一种检测装置和检测方法与流程

1.本技术涉及检测及照明技术领域，特别是涉及一种检测装置和检测方法。


背景技术：

2.在半导体、终端等技术领域，对产品的形貌具有较高的要求，因此需要进行严格的检测。在对待测物进行形貌检测时，若环境光较弱，通常需要对待测物进行照明。以晶圆为例，晶圆通常包括平坦区(flat)、倾斜区(bevel)和开口区(notch)。
3.目前对晶圆进行检测时，常对晶圆进行斜入射的明场照明。但是这种照明方式难以照射到开口区，因此难以对晶圆的开口区进行准确检测。此外，也难以为平坦区和倾斜区之间的过渡区域提供充足的光线，容易导致检测的数据不连贯。如此一来，导致检测量降低，检测准确性较低。


技术实现要素：

4.基于上述问题，本技术提供了一种检测装置和检测方法，以提升对待测物的检测准确性，提升检测量。
5.本技术实施例公开了如下技术方案：
6.第一方面，本技术提供一种检测装置，包括：照明组件和成像组件；所述照明组件包括：穹顶组件；所述成像组件包括：成像镜头和探测器；
7.当所述穹顶组件被点亮时，用于对所述待测物进行照明；所述穹顶组件位于所述成像组件的光轴的一侧，且所述穹顶组件朝着背离所述光轴的方向凹陷；
8.所述成像镜头用于收集经所述待测物反射和/或散射的光并提供给所述探测器；
9.所述探测器用于根据所述成像镜头收集的光形成对所述待测物的检测图像。
10.可选地，所述穹顶组件为球体的一部分，所述穹顶组件的球心位于所述成像组件的光轴上。
11.可选地，成像组件的光轴与所述成像组件的焦平面交点为所述成像组件的成像视场中心；所述成像视场中心与所述球心的距离小于或等于所述待测物的厚度的一半。
12.可选地，所述穹顶组件的发光球面半径在40mm至60mm区间内，所述穹顶组件在弧矢面的角度在90
°
至150
°
区间内。
13.可选地，所述照明组件还包括：同轴组件；所述同轴组件包括：同轴光源；所述成像组件还包括分束器，其中，所述同轴光源出射的光经所述分束器反射后到达所述待测物的表面，经所述待测物返回的光由所述分束器透射后到达所述探测器；或者，所述同轴光源出射的光经所述分束器透射后到达所述待测物的表面，经所述待测物返回的光由所述分束器反射后到达所述探测器；。
14.可选地，所述同轴光源为光纤光源或led光源。
15.可选地，所述同轴光出射的光经分束器反射后到达待测物表面，经待测物返回的光由分束器透射后到达所述探测器；所述同轴组件还包括：消光元件，用于吸收所述同轴光
源出射的经分束器透射的光。
16.可选地，光纤光源包括：灯箱、耦合光纤和耦合镜头，其中所述耦合光纤的发光面位于所述耦合镜头的第一焦平面，所述待测物的表面的至少一个点位于所述耦合镜头的第二焦平面。
17.可选地，耦合镜头的焦距大于所述成像镜头的工作距离。
18.可选地，照明组件还包括：所述第一照明组件；当所述第一照明组件被点亮时，用于对所述待测物进行暗场照明；所述第一照明组件的出光方向与所述成像组件的光轴具有锐角夹角。
19.可选地，第一照明组件包括：第一子组件、第二子组件；所述第一子组件与所述第二子组件的出光方向不相同。
20.可选地，第一子组件的出光方向、所述第二子组件的出光方向和所述成像组件的光轴位于同一平面，且所述第一子组件的出光方向和所述第二子组件的出光方向关于所述成像组件的光轴对称；所述穹顶组件位于所述平面的一侧。
21.可选地，第一子组件和所述第二子组件均为光纤光源。
22.第二方面，本技术提供一种检测方法，应用第一方面任意一种检测装置，所述方法包括：
23.利用所述照明组件对所述待测物的待测区进行照明；
24.利用所述成像镜头收集经所述待测物反射和/或散射的光，并提供给所述探测器；
25.利用所述探测器根据所述成像镜头收集的光形成对所述待测物的检测图像。
