TW202311706A - 用於驗證內部小平面之間的平行度的方法和系統 - Google Patents

用於驗證內部小平面之間的平行度的方法和系統 Download PDF

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埃拉德 沙爾林
埃坦 羅寧
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以色列商魯姆斯有限公司
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Abstract

本文公開了一種方法，該方法包括：(i)提供包括標稱平行的內部小平面的透光樣品，這些內部小平面與樣品的外部表面大約正交；(ii)提供光學元件，該光學元件具有大約等於樣品的折射率的折射率並包括外部第一表面和相對於該第一表面成銳角地傾斜的外部第二表面；(iii)將光學元件的第二表面定位成與樣品的第一表面相鄰；(iv)使光束與光學元件的第一表面大約垂直地照射在光學元件的第一表面上；(v)感測光束，該光束在照射光束穿過光學元件、透射到樣品中、從內部小平面反射一次之後從樣品出射，並且從樣品出射；以及(vi)基於感測的資料，計算內部小平面之間的平行度偏差。

Description

用於驗證內部小平面之間的平行度的方法和系統
本發明內容一般涉及用於對包括內部小平面的樣品進行度量的方法和系統。
一些光波導包括標稱地平行的反射性內部小平面。為了高精度地驗證這樣的內部小平面的平行度，當前現有技術需要高端光學部件。因此，本領域中存在對簡單且可容易實現的度量技術的未滿足的需要，該技術避免使用高端光學部件，從而解決了大規模生產需求。
根據本發明內容的一些實施方式，本發明內容的各方面涉及用於對包括內部小平面的樣品進行度量的方法和系統。更具體地，但非排他性地，根據本發明內容的一些實施方式，本發明內容的各方面涉及用於對包括多個標稱平行內部小平面的樣品進行度量的基於光學的方法和系統。更具體地，根據本發明內容的一些實施方式，本發明內容的各方面涉及用於對包括多個標稱平行的內部小平面的反射波導進行度量的基於光學的方法和系統，這些內部小平面與波導的主表面標稱地正交。
在諸如頭戴式顯示器、平視顯示器、智慧型電話、緊湊型顯示器、3D顯示器(立體顯示器)的各種顯示器以及緊湊型擴 束器中採用反射波導。反射波導包括跨波導的輸出部分的多個標稱平行的內部小平面。從波導的耦入部分沿輸出部分的方向傳播(通過全內反射)的光通過在每個內部小平面處的部分反射和透射逐漸耦出波導。內部小平面(特別是相鄰的內部小平面)之間的高平行度有助於確保在顯示器上形成銳利且清晰的圖像(其不會重影或模糊)。
用於在將反射波導切割成單獨的單元之前監測板的堆疊中的內部小平面的平行度的多種方法在本領域中是已知的。然而，從這些生產的早期階段直到成品(即，直到反射波導的生產完成)，內部小平面的平行度很可能會發生變化。
在本領域中存在對驗證(完成的)反射波導中以及在其生產的後期階段中的內部小平面的平行度的改進方法的未滿足的需求。有利地，本發明公開了用於驗證反射波導的內部小平面之間的平行度的快速、簡單且精確的方法。本發明還公開了能夠實現所公開的方法的系統，其有利地避免了使用高端和/或複雜的部件。
因此，根據一些實施方式的一方面，提供了一種用於驗證樣品的內部小平面之間的平行度的基於光學的方法。該方法包括以下階段：
-提供樣品，該樣品包括具有折射率n s的透光基板以及兩個或更多個內部小平面。內部小平面嵌入在基板中並標稱地平行，並且與樣品的外部且平坦的第一表面大約正交。
-提供具有大約等於n s的折射率的第一光學元件(First Optical Element，FOE)。FOE包括外部且平坦的第一表面以及外部且平坦的第二表面。FOE的第二表面與FOE的第一表面相對並相對於該第一表面以銳角第一傾角傾斜。
-將樣品和FOE定位成使得FOE的第二表面與樣品的第一表面相鄰。
-將第一多個光束與該第一表面大約垂直地(即，大約正交地)投射在FOE的第一表面上。
-獲得第二多個光束，該第二多個光束在第一多個光束中的每個光束穿過(即通過)FOE，透射到樣品中並且從內部小平面反射一次之後從樣品出射。
-感測(即，測量)第二多個光束。
-基於感測的資料(在感測第二多個光束中獲得的)，計算至少一些內部小平面之間的至少一個平行度偏差。
根據該方法的一些實施方式，FOE具有等於n s的折射率。
根據該方法的一些實施方式，第一多個光束垂直地投射到FOE的第一表面。
根據該方法的一些實施方式，計算平行度偏差的階段包括：計算第二多個光束中的光束之間的角度偏差(即，這樣的光束之間所包的角度)。
根據該方法的一些實施方式，第一多個光束中的光束構成被準直的擴展光束的互補部分。
根據該方法的一些實施方式，擴展光束是單色的。
根據該方法的一些實施方式，擴展光束是經擴展的雷射光束。
根據該方法的一些實施方式，FOE是棱鏡。根據一些這樣的實施方式，FOE是三棱柱。
根據該方法的一些實施方式，樣品的形狀被設置為薄板或長形盒子。
根據該方法的一些實施方式，樣品是一維反射波導或二維反射波導。
根據該方法的一些實施方式，在感測第二多個光束的 階段，使用圖像感測器來感測第二多個光束中的光束。由此獲得的感測資料包括構成圖像感測器上的光斑的圖元的測量強度。每個光斑由第二多個光束中的相應光束引起。
根據該方法的一些實施方式，感測第二多個光束的階段包括通過目鏡觀察第二多個光束中的光束。第二多個光束中的光束表現為相對於目鏡的刻度標線上的光斑。
根據該方法的一些實施方式，計算平行度偏差的階段 包括：計算εavg和/或εmax。εavg等於
Figure 111128035-A0202-12-0004-88
。εmax等於
Figure 111128035-A0202-12-0004-67
或
Figure 111128035-A0202-12-0004-4
Figure 111128035-A0202-12-0004-7
。
Figure 111128035-A0202-12-0004-6
是指定第i光 斑和第j光斑(由第二多個光束中的光束形成)在圖像感測器上或相對於目鏡的刻度標線的位置的一組二維向量。N是內部小平面的數量。M是不同的內部小平面對的數量(即，M=N．(N-1)/2)。f是被配置成將返回光束聚焦在圖像感測器或目鏡上的聚焦透鏡或聚焦透鏡組件的焦距。
根據該方法的一些實施方式，第一多個光束中的每個光束繼續被從樣品中的相應內部小平面反射。
根據該方法的一些實施方式，第一多個光束中的光束被連續投射，使得一次一個地檢查內部小平面。
根據該方法的一些實施方式，使用可平移的開縫或開孔的光學掩模和/或多個快門來實現連續投射。
根據該方法的一些實施方式，在計算平行度偏差時，計算兩個或更多個內部小平面中的成對內部小平面之間的平行度偏差。
根據該方法的一些實施方式，成對的內部小平面包括成對的相鄰內部小平面。
根據該方法的一些實施方式，計算成對內部小平面之間的平行度偏差包括：計算成對內部小平面中的每對內部小平面中的內部小平面之間的(兩)組偏差即俯仰偏差{ε ij,p} i,j 和/或滾轉偏差{ε ij,r} i,j 。索引i和j涉及(成對的內部小平面中的)不同的內部小平面對。ε ij,p和ε ij,r分別是內部小平面中的第i內部小平面與第j內部小平面之間的俯仰偏差和滾轉偏差。根據一些這樣的實施方式，分別經由ε ij,p=δ ij,p/(2n s)=(x i -x j )/(2n s．f)和ε ij,r=δ ij,r/(2n s)=(y i -y j )/(2n s．f)來計算ε ij,p和ε ij,r。δ ij,p是因第i內部小平面的反射引起的第二多個光束中的第i光束與因第j內部小平面的反射引起的第二多個光束中的第j光束之間的俯仰偏差。δ ij,r是第二多個光束中的第i光束與第二 多個光束中的第j光束之間的滾轉偏差。
Figure 111128035-A0202-12-0005-8
是指定光斑 在圖像感測器上或者相對於目鏡的刻度標線的位置的一組二維向量。索引k標記光束。N是內部小平面的數量。f是被配置成將第二多個光束中的光束聚焦在圖像感測器上或目鏡上的聚焦透鏡或聚焦透鏡組件的焦距。
根據該方法的一些實施方式，在定位樣品和FOE的階段，樣品和FOE被定位成使得FOE的第二表面平行於樣品的第一表面。
根據該方法的一些實施方式，樣品和FOE被定位成使得樣品的第一表面上的第一區域與FOE的第二表面完全接觸。第一區域由樣品的包括內部小平面的部分限定。
根據該方法的一些實施方式，在計算平行度偏差的階段，計算兩個或更多個內部小平面中的成對相鄰內部小平面之間的平行度偏差。
根據該方法的一些實施方式，在計算平行度偏差的階段中，計算兩個或更多個內部小平面中的內部小平面相對於兩個或更多個內部小平面中的參考內部小平面(例如，最側面內部小平面) 的平行度偏差。
根據該方法的一些實施方式，FOE的第一表面用抗反射塗層塗覆。
根據該方法的一些實施方式，該方法還包括在FOE與樣品之間施加形狀可塑介面。形狀可塑介面具有與基板大致相同的折射率。根據一些這樣的實施方式，形狀可塑介面可以是液體、凝膠或糊劑。
根據該方法的一些實施方式，使用自準直儀來生成第一多個光束並將第二多個光束中的光束聚焦到光感測部件上，該光感測部件用於感測第二多個光束。
根據該方法的一些實施方式，第二多個光束包括經由樣品的第一表面並且經由FOE從樣品返回的光束。
根據該方法的一些實施方式，樣品包括外部且平坦的第二表面，該第二表面與樣品的第一表面相對。在經由樣品的第一表面從樣品出射之前，返回光束反射離開樣品的第二表面。
根據該方法的一些實施方式，樣品的內部小平面與樣品的第一表面正交。樣品的第二表面平行於樣品的第一表面。
根據該方法的一些實施方式，樣品的相鄰內部小平面以規則間隔間隔開。第一傾角等於約(90°-arctan(2d 1/d 2))，即，傾角σ等於90度減去arctan(2d 1/d 2)。d 1是樣品的第一表面與樣品的第二表面之間的距離。d 2是樣品的相鄰內部小平面之間的距離。
根據該方法的一些實施方式，第一傾角使得第二多個光束的功率與第一多個光束的功率的比率大約為最大。
根據該方法的一些實施方式，樣品包括外部且平坦的第二表面，該第二表面與樣品的第一表面相對。第二多個光束包括經由樣品的第二表面從樣品出射的光束。
根據該方法的一些實施方式，該方法還包括在投射第 一多個光束的階段之前，提供第二光學元件(Second Optical Element，SOE)。SOE具有大約等於n s的折射率。SOE包括外部且平坦的第一表面以及外部且平坦的第二表面。SOE的第二表面與SOE的第一表面相對，並相對於SOE的第一表面以銳角第二傾角傾斜。定位樣品和FOE的階段還包括：將SOE和/或樣品定位成使得SOE的第二表面與樣品的第二表面相鄰。第二多個光束包括以下光束：這樣的光束在經由樣品的第二表面從樣品出射並透射到SOE中之後，經由SOE的第一表面從SOE出射。根據一些這樣的實施方式，SOE具有等於n s的折射率。
根據該方法的一些實施方式，在定位樣品和FOE的階段，樣品、FOE和SOE被定位成使得FOE的第二表面平行於樣品的第一表面並且SOE的第二表面平行於樣品的第二表面。
根據該方法的一些實施方式，第二傾角大約等於第一傾角，使得第二多個光束中的每個光束與SOE的第一表面大約垂直地從SOE出射。根據一些這樣的實施方式，第二傾角等於第一傾角。
根據其中樣品的內部小平面與樣品的第一表面正交並且樣品的第二表面平行於樣品的第一表面的該方法的一些實施方式，樣品的相鄰內部小平面以規則間隔間隔開。第一傾角和第二傾角中的每一個等於約(90°-arctan(d 1/d 2))，即，傾角σ等於90度減去arctan(d 1/d 2)。d 1是樣品的第一表面與樣品的第二表面之間的距離。d 2是樣品的相鄰內部小平面之間的距離。
根據該方法的一些實施方式，第一傾角和第二傾角使得第二多個光束的功率與第一多個光束的功率的比率大約為最大。
根據該方法的一些實施方式，SOE是棱鏡。根據一些這樣的實施方式，SOE是三棱柱。
根據該方法的一些實施方式，樣品、FOE和SOE被定位成使得樣品的第一表面上的第一區域與FOE的第二表面完全接觸 並且樣品的第二區域與SOE的第二表面完全接觸。第一區域和第二區域由樣品的包括內部小平面的部分限定。第二區域與第一區域相對。
根據該方法的一些實施方式，SOE的第一表面用抗反射塗層塗覆。
根據該方法的一些實施方式，該方法還包括在FOE與樣品之間以及在SOE與樣品之間施加形狀可塑介面。形狀可塑介面具有與基板大致相同的折射率。根據一些這樣的實施方式，形狀可塑介面可以是液體、凝膠或糊劑。
根據一些實施方式的一方面，提供了一種用於對樣品進行度量的基於光學的系統，該樣品具有折射率為n s的基板以及兩個或更多個內部小平面，兩個或更多個內部小平面嵌入在基板中、標稱地平行並且相對於樣品的外部且平坦的第一表面大約正交。該系統包括第一光學元件(FOE)和光學裝置，該光學裝置包括光源、光學設備和光感測部件。FOE具有大約等於n s的折射率並且包括外部且平坦的第一表面和外部且平坦的第二表面。FOE的第二表面與FOE的第一表面相對並且相對於FOE的第一表面以銳角第一傾角傾斜。光學裝置被配置成使得能夠將樣品和/或FOE定位成使得(i)FOE的第二表面與樣品的第一表面相鄰，並且(ii)當被如此定位時(即，當FOE的第二表面與樣品的第一表面相鄰時)，可由光源生成的第一多個光束將與FOE的第一表面大約垂直地照射在FOE的第一表面上。FOE還被配置成將在第一多個光束中的光束穿過FOE、透射到樣品中並且從內部小平面反射一次之後從樣品出射的第二多個光束聚焦在光感測部件上，從而使得能夠測量第二多個光束中的光束之間的角度偏差。第二多個光束中的光束之間的角度偏差指示內部小平面之間的平行度偏差。
根據系統的一些實施方式，FOE具有等於n s的折射率。
根據該系統的一些實施方式，光學設置被配置成使得能夠將FOE的第二表面定位成與樣品的第一表面相鄰，使得可由光源生成的第一多個光束將與FOE的第一表面垂直地照射在FOE的第一表面上。
根據該系統的一些實施方式，光學設備包括準直透鏡或準直透鏡組件，準直透鏡或準直透鏡元件被配置成對由光源生成的光束進行準直，從而製備第一多個光束。
根據該系統的一些實施方式，光源是單色光源。
根據該系統的一些實施方式，光源是鐳射光源。
