DE112020002180T5

DE112020002180T5 - Normaleinfall-phasenverschiebungs-deflektometrie-sensor, -system und - verfahren zum prüfen einer oberfläche einer probe

Info

Publication number: DE112020002180T5
Application number: DE112020002180.7T
Authority: DE
Inventors: Drew Schiltz; Nathaniel Roisen
Original assignee: CARL ZEISS IND METROLOGY LLC; CARL ZEISS INDUSTRIAL METROLOGY LLC
Current assignee: CARL ZEISS IND METROLOGY LLC; CARL ZEISS INDUSTRIAL METROLOGY LLC
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2020-04-25
Publication date: 2022-03-24
Also published as: CN113767277A; WO2020220006A1; US10598604B1

Abstract

Ein System zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe beinhaltet einen Normaleinfall-Phasenverschiebungs-Deflektometrie-Sensor bzw. Normaleinfall-PSD-Sensor, der einen Bildgebungssensor, einen Strahlteiler und eine zwischen dem Bildgebungssensor und dem Strahlteiler angeordnete Abbildungsoptik beinhaltet. Die Beleuchtungsquelle beleuchtet die Probe mit einem Lichtmuster und ist senkrecht zur Oberfläche der Probe angeordnet. Der Bildgebungssensor nimmt das von der Oberfläche der Probe reflektierte Lichtmuster in einem Sensorbild auf. Der Strahlteiler richtet einen ersten Teil des Lichts von der Beleuchtungsquelle zum optischen Absorber, einen zweiten Teil des Lichts von der Beleuchtungsquelle zur Oberfläche der Probe und das von der Oberfläche der Probe reflektierte Lichtmuster zum Bildgebungssensor. Eine Datenverarbeitungseinrichtung, die mit dem Normaleinfall-PSD-Sensor in Verbindung steht, bestimmt Eigenschaften der Oberfläche der Probe basierend auf dem Sensorbild.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 16/396,490 , eingereicht am 26. April 2019, deren Offenbarung hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Normaleinfall-Phasenverschiebungs-Deflektometrie-Sensor bzw. Normaleinfall-PSD-Sensor zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe, ein System zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe mit dem Normaleinfall-PSD-Sensor und ein Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe mit dem Normaleinfall-PSD-Sensor.
HINTERGRUND
Weißlichtoberflächenprüfsysteme wurden für hohen Durchsatz und stark automatisierte Herstellung von Produkten mit dekorativen und technischen Oberflächen entwickelt. Diese Systeme ermöglichen einen hohen Empfindlichkeitsgrad gegenüber selbst den kleinsten Änderungen von Form und Glanzgrad auf einer Unzahl von Arten von Oberflächen und Endqualitäten.
Ein herkömmlicher Phasenverschiebungs-Deflektometrie-Aufbau 100 ist in 1 gezeigt. Der Aufbau beinhaltet eine Oberfläche 110 eines Prüflings, einen Musterbereich 120, der durch eine (nicht gezeigte) Beleuchtungseinheit erzeugt wird, eine Kamera 130 und eine Bildauswertungseinheit 140 mit einer Anzeige. Die Kamera 130 nimmt sequenziell mehrere Bilder des reflektierten Musterbereichs auf, die anschließend durch die Bildauswertungseinheit 140 ausgewertet werden.
Der in 1 gezeigte Phasenverschiebungs-Deflektometrie-Aufbau erfordert, dass sich die Beleuchtungseinheit, die Kamera und die Oberfläche des Prüflings zueinander an einem festen räumlichen Ort befinden, während die mehreren Bilder durch die Kamera aufgenommen werden.
Eine herkömmliche Vorrichtung zur optischen Prüfung einer Oberfläche einer Probe zum Bestimmen von Qualitätsparametern eines Produkts und zum Identifizieren von Oberflächendefekten basierend auf Phasenverschiebungs-Weißlichtdeflektometrie ist z. B. in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung mit der Nr. 2017/0227471 beschrieben. Die Vorrichtung beinhaltet einen Schirm, der Profilmuster mit Bereichen bereitstellt, die räumliche Lichtintensitätsprofile bilden, und einen gekrümmten Spiegel, der zwischen dem Schirm und einem Halter angeordnet ist, um ein zweites Lichtprofilmuster bereitzustellen. Wie der in 1 gezeigte Aufbau erfordert die in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung mit der Nr. 2017/0227471 beschriebene Vorrichtung eine Bildaufzeichnungseinheit zum Aufzeichnen mehrerer Bilder, um Eigenschaften der Oberfläche der Probe zu bestimmen.
Der in 1 gezeigte Aufbau beginnt ernsthafte Einschränkungen zu zeigen, wenn man in ein Softmikroskopie-Regime übergeht; das heißt, die Defokussierungsunschärfe beginnt zu einer großen Einschränkung zu werden. In einem typischen Deflektometrieaufbau, wie dem in 1 gezeigten, muss die Kamera unter einem Winkel zu dem zu prüfenden Teil der Oberfläche gehalten werden, um reflektiertes Licht, das von der Beleuchtungseinheit kommt, abbilden zu können. Mit abnehmender Objektpixelgröße der Kamera und sich somit auch verschlechternder nutzbarer Schärfentiefe beginnt das nutzbare Sichtfeld signifikant zu schrumpfen. Dies hat zur Folge, dass für die Abbildung großer Bereiche auf einer Prüfoberfläche viel mehr Prüf-„Posen“ erforderlich sind und somit die Gesamtzykluszeit für die Prüfung des Teststücks signifikant zunimmt.
KURZDARSTELLUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor, ein System und ein Verfahren zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe bereitzustellen, die eine Oberflächenprüfung mit einem hohen Durchsatz ermöglichen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Sensor, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, die eine hohe Tiefenempfindlichkeit über einen ziemlich großen Dynamikbereich in Kombination mit einer hohen Datenerfassungsgeschwindigkeit ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch einen Normaleinfall-PSD-Sensor zum optischen Prüfen der Oberfläche einer Probe gelöst, wobei der Normaleinfall-PSD-Sensor Folgendes beinhaltet: eine Beleuchtungsquelle, die ausgelegt ist zum Beleuchten der Probe mit einem Lichtmuster, wobei das Lichtmuster erste Bereiche beinhaltet, in denen Licht mit einer ersten Lichtintensität emittiert wird, und zweite Bereiche, in denen das Licht mit einer zweiten Lichtintensität emittiert wird, wobei die erste Lichtintensität höher als die zweite Lichtintensität ist, wobei die Beleuchtungsquelle relativ zur Oberfläche der Probe angeordnet ist, um der Beleuchtungsquelle zu erlauben, das Licht senkrecht zur Oberfläche der Probe zu emittieren, einen Bildsensor, der ausgelegt ist zum Erfassen des von der Oberfläche der Probe reflektierten Lichtmusters in einem Sensorbild, einen optischen Absorber oder eine Lichtfalle, die ausgelegt ist zum Absorbieren eines ersten Teils des Lichts, das von der Beleuchtungsquelle emittiert wurde, einen Strahlteiler, angeordnet zwischen der Beleuchtungsquelle und dem optischen Absorber und ausgelegt zum Richten (a) des ersten Teils des Lichts von der Beleuchtungsquelle zum optischen Absorber, (b) eines zweiten Teils des Lichts von der Beleuchtungsquelle zur Oberfläche der Probe und (c) des von der Oberfläche der Probe reflektierten Lichtmusters zum Bildgebungssensor; und eine Abbildungsoptik, die zwischen dem Bildgebungssensor und dem Strahlteiler angeordnet ist.
