基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置

本申请涉及光学精密测量，特别是涉及一种基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置。

背景技术：

1、半导体三维集成电路的层间缺陷(如空穴、层错等)易导致三维集成电路的电学性能和寿命下降，对层间缺陷的准确检测可保障三维集成电路的产品良率。

2、共焦显微测量技术由于其三维层析能力，可用于三维集成电路缺陷的无损检测。其中，暗场共焦显微测量技术具有良好的光学层析能力、较高的成像分辨率以及暗背景带来的较高成像对比度等优势，已成为三维集成电路缺陷无损检测的重要手段。然而，传统的光学暗场共焦显微测量技术对微小尺度缺陷的响应率较低，同时，其对相位型缺陷(如气泡、层错等)的检测难度较大，无法获得相位信息，缺陷判定准确性不足。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，可表征缺陷的振幅和相位信息，实现相位型缺陷的检测。

2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

3、本申请提供了一种基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，所述基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置包括：

4、涡旋光产生模块，用于产生预定阶数的涡旋光；

5、涡旋光干涉模块，用于将所述涡旋光分为参考光和成像光，利用所述成像光照射待测样品的扫描位置，得到所述扫描位置的样品反射光，并使所述参考光和所述样品反射光进行重合干涉，得到干涉光；所述待测样品为三维集成电路；所述参考光和所述样品反射光的阶数相反；所述干涉光的光斑为花瓣状；

6、旋转解调模块，用于对所述干涉光进行旋转解调，得到所述扫描位置的振幅和相位信息。

7、可选地，所述涡旋光产生模块包括：按照光线传播方向依次布置的光纤激光器、光纤准直扩束器和螺旋相位板；所述螺旋相位板用于对所述光纤准直扩束器的出射光进行调制，得到预定阶数的涡旋光。

8、可选地，所述涡旋光干涉模块包括：

9、第一非偏振分束器，用于将所述涡旋光分为参考光和成像光；

10、第二非偏振分束器，用于将所述成像光入射至样品扫描单元；

11、所述样品扫描单元，用于利用所述成像光照射待测样品的扫描位置，得到所述扫描位置的样品反射光，并将所述样品反射光入射至所述第二非偏振分束器；

12、参考光处理单元，用于对所述参考光进行多次反射，并将多次反射后的出射光入射至所述第二非偏振分束器；

13、所述第二非偏振分束器还用于使所述参考光和所述样品反射光进行重合干涉，得到干涉光。

14、可选地，所述样品扫描单元包括：物镜。

15、可选地，所述参考光处理单元包括：按照光线传播方向依次布置的第一反射镜、可调光衰减器和第二反射镜。

16、可选地，所述样品扫描单元还包括：三维位移台；所述待测样品位于所述三维位移台上；所述三维位移台用于带动所述待测样品移动，调整所述待测样品的扫描位置。

17、可选地，所述旋转解调模块包括：信号发生器、斩波器驱动件、锁相放大器以及按照光线传播方向依次布置的第三非偏振分束器、斩波器、聚焦透镜、针孔和光电探测器；

18、所述信号发生器分别与所述斩波器驱动件和所述锁相放大器信号连接；所述信号发生器用于向所述斩波器驱动件和所述锁相放大器传输控制信号；

19、所述斩波器驱动件用于基于所述控制信号，驱动所述斩波器旋转；所述斩波器用于对所述第三非偏振分束器的透射光进行斩波，得到斩波光；

20、所述锁相放大器与所述光电探测器信号连接；所述锁相放大器用于以所述光电探测器输出的电信号作为输入信号，以所述控制信号作为参考信号，对所述输入信号进行解调，得到所述扫描位置的振幅和相位信息。

21、可选地，所述螺旋相位板上加载相位分布，所述相位分布为：

22、

23、其中，i为虚数单位；m为预定阶数；为螺旋相位板的平面角向坐标。

24、可选地，所述斩波器驱动件为旋转电机。

25、根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：

26、本申请提供了一种基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，涡旋光产生模块用于产生预定阶数的涡旋光，涡旋光干涉模块用于将涡旋光分为参考光和成像光，利用成像光照射待测样品的扫描位置，得到扫描位置的样品反射光，并使参考光和样品反射光进行重合干涉，得到干涉光，干涉光的光斑为花瓣状，旋转解调模块用于对干涉光进行旋转解调，得到扫描位置的振幅和相位信息。当扫描位置存在缺陷时，会对成像光产生振幅调制和相位调制，相位调制导致具有花瓣状光斑的干涉光的对称轴旋转，振幅调制导致具有花瓣状光斑的干涉光的明暗相对强度改变，后续通过旋转解调模块进行解调，即可实现缺陷的振幅(即吸收性)和相位(即高度和折射率等)的同时检测，从而可表征缺陷的振幅和相位信息，实现相位型缺陷的检测。

技术特征：

1.一种基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置包括：

2.根据权利要求1所述的基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述涡旋光产生模块包括：按照光线传播方向依次布置的光纤激光器、光纤准直扩束器和螺旋相位板；所述螺旋相位板用于对所述光纤准直扩束器的出射光进行调制，得到预定阶数的涡旋光。

3.根据权利要求1所述的基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述涡旋光干涉模块包括：

4.根据权利要求3所述的基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述样品扫描单元包括：物镜。

5.根据权利要求3所述的基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述参考光处理单元包括：按照光线传播方向依次布置的第一反射镜、可调光衰减器和第二反射镜。

6.根据权利要求3所述的基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述样品扫描单元还包括：三维位移台；所述待测样品位于所述三维位移台上；所述三维位移台用于带动所述待测样品移动，调整所述待测样品的扫描位置。

7.根据权利要求1所述的基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述旋转解调模块包括：信号发生器、斩波器驱动件、锁相放大器以及按照光线传播方向依次布置的第三非偏振分束器、斩波器、聚焦透镜、针孔和光电探测器；

8.根据权利要求2所述的基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述螺旋相位板上加载相位分布，所述相位分布为：

9.根据权利要求7所述的基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述斩波器驱动件为旋转电机。

技术总结
本申请公开了一种基于涡旋干涉的暗场共焦显微测量装置，涉及光学精密测量技术领域，涡旋光产生模块用于产生预定阶数的涡旋光，涡旋光干涉模块用于将涡旋光分为参考光和成像光，利用成像光照射待测样品的扫描位置，得到扫描位置的样品反射光，并使参考光和样品反射光进行重合干涉，得到干涉光，干涉光的光斑为花瓣状，旋转解调模块用于对干涉光进行旋转解调，得到扫描位置的振幅和相位信息，从而可表征缺陷的振幅和相位信息，实现相位型缺陷的检测。

技术研发人员：刘俭,刘辰光,华子杰,由小玉
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/11