CN116338926B - 显微镜照明系统、成像系统、硅片缺陷的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种显微镜照明系统、一种显微镜成像系统，以及一种硅片缺陷的检测装置及方法。所述显微镜照明系统包括原始光源、光学扩展量扩大模块以及柯勒照明模块。所述原始光源用于提供目标光谱范围的第一光束。所述光学扩展量扩大模块位于所述原始光源的后端，用于根据显微物镜所需的目标光学扩展量，对所述第一光束进行光学扩展量的扩大处理，以输出第二光束。所述柯勒照明模块位于所述光学扩展量扩大模块的后端，用于对所述第二光束进行匀光处理，以向后端的所述显微物镜提供所述目标光学扩展量的第三光束，并经由所述显微物镜向待测目标的表面提供符合目标照度分布的第四光束。
Description
技术领域
本发明涉及明场显微检测技术领域，尤其涉及一种显微镜照明系统、一种显微镜成像系统、一种硅片缺陷的检测装置，以及一种硅片缺陷的检测方法。
背景技术
光源及同轴显微镜照明系统是明场显微硅片缺陷检测设备的重要组成部分。在显微物镜的数值孔径（Numerical Aperture，NA）不变的情况下，具有更大视场的显微物镜能够显著提升明场显微缺陷检测设备的吞吐率（Throughput），从而提升硅片缺陷的检测效率。激光驱动宽带光源（Laser Driven Light Source，LDLS）具有从深紫外至近红外宽光谱范围的均匀能量输出、高亮度、卓越的发光体时空稳定性和长工作寿命等诸多优良特性，能够显著提升明场显微硅片缺陷的检测精度，尤其适合作为半导体制造工艺缺陷检测的光源。
然而，同轴照明系统以最大NA均匀照明待测目标表面所需的光学扩展量会随显微物镜视场的扩大而提升，而LDLS通常由非常小而致密的发光体组成，其输出的光学扩展量远小于照明光束经大视场显微物镜以物镜设计NA值均匀照明待测目标表面所需的光学扩展量。因此，现有技术普遍无法兼顾LDLS等小尺寸光源对大视场显微物镜的照明均匀性问题，无法同时满足照明光束最大NA、照明光斑大小、照明均匀性和照明光束NA均匀分布的需求。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种显微镜照明技术，用于提升小尺寸光源对大视场显微物镜的照明均匀性，以实现LDLS等小尺寸光源与大视场显微物镜的兼容，从而全方位提高明场缺陷检测设备的检测效率、能量输出均匀性、亮度、时空稳定性、工作寿命、光束最大NA、照明光斑大小、照明均匀性、照明光束关于NA的分布均匀性等工作性能。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种显微镜照明系统、一种显微镜成像系统、一种硅片缺陷的检测装置，以及一种硅片缺陷的检测方法，能够提升小尺寸光源对大视场显微物镜的照明均匀性，以实现LDLS等小尺寸光源与大视场显微物镜的兼容，从而全方位提高明场缺陷检测设备的检测效率、能量输出均匀性、亮度、时空稳定性、工作寿命、光束最大NA、照明光斑大小、照明均匀性、照明光束关于NA的分布均匀性等工作性能。
具体来说，根据本发明的第一方面提供的显微镜照明系统包括原始光源、光学扩展量扩大模块及柯勒照明模块。所述原始光源用于提供目标光谱范围的第一光束。所述光学扩展量扩大模块位于所述原始光源的后端，包括准直透镜及复眼透镜。所述准直透镜的焦距是根据所述准直透镜及所述复眼透镜的预设直径/>以及所述原始光源的第一数值孔径/>确定。所述复眼透镜中包括/>个单元透镜。所述单元透镜的数量/>、焦距/>及直径/>是根据显微物镜的设计物方半线视场HFOV、最大设计数值孔径及所述预设直径/>来确定。所述光学扩展量扩大模块用于将所述第一光束的原始光学扩展量/>扩大到满足所述显微物镜所需的目标光学扩展量/>，并输出第二光束。所述柯勒照明模块位于所述光学扩展量扩大模块的后端，用于对所述第二光束进行匀光处理，以向后端的所述显微物镜提供目标光学扩展量/>的第三光束，并经由所述显微物镜向待测目标的表面提供符合目标照度分布的第四光束。
