(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 202211253312.4 (22)申请日 2022.10.13 (71)申请人 昆明理工大 学 地址 650500 云南省昆明市呈贡区景明南 路727号 (72)发明人 张永安　赖本林　张亚萍　陈强珅　 (74)专利代理 机构 成都方圆聿联专利代理事务 所(普通合伙) 51241 专利代理师 苟铭 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/95(2006.01) (54)发明名称 基于红外显微数字全息的半导体缺陷检测 装置及方法 (57)摘要 本发明公开一种基于红外显微数字全息的 半导体缺陷检测装置及方法， 红外半导体激光器 发出的光束经偏振片调制后分成两束； 第一束激 光成为平行光， 被反射后作为参考光束； 第二束 激光成为平行光， 照射并透过待测半导体， 经透 镜放大系统调制后的光束成为物 光束； 物光束和 参考光束在分束镜上形成红外全息干涉图， 由 图 像采集装置进行接收记录， 再传递给计算机记录 包含待测半导体相位信息的全息图； 将无缺陷和 有缺陷的半导体全息图进行图像处理， 重建相位 并作相位差， 通过相位差即可判断半导体是否存 在缺陷。 本发 明将红外显微数字全息技术用于半 导体缺陷检测， 可实现对不同尺寸、 半导体表面 及内部的缺陷检测极大提升了检测效率， 保证检 测的精度。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 115494005 A 2022.12.20 CN 115494005 A 1.基于红外显微数字全息的半导体缺陷检测装置， 其特征在于： 包括暗盒(17)， 暗盒 (17)内设有红外半导体激光器(1)， 红外半导体激光器(1)的光路上依次设有偏振片(2)、 分 束镜I(3)； 偏振片(2)位于红外半导体激光器(1)发出的光束传输光路上， 红外半导体激光器(1) 发出的光束到 达偏振片(2)后偏振角被改变； 分束镜I(3)将光路分为两束路， 第一束光路上， 依次设有扩束镜I(5)、 针孔滤波器I (7)、 傅里叶透镜I(9)、 反射镜 Ⅱ(12)， 使得第一束激光成为平行光， 称作参考光束； 分束镜 Ⅱ(13)位于反射镜 Ⅱ(12)的反射 光路上， 光路经反射镜 Ⅱ(12)反射到 达分束镜 Ⅱ(13)； 第二束光路上依次设有反射镜I(4)、 扩束镜 Ⅱ(6)、 针孔滤波器 Ⅱ(8)、 傅里叶透镜 Ⅱ (10)、 透镜放大系统(11)、 分束镜 Ⅱ(13)； 暗盒(17)侧壁上设有红外窗口 Ⅰ(15)、 红外窗口 Ⅱ (16)； 红外窗口 Ⅰ(15)、 红外窗口 Ⅱ(16)位于傅里叶透镜 Ⅱ(10)、 透镜放大系统(11)之间； 待 测半导体(18)位于红外窗口 Ⅰ(15)与红外窗口 Ⅱ(16)之间的位置； 第二束光路照射到待测 半导体(18)表 面产生透射， 被透射的光束在传输光路上， 通过透镜放大系统(11)， 到达 分束 镜Ⅱ(13)， 使得第二束激光成为物光束； 物光束被分束镜 Ⅱ(13)反射、 参考光束经分束镜 Ⅱ(13)透射后两光束相遇并发生干 涉， 干涉光束传输 到达图像采集装置(14)并被记录； 图像采集装置(14)与计算机(19)连接 。 2.根据权利要求1所述的基于红外显微数字全息的半导体缺陷检测装置， 其特征在于： 所述红外半导体激光器(1)的型号为： LR ‑ILN‑1064/1～200mW， 红外半导体激光器(1)作为 检测光源， 其波长不低于10 00nm， 并处于可透射半导体波段。 3.根据权利要求1所述的基于红外显微数字全息的半导体缺陷检测装置， 其特征在于： 所述偏振片(2)偏振角度为10 5度。 4.根据权利要求1所述的基于红外显微数字全息的半导体缺陷检测装置， 其特征在于： 所述透镜放大系统(1 1)包括多个傅里叶透 镜依次组成， 透 镜间的距离可调。 5.