本發明屬于光學檢測，尤其涉及一種明暗場檢測裝置及方法。

背景技術：

1、半導體芯片加工過程中不可避免的污染以及制造誤差帶來的缺陷是引起芯片失效的重要原因。在半導體制造工藝期間進行晶片缺陷檢測能提高良品率、獲得更高的利潤。現有晶片缺陷檢測方法中，基于光學成像的方法具有快速、無接觸的優勢，是晶片檢測最常用的手段。

2、檢測速度及檢測精度是晶片缺陷檢測重要的參數，其中檢測精度是指能檢測到缺陷的最小尺寸。增加放大倍率能獲得更小的光學分辨率，提高檢測精度，但也同時降低檢測速度。明場檢測受限于衍射極限，最小檢測缺陷僅為艾麗斑半徑；而暗場檢測基于小尺寸顆粒的瑞利散射或米氏散射，只要能探測到小尺寸缺陷的散射信號，就可以提高檢測靈敏度。因此，為了提升檢測裝置的檢測靈敏度，通常會在明場檢測裝置中配置暗場檢測裝置，以構建明暗場檢測裝置。因此明場和暗場同時掃描的方案既能提升檢測精度，又能提升檢測速度。

3、在明暗場檢測裝置中，考慮到芯片上可能存在的缺陷種類很多，明場成像與暗場成像對不同類型缺陷分辨能力不同，那么同時采用明場成像及暗場成像檢測的方式會提高這些缺陷的檢出能力，此時會遇到在明場和暗場同時掃描待測樣品時，除了要通過合理的視場偏置設計防止串擾，還往往伴隨著雜散光的影響，導致光學成像信噪比降低的技術問題。

技術實現思路

1、有鑒于此，為降低明暗場檢測裝置中雜散光對成像的干擾，本發明創造提供一種明暗場檢測裝置及方法，以明場和暗場采用共光路設計，通過設置明場和暗場的照明區域不同實現明暗場的同時成像，再通過成像組件進行成像，使得明場暗場同時掃描；同時設置照明調制組件改變照明光束的尺寸以匹配物鏡的出瞳直徑，顯著抑制照明光線在物鏡出瞳面外圍的反射現象發生，通過消除反射現象形成的雜散光避免雜散光對成像的干擾，從而取得好的暗場成像效果，提升暗場下的缺陷檢出能力；此外，照明調制組件還能夠調整明場照明的角譜頻率，實現多種角譜頻率的照明，降低待測樣品背景圖案的亮度，盡量減少雜散光，突出缺陷，提高缺陷的對比度。

2、為達到上述目的，本發明創造的技術方案是這樣實現的：

3、一種明暗場檢測裝置，包括：明場光源，發出第一照明光；照明調制組件，調制所述第一照明光；暗場光源，發出第二照明光；第一照明光以及第二照明光分別被引導照射待測樣品的表面，第一照明光經待測樣品反射形成明場信號光，第二照明光經待測樣品散射形成暗場信號光；明場信號光和暗場信號光沿共同光路傳輸且空間上相互分離；物鏡，接收明場信號光和暗場信號光并分別顯微成像，且照明調制組件適配于物鏡的出瞳直徑，且能夠抑制所述第一照明光在所述物鏡的出瞳面外圍發生的反射現象；成像組件，接收物鏡出射的明場信號光和暗場信號光，并進行明場成像和暗場成像。

4、在一些實施例中，照明調制組件包括前中繼鏡組、空間濾波組以及后中繼鏡組；其中，空間濾波組位于前中繼鏡組和后中繼鏡組之間的傅里葉平面處；空間濾波組的出光孔徑與物鏡的出瞳直徑相匹配，且空間濾波組與物鏡的出瞳面共軛。

5、在一些實施例中，空間濾波組包括空間濾波器，以及設置在空間濾波器上的電動轉盤，在電動轉盤上設有多個出光孔徑不同的出光孔，出光孔能夠被切換以使得出光孔徑匹配物鏡的出瞳直徑。

6、在一些實施例中，空間濾波組包括空間濾波器，以及設置在空間濾波器上的電動光闌，電動光闌能夠被調節以使得出光孔徑匹配物鏡的出瞳直徑。

7、在一些實施例中，照明調制組件還包括多個不同顏色的濾光片，濾光片的顏色與待測樣品的背景顏色不同。

8、在一些實施例中，物鏡包括多個出瞳直徑不同的子物鏡；第一照明光經子物鏡入射至待測樣品的表面，明場信號光和暗場信號光經子物鏡的光軸兩側分別入射至成像組件中；明場信號光和暗場信號光在參與光路傳輸的子物鏡和成像組件之間共光路傳輸，且空間上相互分離；參與光路傳輸的子物鏡可切換，且照明調制組件適配于參與光路傳輸的子物鏡的出瞳直徑。

9、在一些實施例中，在照明調制組件和物鏡之間還設有分光元件；第一照明光經過分光元件后進入物鏡中；明場信號光和暗場信號光均依次經過物鏡和分光元件入射至成像組件中；明場信號光和暗場信號光在物鏡和分光元件之間、分光元件和成像組件之間共光路傳輸。

10、在一些實施例中，在照明調制組件和物鏡之間還設有照明鏡組，照明調制組件發出的第一照明光依次經照明鏡組和物鏡后照射到待測樣品的表面；空間濾波組的出光孔徑、物鏡的出瞳直徑、照明鏡組的焦距以及前中繼鏡組或后中繼鏡組的焦距滿足如下關系：

