CN216208615U - 一种检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种检测装置，用于光学检测，具体包括：所述光源用于发射检测光至样品的待测点，所述检测光的入射角为锐角；所述检测光经所述样品反射形成信号光，所述信号光用于在所述探测器的光敏面形成信号光斑；所述探测器用于根据所述信号光斑在所述光敏面的位置获取所述待测点沿测量方向的检测高度，所述测量方向与所述样品表面垂直或具有锐角夹角。

Description

一种检测装置

技术领域

本申请实施例涉及显微成像领域，尤其涉及一种检测装置。

背景技术

聚焦技术被广泛应用于显微成像相关的的科学研究、工业检测和加工领域，高精度、高速聚焦是聚焦技术不断的改进方向。近年来，随着半导体芯片工业领域的高速发展，对于样品光学检测、量测设备产能的需求不断增加。

其中，基于椭偏仪原理的膜厚量测设备，已被广泛应用于显微成像领域，能够进行对样品的光学检测和光学聚焦。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种检测装置，用于光学检测。

一种检测装置，包括：光源和探测器；

所述光源用于发射检测光至样品的待测点，所述检测光的入射角为锐角，所述样品为待检测的物品；

所述检测光经所述样品反射形成信号光，所述信号光用于在所述探测器的光敏面形成信号光斑；

所述探测器用于根据所述信号光斑在所述光敏面的位置获取所述待测点沿测量方向的检测高度，所述测量方向与所述样品表面垂直或具有锐角夹角。

可选的，还包括入射组件；

所述入射组件设置于所述光源至所述样品的光路上，用于使所述检测光汇聚或准直后到达所述样品的待测点。

可选的，还包括出射组件；

所述出射组件设置于所述样品至所述探测器的光路上，用于将所述信号光汇聚或准直至所述探测器。

可选的，还包括控制设备和检测模块；

所述控制设备用于接收所述探测器发送的所述检测高度，以根据所述检测高度和标准高度的差控制样品台在竖直方向上的运动，所述标准高度为所述检测模块焦平面所在的高度。

可选的，所述入射组件包括第一入射镜组，所述第一入射镜组用于对所述光源发射的检测光进行准直；

所述检测装置还包括出射组件时，所述出射组件包括第一出射镜组，所述第一出射镜组用于收集所述信号光并对所述信号光进行准直。

可选的，所述信号光经所述第一出射镜组准直后形成第一平行光，所述探测器用于探测所述第一平行光；或者，

所述出射组件还包括第二出射镜组，所述第二出射镜组用于使所述第一出射镜组准直后的信号光汇聚至所述探测器，且所述第一出射镜组和第二出射镜组之间的距离可调。

可选的，所述检测光经所述第一入射镜组准直后形成第二平行光，所述第二平行光到达所述样品表面；或者，

所述入射组件还包括第二入射镜组，用于使经所述第一入射透镜组准直后的检测光汇聚至所述样品表面。

可选的，所述检测光的入射角大于或等于45°。

可选的，所述出射组件包括出射镜组，所述入射组件包括入射镜组；所述出射镜组和所述探测器间的距离可调，且所述入射镜组和所述样品间的距离可调。

可选的，还包括第一切换组件和第二切换组件中的至少一个；

所述第一切换组件用于安装多个第一出射镜组且用于切换不同第一出射镜组进入光路，所述多个第一出射镜组的焦距不同；

所述第二切换组件用于安装多个第二出射镜组且用于切换不同第二出射镜组进入光路，所述多个第二出射镜组的焦距不同。

可选的，所述光源为相干光源或非相干光源，所述探测器103为电荷耦合器件图像传感器模块或位置敏感传感器模块。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

光源发射检测光至样品台上的样品后，经样品反射形成信号光，信号光在探测器的光敏面形成信号光斑。探测器根据信号光斑的位置获取待测点沿测量方向的检测高度。通过探测器对信号光斑在光敏面上的位置，可以获取待测点沿测量方向的检测高度，以完成光学检测。

附图说明

图1为本申请实施例中检测装置的第一实施例示意图；

图2为本申请实施例中检测装置的第二实施例示意图；

图3为本申请实施例中检测装置的第三实施例示意图；

图4为本申请实施例中检测装置的第四实施例示意图；

图5为本申请实施例中检测装置的第五实施例示意图；

图6为本申请实施例中检测装置的第六实施例示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种检测装置，用于光学检测。

