CN112347527B - 一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于半导体制造的无图案硅片缺陷检测技术领域，公开了一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法，利用微粗糙度表面无颗粒散射模型计算表面无颗粒情况下的光散射信号；利用光滑表面颗粒散射模型计算表面有颗粒污染情况下的光散射信号；根据所得散射光强信号求取表面颗粒散射光与表面无颗粒散射光的信号对比度s；根据信号对比度s求取能用以分离颗粒散射光的透光区域；通过表面散射模型根据透光区域，设计适用的光罩掩模板图形，滤除无法区分颗粒散射信号的散射光。本发明优化了现有的暗场缺陷检测***中收集散射光的方法，能有效地消除硅片表面由于自身粗糙度的存在在没有颗粒污染的情况下产生的少量的光散射信号。

Description

一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法

技术领域

本发明属于半导体制造的无图案硅片缺陷检测技术领域，尤其涉及一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法。

背景技术

目前，由于现有生产技术的限制，在硅片制造过程中会形成各类不可逆的缺陷，包括刮痕、颗粒、凹坑以及气穴等，这些缺陷会对硅片造成极大的损伤。

目前表面缺陷检测方法有很多，常用的在线检测方法主要是非接触式的检测方法，包括激光干涉轮廓仪、衍射图样法、散射成像法以及散射非成像法等。其中，基于散射非成像法的暗场检测方法能够检测纳米级别大小的缺陷，并有比较高的精度，因此基于散射非成像法的暗场检测技术是用于硅片缺陷检测的常用方法。暗场缺陷检测方法通过收集硅片表面的光散射信号来检测表面缺陷^[1]。

所谓的光散射就是光通过介质时，在各个方向都能观察到光强的一种自然现象。产生光散射的原因可以概括为，物质中的杂质微粒在光电磁波的作用下发生受迫振动，产生次级辐射，各杂质微粒发出的所有次波在三维空间中发生相干叠加，从而形成散射光。从光是电磁波的角度来讲，光散射现象就是光电磁场和介质分子相互作用的过程。

在实际加工过程中，颗粒的污染对硅片的损伤往往是最大的，很多细小的颗粒尘埃会落在硅片表面形成颗粒污染，通过收集颗粒引起的光散射信号可以检测到硅片表面颗粒污染的情况。但是由于硅片表面不可能是完全光滑的，非光滑表面由于自身粗糙度的影响，在没有颗粒污染的情况下也会形成少量的光散射信号，这是一种普遍存在的底层信号，无论硅片表面存不存在缺陷，该信号始终存在，并且随着粗糙度的增大，引起的光散射信号也会增大，能够反映硅片表面的微观状况^[2]。由于缺陷检测***的收集通道所收集的信息是散射光强信号，包括颗粒散射信号和干扰信号，***并不能直接对散射光信号进行识别分类，因此，当颗粒尺寸较小时，颗粒散射信号会被干扰信号淹没，造成缺陷检测出现极大的误差，并缩小了缺陷尺寸的检测范围及精度。

综上所述，现有的暗场缺陷检测***中对于收集的散射光中的干扰信号还没有较好的处理方法。因此，亟需一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：由于缺陷检测***的收集通道所收集的信息是散射光强信号，包括颗粒散射信号和干扰信号，***并不能直接对散射光信号进行识别分类，因此，当颗粒尺寸较小时，颗粒散射信号会被干扰信号淹没，造成缺陷检测出现极大的误差，并缩小了缺陷尺寸的检测范围及精度。

解决以上问题及缺陷的难度为：缺陷检测***的收集通道所收集的信息是散射光强信号，收集的散射信号是标量和，若两种散射信号的数量级相差不大就无法直接对散射信号进行识别分类。

解决以上问题及缺陷的意义为：通过在收集通道前放置一个有图案的掩模板，将信号对比度较小的部分的散射信号进行遮挡过滤，通过的散射信号是信号对比度较大的，因此，收集到的散射信号的标量和的信号对比度较大，能达到区分颗粒散射信号和干扰信号的量级，即干扰信号被颗粒散射信号所淹没。此方法提高了缺陷检测的精度，同时扩大了缺陷尺寸的检测范围，更小的颗粒能被识别，此外，添加掩模板可以减少***设置的收集通道个数，节约成本并且减少数据处理量。

参考文献

[1]马冬林,朱正波.一种用于表面缺陷检测的多通道散射光收集装置:中国,201910529410.8[P].2019-06-19.

