轴反射至所述待测半导体的表面。

在一些实施例中，所述半导体显微检测系统还包括：自动对焦装置7和设置在所述主光轴上的第二分光镜8；所述自动对焦装置7发出的对焦光线至所述待测半导体的表面进行自动对焦；所述第二分光镜8用于将所述对焦光线从所述待测半导体的表面反射回所述自动对焦装置。

在一些实施例中，所述第二分光镜8为二向色镜；所述二向色镜用于将所述对焦光线反射回所述自动对焦装置，并防止所述对焦光线沿所述主光轴透射至所述成像装置。

在一些实施例中，所述半导体显微检测系统还包括：像面调节装置；所述像面调节装置与所述成像装置连接，用于控制所述成像装置与所述筒镜镜组之间的距离。

通过如上所提供的半导体显微检测的筒镜镜组，本披露的方案增加了半导体检测的成像视场，提高了单次检测所覆盖的晶圆范围，从而缩减了半导体检测所需时长；并且本方案的筒镜镜组配置能够保证各个半导体检测场景下的成像像质，提高筒镜镜组的适用范围，本方案的筒镜镜组可以作为一个标准化的模块应用于多种半导体显微检测系统中，以满足不同的半导体检测需求，通过增减半导体显微检测系统中的对应元件即可实现不同检测目的，而不会影响成像像质。

进一步，在本披露的一些实施例中，还提供了具有前述筒镜镜组的半导体显微检测系统，通过分光棱镜将检测光线进行分束，并通过两个成像装置同时检测分束后的两路光线，能够同时观察到两个图片，可以节省检测时间和检测成本。

更进一步地，在本披露的一些实施例中，还设置了明场光源装置和暗场光源装置，其中，明场光源与暗场光源采用不同波长，并通过两个成像装置分别接收不同波长的检测光线，即，通过分波长实现明暗场同时检测，相较于通过切换相机快门分别拍摄明场和暗场，所需时长减半，大幅节省了检测时长。

在本披露的一些实施例中，还在半导体显微检测系统中设置了自动对焦装置进行自动对焦，并通过二向色镜防止对焦光线进入成像装置，在检测图像中心形成光斑，影响检测结果。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本披露示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本披露的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1示出了本披露实施例的筒镜镜组的结构示意图；

图2示出了本披露的筒镜镜组在白光光源（420~660nm）下成像的点列图；

图3示出了本披露的筒镜镜组在白光光源（420~660nm）下成像的光学调制函数曲线；

图4示出了本披露的筒镜镜组在白光光源（420~660nm）结合滤光片下成像的点列图；

图5示出了本披露的筒镜镜组在白光光源（420nm~660nm）结合滤光片下成像的光学调制函数曲线；

图6示出了本披露的筒镜镜组在紫外光光源（355nm）结合滤光片下成像的点列图；

图7示出了本披露的筒镜镜组在紫外光光源（355nm）结合滤光片下成像的光学调制函数曲线；

图8示出了本披露的筒镜镜组在红外光光源（1550nm）结合滤光片下成像的点列图；

图9示出了本披露的筒镜镜组在红外光光源（1550nm）结合滤光片下成像的光学调制函数曲线；

图10示出了本披露的筒镜镜组在近红外波段光光源（1000nm~1100nm）下成像的点列图；

图11示出了本披露的筒镜镜组在近红外波段光光源（1000nm~1100nm）下成像的光学调制函数曲线；

图12示出了一些实施例的半导体显微检测系统的结构示意图；

图13示出了另一些实施例的半导体显微检测系统的结构示意图；

图14示出了又一些实施例的半导体显微检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本披露实施例中的附图，对本披露实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本披露一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本披露中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本披露保护的范围。

应当理解，本披露的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本披露说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本披露。如在本披露说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本披露说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