聚焦技术在在光学领域有着广泛的应用。随着半导体芯片工业领域的高速发展，对于样品光学检测、量测设备产能的需求不断增加。本申请实施例的检测装置能够应用于需要高速、高精度聚焦检测的显微成像领域。

请参阅图1，本申请实施例中检测装置的第一实施例包括：光源101和探测器103；

光源101用于发射检测光至所述样品102的待测点，所述检测光的入射角为锐角；

所述检测光经所述样品102反射形成信号光，所述信号光用于在探测器103的光敏面形成信号光斑；

所述探测器103用于根据所述信号光斑在所述光敏面的位置获取所述待测点沿测量方向的检测高度，所述测量方向与所述样品102表面垂直或具有锐角夹角。

本申请实施例中，光源101发射检测光至样品台上的样品102后，经样品102反射形成信号光，信号光在探测器103的光敏面形成信号光斑。探测器103根据信号光斑的位置获取待测点沿测量方向的检测高度。通过探测器103对信号光斑在光敏面上的位置，可以获取待测点沿测量方向的检测高度，以完成光学检测。

为便于理解，下面对本申请实施例中的检测装置进行具体描述。

请参阅图2，本申请实施例中的检测装置第二实施例包括：光源101、探测器103、入射组件、控制设备106和检测模块107。所述入射组件设置于所述光源101至所述样品102 的光路上，用于使所述检测光汇聚或准直后到达所述样品102的待测点。本实施例中入射组件包括第一入射镜组105，第一入射镜组105用于对光源101发射的检测光进行准直。检测装置还包括：反射镜104。

光源101用于发射检测光至入射组件。具体的，本实施例中，入射组件设置于光源101 至样品台上样品102的光路上，可对检测光进行准直至样品台上样品102的待测点。所述检测光经所述第一入射镜组准直后形成第二平行光，所述第二平行光到达所述样品表面。具体的，光源101发射的检测光经反射镜104反射后到达第一入射镜组105，第一入射镜组105能够将检测光进行准直，使检测光平行射至样品台上的样品102表面。其中，第一入射镜组105与样品102间的距离可调，以调节检测光于样品102表面的光斑大小。

其中，本实施例中，所述第一入射镜组105仅包括透镜，在另一实施例中，所述第一入射镜组105可以包括一个或多个凹面镜或凸面镜。在其他实施例中，可以不包括反射镜104。

平行的检测光经样品102反射形成信号光，信号光用于在探测器103的光敏面上形成信号光斑。探测器103根据信号光斑在探测器103光敏面的位置获取样品102沿测量方向的检测高度。其中，测量方向与样品102表面垂直或具有锐角夹角。

所述控制设备106用于接收所述探测器103发送的所述检测高度，以根据所述检测高度和标准高度的差控制样品台在竖直方向上的运动，所述标准高度为所述检测模块107焦平面所在的高度。控制设备106用于接收探测器103发送的检测高度，接着控制设备106根据检测高度和标准高度的差控制样品台在竖直方向上的运动，以带动样品102在竖直方向上运动。其中，检测模块107用于获取标准高度，标准高度为检测模块107焦平面所在的高度，也可以指检测光聚焦样品102时样品102待测点所处平面的预设高度。例如，在聚焦的情况探测器103上对应的是一个光点位置(x0,y0)，此时对应台子高度z0,如果在正方向离焦，此时探测器103上的光点位置可能是(x0+Δx,y0),对应的台子高度是z0+ Δz，于是需要控制设备106控制样品台降低Δz的高度以使光线聚焦于样品102表面。反之负方向亦然。

光源101为相干光源或非相干光源。可以理解的是，在对检测精度要求较高的情况下，光源101可以是相干光源，例如激光等；在对检测精度要求不高的情况下，光源101可以是非相干光源，例如发光二极管(LED，light-emitting diode)、等离子光源等。具体此处不做限定。

对于探测器103，具体的，探测器103可以是电荷耦合器件图像传感器模块(CCD，charge coupled device)，也可以是位置敏感传感器模块(PSD，position sensitivedetector) 等检焦频率可达到兆赫兹的传感器模块，具体此处不做限定。

检测光的入射角为锐角，具体的，检测光的入射角大于或等于45°。检测光以大于或等于45°的入射角入射可视为大角度入射，大角度入射时，待测物的待测点高度变化时信号光在光敏面上形成的光斑的移动距离大于待测点高度的变化量，从而可以提高检测的灵敏度，实现高精度高速聚焦。在未使用大数值孔径的显微镜物镜条件下，以大于或等于45°的入射角射入可以使检测装置达到亚波长聚焦精度，可实现10Hz高精度高速聚焦。具体的，所述检测光入射角为60°或70°或75°。

