CN218917225U - 检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种检测系统，检测系统包括光源，适于发出与待测物表面成第一夹角且与所述待测物所在表面内纵横交错排布的切割道成45°的入射光；照明反射镜，设置于所述光源发射光线的路径上，使得所述光源发射的光线朝向待测物表面传输；光源调节装置，适于调节所述光源的角度，用于调节出射光的方向，以调节光源在待测物表面的成像区域大小；探测器，所述探测器的视场选取待测物表面的成像区域中的部分区域采集图像进行检测。通过暗场照明调整俯仰角、方位角来实现最佳角度匹配减弱横平竖直的信号，且利用光源角度可调提高带有角度的光线在检测物体上面的均匀性，以提高系统对缺陷检测的信噪比，从而提高检测系统的灵敏度。

Description

检测系统

技术领域

本申请实施例涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种检测系统及检测方法。

背景技术

随着大规模集成电路关键尺寸的不断缩小，与制造工艺相匹配的缺陷检测的最小检测尺寸也在不断的缩小。在晶圆缺陷检测系统中，通常使用明场照明以及暗场照明的方式进行检测，其中暗场缺陷检测的灵敏度会更高。

然而，暗场照明主要利用物体表面的漫反射，使一些不规整的如凸起、凹陷、斜楞的缺陷相对规整的横平竖直的正常图案产生突出的对比信号，因此，晶圆规整的图案会对暗场照明产生不需要的信号，降低了系统缺陷检出的灵敏度。

因此，如何减少规整图案产生的信号干扰以提高检测系统的灵敏度，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例解决的技术问题是提高检测系统的灵敏度。

为解决上述问题，本申请实施例提供一种检测系统，包括：

光源，适于发出与待测物表面成第一夹角且与所述待测物所在表面内纵横交错排布的切割道成45°的入射光；

照明反射镜，设置于所述光源发射光线的路径上，使得所述光源发射的光线朝向待测物表面传输；

光源调节装置，适于调节所述光源的角度，用于调节出射光的方向，以调节光源在待测物表面的成像区域大小；

探测器，所述探测器的视场选取待测物表面的成像区域中的部分区域采集图像进行检测。

可选的，所述检测系统还包括：显微物镜和成像管镜镜组，所述显微物镜用于收集所述待测物表面的散射光信号，所述成像管镜镜组用于将所述显微物镜收集到的散射光信号成像在探测器上。

可选的，所述照明反射镜相对于所述探测器倾斜设置，且朝向靠近所述探测器的一侧倾斜，所述照明反射镜用于折叠光路。

可选的，所述检测系统还包括：照明透镜组，适于将所述光源发出的光线进行整形。

可选的，所述照明透镜组包括第一照明透镜和第二照明透镜，所述第一照明透镜和所述第二照明透镜沿所述光源发射光线的路径间隔并列设置。

可选的，所述第一照明透镜为球面透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜中的一种，所述第二照明透镜为球面透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜中的一种。

可选的，所述第一照明透镜和所述第二照明透镜尺寸相同，且同轴设置。

可选的，所述光源角度可调节的范围是0°-20°，所述光源角度调节的方向为朝向远离所述探测器的一侧旋转。

可选的，所述第一夹角的范围是10°-15°。

可选的，所述光源为矩形条形光斑，所述探测器为TDI线扫相机。

与现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有以下优点：

本申请实施例所提供的检测系统，光源，适于发出与待测物表面成第一夹角且与所述待测物所在表面内纵横交错排布的切割道成45°的入射光；照明反射镜，设置于所述光源发射光线的路径上，使得所述光源发射的光线朝向待测物表面传输；光源调节装置，适于调节所述光源的角度，用于调节出射光的方向，以调节光源在待测物表面的成像区域大小；探测器，所述探测器的视场选取待测物表面的成像区域中的部分区域采集图像进行检测。从而，通过调整光源入射角度，使产生的光束与待测物表面成第一夹角进行掠射，同时入射光以相对于待测物所在表面内纵横交错排布的切割道进行45°方位角旋转，以实现抑制常规图案的反射信号，增强异常的缺陷图案的信噪比，通过暗场照明调整增加合适的俯仰角和方位角度来实现最佳角度匹配减弱横平竖直的信号，最后通过光源调节装置调整光源角度，调节光源在待测物表面的成像的清晰度和均匀度，并选取待测物表面的成像区域中的部分区域作为探测器视场用于采集图像，以减少待测物表面内规整的横平竖直图案的信号反馈，突出不规则的缺陷信号，提高带有角度的光线在检测物体上面的均匀性。可以看出，本申请实施例所提供的检测系统，通过暗场照明调整俯仰角、方位角来实现最佳角度匹配减弱横平竖直的信号，且利用光源角度可调节提高带有角度的光线在待测物表面的均匀性，以提高系统对缺陷检测的信噪比，从而提高检测系统的灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例所提供的检测系统组成示意图；