随着半导体技术的不断进步，半导体芯片及IC元件越来越精密，检测精度要求越来越高。在工业生产中，半导体芯片通常在一整张晶圆上生产，虽然显微系统可以高精度检测微型芯片，但现有显微系统中的筒镜视场都很小，每个检测视场只能检测整张晶圆中很小的一部分，无法适配现有的显微物镜的性能，例如，现有的1X筒镜通常视场仅有24mm，而实际上目前研制的显微物镜在1X筒镜下，最大像方视场可以达到33mm，造成了显微物镜性能的浪费。

另外，半导体芯片种类繁多，需要不同的检测需求，比如有些样品只需可见光就可以检测，有些样品的缺陷需要在明场下检测，有些样品缺陷需要在暗场下检测，有些样品需要在紫外光下进行检测，还有些样品需要在红外光下进行检测。而普通筒镜只能提供单一的检测功能，最常用的就是在可见光下使用，当应用于其他检测场景时，为了保证成像质量，筒镜通常需要单独设计，导致成本浪费，不利于半导体检测设备的标准化。

有鉴于此，本披露实施例提供了一种半导体显微检测的筒镜镜组，其由多个透镜构成，其具有的大视场能够适配现有显微物镜的光学性能，提高单次检测的晶圆面积，进而提高半导体的检测效率。并且能够满足多种检测需求下的成像像质，构成多种半导体显微检测系统的标准化模块，与各种元件配合进行检测时都能够保证像质，大幅提高了筒镜镜组的通用性，节省了检测成本。

上述透镜为用透明物质制成的表面为球面或非球面的光学元件，常见的透镜为正透镜和负透镜。正透镜是中央较厚、边缘较薄的透镜，分为双凸、平凸和正弯月等形式，具有会聚光束的作用；负透镜则是中间薄、边缘厚，分为双凹、平凹、负弯月等形式，具有发散光束的作用。

下面结合附图来详细描述本披露的具体实施方式。

图1示出了本披露实施例的筒镜镜组的结构示意图。参见图1，本披露实施例所示出的半导体显微检测的筒镜镜组，包括：依次设置的第一透镜11、第二透镜12、第三透镜13以及第四透镜14。

其中，第一透镜11为双凸透镜。所述第一透镜的第一面为面向待测半导体的一面。

在一些实施例中，可以设置第一透镜的第一面的曲率半径绝对值大于第二面的曲率半径绝对值。

在一些实施例中，所述第一透镜的第一面的曲率半径介于120mm至140mm，可选地，第一透镜的第一面的曲率半径为129.694mm；第一透镜的第二面的曲率半径介于-45mm至-55mm之间，可选地，第一透镜的第二面的曲率半径为-53.545mm。第一透镜的厚度介于12mm至18mm之间，可选地，第一透镜的厚度为15mm。

在一个实施例中，第一透镜11的材质可以采用型号为N-FK58的光学玻璃，其折射率介于1.3至1.5之间，可选地，其折射率为1.46；其阿贝数介于90至93之间，可选地，其阿贝数取90.9。

需要说明的是，阿贝数也称为色散系数，用来衡量透明介质的光线色散程度。

在本披露中，第二透镜12为弯月形负透镜。第二透镜的第一面与第一透镜的第二面胶合形成胶合双透镜，因此，第二透镜的第一面曲率半径与第一透镜的第二面的曲率半径一致。

在本披露中，第二透镜的第一面的曲率半径绝对值小于其第二面的曲率半径绝对值。

在一些实施例中，所述第二透镜的第二面的曲率半径介于-2630mm至-2670mm之间，可选地，第二透镜的第二面的曲率半径为-2653.158mm；第二透镜的厚度介于7mm至9 mm之间，可选地，第二透镜的厚度为8mm。

在一些实施例中，第二透镜12的材质可以采用型号为N-ZK7的光学玻璃，其折射率介于1.4至1.6之间，可选地，其折射率为1.51；其阿贝数介于60至63之间，可选地，其阿贝数为61.2。

