一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统及方法，包括照明光路，探测光路和参考光路，所述照明光路的入射端设置有被检测样品，所述探测光路的发射端设置有被检测样品，所述参考光路的入射端设置有所述探测光路；所述照明光路和所述探测光路的连接处设置有零椭偏模块，所述零椭偏模块的一端与照明光路连接，所述零椭偏模块的另一端与探测光路连接。本发明专利技术通过照明光路与探测光路的非共路设计，实现对背景杂散光的有效抑制，降低检测系统对探测物镜数值孔径的依赖；同时，结合干涉探测的优势，实现对被检测样品表面小尺寸特征的宽视场高灵敏检测能力。征的宽视场高灵敏检测能力。征的宽视场高灵敏检测能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种表面缺陷的光学检测
，尤其涉及一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统及方法。

技术介绍

[0002]受限于光学系统的衍射极限和瑞利散射极限，传统光学检测系统成像下，纳米尺度结构的弱散射信号通常被背景噪声淹没而无法被有效检出。扫描电子显微镜（SEM）或者原子力显微镜（AFM）成像技术虽能提供纳米尺度结构信息，但是，两种技术的检测通量低，速度慢，且SEM易对被检测样品表面带来损伤。相比较而言，光学检测技术具有检测通量高，且是无损检测等优点。
[0003]为检出如半导体晶圆和芯片表面的纳米尺度缺陷，现有技术中提出基于明场或者暗场照明的表面缺陷检测方法。在照明端，通过降低照明波长至深紫外（DUV）波段，提升小缺陷的散射对比度；在探测端，利用高数值孔径的探测物镜接收小缺陷的远场散射信号。同时，利用不同缺陷类型的散射场差异性，通过多阵列探测器的组会，实现对不同缺陷类型的检出能力。基于散射场光强与背景光强的对比进行检测，实现了对10
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20 nm尺寸缺陷的检出能力，但是，有关技术对照明波长和探测物镜数值孔径的强依赖关系也限制了该类技术的提升空间。
[0004]当颗粒的直径D远小于照明光波长λ时，由瑞利散射关系：可知：散射场强与颗粒尺寸的三次方成正比。因此，如采用强度探测，信号光与背景光的对比度与颗粒直径的六次放成正比。与之相比，如采用干涉成像技术，散射场与背景场的对比度与颗粒直径的三次方成正比，可有效降低检测系统对被检测缺陷尺寸的敏感度，提升系统对小尺寸缺陷的检出能力。基于此，前期有研究工作者提出基于散射干涉成像的小颗粒成像方案。但是，已有方案都基于对传统倒置显微成像系统的改造，利用透明玻片下表面的部分反射光作为参考光，透明玻片上表面来自颗粒的散射光作为信号光，结合高倍/大数值孔径物镜进行照明和散射信号接收。相应地，相关方案的成像视场范围小，不利于快速检测需求，比如，无法适用于晶圆的缺陷检测场景。同时，该类技术未对背景噪声进行有效抑制，检测灵敏度也因此受限。
[0005]一种能够对背景杂散光进行有效抑制，实现宽视场成像下对样品表面小缺陷高灵敏散射干涉成像探测的技术是目前所未有的。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统及方法，通过照明光路与探测光路的非共路设计，实现对被检测样品表面的背景杂散光的有效抑制，降低检测系统对探测物镜数值孔径的依赖；同时，结合干涉探测的优势，实现对被检测样品表面小尺寸特征的宽视场高灵敏检测能力。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统，包括照明光路，探测光路和参考光路，所述照明光路的入射端设置有被检测样品，所述探测光路的发射端设置有被检测样品；所述照明光路包括光源发射模块，所述光源发射模块用于发射照明光并将所述照明光调整为平行光并调整线偏振方位角；所述探测光路包括探测物镜和散射场成像模块，所述探测物镜用于接收被检测样品表面的散射光，所述散射光传输至所述散射场成像模块用于干涉成像；所述照明光路和所述探测光路的连接处设置有零椭偏模块，所述零椭偏模块的一端与照明光路连接，所述零椭偏模块的另一端与探测光路连接，所述平行光通过所述零椭偏模块调整偏振态后照射被检测样品表面，所述被检测样品表面散射光被所述探测物镜接收，所述零椭偏模块抑制被检测样品表面的背景杂散光，并将被检测样品表面的散射信号传输至所述散射场成像模块；所述参考光路包括反射镜和参考模块，所述参考模块用于接收被检测样品表面的光经过所述反射镜后形成的反射光或接收照明光路经过第二分束镜分束及所述反射镜后形成的反射光，所述反射光通过所述参考模块形成参考光，并将所述参考光传输至所述散射场成像模块进行干涉成像。
[0008]进一步地，所述光源发射模块包括：光源，用于发射照明光；第一透镜组件，用于将所述照明光调整为平行光；半波片，用于旋转所述平行光的线偏振方位角。
[0009]进一步地，所述光源发射模块还包括匀光片，所述匀光片设置于所述第一透镜组件和所述半波片之间，所述匀光片用于提升所述平行光的均匀性。
[0010]进一步地，所述零椭偏模块包括：起偏器，用于确定所述平行光的偏振方向；第一补偿器，用于提供p光和s光的相位差，调整所述平行光的偏振态；第一检偏器，用于抑制被检测样品表面的背景杂散光。
[0011]进一步地，所述散射场成像模块包括：第一分束镜，用于对散射光和参考光进行合束；管镜，用于将合束后的光汇聚到第一探测器；第一探测器，用于干涉成像。
[0012]进一步地，所述参考模块用于接收被检测样品表面的光经过所述反射镜后形成的反射光时，所述参考模块包括：第二补偿器，用于调整所述反射光的偏振态；第二检偏器，用于调整所述反射光的偏振方向形成参考光。
[0013]进一步地，所述参考光路上通过第二分束镜还设置有反射明场成像模块，所述第二分束镜的入射端连接所述反射镜，所述第二分束镜的发射端连接所述参考模块和所述反射明场成像模块，所述反射明场成像模块包括：第三检偏器，用于调整所述反射光的偏振方向；
