用于检查样品的多通道共焦传感器和相关方法技术

一种多通道共焦传感器，其包括光源(14)、聚焦透镜布置(10)以及光学检测器(25)。该传感器还包括：‑第一光学集成电路(11)，其布置为将来自所述宽频带光源的光束(24)分离成多个发射光束，所述多个发射光束施加到发射孔(29)的高密度阵列；‑第二光学集成电路(20)，其布置为在多个收集孔(18)上收集来自待检查样品(17)的多个反射光束并且将所述反射光束传输到光学检测器(25)；‑分束器(22)，其布置为(i)通过聚焦透镜布置(10)将所述发射光束从第一光学集成电路(11)引导到检查基底(17)，以及(ii)通过聚焦透镜布置(10)将反射光束从检查样品(17)引导到第二光学集成电路(20)中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于检查样品的多通道共焦传感器和相关方法
本专利技术涉及用于与共焦、彩色共焦或干涉检测方案一起使用的高密度多通道共焦传感器。本专利技术还涉及实现所述传感器的用于检查样品或基底的方法。本专利技术的领域是但不限于2D-3D检查和计量系统。
技术介绍
针对半导体或其它工业应用，已知几种技术用于二维(2D)或三维(3D)表面映射和厚度测量。这些技术中的几种使用共焦检测方案。这种共焦检测方案包括在聚焦透镜布置一侧上的光发射孔和光收集孔，所述聚焦透镜布置的光学共轭(或图像)通过聚焦透镜布置叠加。这种布置保证由收集孔收集的光基本与从发射孔发出由位于聚焦或共轭位置处的样品反射回的光对应。通过实现这种检测方案，例如，可以避免相邻通道之间的横向串扰和散焦光的收集。共焦检测方案例如可以用于实现干涉检测。在光谱或颜色检测器上对反射光进行光谱分析，通过分析产生的干涉光谱可以得到层之间的厚度或距离。共焦检测方案还可以例如用于实现共焦检测。在该情况下，优选实现高NA聚焦透镜布置的传感器在样品表面上方移动到一定高度。在强度检测器上检测到最大强度的距离代表表面的局部高度。共焦检测方案还可以例如用于实现彩色共焦检测。该技术依赖于具有彩色元件或透镜的聚焦透镜布置的使用，所述彩色元件或透镜带有增强色差，其焦距强烈依赖于光学波长。穿过这种透镜的每种波长的光在不同距离处或不同焦平面中聚焦。如上所述，彩色透镜嵌入具有将发射或源孔和收集或检测孔放置在彩色透镜的共焦平面处的共焦设置中，以拒绝散焦光。当反射界面放置在彩色透镜前面时，只有其焦平面与界面位置对应的波长的光由检测孔传输。为了获得3D高度信息，由光谱传感器或光谱仪进行检测，所述光谱传感器或光谱仪通常包括色散元件和传感器(CCD或CMOS)以获取光的强度光谱。通过分析检测到的光的强度光谱获得界面相对于彩色透镜的高度(或距离)。彩色共焦技术还允许获得具有扩大焦深的平面内图像强度或灰度信息(2D信息)。在该情况下，使用强度检测器，所述强度检测器提供在整个光谱上的入射光的强度，而不需要任何光谱选择性。依赖于光谱内容的高度休息丢失，但是强度检测器提供仅与在样品表面上聚焦的波长处的样品上反射的光对应的强度(灰度)信息。因此，在由彩色聚焦透镜布置的光谱色散所给出的深度范围上，可以获得具有最佳横向分辨率的图像。这种设置允许在一个时间点上测量距离。检查大的表面可能非常费时。通过并行提供几种测量通道可以提高采集速度。例如，已知使用如文献US2012/0019821中所述的光纤束，该文献公开了一种多通道彩色共焦系统。一个光纤模块将光从源朝向彩色透镜引导，而第二光纤模块耦合到色散对象，从而对目标光进行空间滤光，由此形成滤波光。同样已知，使用光纤耦合器将光从源朝向彩色透镜引导，并且将反射光朝向检测器引导。这种结构具有源孔和检测孔位于测量纤维的端部的优点。然而，光纤元件的使用具有几个缺点，特别是：-由于大量通道(大的纤维束)，光纤元件难于使用或制造；-由制造要求设定的光纤几何形状(芯包比)对可实现的通道密度施加了限制。由纤维芯构成的总的有用面积被光纤的总玻璃面积稀释。这对于给定的表面照射，降低了横向分辨率；-对光纤和光纤束的制造施加限制，使得纤维芯间距(两束之间的间隔)与检测装置像素的间距难以匹配；-由于分离器或耦合器的工作原理是利用纤维芯间的模态耦合，因此分离器或耦合器的光纤的耦合比非常依赖于波长，这可能在测量中引入偏差。本专利技术的目的是提供用于实现彩色共焦、共焦和干涉测量等检测方案的共焦装置，所述共焦装置允许实现大量通道。本专利技术的目的是提供允许由测量基底上的多个通道传递的照射光点之间的小的间距的共焦装置。本专利技术的目的是使具有大量通道的共焦装置具有高横向分辨率和高深度分辨率(和/或扩大的深度范围)。本专利技术的另一个目的在于提供具有大量通道的共焦装置，所述共焦装置减少制造限制。本专利技术的另一个目的还在于提供通过有限的对准元件和对准步骤将照明阶段的要求与检测阶段的要求解耦的共焦装置。本专利技术的另一个目的还在于提供具有大量通道的共焦装置，所述共焦装置在机械上是坚固的。本专利技术的另一个目的还在于提供具有内嵌的对准单元以促进组装以及使组装自动化。本专利技术的另一个目的还在于提供具有最佳光学特性和计量特性的共焦装置。
