一种变焦筒镜、缺陷检测装置及缺陷检测方法与流程

本发明实施例涉及光学器件技术，尤其涉及一种变焦筒镜、缺陷检测装置及缺陷检测方法。
背景技术：
：由于自动光学检测(automaticopticalinspection，aoi)技术可对晶圆、芯片或其他待测对象进行快速、高精度、无损伤检测，因此aoi技术广泛地应用于pcb、ic晶圆、led、tft以及太阳能面板等多个领域。aoi设备中通常包括工件台和光学成像系统，其中工件台能够承载待测对象，光学成像系统对待测对象进行扫描后成像，并将扫描的图像与理想的参考图像进行比较，或通过特征提取等方式，识别出待测对象的表面缺陷。同时，在检测过程中，可通过调节成像的倍率，以能够直观地观察待测对象的表面缺陷。现有技术中，aoi设备的光学成像系统采用机械转盘手动切换成像倍率，以获得相应倍数的图像。但是，现有技术中手动切换的机械转盘所调节的成像倍率通常为固定倍率，无法面向应用实现最优倍率，从而影响检测效率和检测精度。技术实现要素：本发明实施例提供一种变焦筒镜、缺陷检测装置及缺陷检测方法，能够提高检测效率和检测精度。第一方面，本发明实施例提供一种变焦筒镜，包括沿光轴从物侧到像侧依次排列的光阑、负光焦度的第一固定镜组、正光焦度的第一变焦镜组、负光焦度的第二变焦镜组、正光焦度的补偿镜组和正光焦度第二固定镜组；其中，所述第一变焦镜组和所述第二变焦镜组在变焦过程中沿所述光轴移动；所述补偿镜组在对焦过程中沿所述光轴移动；所述第一固定镜组和所述第二固定镜组的位置固定。可选的，所述变焦筒镜还包括沿光轴设置且位于所述第二固定镜组靠近像方的分光镜组。可选的，所述分光镜组包括分光棱镜或半透半反棱镜。可选的，述第一固定镜组包括负光焦度的第一透镜；所述第一变焦镜组包括沿光轴从物侧到像侧依次排列的负光焦度的第二透镜和正光焦度的第三透镜，所述第二透镜与所述第三透镜构成胶合透镜；所述第二变焦镜组包括沿光轴从物侧到像侧依次排列的负光焦度的第四透镜、负光焦度的第五透镜和正光焦度的第六透镜；所述第五透镜和所述第六透镜构成胶合透镜；所述补偿镜组包括沿光轴从物侧到像侧依次排列的正光焦度的第七透镜、正光焦度的第八透镜和负光焦度的第九透镜；所述第八透镜和所述第九透镜构成胶合透镜；所述第二固定镜组包括负光焦度的第十透镜、正光焦度的第十一透镜和正光焦度的第十二透镜；所述第十透镜和所述第十一透镜构成胶合透镜。可选的，所述变焦筒镜的焦距f的变化范围为140mm≤f≤360mm。第二方面，本发明实施例还提供一种缺陷检测装置，包括光束出射单元、半透半反棱镜、物镜、光束接收单元以及上述变焦筒镜。所述光束出射单元提供的光束经所述半透半反棱镜反射后，经所述物镜照射到待测面，且所述待测面反射的光束依次透过所述物镜和所述半透半反棱镜传播；所述变焦筒镜接收透过所述半透半反棱镜的光束，并经变焦和对焦后由所述光束接收单元接收。可选的，当所述变焦筒镜包括分光镜组时，所述光束接收单元包括第一探测器和第二探测器。可选的，所述光束出射单元包括沿光路依次设置的光源、汇聚透镜组、准直透镜组和反射镜组；所述光源提供的光束在所述汇聚透镜组的焦点聚合，并在焦点发散进入所述准直透镜，转换为平行准直光束；所述平行准直光束在所述反射镜组的反射面发生反射。第三方面，本发明实施例还提供一种缺陷检测方法，包括：根据待测物，确定所述待测物的测量条件；根据所述测量条件，调节上述缺陷检测装置的变焦筒镜的测量焦距和对焦位置；采用所述缺陷检测装置对所述待测物的待测面进行缺陷检测，以获取缺陷检测图像；比较所述缺陷检测图像与标准图像，获取所述待测物的待测面的缺陷参数。可选的，所述待测物的待测面包括多个缺陷检测区域；所述根据所述测量条件，调节所述的缺陷检测装置的变焦筒镜的测量焦距和对焦位置，包括：根据所述测量条件，分别确定所述待测物的待测面的多个缺陷检测区域对应的测量焦距和对焦位置；根据所述待测物的待测面的缺陷检测区域对应的测量焦距和对焦位置，调节所述变焦筒镜的测量焦距和对焦位置；其中，不同缺陷检测区域对应的测量焦距和对焦位置不同。