CN220063797U - 一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，包括照明单元、无限远成像单元和相机单元；所述照明单元包括光源，从光源至检测目标产品的光路方向依次设有第一透镜、可调光阑、第二透镜和滤光片轮；所述无限远成像单元包括成像筒镜和无限远显微物镜，从检测目标产品至相机单元的光路上依次设有所述无限远显微物镜和成像筒镜。采用本实用新型，能够在非接触的情况下对晶圆表面进行快速扫描，通过高分辨率图像分析，识别出晶圆表面的缺陷，包括裂纹、划痕、斑点、气泡等，提高了晶圆宏观缺陷的检测速率和准确率。

Description

一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置

技术领域

本实用新型涉及显微检测装置技术领域，具体涉及一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置。

背景技术

晶圆宏观缺陷检测技术是一种典型的自动光学检测方法(AOI)，其以光学原理为基础，主要方法是通过设计照明系统来照亮被测量对象，可分为明场、暗场、透射场等不同的照明模式。成像系统对被测对象进行图像采集，通过传感器将采集到的被测对象的光信息转换为数字信号，交由计算机进行下一步的处理。这涉及到仪器平台精确的定位和运动控制，以及照明光源、光机镜头和图像采集探测器的选型，其中工业相机、光机镜头、照明光源等可根据实际需求任意搭配，灵活运用。

晶圆宏观缺陷检测设备主要检测晶圆在外观上呈现出来的缺陷，包括损伤、划痕等图形缺陷和光学尺寸缺陷等。根据晶圆检测设备的市场数据，晶圆宏观缺陷检测设备占了2/3的市场份额，市场对于晶圆宏观缺陷检测的需求非常大。国外的晶圆宏观检测设备技术未公开，垄断程度较大，因此价格高昂。国内对于此项技术的研究尚不成熟，市场上的晶圆宏观检测设备国产化率比较低，尚未发现能够在非接触的情况下对晶圆表面进行快速扫描，通过高分辨率图像分析技术，识别出晶圆表面的缺陷，包括裂纹、划痕、斑点、气泡等的装置。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提高晶圆宏观缺陷的检测速率和准确率；以及如何在非接触的情况下对晶圆表面进行快速扫描，通过高分辨率图像分析技术，识别出晶圆表面的缺陷，包括裂纹、划痕、斑点、气泡等。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

本实用新型提供了一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，包括照明单元、无限远成像单元和相机单元，所述照明单元与检测目标产品对应布置并向检测目标产品上照射光线，所述无限远成像单元设于相机单元与检测目标产品之间，所述检测目标产品反射的光线经过无限远成像单元并成像于相机单元；

所述照明单元包括光源，从光源至检测目标产品的光路方向依次设有第一透镜、可调光阑、第二透镜和滤光片轮；

所述无限远成像单元包括成像筒镜和无限远显微物镜，从检测目标产品至相机单元的光路上依次设有所述无限远显微物镜和成像筒镜。

本实用新型的有益效果是：

采用本实用新型，能够在非接触的情况下对晶圆表面进行快速扫描，通过高分辨率图像分析，识别出晶圆表面的缺陷，包括裂纹、划痕、斑点、气泡等，提高了晶圆宏观缺陷的检测速率和准确率。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步的，所述滤光片轮至检测目标产品的光路上或检测目标产品至无限远显微物镜的光路上设有第一偏振片，所述无限远显微物镜至成像筒镜的光路上设有第二偏振片，第一偏振片与第二偏振片相互呈正交状态，第一偏振片至第二偏振片之间的光路上设有微分干涉棱镜。

能够观察到样品的高分辨率细节，在无需染色的情况下观察样品的不同特征，展示出物体的凹凸层级关系。

进一步的，还包括自动对焦传感器、二向色镜和竖直运动机构，二向色镜位于微分干涉棱镜与成像筒镜之间，自动对焦传感器正对二向色镜的反射光路；自动对焦传感器与竖直运动机构信号连接并能控制竖直运动机构沿着无限远显微物镜的光路方向，无限远显微物镜安装在竖直运动机构上。

