用于表征粒子的传感器布置制造技术

本发明专利技术涉及一种用于表征粒子(P)，尤其用于确定粒子位置(P

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于表征粒子的传感器布置


[0001]本专利技术涉及一种用于表征(Charakterisierung)粒子，尤其用于确定粒子位置、粒子速度、粒子加速度和/或粒子大小的传感器布置。本专利技术亦涉及一种(例如)用于EUV辐射产生设备的、具有此传感器布置的光学布置。

技术介绍

[0002]粒子或粒子流的表征，例如，粒子的大小/体积、其位置或轨迹及其速度或飞行方向对于许多领域(诸如化学、制药或半导体产业)具有高相关性。尤其当粒子小时(即，在纳米及微米范围中的粒子大小的情况下)，且当粒子以高频流动时，所建立的传感器系统满足其限制。若粒子进一步地在液体中移动，则粒子的表征需要非常高的开销。

技术实现思路

[0003]本专利技术所基于的任务是提供一种可用于不同类型的介质中尤其实时地表征粒子的传感器布置。
[0004]此任务通过一种传感器布置达成，其包括：发射器，发射器具有用于产生激光束的激光源和用于产生该激光束的场分布的模式转换装置，该场分布在各位置处具有局部强度及局部偏振方向的不同组合；聚焦光学器件，其用于将该激光束的该场分布聚焦或成像至由该粒子行进通过的焦平面中的至少一个测量区域上；接收器，其具有分析器光学器件，分析器光学器件用于求取至少一个测量区域中激光束的场分布的偏振相关的强度信号，接收器具有分析处理装置，该分析处理装置用于表征粒子，尤其用于基于偏振相关的强度信号，尤其基于强度信号的时间上的变化过程确定粒子位置、粒子速度、粒子加速度和/或粒子大小。
[0005]此处描述的传感器布置基于场分布或光学模式的产生，场分布或光学模式具有局部强度分布与局部偏振方向之间的唯一相关性。移动通过呈此光学模式的形式的测量区域的粒子引发场分布的强度及偏振两者的时间变化。通过相应的偏振/强度组合精确地对于一个子区域、或精确地对于光学模式的一个位置的唯一可分配性，能够确定(瞬时)粒子位置，并且基于强度信号的时间上的变化过程(亦粒子(即，粒子轨迹)的时间上的变化过程)来进行确定，即，分析处理装置构造用于计算回(zur
ü
ckzurechnen)空间坐标或轨迹。基于强度信号的时间上的变化过程，亦可确定(瞬时)粒子速度或其时间上的变化过程。可同样地确定粒子大小或其时间上的变化过程。在本说明书的意义中，粒子大小可理解为焦平面中的粒子的横截面积。粒子的表征在具有高速度的传感器布置的情况下可以在吉赫兹范围中进行，即，粒子的探测或表征可实时进行。
[0006]发射器包括激光源及模式转换装置两者。原则上，任何类型的激光适合作为激光源。例如，具有1550nm的激光波长及具有100mW的光学功率的激光二极管可用作激光源。在不限于传感器布置的基本原理的情况下，此激光源可借助具有不同激光波长的激光来取代。因此，所使用的传感器布置或测量方法可使用任何可用激光波长及多个激光波长(甚至
在可见光谱之外)的组合实施。因此，用于表征粒子的传感器布置可用于多个不同介质(气态、液态或固态)中。由激光源产生的激光束的横向模式轮廓通常是TEM
00
，但激光源可视情况亦产生不同模式轮廓。