图2是本申请实施例所提供的检测系统侧视示意图；

图3是本申请实施例所提供的检测系统俯视示意图；

图4是本申请实施例所提供的检测方法的一流程框图。

其中：10-光源；20-照明透镜组；201-第一照明透镜；202-第二照明透镜；30-照明反射镜；40-显微物镜；50-成像管镜镜组；60-探测器。

具体实施方式

由背景技术可知，半导体晶圆检测设备的灵敏度有待提高。

为了更便于理解本申请，下面首先对暗场照明原理进行说明。

暗场照明主要利用物体表面的漫反射，使一些不规整的如凸起、凹陷、斜楞的缺陷相对规整的横平竖直的正常图案产生突出的对比信号。具体地，为了形成暗场信号，入射光需要有一定的俯仰角，即入射光线会以与待测物表面成一定角度的方式入射到待测物表面。如果晶圆表面光滑，当斜着的入射光入射到晶圆表面时，入射角度等于反射角度，反射光不会进入镜头；但是如果晶圆表面有一些凸起等缺陷，斜着的入射光线反而会因为这种缺陷导致反射光进入到镜头里面，利用散射的信号把一些不规则的缺陷信号收集到镜头里，从而能够突出缺陷区域信号，这是暗场照明的原理。

暗场照明时，晶圆规整的图案产生的信号会对缺陷信号造成影响，降低系统缺陷检出的灵敏度，因此需要对晶圆图案上横平竖直的信号(视为干扰信号)进行抑制，以突出缺陷的信号，从而提高缺陷检出的信噪比。

然而，发明人发现，在抑制横平竖直的正常图案信号过程中，当采用将入射光与晶圆横平竖直的图案成一定夹角的方式时，这种抑制方式会造成亮度不均匀，从而会影响检测系统的灵敏度。

为了提高半导体晶圆检测设备的灵敏度，本申请实施例提供了一种检测系统，通过调整光源入射角度，使产生的光束与待测物表面成第一夹角进行掠射，同时入射光以相对于待测物所在表面内纵横交错排布的切割道进行45°方位角旋转，以实现抑制常规图案的反射信号，增强异常的缺陷图案的信噪比，通过暗场照明调整增加合适的俯仰角和方位角度来实现最佳角度匹配减弱横平竖直的信号，最后通过调整光源角度，调节光源在待测物表面的成像的清晰度和均匀度，并选取待测物表面的成像区域中的部分区域作为相机视场用于采集图像，以减少待测物表面内规整的横平竖直图案的信号反馈，突出不规则的缺陷信号，提高带有角度的光线在检测物体上面的均匀性。可以看出，本申请实施例所提供的检测系统，通过暗场照明调整俯仰角、方位角来实现最佳角度匹配减弱横平竖直的信号，且利用光源角度可调节提高带有角度的光线在待测物体表面的均匀性，以提高系统对缺陷检测的信噪比，从而提高检测系统的灵敏度。

请参考图1，图1是本申请实施例所提供的检测系统组成示意图。

如图1所示，本申请实施例所提供的检测系统，包括：光源10，适于发出与待测物表面成第一夹角且与所述待测物所在表面内纵横交错排布的切割道成45°的入射光；

照明反射镜30，设置于所述光源发射光线的路径上，使得所述光源10发射的光线朝向待测物表面传输；

光源调节装置，适于调节所述光源的角度，用于调节出射光的方向，以调节光源在待测物表面的成像区域大小；

探测器60，所述探测器60的视场选取待测物表面的成像区域中的部分区域采集图像进行检测。

其中，所述光源10为矩形条形光斑，所述探测器60为TDI线扫相机，即运动积分线扫相机。

如图2所示，为了适配暗场信号，入射光与待测物表面成第一夹角。第一夹角的范围是10°-15°。

如图3所示，以待测物为晶圆为例，从俯视图角度看，探测器会对晶圆进行线扫描，产生扫描方向(以图3中箭头方向表示扫描方向)，调整入射光使其与所述待测物所在表面内纵横交错排布的切割道成45°，也即入射光与探测器的运动积分方向(扫描方向)成45°，以抑制待测物表面的规则图案产生的信号干扰。

