CN216350391U - 一种基于led投影模组的检测照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LED投影模组的检测照明系统，包括光电探测器、固定连接于光电探测器探测端并用于收集待检测的样品表面散射光线收集的光线采集镜组，光线采集镜组的外侧设置有至少一个LED投影照明模组，每个LED投影照明模组的轴线均与光线采集镜组的轴线在垂直面内成一夹角a设置，所有LED投影照明模组发出的光线汇聚于样品的表面且待检测样品表面散射光线汇聚于光线采集镜组的光线采集处。本实用新型采用多组LED投影照明模组，以物镜的光轴为中心轴均匀分布，将LED光源光处理后变成近似平行或者聚焦的光束，最后以相对于样品水平面一定角度投射到样品上，使照明光斑在样品表面重叠，实现一个照明均匀度高、亮度高的照明光源。

Description

一种基于LED投影模组的检测照明系统

技术领域

本实用新型涉及半导体检测技术，具体为一种基于LED投影模组的检测照明系统。

背景技术

半导体缺陷检测依赖照明光源(激发和散射)的品质，随着半导体、泛半导体以及一些材料科学检测更精确、更敏感、更全面的要求，照明光源的需求呈现如下技术特点：高亮度(流明)、波段向蓝紫光以及紫外光迁移。

目前，大部分半导体缺陷检测使用激光光源、白光光源或其部分波段(用滤波片滤出)，包括卤素灯，汞灯，氘灯等。一般的光路(工作原理)如图1所示，一束激光由激光器6发出，通过透镜7(聚焦、扩束或匀化)处理后打在样品5的表面，入射光与样品5的缺陷部位(表面和内部)相互作用，产生散射光(同入射光频率，或者更小频率)；散射光信号经物镜4收集，经过一系列光学元件，如滤波片3、筒镜2、散射镜 (未画出)、偏振片(未画出)等处理后，被光电探测器1(传感器或相机)采集。

或者使用灯源做照明手段，如图2所示：采用白光灯源61产生光源，经滤波耦合器8和汇聚镜筒9的处理后形成入射光。由于大部分灯源光谱宽，发射角分散角度大，一般在实际应用中，会使用滤波片截取所需要的波段，再利用光纤、波导等被动器件，把光束传递出去，经光纤、波导末端的汇聚校准镜组，使出射光具备一定小角度的方向性，对样品实行照明(散射或激发)。

现有激光在蓝紫光波段功率很难做到30mW级以上，稳定性差、光源寿命短、价格高，很难为半导体及材料的检测设备所利用。而传统灯源，由于其波长分布的宽泛性，以及部分分立发射峰的不可调节性，不同波段的光的模式(mode)导致其传播方向发散性很大，灯源寿命也很有限，其应用受很大限制。半导体检测行业亟待高亮度，波长短的照明光源。

实用新型内容

本实用新型旨在克服现有技术的不足，提出了一种基于LED投影模组的检测照明系统，采用多组LED投影照明模组，收集散射光的物镜的光轴为中心轴均匀分布，将 LED光源光处理后变成近似平行或者聚焦的光束，最后以相对于样品水平面一定角度投射到样品上，使照明光斑在样品表面重叠，实现一个照明均匀度高、亮度高的照明光源。

为实现上述效果，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于LED投影模组的检测照明系统，包括光电探测器、固定连接于光电探测器探测端并用于收集待检测的样品表面散射光线收集的光线采集镜组，所述光线采集镜组的外侧设置有至少一个LED投影照明模组，每个LED投影照明模组的轴线均与光线采集镜组的轴线在垂直面内成一夹角a设置，所有LED投影照明模组发出的光线汇聚于样品的表面且待检测样品表面散射的光线汇聚于光线采集镜组的光线采集处。

进一步的，所述LED投影照明模组为多个，且围绕光线采集镜组的轴线均匀分布。

进一步的，所述LED投影照明模组包括固定连接于光电探测器上的照明镜筒以及依次固定安装于照明镜筒内的LED光源、准直透镜、第二滤波片及第二汇聚透镜，所述LED光源、准直透镜、第二滤波片及第二汇聚透镜均同轴设置。

进一步的，所述LED光源为紫外LED灯或近紫外LED灯。

进一步的，所述第二滤波片可调节照射到样品上的光波长，第二滤波片包括但不限于采用单个固定通过波长的滤波片，也可采用滤波片转盘上放置数个固定通过波长的滤波片进行转动选择，或采用通过波长连续可变滤的波片。

