一种基于探针对准晶圆的双倍率光学系统的制作方法

本发明属于光学成像晶圆检测，具体涉及基于探针对准晶圆的双倍率光学系统。

背景技术：

1、半导体晶圆在加工完成后，需要对晶圆进行检测，检测主要分析物理性能检测和电性能检测，物理性能检测主要是对封装前的晶圆进行表面缺陷检测；电学性能检测是在不同的电压、温度和湿度等条件下对晶圆进行温度、电气和速度测试，目的是检测性能是否达标。探针台的核心功能是调整探针位置，准确扎在晶圆的晶格上，即针头与焊盘相互接触，从而实现晶格的电学性能测试。针对以上需求，探针台需要具备晶圆相机和探针相机，晶圆相机确定晶圆中焊盘的具体位置，探针相机确定针尖和晶圆相机位置，通过坐标转换，建立焊盘与针尖的位置关系，从而实现精准测试。

2、探针针尖直径最小可以达到5μm，根据系统设计的空间分辨率以及探测器像元尺寸大小进行计算，相机仅能看到1mm区域以内的目标物。为了方便实际应用，在对针的过程中，探针相机需要提供另外一个大视野低倍率的光学成像系统。在低倍率光路中，获取目标大致位置；在高倍率光路中，实现高精度定位。探针相机具有低倍率成像光路和高倍率成像光路，但是目前市场上存在的探针相机放大倍率低、数值孔径较小，达到了工程要求而降低了光学性能。因此，亟需研发一种高像质双倍率成像的光学系统。

技术实现思路

1、为了解决目前市场上存在的探针相机放大倍率低、数值孔径较小，达到了工程要求而降低了光学性能的问题，本发明提供一种基于探针对准晶圆双倍率的光学成像系统，所述系统包括物方、高倍成像系统、低倍成像系统ⅰ和像面，光束从物方射入后，分别经过高倍成像系统和低倍成像系统ⅰ后射入像面；

2、所述高倍成像系统包括第一透镜组、第二透镜组、反射镜、分光装置和滤光片，光束射入后依次经过第一透镜组和第二透镜组到达反射镜后光线偏转90度，依次通过分光装置和滤光片后到达像面；

3、所述低倍成像系统ⅰ包括第三透镜组、第四透镜组、分光装置和滤光片，光束射入后依次经过第三透镜组和第四透镜组到达分光装置后光线偏转90度，通过滤光片后到达像面。

4、进一步，所述第一透镜组包括依次沿入射光束设置的第一胶合透镜、第二胶合透镜、第三胶合透镜和第四胶合透镜，所述第二透镜组包括第五胶合透镜，所述第三透镜组包括依次沿入射光束设置的第六胶合透镜和第七胶合透镜，所述第四透镜组包括第八胶合透镜。

5、进一步，所述高倍成像系统中，满足：

6、；

7、；

8、其中为第一胶合透镜的焦距，为高倍成像系统的焦距，其中为第五胶合透镜的焦距；

9、所述低倍成像系统ⅰ中，满足：

10、；

11、；

12、其中，为第六胶合透镜的焦距，为低倍成像系统ⅰ的焦距，为第七胶合透镜的焦距。

13、进一步，所述高倍成像系统中，满足：

14、；

15、；

16、；

17、；

18、，

19、其中，为第一胶合透镜的光焦度，为第二胶合透镜的光焦度，为第三胶合透镜的光焦度，为第四胶合透镜的光焦度，为第五胶合透镜的光焦度。

20、所述低倍成像系统ⅰ中，满足：

21、；

22、；

23、；

24、其中，为第六胶合透镜的光焦度，为第七胶合透镜的光焦度，为第八胶合透镜的光焦度。

25、进一步，所述第一胶合透镜、第二胶合透镜、第三胶合透镜、第四胶合透镜、第五胶合透镜、第六胶合透镜、第七胶合透镜和第八胶合透镜均由一片光焦度为正的正透镜与一片光焦度为负的负透镜胶合组成，满足阿贝数差值，其中为任意一个胶合透镜内正透镜与负透镜的阿贝数差值。

26、本发明还提供一种带有光源照明的基于探针对准晶圆的双倍率光学系统，其特征在于，所述系统包括物方、高倍成像系统、低倍成像系统ⅱ、照明系统和像面；

27、所述低倍成像系统ⅱ与低倍成像系统ⅰ结构相同；

28、所述照明系统包括第二分光装置、匀光透镜、第二反射镜和同轴光源；光束从同轴光源发出，经过第二反射镜光束偏折90度，射入匀光透镜，在第二分光装置处偏折90度，分别射入高倍成像系统ⅰ和低倍成像系统ⅰ所在光路，并分别沿上述光路射出至物方；