进一步地，在本发明的一些实施例中，确定所述复眼透镜中单元透镜的数量、焦距/>及直径/>的步骤包括：根据所述设计物方半线视场HFOV及所述最大设计数值孔径/>，确定充分照明所述显微物镜所需的目标光学扩展量/>；根据所述预设直径/>，确定所述原始光源经过所述光学扩展量扩大模块处理后在其后焦面处形成的虚拟光源的半径/>；根据所述目标光学扩展量/>及所述虚拟光源的半径/>，确定所述复眼透镜的总数值孔径/>；以及根据所述总数值孔径/>及所述预设直径/>，确定所述单元透镜的数量/>、焦距/>和直径/>。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述柯勒照明模块中包括至少两个透镜。位于所述柯勒照明模块的输入端的第一透镜的前焦面与所述光学扩展量扩大模块的后焦面重合，而位于所述柯勒照明模块的输出端的第二透镜的后焦面与所述显微物镜的前焦面重合，以将所述光学扩展量扩大模块形成的第一光源转换成满足目标光学扩展量及目标照度分布的第二光源。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述柯勒照明模块中还包括第一光阑。所述第一光阑位于所述第一透镜的后焦面处，通过改变所述第二光束的通光孔径来调节所述第四光束在待测目标表面的照明范围。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述第一光阑中设有滤色镜轮，用于对所述第二光束进行工作波段的滤波，以产生属于所述工作波段的第三光束。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述柯勒照明模块中还包括第二光阑及第三透镜。所述第二透镜的后焦面与所述第三透镜的前焦面重合，而所述第三透镜的后焦面与所述显微物镜的前焦面重合。所述第二光阑位于所述第二透镜的后焦面处，其中配置有多个遮光图案。所述第二光阑通过切换遮光图案来改变所述第四光束在待测目标表面的入射角度，以调节所述显微镜照明系统的数值孔径。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述柯勒照明模块中还包括第三光阑及第四透镜。所述第三透镜的后焦面与所述第四透镜的前焦面重合，而所述第四透镜的后焦面与所述显微物镜的前焦面重合。所述第三光阑位于所述第三透镜的后焦面处，通过改变所述第二光束的通光孔径来调节所述第四光束在待测目标表面的照明范围。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述第三光阑中设有滤色镜轮，用于对所述第二光束进行工作波段的滤波，以产生属于工作波段的第三光束。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述原始光源选用190nm~2500nm的宽光谱范围的LDLS光源，其发光体半径小于0.2mm。
此外，根据本发明的第二方面提供的显微镜成像系统包括分光片、显微镜照明系统以及相机。所述分光片以预设角度安装于所述相机、待测目标及本发明的第一方面提供的显微镜照明系统之间，用于将所述显微镜照明系统输出的第三光束引入所述相机对所述待测目标的成像光路。所述显微镜照明系统经由所述分光片的第一表面向所述显微物镜输出满足其所需的目标光学扩展量的第三光束，再经由所述显微物镜向所述待测目标输出符合其目标照度分布的第四光束。所述相机经由所述分光片的第二表面及所述显微物镜，获取所述第四光束在待测目标的反射光，以生成待测目标的图像。
进一步地，在本发明的一些实施例中，所述显微镜成像系统还包括二向色镜及自动对焦系统。所述二向色镜以预设角度安装于所述分光片、所述显微物镜及所述自动对焦系统之间，用于选择性透过成像波段的光束，并反射所述自动对焦系统出射的激光光束，以将所述自动对焦系统集成到所述显微镜成像系统。
此外，根据本发明的第三方面提供的硅片缺陷的检测装置包括本发明的第二方面提供的显微镜成像系统以及处理器。所述处理器连接所述显微镜成像系统的相机，并根据所述相机生成的图像确定硅片缺陷的检测结果。
此外，根据本发明的第四方面提供的硅片缺陷的检测方法包括以下步骤：经由本发明的第三方面提供的硅片缺陷的检测装置，生成待测目标的图像；以及解析所述图像，以确定待测目标的硅片缺陷检测结果。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1示出了根据本发明的一些实施例提供的硅片缺陷检测装置的结构示意图。
