CN119804484B - 照明装置、暗场检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种照明装置、暗场检测系统及方法，包括：基于宽视场的成像装置对待测晶圆表面的亮缺陷和暗缺陷分布位置进行预检测，得到待测晶圆的缺陷分布图谱；对缺陷分布图谱中各缺陷的亮暗程度进行分类，并得到待测晶圆各位置对应的光源亮暗等级分布；在暗场检测装置中，基于线照明光为待测晶圆的待测区域提供光源，扫描待测晶圆上的各待测区域，并根据与对应的光源亮暗等级调控探测光信号的强弱，采集调整后的探测光信号，以实现暗场检测。本发明在暗场检测时不同像素位置检测灵敏度一致性好、光源强度利用率高、图像采集动态范围大。

Description

照明装置、暗场检测系统及方法

技术领域

本发明涉及半导体缺陷检测领域，特别是涉及一种照明装置、暗场检测系统及方法。

背景技术

半导体缺陷检测是利用光学显微成像的手段对晶圆表面进行显微成像，并结合图像分析计算，以及早发现半导体生产制造过程产生的划痕、污点、裂纹或其他形态上的不规则性外观缺陷，便于排除缺陷原因；并通过丢弃缺陷样本，防止缺陷晶粒继续加工，影响良率和生产率。

明场照明成像和暗场照明成像是常用的两种成像技术，其中，暗场照明是指照明光束以极大的入射角投射到试样表面，将镜面反射光线以极大的角度反射出去，不能进入物镜成像，图像采集灰阶为全黑，而表面存在缺陷特征，则缺陷特征处漫反射的光线有一部分进入物镜成像，这些缺陷特征呈明亮的像映衬在黑暗的视野内，明显提高了特征缺陷成像的信噪比，暗场成像在缺陷检测应用中具有更好的检出效果。

由于暗场照明是以检测散射光为主，损失了大量的反射光，且斜入射方式会把光斑拉长引起照明不均匀等问题。因此，暗场检测照明光的强度和光均匀性决定了缺陷检测的质量，现有照明装置普遍存在照明亮度不高、光利用率低、照明均匀性差等问题。

为了提高检测速度，半导体缺陷检测设备普遍采用线阵相机扫描图像，在特定光强条件，特定扫描频率下，一次性完成整片晶圆表面图像的扫描。由于晶圆上的缺陷特征不一，部分散射信号强的缺陷会导致图像出现饱和的情况，部分散射信号弱的缺陷会导致图像灰阶很小，存在检测不出的情况。

因此，如何兼顾不同强度的散射信号，提高暗场检测的动态范围，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种照明装置、暗场检测系统及方法，用于解决现有技术中暗场检测不能兼顾不同强度的散射信号，动态范围小的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种暗场检测方法，所述暗场检测方法至少包括：

1)基于宽视场的成像装置对待测晶圆表面的亮缺陷和暗缺陷分布位置进行预检测，得到所述待测晶圆的缺陷分布图谱；

2)对所述缺陷分布图谱中各缺陷的亮暗程度进行分类，基于分类结果得到所述待测晶圆各位置对应的光源亮暗等级分布；

3)在暗场检测装置中，基于能量分布均匀的线照明光为所述待测晶圆的待测区域提供光源，扫描所述待测晶圆上的各待测区域，并根据与所述待测区域在所述待测晶圆上的位置对应的光源亮暗等级调控探测光信号的强弱，采集调整后的探测光信号，以实现暗场检测。

可选地，在步骤1)中所述宽视场的成像装置对所述待测晶圆采集图像的次数不大于5次；当采集图像的次数大于等于2次时，基于同一套宽视场的成像装置通过平移或旋转所述待测晶圆获取所述待测晶圆各部分的图像，拼接采集到的各部分图片以得到整个待测晶圆的缺陷分布图谱。