29、光束从物方射入后，分别经过高倍成像系统和低倍成像系统ⅰ后射入像面；第二分光装置设置在滤光片和像面之间，与滤光片和像面共光轴。

30、进一步，所述低倍成像系统ⅱ中，满足：

31、；

32、；

33、其中，为第六胶合透镜的焦距，为低倍成像系统ⅰ的焦距，为第七胶合透镜的焦距；

34、；

35、；

36、；

37、其中，为第六胶合透镜的光焦度，为第七胶合透镜的光焦度，为第八胶合透镜的光焦度。

38、本发明的有益效果为：

39、（1）本发明的胶合透镜采用了正负透镜组合，通过对镜片进行光焦度分配，搭配不同镜片材料的折射率差异，在满足高像质的同时减小色差，提高了光学成像镜头的光学性能；

40、（2）本发明采用双物面共像面的共轴结构，高倍成像系统与低倍成像系统共用一个像面的同时共用一个光源，优化了结构布局，光学系统结构紧凑。两条光路光轴平行，光轴之间距离与探针台机械距离保持匹配。低倍率光路具有较大的视野从而寻找目标物体，高倍率光路具有大分辨率从而精准定位目标物体；

41、（3）本发明根据透镜材料的热膨胀系数，通过光学被动式消热差计算，合理分配透镜的光焦度，满足本发明在探针台上-40°c～150°c的工作环境中正常使用，成像质量优异；

42、（4）本发明中高倍成像系统分辨率达到1μm，优选地，可以达到0.83μm，放大倍率为16倍，景深为10μm；低倍成像系统分辨率达到2.25μm，放大倍率为2倍，景深为100μm。

43、本发明可以应用于半导体晶圆中晶格的电学性能测试技术领域。

技术特征：

1.一种基于探针对准晶圆的双倍率光学系统，其特征在于，所述系统包括物方（7）、高倍成像系统、低倍成像系统ⅰ和像面（8），光束从物方（7）射入后，分别经过高倍成像系统和低倍成像系统ⅰ后射入像面（8）；

2.根据权利要求1所述的基于探针对准晶圆的双倍率光学系统，其特征在于，所述第一透镜组（1）包括依次沿入射光束设置的第一胶合透镜（11）、第二胶合透镜(12)、第三胶合透镜（13）和第四胶合透镜（14），所述第二透镜组（2）包括第五胶合透镜（21），所述第三透镜组（5）包括依次沿入射光束设置的第六胶合透镜（51）和第七胶合透镜（52），所述第四透镜组（6）包括第八胶合透镜（61）。

3.根据权利要求1所述的基于探针对准晶圆的双倍率光学系统，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的基于探针对准晶圆的双倍率光学系统，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的基于探针对准晶圆的双倍率光学系统，其特征在于，所述第一胶合透镜（11）、第二胶合透镜(12)、第三胶合透镜（13）、第四胶合透镜（14）、第五胶合透镜（21）、第六胶合透镜（51）、第七胶合透镜（52）和第八胶合透镜（61）均由一片光焦度为正的正透镜与一片光焦度为负的负透镜胶合组成，满足阿贝数差值，其中为任意一个胶合透镜内正透镜与负透镜的阿贝数差值。

6.一种带有光源照明的基于探针对准晶圆的双倍率光学系统，其特征在于，所述系统包括物方（7）、高倍成像系统、低倍成像系统ⅱ、照明系统和像面（8）；

7.根据权利要求6所述的带有光源照明的基于探针对准晶圆的双倍率光学系统，其特征在于，所述低倍成像系统ⅱ中，满足：

技术总结
一种基于探针对准晶圆的双倍率光学系统。属于光学成像晶圆检测技术领域，具体涉及基于探针对准晶圆的双倍率光学系统。其解决了目前市场上存在的探针相机放大倍率低、数值孔径较小，达到了工程要求而降低了光学性能的问题。所述系统包括物方、高倍成像系统、低倍成像系统Ⅰ和像面，光束从物方射入后，分别经过高倍成像系统和低倍成像系统Ⅰ后射入像面；所述高倍成像系统包括第一透镜组、第二透镜组、反射镜、分光装置和滤光片，所述低倍成像系统Ⅰ包括第三透镜组、第四透镜组、分光棱镜和滤光片。本发明可以应用于半导体晶圆中晶格的电学性能测试技术领域。

技术研发人员：曲贺盟,管海军,王超,张继真,谢晓麟
受保护的技术使用者：长春长光智欧科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15