随着半导体制造工艺的技术节点达到5nm,需要检测的晶圆表面缺陷尺寸也随之缩小,必须通过高精度、高分辨力的检测以确保晶圆的清洁度,这使得晶圆缺陷的检测问题成为半导体制造领域的热点问题。暗场缺陷检测方法是一种通过收集晶圆表面的散射信号对缺陷进行识别和分类的非接触式光学检测方法,具有高流片速度、高精度等特点,占据了晶圆检测设备的主要市场。但是由于该方法是非成像式的检测方法,散射信号的强度远小于入射光和反射光强度,噪声的存在极大影响检测精度,从而直接决定系统的检测极限。晶圆表面是非完全光滑的,存在的微观起伏会发生微弱的散射,称为薄雾信号,此类信号是普遍存在的底层信号,是影响暗场缺陷检测系统精度的主要因素。通过优化入射条件,如入射光波长、偏振态、入射角等,可以在一定程度上提高系统的信号对比度,其效果受制于系统结构。此外,选择性地阻挡散射信号的孔径能提升信号对比度,但现有的孔径是基于实际工程经验设计的,设计过程是非解析的,提升信号对比度的能力受到限制,且需要海量的实验数据用以设计孔径图案,过程复杂,成本极高。针对以上暗场缺陷检测系统对晶圆表面缺陷的检测和识别问题,本文开展了相应的研究工作。基于米氏散射（Mie Scattering）和瑞利散射（Rayleigh Scattering）理论,本文利用NIST（National Institute of Standards and Technology,美国国家标准与技术研究院）提供的仿真环境建立了光滑基底表面的颗粒缺陷（Particle）散射场模型和微粗糙基底表面无缺陷的薄雾（Haze）信号散射场模型,模拟晶圆表面的散射场,为孔径设计方法提供理论支撑和仿真验证。针对薄雾信号的干扰问题,本文提出一种孔径设计方法,根据缺陷散射场和薄雾散射场的比值场设计孔径,遮挡信号对比度小于阈值的散射信号,收集信号对比度大于阈值的散射信号,从而提升整体的信号对比度,减小检测极限。为进一步提高信号对比度,通过改变照明光入射角、入射光偏振态、颗粒尺寸等条件,分析不同测量条件对散射场分布的影响,获得最佳的测量条件。同时,提出了两种孔径组合方案,分析了不同孔径组合方案对缺陷检测过程中各散射特征的影响,包括信号对比度、强度和灵敏度,以研究更适用于实际检测过程的孔径方案。本文提出的一种基于散射场分析的孔径设计方法,简便易行,能更大程度地提升信号对比度,从而提高检测精度,减小检测极限,结合适用于实际检测过程的孔径组合方案能为工程应用中所面临的技术难题提供有效的解决方案。