图2示出了根据本发明的一些实施例提供的显微镜成像系统的光路示意图。
图3示出了根据本发明的一些实施例提供的子光束会聚光斑阵列的示意图。
图4A~图4C示出了根据本发明的一些实施例提供的调控照明相干度的示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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。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。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
如上所述，同轴照明系统以最大NA均匀照明待测目标表面所需的光学扩展量会随显微物镜视场的扩大而提升，而LDLS通常由非常小而致密的发光体组成，其输出的光学扩展量远小于照明光束经大视场显微物镜以物镜设计NA值均匀照明待测目标表面所需的光学扩展量。因此，现有技术普遍无法兼顾LDLS等小尺寸光源对大视场显微物镜的照明均匀性问题，无法同时满足照明光束最大NA、照明光斑大小、照明均匀性和照明光束NA均匀分布的需求。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种显微镜照明系统、一种显微镜成像系统、一种硅片缺陷的检测装置，以及一种硅片缺陷的检测方法，能够提升小尺寸光源对大视场显微物镜的照明均匀性，以实现LDLS等小尺寸光源与大视场显微物镜的兼容，从而全方位提高了明场缺陷检测设备的检测效率、能量输出均匀性、亮度、时空稳定性、工作寿命、光束最大NA、照明光斑大小、照明均匀性、照明光束关于NA的分布均匀性等工作性能。
在一些非限制性的实施例中，本发明第四方面提供的上述硅片缺陷的检测方法可以经由本发明第三方面提供的上述硅片缺陷的检测装置来实施。具体请参考图1，图1示出了根据本发明的一些实施例提供的硅片缺陷检测装置的结构示意图。
在图1所示的实施例中，本发明的第三方面提供的上述硅片缺陷检测装置中配置有本发明的第二方面提供的上述显微镜成像系统以及处理器12。该显微镜成像系统中进一步包括分光片111、本发明的第一方面提供的上述显微镜照明系统112、相机113、位移台114、显微物镜115及管镜116。
具体来说，上述分光片111可以选用50：50的半反半透分光镜，其以预设角度（例如：45°）安装于相机113、放置于位移台114上的待测目标13及显微镜照明系统112之间，用于将显微镜照明系统112输出的光束引入相机113对待测目标13的成像光路。
上述显微镜照明系统112经由分光片111偏向下的第一表面向显微物镜115输出满足其所需的目标光学扩展量的光束，再经由显微物镜115向待测目标13输出符合其目标照度分布的光束。
上述相机113可以选用时间延迟积分（Time Delayed and Integration，TDI）相机，其经由管镜116、分光片111偏向上的第二表面及显微物镜115获取显微照明光束在待测目标13表面的反射光，并在其光敏面线扫成像，以生成待测目标13的图像。
请进一步参考图2，图2示出了根据本发明的一些实施例提供的显微镜成像系统的光路示意图。
如图2所示，本发明的第一方面提供的上述显微镜照明系统112中包括原始光源211、光学扩展量扩大模块，以及柯勒照明模块。
上述原始光源211用于提供目标光谱范围的第一光束。在一些实施例中，上述原始光源211可以选用高功率弧光灯、发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）等常见的小尺寸光源，也可以优选地选用发光体半径R1 < 0.2mm、覆盖190nm~2500nm的宽光谱范围且主波长为405nm的激光驱动宽带光源（Laser Driven Light Source，LDLS），以提高明场缺陷检测设备的能量输出均匀性、亮度、时空稳定性及工作寿命。该LDLS原始光源211的原始光学扩展量被表示为：
，
