自动对焦系统及方法、半导体缺陷检测系统及方法与流程

1.本发明涉及半导体缺陷检测技术领域，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。


背景技术：

2.在半导体缺陷检测技术领域中，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。
3.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。
4.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。


技术实现要素：

5.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。
6.为了克服现有技术所存在的上述缺陷，本发明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。
7.具体来说，根据本发明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。
8.优选地，在本发明的一实施例中，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。
9.优选地，在本发明的一实施例中，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)。
10.优选地，在本发明的一实施例中，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，。
11.优选地，在本发明的一实施例中，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。
12.优选地，在本发明的一实施例中，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。
13.此外，根据本发明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。
14.此外，根据本发明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；以及本发明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。
15.此外，根据本发明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晰图像的坐标位置；响应于所述清晰图像的坐标位置不符合预设的标准位置，根据所述坐标位置，纵向调节显微物镜和/或所述检测目标的位置，以使所述检测目标与所述显微物镜的物镜焦面重合；以及响应于所述清晰图像的坐标位置符合所述标准位置，解析所述检测图像，以确定所述检测目标的缺陷检测结果。
16.此外，根据本发明的第五方面提供的上述计算机可读存储介质上存储有计算机指令。所述计算机指令被控制器执行时，实施本发明的第二方面提供的上述自动对焦方法，或者本发明的第四方面提供的上述半导体缺陷检测方法。
附图说明
17.在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
18.图1示出了根据本发明的一些实施例提供的半导体缺陷检测系统的架构图。
19.图2示出了根据本发明的一些实施例提供的自动对焦方法的流程图。
20.图3a至图3d示出了根据本发明的一些实施例提供的投影目标靶图案的示意图。
21.图4示出了根据本发明的一些实施例提供的第一像素坐标与第二像素坐标的像素距离的示意图。
22.图5示出了根据本发明的一些实施例提供的半导体缺陷检测方法的流程图。
具体实施方式
23.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。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。
25.另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
26.能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
27.如上所述，现有的主动式自动对焦技术和被动式自动对焦技术分别存在各自的缺陷，并具有可自动对焦的范围小的共同缺陷，难以满足半导体缺陷检测的实际需求。
28.为了克服现有技术所存在的上述缺陷，本发明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，能够实现晶圆等待测样品的实时自动对焦检测，并改善自动对焦的速度、精度、适应性及可自动对焦范围，从而更有利于提高半导体缺陷检测系统的整体性能。
29.在一些非限制性的实施例中，本发明的第二方面提供的上述自动对焦方法，可以经由本发明的第一方面提供的上述自动对焦系统来实施。本发明的第四方面提供的上述半导体缺陷检测方法，可以经由本发明的第三方面提供的上述半导体缺陷检测系统来实施。
