[發明專利]一種基于超振蕩透鏡的超分辨缺陷檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201910311312.7
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110031478B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 羅先剛;馬曉亮;李雄;蒲明博;鹿辛踐
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01N21/95
• 分類號: G01N21/95;G01N21/958;G01N21/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于超振蕩透鏡的超分辨缺陷檢測裝置及檢測方法，利用由工件臺、真空吸附裝置、基片、半透半反鏡組、激光光源、準直透鏡、物鏡、CCD、壓電電機、直線電機、上位機等，將準直的激光照射到半透半反鏡組上，半透半反鏡組將激光先反射到基片上，然后基片表面反射回來的光經過半透半反透鏡后，再通過特殊優化設計的超振蕩透鏡會聚到CCD上，利用CCD采集的圖像和上位機中的程序完成自動對焦的過程，最終實現對100nm以下基片缺陷的檢測。本發明可以用于光刻機中基片缺陷的檢測，提高光刻機在實際工業生產中的產率。

技術領域

本發明屬于顯微成像以及微納光學領域，具體涉及一種基于超振蕩透鏡的超分辨缺陷檢測裝置及檢測方法。

背景技術

在現代半導體光刻的工藝中，基片表面質量是決定產品質量的關鍵性因素之一。基片缺陷存在的主要危害是造成散射、能量吸收、有害的耀斑、衍射條紋、膜層破壞等，進而影響系統的性能和正常運行。如果不能及時發現基片的表面質量問題，及時調整工藝，損失會非常大，使即將完成的基片前功盡棄。如果能夠在制造工藝過程中實時檢測基片表面的質量情況，并及時反饋給控制系統，通過閉環系統完全控制整個加工過程，則能夠極大地提高生產率，保證產品質量。

在許多光學元件的實際使用過程中，光學元件表面的疵病會對整個光學系統的運行產生很大影響，例如光刻機在曝光刻蝕的過程中對于硅片所在環境的潔凈程度具有很高的要求，我們可以利用圖像處理和超分辨成像技術實現識別納米級別的表面疵病，然后就可以準確檢測光學表面疵病，從而實現對于光學元件表面疵病納米級別的檢測。

隨著半導體加工工藝技術的不斷提高，可見光波段的顯微分辨極限已經不能滿足工藝上對于高精度的需求。根據阿貝成像理論，顯微成像系統存在衍射極限，如何突破衍射極限實現超分辨成像成為亟待解決的重要問題，在本發明中我們考慮采用一種基于光學超振蕩現象的方法來突破衍射極限。本研究對象作為一種有效的表面缺陷檢測設備，利用超振蕩透鏡的超分辨成像能力，可實現100nm量級的缺陷檢測精度，并具有很好的儀器化實現前景。該檢測設備還可以應用于微納結構加工制造領域，檢測曝光樣片的缺陷情況，篩選樣片，降低制造成本。

目前，國內還未有同類型設備，研究成果可降低對國外高昂設備的依賴。另外，該設備還可以用于超分辨顯微成像領域，實現遠場的微納結構觀察。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服現有缺陷檢測技術的分辨力不足的問題，提出了一種基于超振蕩透鏡的超分辨成像方法，并結合自動對焦系統完成了超分辨缺陷檢測裝備的設計，提高了在半導體加工產業中基片疵病檢測的精確性。

為了達成上述目的，本發明提供的技術方案為：一種基于超振蕩透鏡的超分辨缺陷檢測裝置，包括上位機1、物鏡驅動器2、樣品臺驅動器3、工件臺4、真空吸附裝置5、基片6、物鏡7、PI壓電電機8、激光光源9、擴束鏡10、準直透鏡11、超振蕩透鏡12、顯微鏡鏡身13、CCD14和半透半反透鏡15，激光光源9發射波長為532nm的激光，依次經過擴束鏡10和準直透鏡11進行準直后照射到半透半反透鏡15，激光光束經反射之后到達放大倍數為50倍的物鏡7照射到吸附于真空吸附裝置5的基片6，真空吸附裝置5固定于工件臺4上，樣品臺驅動器3分別與上位機1、工件臺4連接，物鏡驅動器2分別與上位機1、PI壓電電機8連接，物鏡7被PI壓電電機8驅動，基片6反射回來的光束再通過半透半反透鏡15，再經過特殊優化設計的超振蕩透鏡12，最終通過顯微鏡鏡身13到達CCD 14完成圖像的采集，然后傳輸到上位機1中，其中，特殊優化設計的超振蕩透鏡12是在特定數值孔徑透鏡下，根據標量菲涅爾衍射積分公式，相位型器件在焦面位置的衍射光場分布可以由公式描述，其中f表示超振蕩透鏡的焦距，R表示入瞳半徑，為相位調制函數，λ為入射光的波長，J₀為0階貝塞爾函數，r為出瞳徑向坐標，ρ為焦面徑向坐標，I(ρ)表示的是焦面處該點的光強，利用該公式可以作為逆向設計時的優化函數，利用旁瓣強度、局部視場大小和超振蕩透鏡結構分布參數作為約束條件，最后采用粒子群優化算法設計加工所需的二元相位型超振蕩透鏡。