CN217505694U - 检测装置 - Google Patents

Abstract

一种检测装置，包括：照明模块，包括沿光路传输方向依次设置的光源组件、第一狭缝元件和第一镜组，所述光源组件用于产生光束，所述第一狭缝元件用于使所述光束透过产生入射光，所述第一镜组对第一狭缝元件进行成像以在待测物表面形成第一狭缝元件的缩小的像，所述入射光经过所述待测物形成探测光。本实用新型有利于获得高稳定性高精度的检测结果。

Description

检测装置

技术领域

本实用新型实施例涉及光学检测领域，尤其涉及一种检测装置。

背景技术

随着集成电路制造技术的快速发展，2.5D/3D集成与晶圆级封装等先进封装形式已是封装技术发展的主要方向。

随着集成电路制造的高密度发展，封装尺寸越来越小，互联密度增大，在集成电路中，连接芯片的凸点的尺寸和间距越来越小，同时，焊料变形导致的互连短路问题也日益突出，因此，对芯片凸点共面性的三维缺陷检测的需求也更加迫切。

目前，通常采取光学检测方法进行三维缺陷检测。

实用新型内容

本实用新型实施例解决的问题是提供一种检测装置，获得高稳定性且高精度的检测结果。

为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种检测装置，包括：照明模块，包括沿光路传输方向依次设置的光源组件、第一狭缝元件和第一镜组，所述光源组件用于产生光束，所述第一狭缝元件用于使所述光束透过产生入射光，所述第一镜组对第一狭缝元件进行成像以在待测物表面形成第一狭缝元件的缩小的像，所述入射光经过所述待测物形成探测光；成像模块，用于收集所述探测光，并根据所述探测光获得所述待测物的成像信息。

与现有技术相比，本实用新型实施例的技术方案具有以下优点：

本实用新型实施例中，利用第一狭缝元件和第一镜组，对光源组件产生的光束进行整形和成像，能够利用第一镜组将第一狭缝元件缩小成像在待测物上，从而能够获得较小尺寸的光斑，光斑经过所述待测物形成探测光，从而有利于获得较高精度的待测物的成像信息，相应获得高稳定性且高精度的检测结果。

附图说明

图1是本实用新型检测装置一实施例的结构示意图以及光路图；

图2是图1中待测物上任一待测凸点的局部放大图；

图3是采用本实用新型检测装置对待测物进行扫描的一实施例的俯视图。

具体实施方式

由背景技术可知，光学检测方法是一种常用的对待测物的检测技术。但是，现有的用于进行检测的光学检测装置中，检测结果的稳定性和精度有待提高。

为了解决所述技术问题，本实用新型实施例提供一种检测装置，包括：照明模块，包括沿光路传输方向依次设置的光源组件、第一狭缝元件和第一镜组，所述光源组件用于产生光束，所述第一狭缝元件用于使所述光束透过产生入射光，所述第一镜组对第一狭缝元件进行成像以在待测物表面形成第一狭缝元件的缩小的像，所述入射光经过所述待测物形成探测光；成像模块，用于收集所述探测光，并根据所述探测光获得所述待测物的成像信息。

本实用新型实施例中，利用第一狭缝元件和第一镜组，对光源组件产生的光束进行整形和成像，能够利用第一镜组将第一狭缝元件缩小成像在待测物上，从而能够获得较小尺寸的光斑，光斑经过所述待测物形成探测光，从而有利于获得较高精度的待测物的成像信息，相应获得高稳定性高精度的检测结果。

为使本实用新型实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

参考图1至图3，图1是本实用新型检测装置一实施例的结构示意图以及光路图，图2是图1中待测物上任一个待测凸点的局部放大图，图3是采用本实用新型检测装置对待测物进行扫描的一实施例的俯视图。

检测装置用于对待测物100进行检测，检测装置包括：照明模块，包括沿光路传输方向(如图1中虚线上的箭头方向所示)依次设置的光源组件200、第一狭缝元件400和第一镜组500，光源组件200用于产生光束，第一狭缝元件400用于使光束透过产生入射光，第一镜组500对第一狭缝元件400进行成像以在待测物100表面形成第一狭缝元件400的缩小的像，入射光经过待测物100形成探测光；成像模块，用于收集探测光，并根据探测光获得待测物100的成像信息。