[2]薛珲.暗场散射技术在晶圆表面缺陷检测中的新应用研究[D].复旦大学,2008.

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法，旨在解决现有的暗场缺陷检测***存在硅片表面自身粗糙度形成的光散射信号对颗粒光散射信号的干扰问题。

本发明是这样实现的，一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法，包括以下步骤：

步骤一，利用微粗糙度表面无颗粒散射模型，计算表面无颗粒情况下的散射光强，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

步骤二，利用光滑表面颗粒散射模型，计算表面有颗粒污染情况下的散射光强，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

步骤三，通过步骤一和步骤二得到的光散射信号，计算同入射角、散射角及方位角下的颗粒光散射信号与无颗粒光散射信号的对比度；

步骤四，当信号对比度大于某一阈值时检测***可以将颗粒光散射信号提取出来，剔除无颗粒光散射信号对颗粒缺陷检测的影响；提取超过阈值的比值下光散射信号对应的区域；

步骤五，根据步骤四得到的区域设计收集光路中光罩掩模板的图形，滤除无法根据比值来分离颗粒光散射信号和无颗粒光散射信号的散射光。

进一步，步骤一和步骤二中，光源为圆形光斑，所述光源参数包括入射光功率P_i，入射光波长λ，入射角θ_i，入射光的光斑大小A，材料折射率，偏振态包括s偏振、p偏振以及圆偏振。

进一步，步骤一中，所述表面无颗粒情况下的散射光强的计算方法，包括：

利用微粗糙度表面无颗粒散射模型，在三维坐标平面上以入射角θ_i斜入射一束波长为λ的p偏振光或s偏振光，收集在0°至90°散射角范围内，每个散射角0°至360°方位角的光散射强度I_h，散射角间隔1°，方位角间隔1°；其中，所述散射光强I_h通过微粗糙度表面微分散射方程计算得到，单位散射立体角里的散射光强的计算公式为：

其中，P_i为入射光功率，P_s为散射光功率，dΩ＝sinθ_sdθ_sdφ_s为单位散射立体角，n为元件表面的折射率，λ为入射光波长，θ_i为入射角，θ_s为散射角，K(θ_i,θ_s)为光学因子，S(f_x,f_y)为表面功率谱函数。其中，

S(f_x,f_y)＝A/[1+(Bf)²]^C/2

其中，A、B、C为表面功率谱模型参数。

当入射光为s偏振光、散射光为s偏振光时，则：

当入射光为s偏振光、散射光为p偏振光时，则：

当入射光为p偏振光、散射光为p偏振光时，则：

当入射光为p偏振光、散射光为s偏振光时，则：

在算出单位散射立体角的散射光强后通过积分可得到某一方位角的无颗粒表面光散射强度I_h。

进一步，步骤二中，所述表面有颗粒污染情况下的散射光强是基于Mie散射理论在表面颗粒二次基底作用模型上进行仿真计算的。

进一步，步骤二中，所述表面有颗粒污染情况下的散射光强的计算方法，包括：

利用光滑表面颗粒散射模型，在三维坐标平面上以入射角θ_i斜入射一束波长为λ的p偏振光或s偏振光，收集在0°至90°散射角范围内，每个散射角0°至360°方位角的颗粒散射强度I_p，散射角间隔1°，方位角间隔1°；其中，所述颗粒散射光强I_p通过光滑表面微分散射方程计算得到，单位散射立体角里的散射光强的计算公式为：

其中，a为颗粒半径，n_sph为颗粒折射率，N为光斑区域A内颗粒的数量大小，F为结构因素(取决于不同的散射中心之间的相关性，对于随机和不相关的粒子，F＝1)，e^为平行于入射场的单位向量。

其中，当入射光为s偏振光、散射光为s偏振光时，则：

Q_ss＝[1+βr_s(θ_s)][1+αr_s(θ_i)]cosφ_s；

当入射光为s偏振光、散射光为p偏振光时，则：

Q_sp＝-[1-βr_p(θ_s)][1+αr_s(θ_i)]cosθ_ssinφ_s；

当入射光为p偏振光、散射光为p偏振光时，则：

Q_pp＝[1+βr_p(θ_s)][1+αr_p(θ_i)]sinθ_isinθ_s

-[1-βr_p(θ_s)][1-αr_p(θ_i)]cosθ_scosθ_icosφ_s；

当入射光为p偏振光、散射光为s偏振光时，则：

Q_ps＝-[1+βr_s(θ_s)][1-αr_p(θ_i)]cosθ_isinφ_s；

其中，β＝exp(2ikdcosθ_s)，α＝exp(2ikdcosθ_i)，k＝2π/λ，d为颗粒中心与硅片表面的距离，r_p ¹²和r_s ¹²是与基底折射率、颗粒折射率、入射角、折射角有关的菲涅尔反射系数，则：