30.具体来说，该自动对焦系统可以经由分色片，被集成到本发明的第三方面提供的上述半导体缺陷检测系统，其中配置有第一存储器及第一处理器。该第一存储器包括但不限于本发明的第四方面提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。该第一处理器连接该第一存储器，并被配置用于执行该存储器上存储的计算机指令，以实施本发明的第二方面所提供的自动对焦方法。此外，该半导体缺陷检测系统可以配置有第二存储器及第二处理器。该第二存储器包括但不限于本发明的第四方面提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。该第二处理器连接该第二存储器，并被配置用于执行该存储器上存储的计算机指令，以实施本发明的第四方面所提供的半导体缺陷检测方法。
31.具体请参考图1，图1示出了根据本发明的一些实施例提供的半导体缺陷检测系统的架构图。
32.在图1所示的实施例中，本发明的第三方面提供的上述半导体缺陷检测系统10可以包括本发明的第一方面提供的上述自动对焦系统、第二光源12、显微物镜13及检测相机14。该自动对焦系统中进一步包括第一光源111、投影目标靶112、投影物镜113、成像物镜114及探测器115。
33.具体来说，该第一光源111用于提供沿投影光轴传输的第一光线。该投影目标靶112按预设角度q倾斜设置于投影光轴。该投影物镜113设于投影目标靶112的后端，用于准直穿透投影目标靶112的第一光线，再经过分光片116及分色片15将其传输到后端的显微物镜13，以在该显微物镜13物方的对焦目标141（例如：待进行缺陷检测的晶圆）的表面会聚形成投影目标靶112的第一平面像p11。在此，分光片116可以选用50：50的半反半透镜。分色片15可以反射自动对焦系统的第一光源111发出的第一波长范围（例如：650nm~1000nm）的第
一光线，并透射显微镜成像系统中第二光源12发出的第二波长范围（例如：430~650nm）的第二光线，以将自动对焦系统集成到显微镜成像系统，并避免自动对焦系统对显微镜成像的影响。
34.本领域的技术人员可以理解，上述分光片116及分色片15只是实现光路集成设计的一种非限制性的实施方式，旨在展示本发明的主要构思，并提供一种集成的、小型化的光路设计，而非用于限制本发明的保护范围。
35.可选地，在另一些实施例中，本领域的技术人员也可以采用反光镜等常规光学元件，将目标靶投影光路、目标靶成像光路、目标照明光路及显微镜成像光路分别设置在显微物镜13的不同方位，以同样达到自动对焦的基础功能。
36.进一步地，响应于在对焦目标141的表面形成投影目标靶112的第一平面像p11，显微物镜13会对应地得到该第一平面像p11的虚像，并经由显微物镜13、分色片15、分光片116及成像物镜114对该第一平面像p11的虚像进行二次成像，以在探测器115的探测表面形成投影目标靶112的第二平面像p21。
37.此时，由于投影目标靶112相对投影光轴倾斜设置，其第一平面像p11与显微物镜13的物镜焦面142保持倾斜姿态并相交，交点位置b2对应投影目标靶112上的位置b1。对应地，投影目标靶112的第二平面像p21也与探测器115的探测表面保持倾斜姿态，并在两者的交点位置b3获得投影目标靶112上位置b1处的清晰图像。
38.如图1所示，由于对焦目标141的投影表面偏离显微物镜13的物镜焦面142，上述清晰图像的位置b3也会对应地偏离探测器115探测表面的中心位置a3。为此，本发明提供的上述自动对焦系统中可以进一步配置有控制器（未绘示）。该控制器通信连接探测器115，可以经由探测器115获取第二平面像p21的对焦图像，识别并计算其中清晰图像的位置b3的像素坐标，以确定对焦目标141与显微物镜13的物镜焦面142的调节距离x，再由此实现对焦目标141的自动对焦。
39.以下将结合一些自动对焦方法的实施例来描述上述控制器及自动对焦系统的工作原理。本领域的技术人员可以理解，这些测量方法的实施例只是本发明提供的一些非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制该控制器及自动对焦系统的全部功能或全部工作方式。同样地，该控制器及自动对焦系统也只是本发明提供的一种非限制性的实施方式，不对这些测量方法中各步骤的执行主体和执行顺序构成限制。
40.请结合参考图1及图2，图2示出了根据本发明的一些实施例提供的自动对焦方法的流程图。
41.如图1及图2所示，在自动对焦的过程中，技术人员可以首先将投影目标靶112倾斜设置于投影光轴，并开启第一光源111向投影目标靶112提供沿投影光轴传输的第一光线，从而沿依次设置于投影光轴上的投影目标靶112、投影物镜113、分光片116、分色片15及显微物镜13，将投影目标靶112投影到显微物镜13物方的对焦目标141的表面，以形成第一平面像p11。在此，投影目标靶112关于投影光轴的垂面的倾斜角q可以优选地根据对焦目标141的调节范围及显微物镜13的物方半视场f
obj
确定，其具体确定方法将在后文描述。
42.之后，显微物镜13会如上所述地得到该第一平面像p11的虚像，并经由显微物镜13、分色片15、分光片116及成像物镜114对该第一平面像p11的虚像进行二次成像，以在探
测器115的探测表面形成投影目标靶112的第二平面像p21。控制器可以经由探测器115采集上述第二平面像p21的对焦图像，并对其进行图像解析，以确定清晰图像在该对焦图像中的位置（即交点位置b3）。
43.再之后，控制器可以根据清晰图像在该第二平面像p21的对焦图像中的第一像素坐标l(x, y)，确定对焦目标141的表面偏离显微物镜13的物镜焦面142的调节距离x，并根据该调节距离x来调节显微物镜13和/或对焦目标141的位置，以使对焦目标141的表面与显微物镜13的物镜焦面142重合，并完成显微物镜13与对焦目标141的自动对焦。
44.具体请参考图3a至图3d及图4。图3a至图3d示出了根据本发明的一些实施例提供的投影目标靶图案的示意图。图4示出了根据本发明的一些实施例提供的探测器获取的清晰图像的示意图。
45.如图3a至图3d所示，在本发明的一些实施例中，图1中投影目标靶112的图案可以选用图3a所示的水平光栅图案，也可以选用图3b所示的倾斜光栅图案、图3c所示的圆形遮光图案、图3d所示的倾斜光栅阵列图案等各种形式。
46.以图3a所示的水平光栅图案为例，其光栅结构会遮挡第一光源111输出的部分第一光线，从而在对焦目标141的表面形成条纹的第一平面像p11，并在探测器115的探测表面形成条纹的第二平面像p21。
47.在一些实施例中，技术人员可以在进行自动对焦之前，预先拟合调节距离x关于清晰图像像素坐标的函数x
df
(h)，并根据识别出的清晰图像的像素坐标和拟合的函数x
df
(h)来确定调节距离x。
48.具体来说，在拟合函数x
df
(h)的过程中，技术人员可以首先将对焦标定物（例如：半导体晶圆样品）放置于显微物镜13的物镜焦面142，在其表面形成投影目标靶112的第一平面像p12，并经由探测器115采集投影目标靶112在其探测表面形成的第二平面像p22的对焦图像。此时，由于第一平面像p12光轴上点a2与显微物镜13的物镜焦面142重合，第一平面像p12与对焦标定物的投影表面的交点位置a2对应投影目标靶112与投影光轴的交点位置a1。对应地，投影目标靶112的第二平面像p22与探测器115的探测表面的交点位置，也位于探测器115探测表面的中心位置a3（即在探测器115探测表面的中心位置a3形成清晰图像）。
49.之后，如图1及图4所示，控制器可以解析该对焦图像，以确定位置a3处清晰图像的第二像素坐标l0(x0, y0)，再根据显微物镜13的n倍焦深（df）来确定步进量（即δx = n*df），向扩大及缩小调节距离x的方向分别步进地调节显微物镜13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l-m
(x-m
, y-m
) ~ lm(xm, ym)，并如图4所示地计算各第一像素坐标l-m
(x-m
, y-m
) ~ lm(xm, ym)与上述第二像素坐标l0(x0, y0)的像素距离h-m
~hm。
50.再之后，技术人员可以将上述像素距离h-m
~hm作为自变量，并将显微物镜13对应的调节距离-mδx ~ mδx作为因变量，进行插值拟合以确定对应的函数x
df
(h)。
51.如此，在之后的基于预先拟合的函数x
df
(h)进行自动对焦的过程中，响应于解析获得关于对焦目标141的第二平面像p21中清晰图像的第一像素坐标l(x, y)，控制器可以如图4所示地将其与对应对焦标定物的第二像素坐标l0(x0, y0)进行比较，以计算两者在对焦图像中的像素距离h，再将该像素距离h代入预先拟合的函数x
df
(h)，以确定显微物镜13和/或对焦目标的调节距离x。之后，控制器即可根据该调节距离x制定控制指令，以控制驱动机构131带动显微物镜13进行上下位移，从而使显微物镜13的物镜焦面142与对焦目标141重
合，并实现对焦目标的自动对焦。
52.本领域的技术人员可以理解，上述调节显微物镜13的位置以实现自动对焦的实施例，只是本发明提供一种非限制性的实施方式，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
53.可选地，在另一些实施例中，本领域的技术人员也可以基于以上构思，在放置对焦目标141（例如：待测晶圆）的载物台设置驱动机构，并由控制器控制该载物台驱动机构带动对焦目标141进行上下位移，以同样达到自动对焦的目的。
54.进一步地，如图1所示，响应于显微物镜13和/或对焦目标141的上下位移，投影目标靶112的第二平面像p21也将相对探测器115的探测表面发生上下位移，从而改变其与探测表面的交点位置，并改变清晰图像的像素坐标。为此，投影目标靶112关于投影光轴的垂面的倾斜角q可以由以下条件来约束，以适应自动对焦功能的调节范围需求：。
55.更进一步地，该倾斜角q可以优选为或，从而在适应自动对焦功能的调节范围需求的同时，获得最大的对焦精度。例如，对于放大倍数为50的显微物镜，其物方半视场f
obj = 1mm。当设置q= 30
°
、显微物镜13至成像物镜114的放大倍率为2倍时，自动对焦功能的调节范围af = tan(30
°
) * 1mm/2 = 0.29mm，能够取得较为均衡的调节范围和对焦精度。
56.由此，基于以上描述，本发明提供的上述自动对焦系统、自动对焦方法及计算机可读存储介质，均能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。
57.进一步地，如图1所示，除本发明的第一方面提供的上述自动对焦系统外，本发明的第二方面提供的上述半导体缺陷检测系统中还配置有第二光源12、显微物镜13及检测相机14。
58.在一些实施例中，该第二光源12的照明光路经由50：50的半反半透镜16，被集成到显微镜成像系统的检测光路。该第二光源12沿照明光轴发出第二波长范围（例如：430~650nm）的第二光线，并经由半反半透镜16将该第二光线传输到分色片15。如上所述，该分色片15透射该第二波长范围的第二光线，并将其经由显微物镜13透射到检测目标（即自动对焦系统的对焦目标141），以对该检测目标进行照明。该第二光线经过检测目标表面的反射后，又依次经由显微物镜13、分色片15、半反半透镜16及镜筒17的透射，传输到检测相机14，以供其采集并生成该检测目标的检测图像。
59.结合参考图1及图5，图5示出了根据本发明的一些实施例提供的半导体缺陷检测方法的流程图。
60.如图1及图5所示，在对检测目标（例如：待检测缺陷的晶圆）进行缺陷检测的过程中，技术人员可以首先经由驱动机构131调节显微物镜13的高度，以使检测目标与显微物镜13的物镜焦面142重合，并经由检测相机14及探测器115同步获取检测目标表面的检测图像及对焦图像。
61.之后，自动对焦系统可以实时解析对焦图像，以确定上述投影目标靶112的第二平面像p22在对焦图像中的清晰图像的坐标位置。响应于清晰图像的坐标位置符合标准位置a3的判断结果，半导体缺陷检测系统可以判定检测目标当前位于正焦位置，从而解析同步获取的检测图像，以确定该检测目标的缺陷检测结果。
62.再之后，技术人员可以经由载物台驱动机构，横向调节检测目标的水平位置，以分别确定检测目标各区域的晶圆缺陷。在此过程中，响应于检测目标表面因结构高度变化而产生起伏，检测相机14采集的检测图像将因检测目标离焦而变得模糊。与此同时，自动对焦系统也将实时识别到对焦图像中的清晰图像由中心位置a3偏离到边缘位置b3。
63.响应于清晰图像的坐标位置不符合预设的标准位置的判断结果，半导体缺陷检测系统可以判定检测目标当前位于离焦位置。自动对焦系统可以如上所述地根据清晰图像的实际坐标位置与预设标准位置之间的像素距离h，确定显微物镜13的调节距离x，并经由驱动机构131实时调节显微物镜13的位置，以使清晰图像再次回到中心位置a3，并使检测目标再次与显微物镜13的物镜焦面142重合。之后，响应于清晰图像的坐标位置回到标准位置的判断结果，半导体缺陷检测系统即可判定检测目标回到正焦位置，从而停止驱动机构的运动，以持续获取检测目标在对应区域的缺陷检测结果。
64.如此，本发明提供的上述显微镜成像系统即可在晶圆缺陷的检测过程中，跟随检测目标表面的高度变化而进行检测目标与显微物镜13之间的实时自动对焦及检测自动启停，从而整体地提高晶圆缺陷检测系统的检测精度、可靠性和检测效率。
65.尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
66.结合本文所公开的实施例描述的各种解说性逻辑模块、和电路可用通用处理器、数字信号处理器（dsp）、专用集成电路（asic）、现场可编程门阵列（fpga）或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如dsp与微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。
67.提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

技术特征：
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所述的自动对焦系统，其特征在于，还包括分色片，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，其中，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。7.一种自动对焦方法，其特征在于，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。8.一种半导体缺陷检测系统，其特征在于，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；以及如权利要求1~6中任一项所述自动对焦系统，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。9.一种半导体缺陷检测方法，其特征在于，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晰图像的坐标位置；响应于所述清晰图像的坐标位置不符合预设的标准位置，根据所述坐标位置，纵向调节显微物镜和/或所述检测目标的位置，以使所述检测目标与所述显微物镜的物镜焦面重合；以及响应于所述清晰图像的坐标位置符合所述标准位置，解析所述检测图像，以确定所述检测目标的缺陷检测结果。10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令
被处理器执行时，实施如权利要求7所述的自动对焦方法，或者如权利要求9所述的半导体缺陷检测方法。

技术总结
本发明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。


技术研发人员：包建 杨浩哲 相春昌
受保护的技术使用者：睿励科学仪器（上海）有限公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/8/5