本发明实施例提供了一种变焦筒镜、缺陷检测装置和缺陷检测方法，其中缺陷检测方法采用本发明实施例提供的缺陷检测装置对待测物进行缺陷检测，且该缺陷检测装置包括变焦筒镜，该变焦筒镜包括沿光轴从物侧到像侧依次排列的光阑、负光焦度的第一固定镜组、正光焦度的第一变焦镜组、负光焦度的第二变焦镜组、正光焦度的补偿镜组和正光焦度第二固定镜组。通过固定第一固定镜组和所述第二固定镜组的位置，在变焦过程中，使第一变焦镜组和第二变焦镜组沿光轴移动，以调节变焦筒镜的焦距；同时通过使补偿镜组沿光轴移动，以实现不同焦距下的对焦，从而使变焦筒镜能够实现成像倍率的连续变化，且具有较好的成像质量，以提高检测精度和检测效率。附图说明图1是本发明实施例提供的一种变焦筒镜的结构示意图；图2是本发明实施例提供的又一种变焦筒镜的结构示意图；图3是本发明实施例提供的一种变焦筒镜的垂向像差图；图4是本发明实施例提供的一种变焦筒镜的传递函数图；图5是本发明实施例提供的一种变焦筒镜的畸变图；图6是本发明实施例提供的一种缺陷检测装置的结构示意图；图7是本发明实施例提供的一种缺陷检测方法的流程图；图8是本发明实施例提供的一种待测物的待测面缺陷分布结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。图1是本发明实施例提供的一种变焦筒镜的结构示意图。参考图1，本实施例提供的变焦筒镜100包括沿光轴从物侧到像侧依次排列的光阑u1、负光焦度的第一固定镜组g1、正光焦度的第一变焦镜组g2、负光焦度的第二变焦镜组g3、正光焦度的补偿镜组g4和正光焦度第二固定镜组g5；其中，第一变焦镜组g2和第二变焦镜组g3在变焦过程中沿光轴移动；补偿镜组g4在对焦过程中沿光轴移动；第一固定镜组g1和第二固定镜组g5的位置固定。其中，可以理解的是，光焦度等于像方光束汇聚度与物方光束汇聚度之差，它表征光学系统偏折光线的能力。光焦度的绝对值越大，对光线的弯折能力越强，光焦度的绝对值越小，对光线的弯折能力越弱。光焦度为正数时，光线的屈折是汇聚性的；光焦度为负数时，光线的屈折是发散性的。光焦度可以适用于表征一个透镜的某一个折射面(即透镜的一个表面)，可以适用于表征某一个透镜，也可以适用于表征多个透镜共同形成的系统(即透镜组)。在本实施例中，可以将各个透镜组固定于一个镜筒(图1中未示出)内构成变焦筒镜100。在进行变焦时，第一变焦镜组g2和第二变焦镜组g3沿光轴移动，以使第一固定镜组g1与第一变焦镜组g2之间的距离、第一变焦镜组g2与第二变焦镜组g3之间的距离以及第二变焦镜组g3与第二固定镜组g5之间的距离均发生变化，以使变焦筒镜100实现连续变焦；同时，通过使补偿镜组g4沿光轴方向移动，以调整成像的清晰度，实现不同焦距时的对焦，使得变焦筒镜100能够具有较高的成像质量。其中，可选的，变焦筒镜100的焦距f可在140mm≤f≤360mm的范围内变化。示例性的，相对于现有技术中固定焦距为200mm的筒镜，进行本实施例所述的结构改进及调整，可以实现原始焦距0.7倍～1.8倍连续变焦的筒镜，并且具有较高的成像质量。此外，将变焦筒镜设置为相应焦距时，配合2x、5x、10x、20x、50x，物镜，可实现1.4倍～3.6倍、3.5倍～9倍、7倍～18倍、14倍～36倍、35倍～90倍等连续倍率的变化，即能够达到1.4倍至90倍之间任意倍率的变化。此外，当该变焦筒镜100应用于缺陷检测装置，且该缺陷检测装置还可以包括沿光路方向位于变焦筒镜100靠近光源一侧的物镜时，光阑u1的位置与该物镜的出瞳的位置重合，即光阑u1为变焦筒镜100入瞳。本实施例通过在变焦筒镜中设置位置固定的第一固定镜组和第二固定镜组，并在第一固定镜组与第二固定镜组之间的光路中设置能够沿光轴移动的第一变焦镜组、第二变焦镜组和补偿镜组，从而使变焦筒镜能够实现成像倍率的连续变化，且具有较高的成像质量。在上述技术方案的基础上，可选的，继续参考图1，第一固定镜组g1包括负光焦度的第一透镜10；第一变焦镜组g2包括沿光轴从物侧到像侧依次排列的负光焦度的第二透镜21和正光焦度的第三透镜22，且第二透镜21与第三透镜22构成胶合透镜；第二变焦镜组g3包括沿光轴从物侧到像侧依次排列的负光焦度的第四透镜31、负光焦度的第五透镜32和正光焦度的第六透镜33，且第五透镜32和第六透镜33构成胶合透镜；补偿镜组g4包括沿光轴从物侧到像侧依次排列的正光焦度的第七透镜41、正光焦度的第八透镜42和负光焦度的第九透镜43，且第八透镜42和第九透镜43构成胶合透镜；第二固定镜组g5包括负光焦度的第十透镜51、正光焦度的第十一透镜52和正光焦度的第十二透镜53，且第十透镜51和第十一透镜52构成胶合透镜。如此，通过在第一变焦镜组g2、第二变焦镜组g3、补偿镜组g4以及第二固定镜组g5中分别设置胶合透镜，从而能够通过胶合透镜减少色差和球差，以在该变焦筒镜应用于荧光显微镜、图像中继、检测或光谱等时能够具有较高的成像清晰度。在上述技术方案的基础上，可选的，图2是本发明实施例提供的又一种变焦筒镜的结构示意图。如图2，该变焦筒镜100还包括分光镜组60，该分光镜组能够将透过第二固定镜组g5的光束分为两束或多束不同方向光束，以使相应的接收仪器能够分别接收该不同方向光束，并分别成像后组合，从而能够提高成像的分辨率。其中，该分光镜组可以包括分光棱镜或半透半反棱镜。示例性的，表1为本发明实施例提供的一种变焦筒镜的光学物理参数。表1中变焦筒镜的焦距经调整为f＝200mm。其中，表1中表示由物方至像方依次排列的镜片数据，包括曲率半径r(单位：mm)、厚度t(单位：mm)、材料d光的折射率nd(d光波长：587.6nm)、材料d光的阿贝数vd。结合图2和表1，序号s1为光阑面，序号s2、s3#为第一透镜10的前表面和后表面，序号s4为第二透镜21的前表面，序号s5为第二透镜21与第三透镜22胶合面，序号s6#为第三透镜22后表面，序号s7、s8为第四透镜31的前表面和后表面，序号s9为第五透镜32的后表面，序号s10为第五透镜32和第六透镜33的胶合面，序号s11#为第六透镜33的后表面，序号s12、s13为第七透镜41的前表面和后表面，序号s14为第八透镜42的前表面，序号s15为第八透镜42与第九透镜43的胶合面，序号s16为第九透镜43的后表面，序号s17为第十透镜51的前表面，序号s18为第十透镜51与第十一透镜52的胶合面，序号s19为第十一透镜后表面，序号s20、s21为第十二透镜的前表面和后表面，序号s22、s23为半透半反棱镜的前表面和后表面，序号s24为像面。由于变焦筒镜100通过是第一变焦镜组g2和第二变焦镜组g3沿光轴移动实现变焦，因此该变焦筒镜100的第一透镜10的后表面s3#的厚度可变，第三透镜22的后表面s6#的厚度可变，以及第六透镜43的后表面s11#的厚度可变。表1变焦筒镜的光学物理参数表面曲率半径r厚度折射率nd阿贝数vds1无穷80s2131.46641.6539.15s3#81.28825.45s471.2896.271.7229.62s542.473151.6247s6#547.78122.28s7364.02481.6256.9s861.0156.35s9-172.42131.5563.46s1051.5637.091.7627.38s11#199.38841.5s12308.85110.011.5771.21s13-125.3281.61s14152.00615.011.5771.21s15-79.514.421.7234.7s16无穷67.14s17无穷6.5s18-1086.56914.251.6539.7s194514.711.5935.51s2067.3879.76s2175.33214.241.6159.46s22-154.01940s23无穷31.5264.21s24无穷71示例性的，表2为变焦筒镜在不同焦距f下，第一透镜10的后表面s3#、第三透镜22的后表面s6#以及第六透镜43的后表面s11#的厚度。表2非球面透镜面型参数表面结构1(f＝200mm)结构2(f＝150mm)结构3(f＝360mm)s3#25.4547.030.988s6#22.284.4471.03s11#41.556.5334图3是本发明实施例提供的一种变焦筒镜的垂向像差图，px，py为光瞳归一化坐标点，ex为弧矢面像差曲线，ey为子午面像差曲线。图3中纵坐标的最大刻度值为±50微米，光的波长范围为486nm～656nm。结合图2和图3，在变焦筒镜100的焦距调整为f＝200mm时，在0视场，0.5视场(物方视场半径5mm)，0.7视场(物方视场半径7mm)，全视场(物方视场半径10mm)各色光曲线形状相似，最大垂向相差控制在30微米以内。而当焦距调整为f＝150mm或f＝360mm时，其最大垂向相差可控制在15微米以内。图4是本发明实施例提供的一种变焦筒镜的传递函数图，s为弧矢面mtf曲线，t为子午面mtf曲线。图4中光的波长为486nm～656nm。结合图2和图4，在变焦筒镜100的焦距调整为f＝200mm时，传递函数在0视场、0.5视场(物方视场半径5mm)、0.7视场(物方视场半径7mm)以及全视场(物方视场半径10mm)的光学传递函数在100线对/毫米时，传递函数的值均大于0.2以上。当焦距调整为f＝150mm，且传递函数在0视场、0.5视场(物方视场半径5mm)、0.7视场(物方视场半径7mm)以及全视场(物方视场半径10mm)的光学传递函数在100线对/毫米时，传递函数的值均大于0.3以上；当焦距调整为f＝360mm，且传递函数在0视场、0.5视场(物方视场半径5mm)、0.7视场(物方视场半径7mm)以及全视场(物方视场半径10mm)的光学传递函数在60线对/毫米时，传递函数的值均大于0.2以上。图5是本发明实施例提供的一种变焦筒镜的畸变图。图5中光的波长范围为486nm～656nm。结合图2和图5，在变焦筒镜100焦距调整为f＝200mm时，变焦筒镜100的最大光学畸变小于0.3％。当变焦筒镜100焦距调整为f＝150mm时，变焦筒镜100的最大光学畸变小于0.6％；，当变焦筒镜100焦距调整为f＝360mm时，变焦筒镜100的最大光学畸变小于0.1％。本发明实施例还提供了一种缺陷检测装置，该缺陷检测装置包括光束出射单元、半透半反棱镜、物镜、光束接收单元以及本发明实施例提供的变焦筒镜。其中，光束出射单元提供的光束经半透半反棱镜反射后，经物镜投射到待测面，且待测面反射的光束依次透过物镜和半透半反棱镜传播；变焦筒镜接收透过半透半反棱镜的光束，并经变焦和对焦后由光束接收单元接收。本实施例的缺陷检测装置在对待测物进行缺陷检测时，通过将光束出射单元提供的光束通过半透半反棱镜反射至物镜中，经物镜中的光学镜片后投射至待测物的待测面；并在待测面发生反射、漫反射后经物镜后透过半透半反棱镜到达变焦筒镜，变焦筒镜变焦，调整成像倍率后由光束接收单元接收后进行成像。由于变焦筒镜能够进行连续变焦，使得缺陷检测装置的成像倍率能够在预设范围内连续变化，从而能够提高缺陷检测精度以及缺陷检测效率。在上述实施例的基础上，可选的，图6是本发明实施例提供的一种缺陷检测装置的结构示意图。如图6，当变焦筒镜100包括分光镜组时，光束接收单元240包括第一探测器241和第二探测器242。光束出射单元210提供的光束经半透半反棱镜220反射后进入物镜230中，并透过物镜230的光学镜片透射至待测物250的待测面，在待测物250的待测面发生反射、漫反射的光透过物镜230和半透半反棱镜220到达变焦筒镜100。通过调节该变焦筒镜100的焦距，以获得不同放大倍率的像。其中，变焦筒镜100中设置有分光镜组，该分光镜组能够将一束光分为多束光，此时光束接收单元可以包括多个接收光束的探测器。例如分光镜组将一束光分为两束光时，光束接收单元240包括第一探测器241和第二探测器242分别接收经分光镜组分光的两束光，且第一探测器241和第二探测器242均位于分光镜组的焦平面上。