其中，n₁₂为介质间的相对折射率。在算出单位散射立体角的散射光强后通过积分可得到某一方位角的光滑表面颗粒光散射强度I_p。

进一步，步骤三中，所述颗粒光散射信号与无颗粒光散射信号对比度s的计算公式为：

s＝I_p/I_h；

其中，I_p为光滑表面颗粒散射信号强度，I_h为微粗糙度表面无颗粒散射信号强度；根据实际应用中的暗场缺陷检测***能够达到的精度，设定阈值；当s大于该阈值时，检测***能将颗粒光散射信号提取出来，剔除无颗粒光散射信号对颗粒缺陷检测的影响；找出s大于阈值时对应的区域。

进一步，步骤三中，所述信号对比度s的阈值最小取3。

进一步，步骤四中，所述光罩掩模板的图形设计为一个或若干个不规则形状的区域；

根据所述信号对比度大于阈值的区域设计收集光路中光罩掩模板的图形，只有所述区域内的散射光能通过光罩掩模板进入收集***，滤除无法根据比值来分离颗粒光散射信号和无颗粒光散射信号。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

利用微粗糙度表面无颗粒散射模型，计算表面无颗粒情况下的散射光强，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

利用光滑表面颗粒散射模型，计算表面有颗粒污染情况下的散射光强，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

通过得到的光散射信号，计算同入射角、散射角及方位角下的颗粒光散射信号与无颗粒光散射信号的对比度；

当信号对比度大于某一阈值时检测***可以将颗粒光散射信号提取出来，剔除无颗粒光散射信号对颗粒缺陷检测的影响；提取超过阈值的比值下光散射信号对应的区域；

根据得到的区域设计收集光路中光罩掩模板的图形，滤除无法根据比值来分离颗粒光散射信号和无颗粒光散射信号的散射光。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

利用微粗糙度表面无颗粒散射模型，计算表面无颗粒情况下的散射光强，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

利用光滑表面颗粒散射模型，计算表面有颗粒污染情况下的散射光强，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

通过得到的光散射信号，计算同入射角、散射角及方位角下的颗粒光散射信号与无颗粒光散射信号的对比度；

当信号对比度大于某一阈值时检测***可以将颗粒光散射信号提取出来，剔除无颗粒光散射信号对颗粒缺陷检测的影响；提取超过阈值的比值下光散射信号对应的区域；

根据得到的区域设计收集光路中光罩掩模板的图形，滤除无法根据比值来分离颗粒光散射信号和无颗粒光散射信号的散射光。

本发明的另一目的在于提供一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计信息数据处理终端，其特征在于，所述用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计信息数据处理终端信息数据处理终端用于实现所述的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法。

本发明的另一目的在于提供一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计***，所述用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计***用于实现所述的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法；包括：

光散射信号获取模块，用于利用微粗糙度表面无颗粒散射模型，计算表面无颗粒情况下的散射光强，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

还用于利用光滑表面颗粒散射模型，计算表面有颗粒污染情况下的散射光强，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

