CN111948223B - 介质高反膜元件表面缺陷测量装置和测量方法 - Google Patents

介质高反膜元件表面缺陷测量装置和测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111948223B
CN111948223B CN202010580232.4A CN202010580232A CN111948223B CN 111948223 B CN111948223 B CN 111948223B CN 202010580232 A CN202010580232 A CN 202010580232A CN 111948223 B CN111948223 B CN 111948223B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lambda
computer
light
sample
notch filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010580232.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111948223A (zh
Inventor
刘世杰
倪开灶
邵建达
王微微
潘靖宇
邹超逸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority to CN202010580232.4A priority Critical patent/CN111948223B/zh
Publication of CN111948223A publication Critical patent/CN111948223A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111948223B publication Critical patent/CN111948223B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N2021/9511—Optical elements other than lenses, e.g. mirrors

Abstract

一种介质高反膜元件表面缺陷测量装置和测量方法，该装置包括环形光源、样品、陷波滤波系统、显微系统、相机、XYZ位移平台、光束收集器、光纤、光谱仪和计算机。本发明利用宽光谱光源照明，计算高反膜光滑表面散射光谱特性，陷波滤波系统滤除强散射背景光，增强缺陷图像对比度，提高了测量灵敏度，解决了传统技术对介质高反膜元件表面缺陷大量漏检的问题。

Description

介质高反膜元件表面缺陷测量装置和测量方法
技术领域
本发明涉及表面缺陷检测领域，特别是一种针对介质高反膜元件表面缺陷的测量装置和测量方法。
背景技术
作为精密光学元件的重要分支——高反膜元件被广泛应用于高功率激光系统、光刻系统和天文望远系统等高端装备。但基片加工和镀膜过程中产生的划痕、麻点等表面缺陷对入射光场产生散射、衍射和吸收等调制作用，引起局部光场极大增强和强烈的热效应，导致元件的损伤阈值被显著降低。
为了控制缺陷，目前已提出多种表面缺陷检测方法，主要包括：目视法、全内反射显微成像法、显微散射暗场成像法和光热扫描成像法。目视法是在暗室中用强光照射元件，人眼(或辅以放大镜)观察。目视法测量精度低，不同检测员检测结果经常不一致。而且高反膜产生强烈的反射光和散射光，极易影响检测员的判断，引起生理疲劳，不能长时间连续工作，测量效率低。全内反射显微成像法利用入射角大于临界角时，入射光在元件和空气界面处形成全内反射，但表面缺陷破坏全反射条件，入射光从界面泄露被显微成像系统接收，形成暗背景亮缺陷像。该方法测量灵敏度高，但对照明入射方式要求苛刻，不便对任意形状和尺寸的元件进行全口径检测。光热扫描成像法基于光热效应，泵浦光照射区域产生热形变，缺陷处的热形变比完好处的热形变大。该方法用于探测节瘤缺陷和金属污染物等缺陷，对划痕、麻点等结构性缺陷的探测灵敏度低，并且其探测速度非常慢，不适合全口径测量。显微散射暗场成像法(ZL 200410017628.9)将照明光源和探测系统一体化，照明光斜入射到样品表面，显微成像系统避开反射光，收集缺陷产生散射光。该方法灵敏度较高，对元件形状没有特殊限制。但利用该方法检测高反膜元件时，背景散射强度急剧增加，图像背景灰度比基片元件的背景灰度高很多，而缺陷的散射强度没有相应地提升，缺陷图像质量被显著降低，较浅的缺陷易被淹没，大量表面缺陷被漏检。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种介质高反膜元件表面缺陷测量装置和测量方法。利用宽光谱光源照明，计算高反膜元件光滑表面的散射光谱特性，滤除强散射背景光，增强缺陷图像对比度，提高测量灵敏度，使高反膜元件表面缺陷被有效检测。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种介质高反膜元件表面缺陷测量装置，其特点在于，包括环形光源、陷波滤波系统、显微系统、相机、供样品放置的XYZ位移平台、光束收集器、光纤、光谱仪和计算机；