其中，为LDLS原始光源211的发光体半径，/>为LDLS原始光源211最大出射的第一数值孔径，/>为满足显微物镜115所需的目标光学扩展量。
具体来说，光学扩展量也称为拉赫不变量（Lagrange Invariant），表示光学系统的信息传递量，其二维表达式为：
，
其中，表示折射率，/>表示孔径角，/>表示视场（即物像高）。若不加以处理，LDLS原始光源211输出的第一光束只能覆盖显微物镜115整个视场中央不到一半的一小部分，而外围的其余部分将没有任何光束进行照明。
上述光学扩展量扩大模块可以由准直透镜221及复眼透镜222组成，其位于原始光源211的后端，用于根据显微物镜所需的目标光学扩展量，对原始光源211输出的第一光束进行光学扩展量的扩大处理，以输出第二光束。
在图2所示的实施例中，准直透镜221设于原始光源211的后端，用于接收从原始光源211输出的带有第一数值孔径的第一光束，并对其进行准直处理。复眼透镜222可以由紫外熔融石英（Ultraviolet Fused Silica，UVFS）材料制成，其中包括/>行/>列个透镜单元，用于将由准直透镜221出射的第一光束分割为具有一定数值孔径/>的个子光束，并将这些子光束会聚于复眼透镜222的后焦面Surf 1处，以形成扩大了光学扩展量的第一光源212。
应当注意，为了清楚演示光学扩展量扩大模块的光路传播路径，图2中仅示出了最右单元透镜聚焦输出子光束和最左单元透镜聚焦输出子光束。本领域的技术人员可以理解，光束的范围在最右边缘子光束与最左边缘子光束之间均有分布。
请进一步参考图3，图3示出了根据本发明的一些实施例提供的子光束会聚光斑阵列的示意图。
在图3所示的实施例中，为了便于说明和理解，本发明可以将复眼透镜222中每行及每列的透镜单元数量均设为（即/>），将原始光源211的像高记为R2，将焦平面Surf1的半径记为/>，将每个单元透镜的通光口径记为/>，并将准直透镜221及复眼透镜222的预设直径（即总通光口径）均记为/>，以得到如下的数值关系：
，
对于无任何散射的理想光学系统，基于光学扩展量守恒的定理，原始光源211处的拉赫不变量，焦平面Surf 1处的拉赫不变量/>。在不考虑额外散射的情况下，由于光束经过复眼透镜222前后能量守恒，则两者必然相等。然而，根据边缘光线原理，来自原始光源211边缘的光线经过若干有序正则光学曲面后依然落在投射光斑边缘，而来自光源内部的光线也将落在光斑内部。
如此，来自原始光源211最右边缘或最左边缘的子光束的拉赫不变量。当/>且/>，则有/>。通过使用复眼透镜222使第一光束在焦平面Surf1处离散分布，本发明提供的上述光学扩展量扩大模块可以起到扩大边缘光线的拉赫不变量的效果。换言之，通过在复眼透镜222的后焦面Surf 1处会聚形成一个由/>个子光束组成的直径为/>、出光孔径为/>的第一光源212，本发明可以有效提升小尺寸光源对大视场显微物镜的照明均匀性，以实现LDLS等小尺寸光源与大视场显微物镜的兼容。
进一步地，为了将第一光束的原始光学扩展量扩大到满足显微物镜115所需的目标光学扩展量/>（即令/>），以使第三光束能够充满显微物镜115的整个视场，本发明还可以采用以下方法来逐步确定准直透镜221的焦距/>，以及复眼透镜222中单元透镜的数量/>、焦距/>及直径/>。
具体来说，在设计光学扩展量扩大模块的过程中，技术人员可以首先根据显微镜照明系统的空间尺寸要求，确定准直透镜221及复眼透镜222的预设直径，并根据该预设直径/>及原始光源211的第一数值孔径/>，确定准直透镜的焦距/>：
，
在一些实施例中，准直透镜221及复眼透镜222的预设直径可以取值。对应地，准直透镜的焦距/>可以取值。
在确定准直透镜的焦距之后，技术人员可以根据显微物镜115的设计物方半线视场HFOV及最大设计数值孔径/>，确定充分照明该显微物镜115所需的目标光学扩展量：
,
其中，最大设计数值孔径指示显微物镜115能够收集的光的最大角度范围，在此可以取值为0.9。
之后，技术人员可以根据上述预设直径，确定原始光源211经过光学扩展量扩大模块处理后在其后焦面处形成的虚拟第一光源212的半径/>。在一些实施例中，当单元透镜的数量足够大，可以认为/>，此时/>。由此，本发明可以将该第一光源212的半径/>取值为预设直径/>的一半。
