[发明专利]用于检查样品的多通道共焦传感器和相关方法

说明书

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。

技术领域

本发明涉及用于与共焦、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。本发明还涉及实现所述传感器的用于检查样品或基底的方法。本发明的领域是但不限于2D-3D检查和计量系统。

背景技术

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US 2012/0019821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；