TWM614234U - 照明裝置及暗場檢測系統 - Google Patents

Abstract

本創作涉及一種照明裝置和暗場檢測系統，照明裝置包含光源、光導及光路整形機構，照明裝置具有第一軸線；其中，光導具有複數個輸出分端，複數個輸出分端環繞第一軸線間隔佈置，各輸出分端皆為狹縫，並與第一軸線形成夾角；光路整形機構設置於輸出分端的出口端，以與輸出分端共同形成光路成形路徑，光路成形路徑對目標物形成環形照射；光源輸出照明光束，照明光束耦合至光導並從輸出分端輸入光路整形機構，經由光路整形機構整形後的照明光束入射至目標物，並在目標物上疊加以形成線型照射區。本創作之照明裝置具有結構小巧，易於安裝的優點。

Description

照明裝置及暗場檢測系統

本創作涉及半導體製造技術領域，具體涉及一種照明裝置及暗場檢測系統。

在半導體製造製程中，為了檢測晶片表面上的缺陷、顆粒及/或圖案而使用各種系統以用於自動檢測半導體晶片，暗場檢測系統即為其中之一。在暗場檢測系統中，若待檢測的晶片表面沒有缺陷、顆粒或圖形，照明光束會發生鏡面反射，並且不會被成像光學元件捕獲。即在暗場檢測系統中，表面平滑的晶片對成像光學元件而言顯得很暗，而晶片上的微小顆粒或圖形沿不同方向反射或散射一些光，其中一部分反射光或散射光進入成像光學元件，使得小顆粒或圖形在暗場系統的視場中顯示為亮點。

在對晶片進行檢測時以直線方向進行掃描，因而希望能夠形成具有高照明密度的線型照射區，以提高檢測效率。

本創作的目的在於提供一種照明裝置及暗場檢測系統，照明裝置能夠在目標物上形成高密度的線型照射區，提高檢測效率。

為實現上述目的，本創作提供的一種照明裝置，包含光源、光導及光路整形機構，照明裝置具有第一軸線；其中，光導具有複數個輸出分端，複數個輸出分端環繞第一軸線間隔佈置，各輸出分端為狹縫，狹縫與第一軸線之間形成一夾角，至少一部分的狹縫與第一軸線所形成的夾角的角度不同；光路整形機構設置於輸出分端的出口端，以與輸出分端共同形成光路成形路徑，光路成形路徑對目標物形成環形照射；光源輸出照明光束，照明光束耦合至光導並從輸出分端輸入光路整形機構，經由光路整形機構整形後的照明光束入射至目標物，並在目標物上疊加以形成線型照射區。

較佳地，光源為寬帶光源。

較佳地，光路整形機構的數量與輸出分端的數量相同並分別與輸出分端對應地設置，光路整形機構包含依序佈置的臨界照明結構和第一折光元件，臨界照明結構靠近輸出分端的出口端設置。

較佳地，光路整形機構進一步包含勻光元件，勻光元件設置於輸出分端的出口端與臨界照明結構之間。

較佳地，勻光元件為勻光棒或反射式勻光腔。

較佳地，第一折光元件包含第一直角棱鏡和第一反射鏡，第一直角棱鏡設置於臨界照明結構與第一反射鏡之間，第一直角棱鏡包含第一直角面、第一斜面和第二直角面，其中第一直角面為入光面，第一斜面為反射面，第二直角面為出光面；輸出分端輸出的照明光束經由臨界照明結構射入第一直角面，並經第一斜面反射後，經由第二直角面射入第一反射鏡，第一反射鏡將照明光束反射至目標物。

