CN219391835U - 物体表面检测用光路系统及物体表面检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及物体表面缺陷的检测，具体涉及物体表面检测用光路系统及物体表面检测装置。物体表面检测用光路系统包括：分束器、物镜、成像侧镜体和光源侧镜体，分束器的分光片具有相背布置的第一片体侧面和第二片体侧面；分光片的第二片体侧面与所述第一片体侧面之间具有夹角，用于在所述待测物体反射的成像光经过所述分光片之后产生偏角，以防止所述第二片体侧面透射或反射的部分成像光发生干涉。由于分光片形成了楔形结构，因此待测物体的成像光在经过分光片之后能够相对于经过分光片之前产生偏角，并且能够破坏干涉现象的形成条件，致使在出射光的传播光路上无法形成干涉域面，从而有利于避免成像探测器的成像受到干涉现象的影响。

Description

物体表面检测用光路系统及物体表面检测装置

技术领域

本实用新型涉及物体表面缺陷的检测，具体涉及物体表面检测用光路系统及物体表面检测装置。

背景技术

一些情况下需要使用光路系统对物体表面的缺陷进行检测。例如在半导体领域对晶圆表面进行缺陷检测时用到的光路系统，如图1所示，该光路系统包括照明光路、成像光路，照明光路成L形，其上设有用于产生特定波长的激光的光源91和用于实现光路的扩束、匀光、滤光、起偏等功能的光源侧镜体92，还设有用于朝向待检晶圆的物镜94；成像光路为直线形，其上设有用于对应于成像相机96设置的成像侧镜体95。照明光路与成像光路具有重合部分，重合部分对应于重合光路，物镜94设置在重合光路上。使用时，照明光路形成的照明光971经过分束器93的反射后穿过物镜94并到达待测物体98——晶圆(wafer)的表面，在晶圆表面形成照亮区域并依靠反射产生成像光972，成像光972经过物镜94后穿过分束器93并形成出射光973，出射光973经过成像侧镜体95聚焦后达到成像相机96，成像相机96对晶圆的照亮区域进行成像，得到的图像即可用于晶圆表面的缺陷检测。

分束器93的重要部件是分光片931，分光片是一种光学窗片，表面镀有半透明的镀膜，能将一束光线分解为两束或更多束光。分光片的正面为第一片体侧面，反面为第二片体侧面，平板型的分束器中，分光片的第一片体侧面和第二片体侧面相互平行，与成像侧镜体95的光轴和物镜94的光轴均呈45度角。第一片体侧面设于照明光路上，第二片体侧面设置在成像光路上。

然而，这种分束器93在光路应用中存在一些问题：对于需要使用深紫外波段(如266nm)激光作为光源91的光路系统，由于该种激光的波长单一、干涉性强，所以成像光972进入分束器93中的分光片931之后，成像光972会因分光片931两侧存在镀膜而多次发生折射和镜内反射，当光线的光程差满足干涉条件时就会发生干涉现象，则出射的出射光973在对应的域面99的位置就会形成干涉条纹，造成成像相机96获取的图像出现畸变，从而会影响成像效果，导致图像质量的下降。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是分束器的分光片导致的干涉现象会形成干涉条纹而造成成像畸变的问题。

第一方面，本实用新型提供了一种物体表面检测用光路系统。

物体表面检测用光路系统，包括：

分束器，所述分束器包括分光片，所述分光片具有相背布置的第一片体侧面和第二片体侧面；所述第一片体侧面设于照明光路上且用于反射或透射部分照明光，所述照明光被待测物体反射后形成对应的成像光；所述第二片体侧面设于成像光路上且用于透射或反射部分成像光；

物镜，设置在所述照明光路和所述成像光路的重合光路上，用于汇聚所述第一片体侧面反射或透射的部分照明光，以及在相对的方向上放大所述待测物体反射形成的成像光；

所述分光片的第二片体侧面与所述第一片体侧面之间具有夹角，所述夹角用于在所述待测物体反射的成像光经过所述分光片之后产生偏角，以防止所述第二片体侧面透射或反射的部分成像光发生干涉。