Die Normaleinfall-PSD-Sensor-Technologie beruht auf einer Phasenverschiebungs-Deflektometrie. Ähnlich wie bei der Weißlichtsensortechnologie verwendet die Normaleinfallstechnik der Phasenverschiebungs-Deflektometrie drei Bedingungen: (1) die Oberfläche eines Prüflings ist zumindest teilweise glänzend, (2) die Probe wird mit einem räumlichen Lichtintensitätsmuster beleuchtet, und (3) eine Kamera oder ein Lichtsensor nimmt das räumliche Lichtintensitätsmuster, das von der Oberfläche des Prüflings reflektiert oder gestreut wird, auf.
Die Normaleinfall-PSD-Sensor-Technologie ermöglicht Prüfen von Oberflächen aus Glas, wie Oberflächen von Spiegeln oder von optischen Linsen, und Siliziumoberflächen. Darüber hinaus können die Vergrößerungsniveaus erhöht werden und der Bereich, den der Normaleinfall-PSD-Sensor scannen kann, kann im Vergleich zu den herkömmlichen Weißlicht-Oberflächenprüfsystemen beim Prüfen von ebenen oder nahezu ebenen Oberflächen maximiert werden.
Im Falle von Weißlichtsensortechnologie werden drei oder mehr Erfassungen von dem räumlichen Lichtintensitätsmuster durch die Kamera vorgenommen. Der einzige Unterschied zwischen jeder Erfassung ist die Beleuchtungsbedingung. Falls zum Beispiel das räumliche Lichtintensitätsmuster ein sinusförmiges Lichtintensitätsmuster ist, verschiebt sich das sinusförmige Muster um n*2Π/n_tot, wobei n die n-te Erfassung ist und n_tot die Gesamtanzahl an Erfassungen in der Sequenz ist.
Nachdem die drei oder mehr Erfassungen vorgenommen wurden, können nachberechnete Bilder erzeugt werden, die Bilder für den Hauptgraustufen-, Phasen- und Amplitudenkanal beinhalten. Der Graustufenkanal repräsentiert eine durchschnittliche Lichtintensität der drei Bilder. Der Amplitudenkanal trägt Informationen über Änderungen des Glanzes auf der Oberfläche. Die Phase ist direkt mit der Neigung der Oberfläche des Objekts vergleichbar. Unter voller Nutzung der Informationen aus diesen nachberechneten Bildsätzen werden dann Algorithmen entwickelt, um Unregelmäßigkeiten basierend auf Streuungseigenschaften einer Anomalie oder physischen Änderungen der Tiefe auf der Oberfläche zu finden. Eine Empfindlichkeit von Submikrometertiefe auf der Oberfläche ist üblich, was ein solches System ideal für Prüfung auf Defekte, wie etwa Beulen, Dellen, Kratzer, Welligkeit oder Orangenhaut, um nur einige wenige zu nennen, macht.
Ein Hauptunterschied zwischen der Weißlichtsensortechnologie und der Normaleinfallstechnik-Technologie ist jedoch die Positionierung des Normaleinfall-PSD-Sensors relativ zur Oberfläche der zu prüfenden Probe. Während die Weißlichtsensortechnologie erfordert, dass die Beleuchtungseinheit und die Kamera getrennte Einheiten sind, die an getrennten Orten und in bestimmten Winkeln relativ zu dem Teil der zu prüfenden Oberfläche angeordnet sind, um reflektiertes Licht, das von der Beleuchtungseinheit kommt, abbilden zu können, beinhaltet der Normaleinfall-PSD-Sensor sowohl die Beleuchtungsquelle als auch den Bildsensor. Dies wird durch Vorsehen eines 50/50-Strahlteilers erreicht, der in den Lichtstrahlweg eingesetzt ist und der es erlaubt Normaleinfallslicht von der Beleuchtungsquelle auf die Oberfläche zu emittieren und von der Oberfläche der Probe reflektiertes Licht in einer Erfassung ohne Änderung der Position des Normaleinfall-PSD-Sensors zu sammeln.
Wie oben beschrieben, ist die Beleuchtungsquelle auf einer ersten Seite des Strahlteilers angeordnet und ein optischer Absorber ist auf einer der ersten Seite entgegengesetzten zweiten Seite des Strahlteilers angeordnet. Der Strahlteiler richtet einen ersten Teil des Lichts mit dem von der Beleuchtungsquelle emittierten Lichtmuster auf den optischen Absorber. Ein zweiter Teil des von der Beleuchtungsquelle emittierten Lichts wird durch den Strahlteiler auf die Oberfläche der Probe gerichtet, und das von der Oberfläche der Probe reflektierte Lichtmuster wird durch den Strahlteiler auf den Bildgebungssensor gerichtet. Der optische Absorber kann ein Antireflex-Neutraldichtefilter (AR ND) sein, das der Beleuchtungsquelle entgegengesetzt angeordnet ist, um jegliches Licht zu unterdrücken, das Informationen trägt, die das von der Oberfläche der Probe reflektierte Lichtmuster verunreinigen können.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Strahlteiler als ein Strahlteilerwürfel oder als ein Pellicle-Strahlteiler implementiert.
Der Normaleinfall-PSD-Sensor weist ein Gehäuse auf, das die Beleuchtungsquelle, den Bildgebungssensor, den optischen Absorber und den Strahlteiler umschließt, um das Innere des Normaleinfall-PSD-Sensors vor Verschmutzung zu schützen, wie etwa Staubpartikeln usw., die möglicherweise das auf die Oberfläche der Probe gerichtete Lichtmuster und das von der Oberfläche der Probe reflektierte Lichtmuster verzerren würden. Bei einem Ausführungsbeispiel beinhaltet das Gehäuse ein Sichtfenster. Das Sichtfenster ist der Oberfläche der Probe zugewandt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist das Sichtfenster im Gehäuse weggelassen und stattdessen nur ein Teil des Strahlteilers von dem Gehäuse umschlossen, und eine zur Oberfläche der Probe gerichtete Vorderseite des Strahlteilers bildet einen Teil des Gehäuses und definiert das Sichtgebiet.