请参阅图3，本申请实施例中检测装置的第三实施例与第二实施例类似，区别在于，第三实施例的入射组件包括第一入射镜组105和第二入射镜组108。其中，入射组件包括的第二入射镜组，用于使经所述第一入射透镜组准直后的检测光汇聚至所述样品表面。本实施例中的检测装置还包括反射镜104。

光源101用于发射检测光至入射组件。入射组件设置于光源101至样品台上样品102 的光路上，可对检测光进行准直或汇聚至样品台上样品102的待测点。具体的，本实施例中，所述入射组件使检测光经过准直后在样品表面汇聚成一点。光源101发射的检测光经反射镜104反射后到达第一入射镜组105，第一入射镜组105能够将检测光进行准直，使检测光平行射至第二入射镜组108，第二入射镜组108将从第一入射镜组105射出的光汇聚至样品台上的样品102表面。其中，第一入射镜组105与样品102间的距离可调，第二入射镜组108与样品102间的距离可调，以调节检测光于样品102表面的光斑大小。

本实施例中，所述第二入射镜组108仅包括透镜，在另一实施例中，所述第二入射镜组108可以包括一个或多个凹面镜或凸面镜。在其他实施例中，可以不包括反射镜104。

请参阅图4，本申请实施例中检测装置的第四实施例与第二实施例类似，区别在于，第四实施例包括出射组件和第一切换组件110。其中，出射组件可包括透镜组和凹面镜中的至少一种，本实施例中出射组件包括第一出射镜组109，第一出射镜组用于收集信号光并对信号光进行准直。所述出射组件设置于所述样品102至所述探测器103的光路上，用于将所述信号光汇聚或准直至所述探测器。

检测光经样品102反射后射至出射组件。本实施例中，出射组件设置于样品102至探测器103的光路上，用于将从样品102反射出的光准直至探测器103。信号光经第一出射镜组109准直后形成第一平行光，探测器103用于探测第一平行光。具体的，第一出射镜组109对从样品102反射出的光进行准直后，平行的信号光在探测器103的光敏面上形成信号光斑。探测器103根据信号光斑在探测器103光敏面的位置获取样品102沿测量方向的检测高度。测量方向与样品102表面垂直或具有锐角夹角。第一出射镜组109和探测器 103间的距离可调。其中，第一切换组件110用于安装多个第一出射镜组109且用于切换不同第一出射镜组109进入光路，多个第一出射镜组109的焦距不同。在其他实施例中，可以不包括第一切换组件110。

本实施例中，所述第一出射镜组109仅包括透镜，在另一实施例中，所述第一出射镜组109可以包括一个或多个凹面镜或凸面镜。在其他实施例中，可以不包括反射镜104。

请参阅图5，本申请实施例中检测装置的第五实施例与第三实施例类似，区别在于，第五实施例包括出射组件和第一切换组件110。其中，出射组件包括透镜组和凹面镜中的至少一种，本实施例中出射组件包括第一出射镜组109，第一出射镜组用于收集信号光并对信号光进行准直。所述出射组件设置于所述样品102至所述探测器103的光路上，用于将所述信号光汇聚或准直至所述探测器。

检测光经样品102反射后射至出射组件。出射组件设置于样品102至探测器103的光路上，用于将从样品102反射出的光准直至探测器103。信号光经第一出射镜组109准直后形成第一平行光，探测器103用于探测第一平行光。具体的，第一出射镜组109对从样品102反射出的光进行准直后，平行的信号光在探测器103的光敏面上形成信号光斑。探测器103根据信号光斑在探测器103光敏面的位置获取样品102沿测量方向的检测高度。测量方向与样品102表面垂直或具有锐角夹角。第一出射镜组109和探测器103间的距离可调。其中，第一切换组件110用于安装多个第一出射镜组109且用于切换不同第一出射镜组109进入光路，多个第一出射镜组109的焦距不同。在其他实施例中，可以不包括第一切换组件110。

本实施例中，所述第一出射镜组109仅包括透镜，在另一实施例中，所述第一出射镜组109可以包括一个或多个凹面镜或凸面镜。

请参阅图6，本申请实施例中检测装置的第六实施例与第五实施例类似，区别在于，第六实施例包括出射组件，以及第一切换组件110和第二切换组件112中的一者或两者组合。本实施例中出射组件包括第一出射镜组109和第二出射镜组111。其中，出射组件包括的第二出射镜组111用于使第一出射镜组109准直后的信号光汇聚至探测器103。