进一步的，所述LED投影照明模组的轴线与光线采集镜组的轴线在垂直面内所成夹角α的范围满足0°<a<90°。

进一步的，所述光线采集镜组包括于光电探测器固定连接的镜筒、依次固定安装于镜筒内的第一汇聚透镜、第一滤波片及物镜，所述第一汇聚透镜、第一滤波片及物镜均同轴设置。

进一步的，所述第一汇聚透镜的像面和光电探测器的探测面重合。

进一步的，所述第一滤波片通过镜筒侧壁上开设的插口插接固定于镜筒内。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型采用的LED投影照明模组，以LED光源作为光源，成本低、寿命长，使用和维护简单，且体积较小，非常适合光束亮度的拓展；设计波长涵盖200多纳米到1600nm的宽波长范围，优选紫外或近紫外波段，且可根据需要，通过选用不同颜色的LED光源或发光材料，调制成需要的波段，带宽远比现有的灯源可控，调控范围可控制在3nm数量级；

2、本实用新型采用多组LED投影照明模组以收集散射光的物镜的光轴为中心轴均匀分布，将LED光源光处理后变成近似平行或者聚焦的光束，最后以相对于样品水平面一定角度投射到样品上，使照明光斑在样品表面重叠，实现一个照明均匀度高于 70％、亮度高的照明光源；同时LED投影照明模组的数量、间隔角度和相对于样品水平面的角度都可根据实际需求进行灵活构建，实用性较强。

附图说明

图1为现有技术中采用激光作为半导体缺陷检测光源的光路示意图；

图2为为现有技术中采用白光灯源作为半导体缺陷检测光源的光路示意图；

图3为本实用新型中采用LED光源作为半导体缺陷检测光源的光路示意图；

图4为本实用新型中多组LED投影照明模组的位置分布示意图。

其中：1光电探测器、2光线采集镜组、21筒镜、22第一汇聚透镜、23第一滤波片、24物镜、3LED投影照明模组、31照明镜筒、32LED光源、33准直透镜、34第二滤波片、35第二汇聚透镜、4待检测样品、5汇聚镜筒、6激光器、61白光灯源、7 透镜、8滤波耦合器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本实用新型的创新点在于构建光源的产生方式及分布形式，以创设更加适于样品缺陷检测的光源，从而提升检测效果。

请参阅图3和图4，包括光电探测器1、固定连接于光电探测器1探测端并用于收集待检测样品5(本实施例中为晶圆)表面散射光线收集的光线采集镜组2。光线采集镜组2包括于光电探测器1固定连接的镜筒21、依次固定安装于镜筒21内的第一汇聚透镜22、第一滤波片23及物镜24，第一汇聚透镜22、第一滤波片23及物镜24均同轴设置。其中，镜筒21采用螺纹连接或其他连接紧固件与光电探测器1连接，且第一汇聚透镜22的像面和光电探测器1的探测面(图3中所示P2面)重合，第一汇聚透镜22与物镜24按照特定的工作距离配套应用分别安装固定在镜筒21内部相应位置。第一滤波片23安装在第一汇聚透镜22和物镜24之间，并通过镜筒21侧壁上开设的插口插接固定于镜筒21内，以便切换不同波段的滤波片。光线采集镜组2的具体结构可参照现有的装置，此处不做赘述。

光线采集镜组2的外侧设置有至少一个(如本实施例中的6个)LED投影照明模组3，且围绕光线采集镜组2的轴线均匀分布。每个LED投影照明模组3的轴线均与光线采集镜组2的轴线在垂直面内成一夹角α设置，所成夹角α的范围满足0° <a<90°，则所有LED投影照明模组3发出的光线(如图3中所示的入射线轴L1)汇聚于待检测样品5的表面(图4中所示P1面上的C点处)且待检测样品5表面散射的光线汇聚于光线采集镜组2的光线采集处。物镜24的物面与水平放置的晶圆检测面重合，实现对晶圆检测面LED散射光线和晶圆内部激发的荧光光线收集，并出射为平行光，经过第一滤波片23过滤截取特定波段(不同缺陷特征在不同波长范围的光线下激发显现)，再经过第一汇聚透镜22将光线汇聚到光电探测器1的探测面上，进行图像检测处理。

LED投影照明模组3包括固定连接于光电探测器1上的照明镜筒31以及依次固定安装于照明镜筒31内的LED光源32、准直透镜33、第二滤波片34及第二汇聚透镜 35，LED光源32、准直透镜33、第二滤波片34及第二汇聚透镜35均同轴设置。LED 光源31用于产生初始光源，本实施例中，LED光源32优选为紫外或近紫外LED光源。

