專利名稱：一種基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種表面微缺陷檢測裝置，尤其涉及一種基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置。
背景技術(shù)：
光滑表面的缺陷檢測目前已有多種方法，比較常用的是基于Machine Vision的光學(xué)檢測方法。這種方法的特點(diǎn)是可同時(shí)檢測并確定缺陷的種類、尺寸等參數(shù)，但缺點(diǎn)是檢測速度慢、對微小缺陷靈敏度低，通常檢測和分析時(shí)間在幾十秒到幾分鐘，這種速度無法滿足在線檢測的需要，要達(dá)到在10秒鐘內(nèi)完成對一片這樣的晶面檢測，即使采用更快的硬件和軟件技術(shù)，在短期內(nèi)也無法達(dá)到對檢測速度的要求。仔細(xì)觀察被測光滑表面，發(fā)現(xiàn)大部分被 測表面是沒有需檢出的缺陷的，即使有，其數(shù)量也是很少的，而基于Machine Vision的檢測方法必須對整個(gè)表面進(jìn)行無區(qū)別的檢測，因而，不管被測表面是否有缺陷，檢測時(shí)間都是ー樣的，而且大部分時(shí)間是用在對無缺陷的表面進(jìn)行圖像采集和處理。另ー種檢測方法是采用激光掃描和散射檢測的方法。激光掃描和散射檢測技術(shù)可在很短的時(shí)間內(nèi)對ー個(gè)直徑為75_的光滑表面進(jìn)行檢測并確定缺陷的具體位置(一般可檢測缺陷最小線度為I微米，如需檢測更小的缺陷尺寸，檢測時(shí)間會相應(yīng)增加)，并對缺陷圖像進(jìn)行初步處理，確定是點(diǎn)缺陷還是線狀缺陷(如劃痕等)，所得到的缺陷圖可傳輸給下一級或同臺設(shè)備上的另ー個(gè)檢測頭進(jìn)行定量分析。激光表面散射對光滑表面的微缺陷檢測的超高靈敏度很早就被認(rèn)識到了，如早期用于測量磁存儲器硬盤表面微缺陷的光學(xué)表面分析技術(shù)(Optical Surface Analyzer,0SA)就已在磁存儲器硬盤的生產(chǎn)過程中使用參考文獻(xiàn)“ Method of InspectingMagnetic Disc and Apparatus Therefor and Process for Producing the MagneticDisc'US Patent :6, 078，385，Jun. 20,2000],目前美國 KLA-Tencor 公司的一款用于 LED襯底表面檢測的設(shè)備也是基于這種技術(shù)，但由于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是將一束激光經(jīng)聚焦后以大角度的方式入射到被測表面上，光束與表面的相互作用區(qū)域局限于光斑的尺寸，一般在幾個(gè)毫米以內(nèi)，通過機(jī)械地移動被測表面來完成對整個(gè)表面的檢測，而無法通過掃描光束進(jìn)行對表面的快速檢測。這種儀器盡管可對光滑表面的微缺陷進(jìn)行檢測和分析，但測量速度較慢，不適合于在線檢測。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，可有效檢測表面劃痕、缺陷、脫膜等，代替目前的人工檢測，檢測速度快。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案—種基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，所述裝置包括激光器，用以發(fā)出激光束；擴(kuò)束裝置，用以將從激光器發(fā)出的激光束擴(kuò)束，擴(kuò)束后的激光束作為激光散射掃描的光源；第一調(diào)整鏡、第二調(diào)整鏡，用以將擴(kuò)束裝置擴(kuò)束后的激光束調(diào)整，使其經(jīng)第二分光鏡透射后進(jìn)入振鏡；振鏡，用以將經(jīng)過第二分光鏡透射的激光束沿ー個(gè)方向快速掃描；掃描鏡，用以在被測表面形成一個(gè)匯聚光點(diǎn)；積分球，設(shè)置于掃描鏡與被測表面之間，積分球?yàn)橹锌战Y(jié)構(gòu)，靠近掃描鏡的一端設(shè)有第一開ロ，積分球靠近被測表面的一端設(shè)有第二開ロ ；散射光電探測器，設(shè)置于所述積分球內(nèi)，用以收集被測表面漫散射光的強(qiáng)度參數(shù)；第二分光鏡，用以將從被測表面反射的激光束輸入至第三分光鏡；第三分光鏡，用以將第二分光鏡發(fā)出的反射光分為兩束，一束輸入至一反射光電探測器，另一束輸入至一光電位移探測器；反射光電探測器，用以收集從被測表面反射后經(jīng)所述第二分光鏡、第三分光鏡分光的反射光，并記錄反射光強(qiáng)度參數(shù)；衰減片，設(shè)置于第三分光鏡與反射光電探測器之間；光電位移探測器，用以收集從被測表面反射后經(jīng)所述第二分光鏡、第三分光鏡分光的反射光，并記錄位移變化參數(shù)；透鏡，設(shè)置于第三分光鏡與光電位移探測器之間； 被測表面移動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用以執(zhí)行被測表面的移動動作；控制分析系統(tǒng)，用以接收散射光電探測器、反射光電探測器、光電位移探測器的探測信息，并以此得到分析結(jié)果；所述控制分析系統(tǒng)還用以控制所述被測表面移動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述裝置進(jìn)ー步包括第一分光鏡，用以將從激光器發(fā)出的激光束分為兩束，一束被光強(qiáng)探測器接收，一束進(jìn)入擴(kuò)束裝置；光強(qiáng)探測器，用以接收經(jīng)過第一分光鏡的激光束，記錄其強(qiáng)度參數(shù)。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述積分球的第一開ロ為狹長形開ロ ；第ニ開ロ為圓形的或長方形的開ロ，開ロ的直徑或長度大于掃描的長度。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述裝置還包括第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器、接線盒、信號采集卡；所述第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器分別連接至接線盒，接線盒、信號采集卡、控制分析系統(tǒng)依次連接。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述裝置在第二分光鏡與掃描鏡之間設(shè)有振鏡，經(jīng)過第二分光鏡透射的光經(jīng)振鏡后入射到所述掃描鏡；所述振鏡的轉(zhuǎn)動軸正好在掃描鏡的后焦面上，使入射到掃描鏡的光束經(jīng)掃描鏡后，沿與掃描鏡光軸平行的直線匯聚到被測表面上；掃描鏡光軸與被測表面垂直。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述掃描鏡為遠(yuǎn)心掃描鏡。本實(shí)用新型的有益效果在干本實(shí)用新型提出的基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，米用遠(yuǎn)心掃描鏡來完成ー個(gè)方向?qū)Ρ砻娴膾呙?，通過在另一個(gè)與激光掃描方向垂直的方向移動被測面，來完成對整個(gè)被測面的掃描。本實(shí)用新型可對光滑表面進(jìn)行連續(xù)掃描，在激光掃描方向的掃描寬度為100_，而在與它垂直方向則沒有限制。設(shè)計(jì)的檢測靈敏度為最小檢測限(缺陷的橫向尺寸為I微米，縱向尺寸為20nm)。可有效檢測表面劃痕、缺陷、脫膜等，代替目前的人工檢測；且檢測速度快，對一片4英寸的襯底的檢測時(shí)間為10秒。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)光學(xué)測量裝置中，利用同一個(gè)激光光源，可同時(shí)測量同一個(gè)被測點(diǎn)上漫散射和反射光強(qiáng)，同時(shí)測量反射光的角度偏移。

圖I為本實(shí)用新型表面微缺陷檢測裝置的光學(xué)示意圖。圖2為本實(shí)用新型表面微缺陷檢測裝置的檢測流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例。實(shí)施例一請參閱圖I、圖2，本實(shí)用新型掲示了一種基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，所述裝置包括激光器I、第一分光鏡2、光強(qiáng)探測器3、擴(kuò)束裝置4、第一調(diào)整鏡5、第二調(diào)整鏡6、第二分光鏡7、振鏡8、掃描鏡9、積分球10、散射光電探測器11、第三分光鏡12、衰減片13、反射光電探測器14、透鏡15、光電位移探測器16、接線盒17、信號采集卡DAQ 18、被測表面移動執(zhí)行機(jī)構(gòu)19、控制分析系統(tǒng)30。激光器I發(fā)出激光束；第一分光鏡2將從激光器I發(fā)出的激光束分為兩束，一束被光強(qiáng)探測器3接收，一束進(jìn)入擴(kuò)束裝置4。光強(qiáng)探測器3用以接收經(jīng)過第一分光鏡的激光束，記錄其強(qiáng)度參數(shù)。擴(kuò)束裝置4用以將從激光器I發(fā)出、經(jīng)過第一分光鏡2的激光束擴(kuò)束，擴(kuò)束后的激光束作為激光散射掃描的光源。擴(kuò)束裝置4擴(kuò)束后的激光束經(jīng)過第一調(diào)整鏡5、第二調(diào)整鏡調(diào)整，使其經(jīng)第二分光鏡7透射后進(jìn)入掃描鏡9。經(jīng)過第二分光鏡7透射的光經(jīng)振鏡8后入射到所述振鏡8。所述振鏡8的轉(zhuǎn)動軸正好在掃描鏡9的后焦面上，使入射到掃描鏡9的光束經(jīng)掃描鏡9后,沿與掃描鏡9光軸平行的直線匯聚到被測表面20上；掃描鏡光軸與被測表面20垂直。所述掃描鏡9為遠(yuǎn)心掃描鏡9。振鏡8將入射的激光束沿ー個(gè)方向快速掃描；經(jīng)遠(yuǎn)心掃描鏡9后,在被測表面20形成一個(gè)匯聚光點(diǎn)，并劃過ー個(gè)長度為L = f*20的直線。這里，f為遠(yuǎn)心掃描鏡的焦距，θ為掃描振鏡的掃描范圍。該束光在被測表面20形成匯聚的ー個(gè)光斑。積分球10設(shè)置于掃描鏡與被測表面之間，積分球10為中空結(jié)構(gòu)，靠近掃描鏡9的一端設(shè)有第一開ロ，積分球10靠近被測表面20的一端設(shè)有第二開ロ。本實(shí)施例中，所述積分球10的第一開ロ為狹長形開ロ ；第二開ロ為圓形的或長方形的開ロ，開ロ的直徑或長度大于掃描的長度。散射光電探測器11設(shè)置于所述積分球10內(nèi)，用以收集被測表面20漫散射光的強(qiáng)度參數(shù)。上述積分球10及散射光電探測器11組成的散射光信號檢測技術(shù)可有效地將被表面20缺陷漫散射的光信號收集起來，對于沒有缺陷的表面，入射光在與表面相互作用后，將主要以反射形式及透射形式(對于透明或半透明的被測表面)離開表面，對于不透明的 被測面，將主要以反射的形式離開表面，而積分球的設(shè)計(jì)使得以反射光形式離開表面的光基本上不被散射光電探測器檢測到，只有經(jīng)表面缺陷漫散射后離開的光才被散射光電探測器檢測到，從而可有效檢測表面缺陷。經(jīng)表面反射的光束將按原路返回,經(jīng)過第二分光鏡7后,一部分將被第二分光鏡7反射后一部分經(jīng)過第三分光鏡12后，入射到ー個(gè)ー衰減片13，經(jīng)衰減片13后被反射光電探測器14接收。另一部分經(jīng)第三分光鏡12反射后，再經(jīng)ー個(gè)匯集透鏡15，聚焦到一個(gè)光電位移探測器16上，任何表面的微量傾斜會被該光電位移探測器16接收并記錄下來。從表面反射回來的光反映了被測表面20的反射率、平整度、表面紋波等特性。與散射光比較,可有效檢測污跡，表面紋波等。請參閱圖2，本實(shí)用新型裝置至少包括三個(gè)光電探測器(散射光電探測器11、反射 光電探測器14、光電位移探測器16),散射光電探測器11安裝在積分球10上,負(fù)責(zé)米集表面散射產(chǎn)生的光信號，反射光電探測器14在反射光路中，負(fù)責(zé)采集表面污跡、水斑等信息。光電位移探測器16負(fù)責(zé)檢查表面紋波等信息。三個(gè)信號分別通過各自的前置放大電路(第一前置放大器111、第二前置放大器141、第三前置放大器161)后輸入ー個(gè)信號米集卡的模擬輸入端。所述第一前置放大器111、第二前置放大器141、第三前置放大器161分別連接至接線盒17，接線盒17、信號采集卡18、控制分析系統(tǒng)30依次連接?？刂品治鱿到y(tǒng)30接收散射光電探測器11、反射光電探測器14、光電位移探測器16的探測信息，并以此得到分析結(jié)果。為獲得ー個(gè)平面的掃描圖像，在振鏡掃描的同時(shí)，被測物將作一個(gè)與激光線掃描垂直方向的運(yùn)動，將該方向定義為Y。通過被測表面移動執(zhí)行機(jī)構(gòu)19執(zhí)行被測表面的移動動作。所述控制分析系統(tǒng)30還用以控制所述被測表面移動執(zhí)行機(jī)構(gòu)19的動作。整個(gè)掃描過程如下系統(tǒng)控制軟件控制Y平移(通過控制被測表面移動執(zhí)行機(jī)構(gòu)19完成)，同時(shí)控制振鏡掃描，在振鏡從起始位置開始掃描起，系統(tǒng)控制軟件通過DAQ卡(信號采集卡18)，開始兩個(gè)通道的信號采集，并將采集到的信號存入系統(tǒng)的ー個(gè)緩沖器中，并在掃描信號數(shù)據(jù)的開頭插入一個(gè)開始標(biāo)記。在振鏡完成一次掃描后，在掃描數(shù)據(jù)中插入ー個(gè)終止標(biāo)記，在此同吋，Y平臺沿Y方向做勻速運(yùn)動，運(yùn)動的速度決定于在Y方向掃描精度的要求。在振鏡完成一次掃描后，控制系統(tǒng)將振鏡的回復(fù)到起始位置，開始下一次掃描。重復(fù)該程序即可完成對ー個(gè)平面的ニ維掃描。綜上所述，本實(shí)用新型提出的基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置具有以下優(yōu)勢(I)本實(shí)用新型系統(tǒng)采用了ー個(gè)特殊設(shè)計(jì)的積分球作為散射信號采集器，該積分球的設(shè)計(jì)可以使入射光束沿原路返回，并使從遠(yuǎn)心掃描鏡出射得，垂直與被測表面的光刻在ー個(gè)方向做線性掃描，掃描范圍可達(dá)100mm。(2)設(shè)計(jì)了ー個(gè)大口徑的遠(yuǎn)心掃描鏡，該遠(yuǎn)心掃描鏡可以接受直徑達(dá)16_的準(zhǔn)直激光束，并有±15o的掃描范圍。(3)本實(shí)用新型系統(tǒng)可以檢測經(jīng)被測表面反射回來的光強(qiáng)及光束位移，從而測量被測表面的污跡，紋波等，與散射同步測量，結(jié)合表面散射測量的結(jié)果，可有效對超光滑表面進(jìn)行表面微缺陷檢測。(4)本實(shí)用新型系統(tǒng)采用了掃描振鏡在ー個(gè)方向進(jìn)行快速掃描，同時(shí)，同步控制Y移動平臺來完成對ー個(gè)ニ維平面的掃描。(5)本實(shí)用新型系統(tǒng)采用同步控制來實(shí)現(xiàn)對ー個(gè)平面的掃描和對由平面上每一點(diǎn)產(chǎn)生的激光散射和剪切干涉信號的同步采集，以得到一個(gè)被測平面的完整的激光散射和剪切干涉圖像。這里本實(shí)用新型的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本實(shí)用新型的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本實(shí)用新型的精神或本質(zhì)特征的情況下，本實(shí)用新型可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例， 以及用其它組件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本實(shí)用新型范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
權(quán)利要求1.一種基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，其特征在于，所述裝置包括 激光器，用以發(fā)出激光束； 擴(kuò)束裝置，用以將從激光器發(fā)出的激光束擴(kuò)束，擴(kuò)束后的激光束作為激光散射掃描的光源； 第一調(diào)整鏡、第二調(diào)整鏡，用以將擴(kuò)束裝置擴(kuò)束后的激光束調(diào)整，使其經(jīng)第二分光鏡透射后進(jìn)入振鏡； 振鏡，用以將經(jīng)過第二分光鏡透射的激光束沿ー個(gè)方向快速掃描； 掃描鏡，用以在被測表面形成一個(gè)匯聚光點(diǎn)； 積分球，設(shè)置于掃描鏡與被測表面之間，積分球?yàn)橹锌战Y(jié)構(gòu)，靠近掃描鏡的一端設(shè)有第ー開ロ，積分球靠近被測表面的一端設(shè)有第二開ロ； 散射光電探測器，設(shè)置于所述積分球內(nèi)，用以收集被測表面漫散射光的強(qiáng)度參數(shù)； 第二分光鏡，用以將從被測表面反射的激光束輸入至第三分光鏡； 第三分光鏡，用以將第二分光鏡發(fā)出的反射光分為兩束，一束輸入至一反射光電探測器，另一束輸入至一光電位移探測器； 反射光電探測器，用以收集從被測表面反射后經(jīng)所述第二分光鏡、第三分光鏡分光的反射光，并記錄反射光強(qiáng)度參數(shù)； 衰減片，設(shè)置于第三分光鏡與反射光電探測器之間； 光電位移探測器，用以收集從被測表面反射后經(jīng)所述第二分光鏡、第三分光鏡分光的反射光，并記錄位移變化參數(shù)； 透鏡，設(shè)置于第三分光鏡與光電位移探測器之間； 被測表面移動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用以執(zhí)行被測表面的移動動作； 控制分析系統(tǒng)，用以接收散射光電探測器、反射光電探測器、光電位移探測器的探測信息，并以此得到分析結(jié)果；所述控制分析系統(tǒng)還用以控制所述被測表面移動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，其特征在于 所述裝置進(jìn)ー步包括 第一分光鏡，用以將從激光器發(fā)出的激光束分為兩束，一束被光強(qiáng)探測器接收，一束進(jìn)入擴(kuò)束裝置； 光強(qiáng)探測器，用以接收經(jīng)過第一分光鏡的激光束，記錄其強(qiáng)度參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，其特征在于 所述積分球的第一開ロ為狹長形開ロ ；第二開ロ為圓形的或長方形的開ロ，開ロ的直徑或長度大于掃描的長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，其特征在于 所述裝置還包括第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器、接線盒、信號采集卡; 所述第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器分別連接至接線盒，接線盒、信號采集卡、控制分析系統(tǒng)依次連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，其特征在于 所述振鏡的轉(zhuǎn)動軸正好在掃描鏡的后焦面上，使入射到掃描鏡的光束經(jīng)掃描鏡后，沿與掃描鏡光軸平行的直線匯聚到被測表面上；掃描鏡光軸與被測表面垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，其特征在于所述掃描鏡為遠(yuǎn)心掃描鏡。
專利摘要本實(shí)用新型揭示了一種基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，所述裝置包括激光器、第一分光鏡、光強(qiáng)探測器、擴(kuò)束裝置、第一調(diào)整鏡、第二調(diào)整鏡、第二分光鏡、振鏡、掃描鏡、積分球、散射光電探測器、第三分光鏡、衰減片、反射光電探測器、透鏡、光電位移探測器、接線盒、信號采集卡、被測表面移動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制分析系統(tǒng)。本實(shí)用新型提出的基于激光散射的表面微缺陷檢測裝置，采用遠(yuǎn)心掃描鏡來完成一個(gè)方向?qū)Ρ砻娴膾呙瑁ㄟ^在另一個(gè)與激光掃描方向垂直的方向移動被測面，來完成對整個(gè)被測面的掃描。本實(shí)用新型可有效檢測表面劃痕、缺陷、脫膜等，代替目前的人工檢測，檢測速度快。
文檔編號G01N21/88GK202453298SQ20122001950
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者陸惠宗 申請人:無錫邁福光學(xué)科技有限公司