再之后，技术人员可以根据上述目标光学扩展量及第一光源212的半径/>，确定复眼透镜222的总数值孔径/>：
，
并根据该总数值孔径及上述预设直径/>对以下方程组求解，以确定复眼透镜222中单元透镜的数量/>、焦距/>和直径/>的解集：
，
再结合加工精度、加工难度等因素，从中选取合适的单元透镜参数，从而使第三光束能够完全充满显微物镜115的整个视场，并使第四光束能够充分地覆盖所要检测的待测目标表面。
相较于完全采用透射式或反射式散射片的光学扩展度扩大方法，本发明采用的上述复眼透镜222仅在各个微透镜的结合处发生少量的光能量散射损耗，因而能够有效减小照明光束的能量损失，并具有更高的通光效率。这一点对于要求吞吐率（Throughput）的明场缺陷检测设备至关重要。此外，通过采用上述复眼透镜222本发明可以有效克服照明光经过普通工业用散射片出射后其光强空间分布发生改变的问题，因而更有利于后续照明相干度的调控。
请继续参考图2，本发明提供的上述柯勒照明模块中可以优选地配置有透镜231~234和/或光阑235~237，以构成双侧远心柯勒照明结构，其被设置于光学扩展量扩大模块的后端，用于对光学扩展量扩大模块输出的第二光束进行匀光处理，以向后端的显微物镜115提供符合其目标光学扩展量的第三光束，并经由该显微物镜115向待测目标13的表面提供符合其目标照度分布的第四光束。
具体来说，位于柯勒照明模块的输入端的透镜231的前焦面可以与复眼透镜222的后焦面Surf1重合，而其后焦面Surf2可以与其后端的透镜232的前焦面重合，以构成第一组柯勒照明结构，用于对光学扩展量扩大模块输出的第二光束进行第一次匀光处理。透镜232的后焦面Surf3可以与其后端的透镜233的前焦面重合，以构成第二组柯勒照明结构，用于对透镜232输出的光束进行第二次匀光处理。透镜233的后焦面Surf4可以与其后端的透镜234的前焦面重合，以构成第三组柯勒照明结构，用于对透镜233输出的光束进行第三次匀光处理。位于柯勒照明模块的输出端的透镜234的后焦面Surf4可以与其后端的显微物镜115的前焦面Surf5重合，用于将光学扩展量扩大模块形成的位于焦平面Surf1的第一光源212转换成满足目标光学扩展量及目标照度分布的第二光源213，并将其输出的第三光束高效地传输到显微物镜115。
进一步地，在图2所示的实施例中，根据几何光学物像关系理论，焦平面Surf3和显微物镜115的入瞳面（即Surf5）的光束分布情况一致。透镜232及透镜233之间还可以优选地配置有光阑235。该光阑235被设置于透镜232的后焦面Surf3处，其中配置有多个遮光图案。光阑235可以通过切换其中的遮光图案来改变第四光束在待测目标13表面的入射角度，从而起到在显微物镜115的入瞳处调制明场显微同轴照明数值孔径NA的效果，并使同轴明场照明光束（即第四光束）在相干光照明、非相干光照明以及部分相干光照明之间任意切换。
具体请参考图4A~图4C，图4A~图4C示出了根据本发明的一些实施例提供的调控照明相干度的示意图。
如图4A所示，在进行相干照明时，光阑235可以通过切换遮拦图案来缩小照明光束在显微物镜115入瞳位置（即Surf3）处的数值孔径NA，从而减小第四光束在待测目标13表面的入射角度。此时，照明光束只占据了入瞳中央很小的一个区域（理论上无限小的点），能够经由显微物镜115在待测目标13表面形成相干照明的效果。
如图4B所示，在进行部分相干照明时，光阑235可以通过切换遮拦图案来适当扩大照明光束在显微物镜115入瞳位置（即Surf3）处的数值孔径NA，从而适当扩大第四光束在待测目标13表面的入射角度。此时，照明光束占据了入瞳中央的一部分区域（例如：80%），能够经由显微物镜115在待测目标13表面形成部分相干照明的效果，并通过放弃一定极限分辨率的代价取得在相当宽广空间频率范围内的对比度。
如图4C所示，在非相干照明时，光阑235可以通过切换遮拦图案来进一步扩大照明光束在显微物镜115入瞳位置（即Surf3）处的数值孔径NA，从而进一步扩大第四光束在待测目标13表面的入射角度。此时，照明光束充满了整个入瞳范围，能够经由显微物镜115在待测目标13表面形成非相干照明的效果，以进一步提升显微镜成像系统的分辨率。