继续参考图1，光源10的入射光以与待测物表面成第一夹角且与所述待测物所在表面内纵横交错排布的切割道成45°入射在晶圆表面，通过光源调节装置调节光源角度(调节前后角度变化用第二夹角表示)，用于调节出射光的方向，调节光源在待测物表面的成像区域大小，光源调节装置可以为手动调节，当然，在其他实施例中，检测系统也可以根据探测器图案信号的反馈对光源角度进行自动调节。具体的，所述光源角度调节的方向为朝向远离所述探测器的一侧旋转(以图1为例，将光源进行逆时针旋转)，调节光源在晶圆表面的成像的清晰度和均匀度。所述光源角度可调节的范围是0°-20°。

需要说明的是，由于光源为离轴照明，物平面、像平面、镜头主面不在同一直线，为了保证调节光源角度的过程中不对第一夹角造成影响，光源角度调节区间为0°-20°，使得照明光路在检测晶圆表面产生均匀性较好的照明区域。

为了匹配探测器的矩形区域需求，提高光源的利用率，减少非矩形区域的一些杂反光的产生，在一种具体实施例中，光源可以为矩形条形光斑，具有一定长宽比。

假设光源固定，不具备沿着某一条轴朝向远离探测器的一侧旋转的功能的话，由于光源与晶圆横平竖直的图案成45°，则光源在晶圆表面形成的光斑(以光源为矩形光斑为例)可能是个斜的矩形，从而跟照明区域不完全重合，这种不重合就会造成中间和边缘的地方亮度会不均匀。即，由于整体照明是一个离轴的照明，会使照明区域不均匀。

也就是说，由于光源角度可调，光源能够沿着某一条轴朝向远离探测器的一侧旋转，通过旋转光源产生第二夹角(光源旋转前后的夹角)，把倾斜照明的区域尽可能的通过离轴弱化，避免光斑跟照明区域不完全重合造成的不均匀性，使其也能够在成像所需要的小矩形横平竖直的区域产生均匀的照明效果，进而提高亮度均匀性。

光源10可以是LED，氙灯，汞灯，卤素灯，激光驱动白光光源(Laser-driven lightsource)，激光等。

需要说明的是，本申请实施例所提供的光源，为汇聚光，从而提高能量利用率。

如图1所示，为了保证调整角度后的光源发射的光线朝向待测物表面传输，照明反射镜30相对于所述探测器60倾斜设置，且朝向靠近所述探测器60的一侧倾斜。照明反射镜30，一方面用于折叠光路，缩短结构，使检测系统更加紧凑，布局更合理。

需要说明的是，所述照明反射镜朝向靠近所述探测器的一侧倾斜，指的是照明反射镜的镜面朝向靠近所述探测器的一侧倾斜，可以理解为将水平放置的镜面沿顺时针方向旋转一定角度。

探测器60，设置于所述光源出射光线的路径上，探测器60用于将光信号转化为电信号。所述探测器60的视场选取待测物表面的成像区域中的部分区域采集图像进行检测，指的是探测器视场选取待测物表面相对均匀的区域采集图形。

容易理解的是，以探测器的最大视场采集图像，当待测物表面的成像区域的光斑尺寸大于探测器的最大视场时，所述探测器的视场选取待测物表面的成像区域中的部分区域采集图像进行检测，进一步地，可以选取待测物表面的成像区域中的部分区域采集图像进行检测，以提高检测系统的灵敏度。

在一种具体实施例中，探测器60为线扫相机，更具体的可以是TDI线扫相机，配合晶圆运动方向去采集图像，进行线扫描。

需要说明的是，本申请实施例中，入射到待测物表面之前的光线路径称为光源发射光线的路径，也即图1中左侧光路，经待测物表面射出的光线路径称为出射光线的路径，也即图1中右侧光路。

