本发明涉及光学精密测量，特别是涉及一种基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置与方法。
背景技术：
1、三维集成电路层间缺陷(如空穴、层错等)易导致三维集成电路电学性能和寿命下降，层间缺陷的检测可保障半导体三维集成电路产品良率。共焦显微测量技术由于其三维层析能力，可用于三维集成电路无损缺陷检测。
2、然而传统共焦显微测量技术在检测层间缺陷时，半导体表面反射光易淹没层间缺陷散射光导致层间缺陷检测信噪比不足，检测灵敏度受到限制。
3、暗场共焦显微测量技术具有良好的光学层析能力、较高的成像分辨率以及暗背景带来的较高成像对比度等优势，已成为半导体无损三维检测的重要手段。其可有效分离表面反射光与层间散射光，然而普通光学暗场共焦显微测量技术对微小尺度缺陷的响应率较低，仅可对尺度大于50nm的缺陷进行检测，而更小尺寸的缺陷极易淹没于背景噪声中，缺陷检出率不足。
4、因此，如何更为全面地表征三维集成电路层间缺陷特性，实现缺陷高灵敏度检测是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置与方法，可提升成像信噪比，提高缺陷检测的灵敏度。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、第一方面，本发明提供了一种基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置，所述基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置包括：分数阶涡旋光模块、光学扫描模块、暗场探测模块、差分暗场散射图像确定模块和缺陷确定模块。
4、所述分数阶涡旋光模块，用于生成第一分数阶涡旋光和第二分数阶涡旋光；所述第一分数阶涡旋光为根据第一涡旋相位和闪耀光栅相位叠加生成的光；所述第二分数阶涡旋光为根据第二涡旋相位和闪耀光栅相位叠加生成的光。
5、所述光学扫描模块，用于先将所述第一分数阶涡旋光传递至样品进行扫描，得到第一信号回光，然后将所述第二分数阶涡旋光传递至样品进行扫描，得到第二信号回光。
6、所述暗场探测模块，用于分别对所述第一信号回光和所述第二信号回光进行暗场探测，得到第一分数阶散射暗场图像和第二分数阶散射暗场图像。
7、所述差分暗场散射图像确定模块，用于将所述第一分数阶散射暗场图像和所述第二分数阶散射暗场图像进行差分，得到差分暗场散射图像。
8、所述缺陷确定模块，用于对所述差分暗场散射图像进行处理，得到样品缺陷。
9、可选地，所述分数阶涡旋光模块包括：激光器、半波片、偏振片、反射镜、第一非偏振分束器、空间光调制器和扩束器。
10、所述激光器用于输出可见光波段激光，所述可见光波段激光依次经过所述半波片、所述偏振片、所述反射镜、所述第一非偏振分束器和所述空间光调制器后，得到分数阶涡旋光，所述分数阶涡旋光包括：第一分数阶涡旋光和第二分数阶涡旋光，所述分数阶涡旋光经过所述扩束器扩束后，得到扩束后的分数阶涡旋光，所述扩束后的分数阶涡旋光传递至所述光学扫描模块。
11、可选地，所述空间光调制器的加载相位分布为：涡旋相位和闪耀光栅相位叠加。
12、可选地，所述光学扫描模块包括：第二非偏振分束器、扫描振镜、扫描透镜、管镜和物镜。
13、所述扩束后的分数阶涡旋光依次经过所述第二非偏振分束器、所述扫描振镜、所述扫描透镜、所述管镜、所述物镜和所述样品后，得到信号回光。
14、所述信号回光由所述物镜收集，经过所述管镜、所述扫描透镜、所述扫描振镜和所述第二非偏振分束器后，得到透射后的信号回光；所述透射后的信号回光传递至所述暗场探测模块。
15、可选地，所述暗场探测模块包括：光阑、聚焦透镜、针孔和光电倍增管。
16、所述透射后的信号回光依次经过所述光阑、所述聚焦透镜、所述针孔和所述光电倍增管进行暗场探测，得到分数阶散射暗场图像。
17、可选地，所述基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置还包括：轴向位移台。
18、所述轴向位移台，用于移动所述样品。
19、第二方面，本发明提供了一种基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量方法，所述基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量方法是基于上述所述的基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置实现的，所述基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量方法包括。
20、利用分数阶涡旋光模块生成第一分数阶涡旋光；所述第一分数阶涡旋光为根据第一涡旋相位和闪耀光栅相位叠加生成的光。
21、利用光学扫描模块将所述第一分数阶涡旋光传递至样品进行扫描，得到第一信号回光。
22、利用暗场探测模块对所述第一信号回光进行暗场探测，得到第一分数阶散射暗场图像。
23、利用分数阶涡旋光模块生成第二分数阶涡旋光；所述第二分数阶涡旋光为根据第二涡旋相位和闪耀光栅相位叠加生成的光。
24、利用光学扫描模块将所述第二分数阶涡旋光传递至样品进行扫描，得到第二信号回光。
25、利用暗场探测模块对所述第二信号回光进行暗场探测，得到第二分数阶散射暗场图像。
26、将所述第一分数阶散射暗场图像和所述第二分数阶散射暗场图像进行差分，得到差分暗场散射图像。
27、对所述差分暗场散射图像进行处理，得到样品缺陷。
28、可选地，所述利用分数阶涡旋光模块生成第一分数阶涡旋光，具体包括。
29、根据激光器输出的可见光波段激光，确定所述分数阶涡旋光模块中空间光调制器的第一加载相位分布。
30、根据所述第一加载相位分布，生成第一分数阶涡旋光。
31、所述第一加载相位分布为：ψ1+φ。
32、其中，ψ1＝m1φ，m1＝m0+δm，φ＝2πgx，ψ1为第一涡旋相位，φ为闪耀光栅相位，m1为第一分数阶，φ为空间光调制器液晶面角向极坐标，m0为整数，δm为常数，0＜δm＜0.5，g为闪耀光栅常数，x为空间光调制器液晶面水平方向笛卡尔坐标。
33、可选地，所述利用分数阶涡旋光模块生成第二分数阶涡旋光，具体包括。
34、根据激光器输出的可见光波段激光，确定所述分数阶涡旋光模块中空间光调制器的第二加载相位分布。
35、根据所述第二加载相位分布，生成第一分数阶涡旋光。
36、所述第二加载相位分布为：ψ2+φ。
37、其中，ψ2＝m2φ，m2＝m0-δm，φ＝2πgx，ψ2为第二涡旋相位，φ为闪耀光栅相位，m2为第二分数阶，φ为空间光调制器液晶面角向极坐标，m0为整数，δm为常数，0＜δm＜0.5，g为闪耀光栅常数，x为空间光调制器液晶面水平方向笛卡尔坐标。
38、可选地，所述第一分数阶涡旋光或所述第二分数阶涡旋光的传递方向由闪耀光栅常数确定。
39、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
40、本发明提供了一种基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置与方法，采用分数阶涡旋光模块根据两个涡旋相位和闪耀光栅相位叠加，获得两个分数阶涡旋光，进而通过光学扫描模块和暗场探测模块，能够获得两个分数阶散射暗场图像，将这两个分数阶散射暗场图像进行差分，可得到共模噪声抑制、灵敏度提升的差分暗场散射图像。其中，采用分数阶涡旋光模块对样品进行分数阶涡旋光照明，分数阶涡旋光可等效为多个整数阶涡旋分量叠加，多阶数同时参与光与物质相互作用，并在各阶信号光之间产生相干增强和相干相消效应，可有效提升微纳粒子的信号对比度；与现有技术相比，本发明能够有效分离样品表面反射信号与界面缺陷散射信号，且利用两个分数阶散射暗场图像的差分结果，可提升成像信噪比，提高缺陷检测的灵敏度。
1.一种基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置包括：分数阶涡旋光模块、光学扫描模块、暗场探测模块、差分暗场散射图像确定模块和缺陷确定模块；
2.根据权利要求1所述的基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述分数阶涡旋光模块包括：激光器、半波片、偏振片、反射镜、第一非偏振分束器、空间光调制器和扩束器；
3.根据权利要求2所述的基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述空间光调制器的加载相位分布为：涡旋相位和闪耀光栅相位叠加。
4.根据权利要求2所述的基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述光学扫描模块包括：第二非偏振分束器、扫描振镜、扫描透镜、管镜和物镜；
5.根据权利要求4所述的基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述暗场探测模块包括：光阑、聚焦透镜、针孔和光电倍增管；
6.根据权利要求1所述的基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置，其特征在于，所述基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置还包括：轴向位移台；
7.一种基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量方法，其特征在于，所述基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量方法是基于如权利要求1-6任一项所述的基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量装置实现的，所述基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量方法包括：
8.根据权利要求7所述的基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量方法，其特征在于，所述利用分数阶涡旋光模块生成第一分数阶涡旋光，具体包括：
9.根据权利要求7所述的基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量方法，其特征在于，所述利用分数阶涡旋光模块生成第二分数阶涡旋光，具体包括：
10.根据权利要求7所述的基于差分分数阶涡旋光束的暗场共焦显微测量方法，其特征在于，所述第一分数阶涡旋光或所述第二分数阶涡旋光的传递方向由闪耀光栅常数确定。