所述的环形光源为宽光谱光源，发光波长范围为λe1～λe2；所述的样品为介质高反膜元件；
所述的环形光源发出的平行光以θ角斜入射到所述的样品的待测表面；
沿所述的样品表面的法线方向依次为陷波滤波系统、显微系统和相机；所述的陷波滤波系统由具有不同带阻波段的陷波滤光片组成，每一个陷波滤光片的带阻宽度为Δλ；所有的陷波滤光片的带阻波段覆盖了环形光源的发光波长范围λe1～λe2；所述的陷波滤波系统使带阻波段λs～λe的光被滤除，波长小于λs的光和波长大于λe的光可以通过，透过率大于90％；
所述的样品的光滑表面和表面缺陷产生的散射光通过所述的陷波滤波系统，透过的散射光被所述的显微系统接收，在所述的相机上成像；
所述的光束收集器与光谱仪通过所述的光纤连接；
所述的相机的输出端与所述的计算机的输入端连接；所述的光谱仪的输出端与所述的计算机的输入端连接；所述的XYZ位移平台的控制端与所述的计算机的控制信号输出端连接。
利用上述介质高反膜元件表面缺陷测量装置进行介质高反膜元件表面缺陷测量的方法，该方法包括下列步骤：
1)利用分光光度计测量所述的样品待测表面在入射角θ下的反射率光谱曲线R(λ)，波长范围为λe1～λe2；
2)将所述的样品置于XYZ位移平台上，所述的计算机驱动所述的XYZ位移平台沿Z向移动，使待测表面处于所述的显微系统的物面位置；
3)将所述的光束收集器置于入射光路中，收集入射光，所述的光谱仪测量入射光源的光谱曲线，并将其归一化，得到归一化环形光源发光光谱曲线P0(λ)；测量完成后，将所述的光束收集器移出入射光路；
4)所述的计算机根据式(1)计算待测光滑表面的散射光谱：
Figure BDA0002552088730000031
式中，δ为待测表面的粗糙度，用光学轮廓仪测量；
5)所述的计算机根据步骤4)计算的数据绘制所述的样品的光滑表面的散射光谱曲线；散射光谱曲线存在高散射强度波段和低散射强度波段，高散射强度波段的散射强度远远大于低散射强度波段的散射强度，呈显著的凸起状态；以此确定待测光滑表面的高散射强度波段λ1～λ2；
6)根据步骤5)确定的高散射强度波段选择对应带阻波段的单片或多片陷波滤光片组成所述的陷波滤波系统，陷波滤波系统的截止波长λs等于或略小于λ1，截止波长λe等于或略大于λ2；
7)所述的相机采集当前测量区域的表面图像，并存储到所述的计算机中；
8)所述的计算机控制XYZ位移平台在XY平面内按光栅扫描路线运动，每次移动的距离为测量视场的宽度；每移动一次，重复步骤7)采集并存储图像，完成整个预设区域的扫描和图像采集；
9)所述的计算机中的图像处理软件对采集的图像进行拼接、预处理和缺陷特征提取，完成测量。
本发明的优点如下：
本发明利用宽光谱光源照明，计算高反膜光滑表面散射光谱特性，陷波滤波系统滤除强散射背景光，增强缺陷图像对比度，提高了测量灵敏度，解决了传统的显微散射暗场成像技术对介质高反膜元件表面缺陷大量漏检的问题。
附图说明
图1是本发明介质高反膜元件表面缺陷测量装置示意图
图2是本发明陷波滤波系统透过率光谱示意图
图3是本发明介质高反膜元件光滑表面散射光谱示意图
图4是本发明的测量装置和传统的显微散射暗场成像方法分别对介质高反膜元件表面缺陷的测量分布示意图，其中，a为本发明测量方法b为传统测量方法
图中：1-环形光源；2-样品；3-陷波滤波系统；4-显微系统；5-相机；6-XYZ位移平台；7-光束收集器；8-光纤；9-光谱仪；10计算机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细阐述，但不应以此限制本发明的保护范围。
图1为本发明介质高反膜元件表面缺陷测量装置实施例示意图，包括环形光源1、陷波滤波系统3、显微系统4、相机5、供样品2放置的XYZ位移平台6、光束收集器7、光纤8、光谱仪9和计算机10，样品2置于所述的XYZ位移平台6上；
所述的环形光源1为宽光谱光源，发光波长范围为400nm～800nm；所述的样品2为633nm介质高反膜元件；
所述的环形光源1发出的平行光以θ角斜入射到所述的样品2的待测表面；
沿所述的样品2表面的法线方向依次为陷波滤波系统3、显微系统4和相机5；所述的陷波滤波系统3由具有不同带阻波段的陷波滤光片组成，每一个陷波滤光片的带阻宽度为50nm；所有的陷波滤光片的带阻波段覆盖了环形光源的发光波长范围；所述的陷波滤波系统3的透过率曲线如图2所示，波段λs～λe的光被滤除，波长小于λs的光和波长大于λe的光可以通过，透过率T大于90％；
所述的样品2的光滑表面和表面缺陷产生的散射光通过所述的陷波滤波系统3，透过的散射光被所述的显微系统4接收，在所述的相机5上成像；
所述的光束收集器7与光谱仪9通过所述的光纤8连接；
所述的相机5的输出端与所述的计算机10的输入端连接；所述的光谱仪9的输出端与所述的计算机10的输入端连接；所述的XYZ位移平台6的控制端与所述的计算机10的控制信号输出端连接。
利用所述的介质高反膜元件表面缺陷测量装置进行介质高反膜表面缺陷测量的方法，该方法包括下列步骤：
1)利用分光光度计测量所述的样品2待测表面在入射角θ下的反射率光谱曲线R(λ)，波长范围为400nm～800nm；
2)将所述的样品2置于XYZ位移平台6上，所述的计算机10驱动所述的XYZ位移平台6沿Z向移动，使待测表面处于所述的显微系统4的物面位置；
3)将所述的光束收集器7置于入射光路中，收集入射光，所述的光谱仪9测量入射光源的光谱曲线，并将其归一化，得到归一化环形光源发光光谱曲线P0(λ)；测量完成后，将所述的光束收集器7移出入射光路；
4)所述的计算机10根据式(1)计算待测光滑表面的散射光谱：
Figure BDA0002552088730000051
式中，δ为待测表面的粗糙度，用光学轮廓仪测量；
5)所述的计算机10根据步骤4)计算的数据绘制所述的样品2的光滑表面的散射光谱曲线；散射光谱曲线存在高散射强度波段和低散射强度波段，高散射强度波段的散射强度远远大于低散射强度波段的散射强度，呈显著的凸起状态；以此确定待测光滑表面的高散射强度波段λ1～λ2，如图3所示；
6)根据步骤5)确定的高散射强度波段选择对应带阻波段的单片或多片陷波滤光片组成所述的陷波滤波系统3，陷波滤波系统3的截止波长λs等于或略小于λ1，截止波长λe等于或略大于λ2；
7)所述的相机5采集当前测量区域的表面图像，并存储到所述的计算机10中；
8)所述的计算机10控制XYZ位移平台6在XY平面内按光栅扫描路线运动，每次移动的距离为测量视场的宽度，每移动一次，重复步骤7)采集并存储图像，完成整个预设区域的扫描和图像采集；
9)所述的计算机10中的图像处理软件对采集的图像进行拼接、预处理和缺陷特征提取，完成测量。图4为本发明的测量装置和传统的显微散射暗场成像方法分别对633nm介质高反膜元件表面缺陷的测量分布示意；本发明测量的高反膜元件表面缺陷总长为190.25mm，传统方法测量的高反膜元件表面缺陷总长为25.40mm。本发明的测量结果是传统方法的测量结果的7.5倍，表明本发明可以提高测量灵敏度，有效解决高反膜元件表面缺陷大量漏检的问题。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种介质高反膜元件表面缺陷测量装置，其特征在于，包括环形光源(1)、陷波滤波系统(3)、显微系统(4)、相机(5)、供样品(2)放置的XYZ位移平台(6)、光束收集器(7)、光纤(8)、光谱仪(9)、分光光度计和计算机(10)；
所述的环形光源(1)为宽光谱光源，发光波长范围为λe1～λe2；所述的样品(2)为介质高反膜元件；
所述的环形光源(1)发出的平行光以θ角斜入射到所述的样品(2)的待测表面；
沿所述的样品(2)表面的法线方向依次为所述的陷波滤波系统(3)、显微系统(4)和相机(5)；所述的陷波滤波系统(3)由具有不同带阻波段的陷波滤光片组成，每一个陷波滤光片的带阻宽度为Δλ；所有的陷波滤光片的带阻波段覆盖了环形光源(1)的发光波长范围λe1～λe2；所述的陷波滤波系统(3)使带阻波段λs～λe的光被滤除，波长小于λs的光和波长大于λe的光可以通过，透过率大于90％；
所述的样品(2)的光滑表面和表面缺陷产生的散射光通过所述的陷波滤波系统(3)，透过的散射光被所述的显微系统(4)接收，在所述的相机(5)上成像；
所述的光束收集器(7)与光谱仪(9)通过所述的光纤(8)连接；所述分 光光度计，用于测量所述样品(2)待测表面在入射角θ下的反射率光谱曲线R(λ)，波长范围为λe1～λe2；
所述的相机(5)的输出端与所述的计算机(10)的输入端连接；所述的光谱仪(9)的输出端与所述的计算机(10)的输入端连接；所述的XYZ位移平台(6)的控制端与所述的计算机(10)的控制信号输出端连接。
2.利用权利要求1所述的介质高反膜元件表面缺陷测量装置进行介质高反膜表面缺陷测量的方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
1)利用分光光度计测量所述的样品(2)待测表面在入射角θ下的反射率光谱曲线R(λ)，波长范围为λe1～λe2；