本申请实施例提供了一种检测系统，通过调整光源入射角度，使产生的光束与待测物表面成第一夹角进行掠射，同时入射光以相对于待测物所在表面内纵横交错排布的切割道进行45°方位角旋转，以实现抑制常规图案的反射信号，增强异常的缺陷图案的信噪比，通过暗场照明调整增加合适的俯仰角和方位角度来实现最佳角度匹配减弱横平竖直的信号，最后通过调整光源角度，调节光源在待测物表面的成像的清晰度和均匀度，减少待测物表面内规整的横平竖直图案的信号反馈，突出不规则的缺陷信号，提高带有角度的光线在检测物体上面的均匀性。可以看出，本申请实施例所提供的检测系统，通过暗场照明调整俯仰角、方位角来实现最佳角度匹配减弱横平竖直的信号，且利用光源角度可调节提高带有角度的光线在待测物表面的均匀性，以提高系统对缺陷检测的信噪比，从而提高检测系统的灵敏度。

继续参考图1，本申请实施例所提供的检测系统还包括：照明透镜组20，适于将所述光源发出的光线进行整形。

所述照明透镜组20包括第一照明透镜201和第二照明透镜202，所述第一照明透镜201和所述第二照明透镜202沿所述光源发射光线的路径间隔并列设置。第一照明透镜201和第二照明透镜202具有一定倍率的整形关系，具体可以根据不同的场景进行适配。

第一照明透镜201可以是球面透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜中的一种，第二照明透镜202可以是球面透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜中的一种。

为了保证整形效果，所述第一照明透镜和所述第二照明透镜尺寸相同，且同轴设置。在一种具体实施例中，第一照明透镜201和第二照明透镜202可以分别包括2片同样的透镜。

本申请实施例所提供的检测系统还包括：显微物镜40，用于收集待测物表面的散射光信号。通常系统中会配置多个不同放大倍率或工作波段的显微物镜。

本申请实施例所提供的检测系统还包括：成像管镜镜组50，所述成像管镜镜组50用于将显微物镜40收集到的散射光信号成像在探测器60上。

综上，检测系统可以由光源10、光源调节装置、照明透镜组20、照明反射镜30、显微物镜40、成像管镜镜组50以及探测器60组成。

以上是检测系统的主要组成，接着，以待测物为晶圆为例，对检测系统的工作过程进行描述。本领域技术人员可以理解的是，在其他实施例中，待测物还可以是芯片，显示器件中的基板等。

照明模块中，光源10经第一照明透镜201、第二照明透镜202进行光线整形，经照明反射镜30转折光路照射到检测晶圆表面，入射光与待测物表面成第一夹角且与所述待测物所在表面内纵横交错排布的切割道成45°，大部分的光线会经由晶圆表面反射照射出去，只有一些缺陷图案会形成不规则的散射信号进入成像部分，通过调节光源角度调节成像区域的图像清晰度和均匀度，经由显微物镜40、成像管镜镜组50、探测器60进行信号收集。

如图4所示，为解决上述问题，本申请实施例还提供一种检测方法，包括如下步骤：

步骤S10：调整光源入射角度，使产生的入射光与待测物表面成第一夹角，且使得所述入射光与待测物所在表面内纵横交错排布的切割道成45°；

如图2所示，以待测物为晶圆为例，为了适配暗场信号，入射光与晶圆表面成第一夹角。第一夹角的范围是10°-15°。

通过使入射光与晶圆内纵横排布的切割道之间呈45°，从而减小切割道的干扰，有助于将其他缺陷检出。如图3所示，以待测物为晶圆为例，从俯视图角度看，探测器会对晶圆进行线扫描，产生扫描方向，调整入射光使其与所述待测物所在表面内纵横交错排布的切割道成45°，也即入射光与探测器的运动积分方向(扫描方向)成45°，以抑制待测物表面的规则图案产生的信号干扰。

步骤S20：调整所述光源角度，用于调节出射光的方向，以调节光源在待测物表面的成像区域大小；

为了增加系统照明区域的均匀性，调节光源角度以调节光源在待测物表面的成像区域大小，使得光源在待测物表面的成像较为均匀，探测器视场选取待测物表面相对均匀的区域采集图形，从而提高检测的灵敏度。