可选地，在步骤3)中基于所述暗场检测装置的视场大小设置所述线照明光的长度。

更可选地，在步骤3)中采用双柱面微透镜阵列的线平顶光斑整形光路得到所述线照明光，调整第二级柱面微透镜阵列的焦距，以实现对所述线照明光长度的调整；

其中，第二级柱面微透镜阵列的焦距与所述线照明光的长度负相关。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种照明装置，所述照明装置至少包括：

初步匀化光路及线平顶光斑整形光路；

所述初步匀化光路提供入射光，并对所述入射光进行初步匀化，以降低所述入射光的相干性；

所述线平顶光斑整形光路设置于所述初步匀化光路的输出端，将所述初步匀化光路输出的平行光束转换为平顶的线照明光。

可选地，所述初步匀化光路包括：光源、第一透镜、扩散片及第二透镜；

所述光源用于提供所述入射光，所述入射光为平行光束；

所述第一透镜设置于所述光源的输出端，用于汇聚所述入射光；

所述扩散片设置于所述第一透镜的焦面上，对汇聚的光束进行初步匀化；

所述第二透镜设置于所述扩散片后的光路上，用于准直初步匀化后的光束。

可选地，所述线平顶光斑整形光路包括：第一柱面微透镜阵列、第二柱面微透镜阵列及第三透镜；

所述第一柱面微透镜阵列的凸面作为入射面，平面作为出射面并与所述第二柱面微透镜阵列的平面相对设置；所述第二柱面微透镜阵列的平面作为入射面，凸面作为出射面；所述第三透镜设置于所述第二柱面微透镜阵列的出射端，用于汇聚光束。

更可选地，所述照明装置还包括反射镜，所述反射镜设置于所述初步匀化光路与所述线平顶光斑整形光路之间，用于调整光束传播方向。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种暗场检测系统，所述暗场检测系统至少包括：

上位机、运动平台、物镜、光学元件模组、DMD数字微反射镜、线扫相机及N个上述照明装置，N为大于等于1的自然数；

所述上位机建立所述待测晶圆表面的亮缺陷和暗缺陷分布位置与晶圆运动扫描路径、成像像素位置之间的映射关系，基于所述待测晶圆的缺陷分布图谱得到所述待测晶圆各位置对应的光源亮暗等级分布，进而控制所述运动平台、所述DMD数字微反射镜及所述线扫相机；

所述运动平台用于承载待测晶圆，并带动所述待测晶圆移动；

各照明装置设置于所述运动平台的侧上方，用于为所述待测晶圆上的待测区域提供大角度的能量分布均匀的线照明光；当N大于等于2时，各照明装置以所述待测区域为中心环形分布；

所述物镜设置于所述待测区域的正上方，用于放大所述待测区域的散射光信号；

所述光学元件模组将所述物镜输出的探测光信号汇聚到所述DMD数字微反射镜中，还将所述DMD数字微反射镜反射的光信号汇聚到所述线扫相机中；

所述DMD数字微反射镜基于与所述待测区域的位置对应的所述光源亮暗等级调控所述探测光信号的强弱。

可选地，所述光学元件模组包括第四透镜、全内反射棱镜及第五透镜；

所述第四透镜设置于所述物镜后的光路上，用于汇聚光束；

所述全内反射棱镜设置于所述第四透镜和所述DMD数字微反射镜之间；

所述第五透镜设置于所述全内反射棱镜的反射光输出端，用于汇聚光束。

可选地，所述暗场检测系统还包括预检测装置，所述预检测装置用于获取所述待测晶圆的缺陷分布图谱。

可选地，所述预检测装置包括宽视场暗场照明光源、成像镜组及宽视场面阵相机；

所述宽视场暗场照明光源设置于所述运动平台的侧上方，为所述待测晶圆提供光源；

所述成像镜组设置于所述待测晶圆上方，用于将所述待测晶圆表面的散射光信号缩小或等倍率传输到所述宽视场面阵相机中；

所述宽视场面阵相机用于采集所述待测晶圆的图像，以得到所述待测晶圆的缺陷检测图谱。

如上所述，本发明的照明装置、暗场检测系统及方法，具有以下有益效果：

1、本发明的照明装置、暗场检测系统及方法的照明光源均匀性高；相较于传统高斯透镜汇聚后斜入射照明的方式，本发明通过扩散片及微透镜阵列两层匀光光路，照明光均匀性高，暗场检测时不同像素位置检测灵敏度一致性好。