11、d瞳/d濾波=f照明/f中繼；

12、其中，d瞳表示物鏡的出瞳直徑，d濾波表示空間濾波組的出光孔徑，f照明表示照明鏡組的焦距，f中繼表示前中繼鏡組或后中繼鏡組的焦距。

13、在一些實施例中，在分光元件和成像組件之間還設有成像鏡組；自分光元件射出的明場信號光和暗場信號光經過成像鏡組入射至成像組件中，且明場信號光和暗場信號在分光元件和成像鏡組之間共光路傳輸。

14、在一些實施例中，在分光元件和物鏡之間還設有檢焦組件；檢焦組件包括：二向色鏡，設置于分光元件和物鏡之間；自動檢焦模塊，用于發出探測光；探測光經二向色鏡和物鏡后照射至待測樣品的表面，并在待測樣品的表面反射形成檢焦光，檢焦光沿原光路到達自動檢焦模塊中，自動檢焦模塊還用于利用檢焦光確定待測樣品相對物鏡的前焦面的位置。

15、在一些實施例中，成像組件包括光學分離元件、明場相機和暗場相機；其中，光學分離元件收集明場信號光和暗場信號光并進行光路分離，使暗場信號光和明場信號光分別對應進入暗場相機和明場相機中，用以執行暗場成像和明場成像。

16、在一些實施例中，光學分離元件包括第一反射面和第二反射面；第一反射面用于接收明場信號光，并將明場信號光反射進明場相機中；第二反射面用于接收暗場信號光，并將暗場信號光反射進暗場相機中。

17、一種明暗場檢測方法，包括：

18、控制明場光源向照明調制組件發出第一照明光；

19、根據物鏡的出瞳直徑，控制照明調制組件調制第一照明光；

20、調制后的第一照明光經物鏡照射待測樣品，并控制暗場光源向待測樣品發出第二照明光；

21、第一照明光經待測樣品反射形成明場信號光，第二照明光經待測樣品散射形成暗場信號光；

22、明場信號光和暗場信號光經物鏡沿共同光路傳輸且空間上相互分離，明場信號光和暗場信號光被傳輸至成像組件中以分別執行明場成像和暗場成像。

23、在一些實施例中，在照明調制組件和物鏡之間還設有照明鏡組；照明調制組件包括前中繼鏡組和后中繼鏡組，以及位于前中繼鏡組和后中繼鏡組之間的傅里葉平面處的空間濾波組；

24、在根據物鏡的出瞳直徑，控制照明調制組件調制第一照明光的過程中：

25、根據物鏡的出瞳直徑調整空間濾波組的出光孔徑，使得空間濾波組的出光孔徑、物鏡的出瞳直徑、照明鏡組的焦距以及前中繼鏡組或后中繼鏡組的焦距滿足如下對應關系：

26、d瞳/d濾波=f照明/f中繼；

27、其中，d瞳表示物鏡的出瞳直徑，d濾波表示空間濾波組的出光孔徑，f照明表示照明鏡組的焦距，f中繼表示前中繼鏡組或后中繼鏡組的焦距。

28、在一些實施例中，空間濾波組包括空間濾波器，以及設置在空間濾波器上的電動轉盤，在電動轉盤上設有多個出光孔徑不同的出光孔；

29、在根據物鏡的出瞳直徑調整空間濾波組的出光孔徑的過程中，控制電動轉盤轉動，使出光孔的出光孔徑與物鏡的出瞳直徑滿足對應關系。

30、在一些實施例中，空間濾波組包括空間濾波器，以及設置在空間濾波器上的電動光闌；

31、在根據物鏡的出瞳直徑調整空間濾波組的出光孔徑的過程中，控制電動光闌的出光孔徑的大小，使得電動光闌的出光孔徑與物鏡的出瞳直徑滿足對應關系。

32、與現有技術相比，本發明創造能夠取得如下有益效果：

33、（1）本發明創造的明暗場檢測裝置及方法中，通過明場和暗場采用共光路設計，明場和暗場的照明區域不同實現明暗場的同時成像，再通過成像組件進行成像，使得明場暗場同時掃描；設置照明調制組件能夠改變照明光束的尺寸以匹配物鏡的出瞳直徑，顯著抑制照明光線在物鏡出瞳面外圍發生的反射現象，通過消除反射現象形成的雜散光避免雜散光對成像的干擾，從而取得好的暗場成像效果，提升暗場下的缺陷檢出能力；此外，設置的照明調制組件可以調整明場照明的角譜頻率，實現多種角譜頻率的照明，降低待測樣品的背景圖案的亮度，盡量減少雜散光，突出缺陷，提高缺陷的對比；

34、（2）本發明創造的明暗場檢測裝置及方法中，照明調制組件包含照明光路中繼鏡組、空間濾波器和濾光片中的一個或者多個；空間濾波器與物鏡的出瞳面共軛，且在空間濾波器上設置可以改變出光孔的電動轉盤或電動光闌，使得經過出光孔的照明光束的尺寸與物鏡的出瞳直徑相匹配，進而消除物鏡的出瞳面外圍反射現象形成的雜散光，避免雜散光對成像的干擾，從而取得好的暗場成像效果，提升暗場下的缺陷檢出能力。