根據該系統的一些實施方式，光學設備包括聚焦透鏡或聚焦透鏡組件，聚焦透鏡或聚焦透鏡元件被配置成將第二多個光束中的光束聚焦在光感測部件上。
根據該系統的一些實施方式，光感測部件包括圖像感測器，該圖像感測器被配置成感測第二多個光束。
根據該系統的一些實施方式，光感測部件是或包括攝像裝置。
根據該系統的一些實施方式，光感測部件包括目鏡元件。
根據系統的一些實施方式，光學裝置被配置成使得能夠將樣品和/或FOE定位成使得FOE的第二表面平行於樣品的第一表面。
根據該系統的一些實施方式，光學設置被配置成使得能夠將樣品和FOE定位成使得樣品的第一表面上的第一區域與FOE的第二表面完全接觸。第一區域由樣品的包括內部小平面的部分限定。
根據該系統的一些實施方式，樣品的形狀被設置為薄板或長形盒子。
根據該系統的一些實施方式，樣品是一維反射波導或二維反射波導。
根據系統的一些實施方式，FOE是棱鏡。根據一些這樣的實施方式，FOE是三棱柱。
根據該系統的一些實施方式，光學裝置還包括可平移的開縫或開孔的光學掩模和/或多個快門，該光學掩模和/或多個快門被配置成使得能夠一次一個地檢查內部小平面。
根據該系統的一些實施方式，感測的資料包括構成圖像感測器上的光斑的圖元的測量強度。每個光斑由第二多個光束中的相應光束引起。
根據該系統的一些實施方式，該系統還包括計算模組，該計算模組被配置成基於感測的資料來計算內部小平面之間的平行度偏差。
根據系統的一些實施方式，作為計算平行度偏差的一部分，計算模組被配置成計算第二多個光束中的光束之間的角度偏差(基於感測的資料)。
根據該系統的一些實施方式，計算模組被配置成計算 參量εavg和/或εmax。εavg等於
Figure 111128035-A0202-12-0010-69
。εmax等於
Figure 111128035-A0202-12-0010-70
或
Figure 111128035-A0202-12-0010-11
。
Figure 111128035-A0202-12-0010-12
。
Figure 111128035-A0202-12-0010-13
是指定第i光 斑和第j光斑(由第二多個光束中的光束形成)在圖像感測器上或相對於目鏡的刻度標線的位置的一組二維向量。N是內部小平面的數量。M是不同的內部小平面對的數量(即，M=N．(N-1)/2)。f是被配置成將返回光束聚焦在圖像感測器上的聚焦透鏡或聚焦透鏡 組件的焦距。
根據其中光學設置還包括被配置成使得能夠一次一個地檢查內部小平面的可平移的開縫或開孔的光學掩模和/或多個快門的系統的一些實施方式，計算模組被配置成計算兩個或更多個內部小平面中的成對內部小平面之間的平行度偏差。根據一些這樣的實施方式，成對的內部小平面包括成對的相鄰內部小平面。
根據該系統的一些實施方式，作為計算成對的內部小平面之間的平行度偏差的一部分，計算模組被配置成計算成對內部小平面中的每對內部小平面中的內部小平面之間的成組俯仰偏差{ε ij,p} i,j 和/或滾轉偏差{ε ij,r} i,j 。索引i和j涉及(成對的內部小平面中的)不同的內部小平面對。ε ij,p和ε ij,r分別是內部小平面中的第i內部小平面與第j內部小平面之間的俯仰偏差和滾轉偏差。根據一些這樣的實施方式，分別經由ε ij,p=δ ij,p/(2n s)=(x i -x j )/(2n s．f)和ε ij,r=δ ij,r/(2n s)=(y i -y j )/(2n s.f)來計算ε ij,p和ε ij,r。δ ij,p是由第i內部小平面的反射引起的第二多個光束中的第i光束與由第j內部小平面的反射引起的第二多個光束中的第j光束之間的俯仰偏差。δij,r是第二多個光束中的第i光束與第二多個光束中的第j光束之間的滾轉偏差。
Figure 111128035-A0202-12-0011-14
是指定由第二多個光束中的光束引起的光斑在圖像感 測器上的位置的一組二維向量。索引k標記光束。N是內部小平面的數量。f是被配置成將第二多個光束中的光束聚焦在圖像感測器上的聚焦透鏡或聚焦透鏡組件的焦距。
根據該系統的一些實施方式，其中光學裝置被配置成使得能夠將樣品和/或FOE定位成使得FOE的第二表面平行於樣品的第一表面。
根據該系統的一些實施方式，光學裝置被配置成使得能夠將樣品和/或FOE定位成使得樣品的第一表面上的第一區域與FOE的第二表面完全接觸。第一區域由樣品的包括內部小平面的部 分限定。
根據該系統的一些實施方式，作為計算平行度偏差的一部分，計算模組被配置成計算兩個或更多個內部小平面中的成對相鄰內部小平面之間的平行度偏差。
根據該系統的一些實施方式，作為計算平行度偏差的一部分，計算兩個或更多個內部小平面中的內部小平面相對於兩個或更多個內部小平面中的參考內部小平面的平行度偏差。
根據該系統的一些實施方式，FOE的第一表面用抗反射塗層塗覆。
根據該系統的一些實施方式，光學裝置包括自準直儀，該自準直儀被配置成生成第一多個光束並將第二多個光束中的光束聚焦在光感測部件上。
根據該系統的一些實施方式，第二多個光束包括經由樣品的第一表面並且經由FOE從樣品返回的光束。
根據該系統的一些實施方式，樣品包括與樣品的第一表面相對的外部且平坦的第二表面。在經由樣品的第一表面從樣品出射之前，返回光束反射離開樣品的第二表面。
根據該系統的一些實施方式，樣品的內部小平面與樣品的第一表面正交。樣品的第二表面平行於樣品的第一表面。
根據該系統的一些實施方式，其中樣品的相鄰內部小平面以規則間隔間隔開。第一傾角等於約((90°-arctan(2d 1/d 2))。d 1是樣品的第一表面與樣品的第二表面之間的距離。d 2是樣品的相鄰內部小平面之間的距離。
根據該系統的一些實施方式，第一傾角使得第二多個光束的功率與第一多個光束的功率的比率大約為最大。
根據該系統的一些實施方式，樣品包括與樣品的第一表面相對的外部且平坦的第二表面。第二多個光束包括經由樣品的 第二表面從樣品出射的光束。
根據該系統的一些實施方式，該系統還包括第二光學元件(SOE)。SOE具有大約等於n s的折射率。SOE包括外部且平坦的第一表面以及外部且平坦的第二表面。SOE的第二表面與SOE的第一表面相對，並相對於SOE的第一表面以銳角第二傾角傾斜。光學裝置附加地被配置成使得能夠將樣品和/或SOE定位成使得SOE的第二表面與樣品的第二表面相鄰。根據一些這樣的實施方式，SOE具有等於n s的折射率
根據該系統的一些實施方式，第二多個光束包括以下光束：這樣的光束在經由樣品的第二表面從樣品出射、透射到SOE中之後，經由樣品的第一表面從SOE出射。
根據該系統的一些實施方式，光學裝置還被配置成將樣品和/或SOE定位成使得SOE的第二表面平行於樣品的第二表面。
根據該系統的一些實施方式，光學裝置還被配置成使得能夠將樣品和/或SOE定位成使得樣品的第一表面上的第一區域與FOE的第二表面完全接觸，並且樣品的第二區域與SOE的第二表面完全接觸。第一區域和第二區域由樣品的包括內部小平面的部分限定。第二區域與第一區域相對。
根據該系統的一些實施方式，第二傾角大約等於第一傾角，使得第二多個光束中的每個光束與SOE的第一表面大約垂直地從SOE出射。根據一些這樣的實施方式，第二傾角等於第一傾角。
根據其中樣品的內部小平面與樣品的第一表面正交並且樣品的第二表面平行於樣品的第一表面的該系統的一些實施方式，樣品的相鄰內部小平面以規則間隔間隔開。第一傾角和第二傾角中的每一個都等於約(90°-arctan(d 1/d 2))。d 1是樣品的第一表面與樣品的第二表面之間的距離。d 2是樣品的相鄰內部小平面之間的距離。
根據系統的一些實施方式，SOE是棱鏡。根據一些這 樣的實施方式，SOE是三棱柱。
根據該系統的一些實施方式，SOE的第一表面用抗反射塗層塗覆。
本發明內容的某些實施方式可以包括以上優點中的一些、全部或者不包括以上優點。根據本文所包括的圖式、描述和請求項，一個或更多個其他技術優點對於本領域技術人員而言可以是非常明顯的。此外，雖然上面列舉了具體的優點，但是各種實施方式可以包括所列舉的優點中的全部、一些或者不包括所列舉的優點。
除非另有定義，否則本文所用的所有技術和科學術語具有與本發明內容所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。在衝突的情況下，以包括定義的專利說明書為主。如本文所用，除非上下文另外清楚地指明，否則不定冠詞“一”和“一個”指“至少一個”或“一個或更多個”。
除非另外特別說明，否則如根據本發明內容明顯的，可以理解，根據一些實施方式，諸如“處理”、“計算”、“運算”、“確定”、“估計”、“評估”、“計量”等的術語可以指電腦或計算系統或類似電子計算設備的動作和/或處理，其將表示為計算系統寄存器和/或記憶體內的物理(例如，電子)量的資料進行操縱和/或變換成類似地表示為計算系統記憶體、寄存器或其他這樣的資訊存儲、傳輸或顯示裝置內的物理量的其他資料。
本發明內容的實施方式可以包括用於執行本文的操作的裝置。這些裝置可以為所需目的而專門構造，或者可以包括由存儲在電腦中的電腦程式選擇性地啟動或重新配置的通用用途電腦。這樣的電腦程式可以存儲在電腦可讀存儲介質中，例如但不限於任何類型的盤，包括軟碟、光碟、光碟唯讀記憶體(Compact Disc Read-Only Memory,CD-ROM)、磁光碟、唯讀記憶體(Read-Only Memory，ROM)、隨機存取記憶體(Random Access Memory， RAM)、電可程式設計唯讀記憶體(Electrically Programmable Read-Only Memory，EPROM)、電可擦除可程式設計唯讀記憶體(Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、磁卡或光卡、或者適合於存儲電子指令並且能夠耦接至電腦系統匯流排的任何其他類型的介質。
本文中所提出的處理和顯示不是固有地與任何特定的電腦或其他裝置相關。各種通用系統可以與根據這裡的教導的程式一起使用，或者可以證明構造更專用的裝置來執行期望的方法是方便的。從下面的描述中可以看出各種這些系統的期望結構。另外，本發明內容的實施方式不是參考任何特定程式設計語言來描述的。將理解的是，可以使用各種程式設計語言來實現如本文所述的本發明內容的教導。
本發明內容的各方面可以在諸如程式模組等由電腦執行的電腦可執行指令的一般上下文中描述。通常，程式模組包括常式、程式、物件、部件、資料結構等等，它們執行特定的任務或實現特定的抽象資料類型。所公開的實施方式也可以在分散式運算環境中實踐，其中任務由通過通信網路連結的遠端處理設備執行。在分散式運算環境中，程式模組可以位於包括記憶體存放裝置的本地電腦存儲介質和遠端電腦存儲介質兩者中。
10,60:樣品
100,300,600,700:系統
102,302,502:光學元件
104,304,704:光學裝置
105,115,125a,125b,125c,135a,135b,135c,145,145a,145b,145c,315a,325a,335a,345a,355a,605,625a,625b,625c,705,715c,725c,735c,745c:箭頭
108,308,608,708:控制器
112,312,612,712:照明與採集組件(ICA)
114,314,614,714:保持基礎結構
11a,61a:第一端
11b,61b:第二端
12,62,132,332,632,692:基板
122,622,722:光源
124,624:光感測部件
128,628:光學設備
13:區域
134a,694a,794a:外部第一表面/光學元件第一表面
134b,694b,794b:外部第二表面/光學元件第二表面
138,538:載物台元件
14,64:小平面
146,346,746:計算模組
14a,64a:第一內部小平面
14b,64b:第二內部小平面
14c,64c:第三內部小平面
15:端部
16a,66a,634a,734a:外部第一表面/樣品第一表面
16b,66b,634b,734b:外部第二表面/樣品第二表面
17a:第一平面
17b:第二平面
18,68:樣品部分
201,221,231,401:光斑
201',221',401a:第一光斑
201",221",401b:第二光斑
201''',221''',401c:第三光斑
224,724:圖像感測器
234a,334a,534a:光學元件第一表面
244:光敏表面
305:準直光束
315b,315c,325b,325c,335b,335c,345b,345c,355b,355c,715a,715b,725a,725b,735a,735b,745a,745b:虛線箭頭
334b,534b:光學元件第二表面
352:自準直儀
356,756:光學掩模
358,696,758:狹縫
360,760:馬達
362,762:螺杆
464:數字顯示器
572:俯仰測角儀
574:滾轉測角儀
576:傾斜平臺
578a,698:平臺頂表面
578b:平臺基表面
602,702:第一光學元件(FOE)
638,738:平臺
63a:第一區域
63b:第二區域
682,782:第二光學元件(SOE)
740:準直透鏡
750:聚焦透鏡
800,900,1000:方法
810,820,830,840,850,860,870,910,920,930,940,950,960,970,1010,1020,1030,1040,1050,1060,1070:階段
d,d 1,d 2,s 2:距離
μ1:第一角度
μ2:第二角度
μ3:第三角度
σ:傾角
σ1:第一傾角
σ2:第二傾角
x,y,z:軸
本文參照圖式描述了本發明內容的一些實施方式。該描述與圖式一起使得如何可以實踐一些實施方式對於本領域普通技術人員而言是明顯的。圖式是為了說明性描述的目的，並且不試圖比基本理解本發明內容所必需的更詳細地示出實施方式的結構細節。為了清楚起見，圖中描繪的一些物件沒有按比例繪製。此外，同一圖中的兩個不同物件可以被繪製成不同的比例。特別地，在同一圖中，一 些物件的比例與其他物件相比可能被極大地放大。
在圖式中：
圖1A示意性地描繪了根據一些實施方式的用於對樣品的內部小平面進行度量的基於光學的系統和安裝在該系統上的樣品；
圖1B是根據一些實施方式的圖1A的樣品的一部分的放大的截面圖；
圖1C是根據一些實施方式的圖1A的樣品的一部分的放大透視圖；
圖1D示意性地描繪了根據一些實施方式的在樣品的檢查期間的操作中的圖1A的系統；
