[發明專利]基于光學暗場顯微技術的檢測系統和方法

有效

• 申請號: 202110433853.4
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113125436B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 陳學文;何勇;林樹培
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N21/88;G01N21/01
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司 11570
• 代理人: 劉杰

本發明涉及缺陷檢測和納米顆粒檢測領域，提供一種基于光學暗場顯微技術的檢測系統和方法。本發明利用樣品表面起伏和和檢測目標的空間分布及幾何形貌的區別，將特定偏振態的照明光束以一定角度照射到樣品的待檢測區域，減小樣品表面納米級或亞納米級起伏散射的雜散光強度，并使雜散光和檢測目標散射的信號光偏振不同，調控探測光束的偏振態，濾除絕大部分雜散光，降低雜散光帶來的背景噪聲，提升檢測信噪比，提高檢測靈敏度。使用本發明所述系統和方法，可大幅度將光學方法可檢測的缺陷和納米顆粒推向更小尺寸。

技術領域

本發明涉及缺陷檢測和納米顆粒技術領域，尤其涉及一種基于暗場顯微技術的檢測系統和方法，通過選擇照明光束光頻電場偏振態和入射角，并調控探測光束的光頻電場偏振態，增強檢測信噪比的系統和方法。

背景技術

缺陷檢測通常是指對樣品表面的缺陷進行檢測，缺陷包括但不限于外來污染物，樣品表面的非正常突起，樣品表面的劃痕，樣品表面的凹槽，樣品表面特定圖案結構的變形等。缺陷檢測在各種工業生產中有著大量的需求，例如集成電路、顯示面板、玻璃和金屬制品等領域。特別是集成電路生產中，晶圓表面缺陷檢測是必不可少的關鍵工藝流程之一，準確檢測出帶有缺陷的不合格晶圓，可以大幅提高產品的良率。隨著集成電路中半導體器件趨于小型化，小尺寸缺陷，例如數十納米級的缺陷，甚至納米級的缺陷，都可能對結構造成致命的破壞，甚至使產品完全損毀失效。因此，當前的工業應用，對產品表面缺陷檢測的靈敏度提出了極高的要求。

納米顆粒檢測通常是指對顆粒物進行檢測，檢測的顆粒包括但不限于納米球，納米棒，納米線，空氣中的灰塵，生物體，DNA，RNA，蛋白質，其他有機物等。納米顆粒檢測對工業應用和學術研究都有著重大的意義，例如，藥品開發通常需要對生物體內大分子或標記物的運動軌跡進行追蹤，對病毒與細胞結合過程進行監控等。納米顆粒檢測的靈敏度，是這些應用的重要技術指標。

目前，樣品表面缺陷和納米顆粒(以下把二者統稱為檢測目標)的光學檢測方法主要是光學暗場顯微成像。光學暗場顯微技術是一種結構簡單、無標簽、高實時性的檢測手段，其特點是只收集待檢測對象的散射光進行成像，而不收集樣品表面反射或透射的照明光，黑暗的背景和明亮的目標信號在檢測圖像中形成明顯的對比。

工業生產的很多產品，例如硅晶圓，玻璃制品，金屬制品，有機材料等，已經可將樣品表面高度起伏變化降到納米級甚至亞納米級。樣品表面起伏在橫向既有跨度為百納米至數微米的緩慢變化部分，也有跨度為亞納米至數十納米的距離變化部分。樣品表面納米級或亞納米級起伏和檢測目標一樣，在照明光束照射下，會發生散射，從而形成干擾目標檢測的雜散光。由于衍射極限的存在，橫向跨度為亞納米至數十納米距離變化的表面起伏對雜散光的貢獻是可忽略的，橫向跨度為百納米至數微米緩慢變化的表面起伏引起的散射是雜散光的主要來源。

檢測目標散射的信號光強度，近似正比于檢測目標體積的平方。當檢測目標小于一定尺寸，雜散光強度會接近甚至大于信號光強度，導致檢測信號被背景噪聲淹沒。因此，如果能盡量多地衰減雜散光，而盡量少地衰減信號光，就能夠樣品表面納米級或亞納米級起伏帶來的背景噪聲，提升檢測信噪比，將光學方法可檢測的檢測目標推向更小的尺寸。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于暗場顯微技術的檢測系統和方法，顯著抑制樣品表面起伏散射產生的背景噪聲，大幅度提高檢測信噪比，從而能夠有效檢測到現有光學方法無法檢測的小尺寸檢測目標。

為解決上述技術問題，本發明首先提出一種基于暗場顯微技術的檢測系統，包括：

光源組件，用于提供照明光束；

照明光束調控組件，用于調控照明光束的偏振態，并引導照明光束以一定入射角度照射到樣品的被測區域，使照明光束具有垂直于待測樣品表面的光頻電場偏振分量；

探測光束調控組件，用于收集探測光束，調控探測光束的偏振態，將探測光束中特定方向的偏振分量濾除，并將經濾除后的探測光束引導到所述信號收集組件；