CN213068673U - 一种光线发生装置及检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光线发生装置及检测系统，该光线发生装置包括非平行的第一光线出射面和第二光线出射面，当使用本文的光线发生装置对晶圆边缘区域的靠近上表面边缘区段位置进行检测时，第一光线出射面可以大致与上表面边缘区段平行，因第二光线出射面光滑内凹曲面，平面与第二光线出射面的相接拐弯部可以与上表面和上斜面的转折部位置相对；这样第二光线出射面发射至转折部的光线的角度减小，这样该部分光线的出射光线也相应向内收拢，有利于汇聚于成像装置的成像通孔中，以获得转折部的清晰成像，进而保证了根据成像分析待测边缘区域的缺陷信息的可靠性。

Description

一种光线发生装置及检测系统

技术领域

本实用新型涉及缺陷检测技术领域，特别涉及一种光线发生装置及检测系统。

背景技术

晶圆是制作硅半导体集成电路的硅晶片。随着半导体特征尺寸越来越小，晶圆表面任何一部分都对器件的质量和工作可靠性起到关键的影响作用，因此晶圆在生产过程中越发需要重视晶圆边缘的质量。

请参考图1，图1为现有技术晶圆边缘检测的原理图。

目前晶圆边缘质量缺陷检测主要通过光照成像检测装置进行检测，具体地，光照成像检测装置包括照明光源2’和成像装置3’，照明光源2’的光线出射面通常为平面，检测时朝向被检测晶圆边缘待测边缘，照射至晶圆边缘部位的光线被反射至成像装置3’，通过对成像图案进行分析进而判断晶圆待测边缘是否有缺陷。

晶圆1’的待测边缘形状不确定，且表面通常为抛光面，因此照明光源的光线在晶圆1’待测边缘表面发生平面反射。但是现有技术中照明光源的光线出射面为平面，这样当光线照射在晶圆边缘有角度转折的位置时，光线会被反射到成像装置的成像镜头的通光孔径之外，导致反射光线部分不能成像，影响成像的质量，进而影响了对晶圆边缘表面分析结果可靠性。

因此，如何提高晶圆边缘表面质量检测可靠性，是本领域内技术人员始终关注和需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种光线发生装置，用于晶圆边缘区域检测，至少包括第一光线出射面和第二光线出射面，所述第一光线出射面和所述第二光线出射面非平行，并且所述第二光线出射面的自由端部向内偏置，以便所述第一光线出射面与所述第二光线出射面形成内凹结构的光线出射面。

当使用本文的光线发生装置对晶圆边缘区域的靠近上表面边缘区段位置进行检测时，第一光线出射面可以大致与上表面边缘区段平行，因第二光线出射面光滑内凹曲面，平面与第二光线出射面的相接拐弯部可以与上表面和上斜面的转折部位置相对；这样第二光线出射面发射至转折部的光线的角度减小，这样该部分光线的出射光线也相应向内收拢，有利于汇聚于成像装置的成像通孔中，以获得转折部的清晰成像，进而保证了根据成像分析待测边缘区域的缺陷信息的可靠性。

并且，第二光线出射面为光滑内凹曲面，该结构的第二光线出射面可以适用范围比较广，不受晶圆边缘形状的影响，有利于获取清晰的成像。

可选的，所述光滑内凹曲面为圆柱面。

可选的，所述圆柱面的弧形段的圆心角度φ根据以下方式确定：

φ＝2×max(φ_f，φ_b)；

其中，

是晶圆的上表面和上斜面的夹角；

是下斜面和与其相接的下表面的夹角。

可选的，所述第二光线出射面为圆柱面，所述第一光线出射面的长度l根据以下公式确定：

其中，FOV是光路的视场，或者需要检测的上表面边缘区段、下表面边缘区段的长度；Fnum是成像设备的成像镜头的物方F数；R是第二光线出射面的半径。

可选的，还包括基体和安装于所述基体上的多个发光部件，所述发光部件用于发射光束，所述第一光线出射面和所述第二光线出射面形成于所述基体表面。

可选的，还包括匀光层，所述基体设置有向外开口的安装凹槽，所述安装凹槽的槽底均匀布置有所述发光部件，所述安装凹槽的开口位置设置所述匀光层，所述匀光层的外表面形成所述第一光线出射面和所述第二光线出射面。