較佳地，光路整形機構包含準直鏡、擴散元件和匯聚元件，輸出分端輸出的照明光束依序經準直鏡、擴散元件和匯聚元件後入射至目標物

較佳地，擴散元件為一維擴散元件。

較佳地，準直鏡的數量與輸出分端的數量相同並分別與輸出分端對應地設置，擴散元件和匯聚元件的數量均為一個。

較佳地，擴散元件包含複數個微柱透鏡，複數個微柱透鏡平行佈置並形成環形結構，擴散元件的軸線與第一軸線重合。

較佳地，匯聚元件為具有中心圓孔的透鏡，匯聚元件進一步具有相對的第一表面和第二表面，其中，第一表面為平面並朝向擴散元件設置，第二表面上刻錄有與中心圓孔同軸的複數個同心圓；匯聚元件的軸線與第一軸線重合。

較佳地，匯聚元件為具有中心圓孔的菲涅爾透鏡。

較佳地，光路整形機構進一步包含第二折光元件，第二折光元件包含第二直角棱鏡和反射鏡組，其中第二直角棱鏡設置於準直鏡與擴散元件之間，並包含第三直角面、第二斜面和第四直角面，第三直角面為入光面，第二斜面為反射面，第四直角面為出光面；反射鏡組設置於匯聚元件背離擴散元件的一側，並包含第二反射鏡和第三反射鏡，第二反射鏡反射面朝向匯聚元件設置，第三反射鏡的反射面背離匯聚元件設置；輸出分端射出的照明光束經準直鏡射入第三直角面、第二斜面、第四直角面後，再依序射入擴散元件、匯聚元件及第二反射鏡，第二反射鏡將照明光束反射至第三反射鏡，第三反射鏡將照明光束反射至目標物。

為了實現上述目的，本創作進一步提供了一種暗場檢測系統，包含如上所述的照明裝置和成像光學元件，照明裝置用於在目標物上形成線型照射區，成像光學元件用於捕捉來自目標物的反射光或散射光並形成圖像。

與先前技術相比，本創作的照明裝置及暗場檢測系統具有如下優點：

第一，上述的照明裝置包含光源、光導及光路整形機構，照明裝置進一步具有第一軸線，其中，光導的輸出端具有複數個輸出分端，複數個輸出分端環繞第一軸線間隔佈置，各輸出分端皆為狹縫，狹縫與第一軸線之間形成一夾角，至少一部分的狹縫與第一軸線所形成的夾角的角度不同；光路整形機構設置於輸出分端的出口端以與輸出分端共同形成光路成形路徑，光路成形路徑形成環形照射。寬帶光源輸出照明光束，照明光束耦合至光導並從輸出分端輸入光路整形機構，經由光路整形機構整形後的照明光束在目標物上疊加以形成線型照射區，提高照明功率密度和線掃描速率，同時此照明裝置結構小巧，可直接接入成像元件的下端，使用方便。

第二，上述光源為寬帶光源，不存在干涉條紋和散斑效應，可以有效抑制雜散光，有利於晶片缺陷的檢出。並且，此光源的波段為連續可選擇的，可以提高製程適應性。

為使本創作的目的、優點和特徵更加清楚，以下將結合附圖對本創作作進一步詳細說明。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便且明確地輔助說明本創作實施例的目的。

如在本說明書中所使用的，單數形式「一」、「一個」以及「該」包含複數對象，除非內容有另外明確指出。如在本說明書中所使用的，術語「或」通常是以包含「及/或」的含義而進行使用的，除非內容有另外明確指出，以及術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接。可以是機械連接，也可以是電連接。可以是直接相連，也可以透過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域具有通常知識者而言，可以根據具體情況理解上述術語在本創作中的具體含義。附圖中相同或相似的元件符號代表相同或相似的部件。

如參考圖1，本創作實施例提供一種照明裝置及暗場檢測系統，所示暗場檢測系統包含成像光學元件和照明裝置20，成像光學元件包含檢測物鏡11和成像元件(圖中未示出)，照明裝置20設置於檢測物鏡11的下方。照明裝置20用於為待檢測的目標物30，例如晶片，提供照明光束，並在目標物30上形成照射區。檢測物鏡11用於捕獲目標物30的反射光或散射光，成像元件用於捕獲檢測物鏡11的光訊號並形成圖像。當目標物30的表面為光滑平面時，目標物30發生鏡面反射，檢測物鏡11將不會捕獲光束，而當目標物30的表面存在圖案或顆粒時，這些圖案或顆粒將照射光束反射或散射至檢測物鏡11，成像元件檢測到光訊號，並形成有亮點的圖像。