在本披露中，第三透镜13为弯月形正透镜。第三透镜的第一面朝向第二透镜的第二面，且第三透镜的第一面的曲率半径绝对值小于第三透镜的第二面的曲率半径绝对值。

在本披露中，第三透镜13与第二透镜12之间间隔空气设置。在本披露的一些实施例中，所述第三透镜的第一面与第二透镜的第二面的第一间距介于16mm至20mm之间，可选地，第一间距可以为18.32mm。

在一些实施例中，第三透镜的第一面的曲率半径介于45mm至55mm之间，可选地，第三透镜的第一面的曲率半径为50.778mm；第三透镜的第二面的曲率半径介于205mm至235mm之间，可选地，第三透镜的第二面的曲率半径为219.643mm；第三透镜的厚度介于11mm至15mm之间，可选地，第三透镜的厚度为13mm。

在一些实施例中，第三透镜13的材质可以采用型号为N-PK52A的光学玻璃，其折射率可以介于1.3至1.7之间，可选地，第三透镜的折射率为1.5；其阿贝数介于75至85之间，可选地，第三透镜的阿贝数为81.6。

在本披露中，第四透镜14为弯月形负透镜。第四透镜的第一面朝向第三透镜的第二面，且第四透镜的第一面的曲率半径绝对值大于第四透镜的第二面的曲率半径绝对值。

在本披露中，第四透镜14与第三透镜13之间间隔空气设置。在本披露的一些实施例中，第四透镜的第一面与所述第三透镜的第二面的第二间距介于1mm至4mm之间，可选地，第二间距可以为2.3mm。

在一些实施例中，第四透镜的第一面的曲率半径介于60mm至80mm之间，可选地，第四透镜的第一面的曲率半径为67.893mm；第四透镜的第二面的曲率半径介于30mm至40mm之间，可选地，第四透镜的第二面的曲率半径为33.805mm；第四透镜的厚度介于6mm至9mm之间，可选地，第四透镜的厚度为8mm。

在一些实施例中，第四透镜14的材质可以采用型号为K5的光学玻璃，其折射率介于1.4至1.7之间，可选地，第四透镜的折射率为1.52；其阿贝数介于55至65之间，可选地，第四透镜的阿贝数为59.5。

在一些实施例中，筒镜镜组采用无穷远设计，以便于在光路中放置其他光学元件，例如，滤光片和分光镜等。

进一步地，为了保证上述任一实施例中的筒镜镜组的像质，在一些实施例中，还可以在上述筒镜镜组中的一片透镜或多片透镜表面镀增透膜，增透膜能够减少或消除透镜光学表面的反射光，从而增加透镜的透光量，进而减少或消除光学系统的杂散光。在本披露实施例中，可以采用350nm~1600nm的增透膜以增加筒镜镜组的透光量，以使透镜的透过率大于99.5%。

为了说明本披露示出的筒镜镜组的光学性能，下面结合图2至图9对筒镜镜组的像质进行说明。

图2、图4、图6、图8及图10分别示出了筒镜镜组在白光光源（420nm~660nm）、白光光源（420nm~660nm）结合滤光片、紫外光光源（355nm）结合滤光片、红外光光源（1550nm）结合滤光片以及近红外波段光光源（1000nm~1100nm）五种情况下成像的点列图。根据点列图可以看出筒镜镜组9个成像位置（根据IMA对应的坐标取值确定）的弥散斑与艾里斑的关系，艾里斑是光源通过衍射受限透镜成像时，由于衍射而在焦点处形成的光斑。弥散斑越集中越接近于理想的光学系统，当点列图中的弥散斑位于艾里斑圈定的范围内，可以认为光学系统的像质佳。其中，尤其是波长为355nm的紫外光光源和波长为1550nm的红外光光源作为两个边缘波段，本披露的筒镜镜组在这个波长范围下的成像，仅需通过调整后工作距即可得到较好的像质，因此，本筒镜系统可以适用于不同检测需求。例如，在使用黑白相机和彩色相机的情况下，只使用白光光源作为检测光源，而无需使用滤光片；还可以适用于使用波长分光同时进行明暗场检测，此时可以通过滤光片分别在两个成像装置处对白光光源、紫外光光源或近红外波段光光源进行选择性滤光。

根据图2、图4、图6、图8及图10所示出的多种情况下的点列图可以看出，本披露的筒镜镜组在上述多种情况下的弥散斑均位于艾里斑圈定的范围内，即针对多种成像条件，本披露的筒镜镜组的像质均有所保证。

另外，还可以参考图3、图5、图7、图9及图11示出的筒镜镜组在上述白光光源、白光光源结合滤光片、紫外光光源结合滤光片、红外光光源结合滤光片及近红外波段光光源五种情况下的光学调制函数曲线，光学调制函数曲线用于衡量在特定分辨率下将对比度从物体转移到图像的能力，光学调制函数曲线越接近衍射极限，代表光学系统的像质越好。

根据图3、图5、图7、图9及图11示出的多种情况下的光学调制函数曲线，也可以看出，本披露的筒镜镜组在多种成像条件下的像质均有所保证。

进一步地，由于不同光源的波长之间存在差异，或新光学元件引入都会造成成像焦点位置的偏移，因此，在实际应用中，针对不同的成像条件，本披露实施例还可以根据检测光源的波长以及增添的光学元件来调整成像装置的位置。例如，以可见光作为检测光源时，成像装置的位置作为标准位置，若增加4mm厚的滤光片，成像装置的位置可以参照标准位置后移1.37mm；若采用紫外光光源（355nm）加4mm滤光片，成像装置的位置可以参照标准位置后移1.631mm；若采用近红外波段光光源（1000nm~1100nm）加4mm滤光片，成像装置的位置可以参照标准位置后移1.124mm；若采用红外光光源（1550nm）加4mm滤光片，成像装置的位置可以参照标准位置后移0.443mm。

需要说明的是，上述对于成像装置位置的调整说明仅是本披露提供的一些示例，不构成对本披露的位移限定。

通过如上所提供的半导体显微检测的筒镜镜组，本披露的方案增加了半导体检测的成像视场，提高了单次检测所覆盖的晶圆范围，从而缩减了半导体检测所需时长；并且本方案的筒镜镜组配置能够保证各个半导体检测场景下的成像像质，因此，本方案的筒镜镜组可以形成标准化模块，以应用至多种半导体显微检测系统中，通过增减半导体显微检测系统中的对应元件即可实现不同检测目的，而不会影响成像像质。

上述示出的筒镜镜组不仅具有大视场，能够提高检测效率，并且还能保证多种成像条件下的成像的像质，因此，本披露基于上述筒镜镜组，提供了一种半导体显微检测系统，配置成适用于多种检测目的的检测系统。

下面结合附图对半导体显微检测系统进行详尽说明。

图12示出了一种半导体显微检测系统的结构示意图，请参见图12，本披露的一个实施例提供的半导体显微检测系统除了具有上述任一实施例所述的筒镜镜组1外，还包括：物镜镜组2、光源装置3和成像装置4。

其中，物镜镜组2、筒镜镜组1和成像装置4依次沿主光轴设置，所述光源装置3提供检测光源，检测光源投射至待测半导体表面后，形成检测光线，该检测光线沿主光轴传输，依次经所述物镜镜组和所述筒镜镜组传输至所述成像装置形成检测图像。

在物镜镜组的下方还可以设置置物台，用于放置待测半导体。

在一些实施例中，检测光源可以如图12所示的沿主光轴投射至待测半导体表面，也可以从其他方向投射至待测半导体表面，图12仅是本披露中给出的一种示例，不构成对检测光源投射方向的唯一限定。

在一些实施例中，物镜安装至一个鼻祖轮9上，通过旋转鼻祖轮9可以将不同光学性能的物镜移动至主光轴上，与筒镜镜组1配合成像。

上述示出的半导体显微检测系统为一种单筒的显微检测系统，在实际的半导体显微检测中，还存在双视场检测的需求，例如，同时采集黑白图像和彩色图像进行检测的场景。

基于上述应用场景，本披露的一些实施例还提出了一种如图13所示的半导体显微检测系统，其还包括：设置在所述主光轴上的分光棱镜5；且该系统中的成像装置包括：第一成像装置41和第二成像装置42。