圖1E提供了根據一些實施方式的圖1D的一部分的放大圖；
圖2A示意性地描繪了根據一些實施方式的作為樣品的檢查的一部分獲得的圖1A的系統的圖像感測器的光敏表面上的光斑；
圖2B示意性地描繪了根據一些實施方式的作為樣品的檢查的一部分獲得的圖1A的系統的圖像感測器的光敏表面上的光斑；
圖3示意性地描繪了用於對樣品的內部小平面進行度量的基於光學的系統，其對應於圖1A的系統的特定實施方式；
圖4示意性地描繪了根據一些實施方式的作為樣品的檢查的一部分獲得的圖3的系統的圖像感測器的光敏表面上的光斑；
圖5示意性地描繪了用於對樣品的內部小平面進行度量的其上安裝有樣品的基於光學的系統的一些部件，該基於光學的系統對應於圖1A的系統的特定實施方式；以及
圖6A示意性地描繪了根據一些實施方式的用於對樣品的內部小平面進行度量的基於光學的系統和安裝在該系統上的樣品；
圖6B是根據一些實施方式的圖6A的樣品的一部分的放大的截面圖；
圖7示意性地描繪了用於對樣品的內部小平面進行度量的基於 光學的系統，其對應於圖6A的系統的特定實施方式；
圖8呈現了根據一些實施方式的用於對樣品的內部小平面進行度量的基於光學的方法的流程圖；
圖9呈現了用於對樣品的內部小平面進行度量的基於光學的方法的流程圖，該基於光學的方法對應於圖8的方法的特定實施方式；以及
圖10呈現了用於對樣品的內部小平面進行度量的基於光學的方法的流程圖，該基於光學的方法對應於圖8的方法的特定實施方式。
參照所附的說明書和圖式，可以更好地理解本文的教導的原理、用途和實現方式。在細讀了本文呈現的描述和圖式之後，本領域技術人員將能夠在沒有過度努力或實驗的情況下實現本文的教導。在圖式中，相同的圖式標記始終表示相同的部件。
在本發明的說明書和請求項書中，詞語“包括”、“具有”及其形式不限於詞語可以與之相關聯的列表中的成員。
如本文所用，術語“約”可以用於指定參量或參數(例如，元件的長度)的值在給定(所述)值附近(並且包括給定(所述)值)的連續值範圍內。根據一些實施方式，“約”可以將參數的值指定為在給定值的80%與120%之間。例如，表述“元件的長度等於約1m”等同於表述“元件的長度在0.8m與1.2m之間”。根據一些實施方式，“約”可以將參數的值指定為在給定值的90%與110%之間。根據一些實施方式，“約”可以將參數的值指定為在給定值的95%與105%之間。特別地，應當理解，術語“大約等於”和“等於約”也涵蓋完全相等。
如本文所用，根據一些實施方式，術語“基本上”和“約”可以是可互換的。
為了便於描述，在一些圖式中，引入了三維笛卡爾坐 標系。注意，坐標系相對於所描繪物件的取向可以從一個圖到另一個圖而變化。此外，符號☉可以用於表示指向“頁面外”的軸，而符號
Figure 111128035-A0202-12-0018-71
可以用於表示指向“頁面內”的軸。
在圖式中，可選元件和可選階段(在流程圖中)由虛線描繪。
在整個描述中，向量由小寫字母、正字字母以粗體表示(例如，v)。
描述包括呈方程的形式的參數之間的定量關係。因此，為了使描述更清楚，在整個描述中，某些符號專門用於標記特定類型的參數和/或參量。向量“u”(包括上標和/或下標時)表示指定光斑(例如，在圖像感測器上)的座標的二維向量。希臘字母“ε”(包括上標和/或下標時)表示平面之間的角度或角度的量值。更具體地，希臘字母“ε”用於表示樣品的成對內部小平面之間的平行度偏差或平行度偏差的量值。希臘字母“δ”(包括上標和/或下標時)表示兩個向量之間的角度或兩個向量之間的角度的量值。更具體地說，希臘字母“δ”用於表示兩個光束的傳播方向之間的角度偏差。“n s”表示使用所公開的系統和/或方法檢查的樣品的折射率。“f”表示聚焦透鏡或透鏡組件的焦距，該聚焦透鏡或透鏡元件用於將返回光束聚焦在包括在用於檢查樣品的所公開的系統中以及/或者用作用於檢查樣品的所公開的方法的一部分中的光感測部件上。因此，符號u、ε、δ、n s和f(以及表示角度的符號“μ”、“σ”、“Δ”)不應被視為是受它們在文本中首先被引入的特定實施方式的約束。特別地，一個實施方式的上下文中的參數ε、δ、n s和f(以及參數μ、σ和Δ)和u(的分量)的值、值的範圍和/或對值的約束的說明不一定延續到另一實施方式。
在整個說明書中，三維元件的內部平坦表面(例如三維元件的兩個部分之間的平坦邊界或結合到三維元件中的內部平坦材料層)被稱為“內部小平面”。
如本文所用，當物件通過設計和製造旨在表現性質時，物件可以被稱為“標稱地”表現該性質(即，由其表徵)，例如樣品的平坦表面之間的傾斜角度，但實際上，由於製造公差，該性質可能實際上未被完美地表現。
系統
根據一些實施方式的一方面，提供了一種用於度量樣品(例如，一維或二維反射波導)的基於光學的系統，該樣品包括由均勻折射率表徵的基板(構成樣品的主體)以及兩個或更多個內部小平面，兩個或更多個內部小平面嵌入在基板中並且標稱地平行，並且至少與樣品的外部(第一)表面(例如，反射波導的主表面)大約正交。該系統可以用於實現圖8的基於光學的方法(用於驗證樣品的內部小平面之間的平行度)。
該系統包括(至少一個)光學元件(例如，棱鏡)和光學裝置，該光學裝置包括光源、光感測部件和可選的光學設備。光學設備至少包括準直透鏡或準直透鏡元件，其被配置成對由光源生成的光進行準直，從而製備第一多個光束。
光學元件具有大約等於基板的折射率的折射率，並且包括外部且平坦的第一表面以及與該第一表面相對的外部且平坦的第二表面。光學元件的第二表面相對於光學元件的第一表面以銳角的(第一)傾角傾斜。光學裝置被配置成使得能夠將樣品和/或光學元件定位成使得(i)光學元件的第二表面與樣品的第一表面相鄰，以及(ii)當被如此定位時(即，當被定位的光學元件的第二表面與樣品的第一表面相鄰時)，由光源生成的第一多個光束將與光學元件的第一表面大約垂直地照射在光學元件的第一表面上。
光學設備可以包括聚焦透鏡或聚焦透鏡元件，該聚焦透鏡或聚焦透鏡元件被配置成將第二多個光束聚焦在光感測部件上，以允許測量第二多個光束中的光束之間的角度偏差。第二多個光束 包括在第一多個光束中的光束穿過(即，通過)光學元件，透射到樣品中，並且反射離開一次內部小平面之後從樣品出射的光束。基於第二多個光束中的光束之間的(測量的)角度偏差，可以計算內部小平面之間的平行度偏差。
根據一些實施方式，例如以下在圖1A至圖5的描述中描述的實施方式，在反射離開內部小平面之後，反射光束反射離開樣品的第二表面，該第二表面與樣品的第一表面相對。這些雙反射(即，在樣品內反射兩次)的光束從樣品透射出去並經由樣品的第一表面和光學元件的第二表面進入光學元件中，並且經由光學元件的第一表面從光學元件出射(例如，折射出去)(從而獲得第二多個光束)。
根據一些實施方式，例如以下在圖6A至圖7的描述中描述的實施方式，系統包括第二光學元件(SOE)，該第二光學元件可以類似於第一光學元件(FOE)。SOE具有大約等於基板的折射率的折射率並且包括外部且平坦的第一表面以及外部且平坦的第二表面。SOE的第二表面相對於SOE的第一表面以銳角第二傾角傾斜。光學裝置附加地被配置成使得能夠將樣品和/或SOE定位成使得SOE的第二表面與樣品的第二表面相鄰。在反射離開內部小平面之後，反射的光束(i)從樣品透射出去並經由樣品的與樣品的第一表面相對的第二表面和SOE的第二表面進入第二光學元件，並且(ii)經由SOE的第一表面從SOE出射(例如，折射出去)(從而獲得第二多個光束)。
根據其中樣品的第二表面平行於樣品的第一表面(例如，當樣品的第一表面和第二表面是反射波導的主表面時)的一些實施方式，第二傾角可以大約等於第一傾角，從而確保第二多個光束中的光束與SOE的第一表面大約垂直地從SOE出射(這可以幫助減少色散)。
圖1A示意性地描繪了根據一些實施方式的用於度量樣品中的內部小平面的基於光學的系統100。基於光學的系統100被配置成用於驗證樣品的內部小平面之間的平行度。更具體地，圖1A呈現了根據一些實施方式的系統100和樣品10的截面側視圖。(應當理解，樣品10不構成系統100的一部分。)
樣品10包括透光的基板12和嵌入在基板12中的兩個或更多個內部小平面14。樣品10還包括外部第一表面16a(也稱為“樣品第一表面”)和外部第二表面16b(也稱為“樣品第二表面”)。樣品第二表面16b與樣品的第一表面16a相對。樣品第一表面16a與樣品的第二表面16b中的每一個可以是平坦的。根據一些實施方式，並且如圖1A至圖1E所描繪的，樣品第二表面16b平行於樣品第一表面16a。根據一些實施方式，每個內部小平面14構成嵌入在基板12中的薄半反射或反射層。根據一些實施方式，一個或更多個內部小平面14可以是薄膜或部分反射鏡。根據一些實施方式，一個或更多個內部小平面14可以由玻璃和/或介電材料組成或包括玻璃和/或介電材料。根據一些實施方式，基板12可以是一維或二維反射波導(也稱為“幾何波導”)。根據一些這樣的實施方式，樣品第一表面16a和樣品第二表面16b構成波導的主表面。根據一些實施方式，基板12可以由玻璃、水晶或透明聚合物製成。
樣品10的樣品部分18對應於基板12的內部小平面14所在的部分(例如，片段)(而樣品10的與樣品部分18互補的部分可以沒有任何內部小平面14)。還參照圖1B和圖1C，圖1B提供了根據一些實施方式的樣品部分18的放大圖。作為非限制性示例，旨在通過使其更具體來促進描述，在圖1A和圖1B中，內部小平面14被示為包括三個內部小平面：第一內部小平面14a、第二內部小平面14b和第三內部小平面14c，其中第二內部小平面14b設置在第一內部小平面14a與第三內部小平面14c之間。技術人員將容易地認識 到，三個內部小平面的情況包含任何數量的內部小平面(例如，4、5、10個或更多個)的本質。圖1C提供了根據一些實施方式的包括第一內部小平面14a和第二內部小平面14b的樣品部分18的端部15的透視圖。
內部小平面14標稱地是平行的。即，根據樣品10的預期設計，內部小平面14是平行的。實際上，由於製造缺陷，因此內部小平面14通常可能不表現出完美的平行度。根據一些實施方式，每個內部小平面14相對於樣品第一表面16a以大約等於90°的標稱角度μnom(跨越與zx平面平行的平面)標稱地傾斜。根據一些這樣的實施方式，並且如圖1A至圖1E中所描繪的，內部小平面14與樣品第一表面16a(以及樣品第二表面16b平行於樣品第一表面16a的實施方式中的樣品第二表面16b)標稱地正交，即，μnom=90°。實際上，每個內部小平面14可以以各自的實際角度進行定向，該實際角度與標稱角度μnom略有不同。分別相對於樣品第一表面16a以第一角度μ1、第二角度μ2和第三角度μ3對第一內部小平面14a、第二內部小平面14b和第三內部小平面14c進行定向。
應當注意，由於製造缺陷，實際角度μ i (i=1,2,3)可能彼此和/或與標稱角度μnom不僅在量值上而且在相應的包含平面方面不同。例如，考慮到μnom包含於與zx平面平行的第一平面，則μ1可以包含於相對於該第一平面傾斜的第二平面。類似地，μ2可以包含於相對於該第一平面和/或該第二平面傾斜的第三平面。換句話說，分別用a、b和c(在圖1C中示出a和b)表示垂直於第一內部小平面14a、第二內部小平面14b和第三內部小平面14c的單位向量，最一般地，a≠b，b≠c並且c≠a。
如本文所用，“內部小平面的俯仰”是指內部小平面相對於其標稱取向繞y軸旋轉的角度。“內部小平面的滾轉”是指內部小平面相對於其標稱取向繞x軸旋轉的角度。
內部小平面14的標稱取向在圖1C中由單位向量q指示(即，在不存在製造缺陷的情況下a=b=c=q)。根據圖1C的坐標系的選擇，q沿由z軸限定的方向指向。第一平面17a(由虛線描繪)指示第一內部小平面14a的標稱定位。在第一平面17a上指示的分別 是
Figure 111128035-A0202-12-0023-15
的a x 和a y ：x分量和y分量。第一內部小 平面14a被示出為與第一平面17a在俯仰和滾轉兩者上不同，如分別由a的不為零的x分量和y分量(即，d x 和a y )所表示的。第二平面17b(由虛線描繪)指示第二內部小平面14b的標稱定位。在第二平 面17b上指示的分別是
Figure 111128035-A0202-12-0023-16
的b x 和b y ：x分量 和y分量。第二內小平面14b被示出為與第二平面17b在俯仰和滾轉兩者上不同，如分別由b的不為零的x分量和y分量(即，b x 和b y )所表示的。第一內部小平面14a和第二內部小平面14b被示出為在俯仰和滾轉兩者上彼此不同(即，在圖1C中，b x >a x 並且b y >a y )。
樣品第一表面16a和樣品第二表面16b中的每一個從樣品10的第一端11a延伸到第二端11b。樣品部分18在樣品第一表面16a上限定了定位在(所有)內部小平面14上方的區域13。
根據一些實施方式，系統100包括透光的光學元件102和光學裝置104。系統100還可以包括控制器108，該控制器108在功能上與光學裝置104相關聯並且被配置成控制光學裝置104的操作。根據一些實施方式，並且如圖1A所描繪的，光學裝置104包括照明與採集組件(Illumination and Collection Assembly，ICA)112和用於在其上安裝樣品10的保持基礎結構114。根據一些實施方式， 並且如下面詳細描述的，保持基礎結構114可以包括被配置成允許可控地設置樣品10的取向的定向基礎結構。ICA 112包括光源122(或多個光源)和光感測部件124。根據一些實施方式，光感測部件124可以包括圖像感測器。根據一些實施方式，圖像感測器可以是電荷耦合器件(Charge-coupled Device,CCD)感測器或互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)感測器。根據一些實施方式，光感測部件124可以是攝像裝置。替選地，根據一些實施方式，光感測部件124可以是目鏡元件，該目鏡元件被配置成用於視覺確定(即，通過眼睛)聚焦到目鏡元件上的光線之間的偏差。根據一些實施方式，ICA 112還可以包括光學設備128，該光學設備128的功能在下文中描述。