26.可选地，成像组件的光轴与所述成像组件的焦平面交点为所述成像组件的成像视场中心；所述成像视场中心与所述穹顶组件所在的球体的球心距离小于或等于所述待测物的厚度；
27.利用所述照明组件对所述待测物的待测区进行照明之前，所述方法还包括：使所述待测物的待测区覆盖所述成像视场中心。
28.可选地，所述待测物为待测晶圆，所述待测区为所述待测晶圆的边缘区域；所述待测晶圆的边缘区域包括：平坦区、倾斜区和开口区；
29.所述利用所述照明组件对所述待测物的待测区进行照明，具体包括以下一个步骤或多个步骤的组合：
30.点亮所述同轴组件、所述穹顶组件和所述第一照明组件，通过所述检测装置对所述平坦区、所述倾斜区和所述开口区进行成像检测，获取所述平坦区、所述倾斜区和所述开口区的明场图像；
31.点亮所述同轴组件，通过所述检测装置对所述平坦区进行成像检测获取所述平坦区的明场图像，并对所述倾斜区和所述开口区进行成像检测，获取所述倾斜区和所述开口区的暗场图像；
32.点亮所述穹顶组件，通过所述检测装置对所述倾斜区和所述开口区进行检测成像，获得所述倾斜区和所述开口区的明场图像，并对所述平坦区进行成像检测，获取所述平坦区的暗场图像；
33.点亮所述同轴组件和所述第一照明组件，通过所述检测装置对所述倾斜区和所述开口区进行成像检测，获取所述倾斜区和所述开口区的暗场图像；点亮所述穹顶组件和所
述第一照明组件，通过所述检测装置对所述平坦区进行成像检测，获取所述平坦区的暗场图像。
34.相较于现有技术，本技术具有以下有益效果：
35.本技术提供的检测装置包括：照明组件和成像组件；照明组件包括：穹顶组件；成像组件包括：成像镜头和探测器；当穹顶组件被点亮时，用于对待测物进行照明。穹顶组件位于成像组件的光轴的一侧，且所述穹顶组件朝着背离所述光轴的方向凹陷。成像镜头用于收集经待测物反射和/或散射的光并提供给探测器；探测器用于根据所述成像镜头收集的光形成对待测物的检测图像。由于穹顶组件能够提供非常丰富的照明方向，因此，能够对被测物的多种类型的区域进行丰富的照明，便于对这些多种类型的区域进行成像检测。如此一来，提升了对待测物的检测准确性，避免调整待测物的角度或改变照射角度，进而提升了检测效率和检测量。
附图说明
36.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1为本技术实施例提供的一种检测装置在子午面的结构示意图；
38.图2为本技术实施例提供的一种检测装置在弧矢面的结构示意图；
39.图3为本技术实施例提供的另一种检测装置在子午面的结构示意图；
40.图4为本技术实施例提供的一种暗场光纤的内部结构示意图；
41.图5为本技术实施例提供的一种检测装置对晶圆边缘进行检测的立体示意图；
42.图6为图5所示立体结构的俯视图；
43.图7为晶圆平坦区、倾斜区和开口区的示意图；
44.图8为利用本技术实施例提供的检测装置对晶圆的平坦区、开口区及倾斜区进行照明和成像的仿真示意图；
45.图9为本技术实施例提供的一种检测方法流程图。
具体实施方式
46.正如前文描述，目前的检测装置对于待测物的多种类型区域很难提供充足的光线，导致检测量较低，检测准确性不佳。基于此问题，发明人经过研究，在本技术中提供一种检测装置及检测方法。检测装置中，穹顶组件作为照明组件对待测物进行照明，能够为待测物提供非常丰富的照明方向，从而便于对待测物的多种类型的区域检测提供充足的照明条件，提升检测量和检测准确性。
47.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，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，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，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。
