亮暗场结合的光学检测装置和系统的制作方法

1.本技术涉及光学检测的技术领域，特别涉及一种亮暗场结合的光学检测装置。


背景技术：

2.随着经济的高速发展，半导体行业需求不断增加，其工艺的稳定性和可靠性也都面临着严峻的考验。目前，常通过晶圆检测来监控工艺来减少损失提高良品率。
3.相关技术中，光学检测系统多是针对一种或有限的几种产品，且检测的照明方式也较为单一，多为亮场或暗场的照明方式。比如，亮场的照明方式多适合以划痕、图案缺陷、膜层缺陷、灰尘等有图案的晶圆检测，而暗场的照明方式多适合以划痕、灰尘等无图案的晶圆检测。再以有图案的晶圆为例，若其表面复杂，暗场检测的干扰信息将会很多，造成检出的false增多，故而暗场检测并不适合，亮场检测则是较好的检测方案。
4.同时，暗场和亮场的检测精度不同，在同一光学图像采集的条件下，一般只能应对光学分辨率匹配的尺寸缺陷，导致了对产品的应对性较低。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种亮暗场结合的光学检测装置和系统，以解决相关技术中亮场检测和暗场检测单独使用导致了对产品的应对性较低的技术问题。
6.第一方面，提供了一种亮暗场结合的光学检测装置，包括光源部分、成像系统和面阵相机；
7.所述光源部分包括独立设置的亮场光源部分和暗场光源部分；
8.所述成像系统包括同轴设置的分束镜组件、成像镜头和中继镜头；
9.所述面阵相机被配置为采集由所述中继镜头输出的成像图像；其中，
10.所述暗场光源部分被配置为向待测工件的待测表面发出暗场光，所述成像镜头被配置为朝向所述待测表面；
11.所述亮场光源部分被配置为向所述分束镜组件发出亮场光；所述分束镜组件设于所述成像镜头和所述中继镜头之间，被配置为将从所述亮场光源部分发出的亮场光反射至所述成像镜头中，以及将从所述成像镜头发出的亮场光和/或暗场光透过并发射至所述中继镜头。
12.一些实施例中，所述分束镜组件包括半透半反镜。
13.一些实施例中，所述分束镜组件包括消偏振分光棱镜。
14.一些实施例中，所述分束镜组件包括偏振分光棱镜和1/4λ波片，所述中继镜头、所述偏振分光棱镜、所述成像镜头和所述1/4λ波片依次间隔同轴设置。
15.一些实施例中，所述分束镜组件包括偏振分光棱镜和1/4λ波片，所述中继镜头、所述偏振分光棱镜、所述1/4λ波片和所述成像镜头依次间隔同轴设置。
16.第二方面，还提供了一种亮暗场结合的光学检测系统，包括光源部分、成像系统和面阵相机和待测工件；
17.所述光源部分包括独立设置的亮场光源部分和暗场光源部分；
18.所述成像系统包括同轴设置的分束镜组件、成像镜头和中继镜头；
19.所述面阵相机被配置为采集由所述中继镜头输出的成像图像；其中，
20.所述暗场光源部分被配置为向所述待测工件的待测表面发出暗场光，所述成像镜头被配置为朝向所述待测表面；
21.所述亮场光源部分被配置为向所述分束镜组件发出亮场光；所述分束镜组件设于所述成像镜头和所述中继镜头之间，被配置为将从所述亮场光源部分发出的亮场光反射至所述成像镜头中，以及将从所述成像镜头发出的亮场光和/或暗场光透过并发射至所述中继镜头。
22.一些实施例中，所述分束镜组件包括半透半反镜。
23.一些实施例中，所述分束镜组件包括消偏振分光棱镜。
24.一些实施例中，所述分束镜组件包括偏振分光棱镜和1/4λ波片，所述中继镜头、所述偏振分光棱镜、所述成像镜头和所述1/4λ波片依次间隔同轴设置。
25.一些实施例中，所述分束镜组件包括偏振分光棱镜和1/4λ波片，所述中继镜头、所述偏振分光棱镜、所述1/4λ波片和所述成像镜头依次间隔同轴设置。
26.本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：组合使用亮暗场检测，集成亮暗场检测应对更多的尺寸缺陷和检测精度要求，适用性更强；同时，亮场检测和暗场检测共成像系统，简化了成像的光路节省了成本。