2、本发明的照明装置、暗场检测系统及方法的光源强度利用率高；将照明光源整形为线照明方式，与线扫描相机扫描区域相匹配(不同物镜下，线扫相机视野大小不一样，需要的照明区域大小不一样)，可根据物镜大小实现不同照明光斑大小的灵活调节及切换，有效避免光源能量的浪费。

3、本发明的照明装置、暗场检测系统及方法的图像采集动态范围大；将散射信号差距较大的缺陷，通过像素级反射光强的调控达到了亮缺陷和暗缺陷同时检出的目的，替代多相机、多次检测实现高动态范围检测。

附图说明

图1显示为本发明的照明装置的结构示意图。

图2显示为本发明的暗场检测系统的结构示意图。

图3显示为本发明的预检测装置的结构示意图。

图4显示为本发明的暗场检测方法的流程示意图。

图5显示为本发明获取待测晶圆的缺陷分布图谱的一种方法示意图。

图6显示为本发明获取待测晶圆的缺陷分布图谱的另一种方法示意图。

图7显示为本发明的DMD数字微反射镜与线扫相机的映射示意图。

图8显示为本发明的待测晶圆上第二列具有亮缺陷和暗缺陷的示意图。

图9显示为本发明基于亮缺陷和暗缺陷进行扫描的示意图。

元件标号说明

1暗场检测系统

11运动平台

12照明装置

121初步匀化光路

122线平顶光斑整形光路

12a光源

12b第一透镜

12c扩散片

12d第二透镜

12e第一柱面微透镜阵列

12f第二柱面微透镜阵列

12g第三透镜

12h反射镜

13物镜

14光学元件模组

141第四透镜

142全内反射棱镜

143第五透镜

15DMD数字微反射镜

16线扫相机

17上位机

18预检测装置

181宽视场暗场照明光源

182成像镜组

183宽视场面阵相机

18a第六透镜

18b第七透镜

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种照明装置12，包括初步匀化光路121及线平顶光斑整形光路122。

具体地，初步匀化光路121提供入射光，并对入射光进行初步匀化，以降低入射光的相干性。作为示例，初步匀化光路121包括光源12a、第一透镜12b、扩散片12c及第二透镜12d。光源12a用于提供入射光，入射光为平行光束。第一透镜12b设置于光源12a的输出端，用于汇聚平行的入射光。扩散片12c设置于第一透镜12b的焦面上，对汇聚的光束进行初步匀化。第二透镜12d设置于扩散片12c后的光路上，用于准直初步匀化后的光束。在本示例中，第一透镜12b与第二透镜12d为具有相同参数的聚焦透镜。

具体地，线平顶光斑整形光路122设置于初步匀化光路121的输出端，将初步匀化光路输出的平行光束转换为平顶的线照明光。作为示例，线平顶光斑整形光路122采用双柱面微透镜阵列实现，包括第一柱面微透镜阵列12e、第二柱面微透镜阵列12f及第三透镜12g。第一柱面微透镜阵列12e具有相对设置的凸面和平面，其中，凸面作为入射面，平面作为出射面，初步匀化光路121输出的平行光束垂直入射至第一柱面微透镜阵列12e的入射面。第二柱面微透镜阵列12f也具有相对设置的凸面和平面，其中，平面作为入射面与第一柱面微透镜阵列12e的平面相对设置，凸面作为出射面。光束经过第一柱面微透镜阵列12e的微透镜的每个子单元聚焦后，被分割为大量细光束，重新排列形成线阵列排布的焦点，此焦点发出的光可近似为对应于柱面微透镜阵列的光束簇阵列再次入射到第二柱面微透镜阵列12f上，且由于相干性的减少，可以大大的减少柱面微透镜阵列接收面上子单元成像的小光斑之间的锐利边缘的产生。第三透镜12g设置于第二柱面微透镜阵列12f的出射端，用于汇聚光束，使得从第二柱面微透镜阵列12f出射的多个小光束相互叠加，成为能量分布均匀的线照明光斑；在本示例中，第三透镜12g为傅里叶透镜，起积分的作用。

