CN220473770U - 一种晶圆检测设备的激光安全防护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，包括激光照明模块、激光收集筒、物镜、筒镜、暗场滤光片、第一相机；物镜、筒镜、第一相机在竖直方向上依次同轴心设置，筒镜与第一相机固定连接，物镜与筒镜固定连接；暗场滤光片固定在筒镜内。本实用新型利用暗场自身的特点，能够捕获极小的颗粒缺陷，从而提高颗粒缺陷的捕获能力，提高缺陷检测精度，增加产能；通过激光收集筒防止激光返回反射，或者发射到其他空间中，消光性能好，避免激光危害人身安全；采用激光暗场荧光激发，能够有效的避免高反射表面将激光沿原来的光路返回导致激光器的损伤，同时能够有效避免激光与各个光学元器件表面的反射光形成干涉条纹。

Description

一种晶圆检测设备的激光安全防护系统

技术领域

本实用新型涉及晶圆检测技术领域，特别涉及一种晶圆检测设备的激光安全防护系统。

背景技术

半导体的基础材料晶圆在生产过程中容易出现破损、隐裂、划伤等各种缺陷。半导体晶圆的内部晶体结构的异常会导致后续IC芯片出现不良。

有些光刻后的半导体芯片产品在晶圆上存在着有规律的图案阵列，这些图案有一定周期频率，因此方便通过傅里叶变换的方式，转到频域进行滤波，消除背景图案，只提取晶圆上存在的破损、隐裂、划伤、脏污等没有固定频率的缺陷。

通常使用的激光主要采用激光明场照明的方式，光学显微镜明场照明的图像是由反射光形成的，激光通过显微镜筒镜和显微镜物镜照明到晶圆表面，即光源的入射光垂直射向样品表面，然后从样品表面反射后重新进入物镜显微镜物镜和显微镜筒镜，大部分的反射光线会返回，因而照明强度大，适用于表面平整的样品，明场观测到的发暗的或者不清晰的区域可能是由于表面不平所致。但采用激光明场照明的方式，缺陷分辨率很难提高，无法捕获极小的颗粒缺陷，导致颗粒缺陷的捕获能力较差，缺陷检测精度较低。

实用新型内容

为了实现本实用新型的上述目的和其他优点，本实用新型的目的是提供一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，包括激光照明模块、激光收集筒、物镜、筒镜、暗场滤光片、第一相机；所述物镜、所述筒镜、所述第一相机在竖直方向上依次同轴心设置，所述筒镜与所述第一相机固定连接，所述物镜与所述筒镜固定连接；所述暗场滤光片固定在所述筒镜内；

所述激光照明模块输出平顶光束均匀的照明在物镜视野区域；其中，所述激光照明模块输出的平顶光束与从晶圆表面收集至所述物镜的光束之间呈一锐角夹角；

所述激光收集筒设置于所述激光照明模块输出的平顶光束在晶圆表面形成的反射光方向，所述激光收集筒收集照射到空间的激光；

经由所述物镜收集的入射光进入所述筒镜内，再经过所述暗场滤光片滤除预设范围内的荧光；

所述第一相机采集经所述暗场滤光片滤光后的图像。

进一步地，还包括第一二相色镜、荧光滤光片、第二相机，所述第一二相色镜、所述荧光滤光片固定在所述筒镜内，所述第二相机与所述筒镜固定连接，所述暗场滤光片位于所述第一二相色镜和所述第一相机之间，所述第一二相色镜将进入筒镜的光束分离成第一光束和第二光束，所述第一光束经所述暗场滤光片滤光处理，所述第二光束经所述荧光滤光片滤光处理，所述第二相机采集经所述荧光滤光片滤光后的图像。

进一步地，还包括分光镜、反光镜、同轴光源，所述分光镜固定在所述筒镜内，所述同轴光源输出的光经所述反光镜反射至所述分光镜，所述分光镜将光束反射进入所述物镜照射至晶圆表面。