[0007]激光束可在发射器中借助具有(例如)呈透镜的形式的至少一个聚焦光学元件的聚焦光学器件聚焦至焦平面中，其中，由模式转换装置产生的场分布被成像至焦平面中。激光束可通过聚焦光学器件准直且视情况通过望远镜(Teleskop)加宽，以便使射束横截面匹配于在射束路径中后接的模式转换装置，使得此装置被最佳地照明。聚焦光学元件的焦距匹配或能够匹配发射器与粒子流或待表征的粒子之间的期望的足够大的工作距离。焦平面中的测量区域形成一类“虚拟传感器表面”，该“虚拟传感器表面”能够实现粒子的远程表征而无需将传感器定位于焦平面中，或粒子的位置处。聚焦光学器件可包括反远距物镜(Retrofokus
‑
Objektiv)。聚焦光学器件亦可具有用于调整焦平面中的焦点大小的变焦光学器件。
[0008]在一种实施方式中，模式转换装置构造用于产生具有径向对称偏振方向的激光束的场分布或产生具有直线型恒定的偏振方向的场分布。如上文描述，粒子传感器基于场分布或横向射束轮廓(即，垂直于激光束的传播方向)的光学横向模式及光学偏振模式的固有的关联模式转换组件构造用于(a)在激光束上施加附加的横向相位；及(b)局部地修改激光束的空间偏振。在聚焦期间，此在焦平面中产生电磁场分布，其中(a)振幅/强度及(b)偏振向量的方向(对应于偏振方向)的每个组合仅存在于射束轮廓的一个经唯一确定的横向位置处。这种场分布的一个示例是径向偏振，即，由TEM01及TEM10模式的叠加所描述的径向对称偏振分布。其他的示例是具有径向偏振且其中强度在一个方向上连续增加的场分布。以此方式，在一个线上的每个点具有不同强度，使得强度及偏振方向的组合可被唯一地分配给一个点。不同线上的点具有不同偏振方向且因此可同样地彼此区分。
[0009]在另一实施方式中，模式转换装置构造为(必要时分段的)相位板、衍射光学元件、光子晶体光纤或液晶。原则上，可执行横向相位的施加及不同光学元件处的偏振的局部修改。然而，通常，进行同一相同光学元件处的相位及偏振两者的变化(这例如通过上文描述的类型的光学元件能够实现)是有利的。
[0010]在另一实施方式中，激光源构造用于产生优选具有小于1ns的脉冲持续时间的脉冲激光束。原则上，激光源可构造用于产生连续波辐射(cw辐射)。在此处描述的实施例中，激光源涉及脉冲激光源或脉冲激光系统，例如，超短脉冲激光，借助激光源产生具有在皮秒范围中的脉冲持续时间的激光脉冲。脉冲激光束可用于扩大焦平面中的测量区域或虚拟传感器表面，如下文将更详细描述。应理解，亦可使用可在具有连续波辐射的运行模式与具有脉冲激光辐射的运行模式之间切换的激光源。
[0011]在另一实施方式中，发射器包括在射束路径中布置于模式转换装置之后的射束分离器装置，射束分离器装置用于将激光束分离成具有由模式转换装置产生的场分布的多个子射束，且聚焦光学器件构造用于将多个子射束聚焦至焦平面中的多个测量区域中。优选地，接收器包括用于分别借助不同延迟时间延迟多个子射束的(光学)延迟装置。在此情况中，焦平面中的虚拟传感器表面可以通过以下方式来扩大：在空间上接近彼此地产生多个测量区域。
[0012]为此目的，借助射束分离器装置，激光束被分离成分别具有由模式转换装置产生
的相同场分布的期望的多个子射束。聚焦光学器件将子射束聚焦至焦平面中通常呈规则布置(即，呈具有以N个列及以M个行布置的Nx M个测量区域的栅格或阵列)的多个测量区域上。为此目的，聚焦光学器件例如可以包括多个聚焦透镜，或一个或多个透镜阵列。
[0013]可提供对应于传感器布置中的分析器光学器件或接收器的数目的N x M个子射束。在此情况中，可省略(光学)延迟装置，或若实际上需要此延迟，则此可通过分析器光学器件的强度信号的纯电子延迟来取代。
[0014]接收器中的延迟装置用于借助不同延迟时间在时间上如此延迟已行进通过相应的测量区域的偏振相关的强本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于表征粒子(P)的传感器布置(1)，尤其用于确定粒子位置(P
