基于螺旋变换的涡旋二色性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螺旋变换解调轨道角动量谱的涡旋二色性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，且受限于信息获取维度，仅可对几何缺陷(如划痕、凹坑等)进行检测，无法获得更多缺陷特性信息，导致缺陷判定准确性不足。

3、因此，如何拓展可检测缺陷特征，探索三维集成电路层间缺陷的手性特性是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，可探索三维集成电路层间缺陷的手性特性。

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螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，所述基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置包括：

4、相反阶涡旋光束产生模块，用于产生混合涡旋光束；所述混合涡旋光束包括正m阶轨道角动量和负m阶轨道角动量，m为常数；

5、样品扫描模块，用于利用所述混合涡旋光束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束；所述待测样品为三维集成电路；所述样品反射光束包括正m阶轨道角动量和负m阶轨道角动量；

6、螺旋变换模块，用于对所述样品反射光束进行空间分离，得到空间分离光束；所述空间分离光束包括正m阶轨道角动量对应的第一光束和负m阶轨道角动量对应的第二光束，所述第一光束和所述第二光束的位置相分离；

7、多阶探测模块，用于对所述空间分离光束进行探测，得到所述扫描位置的涡旋二色性信号强度；所述涡旋二色性信号强度用于表征所述扫描位置是否具有缺陷，以及具有缺陷时缺陷的手性特性。

8、可选地，所述相反阶涡旋光束产生模块包括：按照光线传播方向依次布置的激光器、半波片、第一偏振片、第一非偏振分束器和第一液晶空间光调制器；所述第一液晶空间光调制器用于对所述第一非偏振分束器的反射光束进行相位调制，得到混合涡旋光束；所述混合涡旋光束经所述第一非偏振分束器透射至所述样品扫描模块。

9、可选地，所述样品扫描模块包括：按照光线传播方向依次布置的扩束器、孔径光阑、第二非偏振分束器和物镜；所述物镜用于将所述第二非偏振分束器的透射光束聚焦到待测样品的扫描位置，得到所述扫描位置的样品反射光束；所述样品反射光束经所述物镜透射后，再经所述第二非偏振分束器反射至所述螺旋变换模块。

10、可选地，所述样品扫描模块还包括：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。

11、可选地，所述螺旋变换模块包括：按照光线传播方向依次布置的第二偏振片、第三非偏振分束器、第二液晶空间光调制器、第四非偏振分束器和第三液晶空间光调制器；所述第二液晶空间光调制器用于对所述第三非偏振分束器的透射光束进行相位调制，得到初步分离光束；所述第三液晶空间光调制器用于对所述第四非偏振分束器的透射光束进行相位调制，得到空间分离光束；所述空间分离光束经所述第四非偏振分束器反射至所述多阶探测模块。

12、可选地，所述多阶探测模块包括：按照光线传播方向依次布置的聚焦透镜、狭缝阵列和线阵光电倍增管；所述聚焦透镜用于对所述空间分离光束进行聚焦，得到聚焦光束；所述狭缝阵列用于滤除所述聚焦光束中的离焦背景，得到滤除光束；所述线阵光电倍增管用于对所述滤除光束进行光电转换，得到电信号，并对所述电信号进行处理，得到所述扫描位置的涡旋二色性信号强度。

13、可选地，所述第一液晶空间光调制器上加载第一相位分布；

14、所述第一相位分布为：

15、

16、其中，为第一相位分布，为第一液晶空间光调制器的感光面的角向坐标；k为常数；π为圆周率。

17、可选地，所述第二液晶空间光调制器上加载第二相位分布；

18、所述第二相位分布为：

19、

20、其中，φ2(x,y)为第二相位分布，x,y分别为第二液晶空间光调制器的液晶面的x坐标和y坐标；π为圆周率；d为第一调试参数；λ为照明光波长；f为透镜相位焦距；p为第二调试参数；n为常数，n＝-1，0，1；bn为第三调试参数；θ为角度，θ＝2πd/f；an为第四调试参数。

21、可选地，所述第三液晶空间光调制器上加载第三相位分布；

22、所述第三相位分布为：

23、

24、其中，φ3(u,v)为第三相位分布，u,v分别为第三液晶空间光调制器的液晶面的x坐标和y坐标；n为常数，n＝-1，0，1；π为圆周率；d为第一调试参数；p为第二调试参数；λ为照明光波长；f为透镜相位焦距。

25、可选地，对所述电信号进行处理，得到所述扫描位置的涡旋二色性信号强度，具体包括：对所述电信号的第一区域中每一信号通道的信号强度进行叠加，得到第一叠加信号强度，对所述电信号的第二区域中每一信号通道的信号强度进行叠加，得到第二叠加信号强度，计算所述第一叠加信号强度和所述第二叠加信号强度的差值，得到所述扫描位置的涡旋二色性信号强度；其中，所述第一区域为所述第一光束对应的信号通道所组成的区域，所述第二区域为所述第二光束对应的信号通道所组成的区域。