在一种技术方案中，所述夹角使得所述分光片径向的相背两侧形成厚度差，所述分光片的较厚一侧在所述重合光路上靠近所述物镜，以及较薄一侧在所述重合光路上远离所述物镜。

在一种技术方案中，所述夹角的取值范围为0.3度至0.5度。

在一种技术方案中，所述分光片的较厚一侧具有最厚部位，且最厚部位的厚度取值范围为3mm至10mm。

在一种技术方案中，所述分光片为圆柱体或棱柱体。

在一种技术方案中，还包括成像侧镜体和光源侧镜体；

所述成像侧镜体设置在所述成像光路上，用于对所述第二片体侧面透射或反射的部分成像光进行光学调整，光学调整后的成像光被用于成像；

所述光源侧镜体设置在所述照明光路上，用于对照明光进行光学调整，光学调整后的照明光沿所述照明光路到达所述第一片体侧面。

在一种技术方案中，所述光源侧镜体的光轴和所述物镜的光轴均与所述第一片体侧面呈45度角，所述第一片体侧面反射的部分照明光被用于所述待测物体的光学照明。

在一种技术方案中，所述光源侧镜体为整形镜体，用于实现照明光的扩束、均光、滤光和起偏中的至少一种功能。

第二方面，本实用新型提供了一种物体表面检测装置。

物体表面检测装置，包括：

光源，用于产生照明光并进入照明光路；

成像探测器，用于从成像光路接收成像光并进行成像；及

光路系统，所述光路系统包括：

分束器，所述分束器包括分光片，所述分光片具有相背布置的第一片体侧面和第二片体侧面；所述第一片体侧面设于照明光路上且用于反射或透射部分照明光，所述照明光被待测物体反射后形成对应的成像光；所述第二片体侧面设于成像光路上且用于透射或反射部分成像光；

物镜，设置在所述照明光路和所述成像光路的重合光路上，用于汇聚所述第一片体侧面反射或透射的部分照明光，以及在相对的方向上放大所述待测物体反射形成的成像光；

所述分光片的第二片体侧面与所述第一片体侧面之间具有夹角，所述夹角用于在所述待测物体反射的成像光经过所述分光片之后产生偏角，以防止所述第二片体侧面透射或反射的部分成像光发生干涉。