自动对焦传感器可对无限远显微物镜与检测目标产品之间的距离进行实时计算并精确控制，使无限远显微物镜快速、准确地对焦，同时避免图像模糊、虚化等问题，达到提高图像质量，提高拍摄效率的目的。

进一步的，所述第一偏振片设于滤光片轮至检测目标产品的光路上。

进一步的，所述滤光片轮至检测目标产品的光路上还设有第一分束镜，所述无限远显微物镜设于光源的光线经第一分束镜反射至检测目标产品的光路上，所述成像筒镜设于检测目标产品的光线经第一分束镜透射至相机单元的光路上。

光源发出的光经无限远显微物镜后成为平行光照在检测目标产品上，最后在成像筒镜入光口成像达到柯勒照明效果照，并且其反射光的损失小；两处可调光阑分别为孔径光阑和视场光阑，其中孔径光阑有一定的调节亮度功能，其主要功能是通过调节孔径大小改变透镜的NA值；视场光阑可以改变视场大小，即照明区域的大小；照明单元与无限远成像单元共用一个无限远显微物镜，结构紧凑。

进一步的，所述相机单元包括直线运动机构、黑白相机和彩色相机，黑白相机和彩色相机设于直线运动机构背离成像筒镜一侧；直线运动机构的运动方向垂直于成像筒镜的光路方向，直线运动机构的移动端沿自身运动方向包括三个工位，其中第一工位空置，第二工位装有第二分束镜，第三工位装有第一反射镜；黑白相机、彩色相机中任一个正对成像筒镜的光路，另一个正对第二分束镜和第一反射镜的反射光路。

控制直线运动机构可选择三个工位中的一个正对成像筒镜，便于分别控制检测目标产品的图像进入不同相机，实现可以分别或同时得到黑白/彩色成像的目的，提高检测速率和准确度。

进一步的，所述黑白相机和彩色相机为CMOS相机。

进一步的，还包括离轴光源，离轴光源的光路朝向检测目标产品，离轴光源的光路与无限远显微物镜至检测目标产品的光路的夹角为锐角。

离轴光源直接为检测目标产品提供暗场光源。

进一步的，所述可调光阑第一透镜至第二透镜的光路方向布置沿有两个；两个可调光阑之间的光路上设有第二反射镜。

两处可调光阑分别为孔径光阑和视场光阑，其中孔径光阑有一定的调节亮度功能，其主要功能是通过调节孔径大小改变透镜的NA值；视场光阑可以改变视场大小，即照明区域的大小。

进一步的，所述滤光片轮包括红色、绿色和蓝色的滤光片。

便于针对不同的晶圆切换不同波长的光线对缺陷进行检测。还可以包括用于通过白光的空格。

附图说明

图1为本实用新型的照明单元的结构示意图。

图2为本实用新型的无限远成像单元的结构示意图。

图3为本实用新型的相机单元的结构示意图。

图4为本实用新型的实施例的结构示意图。

附图中，各附图标记所代表的技术特征如下：

1-照明单元；11-光源；12-第一透镜；13-可调光阑；14-第二透镜；15-滤光片轮；16-第二反射镜；

2-无限远成像单元；21-无限远显微物镜；22-成像筒镜；23-第一偏振片；24-第二偏振片；25-微分干涉棱镜；26-第一分束镜；27-二向色镜；28-自动对焦传感器；

3-相机单元；31-直线运动机构；32-黑白相机；33-彩色相机；34-第二分束镜；35-第一反射镜；

4-检测目标产品；5-离轴光源。

具体实施方式

以下对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型参见图1-4。

本实用新型提供了一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，包括照明单元1、无限远成像单元2和相机单元3，所述照明单元1与检测目标产品4对应布置并向检测目标产品4上照射光线，所述无限远成像单元2设于相机单元3与检测目标产品4之间，所述检测目标产品4反射的光线经过无限远成像单元2并成像于相机单元3；