26、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：

27、本申请提供了一种基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，相反阶涡旋光束产生模块用于产生混合涡旋光束，样品扫描模块用于利用混合涡旋光束照射待测样品的扫描位置，得到扫描位置的样品反射光束，待测样品为三维集成电路，螺旋变换模块用于对样品反射光束进行空间分离，得到空间分离光束，多阶探测模块用于对空间分离光束进行探测，得到扫描位置的涡旋二色性信号强度，当待测样品的扫描位置无缺陷时，涡旋二色性信号强度为0，当待测样品的扫描位置存在缺陷时，涡旋二色性信号强度不为0，且涡旋二色性信号强度的正负与缺陷的手性特性相对应，手性特性是由生物学概念引入的，用于衡量缺陷的非对称性，当涡旋二色性信号强度为正时，缺陷为右旋手性，当涡旋二色性信号强度为负时，缺陷为左旋手性，因此，通过确定扫描位置的涡旋二色性信号强度，可实现缺陷的检测以及具有缺陷时缺陷的手性特征的表征，从而探索三维集成电路层间缺陷的手性特性。

技术特征：

1.一种基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置包括：

2.根据权利要求1所述的基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述相反阶涡旋光束产生模块包括：按照光线传播方向依次布置的激光器、半波片、第一偏振片、第一非偏振分束器和第一液晶空间光调制器；所述第一液晶空间光调制器用于对所述第一非偏振分束器的反射光束进行相位调制，得到混合涡旋光束；所述混合涡旋光束经所述第一非偏振分束器透射至所述样品扫描模块。

3.根据权利要求1所述的基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述样品扫描模块包括：按照光线传播方向依次布置的扩束器、孔径光阑、第二非偏振分束器和物镜；所述物镜用于将所述第二非偏振分束器的透射光束聚焦到待测样品的扫描位置，得到所述扫描位置的样品反射光束；所述样品反射光束经所述物镜透射后，再经所述第二非偏振分束器反射至所述螺旋变换模块。

4.根据权利要求3所述的基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述样品扫描模块还包括：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。

5.根据权利要求1所述的基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述螺旋变换模块包括：按照光线传播方向依次布置的第二偏振片、第三非偏振分束器、第二液晶空间光调制器、第四非偏振分束器和第三液晶空间光调制器；所述第二液晶空间光调制器用于对所述第三非偏振分束器的透射光束进行相位调制，得到初步分离光束；所述第三液晶空间光调制器用于对所述第四非偏振分束器的透射光束进行相位调制，得到空间分离光束；所述空间分离光束经所述第四非偏振分束器反射至所述多阶探测模块。

6.根据权利要求1所述的基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述多阶探测模块包括：按照光线传播方向依次布置的聚焦透镜、狭缝阵列和线阵光电倍增管；所述聚焦透镜用于对所述空间分离光束进行聚焦，得到聚焦光束；所述狭缝阵列用于滤除所述聚焦光束中的离焦背景，得到滤除光束；所述线阵光电倍增管用于对所述滤除光束进行光电转换，得到电信号，并对所述电信号进行处理，得到所述扫描位置的涡旋二色性信号强度。

7.根据权利要求2所述的基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述第一液晶空间光调制器上加载第一相位分布；

8.根据权利要求5所述的基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述第二液晶空间光调制器上加载第二相位分布；

9.根据权利要求5所述的基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述第三液晶空间光调制器上加载第三相位分布；

10.根据权利要求6所述的基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，其特征在于，对所述电信号进行处理，得到所述扫描位置的涡旋二色性信号强度，具体包括：对所述电信号的第一区域中每一信号通道的信号强度进行叠加，得到第一叠加信号强度，对所述电信号的第二区域中每一信号通道的信号强度进行叠加，得到第二叠加信号强度，计算所述第一叠加信号强度和所述第二叠加信号强度的差值，得到所述扫描位置的涡旋二色性信号强度；其中，所述第一区域为所述第一光束对应的信号通道所组成的区域，所述第二区域为所述第二光束对应的信号通道所组成的区域。

技术总结
本申请公开了一种基于螺旋变换的涡旋二色性暗场共焦显微测量装置，涉及光学精密测量技术领域，相反阶涡旋光束产生模块用于产生混合涡旋光束，样品扫描模块用于利用混合涡旋光束照射待测样品的扫描位置，得到样品反射光束，螺旋变换模块用于对样品反射光束进行空间分离，得到空间分离光束，多阶探测模块用于对空间分离光束进行探测，得到扫描位置的涡旋二色性信号强度，当待测样品的扫描位置无缺陷时，涡旋二色性信号强度为0，当待测样品的扫描位置存在缺陷时，涡旋二色性信号强度不为0，且涡旋二色性信号强度的正负性与缺陷的左旋手性和右旋手性分别对应，从而可以探索三维集成电路层间缺陷的手性特性。

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