Der Normaleinfall-PSD-Sensor beinhaltet ferner ein Montagesystem, das an dem Gehäuse angeordnet ist, das es ermöglicht, dass der Normaleinfall-PSD-Sensor an einem Roboterarm, einer Roboterbewegungsvorrichtung, einem Mehrachsentisch oder an einer beliebigen Art von beweglichen oder stationären Struktur montiert wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Beleuchtungsquelle eine Flüssigkristallanzeige (LCD), die nicht-kohärentes Licht emittiert, ist der Bildsensor eine Kamera mit einer Auflösung von 26 Megapixeln, ist der optische Absorber ein Antireflex-Neutraldichtefilter, ist die Oberfläche der Probe eine ebene Oberfläche und ist die Abbildungsoptik ein Vergrößerungsobjektiv mit einer Fokalebene an der ebenen Oberfläche der Probe.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist das von der Beleuchtungsquelle emittierte Lichtmuster ein sinusförmiges Lichtintensitätsmuster.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Beleuchtungsquelle ein Leuchtdioden(LED)-Array.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein System zur optischen Prüfung der Oberfläche einer Probe mit dem Normaleinfall-PSD-Sensor. Das System beinhaltet den Normaleinfall-PSD-Sensor und eine Datenverarbeitungseinrichtung, die mit dem Normaleinfall-PSD-Sensor über eine Kommunikationsschnittstelle in Verbindung steht. Der Normaleinfall-PSD-Sensor kann an einer Roboterbewegungseinrichtung oder an einem Mehrachsentisch montiert sein, um zu ermöglichen, dass der Normaleinfall-PSD-Sensor relativ zur Oberfläche der zu prüfenden Probe bewegt wird.
Die Datenverarbeitungseinrichtung ist ausgelegt zum: Erzeugen des Lichtmusters und mindestens eines phasenverschobenen Lichtmusters, wobei das mindestens eine phasenverschobene Lichtmuster die ersten Bereiche, in denen Licht mit der ersten Lichtintensität emittiert wird, und die zweiten Bereiche, in denen das Licht mit der zweiten Lichtintensität emittiert wird, beinhaltet und wobei entsprechende erste und zweite Bereiche im Lichtmuster und das mindestens eine phasenverschobene Lichtmuster relativ zueinander phasenverschoben sind, und Bestimmen von Eigenschaften der Oberfläche der Probe basierend auf einer Auswertung des mindestens einen Sensorbildes.
Das Verfahren wird ferner durch ein Verfahren zum optischen Prüfen einer Oberfläche einer Probe mit einem Normaleinfall-PSD-Sensor erreicht, wobei das Verfahren Folgendes beinhaltet: Erzeugen eines Lichtmusters und mindestens eines phasenverschobenen Lichtmusters, wobei das Lichtmuster und das mindestens eine phasenverschobene Lichtmuster erste Bereiche, in denen Licht mit einer ersten Lichtintensität emittiert wird, und zweite Bereiche, in denen das Licht mit einer zweiten Lichtintensität emittiert wird, beinhalten, wobei die erste Lichtintensität höher als die zweite Lichtintensität ist und entsprechende erste und zweite Bereiche im Lichtmuster und das mindestens eine phasenverschobene Lichtmuster relativ zueinander phasenverschoben sind, nachfolgend Beleuchten der Oberfläche der Probe mit dem Lichtmuster und dem mindestens einen phasenverschobenen Lichtmuster, Aufnehmen des Lichtmusters und des mindestens einen phasenverschobenen Lichtmusters, die von der Oberfläche der Probe reflektiert wurden, mit einem Bildgebungssensor in mindestens einem Sensorbild an einer Scanposition, und Bestimmen von Eigenschaften der Oberfläche basierend auf einer Auswertung des mindestens einen Sensorbilds.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren ferner: Definieren einer Prüfzelle, Bewegen der Probe in die Prüfzelle, Bewegen mindestens eines von (a) dem Normaleinfall-PSD-Sensor in der Prüfzelle relativ zu der Probe oder (b) der Probe in der Prüfzelle relativ zum Normaleinfall-PSD-Sensor zu mindestens einer Scanposition, an der die Fokalachse des Bildgebungssensors ausgerichtet ist, mit dem Normalenvektor der Oberfläche der Probe zusammenzufallen, und Aufnehmen des Lichtmusters und des mindestens einen phasenverschobenen Lichtmusters, die von der Oberfläche der Probe reflektiert wurden, durch den Bildgebungssensor in dem mindestens einen Sensorbild an der mindestens einen Scanposition.
Figurenliste
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gilt:

1 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines konventionellen Phasenverschiebungs-Deflektometrie-Aufbaus,
2A zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Draufsicht auf einen Normaleinfall-PSD-Sensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2B zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Seitenansicht des Normaleinfall-PSD-Sensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3A zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Draufsicht auf einen Normaleinfall-PSD-Sensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3B zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Seitenansicht eines Normaleinfall-PSD-Sensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Draufsicht auf einen Normaleinfall-PSD-Sensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines Lichtstrahlwegs in einem System zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe mit einem Normaleinfall-PSD-Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines Systems zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe mit einem Normaleinfall-PSD-Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7 zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Datenverarbeitungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe mit einem Normaleinfall-PSD-Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
9 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe mit einem Normaleinfall-PSD-Sensor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Folgenden Elemente mit identischen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
2A zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Draufsicht auf einen Normaleinfall-PSD-Sensor 200 zum optischen Prüfen einer Oberfläche einer Probe. Der Normaleinfall-PSD-Sensor 200 beinhaltet eine Beleuchtungsquelle 220, einen Bildgebungssensor 230, einen optischen Absorber 240, einen Strahlteiler 250 und eine Abbildungsoptik 260.
Der Normaleinfall-PSD-Sensor 200 kann eine Höhe und Breite in einem Bereich zwischen 80 Millimeter (mm) und 130 mm und eine Länge in einem Bereich zwischen 400 mm und 500 mm aufweisen, und er kann im Normalbetrieb in einem Abstand von ungefähr 43 mm von der zu prüfenden Oberfläche platziert sein. Eine solche Ausgestaltung kann Defokussierungs- und Unschärfeeffekte verringern, die auftreten können, wenn der Normaleinfall-PSD-Sensor 200 in einem Softmikroskopie-Aufbau betrieben wird.
Wie in 2A gezeigt ist, ist die Beleuchtungsquelle 220 auf einer Seite des Strahlteilers 250 angeordnet und ist der optische Absorber 240 auf einer entgegengesetzten Seite des Strahlteilers 250 angeordnet. Wie detaillierter in 5 unten gezeigt ist, richtet der Strahlteiler 250 einen Teil des von der Beleuchtungsquelle 220 emittierten Lichts auf den optischen Absorber und einen anderen Teil des von der Beleuchtungsquelle 220 emittierten Lichts auf die Oberfläche der Probe (nicht gezeigt). Außerdem richtet der Strahlteiler 250 das von der Oberfläche der Probe reflektierte Lichtmuster zum Bildgebungssensor 230, das von dem Bildgebungssensor 230 erfasst wird, nachdem das Lichtmuster die zwischen dem Strahlteiler 250 und dem Bildgebungssensor 230 angeordnete Abbildungsoptik 260 durchlaufen hat.