如此，通过第一探测器241和第二探测器242分别接收由分光镜组分光的不同光束，并分别成像后，合成为相应倍率的像，从而能够提高缺陷检测装置的成像分辨率，提高检测精度，进而提高检测效率。在上述实施例的基础上，可选的，继续参考图6，光束出射单元210包括沿光路依次设置的光源211、汇聚透镜212、准直透镜213和反射镜214。其中，光源211提供的光束在汇聚透镜212的焦点聚合，并在焦点发散进入准直透镜213，转换为准直光束，该准直光束在反射镜214的反射面发生反射。如此设置能够在x方向上减小缺陷检测装置的宽度，有利于减小缺陷检测装置的尺寸，便于缺陷检测装置的运输、携带等。本发明实施例还提供了一种缺陷检测方法，该缺陷检测方法采用本发明实施例提供的缺缺陷检测装置进行缺陷检测。图7是本发明实施例提供的一种缺陷检测方法的流程图。如图7，本发明实施例提供的缺陷检测方法包括：s710、根据待测物，确定所述待测物的测量条件。具体的，待测物例如可以为晶圆，由于制备环境和制备工艺等的限制，该晶圆上存在不同程度的缺陷，致使不同的形状和不同参数的待测物，或者同一待测物的不同区域，所采用的测量条件可以不同，该测量条件例如可以包括光源提供光束的波长、偏振方向和强度等，以及待测物的成像倍率等。示例性的，图8是本发明实施例提供的一种待测物的待测面缺陷分布结构示意图。待测物250为晶圆，该晶圆250中与附图标记84为同一填充图案的区域可以为该晶圆250的关键区域，该晶圆250中与附图标记83为同一填充图案的区域可以为该晶圆250的次关键区域，该晶圆250中与附图标记82为同一填充图案的区域可以为该晶圆250的第一周边区域，该晶圆250中与附图标记81为同一填充图案的区域可以为该晶圆250的第二周边区域。如此，可根据晶圆的尺寸、以及该晶圆中用于制备器件等的关键区域等，能够确定出对该晶圆进行缺陷检测时，所采用的光源，以及对该晶圆的不同区域进行检测时所采用的检测倍率等。s720、根据所述测量条件，调节本发明实施例提供的缺陷检测装置的变焦筒镜的测量焦距和对焦位置。具体的，在获知待测物待测面中不同区域所采用的检测倍率后，可通过调节缺陷检测装置中变焦筒镜的测量焦距和对准位置，实现相应倍率的成像。当待测物的待测面包括多个缺陷检测区域时，可根据测量条件，分别确定待测面的多个缺陷检测区域对应的测量焦距和对焦位置，并根据待测面的缺陷检测区域对应的测量焦距和对焦位置，调节缺陷检测装置的变焦筒镜的测量焦距和对焦位置，且不同缺陷检测区域对应的测量焦距和对焦位置可以不同。如上例中，待测物为晶圆，该晶圆的待测面包括多个缺陷检测区域，即第一缺陷检测区域81、第二缺陷检测区域82、第三缺陷检测检测区域83和第四缺陷检测区域84。通过依次扫描该晶圆的待测面的不同区域，使不同区域具有不同的成像倍率。其中，第一缺陷检测区域81和第二缺陷检测区域82为周边区域，可采用倍率相对较低的倍率进行检测；第三缺陷检测检测区域83和第四缺陷检测区域84为关键区，可采用倍率相对较高的倍率进行检测。示例性的，第一缺陷检测区域81可采用2倍的物镜视场进行检测，第二缺陷检测区域82可采用3倍的物镜视场进行检测，第三缺陷检测检测区域83可采用6倍的物镜视场进行检测，第四缺陷检测区域84可采用12倍的物镜视场进行检测。s730、采用所述缺陷检测装置对所述待测物的待测面进行缺陷检测，以获取缺陷检测图像。s740、比较所述缺陷检测图像与标准图像，获取所述待测物的待测面的缺陷参数。具体的，采用缺陷检测装置采集待测物待测面的放大图像，并将该放大的图像与标准的图像进行比较分析后，能够获知该待测面上缺陷的尺寸、类型和分部情况等，实现对待测物待测面的缺陷检测。本发明实施例通过采用本发明实施例提供的缺陷检测装置对待测物的待测面进行缺陷检测，从而能够根据不同的成像要求，在预设成像倍率范围内获得任意倍率的像，且具有较高的成像质量，从而能够提高缺陷检测精度和缺陷检测效率。注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。当前第1页12