哈工大刘俭教授团队提出各向异性拓扑荷迁移显微新方法
文章导读
半导体制造向先进节点演进时，纳米级缺陷已成为制约芯片性能与良率的关键瓶颈，而可见光波段下小于50nm的缺陷信号极易被基底反射淹没，短波长方案又意味着高昂成本。哈工大刘俭教授团队提出各向异性拓扑荷迁移显微术，利用涡旋光束与正负一阶轨道角动量的迁移效应分离缺陷与背景信号，成功检出25.1nm断裂缺陷与24.8nm桥接缺陷，并实现三维空间定位。这项新方法能否突破晶圆检测的精度极限？
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（李双余 刘辰光/文 陈钊/图）近日，我校仪器科学与工程学院刘俭教授团队在超精密光学显微测量领域取得新进展。研究成果以《面向25nm尺度缺陷检测的高灵敏度各向异性拓扑荷迁移显微术》（Anisotropic Topological Charge Migration Microscopy for High-Sensitivity 25nm Scale Defect Detection）为题，发表于制造领域期刊《极端制造》（International Journal of Extreme Manufacturing）。研究团队提出了一种高灵敏度三维光学检测新方法，利用纳米结构在涡旋光照射下的拓扑荷迁移效应，实现了可见光波段下25nm断裂与桥接缺陷的高灵敏度检测，为晶圆纳米级缺陷三维表征提供新途径。
半导体制造工艺持续向先进节点演进，功能结构特征尺寸不断缩减，纳米级缺陷已成为制约芯片性能与良率的关键瓶颈。光学显微检测技术具有非接触、高通量等优势。然而，受米氏散射规律制约，可见光波段下小于50nm的缺陷信号极易被基底强反射和周期性结构背景淹没，难以检出。采用紫外、深紫外等短波长光源虽可提升灵敏度，但会显著增加光源系统复杂度，并大幅提高仪器成本。
各向异性拓扑荷迁移显微术原理及25nm断裂桥接缺陷检测结果
针对上述问题，研究团队提出各向异性拓扑荷迁移显微方法（Anisotropic Topological Charge Migration Microscopy，ATCM），利用携带正负一阶轨道角动量的涡旋光束照射样品，迁移产生零阶轨道角动量信号，再通过空间滤波实现缺陷信号与背景信号的有效分离；同时，利用复合涡旋光场形成的非对称照明，选择性调控不同取向结构的信号，提升纳米级缺陷信号的检测灵敏度。实验结果表明，ATCM能清晰检出线对中宽度为25.1nm的断裂缺陷和24.8nm的桥接缺陷，实现缺陷三维空间分布的表征与定位。此外，该方法在无标记亚细胞成像中有效提升了细胞内部微弱相位结构的成像灵敏度，清晰呈现细胞内精细结构，展现出在生命科学领域的应用潜力。
哈工大为论文第一署名单位。仪器科学与工程学院刘俭教授和刘辰光教授为论文共同通讯作者，博士研究生陈钊为论文第一作者，由小玉副研究员、谷康助理研究员为论文共同作者。该研究获国家重点研发计划、我校青年科学家工作室项目资助。
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