2)将所述的样品(2)置于所述的XYZ位移平台(6)上，所述的计算机(10)驱动所述的XYZ位移平台(6)沿Z向移动，使待测表面处于所述的显微系统(4)的物面位置；
3)将所述的光束收集器(7)置于入射光路中，收集入射光，所述的光谱仪(9)测量入射光源的光谱曲线，并将其归一化，得到归一化环形光源发光光谱曲线P0(λ)；测量完成后，将所述的光束收集器(7)移出入射光路；
4)所述的计算机(10)根据式(1)计算待测光滑表面的散射光谱：
Figure FDA0003932138930000021
式中，δ为待测表面的粗糙度，用光学轮廓仪测量；
5)所述的计算机(10)根据步骤4)计算的数据绘制所述的样品的光滑表面的散射光谱曲线；散射光谱曲线存在高散射强度波段和低散射强度波段，高散射强度波段的散射强度远远大于低散射强度波段的散射强度，呈显著的凸起状态；以此确定待测光滑表面的高散射强度波段λ1～λ2；
6)根据步骤5)确定的高散射强度波段选择对应带阻波段的单片或多片陷波滤光片组成所述的陷波滤波系统(3)，陷波滤波系统(3)的截止波长λs等于或略小于λ1，截止波长λe等于或略大于λ2；
7)所述的相机(5)采集当前测量区域的表面图像，并存储到所述的计算机(10)中；
8)所述的计算机(10)控制XYZ位移平台(6)在XY平面内按光栅扫描路线运动，每次移动的距离为测量视场的宽度，每移动一次，重复步骤7)采集并存储图像，完成整个预设区域的扫描和图像采集；
9)所述的计算机(10)中的图像处理软件对采集的图像进行拼接、预处理和缺陷特征提取，完成测量。
CN202010580232.4A 2020-06-23 2020-06-23 介质高反膜元件表面缺陷测量装置和测量方法 Active CN111948223B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010580232.4A CN111948223B (zh) 2020-06-23 2020-06-23 介质高反膜元件表面缺陷测量装置和测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010580232.4A CN111948223B (zh) 2020-06-23 2020-06-23 介质高反膜元件表面缺陷测量装置和测量方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111948223A CN111948223A (zh) 2020-11-17
CN111948223B true CN111948223B (zh) 2023-01-20

Family

ID=73337172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010580232.4A Active CN111948223B (zh) 2020-06-23 2020-06-23 介质高反膜元件表面缺陷测量装置和测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111948223B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023108549A1 (en) * 2021-12-16 2023-06-22 Jade Bird Display (Shanghai) Company Inspecting tool for inspecting micro led array panel

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10253546A (ja) * 1997-03-12 1998-09-25 Toshiba Corp 半導体基板の評価方法および評価装置
WO2002082064A1 (en) * 2001-04-06 2002-10-17 Kla-Tencor Corporation Improved defect detection system
US7433031B2 (en) * 2003-10-29 2008-10-07 Core Tech Optical, Inc. Defect review system with 2D scanning and a ring detector
US7433034B1 (en) * 2005-06-17 2008-10-07 Nanometrics Incorporated Darkfield defect inspection with spectral contents
JP5525336B2 (ja) * 2010-06-08 2014-06-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥検査方法および欠陥検査装置
JP2012137350A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Hitachi High-Technologies Corp 欠陥検査方法および欠陥検査装置
JP2015206642A (ja) * 2014-04-18 2015-11-19 株式会社日立ハイテクノロジーズ 欠陥観察方法及びその装置
EP3596502A1 (en) * 2017-03-16 2020-01-22 trinamiX GmbH Detector for optically detecting at least one object
CN110687080B (zh) * 2019-09-06 2022-05-31 中国科学院上海光学精密机械研究所 光学元件表层缺陷快速探测和识别的检测装置和检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111948223A (zh) 2020-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110441309B (zh) 显微散射偏振成像表面缺陷测量装置和测量方法
US5790247A (en) Technique for determining defect positions in three dimensions in a transparent structure
US5894345A (en) Optical method of detecting defect and apparatus used therein
WO1997013140A9 (en) Technique for determining defect positions in three dimensions in a transparent structure
TWI644098B (zh) 透明基板之瑕疵檢測方法與裝置
US8184294B2 (en) Apparatus and method for measuring haze of sheet materials or other materials
TW201447271A (zh) 使用表面增強電場之缺陷偵測
WO2021197207A1 (en) Apparatus for surface profile measurement
CN110687080B (zh) 光学元件表层缺陷快速探测和识别的检测装置和检测方法
US7924517B2 (en) Spatial filter, a system and method for collecting light from an object
CN103105403A (zh) 透明光学元件表面缺陷的检测方法及装置
JP7134096B2 (ja) 基板検査方法、装置及びシステム
CN113218966A (zh) 用于光学滤光片的自动缺陷检测与映射
CN111579564B (zh) 一种透明平板缺陷和屈光度变化检测系统及方法
JP2009042202A (ja) ウエハ検査装置およびウエハ検査方法
CN111948223B (zh) 介质高反膜元件表面缺陷测量装置和测量方法
CN203069531U (zh) 透明光学元件表面缺陷的检测装置
CN112229606A (zh) 光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法
CN208833665U (zh) 一种基于泄露辐射成像的ccd靶面安装校准装置
JP2002214158A (ja) 透明板状体の欠点検出方法および検出装置
US7649624B1 (en) Systems and methods for detecting scratches on non-semiconductor wafer surfaces
CN113138022A (zh) 光谱反射率检测方法、系统、设备及计算机可读存储介质
JP4518704B2 (ja) 位相シフトマスク検査装置及び位相シフトマスク検査方法
CN113758939A (zh) 利用金属表面反射和散射光谱表征金属表面清洁度的方法
Roh et al. Visual inspection system with flexible illumination and autofocusing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant