(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210990663.7 (22)申请日 2022.08.18 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 崔玉栋　王海威　张嘉润　郝翔　 路天畅　匡翠方　刘旭　 (74)专利代理 机构 杭州中成专利事务所有限公 司 33212 专利代理师 李亦慈　唐银益 (51)Int.Cl. G01N 21/88(2006.01) G01N 21/95(2006.01) G01N 21/956(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 基于超快激光时空变换的掩膜版或晶圆缺 陷高速检测装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于超快激光时空变换 的掩膜版或晶圆缺陷高速检测装置及方法， 包括 激光依次通过的超快光源产生装置、 时空域色散 装置、 样品照明与扫描检测装置和 信号探测与处 理装置， 超 快光源产生装置包括相连的超快脉冲 种子源和放大装置； 时空域色散装置包括激光依 次通过的时域色散元件、 损耗补偿和放大装置和 空域色散元件； 采用超快激光脉冲作为照明光 源， 利用时间 ‑光谱‑空间映射实现对样品的照 明， 通过单点探测器高速获取信号， 每一个激光 脉冲可以实现对样品的一次照明和检测， 通过对 样品的快速移动， 可 以实现对样品的高速检测， 其数据通量可达1010/s以上， 极大地提升了缺陷 检测的速度， 是对传统缺陷检测技术的有力补 充。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115452835 A 2022.12.09 CN 115452835 A 1.一种基于超快激光时空变换的掩膜版或晶圆缺陷高速检测装置， 其特征在于， 包括 激光依次通过的超快光源产生装置(10)、 时空域色散装置(20)、 样品(33)照明与扫描检测 装置(30)和信号探测与处理装置(40)， 所述超 快光源产生装置(10)包括相连的超 快脉冲种 子源(11)和放大装置(12)； 所述时空域色散装置(20)包括激光依次通过的时域色散元件、 损耗补偿和放大装置(22)和空域色散元件； 所述样品照明与扫描检测装置(30)包括激光依 次通过的光束整形装置(31)、 物镜(32)、 样品(33)以及放置样品(33)的扫描装置(34)； 所述 信号探测与处理装置(40)包括反射光和散射光依次通过的光学调控装置(42)、 光电探测器 (43)以及采样和数据处 理装置(4 4)。 2.根据权利要求1所述的基于超快激光时空变换的掩膜版或晶圆缺陷高速检测装置， 其特征在于， 所述时域色散元件为色散光纤(21)或光栅对或棱镜对或光纤光栅或布拉格体 光栅， 脉冲展宽大小根据采样点数和光谱测量精度调节， 应避免相 邻脉冲的重叠； 所述损耗 补偿和放大装置(22)为掺杂光纤放大器或拉曼光纤放大器或块状固体激光放大器或参量 放大器或任意以上二种的组合。 3.根据权利要求1所述的基于超快激光时空变换的掩膜版或晶圆缺陷高速检测装置， 其特征在于， 所述空域色散元件为 衍射光栅(24)或棱镜或棱 栅。 4.根据权利要求1所述的基于超快激光时空变换的掩膜版或晶圆缺陷高速检测装置， 其特征在于， 所述光束整形装置(31)包括透镜或透镜组(311)、 空间光调制器(312)； 或是透 镜或透镜组(311)、 空间光调制器(312)、 偏振分束器(313)、 波片； 实现对光束形状和光谱 特 性的控制； 所述物镜(32)的数值孔径根据照明光斑尺寸和空间分辨率进行选择； 所述的样 品(33)为晶圆或掩膜版； 所述扫描装置(34)为 二维位移台或旋转台。 5.根据权利要求1所述的基于超快激光时空变换的掩膜版或晶圆缺陷高速检测装置， 其特征在于， 所述光学调控装置(42)包括透镜组(423)、 空间光阑(424)； 或是柱透镜或透镜 (421)、 光学空间滤波器(422)、 透镜组(423)、 空间光阑(424)； 利用反射光和散射光得到照 明样品(33)位置对应的像； 所述光学空间滤波器(422)采用具有通光孔的反射镜或光阑来 实现； 所述光电探测 器(43)为半导体光电探测 器或雪崩光电探测 器或光电倍增管； 所述信 号采样和数据处理装置(44)包括模数转换器(441)、 信号处理器(442)、 显示器(443)和存储 器(444)。 6.根据权利要求5基于超快激光时空变换的掩膜版或晶圆缺陷高速检测装置， 其特征 在于， 所述的信号探测与处理装置(40)还包括物镜B(41)， 所述的物镜B(41)位于样品(33) 反射的光路上， 且经 过物镜B(41)后射出至光路调控 装置。 7.一种如权利要求1 ‑6中任意一项所述的基于超快激光 时空变换的掩膜版或晶圆缺陷 高速检测装置的方法， 其特征在于， 所述的方法为利用超快激光的时频空域映射关系实现 缺陷的高速检测方法， 具体为： 超快光源产生装置(10)输出的超快激光利用时空域色散装置(20)将超快激光在时域 展宽， 在空域展开 为线光源； 利用光束整形装置(31)对线光源进行光束的调控和整形， 最终经过物镜(32)入射到样 品(33)上进行线照明， 每一个超快激光脉冲可以实现一次照明； 通过物镜(32)或物镜B(41)收集样品(33)产生的反射光和散射光， 通过光学调控系统 的反射光和散射光可以得到照明样 品(33)位置对应的像， 进而通过空间光阑(424)获取对权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115452835 A 2应位置信号； 通过样品(33)后的反射光和散射光入射到单点 高速光电探测器(43)上， 将光信号转换 为电信号； 根据所得信号， 恢复出晶圆样品(33)表面的反射强度图像和散射强度图像， 通过与标 准样品(33)数据的比对， 获得样品(33)表 面缺陷信息， 实现对样品(33)的一次检测； 检测的 速度取决于超快激光的重复频率， 对样品(3 3)的扫描通过样品(3 3)的快速移动来实现。 8.根据权利要求7所述的基于超快激光时空变换的掩膜版或晶圆缺陷高速检测装置的 方法， 其特征在于， 分为明场照明和暗场照明两种 方式； 所述明场照明时， 照明光束垂直照 明样品(33)， 样品(33)的散射光与反射光经过同一个物镜(32)收集， 通过放置在光学调控 装置(42)傅里叶面的光学空间滤波器(422)将反射光与散射光分离， 并分别用光电探测器 (43)探测； 所述暗场照明时， 照明光束 大角度倾斜照明样品(33)， 样品(33)的散射光与反射 光经过不同的物镜(32)和物镜B(41)收集， 并分别用光电探测器(43)探测。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115452835 A 3