27.本技术实施例提供了一种亮暗场结合的光学检测装置，通过共成像系统的方式将亮场检测和暗场检测集成在一个光学检测装置上，其中成像系统包括同轴设置的分束镜组件、成像镜头和中继镜头，成像镜头朝向待测工件的待测表面以对待测表面进行成像；分束镜组件设于成像镜头和中继镜头之间，一方面将亮场光源引入成像系统中以进行亮场检测，另一方面也透过由成像镜头发出的亮场光和暗场光，以使得面阵相机通过中继镜头捕获到对应的成像图像。可以看出，亮场检测和暗场检测共成像系统，简化了成像的光路、节省了成本，组合使用亮暗场检测，集成亮暗场检测应对更多的尺寸缺陷和检测精度要求，适用性更强。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为亮暗场结合检测的光路示意图；
30.图2为亮场检测的光路示意图；
31.图3为暗场检测的光路示意图；
32.图4为新的亮暗场结合检测的光路示意图；
33.图中：1、光源部分；11、亮场光源部分；12、暗场光源部分；21、成像镜头；22、中继镜头；23、半透半反镜；24、偏振分光棱镜；25、1/4λ波片；3、面阵相机；4、待测表面。
34.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
35.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
37.本技术实施例提供了一种亮暗场结合的光学检测装置，其亮场检测和暗场检测共成像系统，简化了成像的光路节省了成本，组合使用亮暗场检测，集成亮暗场检测应对更多的尺寸缺陷和检测精度要求，适用性更强。
38.下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.如图1所示，一种亮暗场结合的光学检测装置，包括光源部分1、成像系统和面阵相机3；
40.所述光源部分1包括独立设置的亮场光源部分11和暗场光源部分12；
41.所述成像系统包括同轴设置的分束镜组件、成像镜头21和中继镜头22；
42.所述面阵相机3被配置为采集由所述中继镜头22输出的成像图像；其中，
43.所述暗场光源部分12被配置为向待测工件的待测表面4发出暗场光，所述成像镜头21被配置为朝向所述待测表面4；
44.所述亮场光源部分11被配置为向所述分束镜组件发出亮场光；所述分束镜组件设于所述成像镜头21和所述中继镜头22之间，被配置为将从所述亮场光源部分11发出的亮场光反射至所述成像镜头21中，以及将从所述成像镜头21发出的亮场光和/或暗场光透过并发射至所述中继镜头22。
45.在本技术实施例中，通过共成像系统的方式将亮场检测和暗场检测集成在一个光学检测装置上，其中成像系统包括同轴设置的分束镜组件、成像镜头21和中继镜头22，成像镜头21朝向待测工件的待测表面5以对待测表面4进行成像；分束镜组件设于成像镜头21和中继镜头22之间，一方面将亮场光引入成像系统中以进行亮场检测，另一方面也透过由成像镜头21发出的亮场光和暗场光，以使得面阵相机3通过中继镜头22捕获到对应的成像图像。
46.其中，所述分束镜组件具体有三类，第一类为半透半反镜bs，第二类为消偏振分光棱镜npbs，第三类为偏振分光棱镜pbs和1/4λ波片的组合。下面以具体实施例来介绍本技术。
47.如图2所示，在一具体实施例中，所述分束镜组件包括半透半反镜23。
48.在本实施例中，成像系统包括中继镜头22、半透半反镜23和成像镜头21，面阵相机3、中继镜头22、半透半反镜23和成像镜头21依次同轴设置，所述成像镜头21朝向待测工件的待测表面4，亮场光源部分11朝向所述半透半反镜23并垂直于所述同轴的轴线，暗场光源部分12朝向所述待测表面4。
49.点亮所述亮场光源部分11时所述面阵相机3拍照，亮场光由所述亮场光源部分11
向所述半透半反镜23发出，在半透半反镜23处反射并透过成像镜头21，成像镜头21将亮场光传递至待测表面4；所述亮场光在所述待测表面4发生反射后依次透过所述成像镜头21、所述半透半反镜23和所述中继镜头22，并经过所述中继镜头22成像在所述面阵相机3的sensor面，即由所述面阵相机3捕获到所述待测表面4的成像图像。