48.装置实施例
49.在本技术提供的检测装置中，包括：照明组件和成像组件。其中，照明组件用于对待测物进行照明，成像组件用于在照明组件提供的照明条件下对待测物进行成像和检测。以下结合附图详细介绍检测装置。
50.参见图1，该图为本技术实施例提供的一种检测装置在子午面的结构示意图。图2为图1所示的检测装置在弧矢面的结构示意图。在图1和图2所示的检测装置中，照明组件包括：穹顶组件100；成像组件包括：成像镜头200和探测器300。
51.其中，穹顶组件100位于成像组件的光轴的一侧，且所述穹顶组件朝着背离所述光轴的方向凹陷，因此不需要对穹顶组件100开孔，成像镜头200便可以在无穹顶组件100干扰、阻隔的条件下对位于成像镜头200的视场范围内的待测物成像。为保证成像的亮度均匀性，成像镜头200具体可以采用物方远心镜头。
52.当穹顶组件200被点亮时，用于对待测物进行照明。由于穹顶组件100能够提供多种照明方向的光，因此可以对待测物的多种类型的区域进行照明。
53.成像镜头200用于收集经过待测物反射和/或散射的光，将光束折射后提供给探测器300。
54.探测器300具体可以是光电探测器件，用于进行光电转形成对待测物的检测图像。
55.在本技术实施例中，由于穹顶组件100能够提供非常丰富的照明方向，因此，能够对被测物的多种类型的区域进行丰富的照明，便于对这些多种类型的区域进行成像检测。如此一来，提升了对待测物的检测准确性，避免调整待测物的角度或改变照射角度，进而提升了检测效率和检测量。
56.穹顶组件100可以有多种实现形式。在一种可能的实现形式中，穹顶组件100为球体的一部分，例如是球体的四分之一或六分之一。当穹顶组件100为球体的一部分时，穹顶组件100的每一处发光位置具体向穹顶组件100所在球体的球心发射光。本技术实施例中，可以按照以下方式装设穹顶组件100和成像镜头200：
57.令穹顶组件100的球心位于成像组件的光轴上，即，令成像组件的光轴经过穹顶组件100所在球体的球心。
58.在对待测物进行检测时，待测物置于工作平面，待测物的上表面与成像组件的焦平面重合，成像组件的光轴与成像组件的焦平面的交点为成像组件的成像视场中心。实际应用中，成像视场的中心与球心的距离非常接近，对于比较薄的待测物，球心与成像视场中心可能重合。对于有一定厚度的待测物，球心可以位于待测物厚度的中心，即球心与成像视场中心的距离为待测物厚度的一半。因此，实际应用中，球心与成像视场中心的距离小于或等于待测物的厚度的一半。
59.在一种可能的实现方式中，穹顶组件100的发光球面半径在40mm-60mm之间，例如为50mm；穹顶组件100在弧矢面的角度在90
°
至150
°
之间，例如为120
°
，参见图2所示。
60.在本技术实施例提供的检测装置中，照明组件在包含穹顶组件的基础上，还可以进一步包括：同轴组件。所述同轴组件包括：同轴光源，所述成像组件还包括分束器。包括以下两种使用可能：
61.(1)所述同轴光源出射的光经所述分束器反射后到达所述待测物的表面，经所述待测物返回的光由所述分束器透射后到达所述探测器300。
62.(2)所述同轴光源出射的光经所述分束器透射后到达所述待测物的表面，经所述
待测物返回的光由所述分束器反射后到达所述探测器300。
63.上述(1)和(2)两种情况可以视为在同轴光源与成像组件位置互相置换后分别的光路传递走向。图中仅示意的为情况(1)的装置布设情况。成像组件的光轴具体是指成像组件收集的光束的中心轴。探测器300至待测物之间的在收集光路上的元件均为成像组件的一部分，因此分束器也属于成像组件的一部分。