所述分光棱镜5设置在筒镜镜组1与成像装置4之间，用于将检测光线分束，并将分束后的检测光线分别传输至第一成像装置41和第二成像装置42。

针对上述应用场景，在一个实施例中，所述光源装置3包括：明场光源装置；并且本披露实施例中的第一成像装置可以采用黑白相机，第二成像装置可以采用彩色相机。

上述第一成像装置和第二成像装置可以同时获取待测半导体的黑白检测图像和彩色检测图像，以对待测半导体进行缺陷检测。

可选地，除上述同时获取待测半导体的黑白检测图像和彩色检测图像之外，图13所示的半导体显微检测系统还可以用于如下场景：

首先使用第一成像装置对待测半导体的整体进行检测，筛选出其中的重点区域，然后再使用第二成像装置对上述筛选得到的重点区域进行二次复检。

需要说明的是，为了适配其他检测场景，上述的黑白相机和彩色相机也可以采用红外相机和/或紫外相机进行替换。

本披露一些实施例提供的半导体显微检测系统，通过分光棱镜将检测光线进行分束，并通过两个成像装置同时检测分束后的两路光线，能够同时观察到两个图片，可以节省检测时间和检测成本。

鉴于上述提出的双筒的显微检测系统，本披露的一些实施例还考虑到明暗场同时检测的应用场景，在上述显微检测系统的基础上进一步增加了暗场光源，以实现明暗场同时检测。

下面结合图14对适用于明暗场同时检测的半导体显微检测系统进行说明：

本披露实施例提出的半导体显微检测系统中，光源装置3包括：明场光源装置31和暗场光源装置32。相应地，所述检测光线包括：明场检测光线和暗场检测光线。其中，明场光源装置的明场光源经待测半导体反射形成明场检测光线；暗场光源装置的暗场光源经待测半导体散射形成所述暗场检测光线。

在一些实施例中，可以如图12所示的，在主光轴上设置第一分光镜6，该第一分光镜6用于将明场光源沿主光轴反射至待测半导体的表面，由于入射光沿主光轴垂直投射到待测半导体表面，因此，生成的反射光，即生成的明场检测光线也沿着主光轴依次进入物镜镜组2、筒镜镜组1和成像装置4中，形成明场检测图像。

在一个实施例中，明场光源装置可以包括：光源控制器，光纤和远心镜头。光纤从光源控制器中引出光源，经过远心镜头形成发光角度较小的明场光源光束，打到第一分光镜上反射至主光轴。

而暗场光源装置32设置在待测半导体的侧方，与主光轴呈一定夹角将暗场光源投射至半导体表面，生成的散射光，即生成的暗场检测光线可以沿着主光轴依次进入物镜镜组2、筒镜镜组1和成像装置4中，形成暗场检测图像。

为了避免明场检测光线和暗场检测光线混合在一起，在同一成像装置中同时接收，本披露实施例中的明场光源与暗场光源的波长不同，并且，第一成像装置的接收波长与明场检测光线相匹配，第二成像装置的接收波长与所述暗场检测光线相匹配，使得明场检测光线和暗场检测光线分别经由不同的成像装置进行接收，并分别生成明场检测图像和暗场检测图像。

在实际应用中可以采用多种方法令第一成像装置的接收波长与明场检测光线相匹配。在一些实施例中，可以采用针对特定波长的成像装置，例如前述实施例提及的红外相机和/或紫外相机。在另一些实施例中，还可以引入具有滤光功能的光学元件，例如，在半导体显微检测系统中引入两个带通滤光片，并将两个带通滤光片分别设置在所述第一成像装置和所述第二成像装置的光线接收侧。