如先前技術所述，在進行暗場檢測時，希望照明裝置能夠形成線型照射區，以提高線掃描速率。本創作實施例所提供的照明裝置即用於提供線型照射區。請參考圖2至圖4，照明裝置20包含光源(圖中未示出)、光導及光路整形機構；光導具有複數個輸出分端100，複數個輸出分端100環繞一軸線間隔佈置，各輸出分端100的出口端皆被設置為狹縫，狹縫與第一軸線之間形成一夾角，至少一部分的狹縫與第一軸線所形成的夾角的角度不同。為便於說明，下文中將此軸線稱之為第一軸線L。光路整形機構設置於輸出分端100的出口端以與輸出分端100共同形成光路成形路徑，光路成形路徑對目標物30形成環形照射。光源輸出照明光束，照明光束耦合至光導並從輸出分端100輸入光路整形機構，經由光路整形機構整形後的照明光束入射至目標物30，並在目標物30上疊加以形成直線型照射區。可以理解的是，此處狹縫與第一軸線形成的夾角是指，將狹縫與第一軸線投影至同一平面坐標系時，兩者相交(或兩者的延長線相交)而形成的夾角，並且此夾角為銳角或直角。

本實施例中，光導可採用光纖束，輸出分端100的數量根據實際檢測的需要而確定，例如可以是6個、8個、9個、13個、16個等，較佳地，輸出分端100的數量為偶數個，且複數個輸出分端100環繞第一軸線L均勻地佈置。本實施例照明裝置20可集成為一體結構並設置於檢測物鏡11的下方，具有結構小巧以及安裝方便的優勢。

進一步地，光源可為寬帶光源，寬帶光源具有波段連續的特點，可提高該照明裝置20的製程適應性。同時寬帶光源進一步具有不產生干涉條紋和散斑效應以及有效抑制雜散光的優點，有利於目標物30的缺陷檢測。

在下文中，本文將結合附圖對本創作實施例所提供的照明裝置20的結構作具體說明，但應理解的是，以下各實施例僅以列舉的方式對照明裝置20的結構做說明，其不應當對本創作構成限制。

實施例一

請參考圖2，本實施例中，各輸出分端100的出口端皆設置有一個光路整形機構，複數個光路整形機構分別與輸出分端100對應地設置。本實施例中，複數個輸出分端100沿圍繞第一軸線L的圓周均勻佈置，這樣複數個光路整形機構也圍繞第一軸線L均勻佈置。將照明裝置20應用於暗場檢測系統時，複數個光路整形機構可圍繞目標物30均勻佈置而形成環形照射。

光路整形機構的具體結構請參考圖3及圖4，光路整形機構包含臨界照明結構200和第一折光元件，其中臨界照明結構200設置於輸出分端100的出口端與第一折光元件之間。照明光束從輸出分端100輸出後，依序輸入臨界照明結構200和第一折光元件，並被第一折光元件反射至目標物30的表面，最後在目標物30的表面完全重疊而形成直線型照射區。

其中，臨界照明結構200既包含嚴格的光學意義上的臨界照明結構(為便於區分，在下文中稱之為純臨界照明結構)，也包含類臨界照明結構，上述「類臨界照明結構」是指本領域具有通常知識者在純臨界照明結構的基礎上，透過對純臨界照明結構中的光學元件的方位、角度或鏡組的焦距中的至少一個參數進行微調，使得在將此類臨界照明結構應用於成像時，物與像之間出現預定的離焦，其中，上述「預定的離焦」的具體值根據檢測的實際需要來確定。可理解的是，對於本領域具有通常知識者而言，純臨界照明結構為習知的通常知識，而將純臨界照明結構調整為類臨界照明結構是本領域具有通常知識者在習知的通常知識的基礎上進行常規調節就可以做到的。