LED光源32发出呈一定发散角(小于20°)的特定视场(呈郎伯分布)大小的光线，经过准直透镜33准直成平行光，并经第二过滤波片34过滤截取特定波段的光线，再经过第二汇聚透镜35将一定视场大小的光斑汇聚成像在水平放置的晶圆检测面上； LED投影照明镜组3的入射光线光轴与收集激发&散射光线光轴呈一定角度a(0° <a<90°)，角度a在保证LED投影照明镜组3与光线采集镜组2之间无结构干涉的情况下，尽量越小越好，使照明光斑在样品表面重叠，实现一个照明均匀度高于70％、亮度高的照明光源，以提高物镜24对散射光线收集的光通量，增强照明成像亮度及缺陷图像对比度。

第二滤波片34可调节照射到样品上的光波长，第二滤波片34包括但不限于采用单个固定通过波长的滤波片，或采用滤波片转盘上放置数个固定通过波长的滤波片进行转动选择，或采用通过波长连续可变的滤波片。本实施例中，第二滤波片34采用连续可变过滤器(Continuously Variable Filter，CVF)，可根据待检材料所要求的检测厚度，筛选出相匹配的波长段，从而以特定波长的光线入射到晶圆的表面。

多个LED投影照明镜组3(数量≥2)以收集激发&散射光线光轴(图3中所示的光线轴L2)为对称轴周向均布，使多个照明光斑投影汇聚到晶圆检测面上重叠，增强照明亮度和均匀度，其LED投影照明镜组3的分布数量及间隔角度b(0°<b<180°) 可根据照明光强、空间尺寸约束等确定。LED投影照明模组3内各部件的安装和固定可参照现有的激光光源或白光光源的物理结构。LED投影照明模组3的数量可根据需要检测光源的强度而选定，各个LED投影照明模组3的高度及相互之间的夹角以及其相对于样品水平面的角度可通过现有的高度-角度调节机构实现调节和设定，以满足不同半导体检测所需光源的需求。

根据实际光斑大小、照明亮度、不同波段等需求，LED投影照明镜组3中的LED 光源可覆盖紫外光、可见光、近红外波段或者混合不同发光颜色；同时可使用微透镜等其他被动光学器件为光束整形器件，实现光束的汇聚、准直、扩束等工程需求。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于LED投影模组的检测照明系统，包括光电探测器(1)、固定连接于光电探测器(1)探测端并用于收集待检测样品(5)表面散射光线收集的光线采集镜组(2)，其特征在于：所述光线采集镜组(2)的外侧设置有至少一个LED投影照明模组(3)，每个LED投影照明模组(3)的轴线均与光线采集镜组(2)的轴线在垂直面内成一夹角a设置，所有LED投影照明模组(3)发出的光线汇聚于样品(5)的表面且待检测样品(5)表面散射光线汇聚于光线采集镜组(2)的光线采集处。

2.根据权利要求1所述的一种基于LED投影模组的检测照明系统，其特征在于：所述LED投影照明模组(3)为多个，且围绕光线采集镜组(2)的轴线均匀分布。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于LED投影模组的检测照明系统，其特征在于：所述LED投影照明模组(3)包括固定连接于光电探测器(1)上的照明镜筒(31)以及依次固定安装于照明镜筒(31)内的LED光源(32)、准直透镜(33)、第二滤波片(34)及第二汇聚透镜(35)，所述LED光源(32)、准直透镜(33)、第二滤波片(34)及第二汇聚透镜(35)均同轴设置。

4.根据权利要求3所述的一种基于LED投影模组的检测照明系统，其特征在于：所述LED光源为紫外LED灯或近紫外LED灯。

5.根据权利要求3所述的一种基于LED投影模组的检测照明系统，其特征在于：所述第二滤波片(34)采用单个固定通过波长滤波片，或采用滤波片转盘上放置数个固定通过波长滤波片进行转动选择，或采用通过波长连续可变滤波片。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于LED投影模组的检测照明系统，其特征在于：所述LED投影照明模组(3)的轴线与光线采集镜组(2)的轴线在垂直面内所成夹角α的范围满足0°<a<90°。

7.根据权利要求1所述的一种基于LED投影模组的检测照明系统，其特征在于：所述光线采集镜组(2)包括于光电探测器(1)固定连接的镜筒(21)、依次固定安装于镜筒(21)内的第一汇聚透镜(22)、第一滤波片(23)及物镜(24)，所述第一汇聚透镜(22)、第一滤波片(23)及物镜(24)均同轴设置。

8.根据权利要求7所述的一种基于LED投影模组的检测照明系统，其特征在于：所述第一汇聚透镜(22)的像面和光电探测器(1)的探测面重合。

9.根据权利要求7所述的一种基于LED投影模组的检测照明系统，其特征在于：所述第一滤波片(23)通过镜筒(21)侧壁上开设的插口插接固定于镜筒(21)内。

Images