CN217655026U - 明暗场检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种明暗场检测装置，用于检测基板上的待测区域，包括：明场照明单元、暗场照明单元、物镜单元及探测单元；明场照明单元出射的光束经物镜单元后在待测区域产生明场光斑，暗场照明单元出射的光束在待测区域产生暗场光斑，明场光斑及暗场光斑的反射光或散射光经物镜单元后被探测单元采集，其中，明场照明单元中设有明场光斑偏置单元，利用明场光斑偏置单元使明场光斑与暗场光斑的间隔距离大于设定值。本实用新型，通过设置明场光斑偏置单元，使明场光斑发生偏置，以增大明场光斑与暗场光斑的间距，以此减少两者之间的串扰，还可利用明场光斑偏置单元提高基板的焦面标定的准确性，以及提高暗场照明单元的安装精度。

Description

明暗场检测装置

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种明暗场检测装置。

背景技术

在半导体设计、制造、封装中的各个环节都要进行反复多次的检测、测试以确保产品质量，从而研发出符合系统要求的器件。缺陷相关的故障成本影响高昂，从IC级别的数十美元，到模块级别的数百美元，乃至应用端级别的数千美元。因此，检测设备从设计验证到整个半导体制造过程都具有无法替代的重要地位。

以现有的光学检测装置为例，包括明场检测装置、暗场检测装置等分别用以对不同工艺、不同种类的缺陷进行检测，但该些检测装置的检测效率及检测效果均难以较佳地适应工艺需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种明暗场检测装置，以提高检测效率及检测效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种明暗场检测装置，用于检测基板上的待测区域，包括：明场照明单元、暗场照明单元、物镜单元及探测单元；所述明场照明单元出射的光束经所述物镜单元后在所述待测区域产生明场光斑，所述暗场照明单元出射的光束在所述待测区域产生暗场光斑，所述明场光斑及所述暗场光斑的反射光或散射光经所述物镜单元后被所述探测单元采集，其中，所述明场照明单元中设有明场光斑偏置单元，利用所述明场光斑偏置单元使所述明场光斑与所述暗场光斑的间隔距离大于设定值。

可选的，所述明场照明单元包括明场光源、明场照明前组及明场照明中组，所述明场光斑偏置单元设于所述明场照明前组与所述明场照明中组之间，所述明场光斑偏置单元包括偏离于所述明场照明前组的光轴的偏置视场光阑。

可选的，所述偏置视场光阑为矩形光阑，所述矩形光阑与所述明场照明单元的光轴的偏置距离大于0.5mm，所述明场光斑与所述物镜单元的视场中心的偏离距离大于0.4mm。

可选的，所述明场光斑偏置单元还包括调整单元，利用所述调整单元调节所述偏置视场光阑的偏置距离及偏置方向。

可选的，所述明场照明中组包括沿所述明场照明单元的光轴依次设置的负透镜、胶合镜及正透镜。

可选的，所述暗场光斑呈矩形，且所述暗场光斑位于所述物镜单元的视场中心的远离所述明场光斑的一侧。

可选的，所述暗场照明单元包括至少三路分支光路，至少三路所述分支光路形成环形照射，每路所述分光支路各包括暗场光源及暗场光路整形模块。

可选的，所述探测单元包括明场探测单元、暗场探测单元以及大靶面探测单元，所述明场探测单元用于采集所述明场光斑，所述暗场探测单元用于采集所述暗场光斑，所述大靶面探测单元用于采集所述明场光斑和所述暗场光斑。

可选的，所述明场照明单元及所述暗场照明单元的光源均为宽带光源。

可选的，还包括若干滤光单元，所述滤光单元设于所述探测单元与所述物镜单元之间，用于不同光波段的明暗场检测。

综上所述，本实用新型提供的明暗场检测装置可同时进行明场检测及暗场检测的检测装置，并通过在明场照明单元中设置明场光斑偏置单元，使明场光斑发生偏置，以增大明场光斑与暗场光斑的间距，以此减少或防止明场检测与暗场检测之间的串扰，并同时保证明场检测和暗场检测的检测精度，还可利用明场光斑偏置单元提高检测基板的焦面标定的准确性，以及提高暗场照明单元的安装精度。