本实施例中，待测物100表面形成有待测凸点101。

具体地，作为一种示例，待测物100为晶圆，晶圆表面形成有待测凸点101，本实施例的检测装置用于对晶圆表面的凸点共面性的三维缺陷进行检测。具体地，本实施例的检测装置用于对待测凸点101的高度的微观三维形貌进行测量。

照明模块用于在待测物100上产生线形光斑800s，从而能够采用检测装置对待测物100完成线性扫描。

采用线形光斑800s对待测物100进行扫描，相邻线形光斑800s的边能够恰好对接，采用依次拼接的线形光斑800s完成线性扫描，有利于实现对所有线形光斑800s对待测物100的完全覆盖，同时减少线形光斑800s的重叠部分，从而有利于提高扫描效率。

本实施例中，光源组件200包括光源，且所述光源为非相干光源。

光源组件200利用光源发出的光产生光束。

本实施例中的光源为非相干光源，相比于相干光源(例如，激光光源)，非相干光源的噪点较小，则通过非相干光源产生的光束，最终在成像模块中的图像信噪比较高，从而能够在成像模块中获得较为精准的待测物100的成像信息。

具体地，本实施例中，光源的类型包括LED光源、卤素灯或氙灯。

LED光源、卤素灯或氙灯为非相干光源，同时具有体积较小、使用寿命较长、发光效率较高、耗电量较少等特性。

本实施例中，光源组件200用于产生线形的光束。

本实施例中，沿光路传输方向，光源组件200产生的光束经过第一狭缝元件400，从而产生待测物100上的线形光斑800s，因此，相比于圆形的光束，光源组件200产生线形的光束，则光源组件200产生的光束与第一狭缝元件400耦合时，有利于减小光束能量的浪费，提高耦合效率。

本实施例中，光源组件200包括：光源和整形元件220，整形元件220用于对光源发出的光进行整形，产生线形的光束。

在实际应用中，非相干光源通常发出圆形的光束，因此，采用整形元件220对光源发出的光进行整形，保障光源组件200产生线形的光束。

本实施例中，整形元件220包括：光纤束，光纤束的入射端口形状与光源发出的光的光斑形状相匹配，光纤束的出射端口的光线呈一字型排列。

采用光纤束对光源发出的光进行整形，简便易操作，并且，光纤束的端口形状易调节，从而能够根据光源发出的光的光斑形成，调节光纤束的入射端口，根据需要获得的入射光的形状，调节光纤束的出射端口。

本实施例中，光纤束的入射端口形状与光源发出的光的光斑形状相匹配，从而能够提高光源发出的光与光纤束的耦合效率，光纤束的出射端口形状呈一字型，从而能够使得光源组件200产生线形的光束。

在其他实施例中，光源组件还可以包括：成像元件，用于直接产生线形的光束。

本实施例中，光源组件包括光源和滤光片色轮，所述滤光片色轮用于控制光源发出的光谱。

作为一种示例，光源组件包括灯箱210，灯箱210用于作为放置光源和滤光片色轮的装置。

本实施例中，光源发出的光通过滤光片色轮后，再从灯箱210中发出，从而能够通过滤光片色轮控制灯箱210发出的光谱。

作为一种示例，光源发出白光，经过滤光片色轮后，灯箱210可以发出蓝色、绿色、黄色或者青色的光。

本实施例中，滤光片色轮的光谱根据待测物100的表面镀层的光谱调整，例如，根据晶圆表面的镀层的光谱调整。具体地，滤光片色轮的光谱与待测物100的表面镀层的光谱一致，从而有利于提高入射光在待测物100表面产生探测光的信噪比。

第一狭缝元件400用于获得线形入射光。

第一狭缝元件400包括固定狭缝、单边可调的非对称式狭缝或双边可调的对称狭缝。

本实施例中，第一狭缝元件400中的狭缝开口长度方向垂直于所述入射光的入射面，从而能够获得与狭缝开口相匹配的线形入射光，相应的，本实施例中，通过设定第一狭缝元件400的狭缝开口长度，控制获得的线形入射光的长度。