技术实现思路
这些目的通过一种多通道共焦传感器获得，所述多通道共焦传感器包括至少一个光源、至少一个聚焦透镜布置以及至少一个光学检测器，其特征在于，还包括：-第一光学集成电路，其布置为将来自所述至少一个光源的光束分离成多个发射光束，所述多个发射光束施加到发射孔的高密度阵列，-第二光学集成电路，其布置为在多个收集孔上收集来自待检查样品的多个反射光束并且用于将所述反射光束传输到所述至少一个光学检测器，-分束器，其布置为(i)通过所述至少一个聚焦透镜布置将所述发射光束从所述第一光学集成电路引导到所述检查样品，以及(ii)通过所述至少一个聚焦透镜布置将所述反射光束从所述测量样品引导到所述第二光学集成电路中。在根据本专利技术的传感器的有利实施例中，第一光学集成电路包括发射通道波导的阵列，所述发射通道波导的阵列在光源的光谱范围内或使用的光谱范围内是消色差的或至少基本消色差的。发射通道波导可以具有直接(例如，在第一光学集成电路的边缘上)或通过一些光学器件或透镜元件来形成发射孔的端部。第一光学集成电路还可以包括Y形结分离器，所述Y形结分离器在光源的光谱范围内或使用的光谱范围内是消色差的或至少基本消色差的。在根据本专利技术的传感器的另一有利实施例中，第二光学集成电路包括光学检测通道波导的阵列，所述光学检测通道波导的阵列在光源的光谱范围内或使用的光谱范围内是消色差的或基本消色差的。光学检测通道波导可以具有直接(例如，在第一光学集成电路的边缘上)或通过一些光学器件或透镜元件来形成收集孔的第一端部。光学检测通道波导和光学发射通道波导分别在收集孔和发射孔侧可以具有相同的间隔。在本专利技术的优选形式中，至少在收集孔侧，光学检测通道波导具有比光学发射通道波导直径大的直径。光学检测通道波导在收集孔侧具有的接收角可以大于光学发射通道波导在发射孔侧具有的接收角。光学发射波导尤其可以包括单模波导，而检测通道波导可以包括多模波导或至少在光源的光谱范围内或使用的光谱范围内具有这种行为的波导。检测通道波导优选地设计为在第二端部上与(所述至少一个)光学检测器的检测元件的孔的间距和/或像素间距直接或在共轭平面中匹配(例如，通过成像元件和/或光谱色散元件)。检测通道波导可以布置为使得所述至少一个光学检测器位于收集孔处的在检测通道波导之间耦合到第二集成电路中的杂散光的视线之外。检测通道可以例如具有弯曲的或成角度的形状，使得它们的第一端部和第二端部不再同一定向内。它们还可以具有“S”形使得第一端部和第二端部具有相同的定向，但是具有横向偏差本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道共焦传感器，其包括至少一个光源(14)、至少一个聚焦透镜布置(10)以及至少一个光学检测器(25)，/n其特征在于，还包括：/n-第一光学集成电路(11)，其布置为将来自所述至少一个光源(14)的光束(24)分离成多个发射光束，所述多个发射光束施加到发射孔(29)的高密度阵列，/n-第二光学集成电路(20)，其布置为在多个收集孔(18)上收集来自待检查样品(17)的多个反射光束并且将所述反射光束传输到所述至少一个光学检测器(25)，/n-分束器(22)，其布置为(i)通过所述至少一个聚焦透镜布置(10)将所述发射光束从所述第一光学集成电路(11)引导到所述检查样品(17)，以及(ii)通过所述至少一个聚焦透镜布置(10)将所述反射光束从所述检查样品(17)引导到所述第二光学集成电路(20)中。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170720 EP 17305967.61.一种多通道共焦传感器，其包括至少一个光源(14)、至少一个聚焦透镜布置(10)以及至少一个光学检测器(25)，
其特征在于，还包括：
-第一光学集成电路(11)，其布置为将来自所述至少一个光源(14)的光束(24)分离成多个发射光束，所述多个发射光束施加到发射孔(29)的高密度阵列，
-第二光学集成电路(20)，其布置为在多个收集孔(18)上收集来自待检查样品(17)的多个反射光束并且将所述反射光束传输到所述至少一个光学检测器(25)，
-分束器(22)，其布置为(i)通过所述至少一个聚焦透镜布置(10)将所述发射光束从所述第一光学集成电路(11)引导到所述检查样品(17)，以及(ii)通过所述至少一个聚焦透镜布置(10)将所述反射光束从所述检查样品(17)引导到所述第二光学集成电路(20)中。