附图说明

本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本实用新型，而不对本实用新型的范围构成任何限定。

图1是本实施例提供的明暗场检测装置的结构示意图；

图2是本实施例提供的偏置视场光阑的示意图；

图3是本实施例提供的物镜单元视场下明场光斑与暗场光斑的示意图。

附图中：

10-基板；20-明场照明单元；21-明场光源；22-明场照明前组；23-明场光斑偏置单元；24-明场照明中组；25-明场光斑；30-暗场照明单元；31-暗场光源；32-暗场光路整形模块；33-暗场光斑；41-物镜单元；411-物镜单元的视场中心；42-第一反射镜；43-第二反射镜；44-第三反射镜；50-探测单元；51-明场探测单元；52-暗场探测单元；53-大靶面探测单元。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本实用新型中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，除非内容另外明确指出外。

实施例一

图1是实施例一提供的明暗场检测装置的结构示意图。

如图1所示，本实施例提供的明暗场检测装置，用于检测基板10上的待测区域，明暗场检测装置包括明场照明单元20、暗场照明单元30、物镜单元41及探测单元50。明场照明单元20出射的光束经物镜单元41后在待测区域产生明场光斑25，暗场照明单元30出射的光束在待测区域产生暗场光斑33，明场光斑25及暗场光斑33的反射光或散射光经物镜单元41后被探测单元50采集，其中，明场照明单元20中设有明场光斑偏置单元23，利用明场光斑偏置单元23使明场光斑25与暗场光斑33的间隔距离D1大于设定值。

其中，本实施例提供的明暗场检测装置包括明场检测系统及暗场检测系统，可利用明场检测系统采集待测区域的明场视场信息，并同时(同步)利用暗场检测系统采集该待测区域的暗场视场信息，以提高检测效率。明场检测系统及暗场检测系统可采用各自独立的照明单元(明场照明单元20、暗场照明单元30)及探测单元(明场探测单元51、暗场探测单元52)，但共用物镜单元41及移动单元(未示出)，以便实现上述的同步检测。其中，移动单元用于移动基板10以实现基板10的大面积扫描检测。

具体的，请继续参照图1，明场照明单元20可包括明场光源21、明场照明前组22、明场光斑偏置单元23、明场照明中组24。明场光源21出射的明场光束依次经过明场照明前组22、明场光斑偏置单元23、明场照明中组24、第一反射镜42及物镜单元41以0°左右的入射角射向待测区域形成明场光斑25，明场光束采集待测区域的至少部分明场信息后以0°左右的出射角(反射光)反射至物镜单元41之后，再经第二反射镜43引导至明场探测单元51。暗场照明单元30可包括至少三路分支光路，至少三路分支光路环绕检测基板10形成环形照射，并可均以相同的入射角斜入射至待测区域形成暗场光斑33，暗场探测单元52利用第三反射镜44及物镜单元41获取暗场光束的出射角为0°左右(散射光)的暗场信息。在明暗场检测时，可通过移动基板10使明场光斑25及暗场光斑33扫描待测区域的整面，从而实现明场检测系统及暗场检测系统对待测区域的整面扫描检测。其中，明场光斑25与暗场光斑33的间距与经过物镜单元41后的明场光束与暗场光束的间距是直接关联的，在本实施例中，可通过控制明场光斑25与暗场光斑33的间隔距离D1以实现经过物镜单元41后的明场光束与暗场光束在空间上的分离，以防止明场检测系统与暗场检测系统的串扰。不难理解，若明场光斑25与暗场光斑33发生重叠、部分重叠或者两者间距过小时，明场光斑25和暗场光斑33将发生光信号串扰，严重影响明场检测系统及暗场检测系统的检测效果。

其中，明场照明前组22、明场光斑偏置单元23、明场照明中组24以及物镜单元41可对明场光源21出射的明场光束进行光路整形，以在待测区域形成高照明质量的明场光斑25，例如可形成科勒照明系统，以此提高明场光斑25的照明均匀性及能量利用率。在一优选实施例中，明场照明中组24可包括沿明场照明单元20的光轴依次设置的负透镜、胶合镜及正透镜，利用负透镜及正透镜的组合优化明场光束的球差，利用胶合镜优化明场光束的色差及慧差，以此减小光斑的边缘弥散，有利于减少明场光斑25与暗场光斑33的串扰。