此外，在图2所示的实施例中，焦平面Surf2和/或焦平面Surf4处还可以优选地设置有光阑236和/或光阑237。该光阑236和/或光阑237可以选用可变机械光阑，能够根据柯勒照明结构“瞳对窗、窗对瞳”的原理，通过改变上述第二光束在焦平面Surf2和/或焦平面Surf4处的通光孔径来调节第四光束在待测目标13表面的照明范围。
进一步地，上述光阑236和/或光阑237中还可以优选地设有滤色镜轮，用于对输入柯勒照明模块的第二光束进行工作波段的滤波，以产生属于工作波段的目标光学扩展量的光束。
更进一步地，在本发明的一些实施例中，显微镜成像系统的显微物镜115的位置、厚度及表面曲率可以适配柯勒照明模块中各透镜231~234的光学参数来配置，向待测目标13的表面提供平行出射的第四光束，以进一步提升显微镜成像系统的照明均匀性。
此外，在图1所示的实施例中，显微镜成像系统还可以优选地包括二向色镜117及自动对焦系统118。具体来说，该二向色镜117由熔融石英基材制成，其表面分别镀有对特定波长光反射且透射其他波段光的带通滤色膜，从而可选择性地透过不同波长的光束。在此实施例中，二向色镜117的透射波段涵盖显微成像系统的成像波段，而其反射波段则涵盖自动对焦系统118出射激光的对焦波段。该二向色镜117以预设角度（例如：45°）安装于分光片111、显微物镜115及自动对焦系统118之间，用于选择性透过成像波段的光束，并反射自动对焦系统118出射的激光光束，以将自动对焦系统118集成到显微镜成像系统。自动对焦系统118即可根据二向色镜117反射的激光，进行自动对焦。
如此，在基于上述任意一个或多个实施例所描述的显微成像系统结构进行硅片缺陷检测的过程中，处理器12可以首先根据相机113成像平面的成像尺寸需求和/或目标照度分布调节光阑235~237的数值孔径NA，再控制相机113经由管镜116、分光片111、显微物镜115来采集照明光线在待测样本13表面的反射光，进行线扫成像以生成待测样本13的检测图像，并将该图像保存到相机数据的存储系统中。之后，响应于硅片缺陷的检测指令，处理器12可以从存储系统读取并解析该检测图像，以确定待测样本的硅片缺陷检测结果。解析图像以确定硅片缺陷检测结果的具体方案不涉及本发明的技术改进，在此不做赘述。
通过采用上述显微成像系统来进行硅片缺陷检测，本发明提供的上述硅片缺陷检测装置及硅片缺陷检测方法能够兼顾LDLS等小尺寸光源对大视场显微物镜的照明均匀性问题，从而同时满足照明光束最大NA、照明光斑大小、照明均匀性和照明光束NA均匀分布的需求。
综上，本发明提供的上述显微镜照明系统、显微镜成像系统、硅片缺陷检测装置，以及硅片缺陷检测方法，均能兼顾LDLS等小尺寸光源对大视场显微物镜的照明均匀性问题，从而同时满足照明光束最大NA、照明光斑大小、照明均匀性和照明光束NA均匀分布的需求。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
Claims (12)
1.一种显微镜照明系统，其特征在于，包括：
原始光源，用于提供目标光谱范围的第一光束；
光学扩展量扩大模块，位于所述原始光源的后端，用于将所述第一光束的原始光学扩展量扩大到满足显微物镜所需的目标光学扩展量/>，并输出第二光束，其中，所述光学扩展量扩大模块包括准直透镜及复眼透镜，所述复眼透镜中包括/>个单元透镜，确定所述准直透镜及所述复眼透镜参数的步骤包括：根据所述显微物镜的设计物方半线视场HFOV及所述显微物镜的设计数值孔径/>，确定充分照明所述显微物镜所需的目标光学扩展量/>；根据所述准直透镜及所述复眼透镜的预设直径/>，确定所述原始光源经过所述光学扩展量扩大模块处理后在其后焦面处形成的虚拟光源的半径/>；根据所述预设直径/>以及所述原始光源的第一数值孔径/>，确定所述准直透镜的焦距/>；根据所述目标光学扩展量/>及所述虚拟光源的半径/>，确定所述复眼透镜输出的多个子光束的总数值孔径/>；以及根据所述总数值孔径/>及所述预设直径/>，确定所述单元透镜的数量/>、焦距/>和直径/>；以及