进一步地，还包括第二二相色镜、激光对焦模块，所述第二二相色镜固定在所述筒镜内，所述第二二相色镜位于所述分光镜和所述第一二相色镜之间，所述第二二相色镜将进入筒镜的光束分离成第一光束和第二光束，所述第一光束经所述第一二相色镜进行光束分离处理，所述第二光束到达所述激光对焦模块。

进一步地，所述激光照明模块包括激光器、扩束镜、整形镜，所述激光器、所述扩束镜、所述整形镜按照激光传播方向依次设置，所述激光器输出的光斑经所述扩束镜汇聚成高斯光束，再经过所述整形镜整形成平顶光束。

进一步地，所述激光器采用532nm激光光源。

进一步地，所述激光收集筒内的收集腔为锥形腔体，沿着激光入射进所述激光收集筒的方向，所述锥形腔体的直径由大变小。

进一步地，所述激光收集筒的外壳内壁为斜面，沿着激光入射进所述激光收集筒的方向，所述斜面与所述锥形腔体之间形成的角度由小变大。

进一步地，所述荧光滤光片为560nm高通滤光片。

进一步地，所述暗场滤光片为540nm低通滤波器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，利用暗场自身的特点，能够捕获极小的颗粒缺陷，从而提高颗粒缺陷的捕获能力，提高缺陷检测精度，增加产能。

本实用新型通过激光收集筒防止激光返回反射，或者发射到其他空间中，消光性能好，避免激光危害人身安全。

本实用新型采用激光暗场荧光激发，能够有效的避免高反射表面将激光沿原来的光路返回导致激光器的损伤，同时能够有效避免激光与各个光学元器件表面的反射光形成干涉条纹，该干涉条纹会成像在相机中，影响缺陷检测。

本实用新型还包含明场照明光源，在该检测中，明场同轴照明光源主要用于相机的人工调焦使用，使得显微镜单元工作在合适的工作距离，并将该距离设置到激光对焦模块中，作为激光对焦模块的基准值。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为实施例1的晶圆检测设备的激光安全防护系统示意图；

图2为实施例1的激光照明模块示意图；

图3为实施例1的激光收集筒示意图；

图4为实施例1的激光收集筒剖视图。

图中：1、激光照明模块；101、激光器；102、扩束镜；103、整形镜；2、激光收集筒；21、收集腔；22、外壳；3、物镜；4、筒镜；5、暗场滤光片；6、第一相机；7、第一二相色镜；8、荧光滤光片；9、第二相机；10、分光镜；11、同轴光源；12、反光镜；13、第二二相色镜；14、激光对焦模块；15、晶圆。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，如图1所示，包括激光照明模块1、激光收集筒2、物镜3、筒镜4、暗场滤光片5、第一相机6；物镜3、筒镜4、第一相机6在竖直方向上依次同轴心设置，筒镜4与第一相机6固定连接，物镜3与筒镜4固定连接；暗场滤光片5固定在筒镜4内；

激光照明模块1输出平顶光束均匀的照明在物镜3视野区域；其中，激光照明模块1输出的平顶光束与从晶圆15表面收集至物镜3的光束之间呈一锐角夹角；即入射光是由激光照明模块1以一定的角度发出的，这样能够使一些从侧面或者不平的表面反射的光被光路系统接收，因此能够观测到明场看不到的一些微观形貌，能得到比较理想的图像，即暗场照明是通过接收倾斜光和阻隔入射光来提供反差，对一些精细特征如灰尘颗粒、空洞、裂缝和分层等进行检查时比较有效。

激光收集筒2设置于激光照明模块1输出的平顶光束在晶圆表面形成的反射光方向，激光收集筒2收集照射到空间的激光；

经由物镜3收集的入射光进入筒镜4内，再经过暗场滤光片5滤除预设范围内的荧光；暗场滤光片5用于滤除荧光，荧光波长通常在560nm-1100nm之间，因此采用540nm的低通滤光片。

第一相机6采集经暗场滤光片5滤光后的图像，即第一相机6用于暗场激光散射缺陷检测，具体用于检测晶圆表面的颗粒类缺陷。

暗场照明同时可以用作激光暗场荧光激发检测应用。系统还包括第一二相色镜7、荧光滤光片8、第二相机9，第一二相色镜7、荧光滤光片8固定在筒镜4内，第二相机9与筒镜4固定连接，暗场滤光片5位于第一二相色镜7和第一相机6之间，第一二相色镜7将进入筒镜4的光束分离成第一光束和第二光束，第一光束经暗场滤光片5滤光处理，第二光束经荧光滤光片8滤光处理，第二相机9采集经荧光滤光片8滤光后的图像，即第二相机9用于荧光缺陷检测。本实施例的荧光检测单元采用激光激发，在荧光光路中需要增加激光波长滤光片，通常采用560nm高通滤光片，滤除532nm波长的激光，透过荧光波长光到第二相机9，通过荧光成像，检测晶圆内部的晶体结构缺陷。采用激光暗场荧光激发，能够有效的避免高反射表面将激光沿原来的光路返回导致激光器101的损伤，同时能够有效避免激光与各个光学元器件表面的反射光形成干涉条纹，该干涉条纹会成像在相机中，影响缺陷检测。

系统还包括分光镜10、反光镜12、同轴光源11、第二二相色镜13、激光对焦模块14，分光镜10固定在筒镜4内，同轴光源11输出的光经反光镜12反射至分光镜10，分光镜10将光束反射进入物镜3照射至晶圆表面。第二二相色镜13固定在筒镜4内，第二二相色镜13位于分光镜10和第一二相色镜7之间，第二二相色镜13将进入筒镜4的光束分离成第一光束和第二光束，第一光束经第一二相色镜7进行光束分离处理，第二光束到达激光对焦模块14。本实施例的系统中还包含明场照明光源，在该检测中，明场同轴照明光源主要用于相机的人工调焦使用，使得显微镜单元工作在合适的工作距离，并将该距离设置到激光对焦模块14中，作为激光对焦模块14的基准值，帮助相机快速准确地对焦。

如图2所示，激光照明模块1包括激光器101、扩束镜102、整形镜103；其中，激光器101采用532nm激光光源，即本系统基于532nm激光光源对抛光后晶圆进行缺陷检测。激光器101、扩束镜102、整形镜103按照激光传播方向依次设置，激光器101输出的光斑经扩束镜102汇聚成高斯光束，再经过整形镜103整形成平顶光束。根据显微镜物镜倍率2X,5X,10X，分别切换激光扩束镜102倍率为10X,5X,2X，该倍率需要根据激光光斑大小和视野大小进行调整。本实施例中的整形镜103为非球面激光光束整形器，将激光光束整形为平顶光束，使得激光均匀的照明在物镜3视野区域。采用激光照明，由于激光亮度高、功率大，因此能提高缺陷的成像亮度，降低相机的曝光时间，提高缺陷采集效率。

如图3、图4所示，激光收集筒2内的收集腔21为锥形腔体，沿着激光入射进激光收集筒2的方向，锥形腔体的直径由大变小。激光收集筒2的外壳22内壁为斜面，沿着激光入射进激光收集筒2的方向，斜面与锥形腔体之间形成的角度由小变大。

由于激光为暗场照明，激光光线会在反射角方向出射，照射到空间中，造成激光危害人身安全。本实施例设计的激光收集筒2内部为锥形，外壳22内壁的角度也采用斜面设计的方式，能够有效的防止激光返回反射，或者发射到其他空间中。同时，为了增强激光收集筒2的消光性能，还可以在激光收集筒2内部涂上光学专用消光漆。

为了激光安全防护，在设备控制上也增加了激光防护的控制流程。具体流程如下：

当激光将样品表面扫描完成后，及时关闭激光，防止激光泄露，只有再重新上料并开始扫描时才再次打开激光；

在晶圆检测设备的每个门上都安装磁感应门锁，当门被打开时，磁感应器发信号给晶圆设备PLC控制系统，PLC控制系统做出关闭激光器101的指令，防止激光泄露威胁人身安全；