特别的，明场光斑偏置单元23可为偏离于明场照明前组22或明场照明中组24的光轴的偏置视场光阑，使明场光斑25偏离物镜单元的视场中心(远离暗场光斑33的方向)，即在暗场检测系统不作调整的条件下，也可增大明场光斑25与暗场光斑33的间隔距离D1以防止串扰。不难理解，暗场光束照射于待测区域形成离轴照明(漫反射)，在待测区域形成暗场光斑33后的光束除进入暗场检测系统外还有部分的暗场散射光进入明场检测系统，而明场光束即使尽量形成同轴照明，其在待测区域形成明场光斑25后的光束外也难以避免产生小部分明场散射光进入暗场检测系统，从而导致明场光斑25和暗场光斑33若仅仅是不重叠(间隔距离小于设定值时)，明场光斑25和暗场光斑33也会因明场散射光和暗场散射光产生信号光的串扰。而且，在保证明场检测系统及暗场检测系统的分辨率的情况下，明场光斑25与暗场光斑33的偏离距离越远越有利于防止两者的信号光干扰。

在一优选实施例中，如图2所示，偏置视场光阑为偏置的矩形光阑，矩形光阑的偏置距离L(偏离光轴的距离)大于0.5mm，使得明场光斑25偏离物镜单元的视场中心的距离大于0.4mm用以防止明场检测系统和暗场检测系统之间的串扰，并同时兼顾明场检测系统和暗场检测系统的在相应放大倍率下的分辨率。以本实施例为例：当暗场检测系统可检测对应倍率下的最小缺陷时，明场散射光造成的背景光提升小于10灰度值(DN)；明场检测系统可检测对应倍率下的最小缺陷时，暗场散射光造成的缺陷灰度变化小于10灰度值(DN)。

此外，明场光斑偏置单元23还包括调整单元(未示出)，利用调整单元调整偏置视场光阑的偏置方向及偏置距离，以此提高暗场照明单元30的安装精度。由于明场照明单元20是同轴照明，同轴照明的安装难度较低且安装精度较高，而暗场照明单元30是离轴照明，离轴照明的安装难度较大，且难以保证安装精度。在本实施例中，可通过移动偏置视场光阑使明场光斑移动至暗场光斑的预设位置，以该明场光斑作为参照对象，调整暗场照明单元使暗场光斑与该明场光斑尽量重合，以利于降低暗场照明单元30的安装难度及提高暗场照明单元30的安装精度，从而可使暗场光斑准确投射于物镜单元视场下的预设位置，例如暗场光斑33位于物镜单元41的视场中心或者远离明场光斑25的一侧，且明场光斑25与暗场光斑33的间隔距离大于设定值。进一步的，还可在上述基础上调整暗场照明单元对物镜单元视场下的待测区域进行准确地焦面标定，提高暗场光斑的照明质量，进而提高暗场检测系统的检测效果。当然，在进行明场照明单元的焦面标定时，可将偏置视场光阑拆除或者扩大(成像范围)从而使明场光斑尽量照亮物镜单元的整个视场以提高明场照明单元(物镜单元)的焦面标定的准确性，以利于提高照明质量及成像质量。

在本实施例中，物镜单元41可为包括多个镜片的透镜组，并可切换放大倍率，例如从1倍(1X)到10倍(10X)。在物镜单元41的放大倍率越大时，在明场光斑25和暗场光斑33的间隔距离D1越小，由此，通过设置偏置视场光阑的偏置距离及偏置方向在物镜单元41的最大放大倍率下使明场光斑25与暗场光斑33的间隔距离大于设定值，以防止或减少光信号串扰。如图3所示，明场光斑25及暗场光斑33的形状可均为矩形，明场光斑25及暗场光斑33位于物镜单元的视场中心411的两侧，通过设置矩形光阑的偏置距离大于0.5mm，使在物镜单元41的10X下明场光斑25和物镜单元的视场中心411的偏离距离D2大于0.4mm，并调整暗场照明单元30使暗场光斑33与物镜单元的视场中心411的偏离距离D3大于0.4mm，从而使得明场光斑25与暗场光斑33的间隔距离D1大于0.8mm。

请继续参照图1，暗场照明单元30包括三路分光支路(由于视角原因，仅示出两路分光指出)，每路光路分支均包括暗场光源31及暗场光路整形模块32，暗场光源31包括光纤出光面及均光腔，用于提供暗场光束，暗场光路整形模块32用于对暗场光束进行光路整形，形成出光面为矩形的Scheimpflug光路结构(满足Scheimpflug条件)，用以较大程度地提高光路能量利用率和照明面的能量密度，同时避免由于入射角度过大带来的光斑拖影，进而提高分支光路的光斑照明均匀性。

优选的，本实施例提供的明暗场检测装置还可包括大靶面检测系统，大靶面检测系统和明场检测系统及暗场检测系统共用光源及物镜单元，并设置有独立的大靶面探测单元，利用大靶面探测单元采集包括明场视场信息及暗场视场信息在内的全视场信息(相对而言)，以利于不同种类缺陷的检出。当然，在实际中仅采用明场检检测系统、暗场检测系统或大靶面检测系统中任一种或任两种也是可行的。

其中，明场光源和暗场光源均可为宽带光源，以利用宽带光源在可见光范围内的连续且较宽的光波段，以保证明暗场检测装置的工艺适应性，即满足不同检测需求的适应性。

进一步的，还可在探测单元前设置滤光单元，以实现不同光波段的明暗场检测，并以此获得待测区域更多的信息。在一优选实施例中，可在明场探测单元和暗场探测单元前各设置RGB三色滤光单元，以此实现对不同波段缺陷检出的需求。

实施例二

本实施例与实施例一的区别之处在于，明场光斑偏置单元包括多个不同偏置距离和偏置方向的矩形光阑，多个矩形光阑设置于一转盘上，通过旋转转盘即可切换不同的矩形光阑，以实现偏置视场光阑的偏置距离及偏置方向的调整。

综上所述，本实用新型提供的明暗场检测装置可同时进行明场检测及暗场检测的检测装置，并通过在明场照明单元中设置明场光斑偏置单元，使明场光斑发生偏置，以增大明场光斑与暗场光斑的间距，以此减少或防止明场检测与暗场检测之间的串扰，并同时保证明场检测和暗场检测的检测精度，还可利用明场光斑偏置单元提高检测基板的焦面标定的准确性，以及提高暗场照明单元的安装精度。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种明暗场检测装置，用于检测基板上的待测区域，其特征在于，包括：明场照明单元、暗场照明单元、物镜单元及探测单元；所述明场照明单元出射的光束经所述物镜单元后在所述待测区域产生明场光斑，所述暗场照明单元出射的光束在所述待测区域产生暗场光斑，所述明场光斑及所述暗场光斑的反射光或散射光经所述物镜单元后被所述探测单元采集，其中，所述明场照明单元中设有明场光斑偏置单元，利用所述明场光斑偏置单元使所述明场光斑与所述暗场光斑的间隔距离大于设定值。

2.根据权利要求1所述的明暗场检测装置，其特征在于，所述明场照明单元包括明场光源、明场照明前组及明场照明中组，所述明场光斑偏置单元设于所述明场照明前组与所述明场照明中组之间，所述明场光斑偏置单元包括偏离于所述明场照明前组的光轴的偏置视场光阑。

3.根据权利要求2所述的明暗场检测装置，其特征在于，所述偏置视场光阑为矩形光阑，所述矩形光阑与所述明场照明前组的光轴的偏置距离大于0.5mm，所述明场光斑与所述物镜单元的视场中心的偏离距离大于0.4mm。

4.根据权利要求3所述的明暗场检测装置，其特征在于，所述明场光斑偏置单元还包括调整单元，利用所述调整单元调节所述偏置视场光阑的偏置距离及偏置方向。

5.根据权利要求2所述的明暗场检测装置，其特征在于，所述明场照明中组包括沿所述明场照明单元的光轴依次设置的负透镜、胶合镜及正透镜。

6.根据权利要求3所述的明暗场检测装置，其特征在于，所述暗场光斑呈矩形，且所述暗场光斑位于所述物镜单元的视场中心的远离所述明场光斑的一侧。

7.根据权利要求1所述的明暗场检测装置，其特征在于，所述暗场照明单元包括至少三路分支光路，至少三路所述分支光路形成环形照射，每路所述分支光路各包括暗场光源及暗场光路整形模块。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的明暗场检测装置，其特征在于，所述探测单元包括明场探测单元、暗场探测单元以及大靶面探测单元，所述明场探测单元用于采集所述明场光斑，所述暗场探测单元用于采集所述暗场光斑，所述大靶面探测单元用于采集所述明场光斑和所述暗场光斑。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的明暗场检测装置，其特征在于，所述明场照明单元及所述暗场照明单元的光源均为宽带光源。

10.根据权利要求9所述的明暗场检测装置，其特征在于，还包括若干滤光单元，所述滤光单元设于所述探测单元与所述物镜单元之间，用于不同光波段的明暗场检测。

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