如上所述，輸出分端100被設計為狹縫，狹縫與第一軸線L之間形成一夾角，且至少一部分的輸出分端100與第一軸線L所形成的夾角的角度不同，各輸出分端100與第一軸線L所形成的夾角根據實際需要進行設定，例如可根據輸出分端100的數量及照明光束的入射角度進行設定。在一種較佳的實施方式中，輸出分端100的數量為八個，且相鄰兩個輸出分端100之間的夾角為45°(即八個輸出分端100的方位角分別為0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°及315°)，當照明光束的入射角度為62°時，按照順時針方向，各輸出分端100與第一軸線L所形成的夾角的角度如表1所示。當然，在其他實施方式中，隨著照明光束的入射角度的改變，各輸出分端100與第一軸線L所形成的夾角的角度也隨之進行調整，只要複數個輸出分端100輸出的光束在經光路整形元件整形後能夠在目標物30上形成線性照明即可。 表1

輸出分端方位角(單位：°)	0	45	90	135	180	225	270	315
輸出分端與第一軸線形成的 夾角的角度(單位：°)	0	25	90	-25	0	25	90	-25

較佳地，光路整形機構進一步包含勻光元件(圖中未示出)，勻光元件設置於輸出分端100的出口端與臨界照明結構200之間，其目的在於改善從輸出分端100輸出的照明光束的照明均勻性。對於採用純臨界照明結構的光路整形機構而言，勻光元件對於照明光束之均勻性的改善效果更為顯著。本實施例中，勻光元件可以是勻光棒或反射式勻光腔。

較佳地，請接續參考圖3，第一折光元件包含第一直角棱鏡310和第一反射鏡320。第一直角棱鏡310包含第一直角面311、第一斜面312和第二直角面313，其中第一直角面311朝向臨界照明裝置200設置而構成入光面，第一斜面312為反射面，第二直角面313為出光面，第一反射鏡320設置於第二直角面313所在的一側並與第二直角面313之間形成一夾角。輸出分端100輸出的照明光束經由臨界照明結構200射入第一直角面311，並經第一斜面312反射後，再經由第二直角面313射入第一反射鏡320，第一反射鏡320將照明光束反射至目標物30上，以在目標物30上形成直線型照射區。

實施例二

請參考圖5及圖6，本實施例與實施例一的區別之處在於，光路整形機構包含準直鏡400、擴散元件500和匯聚元件600，準直鏡400、擴散元件500和匯聚元件600沿輸出分端100的出口端依序佈置。

請繼續參考圖5及圖6，光路整形機構的數量為一個，一個光路整形機構包含複數個準直鏡400、一個擴散元件500和一個匯聚元件600。其中，準直鏡400的數量與輸出分端100的數量相等，並分別與輸出分端100對應地設置。擴散元件500為一維擴散元件，其可以具有多種形式，例如擴散元件500可以包含複數個微柱透鏡510，如圖7所示，複數個微柱透鏡510平行佈置並形成環形結構例如圓環形。如圖8所示，匯聚元件600為具有中心圓孔的透鏡，且匯聚元件600進一步具有相對的第一表面和第二表面，其中，第一表面為平面並朝向擴散元件500設置，第二表面上刻錄有與中心圓孔同軸的複數個同心圓。在一種實施方式中，匯聚元件600可透過在菲涅爾透鏡的中心開圓孔得到。

在照明裝置20中，擴散元件500及匯聚元件600同軸地佈置以使光路整形機構具有中心通孔，並且擴散元件500軸線、匯聚元件600的軸線與第一軸線L重合。將照明裝置20應用於暗場檢測系統時，照明裝置20與檢測物鏡11同軸設置，當待檢測的目標物30的表面不平滑時，目標物30表面的顆粒或圖形反射(或散射)照明光束，且反射光(或散射光)將穿過中心通孔而被檢測物鏡11捕獲，以形成圖像上的亮點而被識別。