可选的，所述安装凹槽的槽底包括第一安装段和第二安装段，所述第一安装段和所述第二安装段均布有若干所述发光部件，所述第一安装段、所述第二安装段分别与所述第一光线出射面、所述第二光线出射面平行。

可选的，所述基体内部还设置有冷却通道，所述基体的外表面成型有与所述冷却通道相连通的介质进口和介质出口，工作时，所述冷却通道内部的介质与各所述发光部件热量交换，以维持各发光部件处于预设温度范围工作。

可选的，还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器安装于所述基体，用于检测各所述发光部件的温度；所述控制器根据所述温度传感器所检测的温度控制所述发光部件处于预设温度范围工作。

本实用新型还提供了一种检测系统，包括成像设备及上述任一项所述的光线发生装置，所述成像设备用于获取晶圆待测边缘区域反射的光束，形成检测图像以获取所述待测边缘区域的缺陷信息。

本实用新型所提供的检测系统包括上述实施例所述的光线发生装置，故也具有光线发生装置的上述技术效果。

附图说明

图1为现有技术晶圆边缘检测的原理图；

图2为本实用新型一种具体实施例中晶圆的局部纵向截面图；

图3为本实用新型一种实施例中光线发生装置的三维结构示意图；

图4为图3所示光线发生装置的另一方向示意图；

图5为本实用新型另一实施例中光线发生装置的结构示意图；

图6为本实用新型一种实施例中检测系统处于工作状态的示意图。

其中，图1中：

1’-晶圆；’2’-照明光源；3’-成像装置；

其中，图2至图6中附图标记和部件名称之间的一一对应关系如下：

1-光线发生装置；10-基体；11-发光部件；10a-介质进口；10b-介质出口；20-控制线；2-晶圆；21-上表面边缘区域段；22-上斜面；23-冠部；24-下斜面；25-下表面边缘区域段；3-成像设备；31-成像镜头；32-相机；m-反射光线。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图2至图6，图2为本实用新型一种具体实施例中晶圆的局部纵向截面图；图3为本实用新型一种实施例中光线发生装置的三维结构示意图；图4为图3所示光线发生装置的另一方向示意图；图5为本实用新型另一实施例中光线发生装置的结构示意图；图6为本实用新型一种实施例中检测系统处于工作状态的示意图。其中图6中示出了部分反射光线m的路径。

本文以光线发生装置1和检测系统应用于晶圆2边缘区域检测为例进行介绍技术方案和技术效果，当然，该光线发光装置和检测系统还可以应用于与本文类似结构产品的检测。

本实用新型所述的晶圆2边缘区域包括盘面边缘区域段、斜面和冠部，具体地，盘面边缘区域具体包括上表面边缘区段21和下表面边缘区域25段，斜面包括上斜面22和下斜面24，上表面边缘区域段21、上斜面22、冠部23、下斜面24和下表面边缘区域段25依次连接。其中上表面边缘区段21和上斜面22的连接位置为拐弯结构，即二者之间形成转折部。同理，下斜面24和下表面边缘区段25的连接位置也具有转折部。

其中，上表面可以是晶圆2上形成有芯片的表面，下表面可以未形成芯片，或者，上表面可以是晶圆2上形成有芯片的表面，下表面也形成有芯片。

本文所提供的光线发生装置1具有光线出射面，光线出射面至少包括第一光线出射面12和第二光线出射面13，第一光线出射面12和第二光线出射面13成预定角度，也就是说，第一光线出射面12和第二光线出射面13既不共面也不是等距离偏置，两出射面所成角度可以与被检测晶圆的上表面边缘区域段21和上斜面22所成角度匹配。

在一种具体实施方式中，因晶圆的盘面基本为平面结构，故第一光线出射面12可以为平面，第二光线出射面13可以为光滑内凹曲面，第一光线出射面12与光滑内凹曲面相接的端部圆滑过渡连接。