对比度计算模块，用于通过得到的光散射信号，计算同入射角、散射角及方位角下的颗粒光散射信号与无颗粒光散射信号的对比度；

光罩掩模板图形获取模块，用于当信号对比度大于某一阈值时检测***可以将颗粒光散射信号提取出来，剔除无颗粒光散射信号对颗粒缺陷检测的影响；提取超过阈值的比值下光散射信号对应的区域；根据得到的区域设计收集光路中光罩掩模板的图形，滤除无法根据比值来分离颗粒光散射信号和无颗粒光散射信号的散射光。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法，通过表面散射模型计算光散射强度，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号，利用颗粒光散射信号与无颗粒光散射信号的比值来提取颗粒光散射信号；通过表面散射模型可以按照不同波长、不同光斑大小、不同表面材料、不同入射角、不同入射光偏振态、不同散射光偏振态、不同缺陷尺寸范围、不同的收集通道等条件设计各自适用的光罩掩模板的图形，用以滤除无法区分颗粒散射信号的区域内的散射光，减少无颗粒表面散射光对检测结果的影响。与现有的光罩掩模板图形设计方法相比，本发明通过建立信号对比度来对光罩掩模板的图形进行设计，用以减小光学元件表面由于自身粗糙度产生的少量的光散射信号对颗粒缺陷散射信号的影响，优化了现有的暗场缺陷检测***中收集散射光的方法，能有效地消除硅片表面由于自身粗糙度的存在在没有颗粒污染的情况下产生的少量的光散射信号对检测结果的影响，提高了缺陷检测的精度，同时扩大了缺陷尺寸的检测范围，更小的颗粒能被识别，此外，添加掩模板可以减少***设置的收集通道个数，节约成本并且减少数据处理量。

对比的技术效果或者实验效果。未放置掩模板前，对小尺寸(直径150nm以下)的颗粒进行散射场仿真，收集到的颗粒散射信号和干扰信号的信号对比度的数量级为10^-2，远小于***能区分颗粒缺陷的信号对比度阈值；放置掩模板后，对小尺寸(直径150nm以下)的颗粒进行散射场仿真，收集到的颗粒散射信号和干扰信号的信号对比度大于***能区分颗粒缺陷的信号对比度阈值。放置掩模板后，***的收集通道仅需设置一个宽通道(散射角在大角度范围内的散射信号)便能使信号对比度达到阈值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法流程图。

图2是本发明实施例提供的微粗糙度表面无颗粒散射模型示意图。

图3是本发明实施例提供的光滑表面颗粒散射模型示意图。

图4是本发明实施例提供的表面散射矢量模型示意图。

图5是本发明实施例提供的通过计算得到的颗粒光散射与无颗粒光散射的信号对比度s的三维图。

图6是本发明实施例提供的将图5所示的信号对比度三维图向下投影至xy平面(即硅片表面)得到的信号对比度二维平面图。

图7是本发明实施例提供的利用上述所得掩模板对同条件下仿真得到的散射场进行过滤后得到的散射场三维图。

图8是本发明实施例提供的放置掩模板前后散射场的散射光强之和的信号对比度。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法包括以下步骤：

S101，利用微粗糙度表面无颗粒散射模型，计算表面无颗粒情况下的散射光强，得到同入射角、同颗粒尺寸、同入射光偏振态、同散射光偏振态条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

S102，利用光滑表面颗粒散射模型，计算表面有颗粒污染情况下的散射光强，得到同入射角、同颗粒尺寸、同入射光偏振态、同散射光偏振态条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

S103，通过S101和S102得到的光散射信号，分别计算同散射角及方位角下的颗粒光散射信号与无颗粒光散射信号的对比度s；

S104，当信号对比度s大于某一阈值时检测***可以将颗粒光散射信号提取出来，剔除了无颗粒光散射信号对颗粒缺陷检测的影响；提取超过阈值的比值下光散射信号对应的区域，区域内收集到的所有散射信号的标量和的信号对比度都将大于阈值；

S105，根据S104得到的区域设计收集光路中光罩掩模板的图形，以达到滤除无法根据比值来分离颗粒光散射信号和无颗粒光散射信号的散射光；

S106，在改变入射角大小的条件下重复S101～S105步骤，在其他条件不变的情况下，可以得到不同入射角条件下的不同的掩模板图形，并且在放置掩模板后，颗粒缺陷能被检测的最小尺寸会随之发生变化，可据此确定***的最佳入射角；

S107，在改变入射光偏振态的条件下重复S101～S105步骤，在其他条件不变的情况下，可以得到不同入射光偏振态条件下的不同的掩模板图形，并且在放置掩模板后，颗粒缺陷能被检测的最小尺寸会随之发生变化，可据此确定***的最佳入射光偏振态；

S108，在改变散射光偏振成分的条件下重复S101～S105步骤，在其他条件不变的情况下，可以得到不同散射光偏振成分条件下的不同的掩模板图形，并且在放置掩模板后，颗粒缺陷能被检测的最小尺寸会随之发生变化，可据此确定***的最佳散射光偏振成分；

S109，在改变***收集通道的条件下重复S101～S105步骤，在其他条件不变的情况下，可以得到不同收集通道条件下的不同的掩模板图形，并且在放置掩模板后，颗粒缺陷能被检测的最小尺寸会随之发生变化，可据此确定***的最佳收集通道个数及收集范围。

本发明实施例提供的步骤S101和步骤S102中，所用参数包括光源的波长、光斑大小、偏振态、材料折射率、角度以及功率；所用光源为圆形光斑，所述的光源参数包括入射光功率P_i，入射光波长λ，入射角θ_i，入射光的光斑大小A，偏振态包括s偏振、p偏振以及圆偏振。

本发明实施例提供的步骤S102中，表面有颗粒情况下的散射光强是基于Mie散射理论在表面颗粒二次基底作用模型上进行仿真计算的。

本发明实施例提供的步骤S104中，信号对比度s的阈值最小取3。

本发明实施例提供的步骤S105中，光罩掩模板的图形设计为一个或若干个不规则形状的区域。

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

图2为本发明实施例提供的微粗糙度表面无颗粒散射模型，在图4所示的三维坐标平面上以入射角θ_i斜入射一束波长为λ的p偏振光或s偏振光，收集在0°至90°散射角范围内，每个散射角0°至360°方位角的光散射强度I_h，散射角间隔1°，方位角间隔1°，其中散射光强I_h通过微粗糙度表面微分散射方程计算得到，单位散射立体角里的散射光强为：

其中，P_i为入射光功率，P_s为散射光功率，dΩ＝sinθ_sdθ_sdφ_s为单位散射立体角，n为元件表面的折射率，λ为入射光波长，θ_i为入射角，θ_s为散射角，K(θ_i,θ_s)为光学因子，S(f_x,f_y)为表面功率谱函数。其中，

S(f_x,f_y)＝A/[1+(Bf)²]^C/2

其中，A、B、C为表面功率谱模型参数。

当入射光为s偏振光、散射光为s偏振光时，则：

当入射光为s偏振光、散射光为p偏振光时，则：

当入射光为p偏振光、散射光为p偏振光时，则：

当入射光为p偏振光、散射光为s偏振光时，则：

在算出单位散射立体角的散射光强后通过积分可得到某一方位角的无颗粒表面光散射强度I_h。

图3为本发明实施例提供的光滑表面颗粒散射模型，在图4所示的三维坐标平面上以入射角θ_i斜入射一束波长为λ的p偏振光或s偏振光，收集在0°至90°散射角范围内，每个散射角0°至360°方位角的颗粒散射强度I_p，散射角间隔1°，方位角间隔1°，其中颗粒散射光强I_p通过光滑表面微分散射方程计算得到，单位散射立体角里的散射光强为：

其中，a为颗粒半径，n_sph为颗粒折射率，N为光斑区域A内颗粒的数量大小，F为结构因素(取决于不同的散射中心之间的相关性，对于随机和不相关的粒子，F＝1)，e^为平行于入射场的单位向量。

其中，当入射光为s偏振光、散射光为s偏振光时，则：

Q_ss＝[1+βr_s(θ_s)][1+αr_s(θ_i)]cosφ_s；

当入射光为s偏振光、散射光为p偏振光时，则：

Q_sp＝-[1-βr_p(θ_s)][1+αr_s(θ_i)]cosθ_ssinφ_s；

当入射光为p偏振光、散射光为p偏振光时，则：

Q_pp＝[1+βr_p(θ_s)][1+αr_p(θ_i)]sinθ_isinθ_s

-[1-βr_p(θ_s)][1-αr_p(θ_i)]cosθ_scosθ_icosφ_s；；

当入射光为p偏振光、散射光为s偏振光时，则：

Q_ps＝-[1+βr_s(θ_s)][1-αr_p(θ_i)]cosθ_isinφ_s；

上述两式中，β＝exp(2ikdcosθ_s)，α＝exp(2ikdcosθ_i)，k＝2π/λ，d为颗粒中心与硅片表面的距离，r_p ¹²和r_s ¹²是与基底折射率、颗粒折射率、入射角、折射角有关的菲涅尔反射系数，