光學元件102包括基板132，該基板132構成光學元件102的主體並且由具有與樣品10的基板12大約相同的折射率(例如，大於n s-0.02並且小於n s+0.02)的材料製成。根據一些這樣的實施方式，基板132由具有與基板12相同的折射率的材料製成。光學元件102還包括外部第一表面134a(例如，基板132的在外部的第一表面)和與其相對的外部第二表面134b(例如，基板132的在外部的第二表面)。根據一些實施方式，並且如圖1A中所描繪的，光學元件第一表面134a是平坦的。根據一些這樣的實施方式，並且如圖1A中所描繪的，光學元件第二表面134b也是平坦的並且相對於光學元件第一表面134a傾斜。根據一些實施方式，光學元件102是棱鏡。根據一些這樣的實施方式，棱鏡可以是三棱鏡。
根據一些實施方式，特別是其中(i)樣品第一表面16a和樣品第二表面16b是平行的，(ii)內部小平面14與樣品第一表面16a和樣品第二表面16b中的每一個標稱地正交，以及(iii)相鄰的內部小平面以規則的間隔間隔開這樣的實施方式，光學元件第二表面134b可以相對於光學元件第一表面134a以傾角σ傾斜，該傾斜角 σ平行於zx平面被包含並且等於(90°-arctan(2d 1/d 2))，即，傾角σ等於90度減去arctan(2d 1/d 2)。此處，d 1是樣品第一表面16a與樣品第二表面16b之間的距離，並且s 2是相鄰內部小平面(例如，內部小平面14a和14b、內部小平面14b和14c)之間的距離。距離d 1和d 2由圖1B中的雙頭虛線箭頭指示。下面在圖1D和圖1E的描述中說明了以上選擇傾角的原因。ICA 112被配置成輸出準直光束(如圖1C和圖1D所示)，該準直光束由光源122產生，並且可選地由光學設備128操縱(例如，準直)。根據一些實施方式，光學設備128可以包括準直透鏡或準直透鏡元件(未示出)。光學元件102和ICA 112(更準確地，ICA 112的照明部件)的相對取向可以被設置成使得由ICA 112輸出的光束與光學元件第一表面134a垂直地或至少大約垂直地(例如，與垂直入射相差1°、1.5°或甚至2°以內)照射在光學元件第一表面134a上。
光學元件102和光學裝置104可以被配置成確保入射光束最多可忽略不計地反射離開光學元件第一表面134a，或者確保從光學元件第一表面134a直接反射的任何部分可與由透射到光學元件102和樣品10中、反射離開內部小平面14、並且再穿過光學元件102而引起的返回光束區分開。如下面在圖1C和圖1D的描述中所說明的，基於返回光束的感測資料來計算內部小平面14之間的平行度偏差(即，通過測量表徵每個返回光束的一個或更多個參數)。根據一些實施方式，入射光束從光學元件第一表面134a的可忽略的反射離開可以通過用抗反射塗層塗覆(如果尚未塗覆)光學元件第一表面134a來實現。塗覆可以是永久性的或暫時的。
為了不妨礙圖1D和圖1E，未示出反射離開光學元件第一表面134a的光束。
替選地，根據一些實施方式，入射光束可以相對於光學元件第一表面134a的法線稍微傾斜達角度Δ，以確保直接反射離 開光學元件第一表面134a的光的傳播方向與返回光束的傳播方向中的每一個(當在反射離開內部小平面14之後從光學元件102出射時)充分不同。在這樣的實施方式中，可以將入射光束選擇為單色的，以使其透射到光學元件102中的色散最小化。根據一些實施方式，0.3°
Figure 111128035-A0202-12-0026-72
|Δ|
Figure 111128035-A0202-12-0026-73
0.5°，0.2°
Figure 111128035-A0202-12-0026-74
|Δ|
Figure 111128035-A0202-12-0026-75
0.7°，或者甚至0.1°
Figure 111128035-A0202-12-0026-76
|Δ|
Figure 111128035-A0202-12-0026-77
1°。每個可能性對應於不同的實施方式。
根據一些實施方式，光源122可以被配置成產生單色光束(使得由ICA 112輸出的光束是單色的)。根據一些實施方式，光源122可以是鐳射源(並且由ICA 112輸出的光束是雷射光束)。根據其中光源122是鐳射源的一些實施方式，ICA 112可以被配置成輸出被準直的擴展雷射光束。根據一些這樣的實施方式，光學設備128可以包括被配置成增大雷射光束的直徑的擴束器(未示出)。根據一些實施方式，例如其中樣品10是一維波導的實施方式，擴展雷射光束的直徑(例如，當擴展雷射光束的截面限定橢圓時的最大直徑)可以大約等於區域13的縱向尺寸。根據一些實施方式，例如其中樣品10是二維波導的實施方式，擴展雷射光束的截面面積可以是大約等於區域13的截面面積的大小。
注意，可以在光學元件第一表面134a用抗反射塗層塗覆的實施方式中採用多色入射光束，只要入射光束垂直地投射到光學元件第一表面134a(從而防止色散或至少顯著地減少色散)即可。
根據一些實施方式，光源122、光感測部件124和至少一些光學設備128可以構成自準直儀或構成自準直儀的部件。根據一些實施方式，自準直儀是數字自準直儀或電子自準直儀。根據一些實施方式，自準直儀是鐳射自準直儀。根據一些實施方式，自準直儀是視覺自準直儀。
根據一些實施方式，光學設備128還可以包括可平移的開縫或開孔的光學掩模(未示出；例如圖2的可平移開縫的光學掩 模)，這樣的光學掩模被配置成控制光束(例如，雷射光束)在光學元件第一表面134a上的入射位置，由此允許單獨地檢查每個內部小平面14。替選地，根據一些實施方式，光學設備128還可以包括多個快門，這樣的多個快門被配置成允許(使能)單獨地檢查每個內部小平面14。
根據一些實施方式，保持基礎結構114可以被配置成允許可控地設置樣品10與光學元件102之間的取向。特別地，保持基礎結構114可以被配置成允許對樣品10和/或光學元件102進行定向，使得樣品第一表面16a與光學元件第二表面134b相鄰並且平行。根據一些實施方式，保持基礎結構114還可以被配置成對樣品102進行定向，使得由ICA 112輸出的入射光束將垂直地(即，正交地)照射在光學元件第一表面134a上。作為非限制性示例，根據一些實施方式，保持基礎結構114可以包括可定向載物台元件138或可定向載物台(例如，雙軸載物台)。
載物台元件138被配置成允許在其上安裝樣品，例如樣品10，並調整樣品的俯仰角和/或滾轉角。根據一些實施方式，載物台元件138可以被配置成允許在六個自由度的每一個上操縱安裝在其上的樣品。根據一些實施方式，載物台元件138可以包括兩個測角儀(例如，圖5中描繪的測角儀；圖1A中未示出)：一個設置在另一個的頂部上的俯仰測角儀和滾轉測角儀。根據一些這樣的實施方式，載物台元件138可以包括平臺(例如，圖5中描繪的傾斜平臺；圖1A中未示出)，該平臺被配置成(i)定位在兩個測角儀之一的頂部上以及(ii)在其上放置樣品10。在一些這樣的實施方式中，光學元件102可以定位在樣品10上並由其支承。替選地，根據一些實施方式，保持基礎結構114可以包括被配置成保持和可控地定向光學元件102的可定向的保持齒輪(未示出)。根據一些實施方式，保持基礎結構114可以在功能上與控制器108相關聯，並且被配置成 由該控制器108控制。
還參照圖1D和圖1E，圖1D呈現了根據一些實施方式的系統100和樣品10的截面側視圖，其中樣品10經受由系統100進行的檢查。圖1E提供了由虛線L描繪的圖1D的一部分的放大圖。在操作中，根據一些實施方式，將由箭頭105指示的擴展且準直入射光束投射在光學元件第一表面134a上(不是所有的擴展且準直入射光束都被編號)。根據一些實施方式，特別是其中光學元件第一表面134a用抗反射塗層塗覆的實施方式，入射光束可以垂直地投射到光學元件第一表面134a。
入射光束(或其至少一部分)經由光學元件第一表面134a透射到光學元件102中，從而獲得透射光束。透射光束由箭頭115指示(並非所有透射光束都被編號)。透射光束行進穿越光學元件102，經由光學元件第二表面134b和樣品第一表面16a穿越(即，穿過)進入樣品10中，並朝向內部小平面14傳播。透射光束從內部小平面14朝向樣品第二表面表面16b反射。
更具體地，由於內部小平面14在其各自的取向上可能彼此略有不同，因此透射光束可以分別以略有不同的角度反射離開每個內部小平面14。因此，可以獲得多個反射光束，反射光束在其各自的傳播方向上略有不同。第一反射光束──對應於透射光束的從第一內部小平面14a反射離開的部分──由箭頭125a指示。第二反射光束──對應於透射光束的從第二內部小平面14b反射離開的部分──由箭頭125b指示。第三反射光束──對應於透射光束的從第三內部小平面14c反射離開的部分──由箭頭125c指示。
如由箭頭135a、135b和135c所指示的，反射光束(再一次)反射離開樣品第二表面16b，經由樣品第一表面16a從樣品10出射，並經由光學元件第二表面134b再進入(即，透射到)光學元件102中。在再進入光學元件102之後，雙反射(即，在樣品10內 反射兩次)的光束行進至光學元件第一表面134a並且從光學元件102出射(例如，折射出去)，從而獲得多個返回光束。由第一雙反射光束(由箭頭135a指示)從光學元件102折射出去而引起的第一返回光束由箭頭145a指示。由第二雙反射光束(由箭頭135b指示)從光學元件102折射出去而引起的第二返回光束由箭頭145b指示。由第三雙反射光束(由箭頭135c指示)從光學元件102折射出去而引起的第三返回光束由箭頭145c指示。返回光束朝向ICA 112傳播並由光學設備128聚焦在光感測部件124上。
光感測部件124被配置成允許從其感測資料(即，由光感測部件124或使用光感測部件124獲得的返回光束的測量資料)獲得聚焦在其上的成對返回光束之間的角度偏差。例如，如以下圖2A和圖2B的描述中所描述的，根據角度偏差，可以推斷出內部小平面14之間的平行度偏差的量值。
根據一些實施方式，傾角σ等於(90°-arctan(2d 1/d 2))。通過閱讀圖1D和圖1E明顯的是，對σ的上述選擇確保反射光束中的每條光線(或者使其至少一部分)在反射離開樣品第二表面16b之後在不被任何內部小平面14再次反射的情況下透射回到光學元件102中。因此，以上對σ的選擇可以減少損耗，從而改進對返回光束的檢測(例如，通過確保返回光束在圖像感測器的光敏表面上形成亮光斑)。根據一些實施方式，傾角σ等於約(90°-arctan(2d 1/d 2))。
根據其中光學元件第一表面134a未用抗反射塗層塗覆的一些實施方式，投射在光學元件第一表面134a上的光除了其第一部分透射到光學元件102中之外，其第二部分還將從光學元件第一表面134a反射。在這樣的實施方式中，為了確保返回光束(即，在反射離開內部小平面14之後通過光學元件102返回的光束)與入射光束中的從光學元件第一表面134a反射的部分是可區分的，可以以小的(不為零的)入射角(相對於光學元件第一表面134a)投射入 射光束。因此，如圖2B中所描繪的和下面詳述的，在其中光感測部件124是圖像感測器的實施方式中，由返回光束形成的光斑通常會結成簇(即，集中)，而由入射光束的直接反射部分形成的光斑會明顯地落在簇之外。
根據一些實施方式，並且如圖1A、圖1D和圖1E中所描繪的，光學元件102可以定位在樣品10上(並且可選地由樣品10支承)，使得光學元件第二表面134b接觸樣品第一表面16a的全部，或接觸至少區域13的全部。在這樣的實施方式中，透射光束直接從光學元件102進入樣品10，而反射光束直接從樣品10進入光學元件102。
根據一些實施方式，光學元件第二表面134b不接觸樣品第一表面16a。如果入射光束不是單色的，則光學元件102與樣品10之間的空間(除非如下所述的那樣被填充)可能導致透射光束經由光學元件第二表面134b從光學元件102出射時的色散。在光學元件第二表面134b與樣品第一表面16a平行且充分拋光(並且光學元件102的折射率等於基板12的折射率)的實施方式中，不同頻率的光束將在進入樣品10時重新對齊。否則，為了避免或至少減輕色散，根據一些實施方式，光源122可以被配置成產生單色光束(例如，雷射光束)，以及/或者可以將折射率匹配的形狀可塑介面(未示出)插入在樣品10與光學元件102之間(以被限制在樣品第一表面16a與光學元件第二表面134b之間)。形狀可塑介面可以具有與樣品10大約相同的折射率(例如，大於n s-0.02並且小於n s+0.02)。形狀可塑介面可以是由表面張力和/或粘合性質表徵的糊劑、液體或凝膠，以便在被限制在狹窄空間中時保持其完整性和佈置。根據一些實施方式，形狀可塑介面可以是可延展材料。因此，傳播通過光學元件102、形狀可塑介面和樣品10的光束在從光學元件102進入形狀可塑介面和從形狀可塑介面進入樣品10時將基本保持其傳播方向。
根據一些實施方式，還可以使用形狀可塑介面(如上所述)以防止雙反射光束的全內反射(即，在傾角σ使得雙反射光束可以以大於由基板12與空氣限定的臨界角的入射角照射在光學元件第一表面134a上的實施方式中)。
還參照圖2A，圖2A示意性地描繪了根據系統100的一些實施方式的圖像感測器224的光敏表面244上的光斑201，其中，(i)光學元件第一表面134a用抗反射塗層塗覆，並且(ii)ICA 112包括自準直儀。自準直儀包括圖像感測器224，其對應於光感測部件124的特定實施方式或被包括在光感測部件124的特定實施方式中。根據一些實施方式，光斑201包括：第一光斑201'、第二光斑201"和第三光斑201'''。光斑201由返回光束形成(在圖1D和圖1E中由箭頭145指示)。根據一些實施方式，可能無法將光斑歸因於特定返回光束。(除非單獨檢查每個內部小平面，例如，如下面在圖3和圖4的描述中所描述的，或者，可選地，如果唯一表徵每個內部小平面的附加資訊是可用的，例如，如果內部小平面在其反射率方面通過設計而彼此不同)。特別地，應當理解，可以由第一返回光束(因第一內部小平面14a的反射引起)、第二返回光束(因第二內部小平面14b的反射引起)或第三返回光束(因第三內部小平面14c的反射引起)形成第一光斑201'。類似地，第二光斑201"可以由任何一個返回光束(但與形成第一光斑201'的返回光束不同的返回光束)形成，並且第三光斑201'''可以由任何一個返回光束(但是與形成第一光斑201'和形成第二光斑201"的返回光束中的每個返回光束不同的返回光束)形成。然而，如下面通過示例的方式描述的那樣，可以根據光斑201的座標提取諸如平行度平均偏差量值(也被稱為平均“徑向偏差”)和平行度最大偏差量值(也被稱為最大“徑向偏差”)的資訊。如本文中所用的，內部小平面之間的“平行度徑向偏差”通常是指平行度偏差的量化偏差，其考慮了俯仰偏差和滾轉偏差兩者。