需要说明的是，入射面为入射光与待测物表面法线所在平面。

第一镜组500用于将线形入射光聚焦至待测物100上以产生线形光斑的同时，还用于控制产生的线形光斑的尺寸。作为一种示例，第一镜组500为第一显微物镜。

本实施例中，待测物100为晶圆，待测物100面形成有待测凸点101，待测凸点101的尺寸和间距通常较小，因此，需要较细的线形光斑对待测凸点101进行检测。

本实施例中，利用第一镜组500将第一狭缝元件400缩小成像在待测物100上，减小经过第一狭缝元件400的线形入射光的宽度，从而能够获得宽度更小的线形光斑，在利用线形光斑对待测物100进行线性扫描时，有利于提高扫描精度，进而提高检测结果的精度。

本实施例中，利用第一狭缝元件400和第一镜组500，对光源组件200产生的光束进行整形和成像，能够利用第一镜组500将第一狭缝元件400缩小成像在待测物100上，从而能够获得较小尺寸的光斑800s，光斑800s经过所述待测物100形成探测光，从而有利于获得较高精度的待测物100的成像信息，相应获得高稳定性高精度的检测结果。

本实施例中，照明模块还包括：光纤耦合器300，设置于光源组件200和第一狭缝元件400之间，光纤耦合器300用于将光束耦合在第一狭缝元件400的狭缝开口处。

本实施例中，光源组件200通过光纤束产生线形的光束，而通过光纤束产生的光束为不连续的光点，因此，采用光纤耦合器300能够将光束汇聚，耦合在第一狭缝元件400的狭缝开口处，有利于提高入射光的照明效率，使得入射光的光线受控，减少入射光的发散，有利于提高在成像模块中的成像的均匀性。

本实施例中，光纤耦合器300包括：柱面镜310，设置于光纤耦合器300中最靠近出光端面的一侧，或者，设置于光纤耦合器300中最靠近出入端面的一侧。

柱面镜310用于提高入射光的照明效率、以及入射光的均匀性。

本实施例中，线形入射光以45度的入射角度α聚焦至待测物100上。

线形入射光的入射角度α为45度，相应探测光的反射角度也为45度，则入射光与探测光相垂直，有利于在保障待测物100能够获得足够的入射光的光线的同时，在保障对待测物100在成像模块中清晰成像的情况下，简化成像模块中的组件设置。

在其他实施例中，线形入射光的入射角度α还可以为大于45度或小于45度的角度。

本实施例中，成像模块用于收集探测光，并根据探测光获得待测物100的成像信息。

本实施例中，成像信息包括探测光在成像模块中形成的成像点的位置，成像点的位置与待测凸点101的高度信息相对应。

结合参考图2，图2示出了任一个待测凸点的局部放大图，为了便于说明，图2中将两个高度不同的待测凸点101重叠示意，其中，采用黑色实心凸点来表示第一待测凸点101a，采用虚线轮廓线来表示第二待测凸点101b。对于第一待测凸点101a，入射光照射在第一待测凸点101a时，经过P点反射形成探测光(经过P点反射形成的探测光的光路采用虚线表示)，对于第二待测凸点101b，入射光照射在第二待测凸点101b时，经过Q点反射形成探测光(图2中未示出经过Q点反射形成的探测光的光路)，P点和Q点反射的探测光在成像模块中对应形成不同的成像点，因此，成像点的位置与待测凸点101的高度信息相对应。

具体地，本实施例中，照明模块、待测物100和成像模块构成三角形，从而可以通过三角测距法，根据成像点的位置，获得待测凸点101的高度。

本实施例中，成像模块包括：沿光路传输方向依次设置的成像组件600和图像采集组件810，图像采集组件810用于接收经过成像组件600的探测光，并根据探测光获得待测物100的成像信息。

本实施例中，成像组件600用于将探测光汇聚至图像采集组件810中。

本实施例中，图像采集组件810包括用于接收探测光的靶面80，且靶面80的共轭像与入射光的光轴重合。

本实施例中，图像采集组件810的靶面80与对应接收的探测光的入射方向相垂直。

本实施例中，入射光与探测光相垂直，图像采集组件810的靶面80与对应接收的探测光的入射方向相垂直，则图像采集组件810的靶面80的共轭像与入射光的光照平面10a重合，也就是说，图像采集组件810的靶面80与入射光的光照平面10a共轭，因此，经过入射光照射的待测物100均能在图形采集组件800上清晰成像，从而能够在图像采集组件810中获得精准度较高的成像信息。