检测光经样品102反射后射至出射组件。本实施例中，出射组件设置于样品102至探测器103的光路上，用于将从样品102反射出的光准直至探测器103。具体的，第一出射镜组109对从样品102反射出的光进行准直后，平行光射入第二出射镜组111，第二出射镜组111将平行光汇聚在探测器103的光敏面上。探测器103根据汇聚点在探测器103光敏面的位置获取样品102沿测量方向的检测高度。测量方向与样品102表面垂直或具有锐角夹角。

出射镜组和探测器103间的距离可调，且第一出射镜组109和第二出射镜组111之间的距离可调。第一切换组件110用于安装多个第一出射镜组109且用于切换不同第一出射镜组109进入光路，每个第一出射镜组109的焦距不同。第二切换组件112用于安装多个第二出射镜组111且用于切换不同第二出射镜组111进入光路，每个第二出射镜组111的焦距不同。以上结构可调节探测器103对检测高度和标准高度之差的光学放大率，该光学放大率由出射镜组到探测器103的距离、第一出射镜组109的焦距和第二出射镜组111的焦距共同决定。由于上述的距离和焦距均可调，故可进行选择调节使得光学放大率尽可能大，从而当样品台移动一段固定高度时，探测器103上光点位置的变化越大，分辨极小高度变化的能力越强，以提高检测装置的检测的精度。

本实施例中，所述第二出射镜组111仅包括透镜，在另一实施例中，所述第二出射镜组111可以包括一个或多个凹面镜或凸面镜。

以上内容时结合具体实施例方式对本申请做出的说明，不能认定为本申请的具体实施仅限于这些实施例。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干的变换与替换，此时都应视为属于本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种检测装置，其特征在于，包括：光源和探测器；

所述光源用于发射检测光至样品的待测点，所述检测光的入射角为锐角，所述样品为待检测的物品；

所述检测光经所述样品反射形成信号光，所述信号光用于在所述探测器的光敏面形成信号光斑；

所述探测器用于根据所述信号光斑在所述光敏面的位置获取所述待测点沿测量方向的检测高度，所述测量方向与所述样品表面垂直或具有锐角夹角。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括入射组件；

所述入射组件设置于所述光源至所述样品的光路上，用于使所述检测光汇聚或准直后到达所述样品的待测点。

3.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，还包括出射组件；

所述出射组件设置于所述样品至所述探测器的光路上，用于将所述信号光汇聚或准直至所述探测器。

4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，还包括控制设备和检测模块；

所述控制设备用于接收所述探测器发送的所述检测高度，以根据所述检测高度和标准高度的差控制样品台在竖直方向上的运动，所述标准高度为所述检测模块焦平面所在的高度。

5.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述入射组件包括第一入射镜组，所述第一入射镜组用于对所述光源发射的检测光进行准直；

所述检测装置还包括出射组件时，所述出射组件包括第一出射镜组，所述第一出射镜组用于收集所述信号光并对所述信号光进行准直。

6.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述信号光经所述第一出射镜组准直后形成第一平行光，所述探测器用于探测所述第一平行光；或者，

所述出射组件还包括第二出射镜组，所述第二出射镜组用于使所述第一出射镜组准直后的信号光汇聚至所述探测器，且所述第一出射镜组和第二出射镜组之间的距离可调。

7.根据权利要求5所述的检测装置，其特征在于，所述检测光经所述第一入射镜组准直后形成第二平行光，所述第二平行光到达所述样品表面；或者，

所述入射组件还包括第二入射镜组，用于使经所述第一入射镜组准直后的检测光汇聚至所述样品表面。

8.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测光的入射角大于或等于45°。

9.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述出射组件包括出射镜组，所述入射组件包括入射镜组；

所述出射镜组和所述探测器间的距离可调，且所述入射镜组和所述样品间的距离可调。

10.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，还包括第一切换组件和第二切换组件中的一者或两者结合；

所述第一切换组件用于安装多个第一出射镜组且用于切换不同第一出射镜组进入光路，所述多个第一出射镜组的焦距不同；

所述第二切换组件用于安装多个第二出射镜组且用于切换不同第二出射镜组进入光路，所述多个第二出射镜组的焦距不同。

11.根据权利要求1至2任一项所述的检测装置，其特征在于，所述光源为相干光源或非相干光源，所述探测器为电荷耦合器件图像传感器模块或位置敏感传感器模块。

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