柯勒照明模块，位于所述光学扩展量扩大模块的后端，用于对所述第二光束进行匀光处理，以向后端的所述显微物镜提供所述目标光学扩展量的第三光束，并经由所述显微物镜向待测目标的表面提供符合目标照度分布的第四光束。
2.如权利要求1所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述柯勒照明模块中包括至少两个透镜，其中，
位于所述柯勒照明模块的输入端的第一透镜的前焦面与所述光学扩展量扩大模块的后焦面重合，而位于所述柯勒照明模块的输出端的第二透镜的后焦面与所述显微物镜的前焦面重合，以将所述光学扩展量扩大模块形成的第一光源转换成满足所述目标光学扩展量及所述目标照度分布的第二光源。
3.如权利要求2所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述柯勒照明模块中还包括第一光阑，其中，
所述第一光阑位于所述第一透镜的后焦面处，通过改变所述第二光束的通光孔径来调节所述第四光束在所述待测目标表面的照明范围。
4.如权利要求3所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述第一光阑中设有滤色镜轮，用于对所述第二光束进行工作波段的滤波，以产生属于所述工作波段的第三光束。
5.如权利要求2所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述柯勒照明模块中还包括第二光阑及第三透镜，其中，
所述第二透镜的后焦面与所述第三透镜的前焦面重合，而所述第三透镜的后焦面与所述显微物镜的前焦面重合，
所述第二光阑位于所述第二透镜的后焦面处，其中配置有多个遮光图案，所述第二光阑通过切换所述遮光图案来改变所述第四光束在所述待测目标表面的入射角度，以调节所述显微镜照明系统的数值孔径。
6.如权利要求5所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述柯勒照明模块中还包括第三光阑及第四透镜，其中，
所述第三透镜的后焦面与所述第四透镜的前焦面重合，而所述第四透镜的后焦面与所述显微物镜的前焦面重合，
所述第三光阑位于所述第三透镜的后焦面处，通过改变所述第二光束的通光孔径来调节所述第四光束在所述待测目标表面的照明范围。
7.如权利要求6所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述第三光阑中设有滤色镜轮，用于对所述第二光束进行工作波段的滤波，以产生属于所述工作波段的第三光束。
8.如权利要求1所述的显微镜照明系统，其特征在于，所述原始光源选用190nm~2500nm的宽光谱范围的LDLS光源，其发光体半径小于0.2mm。
9.一种显微镜成像系统，其特征在于，包括：
分光片，以预设角度安装于相机、待测目标及如权利要求1~8中任一项所述的显微镜照明系统之间，用于将所述显微镜照明系统输出的第三光束引入所述相机对所述待测目标的成像光路；
所述显微镜照明系统，经由所述分光片的第一表面向显微物镜输出满足其所需的目标光学扩展量的第三光束，再经由所述显微物镜向所述待测目标输出符合其目标照度分布的第四光束；以及
所述相机，经由所述分光片的第二表面及所述显微物镜，获取所述第四光束在所述待测目标的反射光，以生成所述待测目标的图像。
10.如权利要求9所述的显微镜成像系统，其特征在于，还包括二向色镜及自动对焦系统，其中，所述二向色镜以预设角度安装于所述分光片、所述显微物镜及所述自动对焦系统之间，用于选择性透过成像波段的光束，并反射所述自动对焦系统出射的激光光束，以将所述自动对焦系统集成到所述显微镜成像系统。
11.一种硅片缺陷的检测装置，其特征在于，包括：
如权利要求9或10所述的显微镜成像系统；以及
处理器，其中，所述处理器连接所述显微镜成像系统的相机，并根据所述相机生成的图像确定硅片缺陷的检测结果。
12.一种硅片缺陷的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
经由如权利要求11所述的硅片缺陷的检测装置，生成待测目标的图像；以及
解析所述图像，以确定所述待测目标的硅片缺陷检测结果。
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