本实施例中，成像组件600包括沿光路传输方向依次设置的第二镜组620、光阑630和管镜640，其中，第二镜组620用于收集探测光、并将探测光入射至光阑630中，管镜640用于接收经过光阑630的探测光、并对探测光进行汇聚。作为一种示例，第二镜组620为第二显微物镜。

本实施例中，第二显微物镜620用于放大探测光的光路，使得待测物100的成像更清晰。

本实施例中，光阑630用于控制探测光通过的光线量，光阑630还用于限制探测光的主光线的远心度，使得探测光的远心度无限接近于0，有利于使得成像模块中，每个视场的成像质量均匀，从而有利于获得精准度较高的成像信息。

本实施例中，光阑630将待测物100成像于无限远处，管镜640用于把待测物100成像在有限远，相应的，用于把待测物100成像在图像采集组件810上，采用光阑630和管镜640相配合，有利于使得探测光经过成像组件600后，在图像采集组件810上的成像质量均匀且清晰精准。

本实施例中，成像组件还包括：第二狭缝元件610，设置于第二镜组620背向光阑630的一侧，第二狭缝元件610用于减少探测光的杂散光。

本实施例中，第二狭缝元件610用于限制探测光的光学系统的数值孔径(NA)，减少探测光的发散，使得探测光汇聚在第二镜组620的入射端。

本实施例中，图像采集组件810的数量为多个。

通过采用多个图像采集组件810进行图像采集，有利于提高图像采集组件810的最大帧频，从而有利于提高图像采集组件810的图像采集效率。

具体地，图像采集组件810的数量，即为图形采集组件800的最大帧频相比于单个图像采集组件的倍数。

参考图3，本实施例中，图像采集组件810的数量为2个，从而能够在提高图像采集组件810的图像采集效率的同时，使得探测光的光路不会过于复杂，从而在保障了图像采集组件810的图像采集效率的同时，使得成像模块中的探测光光路易于设置。

具体地，2个图像采集组件810交替工作，分别采集线形光斑810s和线形光斑820s的成像信息，直至对待测物100完成线性扫描。

本实施例中，成像模块还包括：分束器700，设置于成像组件600中最靠近出光端的一侧，分束器700用于将接收的探测光沿多个不同光路方向进行传输，并将探测光投射至图像采集组件810中，各图像采集组件810分别采集经过分束器700形成的不同探测光。

分束器700用于实现多个图像采集组件810进行图像采集的设置，并且为了实现每个图像采集组件810的正常工作，分束器700分出的探测光与图像采集组件810一一对应。

具体地，本实施例中，图像采集组件810的数量为2个，分束器700用于对探测光进行反射、并将反射后的探测光投射至其中一个图像采集组件810中，还用于对探测光进行透射、并将透射后的探测光投射至另一个图像采集组件810中。

本实施例中，分束器700包括分光棱镜。

分光棱镜能够实现将探测光分束，并且，本实施例中，分光棱镜能够将一束探测光的水平偏振和垂直偏振分开，相应的，将一束探测光分为沿探测光的原光路传输方向的探测光、以及沿垂直于原光路传输方向的探测光。而且，分光棱镜具有应力小、消光比高、成像质量好、光束偏转角小等特点。

本实施例中，分光棱镜的分光比例为1:1，从而使得经过分光棱镜的两个探测光较为均匀，相应在两个图像采集组件810上的成像质量的均一性较高。

本实施例中，检测装置还包括：处理模块，用于接收所成像信息，并对成像信息进行处理，获取待测凸点101的高度信息。

根据所述探测光获得的成像信息与待测凸点101的高度相对应，因此，通过对成像信息进行处理，获取待测凸点101的高度信息。

具体地，本实施例中，以三角测距法为依据，在图像采集组件810的靶面80上，对每一个位置进行定高，也就是说，在靶面80上，每一个成像位置都对应于待测物100的高度，相应的，本实施例中，待测物100通过探测光成像在靶面80上，根据待测物100的成像点的位置，即可获得待测物100相应点的高度。