Als Ergebnis ermöglicht der Strahlteiler 250 das Emittieren von normal einfallendem Licht von der Beleuchtungsquelle 220 zur Oberfläche der Probe und das Sammeln von Licht, das von der Oberfläche der Probe reflektiert wird, in einer Erfassung, ohne die Position des Normaleinfall-PSD-Sensors 200 zu ändern.
Der Strahlteiler kann ein Strahlteilerwürfel sein, wie etwa der Strahlteiler 250, der in den 2A, 3A und 5 gezeigt ist. Jede Fläche des Strahlteilerwürfels kann eine Abmessung von 80 mm x 80 mm aufweisen. Allerdings ist die Abmessung des Strahlteilerwürfels nicht darauf beschränkt. Es ist beispielsweise auch möglich, einen Strahlteilerwürfel mit einer Abmessung von 1 Meter (m) × 1 m zu verwenden. Natürlich werden auch die Gesamtabmessungen des Normaleinfall-PSD-Sensors entsprechend angepasst.
Strahlteilerwürfel werden typischerweise aus einem Paar rechtwinkliger Präzisionsprismen hergestellt, die an ihrer Basis zusammengekittet werden, wodurch an deren Basis eine Schicht zwischen den rechtwinkligen Prismen gebildet wird. Die Dicke der Schicht wird so gewählt, dass die Hälfte des Lichts, das durch eine Fläche des Strahlteilerwürfel einfällt, reflektiert wird und eine weitere Hälfte des Lichts durch den Strahlteilerwürfel als Ergebnis einer frustrierten Totalreflexion durchgelassen wird. Solche Strahlteiler werden auch als 50/50-Strahlteiler bezeichnet.
Der optische Absorber 240 kann ein AR ND-Filter sein, das dafür vorgesehen ist, jegliches Licht zu unterdrücken, das jegliche Information trägt, die das von der Oberfläche der Probe reflektierte und auf den Bildgebungssensor gerichtete Lichtmuster verunreinigen können. Mit anderen Worten liefert der optische Absorber 240 eine optische Abschwächung. Es ist auch möglich, ein Filter mit schwarzen, absorbierenden Diffusorschichten zu verwenden. Der optische Absorber 240 absorbiert den Teil des Lichts, der den Strahlteiler passiert und der nicht auf die zu prüfende Oberfläche gerichtet ist. Dieser Teil des Lichts wird durch den optischen Absorber 240 absorbiert, um spekuläre Reflexionskomponenten in dem Normaleinfall-PSD-Sensor zu verhindern.
Mit den Normaleinfall-PSD-Sensoren 200, 300 und 400, die in den 2A bis 4 gezeigt sind, kann eine Prüfung mit einer sehr feinen Skalierung erreicht werden, während das gesamte Sichtfeld des Bildgebungssensors 230 verwendet wird, das mit normalem Einfall auf die zu prüfende Oberfläche ausgerichtet ist. Der Bildgebungssensor 230 kann ein Kamerasensor sein, z. B. ein Charge-Coupled-Device(CCD)-Sensor oder ein Komplementärer-Metall-Oxid-Halbleiter(CMOS)-Sensor, der eine Auflösung von 26 Megapixeln aufweist. Der Bildgebungssensor ist jedoch nicht darauf beschränkt. Auch höhere oder niedrigere Auflösungen sind möglich. Die Abbildungsoptik 260 kann unter anderem eine Linse mit 1,33-facher Vergrößerung sein, die eine Objektpixelgröße von 3,5 Mikrometer und ein Sichtfeld von ungefähr 15 × 15 mm erzeugt.
Die Beleuchtungsquelle 220 kann eine LCD-Anzeige sein, die nicht-kohärentes Licht emittiert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Erfassungszeit ungefähr eine Sekunde für einen vollständigen Satz von 5 Sensorbildern, um Oberflächenneigungen in zwei orthogonalen Richtungen zu rekonstruieren. Andere Erfassungszeiten sind ebenfalls möglich. Die Bilderfassungszeit auf Glasoberflächen kann durch die Lichtleistung der LCD-Anzeige begrenzt sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist es möglich, Deflektometrie mit sehr dichten Streifen und eine Fourier-Transformation zum Extrahieren von Phaseninformationen zu verwenden. In diesem Fall wird pro Erfassung nur ein Sensorbild benötigt, um Glanzgrad und Form der Probenoberfläche zu bestimmen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Beleuchtungsquelle 220 als ein LED-Array implementiert, das die Lichtabgabeleistungsfähigkeit verbessert. Wenn das LED-Array genutzt wird, kann die Leistungsfähigkeit der Normaleinfall-PSD-Sensoren 200, 300 und 400 durch die Datenerfassungsrate des Bildgebungssensors 230 begrenzt sein, und eine Erfassungsgeschwindigkeit von ungefähr 160 Millisekunden (ms) für alle 5 Bilder kann erhalten werden. Die Empfindlichkeit gegenüber Defekten mit seitlichen Abmessungen kann sowohl auf Glas- als auch auf Siliziumoberflächen in der Größenordnung von 10 Mikrometern (µm) und Tiefen von 6 Nanometern (nm) liegen. Somit ist es diese Kombination von Tiefenempfindlichkeit über einen recht großen Dynamikbereich in Kombination mit der Geschwindigkeit der Datenerfassung, die für diese Sensorgeometrie von besonderer Bedeutung ist.
Es ist auch möglich, eine Oberflächenhöhe an einer 3D-Struktur mit Weißlichtinterferometrie (WLI) zu messen. Mit WLI geprüfte Oberflächenprofile können zwischen mehreren zehn Nanometern und einigen Zentimetern variieren. Im Vergleich zur Weißlichtinterferometrie (WLI) weisen die Normaleinfall-PSD-Sensoren 200, 300 und 400, die in den 2A bis 4 gezeigt sind, einige Schlüsselvorteile auf.
Im Gegensatz zu den Normaleinfall-PSD-Sensoren 200, 300 und 400 erfordert die WLI-Technologie einen scannenden Referenzspiegel mit hohem Reflexionsvermögen, der relativ zu einer Beleuchtungseinheit bewegt wird. Die WLI-Technologie verwendet kohärentes Licht, wohingegen die Beleuchtungsquelle der Normaleinfall-PSD-Sensoren 200, 300 und 400 nicht-kohärentes Licht emittiert.
Ein WLI-Interferometer nimmt ein Interferenzmuster auf, das durch Addition von Licht erzeugt wird, das aus der Interferenz zwischen dem vom Ziel reflektierten Licht und von einem Referenzspiegel gesammelt wird, und die Intensität des von der Beleuchtungseinheit emittierten Lichts ändert sich nicht. Im Gegensatz dazu wird bei den Normaleinfall-PSD-Sensoren 200, 300 und 400 kein Referenzmuster genutzt. Das durch die Beleuchtungsquelle 220 emittierte Licht ist nicht-kohärentes Licht und das Beleuchtungsmuster verschiebt sich zwischen jedem Datenpunkt pro interessierender Region.
Obwohl gezeigt wurde, dass WLI eine akzeptable Tiefenempfindlichkeit zeigt, geht die Tiefenempfindlichkeit auf Kosten einer langsamen Scangeschwindigkeit. Darüber hinaus sind Weißlichtinterferometer derart designt, ausschließlich die Tiefeninformationen auf einer Oberfläche aufzunehmen, wohingegen die Normaleinfall-PSD-Sensoren 200, 300 und 400, die in den 2A bis 4 gezeigt sind, auch Informationen bezüglich des Glanzgrades aufnehmen. Die Prüfung des Glanzgrades ist jedoch der Schlüssel zum Detektieren bestimmter Defektarten, vor allem Kontaminationen auf optischen Oberflächen, bei denen sich die Oberflächenhöhe nicht signifikant ändert. Schließlich erfordert WLI eine feine Bewegungssteuerung des Referenzarms des Interferometers. Im Fall der Normaleinfall-PSD-Sensoren 200, 300 und 400, die in den 2A bis 4 gezeigt sind, ist keine mechanische Manipulation irgendeines Elements der Normaleinfall-PSD-Sensoren erforderlich, was die Datenerfassung viel einfacher macht.
Der Normal-PSD-Sensor 200 beinhaltet ferner ein Gehäuse 270 und ein Montagesystem 280, das an dem Gehäuse 270 angeordnet ist. Das Gehäuse 270 des Normal-PSD-Sensors 200 in dem in den 2A und 2B gezeigten Ausführungsbeispiel, weist ein Sichtfenster 272 auf, das der Oberfläche einer Probe (nicht gezeigt) zugewandt ist. Das Gehäuse schützt das Innere des Normaleinfall-PSD-Sensors 200 vor Kontamination, wie beispielsweise Staubpartikeln usw., die das auf die Oberfläche der Probe gerichtete Lichtmuster und das von der Oberfläche der Probe reflektierte Lichtmuster verzerren könnten.
Der Strahlteiler 250 des Normal-PSD-Sensors 300, der in 3A gezeigt ist, beinhaltet eine Vorderfläche 252, die einen Teil des Gehäuses 270 bildet. Dadurch kann ein Sichtfenster, wie das in 2A gezeigte Sichtfenster 272 entfallen.
4 zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Draufsicht auf einen Normaleinfall-PSD-Sensor 400 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, ähnlich dem in 2A gezeigten Ausführungsbeispiel. Allerdings beinhaltet der in 4 gezeigte Normaleinfall-PSD-Sensor 400 einen Pellicle-Strahlteiler 450.
Pellicle-Strahlteiler oder Pellicle-Spiegel sind sehr dünne halbdurchlässige Membranen, die typischerweise aus leichtgewichtigem Polymer hergestellt werden. Solche Strahlteiler werden auch Plattenstrahlteiler genannt. Diese Membranen können über einen flachen Aluminiumrahmen gespannt und gebondet werden. Aufgrund der Dünnheit der Membran werden Bilder von Sekundärreflexionen eliminiert und der Lichtstrahl wird in zwei getrennte Strahlen aufgeteilt, die beide eine reduzierte Lichtintensität aufweisen.
Im Gegensatz zu dem in 3A gezeigten Strahlteilerwürfel kann der Pellicle-Strahlteiler 450 das Gehäuse 270 nicht abdichten. Daher beinhaltet der Normaleinfall-PSD-Sensor 400 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, der in 4 gezeigt ist, das Sichtfenster 272.
5 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines Lichtstrahlwegs 505 in einem System 500 zum Prüfen einer Oberfläche einer Probe mit einem Normaleinfall-PSD-Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, Wie in 5 gezeigt ist, wird ein Lichtmuster von der Beleuchtungsquelle 220 emittiert. Das Lichtmuster kann ein sinusförmiges Lichtintensitätsmuster sein, wie in 5 veranschaulicht ist. Es ist jedoch auch jegliches andere Lichtmuster möglich, solange es ermöglicht, Phasenverschiebungen und Änderungen der Lichtintensitäten des von der Oberfläche 210 der zu prüfenden Probe reflektierten Musters zu bestimmen.
Der Strahlteiler 250 in dem System 500 zur optischen Oberflächenprüfung ist ein 50/50 Strahlteilerwürfel. Wie in 5 gezeigt ist, wird ein Teil des von der Beleuchtungsquelle 220 emittierten Lichts an der Schicht zwischen den beiden rechtwinkligen Prismen reflektiert und auf die Oberfläche 210 der Probe gerichtet. Die andere Hälfte des von der Beleuchtungsquelle 220 emittierten Lichts wird durch den Strahlteilerwürfel 250 als Ergebnis einer frustrierten Totalreflexion zum optischen Absorber 240 durchgelassen.
Das von der Oberfläche 210 der Probe reflektierte Lichtmuster geht gänzlich durch den Strahlteiler 250 und die Abbildungsoptik 260 zum Bildgebungssensor 230 hindurch.
6 zeigt eine schematische Veranschaulichung eines Systems 600 zum Prüfen einer Oberfläche 610 einer Probe mit einem Normaleinfall-PSD-Sensor 620. Das System 600 beinhaltet einen Beleuchtungssteuerungstreiber 630 in Kommunikation mit der Beleuchtungsquelle des Normaleinfall-PSD-Sensors 620. Das System beinhaltet ferner eine Datenverarbeitungseinrichtung 640 in Kommunikation mit dem Bildgebungssensor des PSD-Sensors 620 mit normalem Einfall. Wie in 6 gezeigt ist, gibt die Datenverarbeitungseinrichtung 640 numerische Daten 650 aus, die den Glanzgrad und die Form der Oberfläche 610 der Probe charakterisieren.
Der Normaleinfall-PSD-Sensor 620 des Systems 600 zum Prüfen der Oberfläche 610 der Probe ist an einer Roboterbewegungsvorrichtung 660 montiert. Anstelle einer Roboterbewegungsvorrichtung 660 kann der Normaleinfall-PSD-Sensor 620 auch auf einem Mehrachsentisch montiert sein.
Wie in 6 gezeigt ist, ist die Oberfläche 610 der Probe möglicherweise nicht ganz eben. Auf Grundlage des reflektierten Lichtmusters kann die Datenverarbeitungseinrichtung 640 die Position des Normaleinfall-PSD-Sensors 620 relativ zu der Oberfläche 610 detektieren. Die Datenverarbeitungseinrichtung 640 kann die Positionsdaten über die in 7 gezeigte Netzwerkschnittstelle 740 und das Netzwerk 770 an die Roboterbewegungsvorrichtung 660 senden, um die Position des Normaleinfall-PSD-Sensors 620 einzustellen und den Normaleinfall-PSD-Sensor 620 relativ zu dem Teil der Oberfläche 610 der geprüften Probe in einer Normaleinfallsstellung zu halten.
Nach Abschluss der Bestimmung der Eigenschaften der Oberfläche 610 durch die Datenverarbeitungseinrichtung 640 basierend auf einer Auswertung von mindestens einem Sensorbild gibt die Datenverarbeitungseinrichtung 640 numerische Oberflächencharakterisierungsdaten für Glanzgrad und Form der Oberfläche 610 aus.
7 zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Datenverarbeitungseinrichtung 700. Die Datenverarbeitungseinrichtung 700 kann durch ein beliebiges herkömmliches oder anderes Computersystem implementiert werden, das optional mit einer Anzeige oder einem Monitor 710, mindestens einem Prozessor 720, mindestens einem Speicher 730 und/oder mindestens einer internen oder externen Netzwerkschnittstelle 740 (z. B. Modem, Netzwerkkarten usw.) und mindestens einer Kommunikationsschnittstelle 750, optional einer Eingabevorrichtung (z. B. einer Tastatur, Maus oder einer anderen Eingabevorrichtung) und einer beliebigen handelsüblichen oder maßgeschneiderten Software ausgestattet ist. Die Anzeige oder der Monitor 710, der mindestens eine Prozessor 720, der mindestens eine Speicher 730, die mindestens eine interne oder externe Netzwerkschnittstelle 740 und die mindestens eine Kommunikationsschnittstelle 750 sind über einen Datenbus 760 miteinander verbunden.
Der Speicher 730 beinhaltet ein Programmlogikmodul 733, das dafür ausgelegt ist, eine Programmlogik zu speichern, und ein Datensektionsmodul 736, das dafür ausgelegt ist, Daten, z. B. Bilddaten und numerische Oberflächencharakterisierungsdaten 650, z. B. für Glanzgrad und Form oder Gestalt der Oberfläche 610 der Probe, zu speichern. Die Kommunikationsschnittstelle 750 ist dafür ausgelegt, mit dem Normaleinfall-PSD-Sensor 620 über eine Kommunikationsverbindungsstrecke zu kommunizieren, um das von dem Normaleinfall-PSD-Sensor aufgenommene Sensorbild zu empfangen. Das Sensorbild wird im Datensektionsmodul 736 im Speicher 730 gespeichert.
Das Programmlogikmodul 733 beinhaltet eine Programmlogik, die Anweisungen enthält, die von dem mindestens einen Prozessor 3720 ausgeführt werden. Der Speicher 730 beinhaltet ein computerlesbares Speicherungsmedium, das nichtflüchtig sein kann, und kann unter anderem eine elektronische Speicherungsvorrichtung, eine magnetische Speicherungsvorrichtung, eine optische Speicherungsvorrichtung, eine elektromagnetische Speicherungsvorrichtung, eine Halbleiterspeicherungsvorrichtung oder eine beliebige Kombination aus den vorhergehenden sein, einschließlich einer Festplatte, eines Direktzugriffsspeichers (RAM), eines Nurlesespeichers (ROM), eines löschbaren programmierbaren Nurlesespeichers (EPROM oder Flash-Speicher), eines statischen Direktzugriffsspeichers (SRAM), eines portablen Compact-Disc-Nurlesespeichers (CD-ROM), einer Digital-Versatile-Disk (DVD) und eines Speicher-Sticks.
Die Programmlogik beinhaltet ferner Anweisungen zum Bestimmen von Eigenschaften der Oberfläche, einschließlich numerischer Oberflächencharakterisierungen von Glanzgrad und Form. Die Eigenschaften werden basierend auf Intensität, Phase und Amplitude (Intensitäts-, Phasen- und Amplitudenkanal) bestimmt. Der Amplitudenkanal trägt Informationen über Änderungen des Glanzes auf der Oberfläche. Die Phase ist direkt mit der Neigung der Oberfläche des Objekts vergleichbar.
Der Prozessor 720 liefert numerische Oberflächencharakterisierungsdaten 650, z. B. für Glanzgrad und Form der Oberfläche, die auf einer Anzeige 710 angezeigt werden können oder die über die Netzwerkschnittstelle 740 und das Netzwerk 770 an ein Hauptproduktionssteuerungssystem (nicht gezeigt) weitergeleitet werden können usw.
8 zeigt eine Veranschaulichung eines Verfahrens 800 zum Prüfen einer Oberfläche 610 einer Probe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren beginnt mit Schritt 810, in dem ein Lichtmuster und mindestens ein Phasenverschiebungs-Lichtmuster erzeugt werden, z. B. durch den Beleuchtungssteuerungstreiber 630, der in 6 gezeigt ist. Das Lichtmuster umfasst erste Bereiche, in denen Licht mit einer ersten Lichtintensität emittiert wird, und zweite Bereiche, in denen Licht mit einer zweiten Lichtintensität emittiert wird. In Schritt 820 wird die Oberfläche 610 der Probe sequentiell mit dem Lichtmuster und dem mindestens einen Phasenverschiebungs-Lichtmuster beleuchtet, das von der Beleuchtungsquelle 220 emittiert wird. In Schritt 830 werden das Lichtmuster und das mindestens eine Phasenverschiebungs-Lichtmuster, die von der Oberfläche der Probe reflektiert werden, durch den Bildgebungssensor 230 aufgenommen. Sobald das Lichtmuster und das mindestens eine Phasenverschiebungs-Lichtmuster, das von der Oberfläche der Probe reflektiert wird, aufgenommen wurden, geht das Verfahren 800 zu Schritt 840 weiter, in dem Eigenschaften der Oberfläche 610 der Probe durch die Datenverarbeitungseinrichtung 700 bestimmt werden.
9 ist eine detaillierte Veranschaulichung eines Verfahrens 900 zum Prüfen einer Oberfläche 610 einer Probe in einer Prüfzelle. Das Verfahren 900 beginnt mit Schritt 905, in dem die Oberfläche 610 der zu prüfenden Probe in eine Prüfzelle eintritt. In Schritt 910 bewegt sich der Normaleinfall-PSD-Sensor 620, sobald sich die Probe in der Prüfzelle befindet, zu einer Bilderfassungsposition. Es ist auch möglich, dass sich sowohl der Normaleinfall-PSD-Sensor 620 als auch die Oberfläche 610 der zu prüfenden Probe relativ zueinander bewegen oder dass sich nur die Oberfläche der Probe in die Bilderfassungsposition bewegt und der Normaleinfall-PSD-Sensor 620 an einer stationären Position fest installiert ist. In Schritt 915 wird an der Bilderfassungsposition die Fokalachse des Bildgebungssensors 230 des Normaleinfall-PSD-Sensors 620 so ausgerichtet, dass sie mit dem Normalenvektor der Oberfläche 610 der zu prüfenden Probe zusammenfällt. In Schritt 920 zeigt die Beleuchtungsquelle 220 des Normaleinfall-PSD-Sensors 620 ein Lichtmuster an und hält es, und in Schritt 925 nimmt der Bildgebungssensor 230 des Normaleinfall-PSD-Sensors 620 mindestens ein Sensorbild des von der Oberfläche 610 der Probe reflektierten Lichtmusters auf und zeichnet es auf.
Das Verfahren 900 geht dann zu Schritt 930, in dem die Datenverarbeitungseinrichtung 640 bestimmt, ob alle Sensorbilder für die jeweilige Erfassung an der jeweiligen Erfassungsposition aufgenommen wurden. Beim Bestimmen, dass nicht alle Sensorbilder für die jeweilige Erfassung an der jeweiligen Erfassungsposition aufgenommen wurden, geht das Verfahren 900 zu Schritt 935 über, bei dem das nächste Bild in dem Phasenverschiebungs-Erfassungssatz angewendet wird, und das Verfahren 900 kehrt zu Schritt 920 zurück. Beim Bestimmen, in Schritt 930, dass alle Sensorbilder für die jeweilige Erfassung an der jeweiligen Erfassungsposition aufgenommen wurden, geht das Verfahren zu Schritt 940 über, in dem bestimmt wird, ob alle Erfassungen der Oberfläche 610 der zu prüfenden Probe abgeschlossen sind.
Wenn in Schritt 940 bestimmt wird, dass alle Erfassungen der Oberfläche 610 der zu prüfenden Probe abgeschlossen sind, geht das Verfahren 900 zu Schritt 950 über, in dem die vollständig untersuchte Oberfläche 610 aus der Prüfzelle entfernt wird.
Wenn in Schritt 940 bestimmt wird, dass nicht alle Erfassungen der Oberfläche 610 der zu prüfenden Probe abgeschlossen sind, geht das Verfahren 900 zu Schritt 945 über, in dem der Phasenverschiebungs-Erfassungssatz für die nächste Erfassung konfiguriert wird. Im Anschluss an Schritt 945 kehrt das Verfahren 900 zu Schritt 910 zurück.
Zusammenfassend ermöglicht die neue Normaleinfall-PSD-Sensor-Technik eine Abbildung bei normalem Einfall, was ein Schlüsselfaktor bei der Abbildung feiner Defekte auf optischen Oberflächen ist. Diese Technik ermöglicht Auflösungen mit einem PSD-Sensor unterhalb der von Makrofotografie und bringt die PSD-Technologie in den Bereich der Softmikroskopie. Die Abbildung bei normalem Einfall mildert die Haupteinschränkung der PSD, d. h. die Defokussierung über das Sichtfeld des Sensors hinweg. Die Normaleinfall-PSD-Sensoren 200, 300 und 400 haben ihre Anwendbarkeit bei der Prüfung von ultrahochpolierten optischen Oberflächen mit einer außergewöhnlichen Geschwindigkeit der Datenerfassung und ohne mechanische Scananforderungen bewiesen.
Der Ausdruck „umfassend“ (und seine grammatikalischen Variationen), wie hier verwendet, wird mit der einschließenden Bedeutung von „aufweisend“ oder „beinhaltend“ verwendet und nicht mit dem ausschließenden Sinn von „nur bestehend aus“. Die Ausdrücke „ein/eine“ und „der/die/das“, wie hier verwendet, verstehen sich als sowohl den Plural als auch den Singular einschließend.
Es versteht sich, dass die vorausgehende Beschreibung jene der Ausführungsbeispiele der Erfindung ist und dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und dem Schutzumfang der Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen definiert, abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 16396490 [0001]

Claims

Normaleinfall-Phasenverschiebungs-Deflektometrie-(PSD)-Sensor zum optischen Prüfen einer Oberfläche einer Probe, wobei der Sensor Folgendes umfasst: eine Beleuchtungsquelle, die ausgelegt ist zum Beleuchten der Probe mit einem Lichtmuster, wobei das Lichtmuster erste Bereiche beinhaltet, in denen Licht mit einer ersten Lichtintensität emittiert wird, und zweite Bereiche, in denen das Licht mit einer zweiten Lichtintensität emittiert wird, wobei die erste Lichtintensität höher als die zweite Lichtintensität ist, wobei die Beleuchtungsquelle relativ zur Oberfläche der Probe angeordnet ist, um der Beleuchtungsquelle zu erlauben, das Licht senkrecht zur Oberfläche der Probe zu emittieren, einen Bildgebungssensor, der dazu ausgelegt ist, das von der Oberfläche der Probe reflektierte Lichtmuster in einem Sensorbild aufzunehmen; einen optischen Absorber, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Teil des von der Beleuchtungsquelle emittierten Lichts zu absorbieren; einen Strahlteiler, angeordnet zwischen der Beleuchtungsquelle und dem optischen Absorber und ausgelegt zum Richten (a) des ersten Teils des Lichts von der Beleuchtungsquelle zum optischen Absorber, (b) eines zweiten Teils des Lichts von der Beleuchtungsquelle zur Oberfläche der Probe und (c) des von der Oberfläche der Probe reflektierten Lichtmusters zum Bildgebungssensor; und eine Abbildungsoptik, die zwischen dem Bildgebungssensor und dem Strahlteiler angeordnet ist.
Normaleinfall-PSD-Sensor nach Anspruch 1, wobei der Strahlteiler ein Strahlteilerwürfel ist.
Normaleinfall-PSD-Sensor nach Anspruch 2, ferner umfassend: ein Gehäuse, das die Beleuchtungsquelle, den Bildgebungssensor, den optischen Absorber und einen Teil des Strahlteilers umschließt; und ein Montagesystem, angeordnet am Gehäuse, wobei der Strahlteiler eine Vorderseite beinhaltet, die auf die Oberfläche der Probe gerichtet ist und einen Teil des Gehäuses bildet.
Normaleinfall-PSD-Sensor nach Anspruch 1, wobei der Strahlteiler ein Pellicle-Strahlteiler ist.
Normaleinfall-PSD-Sensor nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Gehäuse, das ein Sichtfenster aufweist, das der Oberfläche der Probe zugewandt ist, wobei das Gehäuse die Beleuchtungsquelle, den Bildgebungssensor, den optischen Absorber und den Strahlteiler umschließt; und ein Montagesystem, angeordnet am Gehäuse.
Normaleinfall-PSD-Sensor nach Anspruch 1, wobei: die Beleuchtungsquelle eine Flüssigkristallanzeige, LCD, ist, die nicht-kohärentes Licht aussendet, der Bildgebungssensor eine Kamera mit einer Auflösung von 26 Megapixeln ist, der optische Absorber ein Antireflex-Neutraldichtefilter ist, die Oberfläche der Probe eine ebene Oberfläche ist und die Abbildungsoptik ein Vergrößerungsobjektiv mit einer Fokalebene auf der ebenen Oberfläche der Probe ist.
Normaleinfall-PSD-Sensor nach Anspruch 1, wobei das Lichtmuster ein sinusförmiges Lichtintensitätsmuster ist.
Normaleinfall-PSD-Sensor nach Anspruch 1, wobei die Beleuchtungsquelle ein Leuchtdioden-(LED)-Array ist.
System zum optischen Prüfen einer Oberfläche einer Probe mit einem Normaleinfall-PSD-Sensor, wobei das System Folgendes umfasst: einen Normaleinfall-PSD-Sensor, der Folgendes beinhaltet: eine Beleuchtungsquelle, die ausgelegt ist zum Beleuchten der Probe mit einem Lichtmuster, wobei das Lichtmuster erste Bereiche beinhaltet, in denen Licht mit einer ersten Lichtintensität emittiert wird, und zweite Bereiche, in denen das Licht mit einer zweiten Lichtintensität emittiert wird, wobei die erste Lichtintensität höher als die zweite Lichtintensität ist, und wobei die Beleuchtungsquelle relativ zur Oberfläche der Probe angeordnet ist, um der Beleuchtungsquelle zu erlauben, das Licht senkrecht zur Oberfläche der Probe zu emittieren, einen Bildgebungssensor, der dazu ausgelegt ist, das von der Oberfläche der Probe reflektierte Lichtmuster in mindestens einem Sensorbild aufzunehmen; einen optischen Absorber, der dazu ausgelegt ist, einen ersten Teil des von der Beleuchtungsquelle emittierten Lichts zu absorbieren; einen Strahlteiler, der in einem vordefinierten Abstand von der Oberfläche der Probe angeordnet ist, wobei die Beleuchtungsquelle auf einer ersten Seite des Strahlteilers angeordnet ist, der optische Absorber auf einer der ersten Seite entgegengesetzten zweiten Seite des Strahlteilers angeordnet ist, und der Strahlteiler ausgelegt ist zum Richten (a) des ersten Teils des Lichts von der Beleuchtungsquelle zum optischen Absorber, (b) eines zweiten Teils des Lichts von der Beleuchtungsquelle zur Oberfläche der Probe und (c) des von der Oberfläche der Probe reflektierten Lichtmusters zum Bildgebungssensor; und eine Abbildungsoptik, die zwischen dem Bildgebungssensor und dem Strahlteiler angeordnet ist; und eine Datenverarbeitungseinrichtung in Kommunikation mit dem Normaleinfall-PSD-Sensor über eine Kommunikationsschnittstelle.
System nach Anspruch 9, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung ausgelegt ist zum: Erzeugen des Lichtmusters und mindestens eines phasenverschobenen Lichtmusters, wobei das mindestens eine phasenverschobene Lichtmuster die ersten Bereiche, in denen Licht mit der ersten Lichtintensität emittiert wird, und die zweiten Bereiche, in denen das Licht mit der zweiten Lichtintensität emittiert wird, beinhaltet und wobei entsprechende erste und zweite Bereiche im Lichtmuster und das mindestens eine phasenverschobene Lichtmuster relativ zueinander phasenverschoben sind, und Bestimmen von Eigenschaften der Oberfläche der Probe basierend auf einer Auswertung des mindestens einen Sensorbildes.
System nach Anspruch 9, wobei der Strahlteiler ein Strahlteilerwürfel ist.
System nach Anspruch 11, wobei: der Normaleinfall-PSD-Sensor ferner ein Gehäuse und ein Montagesystem beinhaltet, das Gehäuse die Beleuchtungsquelle, den Bildgebungssensor, den optischen Absorber und einen Teil des Strahlteilers umschließt, das Montagesystem am Gehäuse angeordnet ist, und der Strahlteiler eine Vorderseite beinhaltet, die auf die Oberfläche der Probe gerichtet ist und einen Teil des Gehäuses bildet.
System nach Anspruch 9, wobei der Strahlteiler ein Pellicle-Strahlteiler ist.
System nach Anspruch 13, wobei der Normaleinfall-PSD-Sensor ferner ein Gehäuse, das ein Sichtfenster aufweist, das der Oberfläche der Probe zugewandt ist, beinhaltet, wobei das Gehäuse die Beleuchtungsquelle, den Bildgebungssensor, den optischen Absorber und den Strahlteiler umschließt, und wobei ein Montagesystem am Gehäuse angeordnet ist.
System nach Anspruch 9, wobei: die Beleuchtungsquelle eine Flüssigkristallanzeige, LCD, ist, die nicht-kohärentes Licht aussendet, der Bildgebungssensor eine Kamera ist, der optische Absorber ein Antireflex-Neutraldichtefilter ist, die Oberfläche der Probe eine ebene Oberfläche ist und die Abbildungsoptik ein Vergrößerungsobjektiv mit einer Fokalebene auf der ebenen Oberfläche der Probe ist.
System nach Anspruch 9, wobei das Lichtmuster ein sinusförmiges Lichtintensitätsmuster ist.
System nach Anspruch 9, wobei die Beleuchtungsquelle ein Leuchtdioden-(LED)-Array ist.
System nach Anspruch 9, das ferner eine Roboterbewegungsvorrichtung und/oder einen Mehrachsentisch umfasst, und wobei der Normaleinfall-PSD-Sensor an der Roboterbewegungsvorrichtung und/oder dem Mehrachsentisch montiert ist.
Verfahren zum optischen Prüfen einer Oberfläche einer Probe mit einem Normaleinfall-Phasenverschiebungs-Deflektometrie-(PSD)-Sensor, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen eines Lichtmusters und mindestens eines phasenverschobenen Lichtmusters, wobei das Lichtmuster und das mindestens eine phasenverschobene Lichtmuster erste Bereiche, in denen Licht mit einer ersten Lichtintensität emittiert wird, und zweite Bereiche, in denen das Licht mit einer zweiten Lichtintensität emittiert wird, beinhalten, wobei die erste Lichtintensität höher als die zweite Lichtintensität ist und entsprechende erste und zweite Bereiche im Lichtmuster und im mindestens einen phasenverschobenen Lichtmuster relativ zueinander phasenverschoben sind; nachfolgend Beleuchten der Oberfläche der Probe mit dem Lichtmuster und dem mindestens einen phasenverschobenen Lichtmuster; Aufnehmen des Lichtmusters und des mindestens einen phasenverschobenen Lichtmusters, die von der Oberfläche der Probe reflektiert wurden, mit einem Bildgebungssensor in mindestens einem Sensorbild an einer Scanposition; und Bestimmen von Eigenschaften der Oberfläche basierend auf einer Auswertung des mindestens einen Sensorbilds.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Bildgebungssensor eine Fokalachse definiert und die Oberfläche der Probe einen Normalenvektor definiert, und wobei das Verfahren ferner umfasst: Definieren einer Prüfzelle; Bewegen der Probe in die Prüfzelle; Bewegen mindestens eines von (a) dem Normaleinfall-PSD-Sensor in der Prüfzelle relativ zur Probe oder (b) der Probe in der Prüfzelle relativ zum Normaleinfall-PSD-Sensor zu mindestens einer Scanposition, an der die Fokalachse des Bildgebungssensors so ausgerichtet ist, dass sie mit dem Normalenvektor der Oberfläche der Probe zusammenfällt; und Aufnehmen des Lichtmusters und des mindestens einen phasenverschobenen Lichtmusters, die von der Oberfläche der Probe reflektiert wurden, durch den Bildgebungssensor in dem mindestens einen Sensorbild an der mindestens einen Scanposition.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Lichtmuster und das mindestens eine phasenverschobene Lichtmuster sinusförmige Lichtintensitätsmuster sind.