在一种技术方案中，所述夹角使得所述分光片径向的相背两侧形成厚度差，所述分光片的较厚一侧在所述重合光路上靠近所述物镜，以及较薄一侧在所述重合光路上远离所述物镜。

在一种技术方案中，所述夹角的取值范围为0.3度至0.5度。

在一种技术方案中，所述分光片的较厚一侧具有最厚部位，且最厚部位的厚度取值范围为3mm至10mm。

在一种技术方案中，所述分光片为圆柱体或棱柱体。

在一种技术方案中，还包括成像侧镜体和光源侧镜体；

所述成像侧镜体设置在所述成像光路上，用于对所述第二片体侧面透射或反射的部分成像光进行光学调整，光学调整后的成像光被用于成像；

所述光源侧镜体设置在所述照明光路上，用于对照明光进行光学调整，光学调整后的照明光沿所述照明光路到达所述第一片体侧面。

在一种技术方案中，所述光源侧镜体的光轴和所述物镜的光轴均与所述第一片体侧面呈45度角，所述第一片体侧面反射的部分照明光被用于所述待测物体的光学照明。

在一种技术方案中，所述光源侧镜体为整形镜体，用于实现照明光的扩束、均光、滤光和起偏中的至少一种功能。

在一种技术方案中，所述成像探测器内的感光元件成直线状，所述分光片的厚度较厚侧与厚度较薄侧的连线与直线状的所述感光元件垂直。

在一种技术方案中，所述光源为激光光源。

据上述物体表面检测装置及物体表面检测用光路系统，由于分光片的第二片体侧面相对于第一片体侧面具有夹角，形成了楔形分光片，因此待测物体的成像光在经过分光片之后形成的出射光能够相对于经过分光片之前的成像光产生偏角，以防止所述第二片体侧面透射或反射的部分成像光发生干涉；并且，楔形分光片能够改变待测物体反射的成像光在分光片内形成的反射光和折射光的光程差或相位差，在分光片内部的反射和折射变得不再均匀，光线的光程差难以保持一致。这样，分光片能够破坏干涉现象的形成条件，致使在经过分光片之后形成的出射光的传播光路上无法形成干涉域面，从而有利于避免成像探测器的成像受到干涉现象的影响。

附图说明

图1为背景技术中所述的一种物体表面检测用光路系统在物体表面检测装置中的工作状态示意图；

图中附图标记对应的特征名称列表：91、光源；92、光源侧镜体；93、分束器；931、分光片；94、物镜；95、成像侧镜体；96、成像相机；971、照明光；972、成像光；973、出射光；98、待测物体；99、域面。

图2为本实用新型中一种物体表面检测装置的一种实施例的结构示意图；

图3为图2中的分光片沿垂直于第一片体侧面的方向的正投影视图；

图4是图3的侧视图。

图中附图标记对应的特征名称列表：10、光源；20、光源侧镜体；30、分束器；31、分光片；311、第一片体侧面；312、第二片体侧面；40、物镜；50、成像侧镜体；60、成像探测器；71、照明光；72、成像光；73、出射光；80、待测物体。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

本实用新型中的物体表面检测用光路系统光路系统采用的分光片31为楔形分光片，配合对应的镜体、成像探测器60等光学元件，能够适应晶圆表面缺陷的检测需求，避免现有的分光片31由于出射光73和成像光72的干涉而导致成像畸变、图像质量的下降。

本实用新型中物体表面检测装置的实施例一：

该物体表面检测装置为用于晶圆表面检测的装置，请参考图2，物体表面检测装置包括光源10、成像探测器60和光路系统。光源10为能够产生深紫外波段(如266nm)激光的激光光源，能够适应晶圆表面缺陷的检查需求。成像探测器60可以采用检测领域常用的TDI(Time Delay and Integration，时间延迟积分)相机，其内的感光元件成直线状。光路系统与上述光源10和成像探测器60匹配，能够避免光线干涉，实现更好的成像质量。

具体地，光路系统包括分束器30，分束器30包括分光片31；光路系统还包括设置在分光片31的厚度方向同一侧的物镜40、光源侧镜体20，以及设置在分光片31的另一侧的成像侧镜体50。与现有技术相同，光路系统具有照明光路和成像光路。照明光路为L形，用于提供光源，实现待测物体80的照明；成像光路为线状，用于对出射光73进行处理以使成像探测器60成像。照明光路与成像光路具有重合部分，该重合部分构成重合光路。

本文中，为了使阅读者更容易地理解本实用新型的技术方案，将分光片31与物镜40、光源侧镜体20对应的一侧的侧面定义为正面，另一侧的侧面定义反面，正面为第一片体侧面311，反面为第二片体侧面312。当然，由于分光片31需要同时具有透射和反射功能，因此其第一片体侧面311和第二片体侧面312均设有对应功能的镀膜。本领域技术人员应当理解，上述定义是一种临时定义，并不限定本实用新型的技术方案。分光片31的第一片体侧面311与照明光路和物镜光路对应，分光片31的第二片体侧面312与成像光路对应。

