[發(fā)明專利]顯微散射偏振成像表面缺陷測(cè)量裝置和測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910609670.6
• 申請(qǐng)日: 2019-07-08
• 公開（公告）號(hào): CN110441309B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵建達(dá);劉世杰;倪開灶;王圣浩;周游;王微微;徐天柱;魯棋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01N21/88
• 分類號(hào): G01N21/88
• 代理公司: 上海恒慧知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種顯微散射偏振成像表面缺陷測(cè)量裝置和測(cè)量方法，該裝置主要包括激光器、第一會(huì)聚透鏡、旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散器、第二會(huì)聚透鏡、光闌、第三會(huì)聚透鏡、針孔、第四會(huì)聚透鏡、偏振片、半波片、偏振分束器、X?Y位移平臺(tái)、樣品、顯微鏡頭、四分之一波片、微偏振片陣列、相機(jī)和計(jì)算機(jī)。本發(fā)明采用微偏振片陣列實(shí)現(xiàn)表面缺陷實(shí)時(shí)顯微散射偏振成像，通過計(jì)算偏振度圖像，提升了超光滑元件表面缺陷探測(cè)的靈敏度，實(shí)現(xiàn)高反膜元件表面缺陷有效檢測(cè)，能夠滿足米級(jí)大口徑超光滑元件表面缺陷快速檢測(cè)需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及表面缺陷檢測(cè)，特別是一種針對(duì)超光滑元件表面的顯微散射偏振成像表面缺陷測(cè)量裝置和測(cè)量方法。

背景技術(shù)

大口徑超光滑元件(表面粗糙度均方根值小于1nm)廣泛應(yīng)用在光刻系統(tǒng)、高功率強(qiáng)激光系統(tǒng)、天文望遠(yuǎn)系統(tǒng)以及超大規(guī)模集成電路等高端裝備中。在強(qiáng)激光系統(tǒng)中，隨機(jī)分布在元件表面的劃痕、麻點(diǎn)等缺陷對(duì)入射光產(chǎn)生調(diào)制，使局部光場(chǎng)極大增強(qiáng)，超出元件損傷閾值。劃痕、麻點(diǎn)中殘留的拋光液中的金屬離子和污染物對(duì)入射光產(chǎn)生強(qiáng)烈吸收，導(dǎo)致元件局部炸裂，直接威脅整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。另外，表面缺陷對(duì)入射光產(chǎn)生的散射會(huì)引起成像系統(tǒng)中成像光束能量損耗，雜散光成為噪聲，進(jìn)一步降低系統(tǒng)信噪比，造成目標(biāo)信號(hào)無法提取與分析。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，開口氣泡、劃痕等缺陷是影響晶圓產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，對(duì)芯片性能造成十分嚴(yán)重的影響，甚至導(dǎo)致芯片直接報(bào)廢，被視為“晶圓殺手”。

當(dāng)前用于超光滑元件表面缺陷檢測(cè)的方法主要包括目視法、顯微散射暗場(chǎng)成像法、激光散射法以及光熱顯微成像法等。其中，光熱顯微成像法(參見Bertussi B,Natoli JY,CommandréM.High-resolution photothermal microscope:a sensitive tool for thedetection of isolated absorbing defects in optical coatings[J].Appliedoptics,2006,45(7):1410-1415.)是基于光熱效應(yīng)探測(cè)吸收性缺陷，對(duì)劃痕、麻點(diǎn)等結(jié)構(gòu)性缺陷不靈敏，而且由于是單點(diǎn)探測(cè)，測(cè)量效率低，無法應(yīng)用于中、大口徑元件全口徑快速測(cè)量。目視法依靠人眼觀察：在暗室潔凈環(huán)境中，檢測(cè)員手持強(qiáng)光手電筒，傾斜照射超光滑元件表面。若元件表面存在缺陷，則缺陷對(duì)入射光產(chǎn)生散射。人眼避開反射光，觀測(cè)缺陷發(fā)出的散射光。由于目視法簡(jiǎn)單易操作，目前仍廣泛應(yīng)用于表面缺陷檢測(cè)行業(yè)，但其存在兩方面不足：一方面是生理限制，眼睛疲勞導(dǎo)致檢驗(yàn)員不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。另一方面依賴主觀評(píng)價(jià)，檢驗(yàn)員不能準(zhǔn)確給出缺陷的尺寸。不同的檢驗(yàn)員之間的檢測(cè)結(jié)果經(jīng)常不一致，缺乏傳遞性。激光散射法(參考文獻(xiàn)US5798829)是激光聚焦后傾斜入射到晶圓表面，缺陷產(chǎn)生的散射光被探測(cè)器接收。該方法為單點(diǎn)探測(cè)，為實(shí)現(xiàn)全口徑快速測(cè)量，將晶圓固定在承載臺(tái)上，承載臺(tái)沿其中心軸高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在水平面內(nèi)沿徑向移動(dòng)。該方法不適用于大口徑、大重量的超光滑光學(xué)元件表面的缺陷檢測(cè)。顯微散射暗場(chǎng)成像法(參考文獻(xiàn)CN1563957A)是采用準(zhǔn)直光源斜入射到待測(cè)元件表面，反射光從另一側(cè)出射，表面缺陷產(chǎn)生的散射光被位于元件表面法線上的顯微成像系統(tǒng)收集，在相機(jī)上成暗背景亮像，實(shí)現(xiàn)超分辨探測(cè)。結(jié)合數(shù)字圖像處理技術(shù)，提取表面缺陷的位置和尺寸信息。該方法在表面弱劃痕檢測(cè)效果上，有待進(jìn)一步提升。此外，該方法在測(cè)量高反膜元件時(shí)，背景灰度急劇升高，圖像對(duì)比度降低，表面缺陷無法被有效提取。

發(fā)明內(nèi)容

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種顯微散射偏振成像表面缺陷測(cè)量裝置和測(cè)量方法。該方法采用微偏振片陣列實(shí)現(xiàn)表面缺陷實(shí)時(shí)顯微散射偏振成像，通過計(jì)算偏振度圖像，提升了超光滑元件表面缺陷探測(cè)的靈敏度，實(shí)現(xiàn)高反膜元件表面缺陷有效檢測(cè)，能夠滿足米級(jí)大口徑超光滑元件表面缺陷快速檢測(cè)需求。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種顯微散射偏振成像表面缺陷測(cè)量裝置，包括：激光器、第一會(huì)聚透鏡、旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散器、第二會(huì)聚透鏡、光闌、第三會(huì)聚透鏡、針孔、第四會(huì)聚透鏡、偏振片、半波片、偏振分束器、X-Y位移平臺(tái)、樣品、顯微鏡頭、四分之一波片、微偏振片陣列、相機(jī)和計(jì)算機(jī)。