64.在(1)中，利用反射光束对待测物进行照明，在此场景下，分束器分出的反射光束与成像组件的光轴同轴。
65.在(2)中，利用透射光束对待测物进行照明，在此场景下，分束器分出的透射光束与成像组件的光轴同轴。
66.该同轴组件还可以称为外同轴光源，也是用于照明。同轴组件被点亮时，具体用于对待测物进行明场照明。同轴光源具体可以是光纤光源或led光源。
67.下面结合附图介绍同轴组件的两种实现方式。
68.参见图1和图2，两图从两个视角分别展示了同轴组件的第一种实现方式。在第一种实现方式中，同轴组件包括：灯箱(图中未示出)、耦合光纤400、耦合镜头500、第一分光元件600和第一消光元件700。
69.其中，耦合光纤400的一端与灯箱光连接，另一端与耦合镜头500光连接。耦合光纤400将灯箱提供的光传输给耦合镜头500。
70.第一分光元件600用于承接经过耦合镜头500的光束。第一分光元件600用于将接收的光束反射和透射，反射光发向待测物，透射光发向第一消光元件700。第一消光元件700位于第一分光元件600透射出光束的一面，具体地，第一消光元件700可以紧贴第一分光元件600透射出光束的一面。第一消光元件700用于吸收和消除接收到的光(即第一分光元件600的透射光)。
71.在一种可能的实现方式中，耦合光纤400的发光面位于耦合镜头500的第一焦平面，待测物表面的至少一个点位于耦合镜头500的第二焦平面。其中，第一焦平面为耦合镜头500的前焦面，第二焦平面为耦合镜头500的后焦面。采用这种柯勒照明方式，可以获得较高的照明均匀性，且照明均匀性不受光纤发光面脏污或加工瑕疵的影响。
72.耦合镜头500的焦距大于成像镜头200的工作距离，且耦合镜头500的焦距与成像镜头200的工作距离之差小于预设第二阈值。这样便于检测装置内的元件布局。
73.图3为本技术实施例提供的另一种检测装置在子午面的结构示意图。该图示意了同轴组件的第二种实现方式。如图所示，同轴组件包括：明场发光二极管800、第二分光元件900和第二消光元件1000。其中，第二分光元件900与第一分光元件600的功能基本相同，均具有反射和折射功能。
74.明场发光二极管800发出的光束由第二分光元件900分光，其中反射光提供给待测物，透射光提供给第二消光元件1000。第二消光元件1000与第一消光元件700的功能基本相同。具体地，第二消光元件1000可以紧贴第二分光元件900透射出光束的一面。第二消光元件1000用于吸收和消除接收到的光(即第二分光元件900的透射光)。
75.第一分光元件600和第二分光元件900可以是分光棱镜也可以是分光片。第一分光元件600和第二分光元件900的分光比例可以是50％：50％，即，半反射半透射。这样可以获得较高的光效。
76.前面提到，同轴组件的光轴与成像组件的光轴同轴。在上述的同轴组件的第一种及第二种实现方式中，由于第一分光元件600及第二分光元件900的各自反光和透光作用可知，反射光具体提供给待测物以照明，因此光轴同轴具体是指从同轴组件至待测物的反射光路的光轴与成像组件的光轴同轴。即，在第一种实现方式中，是从第一分光元件600至待测物的光路的光轴与成像组件的光轴同轴；在第二种实现方式中，是从第二分光元件900至待测物的光路的光轴与成像组件的光轴同轴。
77.在同轴组件的第二种实现方式中，以明场发光二极管800作为同轴组件中的光源，使提供的检测装置中，照明组件部分集成度提升，有利于缩减检测装置的整体体积。
78.在一些情况下，还需要借助检测装置对待测物进行暗场照明和暗场检测。为此，在本技术实施例提供的检测装置中，照明组件还可以进一步包括第一照明组件。当第一照明组件被点亮时，用于对待测物进行暗场照明。
