自动对焦系统及方法、半导体缺陷检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了自动对焦系统及方法、半导体缺陷检测系统及方法，以及计算机可读存储介质。该自动对焦系统包括：投影目标靶，倾斜设置于投影光轴；第一光源，提供沿投影光轴传输的第一光线，经由显微物镜将投影目标靶投影到对焦目标表面，以形成第一平面像；成像物镜，结合显微物镜对第一平面像进行二次成像，以在探测器表面形成第二平面像；探测器，采集第二平面像，并在第二平面像与探测器表面的交点位置获得清晰图像；以及控制器，通信连接探测器，并被配置为：根据第二平面像中清晰图像的像素坐标，确定对焦目标表面到显微物镜的物镜焦面的调节距离；以及根据调节距离，调节显微物镜和/或对焦目标的位置。或对焦目标的位置。或对焦目标的位置。

【技术实现步骤摘要】
自动对焦系统及方法、半导体缺陷检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及半导体缺陷检测
，尤其涉及一种自动对焦系统、一种自动对焦方法、一种半导体缺陷检测系统、一种半导体缺陷检测方法，以及一种计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]在半导体缺陷检测
中，自动对焦是实现系统高精度、自动化检测的关键。系统的自动对焦的性能对缺陷检测的效率、系统的误检率有着很大程度的影响。优越的自动对焦性能对于光学显微镜成像检测系统具有十分重要的意义。
[0003]自动对焦技术主要分为主动式和被动式。主动式对焦技术是通过激光、超声波等方法测量物镜与成像目标之间的距离，并与已知焦平面所在距离进行对比，从而得到离焦量来驱动电机至焦平面。该方法精度高、速度快、适用性强，但可自动对焦的范围不高且对自动对焦系统集成装调精度的要求很高。被动式对焦技术是通过图像处理与分析技术获取当前图像信息，从而判断当前图像处于离焦还是正焦位置。该方法结构简单，但是计算量高、速度慢、可自动对焦的范围低。
[0004]为了克服现有技术所存在的上述缺陷，本领域亟需一种自动对焦技术，用于实现待测样品的实时自动对焦，并改善自动对焦的速度、精度、适用性及可自动对焦范围，从而进一步提高半导体缺陷检测系统的整体性能。