X
，P
Y
)、粒子速度(v
X
，v
Y
)、粒子加速度(a
X
，a
Y
)和/或粒子大小(D)，所述传感器布置包括：发射器(2)，所述发射器具有：用于产生激光束(3)的激光源(5)，用于产生激光束(3)的场分布(11、11a)的模式转换装置(7)，所述场分布在每个位置(X，Y)处具有所述激光束(3)的局部强度(I(X，Y))以及所述激光束(3)的局部偏振方向(R(X，Y))的不同组合，聚焦光学器件(8)，所述聚焦光学器件用于将所述激光束(3)的场分布(11)聚焦在由所述粒子(P)行进通过的焦平面(9)中的至少一个测量区域(10；10a
‑
c)上，接收器(4)，所述接收器具有：分析器光学器件(14)，所述分析器光学器件(14)用于求取至少一个测量区域(10；10a
‑
c)中所述激光束(3)的所述场分布(11、11a)的偏振相关的强度信号(I1、I2、I3、I4)，具有用于表征粒子(P)的分析处理装置(20)，尤其用于基于所述偏振相关的强度信号(I1、I2、I3、I4)来确定所述粒子位置(P
X
，P
Y
)、所述粒子速度(v
X
，v
Y
)、所述粒子加速度(a
X
，a
Y
)和/或所述粒子大小(D)。2.根据权利要求1所述的传感器布置，其中，所述模式转换装置(7)构造用于产生具有径向对称的偏振方向((R(X，Y))的场分布(11)或用于产生具有直线型恒定的偏振方向((R(X，Y))的场分布(11a)。3.根据权利要求1或2所述的传感器布置，其中，所述模式转换装置(7)构造为相位板、衍射光学元件、光子晶体光纤或液晶。4.根据以上权利要求中任一项所述的传感器布置，其中，所述激光源(5)构造用于产生优选具有小于1ns的脉冲持续时间的脉冲激光束(3)。5.根据以上权利要求中任一项所述的传感器布置，其中，所述发射器(2)包括在射束路径中布置于所述模式转换装置(7)之后的射束分离器装置(26)，所述射束分离器装置用于将所述激光束(3)分离成多个子射束(3a
‑
c)，所述多个子射束(3a
‑
c)具有由所述模式转换装置产生的场分布(11，11a)，其中，所述聚焦光学器件(8)构造用于将所述多个子射束(3a
‑
c)聚焦至所述焦平面(9)中的多个测量区域(10a
‑
c)中，其中，所述接收器(4)优选包括延迟装置(27)，所述延迟装置用于分别借助不同延迟时间(Δt
a
，Δt
b
，Δt
c
)来延迟所述多个子射束(3a
‑
c)。6.根据权利要求5所述的传感器布置，其中，所述射束分离器装置(26)具有用于产生具有相同波长(λ
a
，λ
b
，λ)的多个子射束(3a
‑
c)的衍射光学元件和/或至少一个微透镜阵列。7.根据权利要求5所述的传感器布置，其中，所述射束分离器装置(26)具有用于产生具有不同波长(λ
a
，λ
b
，λ)的多个子射束(3a
‑
c)的衍射光学元件，其中，所述延迟装置(27)优选构造为衍射光学元件或分散光学元件，所述延迟装置分别借助不同延迟时间(Δt
a
，Δt
b
，Δt
c
)来延迟具有不同波长(λ
a
，λ
b
，λ)的所述子射束(3a
‑
c)。8.根据以上权利要求中任一项所述的传感器布置，其中，所述分析器光学器件(14)包括射束分离器(15)，所述射束分离器用于将所述分析器光学器件(...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：科安德有限公司，
类型：发明
国别省市：