需要说明的是，上述设置仅是本披露实施例提供的一些示例，在实际应用中，还存在其他方案令不同波长的检测光线被对应的成像装置接收，例如，在两个成像装置的光学接收方向上设置二向色镜。

下面对上述具有双光源的半导体显微检测系统的几个应用场景进行简单介绍：

其一，对于具有特定性质的待测半导体，明场光源可以采用紫外光，暗场光源可以采用白光；其中，紫外光用于光致发光（PL，Photoluminescence），光致发光是用激光打到待测半导体上，由于待测半导体存在的该种特定性质在被激光照射后发光，若没有检测到发光现象则可说明这个待测半导体存在问题，而暗场可以用于检测待测半导体表面的外观缺陷和瑕疵。

其二，明场光源可以采用白光，暗场光源可以采用紫外光，通过明场检测图像检测待测半导体的明显缺陷，而通过暗场检测图像可以看精细缺陷。由于暗场精度比明场高，并且暗场光源波长越短，精度越高，因此，采用紫外光作为暗场光源，可以同时看明场检测图像和暗场检测图像，从不同精细粒度综合分析待测半导体的缺陷。

其三，明场光源可以采用红外光，暗场光源可以采用白光，适用于测量硅基半导体，红外光可以透过硅以此检测基底裂纹，白光可以检测硅基半导体表面的瑕疵缺陷，进而可以同时检测硅基半导体内部和表面的缺陷。

其四，明场光源可以采用红外光，暗场光源可以采用紫外光，该种配置适用于自动对焦采用普通分光的情况。

需要说明的是，上述仅是为了便于本领域技术人员进行技术方案理解所示出的本披露实施例的半导体显微检测系统的几种应用场景的说明，不构成对本披露中半导体显微检测系统的应用场景的限制。

由于本披露的半导体显微检测系统采用了上述实施例所述的筒镜镜组，其除了具有大视场外，还具有在不同波段范围内都具有高质量成像的特点，因此，能够满足上述不同应用场景下的检测需求，即本披露的筒镜镜组能够作为多种半导体显微检测系统的标准化模块进行应用。

在一些实施例中，本披露中示出的任一半导体显微检测系统还可以包括：自动对焦装置7和设置在所述主光轴上的第二分光镜8，以实现自动对焦。

其中，所述自动对焦装置7发出的对焦光线至所述待测半导体的表面进行自动对焦；所述第二分光镜8用于将所述对焦光线反射回所述自动对焦装置。

在实际应用中，自动对焦装置7可以采用波长为780nm的对焦光线，当明场检测光线与暗场检测光线均使用的是近红外波段光，通过在成像装置的光线接收侧增加带通滤光片即可将对焦光线滤去。

在另一些实施例中，明场检测光线与暗场检测光线使用白光光源或近紫外波段光时，或单明场光源下，使用黑白相机和彩色相机进行检测时，为了防止所述对焦光线沿所述主光轴透射至所述成像装置，可以采用二向色镜作为上述第二分光镜。二向色镜可以使某一波段光反射，其它波段透射，起到分离自动对焦模块光束和照明光束的作用。假设自动对焦装置发出的对焦光线波长为780nm，明场光源为420~660nm，二向色镜可以保证自动对焦装置的光返回自动对焦装置而不进入成像装置中。

如果使用普通分光镜，自动对焦装置中的光束进入成像装置，会在检测图像中心形成一个亮点，对检测会造成影响。

需要说明的是，如果需要使用近红外波段光进行检测，上述二向色镜也可以用能量分光片替代，通过分别在两个成像装置的光线接收侧设置对应的滤光片，并且检测所用近红外波段波长与自动对焦模块中波长不一致，进而只接收所需的检测光线。

在一个实施例中，二向色镜的光学参数可以如下所示：其在400nm至700nm波段的透过率为95%，在750nm至900nm波段的反射率为98%。

本披露实施例还在半导体显微检测系统中设置了自动对焦装置进行自动对焦，并通过二向色镜防止对焦光线进入成像装置，在检测图像中心形成光斑，影响检测结果。

在一些实施例中，由于不同光源的波长之间存在差异，或新光学元件引入都会造成成像焦点位置的偏移，需针对不同的成像条件，调整成像装置与第四透镜之间的间距，以保证成像的像质。