根据权利要求1所述的基于红外显微数字全息的半导体缺陷检测装置， 其特征在于： 所述傅里叶透镜I(9)、 傅里叶透镜 Ⅱ(10)、 透镜放大系统(11)为锗透镜、 硅透镜或玻璃透镜 中任一种； 透 镜放大系统(1 1)内所用的傅里叶透 镜放大倍数 范围为5‑10倍， 焦距为3 0cm。 6.根据权利要求1所述的基于红外显微数字全息的半导体缺陷检测装置， 其特征在于： 所述扩束镜I(5)、 扩束镜 Ⅱ(6)为锗扩束镜、 硅扩束镜或玻璃扩束镜中任一种； 所述分束镜I(3)、 分束镜 Ⅱ(13)为锗分束镜、 硅分束镜或玻璃分束镜中任一种； 其 中分 束镜I(3)分光比为2： 1， 分束镜 Ⅱ(13)的分光比为1： 1。 7.根据权利要求1所述的基于红外显微数字全息的半导体缺陷检测装置， 其特征在于： 所述红外窗口 Ⅰ(15)、 红外窗口 Ⅱ(16)均安装透镜， 透镜为锗透镜、 硅透镜或玻璃透镜中任 一种， 透镜表面镀膜， 红外窗口 Ⅰ(15)、 红外窗口 Ⅱ(16)允许通过的红外光波长与红外半导 体激光器(1)发出的波长相匹配。 8.根据权利要求1所述的基于红外显微数字全息的半导体缺陷检测装置， 其特征在于： 所述图像采集装置(14)红外CCD图像传感器， 感应波段包含红外半导体激光器(1)波长， 型 号为： acA2000‑340kmNIR。 9.基于红外显微数字全息的半导体缺陷检测方法， 其特征在于， 采用权利要求1到8任 一项所述的基于红外 显微数字全息的半导体缺陷检测装置， 检测方法包括以下步骤：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115494005 A 2红外半导体激光器(1)发出的光束被偏振片(2)调制后到 达分束镜Ⅰ(3)被分成两束； 第一束激光传输到扩束镜I(5)， 被扩束后再经过针孔滤波器I(7)对光束进行滤波处 理， 滤波后的激光再 经过傅里叶透 镜I(9)， 使得第一束激光成为平行光， 称作参 考光束； 第二束激光到达反射镜I(4)， 光束被反射后 被扩束镜 Ⅱ(6)扩束， 再经过针孔滤波器 Ⅱ (8)对光束进 行滤波处理， 滤波后的激光再经过傅里叶透镜 Ⅱ(10)， 使得第二束激光 成为平 行光， 该平行光透过红外窗口 Ⅱ(16)照射到待测半导体(18)表面产生部分透射， 被透射的 光束传输至红外窗口I(15)筛选后进入暗盒(17)内， 筛选后余下的红外光束已携带了待测 半导体(18)的所有相位信息， 携带相位信息的光束再经过透镜放大系统(11)， 此光束称为 物光束； 物光束和参考光束到达分束镜 Ⅱ(13)， 并在分束镜 Ⅱ(13)上相遇形成红外全息干涉 图， 红外全息干涉图由图像采集装置(14)进 行接收记录， 再传递给计算机(19)进行存储、 再 现， 从而记录包 含待测半导体(18)相位信息的全息图； 分别采集无缺陷、 有缺陷的半导体全息图， 计算机(19)采用基于深度学习的超分辨全 息图条纹增强方法， 进 行条纹增强并重 建相位， 无缺陷全息图相位分布均匀， 而有缺陷全息 图在缺陷处相位 发生变化， 借此判断出存在缺陷， 将两相位进 行相减得到相位差， 即可判断 半导体是否存在缺陷。 10.根据权利要求9所述的基于红外显微数字全息的半导体缺陷检测方法， 其特征在 于： 所述的基于深度学习的超分辨全息图条纹增强方法， 包括以下步骤 (1)寻找大真实场景 下图像样本； (2)对每张图像进行下采样处理降低图像分辨率， 下采样前的图像作为高分辨率图像 H， 下采样后的图像作为低分辨 率图像L， L和H构成一个有效的图像对用于后期模型训练； (3)训练模型时， 对低分辨率 图像L进行放大还原为高分辨率 图像SR， 然后与原始的高 分辨率图像H进行比较， 差异用来调整模型的参数， 通过迭代训练， 使得差异最小； (4)训练完的模型用来对新的低分辨 率图像进行重建， 得到高分辨 率图像。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115494005 A 3