光学量检测设备的物镜波像差原位测量方法和系统与流程
本公开涉及光学量检测设备物镜像差原位测量，尤其涉及一种光学量检测设备的物镜波像差原位测量方法和系统。
背景技术：
1、在半导体制造与检测流程中，高分辨率光学量检测设备，如缺陷检测设备、套刻误差量测设备等，是实现晶圆、掩模版缺陷检测和关键尺寸量测的核心装备，对工艺稳定性监控和产品良率保障具有重要作用。
2、物镜成像质量直接影响光学量检测设备的量测精度和检测可靠性，而物镜波像差是决定成像质量的关键因素之一。物镜波像差会引起像面畸变、对比度下降及分辨能力退化；同时，设备在长时间、高负荷运行过程中，受照明热效应、机械应力及环境漂移等因素影响，物镜波像差会发生动态变化，进而导致微小缺陷漏检、正常结构误检以及量测结果偏差。
3、现有物镜波像差原位测量方法通常采用单一类型检测标记结合多种照明模式进行测量，例如采用不同方向的周期性光栅或单一的二维检测标记获取离焦图像，再进行像差反演。该类方法在实际应用中存在明显不足：其一，单一类型检测标记所激发的空间频率分量有限，对光瞳面的覆盖不充分，导致光瞳采样率较低，且对部分特定类型像差的响应灵敏度不足；其二，不同像差项对检测标记的响应特性存在差异，单一类型标记难以兼顾多类尤其是高阶zernike（泽尼克）像差项的测量需求，导致可准确测量的像差项数量有限；其三，为弥补单一类型标记信息不足，现有方法往往需要频繁切换照明模式，造成测量流程复杂、图像采集耗时较长、标记像采样效率偏低，难以满足现代光学量检测设备对高效、全面和高精度原位像差测量的需求。
技术实现思路
1、本公开要解决的技术问题是为了克服现有技术中无法对光学量检测设备进行全面、高效、高精度原位像差测量的缺陷，提供一种光学量检测设备的物镜波像差原位测量方法和系统。
2、本公开是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
3、本公开的第一方面，提供了一种用于物镜波像差原位测量的映射关系模型的构建方法，所述构建方法包括：
4、基于待测光学量检测设备的硬件参数建立矢量成像前向模型；
5、在预设像差波动范围内生成多组zernike像差系数样本，利用所述矢量成像前向模型分别计算多种检测标记在各所述zernike像差系数样本和多个离焦位置下的仿真离焦图像集；其中，多种所述检测标记的空间频率响应特征互补；
6、对每种所述检测标记对应的所述仿真离焦图像集进行数据降维处理，获取每种所述检测标记对应的若干目标特征分量及其目标特征系数；
7、基于所述目标特征系数和所述zernike像差系数样本，构建映射关系模型。
8、可选地，所述基于所述目标特征系数和所述zernike像差系数样本，构建映射关系模型的步骤包括：
9、根据所述目标特征系数进行每个所述检测标记对各zernike像差项的像差敏感度评估，并基于像差敏感度评估结果将各所述检测标记的所述目标特征分量进行融合，构建各zernike像差项对应的多检测标记联合特征向量；
10、基于所述目标特征系数、所述多检测标记联合特征向量和所述zernike像差系数样本，构建所述映射关系模型。
11、可选地，所述根据所述目标特征系数进行每个所述检测标记对各zernike像差项的像差敏感度评估的步骤包括：
12、获取同一所述检测标记在第一zernike像差系数样本下的第一特征系数，以及在第二zernike像差系数样本下的第二特征系数；
13、其中，所述第一zernike像差系数样本和所述第二zernike像差系数样本的目标zernike像差项系数不同；
14、计算所述第一特征系数与第二特征系数的第一变化幅度，以及所述第一zernike像差系数样本和所述第二zernike像差系数样本的目标zernike像差项系数的第二变化幅度；
15、根据所述第一变化幅度和所述第二变化幅度，确定所述检测标记对所述目标zernike像差项的所述像差敏感度。
16、可选地，所述对每种所述检测标记对应的所述仿真离焦图像集进行数据降维处理，获取每种所述检测标记对应的若干目标特征分量及其目标特征系数的步骤包括：
17、对每种所述检测标记对应的所述仿真离焦图像集进行数据降维处理，获取每种所述检测标记对应的候选特征分量及其候选特征系数；
18、根据所述候选特征系数确定各所述候选特征分量对各zernike像差项的第三像差敏感度；
19、筛选所述第三像差敏感度大于预设阈值的所述候选特征分量，得到所述目标特征分量及其所述目标特征系数；
20、和/或，
21、所述基于所述目标特征系数和所述zernike像差系数样本，构建映射关系模型的步骤包括：
22、采用拟合算法对所述目标特征系数和所述zernike像差系数样本进行拟合，得到所述映射关系模型；
23、和/或，
24、多种所述检测标记在单一照明模式下的空间频率范围全面覆盖光瞳的有效传递频率范围；
25、和/或，
26、所述检测标记包括圆孔标记、圆环标记、方环标记中的至少两种；
27、和/或，
28、所述对每种所述检测标记对应的所述仿真离焦图像集进行数据降维处理的步骤包括：
29、采用主成分分析和/或奇异值分解对每种所述检测标记对应的所述仿真离焦图像集进行特征提取和降维分解；
30、和/或，
31、所述映射关系模型采用多元线性回归、偏最小二乘回归、人工神经网络中的至少一种建立。
32、本公开的第二方面，提供了一种光学量检测设备的物镜波像差原位测量方法，所述方法包括：
33、在待测光学量检测设备的同一视场内布设多种检测标记；
34、驱动所述待测光学量检测设备采集多个离焦位置处的实际多标记离焦图像集；
35、对所述实际多标记离焦图像集进行数据降维处理，获取各目标特征分量及其实际特征系数；
36、将所述实际特征系数输入映射关系模型，得到所述待测光学量检测设备中物镜的实际zernike像差系数；
37、其中，所述映射关系模型基于本公开第一方面所述的构建方法预先构建。
38、可选地，在所述对所述实际多标记离焦图像集进行数据降维处理的步骤之前，所述方法还包括：
39、对所述实际多标记离焦图像集进行预处理；
40、所述预处理包括归一化、背景校正、噪声抑制、图像配准中的至少一种；
41、和/或，
42、所述实际多标记离焦图像集在单一照明模式下获得；
43、和/或，
44、所述光学量检测设备包括透射-反射式光学量检测设备、全反射式光学量检测设备、包含垂直入射光路和斜入射光路的反射式光学量检测设备中的一种。
45、本公开第三方面，提供了一种用于物镜波像差原位测量的映射关系模型的构建系统，所述构建系统包括：
46、建立模块，用于基于待测光学量检测设备的硬件参数建立矢量成像前向模型；
47、计算模块，用于在预设像差波动范围内生成多组zernike像差系数样本，利用所述矢量成像前向模型分别计算多种检测标记在各所述zernike像差系数样本和多个离焦位置下的仿真离焦图像集；其中，多种所述检测标记的空间频率响应特征互补；
48、处理模块，用于对每种所述检测标记对应的所述仿真离焦图像集进行数据降维处理，获取每种所述检测标记对应的若干目标特征分量及其目标特征系数；
49、构建模块，用于基于所述目标特征系数和所述zernike像差系数样本，构建映射关系模型。
50、本公开的第四方面，提供了一种光学量检测设备的物镜波像差原位测量系统，所述系统包括：
51、采集模块，用于在待测光学量检测设备的同一视场内布设多种检测标记，驱动所述待测光学量检测设备采集多个离焦位置处的实际多标记离焦图像集；
52、获取模块，用于对所述实际多标记离焦图像集进行数据降维处理，获取各目标特征分量及其实际特征系数；
53、测量模块，用于将所述实际特征系数输入映射关系模型，得到所述待测光学量检测设备中物镜的实际zernike像差系数；
54、其中，所述映射关系模型基于本公开第三方面所述的构建系统预先构建。
55、本公开的第五方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并用于在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本公开第一方面所述的用于物镜波像差原位测量的映射关系模型的构建方法，或，本公开第二方面所述的光学量检测设备的物镜波像差原位测量方法。
56、本公开的第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本公开第一方面所述的用于物镜波像差原位测量的映射关系模型的构建方法，或，本公开第二方面所述的光学量检测设备的物镜波像差原位测量方法。
57、本公开的第七方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本公开第一方面所述的用于物镜波像差原位测量的映射关系模型的构建方法，或，本公开第二方面所述的光学量检测设备的物镜波像差原位测量方法。
58、在符合本领域常识的基础上，上述各可选条件，可任意组合，即得本公开各可选实例。
59、本公开的积极进步效果在于：通过联合多个具有互补空间频率响应特征的检测标记，实现对光瞳的全面、高效采样，显著提升更多zernike像差项，尤其是高阶像差项的可测性与测量精度，且能够针对特定zernike像差类型进行检测标记的定向优化设计，使不同检测标记分别对不同像差项保持较高响应灵敏度，从而突破单一检测标记对多类像差兼顾不足的限制，同时通过对特征系数进行降维分解与敏感度筛选，有效剔除冗余信息和低敏感特征，增强了像差反演过程的稳健性，提高了计算效率，并减弱噪声和扰动对测量结果的影响。此外，可以在单一照明模式下即可完成同一视场内多种检测标记的同步图像采集，减少了照明模式切换和重复拍摄过程，优化了拍图测量流程，提高了标记像采样效率和整体测量效率，也无需对现有光学量检测设备进行额外硬件改造，可直接利用原有成像系统和面阵探测器实施，兼容性强，便于工程集成，能够实现非侵入式、高精度的物镜波像差原位测量。