本实施例中，如图3所示，每一个线形光斑800s横跨了待测凸点101和待测凸点101底部周围的面，因此，本实施例无需设定参考面，而仅需通过待测凸点101上的点、以及待测凸点101底部周围的面上的点之间的成像点的位置差，相应可以获得待测凸点101上的点、以及待测凸点101底部周围的面上的点之间的高度差，相应获得待测凸点101的高度，有利于减少因参考面自身不平整而引起的检测误差，从而有利于较为精准的获得待测凸点101的高度信息。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种检测装置，其特征在于，用于对待测物进行检测，所述检测装置包括：

照明模块，包括沿光路传输方向依次设置的光源组件、第一狭缝元件和第一镜组，所述光源组件用于产生光束，所述第一狭缝元件用于使所述光束透过产生入射光，所述第一镜组对第一狭缝元件进行成像以在待测物表面形成第一狭缝元件的缩小的像，所述入射光经过所述待测物形成探测光；

成像模块，用于收集所述探测光，并根据所述探测光获得所述待测物的成像信息。

2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述光源组件包括光源，且所述光源为非相干光源；所述光源的类型包括LED光源、卤素灯或氙灯。

3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述成像模块包括：沿光路传输方向依次设置的成像组件和图像采集组件，所述图像采集组件用于接收经过所述成像组件的探测光，并根据所述探测光获得所述待测物的成像信息。

4.如权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述入射光以45度的入射角度聚焦至待测物上；

所述图像采集组件包括用于接收所述探测光的靶面，且所述靶面的共轭像与所述入射光的光轴重合。

5.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述照明模块用于在所述待测物表面形成线形的光斑，所述线形的光斑的延伸方向垂直于所述入射光的入射面；所述靶面的共轭像与所述线形的光斑延伸方向重合。

6.如权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述光源组件包括：光源和整形元件，所述整形元件用于对所述光源发出的光进行整形，产生线形的光束。

7.如权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述整形元件包括：光纤束，所述光纤束的入射端口形状与所述光源发出的光的光斑形状相匹配，所述光纤束的出射端口的光线呈一字型排列。

8.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述光源组件包括光源和滤光片色轮，所述滤光片色轮用于控制所述光源组件发出的光谱；所述照明模块还包括：光纤耦合器，设置于所述光源组件和第一狭缝元件之间，所述光纤耦合器用于将所述光束耦合在所述第一狭缝元件的狭缝开口处；所述光纤耦合器包括：柱面镜，设置于所述光纤耦合器中靠近出光端面的一侧，或者，设置于所述光纤耦合器中靠近入光端面的一侧。

9.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述成像组件包括沿光路传输方向依次设置的第二镜组、光阑和管镜，其中，所述第二镜组用于收集所述探测光、并将所述探测光入射至所述光阑中，所述管镜用于接收经过所述光阑的探测光、并对所述探测光进行汇聚。

10.如权利要求9所述的检测装置，其特征在于，所述成像组件还包括：第二狭缝元件，设置于所述第二镜组背向所述光阑的一侧，所述第二狭缝元件用于减少探测光的杂散光。

11.如权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述图像采集组件的数量为多个；

所述成像组件还包括：分束器，设置于所述成像组件中最靠近出光端的一侧，所述分束器用于将接收的所述探测光沿多个不同光路方向进行传输，并将所述探测光投射至图像采集组件中，各图像采集组件分别采集经过所述分束器形成的不同探测光。

12.如权利要求11所述的检测装置，其特征在于，所述图像采集组件的数量为2个；

所述分束器用于对所述探测光进行反射、并将反射后的探测光投射至其中一个图像采集组件中，还用于对所述探测光进行透射、并将透射后的探测光投射至另一个图像采集组件中。

13.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述待测物表面形成有待测凸点，所述成像信息包括所述探测光在所述成像模块中形成的成像点的位置，所述成像点的位置与所述待测凸点的高度信息相对应。

14.如权利要求13所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：处理模块，用于接收所述成像信息，并对所述成像信息进行处理，获取所述待测凸点的高度信息。

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