在晶圆检测设备外壳的选型上，金属外壳内部采用黑色磨砂喷涂，减少激光反射；

在设备观察窗处，采用深颜色的亚克力材质，降低光的透过率，同时需要做到设备观测窗位置避开激光工作区域，并且不在激光反射光线的方向上；

基于激光检测的单元，需要设计基于黑色磨砂喷涂外壳，做好第一道激光安全防护。

本实用新型将激光经过整形后均匀的照射到晶圆表面，并使得激光在晶圆表面的灰尘颗粒处形成激光散射，物镜收集到散射光成像到相机中，从而能检测晶圆表面的灰尘颗粒缺陷。同时，暗场照明能够用作激光暗场荧光激发检测应用，能够有效的避免高反射表面将激光沿原来的光路返回导致激光器的损伤，同时能够有效避免激光与各个光学元器件表面的反射光形成干涉条纹，该干涉条纹会成像在相机中，影响缺陷检测。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上仅为本说明书实施例而已，并不用于限制本说明书一个或多个实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书一个或多个实施例可以有各种更改和变换。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，其特征在于：包括激光照明模块、激光收集筒、物镜、筒镜、暗场滤光片、第一相机；所述物镜、所述筒镜、所述第一相机在竖直方向上依次同轴心设置，所述筒镜与所述第一相机固定连接，所述物镜与所述筒镜固定连接；所述暗场滤光片固定在所述筒镜内；

所述激光照明模块输出平顶光束均匀的照明在物镜视野区域；其中，所述激光照明模块输出的平顶光束与从晶圆表面收集至所述物镜的光束之间呈一锐角夹角；

所述激光收集筒设置于所述激光照明模块输出的平顶光束在晶圆表面形成的反射光方向，所述激光收集筒收集照射到空间的激光；

经由所述物镜收集的入射光进入所述筒镜内，再经过所述暗场滤光片滤除预设范围内的荧光；

所述第一相机采集经所述暗场滤光片滤光后的图像。

2.如权利要求1所述的一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，其特征在于：还包括第一二相色镜、荧光滤光片、第二相机，所述第一二相色镜、所述荧光滤光片固定在所述筒镜内，所述第二相机与所述筒镜固定连接，所述暗场滤光片位于所述第一二相色镜和所述第一相机之间，所述第一二相色镜将进入筒镜的光束分离成第一光束和第二光束，所述第一光束经所述暗场滤光片滤光处理，所述第二光束经所述荧光滤光片滤光处理，所述第二相机采集经所述荧光滤光片滤光后的图像。

3.如权利要求2所述的一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，其特征在于：还包括分光镜、反光镜、同轴光源，所述分光镜固定在所述筒镜内，所述同轴光源输出的光经所述反光镜反射至所述分光镜，所述分光镜将光束反射进入所述物镜照射至晶圆表面。

4.如权利要求3所述的一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，其特征在于：还包括第二二相色镜、激光对焦模块，所述第二二相色镜固定在所述筒镜内，所述第二二相色镜位于所述分光镜和所述第一二相色镜之间，所述第二二相色镜将进入筒镜的光束分离成第一光束和第二光束，所述第一光束经所述第一二相色镜进行光束分离处理，所述第二光束到达所述激光对焦模块。

5.如权利要求1所述的一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，其特征在于：所述激光照明模块包括激光器、扩束镜、整形镜，所述激光器、所述扩束镜、所述整形镜按照激光传播方向依次设置，所述激光器输出的光斑经所述扩束镜汇聚成高斯光束，再经过所述整形镜整形成平顶光束。

6.如权利要求5所述的一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，其特征在于：所述激光器采用532nm激光光源。

7.如权利要求1所述的一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，其特征在于：所述激光收集筒内的收集腔为锥形腔体，沿着激光入射进所述激光收集筒的方向，所述锥形腔体的直径由大变小。

8.如权利要求7所述的一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，其特征在于：所述激光收集筒的外壳内壁为斜面，沿着激光入射进所述激光收集筒的方向，所述斜面与所述锥形腔体之间形成的角度由小变大。

9.如权利要求2所述的一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，其特征在于：所述荧光滤光片为560nm高通滤光片。

10.如权利要求1所述的一种晶圆检测设备的激光安全防护系统，其特征在于：所述暗场滤光片为540nm低通滤波器。