[发明专利]一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统及方法，包括照明光路，探测光路和参考光路，所述照明光路的入射端设置有被检测样品，所述探测光路的发射端设置有被检测样品，所述参考光路的入射端设置有所述探测光路；所述照明光路和所述探测光路的连接处设置有零椭偏模块，所述零椭偏模块的一端与照明光路连接，所述零椭偏模块的另一端与探测光路连接。本发明通过照明光路与探测光路的非共路设计，实现对背景杂散光的有效抑制，降低检测系统对探测物镜数值孔径的依赖；同时，结合干涉探测的优势，实现对被检测样品表面小尺寸特征的宽视场高灵敏检测能力。

技术领域

本发明涉及一种表面缺陷的光学检测技术领域，尤其涉及一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统及方法。

背景技术

受限于光学系统的衍射极限和瑞利散射极限，传统光学检测系统成像下，纳米尺度结构的弱散射信号通常被背景噪声淹没而无法被有效检出。扫描电子显微镜（SEM）或者原子力显微镜（AFM）成像技术虽能提供纳米尺度结构信息，但是，两种技术的检测通量低，速度慢，且SEM易对被检测样品表面带来损伤。相比较而言，光学检测技术具有检测通量高，且是无损检测等优点。

为检出如半导体晶圆和芯片表面的纳米尺度缺陷，现有技术中提出基于明场或者暗场照明的表面缺陷检测方法。在照明端，通过降低照明波长至深紫外（DUV）波段，提升小缺陷的散射对比度；在探测端，利用高数值孔径的探测物镜接收小缺陷的远场散射信号。同时，利用不同缺陷类型的散射场差异性，通过多阵列探测器的组会，实现对不同缺陷类型的检出能力。基于散射场光强与背景光强的对比进行检测，实现了对10-20 nm尺寸缺陷的检出能力，但是，有关技术对照明波长和探测物镜数值孔径的强依赖关系也限制了该类技术的提升空间。

当颗粒的直径D远小于照明光波长λ时，由瑞利散射关系：可知：散射场强与颗粒尺寸的三次方成正比。因此，如采用强度探测，信号光与背景光的对比度与颗粒直径的六次放成正比。与之相比，如采用干涉成像技术，散射场与背景场的对比度与颗粒直径的三次方成正比，可有效降低检测系统对被检测缺陷尺寸的敏感度，提升系统对小尺寸缺陷的检出能力。基于此，前期有研究工作者提出基于散射干涉成像的小颗粒成像方案。但是，已有方案都基于对传统倒置显微成像系统的改造，利用透明玻片下表面的部分反射光作为参考光，透明玻片上表面来自颗粒的散射光作为信号光，结合高倍/大数值孔径物镜进行照明和散射信号接收。相应地，相关方案的成像视场范围小，不利于快速检测需求，比如，无法适用于晶圆的缺陷检测场景。同时，该类技术未对背景噪声进行有效抑制，检测灵敏度也因此受限。

一种能够对背景杂散光进行有效抑制，实现宽视场成像下对样品表面小缺陷高灵敏散射干涉成像探测的技术是目前所未有的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统及方法，通过照明光路与探测光路的非共路设计，实现对被检测样品表面的背景杂散光的有效抑制，降低检测系统对探测物镜数值孔径的依赖；同时，结合干涉探测的优势，实现对被检测样品表面小尺寸特征的宽视场高灵敏检测能力。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于零椭偏暗场照明的散射干涉成像系统，包括照明光路，探测光路和参考光路，所述照明光路的入射端设置有被检测样品，所述探测光路的发射端设置有被检测样品；

所述照明光路包括光源发射模块，所述光源发射模块用于发射照明光并将所述照明光调整为平行光并调整线偏振方位角；

所述探测光路包括探测物镜和散射场成像模块，所述探测物镜用于接收被检测样品表面的散射光，所述散射光传输至所述散射场成像模块用于干涉成像；