鉴于此，本披露的一些实施例提出的半导体显微检测系统还包括：像面调节装置；所述像面调节装置与所述成像装置连接，用于控制所述成像装置与所述筒镜镜组之间的距离。

在上述筒镜镜组的实施例中，已经对成像装置位置的调整进行了说明，并示例性地列举了几种成像条件下的间距数值，此处不再展开赘述。

本披露的一些实施例提供的半导体显微检测系统中设置了明场光源装置和暗场光源装置，其中，明场光源与暗场光源采用不同波长，并通过两个成像装置分别接收不同波长的检测光线，即，通过分波长实现明暗场同时检测，相较于通过切换相机快门分别拍摄明场和暗场，所需时长减半，大幅节省了检测时长。

本披露提供了多种半导体显微检测系统，其通过通用化的筒镜镜组，以及多个模块的个性化设置，可以配置出多种不同的大视场显微检测方案，实现多种检测需求，并节约系统成本。

虽然本文已经示出和描述了本披露的多个实施例，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施例只是以示例的方式来提供。本领域技术人员可以在不偏离本披露思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本披露的过程中，可以采用对本文所描述的本披露实施例的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本披露的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的等同或替代方案。

Claims (21)

1.一种半导体显微检测的筒镜镜组，其特征在于，包括：

第一透镜（11），为双凸透镜；所述第一透镜的第一面面向待测半导体；

第二透镜（12），为弯月形负透镜；所述第二透镜的第一面与所述第一透镜的第二面胶合形成胶合双透镜，所述第二透镜的第一面的曲率半径绝对值小于所述第二透镜的第二面的曲率半径绝对值；

第三透镜（13），为弯月形正透镜；所述第三透镜的第一面面向所述第二透镜的第二面，且其曲率半径绝对值小于所述第三透镜的第二面的曲率半径绝对值；

第四透镜（14），为弯月形负透镜；所述第四透镜的第一面面向所述第三透镜的第二面，且其曲率半径绝对值大于所述第四透镜的第二面的曲率半径绝对值；

所述胶合双透镜、所述第三透镜和所述第四透镜的间隔设置形成所述筒镜镜组。

2.根据权利要求1所述的半导体显微检测的筒镜镜组，其特征在于，

所述第一透镜（11）的第一面的曲率半径介于120mm至140mm之间；

所述第一透镜（11）的第二面的曲率半径介于-45mm至-55mm之间；

所述第一透镜（11）的厚度介于12mm至18mm之间。

3.根据权利要求1或2所述的半导体显微检测的筒镜镜组，其特征在于，

所述第一透镜（11）的折射率介于1.3至1.5之间，阿贝数介于90至93之间。

4.根据权利要求2所述的半导体显微检测的筒镜镜组，其特征在于，

所述第二透镜（12）的第二面的曲率半径介于-2630mm至-2670mm之间；

所述第二透镜（12）的厚度介于7mm至9 mm之间。

5.根据权利要求1或4所述的半导体显微检测的筒镜镜组，其特征在于，

所述第二透镜（12）的折射率介于1.4至1.6之间，阿贝数介于60至63之间。

6.根据权利要求1所述的半导体显微检测的筒镜镜组，其特征在于，

所述第三透镜（13）的第一面与所述第二透镜的第二面的第一间距介于16mm至20mm之间。

7.根据权利要求1所述的半导体显微检测的筒镜镜组，其特征在于，

所述第三透镜（13）的第一面的曲率半径介于45mm至55mm之间；

所述第三透镜（13）的第二面的曲率半径介于205mm至235mm之间；

所述第三透镜（13）的厚度介于11mm至15mm之间。

8.根据权利要求1或7所述的半导体显微检测的筒镜镜组，其特征在于，

所述第三透镜（13）的折射率介于1.3至1.7之间，阿贝数介于75至85之间。

9.根据权利要求1所述的半导体显微检测的筒镜镜组，其特征在于，

所述第四透镜（14）的第一面与所述第三透镜的第二面的第二间距介于1mm至4mm之间。

10.根据权利要求1所述的半导体显微检测的筒镜镜组，其特征在于，

所述第四透镜（14）的第一面的曲率半径介于60mm至80mm之间；

所述第四透镜（14）的第二面的曲率半径介于30mm至40mm之间；

所述第四透镜（14）的厚度介于6mm至9mm之间。

11.根据权利要求1所述的半导体显微检测的筒镜镜组，其特征在于，

所述第四透镜（14）的折射率介于1.4至1.7之间，阿贝数介于55至65之间。

12.根据权利要求1所述的半导体显微检测的筒镜镜组，其特征在于，

所述第一透镜（11）、所述第二透镜（12）、所述第三透镜（13）和所述第四透镜（14）中的一个或多个透镜上镀有增透膜。

13.一种半导体显微检测系统，其特征在于，包括：物镜镜组（2）、光源装置（3）、成像装置（4）和如权利要求1-12中任一项所述的筒镜镜组（1）；

其中，所述物镜镜组（2）、所述筒镜镜组（1）和所述成像装置（4）依次沿主光轴设置，所述光源装置（3）提供检测光源；待测半导体的检测光线沿所述主光轴传输，经所述物镜镜组和所述筒镜镜组传输至所述成像装置形成检测图像。

14.根据权利要求13所述的半导体显微检测系统，其特征在于，还包括：设置在所述主光轴上的分光棱镜（5）；

所述成像装置（4）包括：第一成像装置（41）和第二成像装置（42）；

所述分光棱镜（5）用于将所述检测光线分束，并将分束后的检测光线分别传输至所述第一成像装置（41）和所述第二成像装置（42）。

15.根据权利要求14所述的半导体显微检测系统，其特征在于，

所述光源装置（3）包括：明场光源装置（31）；所述第一成像装置为黑白相机，所述第二成像装置为彩色相机。

16.根据权利要求14所述的半导体显微检测系统，其特征在于，

所述光源装置（3）包括：明场光源装置（31）和暗场光源装置（32）；所述检测光线包括：明场检测光线和暗场检测光线；所述明场光源装置的明场光源经所述待测半导体反射形成所述明场检测光线；所述暗场光源装置的暗场光源经所述待测半导体散射形成所述暗场检测光线；

所述明场光源与所述暗场光源的波长不同；所述第一成像装置的接收波长与所述明场检测光线相匹配；所述第二成像装置的接收波长与所述暗场检测光线相匹配。

17.根据权利要求16所述的半导体显微检测系统，其特征在于，还包括：两个带通滤光片；所述两个带通滤光片分别设置在所述第一成像装置和所述第二成像装置的光线接收侧。

18.根据权利要求16所述的半导体显微检测系统，其特征在于，还包括：设置在所述主光轴上的第一分光镜（6）；所述第一分光镜（6）用于将所述明场光源沿所述主光轴反射至所述待测半导体的表面。

19.根据权利要求13所述的半导体显微检测系统，其特征在于，还包括：自动对焦装置（7）和设置在所述主光轴上的第二分光镜（8）；所述自动对焦装置（7）发出的对焦光线至所述待测半导体的表面进行自动对焦；所述第二分光镜（8）用于将所述对焦光线从所述待测半导体的表面反射回所述自动对焦装置。

20.根据权利要求19所述的半导体显微检测系统，其特征在于，所述第二分光镜（8）为二向色镜；所述二向色镜用于将所述对焦光线反射回所述自动对焦装置，并防止所述对焦光线沿所述主光轴透射至所述成像装置。

21.根据权利要求13所述的半导体显微检测系统，其特征在于，还包括：像面调节装置；所述像面调节装置与所述成像装置连接，用于控制所述成像装置与所述筒镜镜组之间的距离。

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