[发明专利]一种微观缺陷三维尺度逆向标定及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于超光滑元件表面缺陷检测领域，本发明涉及一种微观缺陷三维尺度逆向标定及检测方法。

背景技术

超光滑元件表面缺陷在宏观上随机离散分布，微观精度在微米到亚微米量级，因此元件表面微观缺陷检测要求对整个表面上进行全口径采样，并完成缺陷在亚微米量级的测量。微观缺陷显微暗场成像原理利用了光滑表面缺陷对入射光调制而产生的散射效应。多束高亮度的环形白光LED光源以特定角度入射至待测的超光滑元件表面，显微成像系统对表面缺陷产生的散射光进行收集并成像在CCD上，最终形成暗背景上的亮缺陷图像。这种图像不仅辨识度高而且可以进行精密复杂的图像处理，实现一种效率高、直观性强而且高精度的微观缺陷检测方法，目前显微暗场缺陷检测可以完成亚微米级别的二维信息精确检测。但是显微暗场散射检测微观缺陷无法直接检测出缺陷纳米量级的三维尺度信息，其中宽度信息需要通过宽度定标获得，目前还需要利用光学定标版对缺陷宽度图像进行标定；另外，微观缺陷与光相互作用产生复杂的调制散射光，所以从散射光中直接解调出缺陷纵向深度信息也几乎是不可能的。使用干涉法检测表面微观缺陷的纵向三维尺度，条纹会在缺陷处产生断裂，而且难以解调；如果使用原子力显微镜测量缺陷三维尺度虽然检测精度可以达到纳米量级，但是检测物方视场过小，点扫描方式检测效率低下，不适合宏观全表面的微观缺陷检测；另外，如果使用激光扫描共聚焦显微镜对元件表面微观缺陷纵向三维尺度进行测量时，不仅检测物方视场小，检测效率低下，而且纵向分辨率为微米量级无法完成微观缺陷纳米级的 三维尺度检测。

使用基于矢量衍射理论的时域有限差分方法，可以建立表面缺陷散射光的电磁场暗场散射模型，相应的可以得到在光学成像系统像面上的电磁场分布。因此可以用像方数学模型来反演定量评价真实缺陷的三维尺度信息，不仅可以完成更加精确的显微缺陷宽度信息的标定而且可以完成显微缺陷深度的高精度标定，不需要采用轴向层析扫描就可以获得缺陷的三维尺度信息，检测效率高。

发明内容

本发明的目的是解决微观缺陷显微暗场散射成像检测时无法获得被测缺陷三维尺度信息的问题，提出一种微观缺陷三维尺度逆向标定及检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

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高斯型光学系统像差模型，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。

步骤1-6所述的在理想光强分布中加高斯型光学系统像差模型，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：

公式(1)

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_PSF(x)是加入光学成像系统弥散的光强分布，I_FDTD(x)和I_PSF(x)存在以下关系表达式：

公式(2)

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。

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；