其中，n₁₂为介质间的相对折射率。在算出单位散射立体角的散射光强后通过积分可得到某一方位角的光滑表面颗粒光散射强度I_p。

图5为本发明实施例提供的通过计算得到的颗粒光散射与无颗粒光散射的信号对比度s的三维图，由上述步骤所得无颗粒表面光散射强度I_h和表面颗粒光散射强度I_p，定义一个信号对比度s＝I_p/I_h；根据实际应用中的暗场缺陷检测***能够达到的精度，设定一个阈值；图5的计算参数为：入射光分别为s偏振光、p偏振光，入射角为72°，波长为488nm，颗粒半径为50nm，散射光均包含s偏振光、p偏振光成分，阈值设置为3；当s大于3时，检测***能将颗粒光散射信号提取出来，剔除了无颗粒光散射信号对颗粒缺陷检测的影响，由此s大于3时对应的区域为透光区域，如图5黑色区域；s小于3时对应的区域为非透光区域，如图5灰色区域；实现只有上述的区域内的散射光能通过光罩掩模板进入收集***，以达到滤除无法根据比值来分离颗粒光散射信号和无颗粒光散射信号。

图6为本发明实施例提供的将图5所示的信号对比度三维图向下投影至xy平面(即硅片表面)得到的信号对比度二维平面图，即为对应的光罩掩模板的图形。

综上所述，本发明提供的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法，通过表面散射模型计算光散射强度，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号，利用颗粒光散射信号与无颗粒光散射信号的比值来提取颗粒光散射信号；通过表面散射模型可以按照不同波长、不同光斑大小、不同表面材料等条件设计各自适用的光罩掩模板的图形，用以滤除无法区分颗粒散射信号的散射光，减少无颗粒表面散射光对检测结果的影响；此方法优化了现有的暗场缺陷检测***中收集散射光的方法，能有效地消除硅片表面由于自身粗糙度的存在在没有颗粒污染的情况下产生的少量的光散射信号对颗粒缺陷检测结果的影响。

图7为本发明实施例提供的利用上述所得掩模板对同条件下仿真得到的散射场进行过滤后得到的散射场三维图；黑色区域为被遮挡的区域，散射光强为0，灰色区域为透光区域，颜色深浅代表散射光强大小；图8为本发明实施例提供的放置掩模板前后散射场的散射光强之和的信号对比度；信号对比度提升至***阈值之上，放置掩模板后收集到的散射信号能实现对颗粒缺陷散射信号和干扰信号的有效区分。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法，其特征在于，所述用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法包括：

利用微粗糙度表面无颗粒散射模型，计算表面无颗粒情况下的散射光强，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

利用光滑表面颗粒散射模型，计算表面有颗粒污染情况下的散射光强，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

通过得到的光散射信号，计算同入射角、散射角及方位角下的颗粒光散射信号与无颗粒光散射信号的对比度；

当信号对比度大于某一阈值时检测***可以将颗粒光散射信号提取出来，剔除无颗粒光散射信号对颗粒缺陷检测的影响；提取超过阈值的比值下光散射信号对应的区域；

根据得到的区域范围设计收集光路中光罩掩模板的图形，滤除无法根据比值来分离颗粒光散射信号和无颗粒光散射信号的散射光；

所述表面无颗粒情况下的散射光强的计算方法，包括：

利用微粗糙度表面无颗粒散射模型，在三维坐标平面上以入射角θ_i斜入射一束波长为λ的p偏振光或s偏振光，收集在0°至90°散射角范围内，每个散射角0°至360°方位角的光散射强度I_h，散射角间隔1°，方位角间隔1°；其中，所述散射光强I_h通过微粗糙度表面微分散射方程计算得到，单位散射立体角里的散射光强的计算公式为：

其中，P_i为入射光功率，P_s为散射光功率，dΩ＝sinθ_sdθ_sdφ_s为单位散射立体角，n为元件表面的折射率，λ为入射光波长，θ_i为入射角，θ_s为散射角，K(θ_i,θ_s)为光学因子，S(f_x,f_y)为表面功率谱函数；其中，

S(f_x,f_y)＝A/[1+(Bf)²]^C/2

其中，A、B、C为表面功率谱模型参数；

当入射光为s偏振光、散射光为s偏振光时，则：

当入射光为s偏振光、散射光为p偏振光时，则：

当入射光为p偏振光、散射光为p偏振光时，则：

当入射光为p偏振光、散射光为s偏振光时，则：

在算出单位散射立体角的散射光强后通过积分可得到某一方位角的无颗粒表面光散射强度I_h；

所述表面有颗粒污染情况下的散射光强的计算方法，包括：

利用光滑表面颗粒散射模型，在三维坐标平面上以入射角θ_i斜入射一束波长为λ的p偏振光或s偏振光，收集在0°至90°散射角范围内，每个散射角0°至360°方位角的颗粒散射强度I_p，散射角间隔1°，方位角间隔1°；其中，所述颗粒散射光强I_p通过光滑表面微分散射方程计算得到，单位散射立体角里的散射光强的计算公式为：

其中，a为颗粒半径，n_sph为颗粒折射率，N为光斑区域A内颗粒的数量大小，F为结构因素,取决于不同的散射中心之间的相关性，对于随机和不相关的粒子，F＝1，e^为平行于入射场的单位向量；

其中，当入射光为s偏振光、散射光为s偏振光时，则：

Q_ss＝[1+βr_s(θ_s)][1+αr_s(θ_i)]cosφ_s；

当入射光为s偏振光、散射光为p偏振光时，则：

Q_sp＝-[1-βr_p(θ_s)][1+αr_s(θ_i)]cosθ_ssinφ_s；

当入射光为p偏振光、散射光为p偏振光时，则：

Q_pp＝[1+βr_p(θ_s)][1+αr_p(θ_i)]sinθ_isinθ_s-[1-βr_p(θ_s)][1-αr_p(θ_i)]cosθ_scosθ_icosφ_s；

当入射光为p偏振光、散射光为s偏振光时，则：

Q_ps＝-[1+βr_s(θ_s)][1-αr_p(θ_i)]cosθ_isinφ_s；

其中，β＝exp(2ikdcosθ_s)，α＝exp(2ikdcosθ_i)，k＝2π/λ，d为颗粒中心与硅片表面的距离，r_p和r_s是与基底折射率、颗粒折射率、入射角、折射角有关的菲涅尔反射系数，则：

其中，n₁₂为介质间的相对折射率；在算出单位散射立体角的散射光强后通过积分可得到某一方位角的光滑表面颗粒光散射强度I_p。

2.如权利要求1所述的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法，其特征在于，所用光源为圆形光斑，光源参数包括入射光功率P_i，入射光波长λ，入射角θ_i，入射光的光斑大小A，材料折射率，偏振态包括s偏振、p偏振以及圆偏振。

3.如权利要求1所述的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法，其特征在于，所述表面有颗粒污染情况下的散射光强是基于Mie散射理论在表面颗粒二次基底作用模型上进行仿真计算的。

4.如权利要求1所述的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法，其特征在于，所述颗粒光散射信号与无颗粒光散射信号对比度s的计算公式为：

s＝I_p/I_h；

其中，I_p为光滑表面颗粒散射信号强度，I_h为微粗糙度表面无颗粒散射信号强度；根据实际应用中的暗场缺陷检测***能够达到的精度，设定阈值；当s大于该阈值时，检测***能将颗粒光散射信号提取出来，剔除无颗粒光散射信号对颗粒缺陷检测的影响；找出s大于阈值时对应的区域；

所述信号对比度s的阈值最小取3；

所述光罩掩模板的图形设计为一个或若干个不规则形状的区域；

根据所述区域设计收集光路中光罩掩模板的图形，只有所述区域内的散射光能通过光罩掩模板进入收集***，滤除无法根据比值来分离颗粒光散射信号和无颗粒光散射信号。

5.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～4任意一项所述的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法的步骤。

6.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1～4任意一项所述的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法的步骤。

7.一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计信息数据处理终端，其特征在于，所述用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计信息数据处理终端信息数据处理终端用于实现权利要求1～4任意一项所述的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法。

8.一种用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计***，其特征在于，所述用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计***用于实现权利要求1～4任意一项所述的用于暗场缺陷检测的光罩掩模板图形设计方法；包括：

光散射信号获取模块，用于利用微粗糙度表面无颗粒散射模型，计算表面无颗粒情况下的散射光强，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

还用于利用光滑表面颗粒散射模型，计算表面有颗粒污染情况下的散射光强，得到同入射角条件下不同散射角、不同方位角收集到的光散射信号；

对比度计算模块，用于通过得到的光散射信号，计算同入射角、散射角及方位角下的颗粒光散射信号与无颗粒光散射信号的对比度；

光罩掩模板图形获取模块，用于当信号对比度大于某一阈值时检测***可以将颗粒光散射信号提取出来，剔除无颗粒光散射信号对颗粒缺陷检测的影响；提取超过阈值的比值下光散射信号对应的区域；根据得到的区域设计收集光路中光罩掩模板的图形，滤除无法根据比值来分离颗粒光散射信号和无颗粒光散射信号的散射光。

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