79.在本技术实施例中，为了对待测物的被测区域进行充分的暗场照明，第一照明组件可提供至少两个不同的照明方向。例如，第一照明组件可以包括至少两个提供不同照明方向的光，第一照明组件的出光方向与成像组件的光轴具有锐角夹角。第一照明组件可以是光纤光源也可以是led光源。
80.第一照明组件可以包括第一子组件和第二子组件，在下面的示例中，第一子组件和第二子组件均为光纤光源。
81.在一种可能的实现方式中，第一照明组件包括图3所示的第一暗场光纤301和第二暗场光纤302。第一暗场光纤301和第二暗场光纤302可以与暗场灯箱(图中未示出)相连，其中，光纤的第一端与暗场灯箱光连接，第二端用于向待测物的表面发射光束。第一暗场光纤301向待测物提供的照明方向与第二暗场光纤302向待测物提供的照明方向不同。
82.第一暗场光纤301和第二暗场光纤302可以与同一暗场灯箱连接，例如该暗场灯箱包括两个输出端口，两个输出端口分别与不同的暗场光纤连接。另外，第一暗场光纤301和第二暗场光纤302还可以分别与不同的暗场灯箱连接。例如，第一暗场光纤301的第一端与第一灯箱(图中未示出)光连接，第二暗场光纤302的第一端与第二灯箱(图中未示出)光连接。
83.第一暗场光纤301和第二暗场光纤302所连接的灯箱可以具有不同光谱分成，例如1台是蓝色、1台是绿色灯箱。根据不同的晶圆工艺进行灵活调整。不同的晶圆工艺导致表面光学反射特性不同：光谱反射差异、表面粗糙度差异、总体反射率等。也就是说，在实际应用中，可以根据光学反射特性的需求，选择适合的加工工艺加工晶圆，或者根据晶圆的加工工艺选择合适的光谱的灯箱。从而，达到预期的照明和检测效果。
84.图4示意了一种暗场光纤的内部结构图。通过图4可以看到，暗场光纤内部含有柱面镜，将光纤发光面成像在晶圆表面，从而获得最高的照度。第一暗场光纤301和第二暗场光纤302的光轴可以分别与同轴组件的照明光轴(或称成像组件的光轴，或称成像光路)共面。可选地，第一暗场光纤301和第二暗场光纤302的光轴与成像组件的光轴成锐角夹角，例如70
°
夹角。
85.在一种可能的实现方式中，第一照明组件的功率高于同轴组件的功率，因此第一照明组件可以提供高亮度的暗场照明的条件。
86.在一种可能的实现方式中，成像镜头200工作距离110mm，同轴组件与穹顶组件在
光轴方向的总体尺寸不超过110mm。同时考虑到被测物(例如晶圆)上下片的安全性，第一暗场光纤301和第二暗场光纤302的照明距离均为70mm，第一暗场光纤301和第二暗场光纤302的结构距离被测物的最小距离大于24mm。若被测物为晶圆，在本实施例中成像镜头200的视场中心处于距离晶圆圆心147.5mm的位置。
87.本实施例中，检测装置中探测器300为3线真彩线扫探测器，线扫阵列长度垂直于图1所示的平面，扫描方向为图1所示的水平方向。晶圆以自身圆心为中心自转，线扫相机可以将晶圆边缘全部成像。这样可以达到高速采集的效果，而且所获图像为真彩rgb图像，便于后期进行多光谱的缺陷识别，提高识别率。根据线扫相机的扫描方向，本实施例优选明场照明的子午面与穹顶组件截面重合，保证成像的均匀性。
88.图5为本技术实施例提供的一种检测装置对晶圆边缘进行检测的立体示意图。图6为图5所示立体结构的俯视图。另外，第一照明组件也可以为环形led光源。
89.对于以晶圆作为待测物的场景，待测晶圆包括：平坦区、倾斜区和开口区多种类型的区域。图7为晶圆平坦区、倾斜区和开口区的示意图。为了实现多种类型区域的照明和检测，可以分别采用不同的照明组件组合形式进行照明。
90.当同轴组件、穹顶组件和第一照明组件被同时点亮时，检测装置用于对平坦区、倾斜区和开口区进行明场照明和成像检测；
91.当仅同轴组件被点亮时，检测装置用于对平坦区进行明场照明和成像检测，以及对倾斜区和开口区进行暗场照明和成像检测；
92.当仅穹顶组件被点亮时，检测装置用于对倾斜区和开口区进行明场照明和成像检测，以及对平坦区进行暗场照明和成像检测；
93.当同轴组件和第一照明组件被同时点亮时，检测装置用于对倾斜区和开口区进行暗场照明和成像检测；
94.当穹顶组件和第一照明组件被同时点亮时，检测装置用于对平坦区进行暗场照明和成像检测。
95.根据被测物不同区域的照明和检测需求，按照上述5种照明工作方案将根据实际情况做调整，优化组合方案，可以达到检测速度最快、缺陷检出灵敏度最高的效果。图8为利用本技术实施例提供的检测装置对晶圆的平坦区、开口区及倾斜区进行照明和成像的仿真示意图。结合图8可以看出，以上述照明组件组合方式进行照明，可以覆盖晶圆的多种区域的照明，实现对晶圆的有效检测。
96.方法实施例
97.基于前述实施例提供的装置实施例，相应地，本技术还提供了一种检测方法。如图9所示，该图为一种检测方法流程图。该方法具体为利用上述装置实施例提供的检测装置实现照明和检测。
98.图9所示的检测方法包括：
99.步骤901：利用所述照明组件对所述待测物的待测区进行照明；
100.步骤902：利用所述成像镜头收集经所述待测物反射和/或散射的光，并提供给所述探测器；
101.步骤903：利用所述探测器根据所述成像镜头收集的光形成对所述待测物的检测图像。
102.由于穹顶组件能够提供非常丰富的照明方向，因此，能够对被测物的多种类型的区域进行丰富的照明，便于对这些多种类型的区域进行成像检测。如此一来，提升了对待测物的检测准确性，避免调整待测物的角度或改变照射角度，进而提升了检测效率和检测量。
103.所述成像组件的光轴与所述成像组件的焦平面交点为所述成像组件的成像视场中心；所述成像视场中心与所述穹顶组件所在的球体的球心距离小于或等于所述待测物的厚度；
104.步骤s901执行之前，该方法还可以包括：使所述待测物的待测区覆盖所述成像视场中心。
105.如果待测物为待测晶圆，待测物的待测区为晶圆的边缘区域，所述待测晶圆的边缘区域包括：平坦区、倾斜区和开口区；
106.步骤901具体可以包括以下一个步骤或多个步骤的组合：
107.点亮所述同轴组件、所述穹顶组件和所述第一照明组件，通过所述检测装置对所述平坦区、所述倾斜区和所述开口区进行成像检测，获取所述平坦区、所述倾斜区和所述开口区的明场图像；
108.点亮所述同轴组件，通过所述检测装置对所述平坦区进行成像检测获取所述平坦区的明场图像，并对所述倾斜区和所述开口区进行成像检测，获取所述倾斜区和所述开口区的暗场图像；
109.点亮所述穹顶组件，通过所述检测装置对所述倾斜区和所述开口区进行检测成像，获得所述倾斜区和所述开口区的明场图像，并对所述平坦区进行成像检测，获取所述平坦区的暗场图像；
110.点亮所述同轴组件和所述第一照明组件，通过所述检测装置对所述倾斜区和所述开口区进行成像检测，获取所述倾斜区和所述开口区的暗场图像；点亮所述穹顶组件和所述第一照明组件，通过所述检测装置对所述平坦区进行成像检测，获取所述平坦区的暗场图像。
111.需要说明的是，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。尤其，对于设备及系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的设备及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元提示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
112.以上所述，仅为本技术的一种具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。