[發明專利]用于檢查樣品的多通道共焦傳感器和相關方法

有效

• 申請號: 201880048331.9
• 申請日: 2018-07-16
• 公開（公告）號: CN110945316B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 特里斯坦·孔比耶;菲利普·加斯塔爾多
• 申請（專利權）人: 統一半導體公司
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/06;G02B21/00;G02B6/125
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 邰鳳珠;劉繼富

一種多通道共焦傳感器，其包括光源(14)、聚焦透鏡布置(10)以及光學檢測器(25)。該傳感器還包括：?第一光學集成電路(11)，其布置為將來自所述寬頻帶光源的光束(24)分離成多個發射光束，所述多個發射光束施加到發射孔(29)的高密度陣列；?第二光學集成電路(20)，其布置為在多個收集孔(18)上收集來自待檢查樣品(17)的多個反射光束并且將所述反射光束傳輸到光學檢測器(25)；?分束器(22)，其布置為(i)通過聚焦透鏡布置(10)將所述發射光束從第一光學集成電路(11)引導到檢查基底(17)，以及(ii)通過聚焦透鏡布置(10)將反射光束從檢查樣品(17)引導到第二光學集成電路(20)中。

技術領域

本發明涉及用于與共焦、彩色共焦或干涉檢測方案一起使用的高密度多通道共焦傳感器。本發明還涉及實現所述傳感器的用于檢查樣品或基底的方法。本發明的領域是但不限于2D-3D檢查和計量系統。

背景技術

針對半導體或其它工業應用，已知幾種技術用于二維(2D)或三維(3D)表面映射和厚度測量。

這些技術中的幾種使用共焦檢測方案。這種共焦檢測方案包括在聚焦透鏡布置一側上的光發射孔和光收集孔，所述聚焦透鏡布置的光學共軛(或圖像)通過聚焦透鏡布置疊加。這種布置保證由收集孔收集的光基本與從發射孔發出由位于聚焦或共軛位置處的樣品反射回的光對應。通過實現這種檢測方案，例如，可以避免相鄰通道之間的橫向串擾和散焦光的收集。

共焦檢測方案例如可以用于實現干涉檢測。在光譜或顏色檢測器上對反射光進行光譜分析，通過分析產生的干涉光譜可以得到層之間的厚度或距離。

共焦檢測方案還可以例如用于實現共焦檢測。在該情況下，優選實現高NA聚焦透鏡布置的傳感器在樣品表面上方移動到一定高度。在強度檢測器上檢測到最大強度的距離代表表面的局部高度。

共焦檢測方案還可以例如用于實現彩色共焦檢測。該技術依賴于具有彩色元件或透鏡的聚焦透鏡布置的使用，所述彩色元件或透鏡帶有增強色差，其焦距強烈依賴于光學波長。穿過這種透鏡的每種波長的光在不同距離處或不同焦平面中聚焦。如上所述，彩色透鏡嵌入具有將發射或源孔和收集或檢測孔放置在彩色透鏡的共焦平面處的共焦設置中，以拒絕散焦光。當反射界面放置在彩色透鏡前面時，只有其焦平面與界面位置對應的波長的光由檢測孔傳輸。

為了獲得3D高度信息，由光譜傳感器或光譜儀進行檢測，所述光譜傳感器或光譜儀通常包括色散元件和傳感器(CCD或CMOS)以獲取光的強度光譜。通過分析檢測到的光的強度光譜獲得界面相對于彩色透鏡的高度(或距離)。

彩色共焦技術還允許獲得具有擴大焦深的平面內圖像強度或灰度信息(2D信息)。在該情況下，使用強度檢測器，所述強度檢測器提供在整個光譜上的入射光的強度，而不需要任何光譜選擇性。依賴于光譜內容的高度休息丟失，但是強度檢測器提供僅與在樣品表面上聚焦的波長處的樣品上反射的光對應的強度(灰度)信息。因此，在由彩色聚焦透鏡布置的光譜色散所給出的深度范圍上，可以獲得具有最佳橫向分辨率的圖像。

這種設置允許在一個時間點上測量距離。檢查大的表面可能非常費時。通過并行提供幾種測量通道可以提高采集速度。

例如，已知使用如文獻US 2012/0019821中所述的光纖束，該文獻公開了一種多通道彩色共焦系統。一個光纖模塊將光從源朝向彩色透鏡引導，而第二光纖模塊耦合到色散對象，從而對目標光進行空間濾光，由此形成濾波光。同樣已知，使用光纖耦合器將光從源朝向彩色透鏡引導，并且將反射光朝向檢測器引導。

這種結構具有源孔和檢測孔位于測量纖維的端部的優點。

然而，光纖元件的使用具有幾個缺點，特別是：

-由于大量通道(大的纖維束)，光纖元件難于使用或制造；