第二透镜组件，用于将检偏后的所述反射光会聚；第二探测器，用于反射明场成像。
[0014]进一步地，所述参考模块用于接收照明光路经过第二分束镜分束及所述反射镜后形成的反射光时，所述参考模块包括：第二检偏器，用于调整所述反射光的偏振方向形成参考光。
[0015]进一步地，所述照明光路设置有第二分束镜，所述第二分束镜设置于所述光源发射模块和所述零椭偏模块之间，所述第二分束镜用于将所述平行光分束，一束传输至所述零椭偏模块，另一束传输至所述反射镜，并通过所述反射镜形成反射光传输至所述参考模块。
[0016]进一步地，所述光源为激光器光源。
[0017]进一步地，所述探测物镜为CCD（电荷耦合器件）或SCMOS（互补金属氧化物半导体）。
[0018]本专利技术还提供一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像方法，包括以下步骤：S1：光源发射照明光经过透镜组件将所述照明光调整为平行光，所述平行光经过半波片后旋转所述平行光偏振方位角，经过旋转偏振方位角的所述平行光进入起偏器确定所述平行光的偏振方向后，进入第一补偿器调整所述平行光的偏振态，所述平行光照射被检测样品表面；S2：被检测样品表面的散射光进入探测物镜后，将散射光传输至第一检偏器，抑制被检测样品表面的背景杂散光后进入第一分束镜；S3：被检测样品表面的反射光通过反射镜反射形成的光进入第二补偿器调整偏振态，再经过第二检偏器调整所述反射光的偏振方向形成参考光进入第一分束镜；或被检测样品表面的光通过反射镜反射形成的反射光通过第二分束镜，一束传输至第二补偿器调整偏振态，再经过第二检偏器调整所述反射光的偏振方向形成参考光进入第一分束镜，另一束传输至第三检偏器调整所述反射光的偏振方向，然后传输至第二透镜组件将所述反射光会聚后传输至第二探测器进行反射明场成像；或在半波片和起偏器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统，其特征在于，包括照明光路，探测光路和参考光路，所述照明光路的入射端设置有被检测样品（106），所述探测光路的发射端设置有被检测样品（106）；所述照明光路包括光源发射模块，所述光源发射模块用于发射照明光并将所述照明光调整为平行光并调整线偏振方位角；所述探测光路包括探测物镜（107）和散射场成像模块，所述探测物镜（107）用于接收被检测样品（106）表面的散射光，并将被检测样品（106）表面的散射信号传输至所述散射场成像模块用于干涉成像；所述照明光路和所述探测光路的连接处设置有零椭偏模块，所述零椭偏模块的一端与照明光路连接，所述零椭偏模块的另一端与探测光路连接，所述平行光通过所述零椭偏模块调整偏振态后照射被检测样品（106）表面，所述被检测样品（106）表面散射光被所述探测物镜（107）接收，所述零椭偏模块抑制被检测样品（106）表面的背景杂散光，并将被检测样品（106）表面的散射信号传输至所述散射场成像模块；所述参考光路包括反射镜（112）和参考模块，所述参考模块用于接收被检测样品（106）表面的光经过所述反射镜（112）后形成的反射光或接收照明光路经过第二分束镜（115）分束及所述反射镜（112）后形成的反射光，所述反射光通过所述参考模块形成参考光，并将所述参考光传输至所述散射场成像模块进行干涉成像。2.如权利要求1所述的一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统，其特征在于，所述光源发射模块包括：光源（101），用于发射照明光；第一透镜组件（102），用于将所述照明光调整为平行光；半波片（103），用于旋转所述平行光的线偏振方位角。3.如权利要求2所述的一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统，其特征在于，所述光源发射模块还包括匀光片（119），所述匀光片（119）设置于所述第一透镜组件（102）和所述半波片（103）之间，所述匀光片（119）用于提升所述平行光的均匀性。4.如权利要求1所述的一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统，其特征在于，所述零椭偏模块包括：起偏器（104），用于确定所述平行光的偏振方向；第一补偿器（105），用于提供p光和s光的相位差，调整所述平行光的偏振态；第一检偏器（108），用于抑制被检测样品（106）表面的背景杂散光。5.如权利要求1所述的一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统，其特征在于，所述散射场成像模块包括：第一分束镜（109），用于对散射光和参考光进行合束；管镜（110），用于将合束后的光汇聚到第一探测器（111）；第一探测器（111），用于干涉成像。6.如权利要求1所述的一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统，其特征在于，所述参考模块用于接收被检测样品（106）表面的光经过所述反射镜（112）后形成的反射光时，所述参考模块包括：第二补偿器（113），用于调整所述反射光的偏振态；
第二检偏器（114），用于调整所述反射光的偏振方向形成参考光。7.如权利要求6所述的一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统，其特征在于，所述参考光路上通过第二分束镜（115）还设置有反射明场成像模块，所述第二分束镜（...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞陈雷，杨青，王智，陆宏杰，罗志荣，王兴锋，刘旭，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：