作为本领域的惯用设置方式：上述物镜40设置在照明光路和所述成像光路的重合光路上，使用时位于分光片31的第一片体侧面311与待测物体80之间，用于汇聚第一片体侧面311反射的部分照明光，在照亮待测物体80时起到聚焦作用，在待测物体80形成的成像光72通过时起到发散放大作用。上述光源侧镜体20为整形镜组，设置在照明光路上，用于对照明光进行光学调整，实现光路的扩束功能、均光功能、滤光功能和起偏功能，光学调整后的照明光沿所述照明光路到达第一片体侧面311，形成照明光71，该照明光71为扩展光束。上述扩束、均光、滤光和起偏功能是根据检测需求设置，在其他实施例中，可以有选择性采用，也可以另外设置其他功能的光学元件。成像侧镜体50设置在成像光路上，用于对所述第二片体侧面312透射的部分成像光进行光学调整，实现光束的聚焦、变焦，光学调整后的成像光被用于成像。

优选实施例中，分光片31正面的第一片体侧面311为反射面，反射面用于反射经光源侧镜体20射出的照明光，照明光被待测物体80反射后形成对应的成像光；光源侧镜体20的光轴和物镜40的光轴均与第一片体侧面311呈45度角，第一片体侧面311反射的部分照明光被用于待测物体80的光学照明。分光片31反面的第二片体侧面312为透射面，透射面供待测物体反射的部分成像光透过而形成出射光73。本领域技术人员可以理解，分光片31的反射和透射比可以根据需要设置。

一个实施例中，第二片体侧面312相对于第一片体侧面311倾斜设置，两者形成夹角，优选实施例中，如图4所示，该夹角θ的取值范围为0.3度至0.5度。为了便于分辨第一片体侧面311和第二片体侧面312，分光片31的外周面上设有箭头形的指示标记，指示具有倾斜角的一侧的片体侧面。由于上述夹角的存在，分光片31形成楔形结构，使得分光片31的径向相背两侧具有厚度差，一侧的厚度较厚，另一侧的厚度较薄。作为一种优选的实施方式，分光片31的较厚一侧在重合光路上靠近物镜40，较薄一侧在重合光路上远离物镜40，厚度较厚侧与厚度较薄侧的连线平行于分光片31在分束器30中的倾斜方向，与成像探测器60中直线状的感光元件垂直，这样，即使分光片31采用了楔形结构后仍产生了光的干涉，相互平行的干涉条纹的延伸方向也能够与感光元件的延伸方向一致，从而避免感光元件探测到条纹而影响成像效果。一个实施例中，分束器30的分光片31的较厚一侧具有最厚部位，且最厚部位的厚度取值范围为3mm至10mm。

一个实施例中，如图3，分光片31为外周面形状为圆柱形的圆柱体，在其他实施例中，分光片31也可以为其他形状，例如外周面形状为棱柱形的棱柱体，再如外周面形状为椭圆柱形状的椭圆柱体。

工作时，分束器30中的分光片31的第二片体侧面312相对于第一片体侧面311具有夹角，能够使待测物体80反射的成像光经过所述分光片31之后产生偏角，以防止与第二片体侧面312透射的部分成像光发生干涉；并且，夹角形成的楔形结构能够改变待测物体反射的成像光72在分光片31内形成的反射光和折射光的光程差或相位差，在分光片31内部的反射和折射变得不再均匀，光线的光程差难以保持一致。因此，采用上述分光片31能够破坏干涉现象的形成条件，致使在经过分光片31之后形成的出射光73的传播光路上无法形成干涉域面，这就避免了成像探测器60的成像受到干涉现象的影响，从而保证了成像质量。

在上述实施例中，成像探测器60采用感光元件成直线状的相机，厚度较厚侧与厚度较薄侧的连线平行于分光片31在分束器30中的倾斜方向。在其他实施例中，也可以采用感光元件为方形的相机，此时可以不需考虑分光片31绕自身轴线的角度，即不需考虑分光片31的厚度较厚侧与厚度较薄侧的连线的角度。

在上述实施例中，分光片31的第一片体侧面311为反射面，用于反射经光源侧镜体20射出的光线。在其他实施例中，也可以依靠第二片体侧面312作为反射面，此时，光源侧镜体20的光轴和物镜40的光轴均与第二片体侧面312呈45度角，用于依靠第二片体侧面312的反射形成照明光。

由于分光片31具有半透半反作用，所以反射或透射的是部分照明光；在上述实施例一中，如图2，主要利用了分光片31对照明光的反射作用来产生照明光；在其他实施例中，可以将图2中的照明光路与成像光路进行互换，具体地，可以将光源10和成像探测器60互换位置，并将光源侧镜体20和成像侧镜体50互换位置，此时主要利用的是分光片31对照明光的透射作用。

本实用新型中物体表面检测用光路系统的实施例：

本实用新型中物体表面检测用光路系统的实施例即上述物体表面检测装置的任一实施例中的光路系统，此处不再重复说明。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.物体表面检测用光路系统，其特征在于，包括：

分束器(30)，所述分束器(30)包括分光片(31)，所述分光片(31)具有相背布置的第一片体侧面(311)和第二片体侧面(312)；所述第一片体侧面(311)设于照明光路上且用于反射或透射部分照明光，所述照明光被待测物体(80)反射后形成对应的成像光；所述第二片体侧面(312)设于成像光路上且用于透射或反射部分成像光；

物镜(40)，设置在所述照明光路和所述成像光路的重合光路上，用于汇聚所述第一片体侧面(311)反射或透射的部分照明光，以及在相对的方向上放大所述待测物体(80)反射形成的成像光；

所述分光片(31)的第二片体侧面(312)与所述第一片体侧面(311)之间具有夹角，所述夹角用于在所述待测物体(80)反射的成像光经过所述分光片(31)之后产生偏角，以防止所述第二片体侧面(312)透射或反射的部分成像光发生干涉。

2.如权利要求1所述的物体表面检测用光路系统，其特征在于，所述夹角使得所述分光片(31)径向的相背两侧形成厚度差，所述分光片(31)的较厚一侧在所述重合光路上靠近所述物镜(40)，以及较薄一侧在所述重合光路上远离所述物镜(40)。

3.如权利要求1所述的物体表面检测用光路系统，其特征在于，所述夹角的取值范围为0.3度至0.5度。

4.如权利要求1所述的物体表面检测用光路系统，其特征在于，所述分光片(31)的较厚一侧具有最厚部位，且最厚部位的厚度取值范围为3mm至10mm。

5.如权利要求1所述的物体表面检测用光路系统，其特征在于，所述分光片(31)为圆柱体或棱柱体。

6.如权利要求1-5中任一项所述的物体表面检测用光路系统，其特征在于，还包括成像侧镜体(50)和光源侧镜体(20)；

所述成像侧镜体(50)设置在所述成像光路上，用于对所述第二片体侧面(312)透射或反射的部分成像光进行光学调整，光学调整后的成像光被用于成像；

所述光源侧镜体(20)设置在所述照明光路上，用于对照明光进行光学调整，光学调整后的照明光沿所述照明光路到达所述第一片体侧面(311)。

7.如权利要求6所述的物体表面检测用光路系统，其特征在于，所述光源侧镜体(20)的光轴和所述物镜(40)的光轴均与所述第一片体侧面(311)呈45度角，所述第一片体侧面(311)反射的部分照明光被用于所述待测物体(80)的光学照明。

8.如权利要求6所述的物体表面检测用光路系统，其特征在于，所述光源侧镜体(20)为整形镜体，用于实现照明光的扩束、均光、滤光和起偏中的至少一种功能。

9.物体表面检测装置，包括：

光源(10)，用于产生照明光并进入照明光路；

成像探测器(60)，用于从成像光路接收成像光并进行成像；及

光路系统，所述光路系统为权利要求1至8中任一项权利要求所述的物体表面检测用光路系统。

10.如权利要求9所述的物体表面检测装置，其特征在于，所述光源(10)为激光光源。