作为本发明的另一种实现方式，照明装置12还包括反射镜12h，反射镜12h设置于初步匀化光路121与线平顶光斑整形光路122之间，用于调整光束传播方向，以使得线照明光以大角度入射到待测晶圆表面，可结合实际机械设计空间布局位置；或多反射镜反射实现最终效果，通过多次反射提高光路调整的灵活性。反射镜12h为可选元件，当入射角度合适时不需要反射镜调整光路方向。

本发明的照明装置12用于提供能量分布均匀的线照明光(平顶光)，具有均匀性高，宽视场检测时不同像素位置检测灵敏度一致性好等优点。

如图2所示，本发明还提供一种暗场检测系统1，该暗场检测系统1包括：

运动平台11、N个本发明的照明装置12、物镜13、光学元件模组14、DMD数字微反射镜15、线扫相机16及上位机17；N为大于等于1的自然数。

如图2所示，运动平台11用于承载待测晶圆，并带动待测晶圆移动。

具体地，在本实施例中，运动平台11可在X轴、Y轴、Z轴三个方向上平移，以此实现三维空间内的移动；在实际使用中，运动平台11至少可以在待测晶圆所在平面内水平移动，不以本实施例为限。

如图2所示，各照明装置12设置于运动平台11的侧上方，用于为待测晶圆上的待测区域提供大角度的能量分布均匀的线照明光；当N大于等于2时，各照明装置12以待测区域为中心环形分布。

具体地，照明装置12以大角度入射到待测晶圆表面，并以大角度反射出去，反射光不进入物镜13，只有缺陷造成的散射光能进入物镜13。照明装置12提供可匹配线扫相机16扫描下的暗场照明，为待测晶圆上的待测区域提供线照明光；N可设置为大于等于2的自然数，此时，各照明装置12提供的线照明光叠加在待测区域上，以改善照明亮度的不足。照明装置12的参见上文，在此不一一赘述。

如图2所示，物镜13设置于待测区域的正上方，用于放大待测区域的散射光信号。

具体地，物镜13决定了显微镜分辨率和成像清晰程度，主要功能是将散射光进行第一次放大；根据需要，物镜13可配置为高倍物镜或低倍物镜，高倍物镜通常具有更高的放大倍数，低倍物镜的放大倍数比较低。

具体地，在本发明中，对于不同倍数的物镜采集图像的场景，可配置不同的线照明光斑尺寸，以实现光源的有效利用，避免不同物镜场景下能量浪费；大的线照明光斑适用于低倍物镜的宽视场成像，小的线照明光斑适用于高倍物镜的窄视场成像。在本实施例中，通过改变第二柱面微透镜阵列12f的焦距，来得到想要的线照明光斑尺寸；其中，第二柱面微透镜阵列12f的焦距越大，光斑长度越小。

如图2所示，光学元件模组14将物镜13输出的探测光信号汇聚到DMD数字微反射镜15中，还将DMD数字微反射镜15反射的光信号汇聚到线扫相机16中。

具体地，在本实施例中，光学元件模组14包括第四透镜141、全内反射棱镜142及第五透镜143。第四透镜141设置于物镜13后的光路上，用于汇聚光束。全内反射棱镜142设置于第四透镜141和DMD数字微反射镜15之间；全内反射棱镜142由两块三角棱镜组合，第四透镜141汇聚的光束以原方向入射到DMD数字微反射镜15中，DMD数字微反射镜15反射的光束在全内反射棱镜142中全反射，从而改变光线的传播方向；全反射过程能够有效地减少光线的损失，提高光能的使用效率。第五透镜143设置于全内反射棱镜142的反射光输出端，用于汇聚光束。

在实际使用中，任意能将探测光信号汇聚到DMD数字微反射镜中，并将DMD数字微反射镜反射的光信号汇聚到线扫相机中的光学元件结构均适用于本发明。

如图2所示，DMD数字微反射镜15基于与待测区域的位置对应的光源亮暗等级调控探测光信号的强弱。

具体地，DMD数字微反射镜15是一种电子输入、光学输出的微机电系统，它由许多小型铝制反射镜面(高速数字式光反射开关阵列)组成，每个镜面被称为一个像素，每个镜面能够绕对角线偏转±12°，即DMD数字微反射镜15的微镜有三种状态+12°，0°，-12°；通过控制空间分布的每个微镜片的旋转和时域响应即可实现对入射光线灰度的空间及时序响应分布，进而实现空间位置随着时间的可编程成像。在本发明中，DMD数字微反射镜15基于光源亮暗等级分布及扫描策略对探测光的光强进行像素级调控。

进一步，当DMD数字微反射镜15被设置为开时，待测晶圆的散射信号通过物镜13、光学元件模组14成像在DMD数字微反射镜15表面，每个待测区域所在位置对应一光源亮暗等级，DMD数字微反射镜15基于该光源亮暗等级实现(探测光的)光强调控，调控后的反射光线再次进入全内反射棱镜142，发生全内反射，进而进入第五透镜143被线扫相机16探测。当DMD数字微透镜15被设置为关时，光信号没有经过DMD数字微反射镜15调控，被探测的光信号不能进入线扫相机16。即，只有经过DMD数字微反射镜15调控的光信号才可以进入线扫相机16被检测到；可以形成一个光电反馈系统，比如DMD数字微反射镜15开，可以反馈给上位机17，告知线扫相机16的扫描结果经过调控并生效，从而实现了基于亮缺陷和暗缺陷的分布位置，实时调控探测光信号强弱，提高了暗场检测的动态范围。

如图2所示，线扫相机16采集图像信息。

具体地，DMD数字微透镜15与线扫相机16的像素位置存在映射关系，通过标定实现；每次曝光记录一条像素线，结合运动轨迹累积形成完整的二维图像。

如图2所示，上位机17建立待测晶圆表面的亮缺陷和暗缺陷分布位置与晶圆运动扫描路径、成像像素位置之间的映射关系，基于待测晶圆的缺陷分布图谱得到待测晶圆各位置对应的光源亮暗等级分布，进而控制运动平台11、DMD数字微反射镜15及线扫相机16。

具体地，上位机17连接运动平台11、DMD数字微反射镜15及线扫相机16，获取待测晶圆的缺陷分布图谱，缺陷分布图谱上包含有各缺陷的位置信息及亮暗程度信息，上位机17对各缺陷的亮暗程度(亮暗比例)进行分析，并根据亮暗值划分区间，对各区间设置对应的光源亮暗等级。同时，上位机17对待测晶圆表面的亮缺陷和暗缺陷分布位置与晶圆运动扫描路径、成像像素位置建立映射关系；即运动平台11带动待测晶圆运动，以确定待测区域，此时，DMD数字微反射镜14产生对应的光强调控策略，线扫相机15采集的图像与待测区域在待测晶圆上的位置具有对应关系。

作为示例，缺陷分布图谱基于预检测装置18获取，如图3所示，预检测装置18包括宽视场暗场照明光源181、成像镜组182及宽视场面阵相机183，用于实现宏观成像的功能。宽视场暗场照明光源181设置于运动平台11的侧上方(在另一示例中，用于获取缺陷分布图谱的运动平台也可另外设置)，为整片待测晶圆提供大角度的暗场检测照明。成像镜组182设置于待测晶圆上方，用于将待测晶圆表面的散射光信号缩小或等倍率传输到宽视场面阵相机183中；在本示例中，成像镜组182包括依次设置在光路上的第六透镜18a及第七透镜18b，第六透镜18a与第七透镜18b的成像焦距大小不一致或者一致，便于实现待测晶圆的快速预检测，倍率的大小可根据两个透镜的成像比例进行调控。宽视场面阵相机183用于采集待测晶圆的图像，可单次实现待测晶圆的全片拍照成像或者待测晶圆大部分区域的拍照成像，在少次的成像基础上，就可以给出待测晶圆的全局暗场成像，进而得到待测晶圆的缺陷检测图谱。

