基于倾斜照明的反射式交叠衍射成像光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于倾斜照明的反射式交叠衍射成像光学系统，包括激光器、平面反射镜、扩束器、孔径光阑、CCD，电控旋转台和X‑Y平移台，激光器发出光照射到样品表面之后发生反射，CCD接收光源经过反射后的衍射图样。图样采集过程中，利用电控旋转台设置反射角、X‑Y平移台移动待测样品，使光路和样品产生相对位移，保持其它装置的位置不变，每移动一次样品，记录一幅衍射光强图样，从而获得一系列具有重叠区域的衍射图样，根据所获得衍射图样利用相应交叠衍射成像迭代算法，得到被测样品的振幅信息和相位信息。本发明专利技术具有适用反射式样品、照明光透明、强吸收特性的短波领域的特点；系统结构简单，对环境稳定性条件要求较低的优点。

Reflective overlapping diffraction imaging optical system based on inclined illumination

The invention discloses a reflective overlapping diffraction imaging optical system based on inclined illumination, which comprises a laser, a plane mirror, a beam expander, an aperture diaphragm, a CCD, an electric control rotating platform and an X \u2011 y translation platform. The reflection occurs after the light emitted by the laser hits the surface of the sample, and the diffraction pattern after the reflection of the CCD receiving light source. In the process of pattern acquisition, the electronic control rotating table is used to set the reflection angle and X \u2011 y translation table to move the sample to be measured, so that the relative displacement of the light path and the sample is generated, and the position of other devices is kept unchanged. Each time the sample is moved, a diffraction intensity pattern is recorded, so as to obtain a series of diffraction patterns with overlapping areas. According to the obtained diffraction patterns, the corresponding overlapping diffraction imaging is used Instead of the algorithm, the amplitude and phase information of the measured sample are obtained. The invention has the advantages of being suitable for the short wave field with reflective sample, transparent illumination light and strong absorption characteristics, simple system structure and low requirements for environmental stability conditions.

