[发明专利]一种微观缺陷三维尺度逆向标定及检测方法

权利要求书

1.一种微观缺陷三维尺度逆向标定及检测方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1、仿真模型样本库建立；

所述的仿真模型样本库包括仿真缺陷模型、近场电磁场分布以及缺陷光强分布和光强分布的多维特征参数；

步骤2、超光滑元件表面缺陷检测；

步骤3、基于特征匹配的三维尺度逆向识别；

步骤3所述的基于特征匹配的三维尺度逆向识别，具体如下：

3-1.建立相似度评价函数；

3-2.利用基本顺序搜索算法搜寻仿真模型样本库中特征参数向量；

3-3.判断相似度是否达到要求；

实际中考虑到系统误差、光照影响、缺陷自身误差的因素，即使I_PSF(p)和I_DF(p)分别是参数完全相同缺陷的仿真和实验结果，设I_DF(p)为缺陷垂直于长度方向实际灰度所对应的光强分布，I_PSF(x)是加入光学成像系统弥散的光强分布，I_PSF(p)和I_DF(p)不可能完全一致，即r₁₂不可能刚好等于1，因此设定一个小量ε，并作如下判断：

|1-r₁₂|＜ε 公式(4)

当r₁₂满足公式(4)时，判断I_PSF(p)和I_DF(p)之间是相关的，则提取对应的仿真缺陷模型的三维尺度，并将其作为实际缺陷三维尺度；此时，认为电磁仿真建模时预设的缺陷参数与检测中实际缺陷的真实参数是接近的，将缺陷建模参数作为缺陷参数的检测参考值输出；ε取值为0-0.2，具体的取值则需要计算机仿真和实验来确定；否则返回步骤3-2。

2.如权利要求书1所述的一种微观缺陷三维尺度逆向标定及检测方法，其特征在于步骤1所述的仿真模型样本库的建立具体如下：

1-1.通过FDTD仿真软件建立仿真缺陷模型；

1-2.通过FDTD仿真软件建立仿真缺陷暗场散射模型；

1-3.基于FDTD仿真软件对缺陷进行电磁场仿真；

1-4.基于FDTD仿真软件外推获得仿真缺陷模型在光学成像系统像面上的理想光强分布；

1-5.基于理想光强分布利用数据处理提取理想光强分布特征；

1-6.在理想光强分布中加入光学系统像差模型，具体如下：

1-7.利用最大光强、极值点数量、阈值处灰度梯度及光强分布曲线构建多维特征参数向量；

1-8.通过多维特征参数向量创建仿真模型样本库。

3.如权利要求书2所述的一种微观缺陷三维尺度逆向标定及检测方法，其特征在于步骤1-6所述的在理想光强分布中加入光学系统像差模型，具体如下：

加入点扩散函数仿真显微散射暗场成像系统的高斯型光学系统像差模型，利用高斯退化函数作为光学成像系统的点扩散函数PSF，其表达式为：

式(1)中，K是归一化常数，μ,σ是常数，C是孔径区域；在电磁仿真得到的像面散射光强分布结果中，使用高斯型扩展函数对理想仿真结果进行卷积，能够模拟得到缺陷经过存在像差的光学系统后的散射成像结果；定义I_FDTD(x)是FDTD仿真得到的远场散射成像理想光强分布，I_FDTD(x)和I_PSF(x)存在以下关系表达式：

式(2)中是卷积符号，PSF是点扩散函数，I_BG表示背景光强，由CCD的背景噪声因素决定；通过对理想的缺陷光强与高斯型退化函数做卷积，就能够尽可能接近实际缺陷在像面上的光强分布。

4.如权利要求书1所述的一种微观缺陷三维尺度逆向标定及检测方法，其特征在于步骤2所述的超光滑元件表面缺陷的检测，具体如下：

2-1.元件缺陷暗场散射成像；

2-2.显微成像系统CCD采集缺陷图像；

2-3.对采集得到的缺陷图像利用灰度分布统计的方法提取缺陷图像中垂直于待测缺陷长度方向的灰度分布；

2-4.基于理想光强分布利用数据处理提取灰度分布中的灰度分布特征。

5.如权利要求书1所述的一种微观缺陷三维尺度逆向标定及检测方法，其特征在于步骤3-1所述的建立相似度评价函数，具体如下：

在实际检测中，超光滑元件表面微观缺陷经过显微暗场散射成像能够在光学系统像面上采集得到缺陷的灰度图像，然后提取垂直待测缺陷长度方向对的灰度分布，其中灰度与光强成正比，则能够将灰度分布乘以比例系数作为实际缺陷在像面上的光强分布；对得到的缺陷实际光强与仿真得到的缺陷光强分布进行相似度评价；并将I_PSF(p)和I_DF(p)转换到光强-像素空间，将I_PSF(p)和I_DF(p)看作两个一维离散信号；参考信号处理中两个一维离散信号间的相关性运算，定义r₁₂为I_PSF(p)和I_DF(p)之间的相似度，如下式，

式(3)中，Q为缺陷的像素宽度值，为整数；像素变量p＝0,1,2,...,Q-1，p₀为像素位移量；r₁₂的意义在于能够通过相关运算结果考察I_PSF(p)和I_DF(p)之间相似程度；若I_PSF(p)和I_DF(p)完全相同，则r₁₂＝1；若I_PSF(p)和I_DF(p)完全不同，则r₁₂＝0。