50.如图3所示，点亮所述暗场光源部分12时所述面阵相机3拍照，该暗场光源部分12向所述待测表面4发出暗场光，所述暗场光在所述待测表面4发生散射后依次透过所述成像镜头21和所述半透半反镜23，并经过所述中继镜头22成像在所述面阵相机3的sensor面，即由所述面阵相机3捕获到所述待测表面4的成像图像。
51.在本技术实施例中，所述成像系统提供的两个实施例均可基于亮场光实现成像，也可基于暗场光实现成像，故而所述面阵相机3能够获取亮场图像，也能够获取暗场图像。那么为了提供更好的光学检测效果，本实施例可以就暗场光源部分12和亮场光源部分11择一照明，或同时照明，以使得面阵相机3能够接收到多类成像图像，以供后期的图像处理使用。
52.若仅有暗场检测，我们知道暗场检测中成像系统接收到的由待测表面散射的光在检测表面光滑时为镜面反射，那么散射的光是无法进入成像系统的，故而在成像图像中灰度很低；若检测表面是缺陷部分，其散射的光能够进入成像系统，灰度较高，进而缺陷部分有较高的信噪比。由于亮场检测和暗场检测自身的特性，暗场检测的精度较亮场检测更高，所以同一光学检测装置能够根据实际需求进行亮场检测、暗场检测或是同步亮暗场检测，有效提高检测精度。
53.在另一具体实施例中，所述分束镜组件包括消偏振分光棱镜。亮场光源部分11和暗场光源部分12点亮进行成像检测时的工作原理与分束镜组件为半透半反镜23时的相同，在此不在详细赘述。
54.在所述分束镜组件为半透半反镜23的具体实施例中，亮场光源部分11发出的亮场光的一半投射到待测工件的待测表面4上，由待测表面4反射的亮场光的一半进入到面阵相机3，光每次经过半透半反镜23时，均损失一半的亮场光，理想状态下，面阵相机3所接收到的光能是亮场光源部分11发出的亮场光的1/4，光能损失较大。基于此，又提供了两种新的实施例，即所述分束镜组件包括偏振分光棱镜24和1/4λ波片25中的两种情况，其中，1/4λ波片与偏振分光棱镜24的搭配使用替代半透半反镜，理想状态下光源的损失为1/2，较半透半反镜23的方案中的光源利用率而言，提高了一倍。
55.第一种情况：所述分束镜组件包括偏振分光棱镜24和1/4λ波片25，所述中继镜头22、所述偏振分光棱镜24、所述1/4λ波片25和所述成像镜头21依次间隔同轴设置。
56.第二种情况：所述分束镜组件包括偏振分光棱镜24和1/4λ波片25，所述中继镜头22、所述偏振分光棱镜24、所述成像镜头21和所述1/4λ波片25依次间隔同轴设置。
57.即所述1/4λ波片25可以设在所述偏振分光棱镜24和所述成像镜头21之间，也可以设置所述成像镜头21和待测表面4之间。当所述1/4λ波片25安装在所述成像镜头21和待测表面4之间时，该安装位置是能够提高成像的光路中的信噪比的较佳位置。
58.以第二种情况介绍本技术实施例提供的一种亮暗场结合的光学检测装置。
59.在本技术实施例中，所述成像系统包括依次同轴设置的中继镜头22、偏振分光棱镜24、成像镜头21和1/4λ波片25，且所述面阵相机3朝向所述中继镜头22，所述成像镜头21
与所述待测表面4设在所述1/4λ波片25的两侧并朝向该待测表面4，亮场光源部分11朝向所述偏振分光棱镜24并垂直于所述同轴的轴线，暗场光源部分12朝向所述待测表面4。
60.如图4所示，点亮所述亮场光源部分11时所述面阵相机3拍照，该亮场光源部分11向所述偏振分光棱镜24发出亮场光，该亮场光在所述偏振分光棱镜24处反射p光并将该p光发射至成像镜头21，所述成像镜头21接收该p光并向所述1/4λ波片发射，所述1/4λ波片25接收从所述成像镜头21透射的p光并将其转换为圆偏光，该圆偏光达到待测工件照亮的待测工件的待测表面4，圆偏光在待测表面4发生反射回传至该1/4λ波片25，1/4λ波片25将由所述待测表面4反射的圆偏光转换为s光并发射至所述偏振分光棱镜24，所述偏振分光棱镜24向所述中继镜头22透射由所述1/4λ波片25发出的s光，经过所述中继镜头22成像在所述面阵相机3的sensor面，即由所述面阵相机3捕获到所述待测表面4的成像图像。