当使用本文的光线发生装置1对晶圆2边缘区域的靠近上表面边缘区段21位置进行检测时，第一光线出射面12可以大致与上表面边缘区段21平行，因第二光线出射面13光滑内凹曲面，平面与第二光线出射面13的相接拐弯部可以与上表面和上斜面的转折部位置相对；这样第二光线出射面13发射至转折部的光线的角度减小，这样该部分光线的出射光线也相应向内收拢，有利于汇聚于成像装置的成像通孔中，以获得转折部的清晰成像，进而保证了根据成像分析待测边缘区域的缺陷信息的可靠性。

并且，第二光线出射面13还可以为光滑内凹曲面，该结构的第二光线出射面13可以适用范围比较广，不受晶圆边缘形状的影响，有利于获取清晰的成像。

当然，在另一种具体实施方式中，第二光线出射面13还可以为多个依次连接的斜面，多个斜面形成内凹面。

当然，第二光线出射面13还可以为由至少一个平面和至少一个曲面形成的内凹面，以适应不同产品的需求。

上述实施例中的光滑曲面可以为圆柱面，第一光线出射面12与圆柱面相邻端部相切连接以圆滑过渡。

在一种具体的实施方式中，圆柱面的弧形段的圆心角度φ根据以下方式确定：

φ＝2×max(φ_f，φ_b)；

其中，

是晶圆的上表面和上斜面的夹角；

是晶圆的下斜面和与其相接的下表面的夹角。

通过上述方式确定圆柱面的长度，在实现晶圆边缘转折部清晰成像的前提下，尽量减小光线发生装置1的体积。

进一步地，第一光线出射面12的长度l根据以下公式确定：

其中，FOV是光路的视场，或者需要检测的上表面边缘区段、下表面边缘区段的长度；Fnum是成像设备3的成像镜头31的物方F数；R是第二光线出射面13的半径。这样，在实现晶圆边缘检测前提下，尽量减小光线发生装置1的平面的长度，有利于光线发生装置1体积减小，方便检测操作。

上述各实施例中，光线发生装置1还进一步包括基体10和安装于基体10上的多个发光部件11，发光部件11用于发射光束，第一光线出射面12和第二光线出射面13形成于基体10表面。

具体地，光线发生装置1还可以进一步包括匀光层，基体10设置有向外开口的安装凹槽，安装凹槽的槽底均布有发光部件11，安装凹槽的开口位置设置匀光层，匀光层的外表面形成第一光线出射面12和第二光线出射面13。

具体地，安装凹槽可以包括第一安装段和第二安装段，其中第一安装段和第二安装段与第一光线出射面12、第二光线出射面13平行设置。

也就是说，各发光部件11先安装于内凹结构的安装凹槽的槽底，然后再将匀光层安装在安装凹槽的开口位置。匀光层有利于光线的均匀射出。附图中未标记匀光层，但是并不妨碍本领域内技术人员对于本文技术方案的理解。

匀光层可以通过3D打印方式打印，这样面型效果较好，当然，也可以是柔性体，通过机加工成型。

上述各实施例中的发光部件11在工作时，必然会发出热量，热量聚集会影响发光部件11的正常工作。因此本文还进行了以下设置。

上述各实施例中，基体10内部还设置有冷却通道，基体10的外表面成型有与冷却通道相连通的介质进口10a和介质出口10b，冷却通道通过基体10上的介质进口10a和介质出口10b连通外部冷却介质管路，以形成冷却回路。

工作时，冷却通道内部的介质与各发光部件11热量交换，以维持各发光部件11处于预设温度范围工作。冷却介质例如可以是液体冷却介质或者气体冷却介质。

循环流动的冷却介质将发光部件11的热量不断带走，避免了热量聚集，有利于提高发光部件11工作可靠性和使用寿命。

上述各实施例中，光线发生装置1还可以包括温度传感器和控制器，温度传感器安装于基体10，用于检测各发光部件11的温度。对于发光部件11为LED灯而言，各LED灯安装于电路板上，温度传感器可以检测电路板的温度。

控制器根据温度传感器所检测的温度控制发光部件11处于预设温度范围工作，这样可以实现光线发生装置1及检测系统的自动控制。

上述发光部件11不局限于LED灯，还可以为光纤或者其他能够发出光线的部件。当然，基体上必然设置有通道，以设置发光部件与外部控制器连接的控制线20。

在上述光线发生装置1的基础上，本实用新型还提供了一种检测系统，包括成像设备3及上述任一实施例所述的光线发生装置1，成像设备3用于获取晶圆待测边缘区域反射的光束，形成检测图像以获取所述待测边缘区域的缺陷信息。

成像设备3可以包括相机32和成像镜头31等部件，相机32可以为单线线扫相机，可以为多线彩色线扫相机。成像设备3的具体结构可以参考现有技术，本文不做具体介绍。

使用时，装置发出的光线经待测边缘区域反射进入成像镜头31，并被聚焦在相机32的靶面上，从而获得待测边缘区域的成像。

本实用新型所提供的检测系统包括上述实施例所述的光线发生装置1，故也具有光线发生装置1的上述技术效果。

以上对本实用新型所提供的一种光线发生装置及检测系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光线发生装置，用于晶圆边缘区域检测，其特征在于，至少包括第一光线出射面(12)和第二光线出射面(13)，所述第一光线出射面(12)为平面，所述第二光线出射面(13)为光滑内凹曲面，所述第一光线出射面(12)与所述光滑内凹曲面相接的端部圆滑过渡连接。

2.如权利要求1所述的光线发生装置，其特征在于，所述光滑内凹曲面为圆柱面。

3.如权利要求2所述的光线发生装置，其特征在于，所述圆柱面的弧形段的圆心角度φ存在以下关系：

φ＝2×max(φ_f，φ_b)；

其中，

是晶圆的上表面和上斜面的夹角；

是晶圆的下斜面和与下斜面相接的下表面的夹角。

4.如权利要求2所述的光线发生装置，其特征在于，所述第一光线出射面(12)的长度l存在以下关系：

其中，FOV是光路的视场，或者需要检测的上表面边缘区段、下表面边缘区段的长度；Fnum是成像设备的成像镜头的物方F数；R是第二光线出射面(13)的半径。

5.如权利要求1至4任一项所述的光线发生装置，其特征在于，所述光线发生装置还包括基体(10)和安装于所述基体(10)上的多个发光部件(11)，所述发光部件(11)用于发射光束，所述第一光线出射面(12)和所述第二光线出射面(13)形成于所述基体(10)表面。

6.如权利要求5所述的光线发生装置，其特征在于，还包括匀光层，所述基体(10)设置有向外开口的安装凹槽，所述安装凹槽的槽底均匀布置有所述发光部件，所述安装凹槽的开口位置设置所述匀光层，所述匀光层的外表面形成所述第一光线出射面(12)和所述第二光线出射面(13)。

7.如权利要求6所述的光线发生装置，其特征在于，所述安装凹槽的槽底包括第一安装段和第二安装段，所述第一安装段和所述第二安装段均布有若干所述发光部件(11)，所述第一安装段、所述第二安装段分别与所述第一光线出射面(12)、所述第二光线出射面(13)平行。

8.如权利要求5所述的光线发生装置，其特征在于，所述基体(10)内部还设置有冷却通道，所述基体(10)的外表面成型有与所述冷却通道相连通的介质进口(10a)和介质出口(10b)，工作时，所述冷却通道内部的介质与各所述发光部件(11)热量交换，以维持各发光部件(11)处于预设温度范围工作。

9.如权利要求5所述的光线发生装置，其特征在于，还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器安装于所述基体(10)，用于检测各所述发光部件(11)的温度；所述控制器根据所述温度传感器所检测的温度控制所述发光部件(11)处于预设温度范围工作。

10.一种检测系统，其特征在于，包括成像设备及权利要求1至9任一项所述的光线发生装置，所述成像设备用于获取晶圆待测边缘区域反射的光束，形成检测图像以获取所述待测边缘区域的缺陷信息。

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