實施例三

本實施例與實施例二的區別之處在於，光路整形機構進一步包含第二折光元件。請參考圖9，第二折光元件的數量與準直鏡400的數量相同並分別與準直鏡400對應地設置。具體地，各第二折光元件皆包含第二直角棱鏡710和反射鏡組720。

其中，第二直角棱鏡710設置在準直鏡400與擴散元件500之間，並包含第三直角面711、第二斜面712和第四直角面713，第三直角面711朝向準直鏡400設置而構成入光面，第二斜面712為反射面，第四直角面713朝向擴散元件500設置而構成出光面。反射鏡組720設置在匯聚元件600背離擴散元件500的一側，並包含第二反射鏡721和第三反射鏡722，第二反射鏡721和第三反射鏡722可以皆平行於匯聚元件600設置，並且第二反射鏡721的反射面朝向匯聚元件600設置，第三反射鏡722的反射面背離匯聚元件600設置。輸出分端100輸出的照明光束經由準直鏡400射入第三直角面711，並被第二斜面712反射後從第四直角面713射出，之後照明光束經由擴散元件500擴散後，再經由匯聚元件600入射至第二反射鏡721，照明光束被第二反射鏡721反射至第三反射鏡722，再被第三反射鏡722反射至目標物30而形成線型照射區。透過設置第二折光元件，以使照明裝置20的軸向尺寸縮小。

此外，如圖10所示，當平行光束經過擴散元件500後先聚焦再發散為具有一定角度的光束。

雖然本創作揭露如上，但並不局限於此。本領域具有通常知識者可以對本創作進行各種改動和變型而不脫離本創作的精神和範圍。因此，若本創作的這些修改和變型屬於本創作申請專利範圍及其等同技術的範圍之內，則本創作也意圖包含這些改動和變型在內。

11:檢測物鏡 20:照明裝置 100:輸出分端 200:臨界照明結構 310:第一直角棱鏡 311:第一直角面 312:第一斜面 313:第二直角面 320:第一反射鏡 400:準直鏡 500:擴散元件 510:微柱透鏡 600:匯聚元件 710:第二直角棱鏡 711:第三直角面 712:第二斜面 713:第四直角面 720:反射鏡組 721:第二反射鏡 722:第三反射鏡 30:目標物 L:第一軸線

圖1是本創作根據一實施例所提供的暗場檢測系統的結構示意圖； 圖2是本創作根據一實施例所提供的照明裝置的暗場角譜分佈示意圖； 圖3是本創作根據一實施例所提供的照明裝置的光路整形機構的結構示意圖； 圖4是圖3所示的照明裝置中輸出分端的排布方式； 圖5是本創作根據一實施例所提供的照明裝置的光路整形機構在一個方向上的結構示意圖； 圖6是圖5所示的照明裝置的光路整形機構在另一個方向上的結構示意圖； 圖7是圖5所示的照明裝置的擴散元件的結構示意圖； 圖8是圖5所示的照明裝置的匯聚元件的結構示意圖； 圖9是本創作根據一實施例所提供的照明裝置的光路整形機構的結構示意圖； 圖10是本創作根據一實施例所提供的平行光束經過光路整形機構後發送一維發散的示意圖。

11:檢測物鏡

20:照明裝置

30:目標物

Claims (14)