具体地，调整所述光源角度，用于调节出射光的方向，以调节光源在待测物表面的成像区域大小的步骤包括：将所述光源朝向远离所述探测器的一侧旋转(将图1的光源逆时针旋转)，以调节光源在待测物表面的成像区域大小。

由于光源为离轴照明，物平面、像平面、镜头主面不在同一直线，为了保证调节光源角度的过程中不对第一夹角造成影响，光源角度调整区间(第二夹角范围)为0°-20°。

为了匹配探测器的矩形区域需求，提高光源的利用率，减少非矩形区域的一些杂反光的产生，在一种具体实施例中，光源可以为矩形条形光斑，具有一定长宽比。

步骤S30：选取待测物表面的成像区域中的部分区域采集图像进行检测。

选取待测物表面的成像区域中的部分区域采集图像进行检测，指的是选取待测物表面相对均匀的区域采集图形。

为了提高检测系统的灵敏度，在一种具体实施例中，可以选取待测物表面的成像区域中的中心区域作为所述探测器的图像采集区域。

容易理解的是，探测器以最大视场采集图像，当待测物表面的成像区域的光斑尺寸大于探测器的最大视场时，所述探测器的视场选取待测物表面的成像区域中的部分区域采集图像进行检测，进一步地，可以选取待测物表面的成像区域中的部分区域采集图像进行检测，以提高检测系统的灵敏度。

本申请实施例所提供的检测方法，通过调整光源入射角度，使产生的光束与待测物表面成第一夹角进行掠射，同时入射光以相对于待测物所在表面内纵横交错排布的切割道进行45°方位角旋转，以实现抑制常规图案的反射信号，增强异常的缺陷图案的信噪比，通过暗场照明调整增加合适的俯仰角和方位角度来实现最佳角度匹配减弱横平竖直的信号，最后通过调整光源角度，调节光源在待测物表面的成像的清晰度和均匀度，减少待测物表面内规整的横平竖直图案的信号反馈，突出不规则的缺陷信号，提高带有角度的光线在检测物体上面的均匀性。可以看出，本申请实施例所提供的检测方法，通过暗场照明调整俯仰角、方位角来实现最佳角度匹配减弱横平竖直的信号，且利用光源角度可调节提高带有角度的光线在检测物体上面的均匀性，以提高系统对缺陷检测的信噪比，从而提高检测系统的灵敏度。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

虽然本申请实施例披露如上，但本申请并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种检测系统，其特征在于，包括：

光源，适于发出与待测物表面成第一夹角且与所述待测物所在表面内纵横交错排布的切割道成45°的入射光；

照明反射镜，设置于所述光源发射光线的路径上，使得所述光源发射的光线朝向待测物表面传输；

光源调节装置，适于调节所述光源的角度，用于调节出射光的方向，以调节光源在待测物表面的成像区域大小；

探测器，所述探测器的视场选取待测物表面的成像区域中的部分区域采集图像进行检测。

2.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，还包括：显微物镜和成像管镜镜组，所述显微物镜用于收集所述待测物表面的散射光信号，所述成像管镜镜组用于将所述显微物镜收集到的散射光信号成像在探测器上。

3.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述照明反射镜相对于所述探测器倾斜设置，且朝向靠近所述探测器的一侧倾斜，所述照明反射镜用于折叠光路。

4.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，还包括：照明透镜组，适于将所述光源发出的光线进行整形。

5.如权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述照明透镜组包括第一照明透镜和第二照明透镜，所述第一照明透镜和所述第二照明透镜沿所述光源发射光线的路径间隔并列设置。

6.如权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述第一照明透镜为球面透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜中的一种，所述第二照明透镜为球面透镜、非球面透镜、菲涅尔透镜中的一种。

7.如权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述第一照明透镜和所述第二照明透镜尺寸相同，且同轴设置。

8.如权利要求1-7任一项所述的检测系统，其特征在于，所述光源角度可调节的范围是0°-20°，所述光源角度调节的方向为朝向远离所述探测器的一侧旋转。

9.如权利要求1-7任一项所述的检测系统，其特征在于，所述第一夹角的范围是10°-15°。

10.如权利要求1-7任一项所述的检测系统，其特征在于，所述光源为矩形条形光斑，所述探测器为TDI线扫相机。

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