61.点亮所述暗场光源部分12时所述面阵相机3拍照，该暗场光源部分12向所述待测表面4发出暗场光，所述暗场光在所述待测表面4发生散射后依次透过所述1/4λ波片25、所述成像镜头21和所述偏振分光棱镜24和所述中继镜头22，并经过该中继镜头22成像在所述面阵相机3的sensor面，即由所述面阵相机3捕获到所述待测表面4的成像图像。
62.如图1所示，本技术实施例还提供了一种亮暗场结合的光学检测系统，包括光源部分1、成像系统和面阵相机3和待测工件；
63.所述光源部分1包括独立设置的亮场光源部分11和暗场光源部分12；
64.所述成像系统包括同轴设置的分束镜组件、成像镜头21和中继镜头22；
65.所述面阵相机3被配置为采集由所述中继镜头22输出的成像图像；其中，
66.所述暗场光源部分12被配置为向所述待测工件的待测表面4发出暗场光，所述成像镜头21被配置为朝向所述待测表面4；
67.所述亮场光源部分11被配置为向所述分束镜组件发出亮场光；所述分束镜组件设于所述成像镜头21和所述中继镜头22之间，被配置为将从所述亮场光源部分11发出的亮场光反射至所述成像镜头21中，以及将从所述成像镜头21发出的亮场光和/或暗场光透过并发射至所述中继镜头22。
68.在本技术实施例中，通过共成像系统的方式将亮场检测和暗场检测集成在一个光学检测装置上，其中成像系统包括同轴设置的分束镜组件、成像镜头21和中继镜头22，成像镜头21朝向待测工件的待测表面5以对待测表面4进行成像；分束镜组件设于成像镜头21和中继镜头22之间，一方面将亮场光引入成像系统中以进行亮场检测，另一方面也透过由成像镜头21发出的亮场光和暗场光，以使得面阵相机3通过中继镜头22捕获到对应的成像图像。
69.其中，所述分束镜组件具体有三类，第一类为半透半反镜bs，第二类为消偏振分光棱镜npbs，第三类为偏振分光棱镜pbs和1/4λ波片的组合。下面以具体实施例来介绍本技术。
70.在一具体实施例中，所述分束镜组件包括半透半反镜23。
71.在本实施例中，成像系统包括中继镜头22、半透半反镜23和成像镜头21，面阵相机3、中继镜头22、半透半反镜23和成像镜头21依次同轴设置，所述成像镜头21朝向待测工件的待测表面4，亮场光源部分11朝向所述半透半反镜23并垂直于所述同轴的轴线，暗场光源部分12朝向所述待测表面4。
72.如图2所示，点亮所述亮场光源部分11时所述面阵相机3拍照，亮场光由所述亮场光源部分11向所述半透半反镜23发出，在半透半反镜23处反射并透过成像镜头21，成像镜头21将亮场光传递至待测表面4；所述亮场光在所述待测表面4发生反射后依次透过所述成像镜头21、所述半透半反镜23和所述中继镜头22，并经过所述中继镜头22成像在所述面阵相机3的sensor面，即由所述面阵相机3捕获到所述待测表面4的成像图像。
73.如图3所示，点亮所述暗场光源部分12时所述面阵相机3拍照，该暗场光源部分12向所述待测表面4发出暗场光，所述暗场光在所述待测表面4发生散射后依次透过所述成像镜头21和所述半透半反镜23，并经过所述中继镜头22成像在所述面阵相机3的sensor面，即由所述面阵相机3捕获到所述待测表面4的成像图像。
74.在本技术实施例中，所述成像系统提供的两个实施例均可基于亮场光实现成像，也可基于暗场光实现成像，故而所述面阵相机3能够获取亮场图像，也能够获取暗场图像。那么为了提供更好的光学检测效果，本实施例可以就暗场光源部分12和亮场光源部分11择一照明，或同时照明，以使得面阵相机3能够接收到多类成像图像，以供后期的图像处理使用。
75.在另一具体实施例中，所述分束镜组件包括消偏振分光棱镜。亮场光源部分11和暗场光源部分12点亮进行成像检测时的工作原理与分束镜组件为半透半反镜23时的相同，在此不在详细赘述。
76.在所述分束镜组件为半透半反镜23的具体实施例中，亮场光源部分11发出的亮场光的一半投射到待测工件的待测表面4上，由待测表面4反射的亮场光的一半进入到面阵相机3，光每次经过半透半反镜23时，均损失一半的亮场光，理想状态下，面阵相机3所接收到的光能是亮场光源部分11发出的亮场光的1/4，光能损失较大。基于此，又提供了两种新的实施例，即所述分束镜组件包括偏振分光棱镜24和1/4λ波片25中的两种情况，其中，1/4λ波片与偏振分光棱镜24的搭配使用替代半透半反镜，理想状态下光源的损失为1/2，较半透半反镜23的方案中的光源利用率而言，提高了一倍。
77.第一种情况：所述分束镜组件包括偏振分光棱镜24和1/4λ波片25，所述中继镜头22、所述偏振分光棱镜24、所述1/4λ波片25和所述成像镜头21依次间隔同轴设置。
78.第二种情况：所述分束镜组件包括偏振分光棱镜24和1/4λ波片25，所述中继镜头22、所述偏振分光棱镜24、所述成像镜头21和所述1/4λ波片25依次间隔同轴设置。
79.即所述1/4λ波片25可以设在所述偏振分光棱镜24和所述成像镜头21之间，也可以设置所述成像镜头21和待测表面4之间。当所述1/4λ波片25安装在所述成像镜头21和待测表面4之间时，该安装位置是能够提高成像的光路中的信噪比的较佳位置。
80.以第二种情况介绍本技术实施例提供的一种亮暗场结合的光学检测装置。
81.在本技术实施例中，所述成像系统包括依次同轴设置的中继镜头22、偏振分光棱镜24、成像镜头21和1/4λ波片25，且所述面阵相机3朝向所述中继镜头22，所述成像镜头21与所述待测表面4设在所述1/4λ波片25的两侧并朝向该待测表面4，亮场光源部分11朝向所述偏振分光棱镜24并垂直于所述同轴的轴线，暗场光源部分12朝向所述待测表面4。
82.如图4所示，点亮所述亮场光源部分11时所述面阵相机3拍照，该亮场光源部分11向所述偏振分光棱镜24发出亮场光，该亮场光在所述偏振分光棱镜24处反射p光并将该p光发射至成像镜头21，所述成像镜头21接收该p光并向所述1/4λ波片发射，所述1/4λ波片25接
收从所述成像镜头21透射的p光并将其转换为圆偏光，该圆偏光达到待测工件照亮的待测工件的待测表面4，圆偏光在待测表面4发生反射回传至该1/4λ波片25，1/4λ波片25将由所述待测表面4反射的圆偏光转换为s光并发射至所述偏振分光棱镜24，所述偏振分光棱镜24向所述中继镜头22透射由所述1/4λ波片25发出的s光，经过所述中继镜头22成像在所述面阵相机3的sensor面，即由所述面阵相机3捕获到所述待测表面4的成像图像。
83.点亮所述暗场光源部分12时所述面阵相机3拍照，该暗场光源部分12向所述待测表面4发出暗场光，所述暗场光在所述待测表面4发生散射后依次透过所述1/4λ波片25、所述成像镜头21和所述偏振分光棱镜24和所述中继镜头22，并经过该中继镜头22成像在所述面阵相机3的sensor面，即由所述面阵相机3捕获到所述待测表面4的成像图像。
84.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等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，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
85.需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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、物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、物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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
86.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的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技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。