本發(fā)明涉及光學(xué)精密測量，特別是涉及一種基于差分分?jǐn)?shù)階渦旋光束的暗場共焦顯微測量裝置與方法。

背景技術(shù)：

1、三維集成電路層間缺陷(如空穴、層錯等)易導(dǎo)致三維集成電路電學(xué)性能和壽命下降，層間缺陷的檢測可保障半導(dǎo)體三維集成電路產(chǎn)品良率。共焦顯微測量技術(shù)由于其三維層析能力，可用于三維集成電路無損缺陷檢測。

2、然而傳統(tǒng)共焦顯微測量技術(shù)在檢測層間缺陷時(shí)，半導(dǎo)體表面反射光易淹沒層間缺陷散射光導(dǎo)致層間缺陷檢測信噪比不足，檢測靈敏度受到限制。

3、暗場共焦顯微測量技術(shù)具有良好的光學(xué)層析能力、較高的成像分辨率以及暗背景帶來的較高成像對比度等優(yōu)勢，已成為半導(dǎo)體無損三維檢測的重要手段。其可有效分離表面反射光與層間散射光，然而普通光學(xué)暗場共焦顯微測量技術(shù)對微小尺度缺陷的響應(yīng)率較低，僅可對尺度大于50nm的缺陷進(jìn)行檢測，而更小尺寸的缺陷極易淹沒于背景噪聲中，缺陷檢出率不足。

4、因此，如何更為全面地表征三維集成電路層間缺陷特性，實(shí)現(xiàn)缺陷高靈敏度檢測是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于差分分?jǐn)?shù)階渦旋光束的暗場共焦顯微測量裝置與方法，可提升成像信噪比，提高缺陷檢測的靈敏度。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于差分分?jǐn)?shù)階渦旋光束的暗場共焦顯微測量裝置，所述基于差分分?jǐn)?shù)階渦旋光束的暗場共焦顯微測量裝置包括：分?jǐn)?shù)階渦旋光模塊、光學(xué)掃描模塊、暗場探測模塊、差分暗場散射圖像確定模塊和缺陷確定模塊。

4、所述分?jǐn)?shù)階渦旋光模塊，用于生成第一分?jǐn)?shù)階渦旋光和第二分?jǐn)?shù)階渦旋光；所述第一分?jǐn)?shù)階渦旋光為根據(jù)第一渦旋相位和閃耀光柵相位疊加生成的光；所述第二分?jǐn)?shù)階渦旋光為根據(jù)第二渦旋相位和閃耀光柵相位疊加生成的光。

5、所述光學(xué)掃描模塊，用于先將所述第一分?jǐn)?shù)階渦旋光傳遞至樣品進(jìn)行掃描，得到第一信號回光，然后將所述第二分?jǐn)?shù)階渦旋光傳遞至樣品進(jìn)行掃描，得到第二信號回光。

6、所述暗場探測模塊，用于分別對所述第一信號回光和所述第二信號回光進(jìn)行暗場探測，得到第一分?jǐn)?shù)階散射暗場圖像和第二分?jǐn)?shù)階散射暗場圖像。

7、所述差分暗場散射圖像確定模塊，用于將所述第一分?jǐn)?shù)階散射暗場圖像和所述第二分?jǐn)?shù)階散射暗場圖像進(jìn)行差分，得到差分暗場散射圖像。

8、所述缺陷確定模塊，用于對所述差分暗場散射圖像進(jìn)行處理，得到樣品缺陷。

9、可選地，所述分?jǐn)?shù)階渦旋光模塊包括：激光器、半波片、偏振片、反射鏡、第一非偏振分束器、空間光調(diào)制器和擴(kuò)束器。

10、所述激光器用于輸出可見光波段激光，所述可見光波段激光依次經(jīng)過所述半波片、所述偏振片、所述反射鏡、所述第一非偏振分束器和所述空間光調(diào)制器后，得到分?jǐn)?shù)階渦旋光，所述分?jǐn)?shù)階渦旋光包括：第一分?jǐn)?shù)階渦旋光和第二分?jǐn)?shù)階渦旋光，所述分?jǐn)?shù)階渦旋光經(jīng)過所述擴(kuò)束器擴(kuò)束后，得到擴(kuò)束后的分?jǐn)?shù)階渦旋光，所述擴(kuò)束后的分?jǐn)?shù)階渦旋光傳遞至所述光學(xué)掃描模塊。

11、可選地，所述空間光調(diào)制器的加載相位分布為：渦旋相位和閃耀光柵相位疊加。

12、可選地，所述光學(xué)掃描模塊包括：第二非偏振分束器、掃描振鏡、掃描透鏡、管鏡和物鏡。

13、所述擴(kuò)束后的分?jǐn)?shù)階渦旋光依次經(jīng)過所述第二非偏振分束器、所述掃描振鏡、所述掃描透鏡、所述管鏡、所述物鏡和所述樣品后，得到信號回光。

14、所述信號回光由所述物鏡收集，經(jīng)過所述管鏡、所述掃描透鏡、所述掃描振鏡和所述第二非偏振分束器后，得到透射后的信號回光；所述透射后的信號回光傳遞至所述暗場探測模塊。

15、可選地，所述暗場探測模塊包括：光闌、聚焦透鏡、針孔和光電倍增管。

16、所述透射后的信號回光依次經(jīng)過所述光闌、所述聚焦透鏡、所述針孔和所述光電倍增管進(jìn)行暗場探測，得到分?jǐn)?shù)階散射暗場圖像。

17、可選地，所述基于差分分?jǐn)?shù)階渦旋光束的暗場共焦顯微測量裝置還包括：軸向位移臺。

18、所述軸向位移臺，用于移動所述樣品。

19、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于差分分?jǐn)?shù)階渦旋光束的暗場共焦顯微測量方法，所述基于差分分?jǐn)?shù)階渦旋光束的暗場共焦顯微測量方法是基于上述所述的基于差分分?jǐn)?shù)階渦旋光束的暗場共焦顯微測量裝置實(shí)現(xiàn)的，所述基于差分分?jǐn)?shù)階渦旋光束的暗場共焦顯微測量方法包括。

20、利用分?jǐn)?shù)階渦旋光模塊生成第一分?jǐn)?shù)階渦旋光；所述第一分?jǐn)?shù)階渦旋光為根據(jù)第一渦旋相位和閃耀光柵相位疊加生成的光。

21、利用光學(xué)掃描模塊將所述第一分?jǐn)?shù)階渦旋光傳遞至樣品進(jìn)行掃描，得到第一信號回光。

22、利用暗場探測模塊對所述第一信號回光進(jìn)行暗場探測，得到第一分?jǐn)?shù)階散射暗場圖像。

23、利用分?jǐn)?shù)階渦旋光模塊生成第二分?jǐn)?shù)階渦旋光；所述第二分?jǐn)?shù)階渦旋光為根據(jù)第二渦旋相位和閃耀光柵相位疊加生成的光。

24、利用光學(xué)掃描模塊將所述第二分?jǐn)?shù)階渦旋光傳遞至樣品進(jìn)行掃描，得到第二信號回光。

25、利用暗場探測模塊對所述第二信號回光進(jìn)行暗場探測，得到第二分?jǐn)?shù)階散射暗場圖像。

26、將所述第一分?jǐn)?shù)階散射暗場圖像和所述第二分?jǐn)?shù)階散射暗場圖像進(jìn)行差分，得到差分暗場散射圖像。

27、對所述差分暗場散射圖像進(jìn)行處理，得到樣品缺陷。

28、可選地，所述利用分?jǐn)?shù)階渦旋光模塊生成第一分?jǐn)?shù)階渦旋光，具體包括。

29、根據(jù)激光器輸出的可見光波段激光，確定所述分?jǐn)?shù)階渦旋光模塊中空間光調(diào)制器的第一加載相位分布。

30、根據(jù)所述第一加載相位分布，生成第一分?jǐn)?shù)階渦旋光。

31、所述第一加載相位分布為：ψ1+φ。

32、其中，ψ1＝m1φ，m1＝m0+δm，φ＝2πg(shù)x，ψ1為第一渦旋相位，φ為閃耀光柵相位，m1為第一分?jǐn)?shù)階，φ為空間光調(diào)制器液晶面角向極坐標(biāo)，m0為整數(shù)，δm為常數(shù)，0＜δm＜0.5，g為閃耀光柵常數(shù)，x為空間光調(diào)制器液晶面水平方向笛卡爾坐標(biāo)。

33、可選地，所述利用分?jǐn)?shù)階渦旋光模塊生成第二分?jǐn)?shù)階渦旋光，具體包括。

34、根據(jù)激光器輸出的可見光波段激光，確定所述分?jǐn)?shù)階渦旋光模塊中空間光調(diào)制器的第二加載相位分布。

35、根據(jù)所述第二加載相位分布，生成第一分?jǐn)?shù)階渦旋光。

36、所述第二加載相位分布為：ψ2+φ。

37、其中，ψ2＝m2φ，m2＝m0-δm，φ＝2πg(shù)x，ψ2為第二渦旋相位，φ為閃耀光柵相位，m2為第二分?jǐn)?shù)階，φ為空間光調(diào)制器液晶面角向極坐標(biāo)，m0為整數(shù)，δm為常數(shù)，0＜δm＜0.5，g為閃耀光柵常數(shù)，x為空間光調(diào)制器液晶面水平方向笛卡爾坐標(biāo)。

38、可選地，所述第一分?jǐn)?shù)階渦旋光或所述第二分?jǐn)?shù)階渦旋光的傳遞方向由閃耀光柵常數(shù)確定。

39、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

40、本發(fā)明提供了一種基于差分分?jǐn)?shù)階渦旋光束的暗場共焦顯微測量裝置與方法，采用分?jǐn)?shù)階渦旋光模塊根據(jù)兩個渦旋相位和閃耀光柵相位疊加，獲得兩個分?jǐn)?shù)階渦旋光，進(jìn)而通過光學(xué)掃描模塊和暗場探測模塊，能夠獲得兩個分?jǐn)?shù)階散射暗場圖像，將這兩個分?jǐn)?shù)階散射暗場圖像進(jìn)行差分，可得到共模噪聲抑制、靈敏度提升的差分暗場散射圖像。其中，采用分?jǐn)?shù)階渦旋光模塊對樣品進(jìn)行分?jǐn)?shù)階渦旋光照明，分?jǐn)?shù)階渦旋光可等效為多個整數(shù)階渦旋分量疊加，多階數(shù)同時(shí)參與光與物質(zhì)相互作用，并在各階信號光之間產(chǎn)生相干增強(qiáng)和相干相消效應(yīng)，可有效提升微納粒子的信號對比度；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠有效分離樣品表面反射信號與界面缺陷散射信號，且利用兩個分?jǐn)?shù)階散射暗場圖像的差分結(jié)果，可提升成像信噪比，提高缺陷檢測的靈敏度。