1. 一種照明裝置，包含一光源、一光導及一光路整形機構，該照明裝置具有一第一軸線；其中，該光導具有複數個輸出分端，該複數個輸出分端環繞該第一軸線間隔佈置，各該輸出分端的出口端皆為一狹縫，該狹縫與該第一軸線之間形成一夾角，至少一部分的該狹縫與該第一軸線所形成的該夾角的角度不同；該光路整形機構設置於該輸出分端的出口端，以與該輸出分端共同形成一光路成形路徑，該光路成形路徑對一目標物形成環形照射； 該光源輸出一照明光束，該照明光束耦合至該光導並從該輸出分端輸入該光路整形機構，經由該光路整形機構整形後的該照明光束入射至該目標物，並在該目標物上疊加以形成一線型照射區。
2. 如請求項1所述之照明裝置，其中該光源為寬帶光源。
3. 如請求項1或請求項2所述之照明裝置，其中該光路整形機構的數量與該輸出分端的數量相同並分別與該輸出分端對應地設置，該光路整形機構包含依序佈置的一臨界照明結構和一第一折光元件，該臨界照明結構靠近該輸出分端的出口端設置。
4. 如請求項3所述之照明裝置，其中該光路整形機構進一步包含一勻光元件，該勻光元件設置於該輸出分端的出口端與該臨界照明結構之間。
5. 如請求項4所述之照明裝置，其中該勻光元件為勻光棒或反射式勻光腔。
6. 如請求項3所述之照明裝置，其中該第一折光元件包含一第一直角棱鏡和一第一反射鏡，該第一直角棱鏡設置於該臨界照明結構與該第一反射鏡之間，該第一直角棱鏡包含一第一直角面、一第一斜面和一第二直角面，其中該第一直角面為入光面，該第一斜面為反射面，該第二直角面為出光面； 該輸出分端輸出的該照明光束經由該臨界照明結構射入該第一直角面，並經該第一斜面反射後，經由該第二直角面射入該第一反射鏡，該第一反射鏡將該照明光束反射至該目標物。
7. 如請求項1或請求項2所述之照明裝置，其中該光路整形機構包含一準直鏡、一擴散元件和一匯聚元件，該輸出分端輸出的該照明光束依序經該準直鏡、該擴散元件和該匯聚元件後入射至該目標物。
8. 如請求項7所述之照明裝置，其中該擴散元件為一維擴散元件。
9. 如請求項8所述之照明裝置，其中該準直鏡的數量與該輸出分端的數量相同並分別與該輸出分端對應地設置，該擴散元件和該匯聚元件的數量均為一個。
10. 如請求項9所述之照明裝置，其中該擴散元件包含複數個微柱透鏡，該複數個微柱透鏡平行佈置並形成環形結構，該擴散元件的軸線與該第一軸線重合。
11. 如請求項9所述之照明裝置，其中該匯聚元件為具有一中心圓孔的透鏡，該匯聚元件還具有相對的一第一表面和一第二表面，其中，該第一表面為平面並朝向該擴散元件設置，該第二表面上刻錄有與該中心圓孔同軸的複數個同心圓；該匯聚元件的軸線與該第一軸線重合。
12. 如請求項11所述之照明裝置，其中該匯聚元件為具有該中心圓孔的菲涅爾透鏡。
13. 如請求項7所述之照明裝置，其中該光路整形機構進一步包含一第二折光元件，該第二折光元件包含一第二直角棱鏡和一反射鏡組，其中該第二直角棱鏡設置於該準直鏡與該擴散元件之間，並包含一第三直角面、一第二斜面和一第四直角面，該第三直角面為入光面，該第二斜面為反射面，該第四直角面為出光面；該反射鏡組設置於該匯聚元件背離該擴散元件的一側，並包含一第二反射鏡和一第三反射鏡，該第二反射鏡反射面朝向該匯聚元件設置，該第三反射鏡的反射面背離該匯聚元件設置； 該輸出分端射出的該照明光束經該準直鏡射入該第三直角面、該第二斜面、該第四直角面後，再依序射入該擴散元件、該匯聚元件及該第二反射鏡，該第二反射鏡將該照明光束反射至該第三反射鏡，該第三反射鏡將該照明光束反射至該目標物。
14. 一種暗場檢測系統，包含如請求項1至請求項13中的任意一項所述之照明裝置和成像光學元件，該照明裝置用於在一目標物上形成一線型照射區，該成像光學元件用於捕捉來自該目標物的反射光或散射光並形成圖像。

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