本發(fā)明涉及一種暗場照明裝置及表面缺陷檢測裝置，應用于半導體行業(yè)。

背景技術：

暗場照明技術廣泛應用于儀器視覺領域，如表面缺陷檢測領域，暗場照明是指照明光束以極大的入射角投射到試樣表面上，如果試樣表面是一個拋光鏡面，則從鏡面上反射的光線以極大的反射角反射出去，而不能進入物鏡成像，在目鏡中只能看到一片漆黑；如果試樣表面存在缺陷特征，則從缺陷特征處漫反射的光線有一部分可進入物鏡成像，這些缺陷特征呈明亮的像映襯在黑暗的視場內，最終可以在目鏡中被觀測到。環(huán)形暗場照明裝置提供均勻的照明光，用于檢測試樣表面的凹陷、突起、劃痕等缺陷特征，因此，環(huán)形暗場照明裝置照明光的均勻性決定了缺陷的檢測質量。

現有技術的環(huán)形暗場照明裝置常采用led環(huán)形暗場照明和光纖環(huán)形暗場照明，其中，led環(huán)形暗場照明作為脈沖光源使用時，能量無法滿足高掃描速度的需求，無法適應半導體行業(yè)對掃描和檢測速度越來越高的要求，作為連續(xù)光源使用時存在能量不足的問題。

如圖1和圖2所示，現有技術的光纖環(huán)形暗場照明裝置通過傳導光纖102作為光傳導介質，將光源發(fā)出的光從入射端101傳導到出射端103后射出，對試樣表面進行暗場照明，可同時適用于連續(xù)光源和脈沖光源。光纖環(huán)形暗場照明使用大量的光纖來傳導光，由于光源面分布往往不均勻，現有技術的光纖環(huán)形暗場照明裝置沒有勻光裝置，導致進入光纖環(huán)形暗場照明裝置中每根光纖的能量差異較大，降低了光纖環(huán)形暗場照明裝置出射光的均勻性，從而影響了缺陷檢測質量。由于使用大量彼此獨立的光纖作為傳導介質，導致該結構的填充 率不高，降低了耦合效率，使光源的能量利用率降低，造成光能量損失。同時，采用大量的光纖線纜，造成了暗場照明裝置的結構變得復雜。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種具有光傳導和勻化作用、高耦合效率且結構簡單的暗場照明裝置及表面缺陷檢測裝置。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案予以實現：

一種暗場照明裝置，包括光源、光傳導勻化結構、固定件及裝置固定架，所述光傳導勻化結構包括入射端、傳導段和若干出射端，所述光源發(fā)出的光入射到所述入射端端面，經所述傳導段后從若干所述出射端傾斜于待測試平面射出，若干所述出射端構成環(huán)形，并通過所述固定件固定在所述裝置固定架上，所述光傳導勻化結構為一體式注塑結構。

優(yōu)選的，所述光在所述傳導段內進行全反射。

優(yōu)選的，所述入射端為端面是多邊形的柱狀結構。

優(yōu)選的，所述出射端為長方體結構。

優(yōu)選的，所述固定件的數量與所述出射端的數量一致，每個所述固定件固定一個所述出射端后排布在一起形成環(huán)形。

優(yōu)選的，若干所述出射端注塑成一體式環(huán)形結構，所述固定件為與所述一體式環(huán)形結構匹配的環(huán)形固定件。

優(yōu)選的，所述入射端的數量不少于2個，所述入射端連接的出射端組合后構成環(huán)形。

優(yōu)選的，每個所述入射端對應的光源均相同。

優(yōu)選的，所述光傳導勻化結構采用聚碳酸酯材料或有機玻璃。

為了實現上述目的，本發(fā)明還提供一種表面缺陷檢測裝置，包括所述暗場照明裝置。

與現有技術相比，本發(fā)明的暗場照明裝置及表面缺陷檢測裝置，采用的光傳導勻化結構為一體式注塑結構，光源發(fā)出的光在其中進行傳導時發(fā)生全反射， 各個方向的全反射對光進行勻化，使出射光更加均勻，提高了暗場照明裝置的照明均勻性，同時，一體式注塑結構具有接近100％的填充率，使光的耦合效率提高，提高了暗場照明裝置的能量利用率，一體式注塑結構通過現有的注塑工藝制造，結構簡單，易于制造和裝配。

附圖說明

圖1是現有技術光纖環(huán)形暗場照明裝置的俯視示意圖；

圖2是圖1中光纖環(huán)形暗場照明裝置的a-a剖視示意圖；

圖3是本發(fā)明一實施例中暗場照明裝置的俯視示意圖；

圖4是圖3中暗場照明裝置的b-b剖視示意圖；

圖5是本發(fā)明一實施例中光傳導勻化結構入射端的截面示意圖；

圖6是本發(fā)明一實施例中光傳導勻化結構出射端的截面示意圖；

圖7是本發(fā)明中暗場照明裝置的原理示意圖；

圖8是本發(fā)明中暗場照明裝置的暗場照明效果的試驗結果圖；

圖9是本發(fā)明中暗場照明裝置的暗場照明效果的試驗結果圖；

圖10是本發(fā)明一實施例中暗場照明裝置的俯視示意圖。

圖1-2中所示：101、入射端；102、傳導光纖；103、出射端；

圖3-10中所示：200、光傳導勻化結構；201、入射端；202、傳導段；203、出射端；300、裝置固定架；400、固定件；α、第一入射角；β、第二入射角；γ、固定件傾斜角；θ’、全反射的入射角；θ、全反射臨界角。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作詳細描述：

實施例1

如圖3和圖4所示，本發(fā)明的暗場照明裝置，包括光源、光傳導勻化結構200及裝置固定架300，所述光傳導勻化結構200為一體式注塑結構，包括入射端201、傳導段202和出射端203，所述光源發(fā)出的光入射到入射端201端面，經傳導段202進行全反射傳導后，從出射端203端面射出，所述出射端203構 成環(huán)形結構并通過固定件400固定在裝置固定架300上，所述出射端203端面傾斜于裝置固定架300。相應的，所述固定件400采用傾斜設置，傾斜角為γ。優(yōu)選的，所述入射端201為端面是多邊形的柱狀結構，所述出射端203為長方體結構。

本發(fā)明的暗場照明裝置，采用的光傳導勻化結構200為一體式注塑結構，注塑材料優(yōu)選采用聚碳酸酯材料或有機玻璃。光源發(fā)出的光在其中進行傳導時發(fā)生全反射，各個方向的全反射對光進行勻化，使出射光更加均勻，提高了暗場照明裝置的照明均勻性，同時，一體式注塑結構具有接近100％的填充率，使光的耦合效率提高，提高了暗場照明裝置的能量利用率，一體式注塑結構通過現有的注塑工藝制造，結構簡單，易于制造和裝配。

參照圖5和圖6所示，作為一種具體實施例，所述光傳導勻化結構200的入射端201采用正六邊形柱狀結構，傳導段202前段采用正六邊形柱狀結構，與入射端201對應連接，后段分成8個四邊形柱狀結構，分別與出射端203對應連接。對應的，出射端203的數量也為8個，采用長方體結構，所述8個出射端203共同圍成環(huán)形結構。

需要注意的是，在圖3中僅給出3個傳導段202的后段分別與出射端203中的3個對應連接以示說明。同時，為了能夠實施，所述光傳導勻化結構200中的部分結構會采用彎折或彎曲結構，對于該部分結構只要滿足光在其中發(fā)生全反射傳導的條件即可，不會影響到整個裝置所產生的有益技術效果。

現結合圖7所示說明本暗場照明裝置的工作原理，為了方便說明，以所述光傳導勻化結構200內一個長方形截面內的一條光線的傳播路線為例予以說明。光源發(fā)出的光以第一入射角α，從空氣中入射到所述光傳導勻化結構200的入射端201端面，然后光線在入射端201端面發(fā)生折射，折射后的光線以θ’角入射到傳導段202的側壁上。

根據斯涅爾折射定律：n·sinθ＝n'·sinθ'，其中，介質1為空氣，折射率n＝1，介質2為注塑材料，折射率為n’,當θ’為入射角時，θ為折射角。根據全反射公式，全反射臨界角θ＝90°，則由此可知，通過控制注塑材料的折射率n’和光源的發(fā)散角，即可實現光線在光傳導勻化結構200內進行全反射傳導。最后，光線以第二入射角β入射到所述光傳導勻化結構200的出射端203端面，并在出射端203端面發(fā)生折射后射出到空氣中，出射光照射在試樣表面形成暗場照明效果。

其中，當θ’為全反射的入射角時，本暗場照明裝置的數值孔徑na＝n'·sin(90-θ')。因此，所選用的注塑材料可以根據實際需要的暗場照明裝置的數值孔徑來確定。

當光源以一定發(fā)散角入射到光傳導勻化結構200后，使光線在光傳導勻化結構200中發(fā)生全反射傳導，光路在各個方向上發(fā)生全反射，對光路具有勻化作用。結合空間分割理論：光在光傳導勻化結構200中多次反射，每次反射都會形成虛擬光源像，多次反射形成二維的虛擬光源矩陣，從而使得光更加的均勻，對光源發(fā)出的光進行均勻化，形成均勻的出射光面，其中，以正多邊形柱狀結構效果最佳。所述光傳導勻化結構200解決了現有技術中光纖環(huán)形暗場照明裝置的均勻性問題。

實施例2

與實施例1不同的是，本實施例所述出射端203采用一體式環(huán)形結構。對應的，固定件400也采用環(huán)形結構。

采用這種技術，將多個出射端203合并注塑成一個環(huán)形結構，在實現光傳導勻化效果的基礎上，簡化了出射端203的結構，便于注塑制造和裝配。

實施例3

如圖10所示，與實施例1不同的是，本實施例所述入射端201的數量為2個，其對應的光源采用相同光源，所有出射端203圍在一起構成環(huán)形。采用2 個入射端201用于光能量的耦合，增加了用于照明的光能量，可適應于對光能和亮度有更高要求的暗場照明裝置。本領域的技術人員可知，所述入射端201的數量還可以擴展到2個以上的情形，這種合理的改進也屬于本發(fā)明所包括的技術范圍。

為了驗證本發(fā)明的技術效果，使用tracepro仿真系統(tǒng)對試樣進行了試驗。圖8和圖9所示為本暗場照明裝置的暗場照明效果的試驗結果圖。其中，x向和y向分別表示試樣平面的兩個正交方向，數值單位為mm；在圖8中選擇試樣平面在x向和y向的中心線作為數據采集位置，并將兩條中心線上的光能量分布顯示在圖9中。

選取-6～6mm范圍內的能量分布，通過不均勻性計算公式計算可得，不均勻性u＝(8.4-7.8)/(8.4+7.8)×100％＝3.7％。相對于現有技術，降低了不均勻性數值，因此，本暗場照明裝置的照明均勻性得到了提高和改善。

本發(fā)明還提供一種表面缺陷檢測裝置，包括上述的暗場照明裝置。所述表面缺陷檢測裝置包括照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)及接收器，其中，照明系統(tǒng)包括上述的暗場照明裝置，通過本暗場照明裝置使得暗場照明的均勻性更佳，通過成像系統(tǒng)顯示的試樣表面的凹陷、突起、劃痕等缺陷特征更加清晰，提高成像分辨率，從而提高了表面缺陷檢測質量。