2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一光学集成电路(11)包括发射通道波导(12)的阵列，所述发射通道波导的阵列在光源(14)的光谱范围内基本消色差并且具有形成所述发射孔(29)的端部。


3.根据权利要求2所述的传感器，其中所述第一光学集成电路(11)还包括Y形结分离器，所述Y形结分离器在光源(14)的光谱范围内基本消色差。


4.根据权利要求2或3所述的传感器，其中所述第二光学集成电路(20)包括光学检测通道波导(19)的阵列，所述光学检测通道波导的阵列在光源(14)的光谱范围内基本消色差并且具有形成收集孔(18)的第一端部。


5.根据权利要求4所述的传感器，其中所述光学检测通道波导(19)和光学发射通道波导(12)分别在收集孔(18)和发射孔(29)侧具有相同的间隔。


6.根据权利要求4或5所述的传感器，其中所述光学检测通道波导(19)具有比光学发射通道波导(12)直径大的直径。


7.根据权利要求4至6中任一项所述的传感器，其中所述光学检测通道波导(19)在收集孔(18)侧具有的接收角大于光学发射通道波导(12)在发射孔(29)侧具有的接收角。


8.根据权利要求6或7中任一项所述的传感器，其中光学发射波导(12)包括单模波导，并且所述检测通道波导(19)包括光源(14)的光谱范围内的多模波导。


9.根据权利要求4至8中任一项所述的传感器，其中所述检测通道波导(19)设计为在第二端部上与所述至少一个光学检测器(25)的检测元件的孔和/或像素间距直接或在共轭平面中匹配。


10.根据权利要求4至9中任一项所述的传感器，其中所述检测通道波导(19)布置为使得所述至少一个光学检测器(25)位于收集孔(18...

【专利技术属性】
技术研发人员：特里斯坦·孔比耶，菲利普·加斯塔尔多，
申请(专利权)人：FOGALE纳米技术公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR