[發明專利]利用改進的3PIE技術檢測光學元件內部缺陷的方法

有效

• 申請號: 201710678576.7
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107576633B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 馬駿;魏聰;竇建泰;張天宇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/88;G01N21/95
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

1.一種利用改進的3PIE技術檢測光學元件內部缺陷的方法，其特征在于，方法步驟如下：

步驟一、搭建檢測光路：

所述檢測光路包括共光軸依次設置的光闌(1)、透鏡(2)、待測樣品(4)和CCD(5)，還包括二維平移臺(3)，二維平移臺(3)夾持待測樣品(4)；準直光經過光闌(1)后，由透鏡(2)聚焦，經過透鏡焦點形成發散的球面波，透過待測樣品(4)到達CCD(5)的靶面上，其中光闌(1)與透鏡(2)的距離為Z₁，透鏡(2)與待測樣品(4)距離為Z₂，待測樣品(4)與CCD(5)的距離為Z₃，待測樣品(4)厚度為d；轉入步驟二；

步驟二、采集圖像，并用CCD(5)依次記錄各掃描位置所對應的強度圖像：

移動二維平移臺(3)，將待測樣品(4)在與光軸垂直的平面內以疊層掃描的方式進行平移，并用CCD(5)依次記錄各掃描位置所對應的強度圖像；轉入步驟三；

步驟三、計算待測樣品(4)后表面的出射光場：

賦予待測樣品(4)一個初始的隨機猜測為O₀(r)，照明光為P₀(r)，待測樣品(4)后表面出射光場復振幅ψ_n(r)：

ψ_n(r)＝P_n(r)·O_n(r)

其中n為迭代次數，計算ψ_n(r)經過菲涅爾衍射傳播到CCD(5)靶面的復振幅ψ_n(u)為：

其中θ(u)表示ψ_n(u)的相位，表示待測樣品(4)與CCD(5)之間菲涅爾衍射傳播；

將CCD(5)實際采集到的光強I(u)替換變換得到的復振幅ψ_n(u)中的振幅信息，保持相位部分不變，得到更新后的復振幅ψ′_n(u)：

將更新后的復振幅ψ′_n(u)逆傳輸回待測樣品(4)的后表面：

分別更新物函數O_n+1(r)和照明光場P_n+1(r)；轉入步驟四；

步驟四、去除待測樣品(4)本身厚度疊加的相位：

采集同一待測樣品(4)無缺陷時，CCD(5)靶面的衍射圖樣I(u)，將更新后的照明光場P_n+1(r)傳輸到CCD(5)的靶面，得到更新后的照明光場P_n+1(r)在CCD(5)靶面的復振幅Φ_n+1(u)：

利用I(u)對Φ_n+1(u)做強度限制：

將限制后的復振幅Φ′(u)分布逆傳輸回待測樣品(4)后表面，作為新的照明光場：

返回步驟三，直到恢復的光場信息收斂，獲得內部缺陷在待測樣品(4)后表面去除本身厚度疊加相位的復振幅分布O(r)；轉入步驟五；

步驟五、確定各缺陷軸向位置：

確定缺陷在待測樣品(4)內部的分布范圍為[d_l，d_u]，將步驟四中獲得的各缺陷在后表面的復振幅O(r)以Δd為步進向前傳輸，并計算各位置的Tamura系數：

得到Tamura系數最大的位置d_c，即為缺陷位置，σ(I)表示所在位置光強分布的灰度級的標準差，m(I)表示所在位置光強分布的灰度級的平均值，norm表示歸一化函數；轉入步驟六；

步驟六、將待測樣品(4)分層：

根據步驟五計算得到的內部缺陷位置d_c＝[d_c，1，d_c，2，......，d_c，N]，確定待測樣品(4)的分層位置d_c，i，其中i＝1，2，...，N，代表待測樣品的分層位置的編號，i為自然數，采用內部缺陷在待測樣品(4)的后表面的復振幅分布作為初始猜測O_d(r)＝[O_dc，1(r)，O_dc，2(r)，...，O_dc，N(r)，]，其中N為內部缺陷數；轉入步驟七；

步驟七、分層計算待測樣品(4)內部缺陷出射光場：

將步驟六中第一層的復振幅與照明光相乘，得到第一層的出射光場ψ_e，1(r)：

ψ_e，1(r)＝P(r)·O_dc，1(r)

將第一層的出射光場傳輸到第二層，得到第二層的入射光場ψ_i，2(r)：

其中Δd₁＝d_c，2-d_c，1為第一層的厚度，并將ψ_i，2(r)與第二層的內部缺陷復振幅O_dc，2(r)相乘，繼續傳播到第三層作為第三層的照明光；以此類推，第n層的入射光場ψ_i，n(r)為：

Δd_n＝d_c，n+1-d_c，n為第n-1層的厚度，最終得到最后一層的出射光場ψ_e，N(r)；轉入步驟八；

步驟八、分層恢復待測樣品(4)內部缺陷復振幅：

將第七步得到的ψ_e，N(r)傳輸到CCD(5)靶面，得到內部缺陷在CCD(5)靶面的復振幅用采集到的光強I_j(u)替換其實部后，逆傳輸回第N層，得到第N層出射的復振幅ψ′_e，N(r)：

更新得到更新后的照明光ψ′_i，N(r)和更新后的內部缺陷復振幅O′_dc，N(r)后，將ψ′_i，N(r)逆傳輸回第N-1層，以此類推，回到第一層得到P′(r)和O′_dc，1(r)；

返回步驟七，令O_dc，n(r)＝O′_dc，n(r)，P(r)＝P′(r)，直到結果收斂，最終得到內部缺陷的復振幅分布。