【技术实现步骤摘要】
基于倾斜照明的反射式交叠衍射成像光学系统
本专利技术属于光学检测领域，具体涉及一种基于倾斜照明的反射式交叠衍射成像光学系统。
技术介绍
长期以来，光刻技术作为集成电路的核心技术之一，影响着整个产品制造过程的经济成本，也决定了集成电路是否能够打破技术壁垒。为了缩小我国与发达国家在精密装备制造水平上的差距，我国制定了《极大规模集成电路制造装备与成套工艺专项》（02专项），将发展极大规模集成电路作为重大科技专项之一，以推进22nm线宽节点极紫外光刻（ExtremeUltraVioletLithography，EUVL）关键技术的研究。目前，无缺陷光刻掩膜板的制作已成为EUVL技术发展的主要瓶颈之一。由于掩膜板基底对EUV光线有强烈的吸收作用，因此掩膜板的制作一般采用反射式曝光，由堆叠在掩膜板基底表面的Mo/Si薄膜层对照明光进行反射。2004年，Rodenburg在《Aphaseretrievalalgorithmforshiftingillumination》一文中提出了交叠衍射成像迭代算法（ptychographicaliterativeengine，PIE）的概念，这是一种基于横向扫描的无镜成像相位恢复算法。该方法利用照明探针对待测样品进行扫描式照明，用探测器在每个扫描位置处记录相应的衍射强度图样，至少记录两幅衍射强度图样，扫描时确保两个相邻照明区域之间有一定比率的重叠，该重叠比率已知且需大于60%，PIE通过重叠区域的冗余信息可以快速准确地复原出被测样品的振幅信息和相位信息，实现对大尺寸样品的快速准确成像。Rodenburg最初提出的交叠衍射成像技术在实际应用中存在诸多限制与问题，随着研究的不断深入，研究人员对交叠衍射成像技术也在不断进行完善和改进：针对难以准确预知照明探针复振幅导致复原结果质量差的问题，Fienup等人在《Phaseretrievalwithtransversetranslationdiversity:anonlinearoptimizationapproach》提出了一种非线性优化算法，将待测样品相对已知照明图样移动后记录其远场衍射强度分布，从而求解具有横向平移差异的相位复原问题，该方法极大地提升了PIE复原结果的质量。2009年，Rodenburg对PIE进行改进后，在《Animprovedptychographicalphaseretrievalalgorithmfordiffractiveimaging》一文中提出了ePIE技术（extendedptychographicaliterativeengine，ePIE），同时复原出了待测样品的复振幅和照明探针的复振幅，ePIE技术不再需要预估照明探针复振幅，极大地提升了样品复原精度。针对PIE算法由于乘法假设的使用无法复原三维厚样品的问题，刘诚等人在《Influenceofthickcrystaleffectsonptychographicimagereconstructionwithmoveableillumination》中研究了样品厚度对交叠衍射成像技术复原结果的影响，并得到了交叠衍射成像技术可适用的样品厚度范围。针对交叠衍射成像技术中照明光源完全相干条件难以满足的问题，Thibault等《Reconstructingstatemixturesfromdiffractionmeasurements》中提出了在混合状态下对样品进行重建的方法，解决了由于光源部分相干导致的分辨率下降问题。针对交叠衍射成像技术实验过程中数据采集速度慢的问题，2013年，刘诚等《Coherentdiffractiveimagingbasedonthemultiplebeamilluminationwithcrossgrating》文中在提出用光栅分光实现交叠衍射成像的单次曝光，该方法摒弃了传统的机械式扫描，利用一个正交光栅将入射光分为若干个衍射方向不同的子光束同时照射到样品上，相邻子光束之间存在重叠区域，用CCD同步记录多个衍射光斑，极大地提升了数据采集速率。在上述交叠衍射成像技术及其各类改进技术中，照明光对样品都是透射式照明，样品必须对照明光部分透明，而EUVL掩膜板基底材料对EUV光有强烈的吸收作用，因此透射式照明不适用于EUVL掩膜板的缺陷检测。ClausD等人在《Dualwavelengthopticalmetrologyusingptychography》一文中提出了双波长反射式交叠衍射成像技术，利用两个波长下样品的反射信息复原样品的表面高度信息，但双波长反射式结构中使用了分光棱镜，透射元件的使用使得双波长反射式交叠衍射成像技术也不适用于短波领域，且双波长照明系统结构复杂，对环境稳定性提出了更高的要求。为克服透射式交叠衍射成像技术和双波长反射式交叠衍射成像技术的缺陷，将交叠衍射成像技术应用于EUVL掩膜板的缺陷检测中，本专利技术公开了一种基于倾斜照明的反射式交叠衍射成像光学系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于倾斜照明的反射式交叠衍射成像光学系统，适用于反射式样品、照明光透明、强吸收特性的短波领域的特点。本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于倾斜照明的反射式交叠衍射成像光学系统，包括激光器、平面反射镜、扩束器、孔径光阑、CCD、电控旋转台、X-Y平移台；共第一光轴依次设置激光器、平面反射镜；共第二光轴依次设置平面反射镜、扩束器、孔径光阑、电控旋转台，电控旋转台固定在X-Y平移台，被测样品固定在电控旋转台上，CCD位于被测样品的反射光路上；第一光轴垂直于第二光轴。激光器产生激光，经平面反射镜反射垂直入射至扩束器，经扩束器扩束光束，经过孔径光阑后，产生的衍射光照射到被测样品平面，经由被测样品平面反射，利用CCD记录反射光的衍射强度图样。图样采集过程中，利用电控旋转台设置反射角，利用X-Y平移台移动待测样品，使得被测样品的反射光和被测样品的入射光产生相对位移，保持其它器件的位置不变，每移动一次被测样品，CCD记录一幅衍射光强图样，从而获得一系列具有重叠区域的衍射图样，根据所获得衍射图样利用相应交叠衍射成像迭代算法，得到被测样品的振幅信息和相位信息。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：（1）本专利技术采用反射式交叠衍射成像技术，没有使用透射元件，适用于EUVL掩膜板基底等对光有强烈吸收作用的材料、反射式样品、照明光透明等情况。（2）本专利技术采用基于倾斜照明的反射式交叠衍射成像光学系统结构简单，对环境稳定性条件要求较低。附图说明图1为本专利技术基于倾斜照明的反射式交叠衍射成像光学系统的光路图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。结合图1，一种基于倾斜照明的反射式交叠衍射成像光学系统，包括激光器1、平面反射镜2、扩束器3、孔径光阑4、CCD6、电控旋转台7、X-Y平移台8；共第一光轴依次设置激光器1、平面反射镜2；共第二光轴依次设置平面反射镜2、扩束器3、孔径光阑4、电控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于倾斜照明的反射式交叠衍射成像光学系统，其特征在于：包括激光器（1）、平面反射镜（2）、扩束器（3）、孔径光阑（4）、CCD（6）、电控旋转台（7）、X-Y平移台（8）；共第一光轴依次设置激光器（1）、平面反射镜（2）；共第二光轴依次设置平面反射镜（2）、扩束器（3）、孔径光阑（4）、电控旋转台（7），电控旋转台（7）固定在X-Y平移台（8），被测样品（5）固定在电控旋转台（7）上，CCD（6）位于被测样品（5）的反射光路上；第一光轴垂直于第二光轴；/n激光器（1）产生激光，经平面反射镜（2）反射垂直入射至扩束器（3），经扩束器（3）扩束光束，经过孔径光阑（4）后，产生的衍射光照射到被测样品（5）平面，经由被测样品（5）平面反射，利用CCD（6）记录反射光的衍射强度图样；/n图样采集过程中，利用电控旋转台（7）设置反射角，利用X-Y平移台（8）移动待测样品（5），使得被测样品（5）的反射光和被测样品（5）的入射光产生相对位移，保持其它器件的位置不变，每移动一次被测样品（5），CCD（6）记录一幅衍射光强图样，从而获得一系列具有重叠区域的衍射图样，根据所获得衍射图样利用相应交叠衍射成像迭代算法，得到被测样品（5）的振幅信息和相位信息。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于倾斜照明的反射式交叠衍射成像光学系统，其特征在于：包括激光器（1）、平面反射镜（2）、扩束器（3）、孔径光阑（4）、CCD（6）、电控旋转台（7）、X-Y平移台（8）；共第一光轴依次设置激光器（1）、平面反射镜（2）；共第二光轴依次设置平面反射镜（2）、扩束器（3）、孔径光阑（4）、电控旋转台（7），电控旋转台（7）固定在X-Y平移台（8），被测样品（5）固定在电控旋转台（7）上，CCD（6）位于被测样品（5）的反射光路上；第一光轴垂直于第二光轴；
激光器（1）产生激光，经平面反射镜（2）反射垂直入射至扩束器（3），经扩束器（3）扩束光束，经过孔径光阑（4）后，产生的衍射光照射到被测样品（5）平面，经由被测样品（5）平面反射，利用CCD（6）记录反射光的衍射强度图样；
图样采集过程中，利用电控旋转台（7）设置反射角，利用X-Y平移台（8）移动待测样品（5），使得被测样品（5）的反射光和被测样品（5）的入射光产生相对位移，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高瑞，陈洪权，黄帅铭，毕津慈，袁群，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32