技术实现思路

[0005]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念，从而便于后续详细描述的开展。
[0006]为了克服现有技术所存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种自动对焦系统、一种显微镜成像系统、一种自动对焦方法以及一种计算机可读存储介质，能够实现待测样品的实时自动对焦，并改善自动对焦的速度、精度、适用性及可自动对焦范围，从而进一步提高半导体缺陷检测系统的整体性能。
[0007]具体来说，根据本专利技术的第一方面提供的上述自动对焦系统，包括：投影目标靶，倾斜设置于投影光轴；第一光源，提供沿所述投影光轴传输的第一光线，经由显微物镜将所述投影目标靶投影到对焦目标表面，以形成第一平面像；成像物镜，结合所述显微物镜对所述第一平面像进行二次成像，以在探测器表面形成第二平面像；所述探测器，采集所述第二平面像，并在所述第二平面像与所述探测器表面的交点位置获得清晰图像；以及控制器，通信连接所述探测器，并被配置为：根据所述第二平面像中清晰图像的像素坐标，确定所述对焦目标表面到所述显微物镜的物镜焦面的调节距离；以及根据所述调节距离，调节所述显微物镜和/或所述对焦目标的位置。
[0008]优选地，在本专利技术的一实施例中，所述根据所述第二平面像中清晰图像的像素坐标，确定所述对焦目标表面到所述显微物镜的物镜焦面的距离的步骤包括：经由所述探测器，获取其采集的第二平面像；解析所述第二平面像，以确定其中清晰图像的第一像素坐标；确定所述第一像素坐标与对应所述对焦目标位于所述显微物镜的物镜焦面时的第二像素坐标的像素距离H；以及将所述像素距离H代入预先拟合的函数X
DF
(H)，以确定所述显微物镜和/或所述对焦目标的调节距离X。
[0009]优选地，在本专利技术的一实施例中，拟合所述函数X
DF
(H)的步骤包括：将对焦标定物放置于所述显微物镜的物镜焦面，采集并解析所述投影目标靶的第二平面像，以确定其中清晰图像的第二像素坐标；根据所述显微物镜的焦深确定步进量ΔX，并向扩大及缩小所述调节距离X的方向，分别步进地调节所述显微物镜和/或所述对焦目标的位置m次，以分别获得多个对应的清晰图像的第一像素坐标；根据所述第二像素坐标及各所述第一像素坐标，分别确定对应的像素距离；以及以所述像素距离H为自变量，并以所述显微物镜和/或所述对焦目标对应的调节距离X为因变量，进行插值拟合，以确定所述函数X
DF
(H)。
[0010]优选地，在本专利技术的一实施例中，所述自动对焦系统还包括投影物镜。所述投影物镜设于所述投影目标靶与所述显微物镜之间，用于将穿透所述投影目标靶的第一光线会聚到所述显微物镜，以形成所述第一平面像。所述投影目标靶关于所述投影光轴的垂面的倾斜角Q是根据所述调节距离X的取值范围
‑
mΔX~ mΔX及所述显微物镜的物方半视场F
obj
和由所述显微物镜至所述投影物镜的放大倍率M确定，其中，。
[0011]优选地，在本专利技术的一实施例中，所述自动对焦系统还包括驱动机构。所述驱动机构连接所述控制器，并根据所述控制器提供的控制指令，调节所述显微物镜和/或所述对焦目标的位置。
[0012]优选地，在本专利技术的一实施例中，所述自动对焦系统还包括分色片。所述分色片用于将所述自动对焦系统集成到显微镜成像系统中，反射所述第一光源发出的第一波长范围的第一光线，并透射所述显微镜成像系统中第二光源发出的第二波长范围的第二光线。在此，所述分色片向所述显微镜成像系统中的所述显微物镜反射穿透所述投影目标靶的第一光线，以在所述对焦目标表面形成所述第一平面像，并向所述成像物镜反射所述对焦目标反射出的第一光线，以形成所述第二平面像，所述分色片还向所述显微物镜透射所述第二光线，以照亮所述对焦目标，并向所述显微镜成像系统中的检测相机透射所述对焦目标反射出的第二光线，以供其采集所述对焦目标的检测图像。
[0013]此外，根据本专利技术的第二方面提供的自动对焦方法包括以下步骤：将投影目标靶倾斜设置于投影光轴；向所述投影目标靶提供沿所述投影光轴传输的第一光线，经由显微物镜将所述投影目标靶投影到对焦目标表面，以形成第一平面像；采集所述第一平面像经由成像物镜及所述显微物镜的二次成像，在探测器表面形成的第二平面像；根据所述第二平面像中清晰图像的像素坐标，确定所述对焦目标表面到所述显微物镜的物镜焦面的调节距离；以及根据所述调节距离，调节所述显微物镜和/或所述对焦目标的位置。
[0014]此外，根据本专利技术的第三方面提供的上述半导体缺陷检测系统包括：显微物镜；第
二光源，经由分色片向所述显微物镜透射第二波长范围的第二光线，以照亮检测目标；检测相机，经由所述显微物镜及所述分色片的透射获取所述检测目标反射出的第二光线，以采集所述检测目标的检测图像；以及本专利技术的第一方面提供的上述自动对焦系统，经由所述分色片向所述显微物镜反射第一波长范围的第一光线，以在所述检测目标的表面形成投影目标靶的第一平面像，经由所述显微物镜及所述分色片反射获取所述检测目标反射出的第一光线，以在探测器表面形成所述投影目标靶的第二平面像，并根据所述第二平面像中清晰图像的像素坐标，对所述检测目标进行自动对焦。
[0015]此外，根据本专利技术的第四方面提供的上述半导体缺陷检测方法，包括以下步骤：从检测目标表面同步获取检测图像及对焦图像，其中，所述对焦图像中包含倾斜光轴设置的投影目标靶在所述检测目标表面投影形成的平面像；解析所述对焦图像，以确定所述平面像在所述对焦图像中的清本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动对焦系统，其特征在于，包括：投影目标靶，倾斜设置于投影光轴；第一光源，提供沿所述投影光轴传输的第一光线，经由显微物镜将所述投影目标靶投影到对焦目标表面，以形成第一平面像；成像物镜，结合所述显微物镜对所述第一平面像进行二次成像，以在探测器表面形成第二平面像；所述探测器，采集所述第二平面像，并在所述第二平面像与所述探测器表面的交点位置获得清晰图像；以及控制器，通信连接所述探测器，并被配置为：根据所述第二平面像中清晰图像的像素坐标，确定所述对焦目标表面到所述显微物镜的物镜焦面的调节距离；以及根据所述调节距离，调节所述显微物镜和/或所述对焦目标的位置。2.如权利要求1所述的自动对焦系统，其特征在于，所述根据所述第二平面像中清晰图像的像素坐标，确定所述对焦目标表面到所述显微物镜的物镜焦面的距离的步骤包括：经由所述探测器，获取其采集的第二平面像；解析所述第二平面像，以确定其中清晰图像的第一像素坐标；确定所述第一像素坐标与对应所述对焦目标位于所述显微物镜的物镜焦面时的第二像素坐标的像素距离H；以及将所述像素距离H代入预先拟合的函数X
DF
(H)，以确定所述显微物镜和/或所述对焦目标的调节距离X。3.如权利要求2所述的自动对焦系统，其特征在于，拟合所述函数X
DF
(H)的步骤包括：将对焦标定物放置于所述显微物镜的物镜焦面，采集并解析所述投影目标靶的第二平面像，以确定其中清晰图像的第二像素坐标；根据所述显微物镜的焦深确定步进量ΔX，并向扩大及缩小所述调节距离X的方向，分别步进地调节所述显微物镜和/或所述对焦目标的位置m次，以分别获得多个对应的清晰图像的第一像素坐标；根据所述第二像素坐标及各所述第一像素坐标，分别确定对应的像素距离；以及以所述像素距离H为自变量，并以所述显微物镜和/或所述对焦目标对应的调节距离X为因变量，进行插值拟合，以确定所述函数X
DF
(H)。4.如权利要求3所述的自动对焦系统，其特征在于，还包括：投影物镜，设于所述投影目标靶与所述显微物镜之间，用于将穿透所述投影目标靶的第一光线会聚到所述显微物镜，以形成所述第一平面像，其中，所述投影目标靶关于所述投影光轴的垂面的倾斜角Q是根据所述调节距离X的取值范围
‑
mΔX~ mΔX、所述显微物镜的物方半视场F
obj
和由所述显微物镜至所述投影物镜的放大倍率M确定，其中，。5.如权利要求1所述的自动对焦系统，其特征在于，还包括：驱动机构，连接所述控制器，并根据所述控制器提供的控制指令，调节所述显微物镜和/或所述对焦目标的位置。
6.如权利要求1所述的自动...

【专利技术属性】
技术研发人员：包建，杨浩哲，相春昌，
申请(专利权)人：睿励科学仪器上海有限公司，
类型：发明
国别省市：