本发明把照明光源通过由扩散片组成的初步匀化光路、微透镜阵列组成的线平顶光斑整形光路达到均匀线照明效果(避免圆形照明光斑情况下不必要的光能量浪费)；通过多路照明叠加及调节两面第二面微透镜焦距的方式，实现照明能量的有效利用，实现高亮度、高均匀的暗场照明；通过预检测装置快速评估亮缺陷和暗缺陷的分布，然后基于分布位置计算扫描相机的扫描路径，实现亮缺陷和暗缺陷所在位置与运动台扫描路径及线扫相机像素位置形成一一映射关系，将此映射关系与DMD数字微反射镜编码结合，即可实现亮缺陷及暗缺陷检测时的实时接受光强度的调控，亮缺陷检测位置及像素区域实现低通量探测，暗缺陷检测位置及像素区域实现较高通量探测，从而达到高动态范围检测的效果。

如图4所示，本发明还提供一种暗场检测方法，在本实施例中，暗场检测方法基于本发明的暗场检测系统1实现；在实际使用中，任意能实现本方法的硬件电路结构均适用。该暗场检测方法包括：

1)基于宽视场的成像装置对待测晶圆表面的亮缺陷和暗缺陷分布位置进行预检测，得到待测晶圆的缺陷分布图谱。

具体地，宽视场的成像装置(在本实施例中，采用预检测装置18)对待测晶圆采集图像的次数不大于5次。当采集图像的次数大于等于2次时，拼接采集到的图片以得到整个待测晶圆的缺陷分布图谱；进一步地，基于同一套宽视场的成像装置通过平移或旋转所述待测晶圆获取所述待测晶圆各部分的图像。作为一示例，通过一次图像采集，获得整片待测晶圆的缺陷分布图谱。作为另一示例，通过四次图像采集，获得整片待测晶圆的缺陷分布图谱；如图5所示，每次采集获取待测晶圆1/4的图像，通过四次平移得到全部图像，再通过拼接得到完整的缺陷分布图谱。作为又一示例，通过两次图像采集，获得整片待测晶圆的缺陷分布图谱；如图6所示，每次采集获取待测晶圆3/4的图像，通过两次旋转得到全部图像，再通过拼接得到完整的缺陷分布图谱。

需要说明的是，预检测为宽视场暗场检测，只能得到粗略的图像信息(缺陷位置和亮暗程度)。

2)对缺陷分布图谱中各缺陷的亮暗程度进行分类，基于分类结果得到待测晶圆各位置对应的光源亮暗等级分布。作为示例，缺陷的亮度越高，对应的光源亮度越低，DMD调控光通量越低。

具体地，缺陷分布图谱上各缺陷具有对应的位置和亮暗程度，通过分析对亮暗程度进行分类得到对应的光源亮暗等级分布，即所述待测晶圆各位置(区域)具有对应的光源亮暗等级。

3)在暗场检测装置中，基于能量分布均匀的线照明光为待测晶圆的待测区域提供光源，扫描待测晶圆上的各待测区域，并根据与待测区域在待测晶圆上的位置对应的光源亮暗等级调控探测光信号的强弱，采集调整后的探测光信号，以实现暗场检测。

具体地，如图7所示，预先实现DMD数字微反射镜15的空间位置与线扫相机16对应关系的标定。并基于暗场检测装置的视场大小设置线照明光的长度(尺寸)，以分别适用于低倍物镜及高倍物镜的场景；在本示例中，采用双柱面微透镜阵列的线平顶光斑整形光路122得到线照明光，调整第二级柱面微透镜阵列(12f)的焦距，以实现对线照明光长度的调整；其中，第二级柱面微透镜阵列(12f)的焦距与线照明光的长度负相关。

具体地，如图2所示，由照明装置12提供的暗场线照明光源照射在带有待测晶圆的运动平台11上；基于扫描晶圆区域、扫描物镜等扫描参数设置，结合上位机17根据待测晶圆的缺陷分布图谱得出的不同位置的光源亮暗等级分布，可在扫描策略里面给出运动平台11每个扫描位置(具有对应的线扫相机16的像素位置)时，DMD数字微反射镜15反射光强的调控策略(即对应位置的缺陷亮暗度越高，对应的光源亮度越低)。如图8所示，作为示例，待测晶圆上有两个缺陷，一个亮缺陷，一个暗缺陷，这两个缺陷在检测时，需要将亮缺陷的探测光信号调控得弱一点，将暗缺陷的探测光信号调控得强一点；因此，在运动平台11运动到第二列Step2进行扫描时，沿扫描运动方向扫描到亮缺陷和暗缺陷所在的像素位置时，调控对应DMD数字微反射镜15反射的光强，如图9所示。

进一步，当DMD数字微反射镜15开时，线扫相机16探测到调控后的探测信号；当DMD数字微反射镜15关时，被探测的信号不能进入线扫相机16。从而实现了基于亮缺陷和暗缺陷的分布位置实时调控探测光信号强弱的功能，提高了暗场检测的动态范围。

综上所述，本发明提供一种照明装置、暗场检测系统及方法，包括：基于宽视场的成像装置对待测晶圆表面的亮缺陷和暗缺陷分布位置进行预检测，得到待测晶圆的缺陷分布图谱；对缺陷分布图谱中各缺陷的亮暗程度进行分类，基于分类结果得到待测晶圆各位置对应的光源亮暗等级分布；在暗场检测装置中，基于能量分布均匀的线照明光为待测晶圆的待测区域提供光源，扫描待测晶圆上的各待测区域，并根据与待测区域在待测晶圆上的位置对应的光源亮暗等级调控探测光信号的强弱，采集调整后的探测光信号，以实现暗场检测。本发明的照明装置、暗场检测系统及方法在暗场检测时不同像素位置检测灵敏度一致性好、光源强度利用率高、图像采集动态范围大；将散射信号差距较大的缺陷，通过像素级反射光强的调控达到了亮缺陷和暗缺陷同时检出的目的。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种暗场检测系统，其特征在于，所述暗场检测系统至少包括：

上位机、运动平台、物镜、光学元件模组、DMD数字微反射镜、线扫相机及N个照明装置，N为大于等于1的自然数；

所述上位机建立待测晶圆表面的亮缺陷和暗缺陷分布位置与晶圆运动扫描路径、成像像素位置之间的映射关系，基于所述待测晶圆的缺陷分布图谱得到所述待测晶圆各位置对应的光源亮暗等级分布，进而控制所述运动平台、所述DMD数字微反射镜及所述线扫相机；

所述运动平台用于承载待测晶圆，并带动所述待测晶圆移动；

各照明装置设置于所述运动平台的侧上方，用于为所述待测晶圆上的待测区域提供大角度的能量分布均匀的线照明光；当N大于等于2时，各照明装置以所述待测区域为中心环形分布；所述照明装置包括：初步匀化光路及线平顶光斑整形光路；所述初步匀化光路提供入射光，并对所述入射光进行初步匀化，以降低所述入射光的相干性；所述线平顶光斑整形光路设置于所述初步匀化光路的输出端，将所述初步匀化光路输出的平行光束转换为平顶的线照明光；

所述物镜设置于所述待测区域的正上方，用于放大所述待测区域的散射光信号；

所述光学元件模组将所述物镜输出的探测光信号汇聚到所述DMD数字微反射镜中，还将所述DMD数字微反射镜反射的光信号汇聚到所述线扫相机中；

所述DMD数字微反射镜基于与所述待测区域的位置对应的所述光源亮暗等级调控所述探测光信号的强弱。

2.根据权利要求1所述的暗场检测系统，其特征在于：所述初步匀化光路包括：光源、第一透镜、扩散片及第二透镜；

所述光源用于提供所述入射光，所述入射光为平行光束；

所述第一透镜设置于所述光源的输出端，用于汇聚所述入射光；

所述扩散片设置于所述第一透镜的焦面上，对汇聚的光束进行初步匀化；

所述第二透镜设置于所述扩散片后的光路上，用于准直初步匀化后的光束。

3.根据权利要求1所述的暗场检测系统，其特征在于：所述线平顶光斑整形光路包括：第一柱面微透镜阵列、第二柱面微透镜阵列及第三透镜；

所述第一柱面微透镜阵列的凸面作为入射面，平面作为出射面并与所述第二柱面微透镜阵列的平面相对设置；所述第二柱面微透镜阵列的平面作为入射面，凸面作为出射面；

所述第三透镜设置于所述第二柱面微透镜阵列的出射端，用于汇聚光束。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的暗场检测系统，其特征在于：所述照明装置还包括反射镜，所述反射镜设置于所述初步匀化光路与所述线平顶光斑整形光路之间，用于调整光束传播方向。

5.根据权利要求1所述的暗场检测系统，其特征在于：所述光学元件模组包括第四透镜、全内反射棱镜及第五透镜；

所述第四透镜设置于所述物镜后的光路上，用于汇聚光束；

所述全内反射棱镜设置于所述第四透镜和所述DMD数字微反射镜之间；

所述第五透镜设置于所述全内反射棱镜的反射光输出端，用于汇聚光束。

6.根据权利要求1所述的暗场检测系统，其特征在于：所述暗场检测系统还包括预检测装置，所述预检测装置用于获取所述待测晶圆的缺陷分布图谱。

7.根据权利要求6所述的暗场检测系统，其特征在于：所述预检测装置包括宽视场暗场照明光源、成像镜组及宽视场面阵相机；

所述宽视场暗场照明光源设置于所述运动平台的侧上方，为所述待测晶圆提供光源；

所述成像镜组设置于所述待测晶圆上方，用于将所述待测晶圆表面的散射光信号缩小或等倍率传输到所述宽视场面阵相机中；

所述宽视场面阵相机用于采集所述待测晶圆的图像，以得到所述待测晶圆的缺陷检测图谱。

8.一种暗场检测方法，基于如权利要求1-7任意一项所述的暗场检测系统实现，其特征在于，所述暗场检测方法至少包括：

1)基于宽视场的成像装置通过暗场检测对待测晶圆表面的亮缺陷和暗缺陷分布位置进行预检测，得到所述待测晶圆的缺陷分布图谱；

2)对所述缺陷分布图谱中各缺陷的亮暗程度进行分类，基于分类结果得到所述待测晶圆各位置对应的光源亮暗等级分布；

3)在暗场检测装置中，基于能量分布均匀的线照明光为所述待测晶圆的待测区域提供光源，扫描所述待测晶圆上的各待测区域，并根据与所述待测区域在所述待测晶圆上的位置对应的光源亮暗等级调控探测光信号的强弱，采集调整后的探测光信号，以实现暗场检测。

9.根据权利要求8所述的暗场检测方法，其特征在于：在步骤1)中所述宽视场的成像装置对所述待测晶圆采集图像的次数不大于5次；当采集图像的次数大于等于2次时，基于同一套宽视场的成像装置通过平移或旋转所述待测晶圆获取所述待测晶圆各部分的图像，拼接采集到的各部分图片以得到整个待测晶圆的缺陷分布图谱。

10.根据权利要求8所述的暗场检测方法，其特征在于：在步骤3)中基于所述暗场检测装置的视场大小设置所述线照明光的长度。

11.根据权利要求10所述的暗场检测方法，其特征在于：在步骤3)中采用双柱面微透镜阵列的线平顶光斑整形光路得到所述线照明光，调整第二级柱面微透镜阵列的焦距，以实现对所述线照明光长度的调整；

其中，第二级柱面微透镜阵列的焦距与所述线照明光的长度负相关。