所述照明单元1包括光源11，从光源11至检测目标产品4的光路方向依次设有第一透镜12、可调光阑13、第二透镜14和滤光片轮15；

所述无限远成像单元2包括成像筒镜22和无限远显微物镜21，从检测目标产品4至相机单元3的光路上依次设有所述无限远显微物镜21和成像筒镜22。

原理：

从光源11发出的光依次经过第一透镜12、可调光阑13、第二透镜14、滤光片轮15照在检测目标产品4上，通过可调光阑13可以调节通光量的大小，通过滤光片轮15可以切换不同的滤光片控制不同波长的光线进行照明便于侦测到不同大小和类型的缺陷。

检测目标产品4反射的光线经过无限远显微物镜21变为平行光，然后经过成像筒镜22照在相机单元3上成像，相机单元3可采用CMOS相机，便于侦测到不同大小和类型的缺陷。无限远显微物镜21与成像筒镜22之间为平行光路，因此两者距离可变，能够在不影响其平行光状态的情况下根据需要插入其他光学部件对光路进行处理，观察检测目标产品4的高分辨率细节，展示检测目标产品4的凹凸层级关系等。

综上，采用本实用新型，能够在非接触的情况下对晶圆表面进行快速扫描，通过高分辨率图像分析，识别出晶圆表面的缺陷，包括裂纹、划痕、斑点、气泡等，提高了晶圆宏观缺陷的检测速率和准确率。

进一步的，如图2、图4所示：所述滤光片轮15至检测目标产品4的光路上或检测目标产品4至无限远显微物镜21的光路上设有第一偏振片23，所述无限远显微物镜21至成像筒镜22的光路上设有第二偏振片24，第一偏振片23与第二偏振片24相互呈正交状态，第一偏振片23至第二偏振片24之间的光路上设有微分干涉棱镜25。

注：第一偏振片23至第二偏振片24之间的光路上设有微分干涉棱镜25，是为了使光线在第一偏振片23至第二偏振片24之间的路径上经过微分干涉棱镜25。因此，微分干涉棱镜25的具体位置可以在第一偏振片23的出射光一侧任意位置，以及第二偏振片24的入射光一侧任意位置，例如第二偏振片24与无限远显微物镜21之间、无限远显微物镜21与二向色镜27之间等。

能够观察到样品的高分辨率细节，在无需染色的情况下观察样品的不同特征，展示出物体的凹凸层级关系。光线从第一偏振片23至第二偏振片24之间的中间，经过微分干涉棱镜25会产生具有微小夹角的O光和e光，后面再经过正交方向的检偏器(第二偏振片24)，O光和e光的振动方向重合，成为相干光束，实际比不加偏振片时会暗一些；同时可以使图像产生伪3D的效果，看起来有立体感，也能对透明的物体进行观测，比如水滴气泡。无限远显微物镜21与成像筒镜22之间为平行光路，因此两者距离可变，因此可加入微分干涉棱镜25、第一偏振片23、第二偏振片24。

进一步的，如图2、图4所示：还包括自动对焦传感器28、二向色镜27和竖直运动机构，二向色镜27位于微分干涉棱镜25与成像筒镜22之间，自动对焦传感器28正对二向色镜27的反射光路；自动对焦传感器28与竖直运动机构信号连接并能控制竖直运动机构沿着无限远显微物镜21的光路方向，无限远显微物镜21安装在竖直运动机构上。

自动对焦传感器28可对无限远显微物镜21与检测目标产品4之间的距离进行实时计算并精确控制，使无限远显微物镜21快速、准确地对焦，同时避免图像模糊、虚化等问题，达到提高图像质量，提高拍摄效率的目的。

注：竖直运动机构可采用丝杆副、滑块导轨副等，由伺服电机驱动丝杆转动或滑块运动，自动对焦传感器28可以和伺服电机信号连接，这属于现有技术。自动对焦传感器28是现有产品，各个厂家技术原理、尺寸外观有差别但功能基本一致，例如可使用加拿大WDI公司的产品，国内代理http://www.cinv.cn/cinv_ChiClass_3962933_1.html，可根据不同的应用场景选用不同的型号。

进一步的，如图4所示：所述第一偏振片23设于滤光片轮15至检测目标产品4的光路上。

进一步的，如图4所示：所述滤光片轮15至检测目标产品4的光路上还设有第一分束镜26，所述无限远显微物镜21设于光源11的光线经第一分束镜26反射至检测目标产品4的光路上，所述成像筒镜22设于检测目标产品4的光线经第一分束镜26透射至相机单元3的光路上。

光源11发出的光经无限远显微物镜21后成为平行光照在检测目标产品4上，最后在成像筒镜22入光口成像达到柯勒照明效果照，并且其反射光的损失小；两处可调光阑13分别为孔径光阑和视场光阑，其中孔径光阑有一定的调节亮度功能，其主要功能是通过调节孔径大小改变透镜的NA值；视场光阑可以改变视场大小，即照明区域的大小；照明单元1与无限远成像单元2共用一个无限远显微物镜，结构紧凑。

进一步的，如图3、图4所示：所述相机单元3包括直线运动机构31、黑白相机32和彩色相机33，黑白相机32和彩色相机33设于直线运动机构31背离成像筒镜22一侧；直线运动机构31的运动方向垂直于成像筒镜22的光路方向，直线运动机构31的移动端沿自身运动方向包括三个工位，其中第一工位空置，第二工位装有第二分束镜34，第三工位装有第一反射镜35；黑白相机32、彩色相机33中任一个正对成像筒镜22的光路，另一个正对第二分束镜34和第一反射镜35的反射光路。

控制直线运动机构31可选择三个工位中的一个正对成像筒镜22，便于分别控制检测目标产品4的图像进入不同相机，实现可以分别或同时得到黑白/彩色成像的目的，提高检测速率和准确度。以黑白相机32正对成像筒镜22的光路为例：当第一工位正对成像筒镜22时，光线经过成像筒镜22直接射至黑白相机32，便于拍摄产品的黑白图像；当第二工位正对成像筒镜22时，光线部分经第二分束镜34透射至黑白相机32，另一部分经第二分束镜34反射至彩色相机33，便于同时拍摄产品的黑白图像和彩色图像；当第三工位正对成像筒镜22时，光线经第一反射镜35反射至彩色相机33，便于拍摄产品的彩色图像。

注：图3、图4表示光路示意图，并不限定黑白相机32、彩色相机33的位置关系，其位置关系应结合文字理解。直线运动机构31可用伸缩杆、丝杆副、导轨副等。

进一步的，所述黑白相机32和彩色相机33为CMOS相机。

进一步的，如图4所示：还包括离轴光源5，离轴光源5的光路朝向检测目标产品4，离轴光源5的光路与无限远显微物镜21至检测目标产品4的光路的夹角为锐角。

离轴光源5直接为检测目标产品4提供暗场光源。

进一步的，如图1、图4所示：所述可调光阑13第一透镜12至第二透镜14的光路方向布置沿有两个；两个可调光阑13之间的光路上设有第二反射镜16。

两处可调光阑13分别为孔径光阑和视场光阑，其中孔径光阑有一定的调节亮度功能，其主要功能是通过调节孔径大小改变透镜的NA值；视场光阑可以改变视场大小，即照明区域的大小。两个可调光阑13可为相同的产品，实现不同的功能。

进一步的，所述滤光片轮15包括红色、绿色和蓝色的滤光片。

便于针对不同的晶圆切换不同波长的光线对缺陷进行检测。还可以包括用于通过白光的空格。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，如果出现了指示方位、方向或位置关系的描述用语，例如：“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，在本说明书中指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便理解本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的部分、元件或整体必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，如果出现了次序描述用语，例如：“第一”、“第二”等，在本说明书中的用途是为了便于理解或简化描述，例如，为了区分多个具有相同类型或功能的技术特征，而又不得不单独提及时，本说明书可能采用前缀或后缀次序描述用语的方式将其区分。因此，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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，如果采用了结构相对作用关系描述用语，例如：“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，除非另有明确的规定和限定，否则应做广义的理解。例如，“安装”、“相连”、“连接”等，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系；“固定”可以是形成一体的固定，也可以是通过紧固件可拆卸的固定；可以是直接固定，也可以是通过中间媒介固定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况、所处的语境、前后文的文意连贯性等理解上述描述用语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，如果出现了含有附属或连接含义的描述用语，例如，第一特征在第二特征“上”或“下，除非另有明确的规定和限定，否则不应做限定性的理解，例如，“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，也可以是第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况、所处的语境、前后文的文意连贯性等理解上述描述用语在本实用新型中的具体含义。

进而，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述，并不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例、示例以及不同实施例、示例的特征进行结合和组合，这些结合或组合都应归入本实用新型所概括的范围之内。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在其公开渠道可以获得的信息范围内，结合本申请文件所给出的技术启示，可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，其特征在于：包括照明单元（1）、无限远成像单元（2）和相机单元（3），所述照明单元（1）与检测目标产品（4）对应布置并向检测目标产品（4）上照射光线，所述无限远成像单元（2）设于相机单元（3）与检测目标产品（4）之间，所述检测目标产品（4）反射的光线经过无限远成像单元（2）并成像于相机单元（3）；

所述照明单元（1）包括光源（11），从光源（11）至检测目标产品（4）的光路方向依次设有第一透镜（12）、可调光阑（13）、第二透镜（14）和滤光片轮（15）；

所述无限远成像单元（2）包括成像筒镜（22）和无限远显微物镜（21），从检测目标产品（4）至相机单元（3）的光路上依次设有所述无限远显微物镜（21）和成像筒镜（22）。

2.根据权利要求1所述的一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，其特征在于：所述滤光片轮（15）至检测目标产品（4）的光路上或检测目标产品（4）至无限远显微物镜（21）的光路上设有第一偏振片（23），所述无限远显微物镜（21）至成像筒镜（22）的光路上设有第二偏振片（24），第一偏振片（23）与第二偏振片（24）相互呈正交状态，第一偏振片（23）至第二偏振片（24）之间的光路上设有微分干涉棱镜（25）。

3.根据权利要求2所述的一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，其特征在于：还包括自动对焦传感器（28）、二向色镜（27），二向色镜（27）位于微分干涉棱镜（25）与成像筒镜（22）之间，自动对焦传感器（28）正对二向色镜（27）的反射光路；自动对焦传感器（28）与竖直运动机构信号连接并能控制竖直运动机构沿着无限远显微物镜（21）的光路方向运动，无限远显微物镜（21）安装在竖直运动机构上。

4.根据权利要求2所述的一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，其特征在于：所述第一偏振片（23）设于滤光片轮（15）至检测目标产品（4）的光路上。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，其特征在于：所述滤光片轮（15）至检测目标产品（4）的光路上还设有第一分束镜（26），所述无限远显微物镜（21）设于光源（11）的光线经第一分束镜（26）反射至检测目标产品（4）的光路上，所述成像筒镜（22）设于检测目标产品（4）的光线经第一分束镜（26）透射至相机单元（3）的光路上。

6.根据权利要求1所述的一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，其特征在于：所述相机单元（3）包括直线运动机构（31）、黑白相机（32）和彩色相机（33），黑白相机（32）和彩色相机（33）设于直线运动机构（31）背离成像筒镜（22）一侧；直线运动机构（31）的运动方向垂直于成像筒镜（22）的光路方向，直线运动机构（31）的移动端沿自身运动方向包括三个工位，其中第一工位空置，第二工位装有第二分束镜（34），第三工位装有第一反射镜（35）；黑白相机（32）、彩色相机（33）中任一个正对成像筒镜（22）的光路，另一个正对第二分束镜（34）和第一反射镜（35）的反射光路。

7.根据权利要求6所述的一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，其特征在于：所述黑白相机（32）和彩色相机（33）为CMOS相机。

8.根据权利要求1所述的一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，其特征在于：还包括离轴光源（5），离轴光源（5）的光路朝向检测目标产品（4），离轴光源（5）的光路与无限远显微物镜（21）至检测目标产品（4）的光路的夹角为锐角。

9.根据权利要求1所述的一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，其特征在于：所述可调光阑（13）第一透镜（12）至第二透镜（14）的光路方向布置沿有两个；两个可调光阑（13）之间的光路上设有第二反射镜（16）。

10.根据权利要求1所述的一种用于晶圆宏观缺陷检测的显微装置，其特征在于：所述滤光片轮（15）包括红色、绿色和蓝色的滤光片。