二維向量u α=(u α,x ,u α,y )，u β=(u β,x ,u β,y )和u γ=(u γ,x ,u γ,y )分別指定第一光斑201'、第二光斑201"和第三光斑201'''的位置。注意，光斑201在空間上是延伸的(即，不是一維的)，根據一些實施方式，向量u α、u β和u γ可以分別指定第一光斑201'、第二光斑201”和第三光斑201'''的中心點(的座標)。根據一些實施方式，可以通過對構成由圖元的強度加權的光斑的每個圖元的座標求平均來計算中心點。
單位向量p α對應於產生第一光斑201'的返回光束的傳播方向。單位向量p β對應於產生第二光斑201"的返回光束的傳播方向。單位向量p γ對應於產生第三光斑201'''的返回光束的傳播方向。角偏差δγβ對應於p γ與p β之間所包的角度的量值。角度偏差δαγ對應於p α與p γ之間所包的角度的量值。角度偏差δβα對應於p β與p α之間所包的角度的量值。角度偏差δγβ、δαγ和δβα可以根據向量u α、u β和u γ中推斷出。繼而，根據角度偏差，可以推斷出內部小平面之間的平行度偏差(的量值)。
假設圖2A中描繪的坐標系經由原點的可能平移與圖1D中描繪的坐標系一致。根據其中焦距為f 1的聚焦透鏡(未示出；例如自準直儀的聚焦透鏡)用於將返回光束聚焦在圖像感測器(例如，自準直儀的圖像感測器)上的一些實施方式，可以使用關係式
Figure 111128035-A0202-12-0032-18
、
Figure 111128035-A0202-12-0032-20
和
Figure 111128035-A0202-12-0032-19
來計算返回光束之間的角度偏差的量值。
單位向量q α對應於產生第一光斑201'的光束被反射離開的內部小平面的法線。(因此，最一般地，單位向量q α可以對應於第 一內部小平面14a、第二內部小平面14b或第三內部小平面14c的法線)。單位向量q β對應於產生第二光斑201"的光束被反射離開的內部小平面的法線。單位向量q γ對應於產生第三光斑201'''的光束被反射離開的內部小平面的法線。偏差εγβ對應於q β與q γ之間所包的角度的量值。偏差εαγ對應於q α與q γ之間所包的角度的量值。偏差εβα對應於q β與q α之間所包的角度的量值。如對技術人員而言將是明顯的(根據斯涅爾定律)，n s．sin(2εγβ)=sin(δγβ)，n s．sin(2αγ)=sin(δαγ)，並且n s．sin(2εβα)=sin(δβα)。
運算式max{εγβ,εαγ,εβα}可以用於量化平行度的最大徑向偏差。運算式(εγβ+εαγ+εβα)/3可以用於量化內部小平面之間的平行度的平均徑向偏差。由於沒有光斑201通常單獨地可歸因於反射離開特定內部小平面的反射，因此上述運算式與角度偏差的符號無關。
類似地(通過所描繪的坐標系的選擇)，內部小平面之間的俯仰偏差的量值(即，εγβ,p、εαγ,p和εβα,p)可以分別根據關係式tan(δγβ,p)=|u β,x -u γ,x |/f和n s．sin(2εγβ,p)=sin(δγβ,p),tan(δαγ,p)=|u γ,x -u α,x |/f和n s．sin(2εαγ,p)=sin(δαγ,p)，以及tan(δβα,p)=|u α,x -u β,x |/f和n s．sin(2εβα,p)=sin(δβα,p)來計算。可以分別根據關係式tan(δγβ,r)=|u β,y -u γ,y |/f和n s．sin(2εγβ,r)=sin(δγβ,r)、tan(δαγ,r)=|u γ,y -u α,y |/f和n s．sin(2εαγ,r)=sin(δαγ,r)以及tan(δβα,r)=|u α,y -u β,y |/f和n s．sin(2εβα,r)=sin(δβα,r)，來計算內部小平面之間的滾轉偏差的量值(即，εγβ,r、εαγ,r、εβα,r)。δγβ,p和δγβ,r分別對應於p γ與p β之間的俯仰和滾轉的量值。δαγ,p和δαγ,r分別對應於p α與p γ之間的俯仰和滾轉的量值。δβα,p和δβα,r分別對應於p β與p α之間的俯仰和滾轉的量值。運算式max{εγβ,p,εαγ,p,εβα,p}和 max{εγβ,r,εαγ,r,εβα,r}可以分別用於量化內部小平面14之間的俯仰和滾轉的最大偏差(的量值)。運算式(εγβ,p+εαγ,p+εβα,p)/3和(εγβ,r+εαγ,r+εβα,r)/3可以分別用於量化內部小平面14之間的俯仰和滾轉的平均偏差(的量值)。
替選地，根據一些實施方式，可以使用關係式
Figure 111128035-A0202-12-0034-21
 和n s．sin(2εmax)=sin(δmax)來量化內部小平面14之間的平行度最大偏差εmax。
根據其中平行度偏差足夠小的一些實施方式，可以採用小角度近似。在小角度近似(當以弧度處理時)情況下，
Figure 111128035-A0202-12-0034-22
、
Figure 111128035-A0202-12-0034-24
和
Figure 111128035-A0202-12-0034-23
。類似地，εγβ,p=|u β,x -u γ,x |/(2n s．f 1)，εαγ, p=|u γ,x -u α,x |/(2n s．f 1)和εβα,p=|u α,x -u β,x |/(2n s．f 1)以及εγβ,r=|u β,y -u γ,y |/(2n s．f 1)、εαγ,r=|u γ,y -u α,y |/(2n s．f 1)和εβα,r=|u α,y -u β,y |/(2n s．f 1)。
還參照圖2B，圖2B示意性地描繪了根據系統100的一些實施方式的光敏表面244上的光斑221和光斑231，其中入射光束以相對於光學元件第一表面234a的法線略微傾斜的方式投射並且光學元件第一表面134a未用抗反射塗層塗覆(並且ICA 112包括具有圖像感測器的自準直儀)。光斑231由入射光束的一部分形成，入射光束的該部分直接反射離開光學元件第一表面134a(即，入射光束的該部分從光學元件第一表面134a鏡面反射)。
二維向量v=(v x ,v y )指定光斑231的座標(例如，光斑的中心點的座標)。二維向量u '=(u x ',u y ')、u "=(u x ",u y ")和u '''=(u x ''',u y ''')指定了光斑221的座標，光斑221包括由從內部小平面214返回的光束形成的第一光斑221'、第二光斑221"和第三光斑221'''。第一光斑221'是光斑221中最接近光斑231的光斑。d表示第一光斑221'與光斑231之間的距離(即，d=|u '-v|)。根據一些實施方式，可以選擇入射光束在光學元件第一表面134a上的入射角(入射光束相對於光學元件第一表面134a的法線傾斜的角度)以確保d將是遠大於|u '-v|、|u "-v|和|u '''-v|中的每一個，從而使得能夠識別光斑231(即，光斑231歸因於入射光束的直接反射離開光學元件第一表面134a的部分)。
根據一些實施方式，控制器108可以與計算模組146通信地相關聯。計算模組146可以包括一個或更多個處理器以及易失性和/或非易失性記憶體部件。一個或更多個處理器可以被配置成從控制器108接收光感測部件124的原始或處理後的感測資料(即，由光感測部件124獲得的測量資料)，並且基於該感測資料，來計算平行度的總體(例如，平均或最大)偏差和/或成對的內部小平面14之間的平行度偏差。原始感測資料可以包括構成由聚焦在光感測部件124上的返回光束形成的光斑的圖元的強度。處理後的感測資料可以包括(成對的)返回光束之間的角度偏差或由返回光束形成的光斑的中心點(例如，向量u α、u β和u γ或向量u '、u "和u '''的座標)。根據一些這樣的實施方式，計算模組146可以被配置成處理光感測部件124的原始感測資料以從中獲得(成對的)返回光束之間的角度偏差。
根據一些實施方式，一個或更多個處理器可以包括圖形處理單元(Graphics Processing Unit，GPU)，其被配置成執行圖像識別軟體以便識別光斑201(或光斑221和231)。根據一些實施方 式，例如，其中光學元件第一表面134a未用反射塗層塗覆的實施方式，圖像識別軟體還可以被配置成將由直接反射離開光學元件第一表面134a的光束形成的光斑(例如，光斑231)與由返回光束形成的光斑(例如，光斑221)區分開，該返回光束經歷了內部小平面14的反射。
根據一些實施方式，計算模組146可以被包括在系統100中。
根據圖中未描繪的一些替選實施方式，代替光學裝置104，系統100可以包括干涉測量裝置，並且可以從由返回光束形成的干涉圖案中提取資訊，該資訊包括成對的內部小平面14之間的平行度徑向偏差。根據一些這樣的實施方式，干涉測量裝置可以包括分束器陣列和相關聯的可控地打開和閉合的阻擋濾光器陣列，其被配置成允許一次一個地檢查成對的內部小平面。更具體地，分束器和阻擋濾光器陣列可以被配置成(i)將入射光束分成法向地入射在光學元件102上的可選擇的一對入射子光束，以及(ii)將分別由這對入射光束引起的兩個返回子光束重新組合成單個組合返回光束，其然後由圖像感測器感測。分束器和阻擋濾光器陣列被配置成使得可選擇的每對入射子光束將引起從相應的一對內部小平面的反射，其中第一入射子光束探測內部小平面中的一個並且第二入射子光束探測另一個內部小平面。例如，第一入射子光束將引起(在透射到光學元件102中，穿過光學元件102並透射到樣品10中之後)從第i內部小平面的反射，並且第二入射子光束將引起(在透射到光學元件102中，穿過光學元件102並透射到樣品10中之後)從第j內部小平面的反射，其中i和j是可控地選擇的。如技術人員將容易認識到的，可以從由此在光感測器上形成的干涉圖案中提取第i內部小平面與第j內部小平面之間的平行度徑向偏差。
根據一些實施方式，可以例如使用可平移的開縫或開 孔的光學掩模或快門元件一次一個地檢查(探測)內部小平面14中的每一個。圖3示意性地為基於光學的系統300，其對應於系統100的特定實施方式，並且被配置成用於通過一次一個地檢查內部小平面來驗證樣品的內部小平面之間的平行度。更具體地，圖3呈現了根據一些實施方式的系統300和樣品10的截面側視圖。(應當理解，樣品10不構成系統300的一部分。)
系統300包括透光光學元件302、光學裝置304和可選的控制器308，它們分別對應於光學元件102、光學裝置104和控制器108的特定實施方式。光學元件302包括基板332、光學元件第一表面334a和光學元件第二表面334b，它們分別對應於基板132、光學元件第一表面134a和光學元件第二表面134b的特定實施方式。
光學裝置304包括ICA 312和可定向的保持基礎結構314，它們分別對應於ICA 112和保持基礎結構114的特定實施方式。ICA 312包括自準直儀352，該自準直儀352包括圖像感測器(未示出)。根據一些實施方式，自準直儀352是數字自準直儀或電子自準直儀。根據一些實施方式，自準直儀352是鐳射自準直儀。根據一些實施方式，ICA 312還可以包括光學掩模356，該光學掩模356包括狹縫358。根據一些實施方式，光學掩模356可以是可平移的，以允許將狹縫358可控地定位在任何一個內部小平面14之上，由此允許一次一個地檢查每個內部小平面14。根據一些這樣的實施方式，光學裝置304還可以包括馬達360，該馬達360可以與光學掩模356機械地相關聯，以允許平移光學掩模356。根據一些實施方式，馬達360可以是線性步進馬達，其可以經由螺杆362機械地聯接至光學掩模356。
還指示了計算模組346，該計算模組346對應於計算模組146的特定實施方式。根據一些實施方式，計算模組346可以被包括在系統300中。
根據圖3中未描繪的一些替選實施方式，代替光學掩模356(和馬達360)，ICA 312可以包括快門元件，其包括多個單獨可打開和可閉合的快門。每個快門可以定位在相應的內部小平面之上，從而允許一次一個地檢查每個內部小平面14。
在操作中，根據一些實施方式，光學掩模356被平移，以將狹縫358一個接一個地定位在每個內部小平面14上方。例如並且如圖3中所描繪的，當狹縫358被定位在第一內部小平面14a上方時，由箭頭305指示的準直光束(並非所有準直光束都被編號)沿與光學元件第一表面334a正交的方向投射在光學掩模356上。準直光束的(第一)入射部分穿過狹縫358，垂直地照射在光學元件第一表面334a上，並通過該光學元件第一表面334a透射到光學元件302中，從而獲得透射光束。第一入射部分由箭頭355a指示，並且透射光束由箭頭315a指示。
透射光束行進穿越光學元件302，經由光學元件第二表面334b和樣品第一表面16a穿越到樣品10中，並朝第一內部小平面14a傳播。透射光束從第一內部小平面14a朝向樣品第二表面16b反射。第一反射光束──對應於透射光束的從第一內部小平面14a反射離開的部分──由箭頭325a指示。通過使第一反射光束從樣品第二表面16b朝向樣品第一表面16a反射來獲得第一雙反射光束。第一雙反射光束由箭頭335a指示。第一雙反射(即，反射兩次：一次從第一內部小平面14a反射，然後從樣品第二表面16b反射)光束經由樣品第一表面16a和光學元件第二表面334b從樣品10出射而進入光學元件302。第一雙反射光束行進至光學元件第一表面334a並從光學元件302出射(例如，折射出去)，從而獲得第一返回光束。第一返回光束由箭頭345a指示。第一返回光束在穿過狹縫358之後行進到自準直儀352，並且被自準直儀352的圖像感測器感測到。
第二入射部分、第二透射光束、第二反射光束、第二 雙反射光束和第二返回光束的軌跡分別由虛線箭頭355b、315b、325b、335b和345b表示。當光學掩模356被平移成使得狹縫358定位在第二內部小平面14b上方時，將實現該軌跡。箭頭355b、315b、325b、335b和345b由虛線呈現以指示當狹縫358定位在第一內部小平面14a上方時未實現該軌跡(即，當狹縫358定位在第一內部小平面14a上方時不存在對應的光束)。第三入射部分、第三透射光束、第三反射光束、第三雙反射光束和第三返回光束的軌跡分別由虛線箭頭355c、315c、325c、335c和345c指示。當光學掩模356被平移成使得狹縫358定位在第三內部小平面14c上方時，將實現該軌跡。箭頭355c、315c、325c、335c和345c由虛線呈現以指示當狹縫358定位在第一內部小平面14a上方時未實現該軌跡(即，當狹縫358定位在第一內部小平面14a上方時不存在對應的光束)。
根據一些實施方式，可以連續地平移光學掩模356。當沿內部小平面掃描透射光時，在自準直儀352的圖像感測器上形成的相應光斑基本上保持固定(除非內部小平面被彎折、彎曲和/或以其他方式變形)。當透射光束轉移到相鄰的內部小平面時，在圖像感測器上形成新的光斑(當兩個內部小平面充分未對齊時)。一旦轉移完成，則僅新光斑保留在圖像感測器上。
根據一些替選實施方式，光學掩模356可以在多個位置中的不同位置之間移動。在這些位置中的每個位置，狹縫358相應地定位在內部小平面14中的一個內部小平面上方。僅當光學掩模356位於(不同)位置之一時，才可以投射準直光束305。
為了不妨礙圖3，未示出反射離開光學元件第一表面334a的光束。
還參照圖4，圖4示意性地描繪了根據系統300的一些實施方式的自準直儀352的數字顯示器464上的光斑401，其中，光學元件第一表面334a用抗反射塗層塗覆。根據一些實施方式，光斑 401包括第一光斑401a、第二光斑401b和第三光斑401c。由於一次一個地檢查內部小平面14，因此知道哪個返回光束產生了每個光斑401，因此知道哪個內部小平面14產生了每個光斑401。因此，可以計算每對內部小平面14之間的平行度偏差。第一光斑401a由第一返回光束(在圖3中由箭頭345a指示)形成。第二光斑401b由第二返回光束(在圖3中由箭頭345b指示)形成。第三光斑401c由第三返回光束(在圖3中由箭頭345c指示)形成。
二維向量u 1=(u 1,x ,u 1,y )、u 2=(u 2,x ,u 2,y )和u 3=(u 3,x ,u 3,y )分別指定第一光斑401a、第二光斑401b和第三光斑401c的座標(例如，中心點)。可以根據u 1、u 2和u 3(的分量的值)計算每對內部小平面14之間的俯仰偏差以及滾轉偏差。
根據其中使用焦距為f 2的聚焦透鏡(未示出；例如，自準直儀的聚焦透鏡)將返回光束聚焦在圖像感測器(例如，自準直儀的圖像感測器)上的一些實施方式，通過適當選擇坐標系，可以分別經由tan(δ21,p)=(u 2,x -u 1,x )/f 2和tan(δ21,r)=(u 2,y -u 1,y )/f 2來計算第二返回光束相對於第一返回光束的俯仰偏差δ21,p和滾轉偏差δ21,r。類似地，可以分別經由tan(δ31,p)=(u 3,x -u 1,x )/f 2和tan(δ31,r)=(u 3,y -u 1,y )/f 2來計算第三返回光束相對於第一返回光束的俯仰偏差δ31,p和滾轉偏差δ31,r，並且可以分別經由tan(δ32,p)=(u 3,x -u 2,x )/f 2和tan(δ32,r)=(u 3,y -u 2,y )/f 2來計算第三返回光束相對於第二返回光束的俯仰偏差δ32,p和滾轉δ32,r。因此，可以分別使用關係式n s．sin(2ε21,p)=sin(δ21,p)和n s．sin(2ε21,r)=sin(δ21,r)來計算第二內部小平面14b相對於第一內部小平面14a的俯仰平行度偏差ε21,p和滾轉平行度偏差ε21,r。可以分別使用n s．sin(2ε31,p)=sin(δ31,p)和n s．sin(2ε31,r)=sin(δ31,r)來計算第三內部小平面14c相對於第一內部小平面14a的俯仰平行度偏差ε31,p和滾轉平行度偏差ε31,r。可以分別使用n s．sin(2ε32,p)=sin(δ32,p)和n s．sin(2ε32,r)=sin(δ32,r)來計算第三內部小平面14c相對於第二內部小平 面14b的俯仰平行度偏差ε32,p和滾轉平行度偏差ε32,r。
可以分別使用關係式
Figure 111128035-A0202-12-0041-25
和 n s．sin(2ε21)=sin(δ21)、
Figure 111128035-A0202-12-0041-26
且n s．sin(2ε31) =sin(δ31)以及
Figure 111128035-A0202-12-0041-27
且n s．sin(2ε32)=sin(δ32) 來計算第二內部小平面14b相對於第一內部小平面14a、第三內部小平面14c相對於第一內部小平面14a以及第三內部小平面14c相對於第二內部小平面14b的平行度偏差(即，徑向偏差)的量值。
根據其中平行度偏差足夠小的一些實施方式，可以採用小角度近似。如對技術人員而言明顯的，在小角度近似下(當以弧度處理時)，ε21,p=(u 2,x -u 1,x )/(2n s．f 2)和ε21,r=(u 2,y -u 1,y )/(2n s．f 2)，ε31,p=(u 3,x -u 1,x )/(2n s．f 2)和ε31,r=(u 3,y -u 1,y)/(2n s．f 2)以及ε32,p=(u 3,x -u 2,x )/(2n s．f 2)和ε32,r=(u 3,y -u 2,y )/(2n s．f 2)。
根據一些實施方式，計算模組346可以被配置成計算檢查樣品中的一些或所有成對的內部小平面之間的平行度偏差。根據一些實施方式(特別是內部小平面的數量很大的實施方式)，計算模組346可以被配置成計算檢查樣品中的所有成對的相鄰內部小平面之間的平行度偏差。根據一些這樣的實施方式，計算模組346可以被配置成計算內部小平面中的一個(例如，最先的內部小平面或最末端的內部小平面)相對於所有其他小平面的平行度偏差。根據一些實施方式，計算模組346還可以被配置成附加地計算所計算的平行度偏差的不確定度。
圖5示意性地描繪了根據一些實施方式的其上設置有樣品10的載物台組件538。還描繪了設置在樣品10上的光學元件502。載物台元件538和光學元件502對應於系統100的載物台元件138和光學元件102的特定實施方式。光學元件第二表面534b相對於光學 元件第一表面534a以傾角σ'傾斜。光學元件第一表面534a和光學元件第二表面534b分別對應於光學元件第一表面134a和光學元件第二表面134b的特定實施方式。
載物台組件538包括俯仰測角儀572、滾轉測角儀574和傾斜平臺576。根據一些實施方式，並且如圖5中所描繪的，傾斜平臺576安裝在滾轉測角儀574上，該滾轉測角儀574安裝在俯仰測角儀572上。傾斜平臺576包括外部且平坦的平臺頂表面578a和與平臺頂表面578a相對的外部且平坦的平臺基表面578b。根據一些實施方式，平臺頂表面578a相對於基表面578b以大約等於σ'的平臺傾角ι傾斜。
可以通過對俯仰測角儀572和滾轉測角儀574進行定向來調整傾斜平臺576的取向並且因此調整樣品10和光學元件502的取向，從而允許可控地設置例如通過ICA(未示出)投射在光學元件502上的光束的入射角。根據一些實施方式，可以使用可程式設計千分尺(未示出)來對俯仰測角儀572和滾轉測角儀574中的每一個定向。附加地或替選地，根據一些實施方式，俯仰測角儀572和滾轉測角儀574中的每一個都可以手動地定向。
圖6A和圖6B示意性地描繪了根據一些實施方式的用於度量樣品中的內部小平面的基於光學的系統600。圖6B是圖6A的由虛線L'描繪的部分的放大圖。基於光學的系統600被配置成用於驗證樣品的內部小平面之間的平行度。更具體地，圖6A呈現了根據一些實施方式的系統600和樣品60的截面側視圖，其中樣品60經受由系統600進行的檢查。(應當理解，樣品60不構成系統600的一部分。)
樣品60包括透光的基板62和嵌入在基板62中的兩個或更多個內部小平面64。基板62可以由折射率n s '來表徵。樣品60還包括外部第一表面66a(也稱為“樣品第一表面”)和外部第二表面 66b(也稱為“樣品第二表面”)。樣品第二表面66b與樣品的第一表面66a相對。樣品第一表面66a與樣品第二表面66b中的每一個可以是平坦的。根據一些實施方式，並且如圖6A和圖6B中所描繪的，樣品第二表面66b平行於樣品第一表面66a。根據一些實施方式，每個內部小平面64構成嵌入在基板62中的薄半反射或反射層。根據一些實施方式，樣品60可以是一維或二維反射波導。根據一些這樣的實施方式，樣品第一表面66a和樣品第二表面66b構成波導的主表面。
樣品60可以類似於樣品10，但是根據一些實施方式，樣品60可以在其內部尺寸上(或至少其比例)──特別是在d 1 '/d 2 ' to d 1/d 2的比率上，如以下詳述的──以及在其折射率上與樣品10不同。此處，d 1 '是樣品第一表面66a與樣品第二表面66b之間的距離，並且d 2 '是相鄰內部小平面(例如，內部小平面64a和64b、內部小平面64b和64c)之間的距離。在圖6B中示出了d 1 '和d 2 '。
樣品60的樣品部分68對應於基板62的內部小平面64所在的部分(例如，片段)(而樣品60的與樣品部分68互補的部分可以沒有任何內部小平面64)。作為非限制性示例，旨在通過使其更具體來促進描述，在圖6A和圖6B中，內部小平面64被示為包括三個內部小平面：第一內部小平面64a、第二內部小平面64b和第三內部小平面64c，其中第二內部小平面64b設置在第一內部小平面64a與第三內部小平面64c之間。技術人員將容易地認識到，三內部小平面情況包含任何數量的內部小平面(例如，4、5、10個或更多個)的本質。
內部小平面64標稱地是平行的。實際上，由於製造缺陷，因此內部小平面64通常可能不表現出完美的平行度。根據一些實施方式，每個內部小平面64相對於樣品第一表面66a以大約等於90°的標稱角度μ' nom(跨越在平行於zx平面的平面上)標稱地傾斜。根據一些這樣的實施方式，並且如圖6A和圖6B所示，內部小平面 64與樣品第一表面66a(以及其中樣品第二表面66b平行於樣品第一表面66a的實施方式中的樣品第二表面66b)標稱地正交，即，μ' nom=90°。然而，實際上，每個內部小平面64可以以各自的實際角度定向，該實際角度與標稱角度μ' nom略有不同。第一內部小平面64a、第二內部小平面64b和第三內部小平面64c相對於樣品第一表面66a分別以第一角度μ' 1、第二角度μ' 2和第三角度μ' 3定向。
應當注意，由於製造缺陷，實際角度μ' i (i=1,2,3)可能彼此和/或與標稱角度μ' nom不僅在量值上而且在相應的包含平面方面不同，如以上針對樣品10說明的。
樣品第一表面66a和樣品第二表面66b中的每一個從樣品60的第一端61a延伸到第二端61b。樣品部分68分別在樣品第一表面66a和樣品第二表面66b上限定第一區域63a和第二區域63b，其中內部小平面64定位在第一區域63a與第二區域63b之間。
根據一些實施方式，系統600包括第一光學元件(FOE)602、第二光學元件(SOE)682和光學裝置604。FOE 602和SOE682中的每一個都是透光的。系統600還可以包括控制器608，該控制器608在功能上與光學裝置604相關聯並且被配置成控制光學裝置604的操作，基本上如關於系統100的控制器108和光學裝置104所描述的那樣。根據一些實施方式，並且如圖6A所描繪的，光學裝置604包括照明與採集組件(ICA)612和用於在其上安裝樣品60的保持基礎結構614。根據一些實施方式，保持基礎結構614可以包括定向基礎結構，其被配置成允許可控地設置樣品60的取向。ICA 612包括光源622(或多個光源)和光感測部件624，它們可以分別類似於系統100的光源122和光感測部件124。根據一些實施方式，光感測部件624可以是攝像裝置。根據一些實施方式，ICA 612還可以包括光學設備628，其功能可以類似於系統100的光學設備128的功能。
FOE 602包括基板632，其構成FOE 602的主體並且由 具有與基板62大約相同的折射率(例如，大於n s '-0.02並且小於n s '+0.02)的材料製成。根據一些這樣的實施方式，基板632由具有與基板62相同的折射率的材料製成。FOE 602還包括外部第一表面634a和與其相對的外部第二表面634b。根據一些實施方式，並且如圖6A中所描繪的，FOE第一表面634a是平坦的。根據一些這樣的實施方式，並且如圖6A中描繪的，FOE第二表面634b也是平坦的並且相對於FOE第一表面634a傾斜。根據一些實施方式，FOE 602是棱鏡。根據一些這樣的實施方式，棱鏡可以是三棱鏡。
SOE 682包括基板692，其構成SOE 682的主體並且由具有與基板62大約相同的折射率(例如，大於n s '-0.02並且小於n s '+0.02)的材料製成。根據一些這樣的實施方式，基板692由具有與樣品60相同的折射率的材料製成。SOE 682還包括外部第一表面694a和與其相對的外部第二表面694b。根據一些實施方式，並且如圖6A中所描繪的，SOE第一表面694a是平坦的。根據一些這樣的實施方式，並且如圖6A中描繪的，SOE第二表面694b也是平坦的並且相對於SOE第一表面694a傾斜。根據一些實施方式，SOE 682是棱鏡。根據一些這樣的實施方式，棱鏡可以是三棱鏡。根據一些實施方式，SOE 682具有與FOE 602相同的尺寸或至少相同的比例。
根據一些實施方式，FOE第二表面634b和SOE第二表面694b可以分別相對於FOE第一表面634a和SOE第一表面694a以第一傾角σ1(σ1平行於zx被包含)和第二傾角σ2(σ2平行於zx被包含)傾斜。根據一些實施方式，σ2大約等於σ1。在圖6B中指示了σ1和σ2。
根據一些實施方式，特別是其中(i)樣品第一表面66a和樣品第二表面66b是平行的、(ii)內部小平面64與樣品第一表面66a和樣品第二表面66b中的每一個標稱地正交、並且(iii)相鄰的內部小平面以規則間隔間隔開的實施方式，σ1和σ2中的每一個可以 等於(90°-arctan(d 1 '/d 2 '))，即，90度減去arctan(d 1/d 2)。下面說明以上選擇傾斜角的原因。
ICA 612被配置成輸出準直光束，該準直光束由光源622產生，並且可選地由光學設備628(在包括光學設備628的實施方式中)操縱(例如，準直)。根據一些實施方式，光學設備628可以包括準直透鏡或準直透鏡元件(未示出)。FOE 602和ICA612(更準確地，ICA 612的照明部件)的相對取向可以(可控地)被設置成使得由ICA 612輸出的光束垂直地或至少與FOE第一表面634a大約垂直地(例如，與垂直入射相差1°、1.5°或甚至2°以內)照射在FOE第一表面634a上。
根據一些實施方式，光學設備628還可以包括可平移的開縫或開孔的光學掩模(未示出；例如圖7的可平移開縫的光學掩模)，這樣的光學掩模被配置成控制光束(例如，雷射光束)在FOE第一表面634a上的照射(即，衝擊)位置，由此允許單獨地檢查每個內部小平面64。替選地，根據一些實施方式，光學設備628還可以包括多個快門，這樣的多個快門被配置成允許(使能)單獨地檢查每個內部小平面64。
根據一些實施方式，保持基礎結構614可以被配置成在FOE 602與SOE 682之間安裝或保持樣品60，使得FOE 602和SOE 682中的每一個都與樣品60相鄰。更具體地，根據一些這樣的實施方式，樣品60和FOE 602的相對定位可以使得FOE第二表面634b相鄰並且可選地平行於樣品第一表面66a，並且樣品60和SOE 682的相對定位可以使得SOE第二表面694b相鄰並且可選地平行於樣品第二表面66b。
根據一些實施方式，保持基礎結構614可以包括平臺638，該平臺638包括從平臺638的頂表面698延伸到平臺638中的狹縫(或孔)696。狹縫696被配置成在其中容納樣品60，使得樣品 部分68從狹縫696突出。平臺638還被配置成用於在其上安裝FOE 602和SOE 682，其中FOE第一表面634a與第一區域63a相鄰並平行，SOE第二表面694b與第二區域63b相鄰並平行。
根據一些實施方式，平臺638可以在六個自由度中可操縱。
在操作中，根據一些實施方式，由箭頭605指示的擴展且準直的入射光束(並非所有擴展且準直的入射光束都被編號)與FOE第一表面634a大約垂直地投射在FOE第一表面634a上。根據一些實施方式，入射光束可以垂直地投射到FOE第一表面634a。
入射光束(或其至少一部分)經由(即，通過)FOE第一表面634a透射到FOE 602中，從而獲得透射光束。透射光束由箭頭615指示(並非所有透射光束都被編號)。透射光束行進穿越FOE 602，經由FOE第二表面634b和樣品第一表面66a穿越(即，透射到)到樣品60中，並且朝向內部小平面64傳播。透射光束從內部小平面64朝向樣品第二表面表面66b反射。
更具體地，由於內部小平面64在其各自的取向上可能彼此略有不同，因此透射光束可以分別以略有不同的角度反射離開每個內部小平面64。因此，可以獲得多個反射光束，其在各自的傳播方向上略有不同。第一反射光束──對應於透射光束的從第一內部小平面64a反射離開的部分──由箭頭625a指示。第二反射光束──對應於透射光束的從第二內部小平面64b反射離開的部分──由箭頭625b指示。第三反射光束──對應於透射光束的從第三內部小平面64c反射離開的部分──由箭頭625c指示。
反射光束經由樣品第二表面66b從樣品60出射，並經由SOE第二表面694b進入SOE 682。接下來，反射光束行進至SOE第一表面694a並從SOE 682出射(例如，折射出去)，從而獲得(第二)多個光束(也稱為“出射光束”)：由第一反射光束從SOE 682折 射出去而引起的第一出射光束由箭頭635a指示。由第二反射光束從SOE 682折射出去而引起的第二出射光束由箭頭635b指示。由第三反射光束從SOE 682折射出去而引起的第三出射光束由箭頭635c指示。出射光束朝向ICA612傳播，由光學設備628聚焦在光感測部件624上，並且由此被感測到(例如，由包括在光感測部件624中的圖像感測器)。
根據一些實施方式，σ1和σ2中的每一個等於(90°-arctan(d 1 '/d 2 '))。通過閱讀圖6A和圖6B明顯的是，對σ1和σ2的以上選擇確保反射光束中的基本每條光線(或者其至少一部分)經由樣品第二表面66b從樣品60出射並且透射到SOE 682中，而不被任何內部小平面14或樣品第一表面66a再次反射。因此，以上對σ1和σ2的選擇可以減少損失，從而改進對返回光束的檢測(例如，通過確保返回光束在圖像感測器的光敏表面上形成亮光斑)。根據一些實施方式，σ1和σ2可以各自等於約(90°-arctan(d 1 '/d 2 '))。
根據一些實施方式，FOE第一表面634a和SOE第一表面694a可以各自用抗反射塗層塗覆，以增加透射到FOE 602中的光和折射出SOE 682的光的強度。
為了不妨礙圖6A和圖6B，未示出反射離開FOE第一表面634a的光束。
根據一些實施方式，控制器608可以與計算模組646通信地相關聯。計算模組646可以包括一個或更多個處理器以及易失性和/或非易失性記憶體部件。一個或更多個處理器可以被配置成從控制器608接收由光感測部件624獲得的原始或處理後的感測資料，並且基於該感測資料來計算平行度總體(例如，平均或最大)偏差和/或成對的內部小平面64之間的平行度偏差，基本上如以上系統100的描述中詳述的那樣。原始感測資料可以包括構成由聚焦在光感測部件624上的出射光束形成的光斑的圖元的強度。處理後的感測 資料可以包括由出射光束形成的光斑的中心點和(成對的)出射光束之間的角度偏差。根據一些這樣的實施方式，計算模組646可以被配置成處理由光感測部件624獲得的原始感測資料以從中獲得(成對的)出射光束之間的角度偏差。
根據一些實施方式，一個或更多個處理器可以包括圖形處理單元(GPU)，其被配置成執行圖像識別軟體，以識別由出射光束在包括在光感測部件624中的圖像感測器上形成的光斑。根據一些實施方式，計算模組646可以被包括在系統600中。
根據出射光束之間的角度偏差，可以推斷出內部小平面之間的平行度偏差的量值，基本上如以上系統100的描述中所述的。角度偏差可以根據使用光感測部件624獲得的出射光束的感測資料(例如，根據出射光束在光感測部件624的圖像感測器上形成的光斑的座標)得出，基本上如以上在系統100的描述中所詳述的。根據一些實施方式，角度偏差的得出可能涉及使用圖像識別軟體，並且可選地，使用其他軟體(圖像識別軟體和其他軟體中的兩者都可以由計算模組146執行)以識別由出射光束在圖像感測器上形成的光斑，計算光斑(例如，其中心點)的座標等，基本上如以上對系統100的描述中所詳述的。
作為非限制性示例，根據一些實施方式，其中使用焦距為f 1 '的準直透鏡將出射光束聚焦在(例如，自準直儀的)圖像感測器上可以使用關係式
Figure 111128035-A0202-12-0049-28
 和n s '．sin(2ε' max)=sin(δ' max)獲得(成對的)內部小面64之間的平行度的最大徑向偏差ε' max。此處，u ' α=(u' α,x ,u' α,y )、u ' β=(u' β,x ,u' β,y )和 u ' γ=(u' γ,x ,u' γ,y )是分別指定由出射光束在圖像感測器上形成的第一光斑、第二光斑和第三光斑的座標的二維向量。
根據一些實施方式，可以使用關係式
Figure 111128035-A0202-12-0050-29
、
Figure 111128035-A0202-12-0050-30
和
Figure 111128035-A0202-12-0050-32
以及n s '．sin(2ε' γβ)=sin(δ' γβ)、n s '．sin(2ε' αγ) =sin(δ' αγ)和n s '．sin(2ε' βα)=sin(δ' βα)來獲得內部小平面64之間的平行度的平均徑向偏差ε' avg，其中ε' avg=(ε' γβ+ε' αγ+ε' βα)/3。此處，δ' γβ是形成第三光斑和第二光斑的出射光束之間的角度的量值。δ' αγ是形成第一光斑和第三光斑的出射光束之間的角度的量值。δ' βα是形成第二光斑和第一光斑的出射光束之間的角度的量值。ε' γβ是分別形成第三光斑和第二光斑的出射光束反射離開的兩個內部小平面之間的徑向偏差。ε' αγ是分別形成第一光斑和第三光斑的出射光束反射離開的兩個內部小平面之間的徑向偏差。ε' βα是分別形成第二光斑和第一光斑的出射光束反射離開的兩個內部小平面之間的徑向偏差。可以以與以上在圖2A的描述中(關於u α、u β和u γ)詳述的相同方式根據u ' α、u ' β和u ' γ推斷出對內部小平面64之間的俯仰平均偏差和滾轉平均偏差的類似運算式。
根據其中平行度偏差足夠小的一些實施方式，可以採用小角度近似。在小角度近似(當以弧度處理時)情況下，
Figure 111128035-A0202-12-0051-33
、
Figure 111128035-A0202-12-0051-34
和
Figure 111128035-A0202-12-0051-35
。類似地，ε' γβ,p=|u' β,x -u' γ,x |/(2n s '．f 1 '), ε' αγ,p=|u' γ,x -u' α,x |/(2n s '．f 1 ')和ε' βα,p=|u' α,x -u' β,x |/(2n s '．f 1 ')和ε' γβ,r=|u' β,y -u' γ,y |/(2n s '．f 1 '),ε' αγ,r=|u' γ,y -u' α,y |/(2n s '．f 1 ')以及ε' βα,r=|u' α,y -u' β,y |/(2n s '．f 1 ')。根據一些實施方式，並且如圖6A和圖6B中描繪的，樣品60可以夾在FOE 602與SOE 682之間，使得FOE第二表面634b和SOE第二表面694b分別與全部第一區域63a和全部第二區域63b完全接觸。在這樣的實施方式中，透射光束直接從FOE 602進入樣品60中，而反射光束直接從樣品60進入SOE 682中。
根據一些實施方案，FOE第二表面634b不接觸樣品第一表面66a並且SOE第二表面694b不接觸樣品第二表面66b。根據一些這樣的實施方式，可以在FOE 602與樣品60之間以及在SOE 682與樣品60之間插入折射率匹配形狀可塑介面(未示出)，基本上如以上在系統100的描述中所描述的。形狀可塑介面可以與基板62具有大約相同(例如，大於n s '-0.02並且小於n s '+0.02)的折射率。
根據圖中未描繪的一些替選實施方式，代替光學裝置604，系統600可以包括干涉測量裝置，並且可以從由出射光束形成的干涉圖案中提取資訊，該資訊包括與成對的內部小平面64之間的平行度徑向偏差。根據一些這樣的實施方式，干涉測量裝置可以包括分束器陣列和相關聯的可控地打開和閉合的阻擋濾光器陣列，其被配置成允許一次一個地檢查成對的內部小平面。更具體地，分束器和阻擋濾光器陣列可以被配置成(i)將入射光束分成垂直地入射 在FOE 602上的可選擇的一對入射子光束，以及(ii)將兩個出射子光束(即，從SOE 682出射的子光束)──分別由該對入射光束引起的──重新組合成單個組合出射光束，其然後由圖像感測器感測。分束器和阻擋濾光器陣列被配置成使得每個可選擇的一對入射子光束將引起自相應的一對內部小平面的反射，其中第一入射子光束探測內部小平面中的一個並且第二入射子光束探測另一個內部小平面。例如，第一入射子光束將引起自第i內部小平面的反射(在透射到FOE 602中，穿過FOE 602並透射到樣品60中之後)，並且第二入射子光束將引起自第j內部小平面的反射(在透射到FOE 602中，穿過FOE 602並透射到樣品60中之後)，其中i和j是可控地可選擇的。如技術人員將容易認識到的，可以從由此在光感測器上形成的干涉圖案中提取第i內部小平面與第j內部小平面之間的平行度徑向偏差。
根據一些實施方式，可以例如使用可平移的開縫或開孔的光學掩模或快門元件一次一個地檢查(探測)內部小平面64中的每一個。圖7示意性地為基於光學的系統700，其對應於系統600的特定實施方式，並且被配置成用於通過一次一個地檢查內部小平面來驗證樣品的內部小平面之間的平行度。更具體地，圖7呈現了根據一些實施方式的系統700和樣品60的截面側視圖。(應當理解，樣品60不構成系統700的一部分。)
系統700包括透光FOE 702、透光SOE 782、光學裝置704以及可選的控制器708，它們分別對應於FOE 602、SOE 682、光學裝置604和控制器608的特定實施方式。FOE 702包括FOE第一表面734a和FOE第二表面734b，它們分別對應於FOE第一表面634a和FOE第二表面634b的特定實施方式。SOE 782包括SOE第一表面794a和SOE第二表面794b，它們分別對應於SOE第一表面694a和SOE第二表面694b的特定實施方式。
光學裝置704包括ICA 712和保持基礎結構714，它們 分別對應於ICA 612和保持基礎結構614的特定實施方式。ICA 712包括光源722、圖像感測器724、準直透鏡740和聚焦透鏡750。根據一些實施方式，ICA 712還可以包括光學掩模756，該光學掩模356包括狹縫758。根據一些實施方式，光學掩模756可以是可平移的，以允許將狹縫758可控地定位在任何一個內部小平面64之上，由此允許一次一個地檢查每個內部小平面64。根據一些這樣的實施方式，光學裝置704還可以包括馬達760，該馬達360可以與光學掩模756機械地相關聯，以允許平移光學掩模756。根據一些實施方式，馬達760可以是線性步進馬達，其可以經由螺杆762機械地聯接至光學掩模756。
還指示了保持基礎結構714的平臺738。平臺738對應於保持基礎結構614的平臺638的特定實施方式。
還指示了計算模組746，該計算模組346對應於計算模組646的特定實施方式。根據一些實施方式，計算模組746可以被包括在系統700中。
根據圖7中未描繪的一些替選實施方式，代替光學掩模756(和馬達760)，ICA 712可以包括快門元件，其包括多個單獨可打開和可閉合的快門。每個快門可以定位在相應的內部小平面上方，從而允許一次一個地檢查每個內部小平面64。
在操作中，根據一些實施方式，將光學掩模756平移，以將狹縫758一個接一個地定位在每個內部小平面64上方。例如，並且如圖7中所描繪的，當狹縫758被定位在第一內部小平面64a上方時，由箭頭705指示的準直光束(並非所有準直光束都被編號)沿與FOE第一表面734a正交的方向上投射在光學掩模756上。(更具體地，由光源722生成的光可以由準直透鏡740準直，從而製備準直光束。)準直光束的(第三)入射部分穿過狹縫758，垂直地照射在FOE第一表面734a上，並通過FOE第一表面734a透射到FOE 702中，從而獲得(第三)透射光束。入射部分由箭頭745c指示，並且透射光束由箭頭715c指示。
透射光束行進穿越FOE 702，經由FOE第二表面734b和樣品第一表面66a穿越到(即，透射到)樣品60中，並朝向第三內部小平面64c傳播。透射光束從第三內部小平面64c朝向樣品第二表面66b反射，從而獲得(第三)反射光束。反射光束由箭頭725c指示。反射光束經由樣品第二表面66b和SOE第二表面794b從樣品60出射進入SOE 782中。光束行行進至SOE第一表面794a並從SOE 782出射(例如，折射出去)，從而獲得第三出射光束。出射光束由箭頭735c指示。出射光束穿過狹縫758，由聚焦透鏡750聚焦在圖像感測器724上，並由此被感測。
第一入射部分、第一透射光束、第一反射光束和第一出射(例如，折射)光束的軌跡分別由虛線箭頭745a、715a、725a和735a指示。當光學掩模756被平移成使得狹縫758定位在第一內部小平面64a上方時，將實現該軌跡。箭頭745a、715a、725a和735a由虛線呈現以指示當狹縫758定位在第三內部小平面64c上方時未實現該軌跡(即，當狹縫758定位在第三內部小平面64c上方時不存在對應的光束)。第二入射部分、第二透射光束、第二反射光束和第二出射(例如，折射)光束的軌跡分別由虛線箭頭745b、715b、725b和735b指示。當光學掩模756被平移成使得狹縫758定位在第二內部小平面64b上方時，將實現該軌跡。箭頭745b、715b、725b和735b由虛線呈現以指示當狹縫758定位在第三內部小平面64c上方時未實現該軌跡(即，當狹縫758定位在第三內部小平面64c上方時不存在對應的光束)。
為了不妨礙圖7，未示出反射離開FOE第一表面734a的光束。
根據一些實施方式，光學掩模756可以連續平移，基本 上如以上關於系統300的光學掩模356所描述的。根據一些替選實施方式，光學掩模756可以在多個位置中的不同位置之間移動，基本上如以上關於系統300的光學掩模356所描述的。
根據兩個出射光束之間的角度偏差，可以推斷出兩個光束可以被追蹤到的兩個內部小平面之間的平行度偏差，基本上如以上對系統300的描述中所詳述的。可以根據兩個出射光束的感測資料(例如，根據由兩個出射光束在圖像感測器724上形成的光斑的中心點)計算角度偏差。這在下面通過非限制性示例的方式例示，根據一些實施方式，焦距為f 2 '的聚焦透鏡750用於將出射光束聚焦在圖像感測器724上。
二維向量u 1 '=(u 1 ' ,x ,u 1 ' ,y )、u 2 '=(u 2 ' ,x ,u 2 ' ,y )和u 3 '=(u 3 ' ,x ,u 3 ' ,y )分別指定第一光斑、第二光斑和第三光斑的座標(例如，中心點)。第一光斑由反射離開第一內部小平面64a的光引起，第二光斑由反射離開第二內部小平面64b的光引起，並且第三光斑由反射離開第三內部小平面64c的光引起。通過對坐標系的合適選擇，可以分別經由tan(δ' 21,p)=(u 2 ' ,x -u 1 ' ,x )/f 2 '和tan(δ' 21,r)=(u 2 ' ,y -u 1 ' ,y )/f 2 '來計算第二返回光束相對於第一返回光束的俯仰偏差δ' 21,p和滾轉偏差δ' 21,r。類似地，可以分別經由tan(δ' 31,p)=(u 3 ' ,x -u 1 ' ,x )/f 2 '和tan(δ' 31,r)=(u 3 ' ,y -u 1 ' ,y )/f 2 '來計算第三返回光束相對於第一返回光束的俯仰偏差δ' 31,p和滾轉偏差δ' 31,r，並且可以分別經由tan(δ' 32,p)=(u 3 ' ,x -u 2 ' ,x )/f 2 '和tan(δ' 32,r)=(u 3 ' ,y -u 2 ' ,y )/f 2 '來計算第三返回光束相對於第二返回光束的俯仰偏差δ' 32,p和滾轉偏差δ' 32,r。因此，可以分別使用關係式n s'．sin(2ε' 21,p)=sin(δ' 21,p)和n s '．sin(2ε' 21,r)=sin(δ' 21,r)來計算第二內部小平面64b相對於第一內部小平面64a的俯仰平行度偏差ε' 21,x 和滾轉平行度偏差ε' 21,y 。可以分別使用n s '．sin(2ε' 31,p)=sin(δ' 31,p)和n s '．sin(2ε' 31,r)=sin(δ' 31,r)來計算第三內部小平面64c相對於第一內部小平面64a的俯仰平行度偏差ε' 31,p和滾轉平行度偏差ε' 31,r。可以分別使用n s '． sin(2ε' 32,p)=sin(δ' 32,p)和n s '．sin(2ε' 32,r)=sin(δ' 32,r)來計算第三內部小平面64c相對於第二內部小平面64b的俯仰平行度偏差ε' 32,p和滾轉平行度偏差ε' 32,r。
根據其中平行度偏差足夠小的一些實施方式，可以採用小角度近似。如對技術人員而言明顯的，在小角度近似下(當以弧度處理時)，ε' 21,p=(u 2 ' ,x -u 1 ' ,x )/(2n s '．f 2 ')和ε' 21,r=(u 2 ' ,y -u 1 ' ,y )/(2n s '．f 2 '),ε' 31,p=(u 3 ' ,x -u 1 ' ,x )/(2n s '．f 2 ')和ε' 31,r=(u 3 ' ,y -u 1 ' ,y )/(2n s '．f 2 ')，以及ε' 32,p=(u 3 ' ,x -u 2 ' ,x )/(2n s '．f 2 ')和ε' 32,r=(u 3 ' ,y -u 2 ' ,y )/(2n s '．f 2 ')。
方法
根據一些實施方式的一方面，提供了一種用於對樣品的內部小平面進行度量的基於光學的方法。可以採用該方法來驗證樣品的內部小平面之間的平行度。圖8呈現了根據一些實施方式的這樣的方法(基於光學的方法800)的流程圖。方法800可以包括：
--階段810，其中，提供要檢查的樣品(例如，樣品10或60)。樣品包括具有折射率n s的透光基板(例如，基板12或62)、以及嵌入在基板中的兩個或更多個標稱平行的內部小平面(例如，內部小平面14或64)。每個內部小平面相對於樣品的外部且平坦的第一表面大約正交地定向。
-階段820，其中，提供了具有約等於n s(例如，大於n s-0.02且小於n s+0.02)的折射率的(第一)光學元件(例如，光學元件102或302或FOE 602或702，或與其類似的光學元件)。光學元件包括外部且平坦的第一表面以及外部且平坦的第二表面，該第二表面與光學元件的第一表面相對並且相對於該第一表面以銳角(第一)傾角傾斜。
-階段830，其中，樣品和光學元件被定位成使得光學元件的第二表面與樣品的第一表面相鄰。
-階段840，其中，將第一多個光束(也稱為“入射光束”)與光學元件的第一表面大約垂直地投射在第一表面上(例如，與垂直入射相差2°以內)。
-階段850，其中，作為第一多個光束中的每個光束穿過光學元件、透射到樣品中、從內部小平面反射一次並從樣品出射(即透射出去)的結果，獲得第二多個光束。
-階段860，其中，感測(測量；例如使用光感測部件124)第二多個光束。
-階段870，其中，(至少)基於(在階段860中獲得的)感測資料，計算至少一些內部小平面之間的至少一個平行度偏差。
如本文所使用的，術語獲得可以在主動和被動意義上使用。因此，例如，在階段850中，可以獲得第二多個光束，這不是作為在階段850中實施的任何操作的結果，而是由於在階段840中生成第一多個光束。通常，階段可以描述由用戶或由用於實現該方法的系統執行的主動操作，和/或在一個或更多個較早階段中執行的一個或更多個操作的結果或效果。
方法800可以用於驗證樣品(例如，樣品10或樣品60)的內部小平面之間的平行度。特別地，方法800可以用於驗證一維波導的內部小平面之間以及二維波導的內部小平面之間的平行度。
如以上在其相應描述中詳述的，可以採用諸如系統100、300、600和700中的任何一個或與其類似的系統的基於光學的系統來實現方法800。
根據一些實施方式，採用單個光學元件，例如光學元件102或光學元件302。根據一些實施方式，如以上在圖1A至圖1E的描述中和在圖3的描述中所描述的，以及如以下在圖9的描述中所描述的，在光束(第一次)穿過光學元件並且從內部小平面反射一次之後再次穿過光學元件之後獲得第二多個光束。根據一些實施方 式，光學元件可以是棱鏡(例如，三棱鏡)。
根據一些實施方式，可以採用一對光學元件：第一光學元件(例如，FOE 602或702)和第二光學元件(例如，SOE 682或782)。根據一些實施方式，如以上在圖6A和圖6B的描述中以及在圖7的描述中以及下面在圖10的描述中所描述的，在光束(單次)穿過第一光學元件、透射到樣品中並且從內部小平面反射一次並且(單次)穿過第二光學元件之後獲得第二多個光束。根據一些實施方式，每個光學元件可以是棱鏡(例如，三棱鏡)。
根據一些實施方式，在階段840中，第一多個光束中的光束構成被準直的擴展光束的互補部分。根據一些實施方式，擴展光束可以是單色的。根據一些這樣的實施方式，擴展光束可以是雷射光束。
根據一些實施方式，一個接一個地依次檢查內部小平面。根據一些這樣的實施方式，可以通過一個內部小平面接一個內部小平面地掃描內部小平面上的光斑來“連續地”檢查內部小平面。
根據一些實施方式，一次一個地檢查(探測)內部小平面。更具體地，根據一些實施方式，可以將階段840、850和860實現N次，其中，N是內部小平面的數量，並且其中，在每次實現中，光僅照射在內部小平面之一上，基本上如以上在根據其一些實施方式的系統100的描述中，在根據其一些實施方式的系統600的描述中或在系統300的描述中以及在系統700的描述中所描述的。
根據一些實施方式，其中圖像感測器用於感測第二多個光束中的光束(例如，當使用攝像裝置和/或自準直儀時)，階段870可以包括初始子階段，其中，使用圖像識別軟體來識別由第二多個光束中的光束在圖像感測器的光敏表面上的形成的光斑(例如，光斑201、光斑401、形成在系統600的圖像感測器上的光斑或形成在圖像感測器724上的光斑)。根據一些實施方式，初始子階段還可 以包括：將座標分配給每個光斑，例如確定光斑的中心點。根據一些實施方式，可以通過對構成由點的強度加權的光斑的每個點的座標求平均來確定中心點。
根據其中一次一個地檢查內部小平面的一些實施方式，在階段870中，計算成對的相鄰內部小平面之間的平行度偏差。附加地或替選地，根據一些實施方式，計算每個內部小平面(除了參考內部小平面)與參考內部小平面(例如，最側面的小平面)之間的平行度偏差。根據一些實施方式，計算每對內部小平面之間的平行度偏差。根據一些實施方式，基於計算的偏差，計算平行度平均偏差和/或最大偏差中的一個或更多個。根據一些實施方式，可以計算俯仰和/或滾轉的平均和/或最大偏差。下面在圖9和圖10的描述中詳述了可以計算(以上提及的)平行度的各種偏差的方式。
根據一些實施方式，提供了一種用於對樣品的內部小平面進行度量的基於光學的方法。可以採用該方法來驗證樣品的內部小平面之間的平行度。圖9呈現了根據一些實施方式的這樣的方法(基於光學的方法900)的流程圖。方法900可以包括：
--階段910，其中，提供要檢查的樣品(例如，樣品10)。樣品包括具有折射率n s '的透光基板以及嵌入在基板中的兩個或更多個標稱平行的內部小平面(例如，內部小平面14)。每個內部小平面相對於樣品的外部且平坦的第一表面和樣品的外部且平坦的第二表面大約正交地定向。
-階段920，其中，提供光學元件(例如，光學元件102或光學元件302)，該光學元件具有大約等於n s '(例如，大於n s '-0.02且小於n s '+0.02)的折射率。光學元件包括外部且平坦的第一表面以及外部且平坦的第二表面，該第二表面與光學元件的第一表面相對並相對於該第一表面以銳角傾角傾斜。
-階段930，其中，將樣品和光學元件定位成使得光學元件的第二表面與樣品的第一表面相鄰。
-階段940，其中，將第一多個光束(也稱為“入射光束”)與光學元件的第一表面大約垂直地(例如，與垂直入射相差2°以內)投射在光學元件的第一表面上。
-階段950，其中，作為每個入射光束穿過光學元件、透射到樣品中、從樣品的內部小平面和第二表面反射一次並再次穿過光學元件的結果，獲得第二多個光束(也稱為“返回光束”)。
-階段960，其中，感測(即測量；例如使用光感測部件124)第二多個光束。
-階段970，其中，(至少)基於(在階段960中獲得的)感測資料，計算至少一些內部小平面之間的至少一個平行度偏差。
方法900對應於方法800的特定實施方式。方法900可以用於驗證樣品(例如，樣品10)的內部小平面之間的平行度。方法900可以採用如以上在圖1A至圖5的描述中所教導的基於光學的系統(例如，系統100和系統300或與其類似的系統中的任何一個)來實現。
根據一些實施方式，例如，基本上如以上在根據其一些實施方式的系統100的描述和系統300的描述中詳述的，採用自準直儀(例如，自準直儀352)來實現階段940、950和960。根據一些實施方式，自準直儀包括圖像感測器，並且在階段960中，由圖像感測器感測第二多個光束中的光束。替選地，根據一些實施方式，自準直儀是視覺自準直儀，並且使用自準直儀的目鏡元件(通過目鏡觀看刻度標線)來感測返回光束。
根據其中(i)採用圖像感測器來感測返回光束，(ii)階段970包括其中使用圖像識別軟體識別由返回光束在圖像感測器的光敏表面上形成的光斑的初始子階段，以及(iii)光學元件的第 一表面未用反射塗層塗覆，使得可以在圖像感測器的光敏表面上(即，由直接反射離開光學元件的第一表面的光)形成附加的光斑(例如，光斑211)的一些實施方式，圖像識別軟體還可以被配置成將附加光斑與由返回光束形成的光斑區分開。
根據其中返回光束中的每一個可以追溯到相應的特定內部小平面(例如，通過一次一個地檢查內部小平面)的一些實施方式，可以使用關係式tan(δ ij,p)=(x i -x j )/f 1和n s．sin(2ε ij,p)=sin(δ ij,p)來計算第i內部小平面與第j內部小平面之間的俯仰偏差ε ij,p。類似地，可以使用關係式tan(δ ij,r)=(y i -y j )/f 1和n s．sin(2ε ij,r)=sin(δ ij,r)來計算第i內部小平面與第j內部小平面之間的滾轉偏差ε ij,y。f 1是用於將返回光束聚焦在用於感測返回光束的光感測部件上的聚焦透鏡或聚焦透鏡元件的焦距。x i 和x j 分別是確定的第i返回光束和第j返回光束的x座標(例如，由第i返回光束和第j返回光束在圖像感測器上形成的光斑的中心點的水準座標)。y i 和y j 分別是確定的第i返回光束和第j返回光束的y座標(例如，由第i返回光束和第j返回光束在圖像感測器上形成的光斑的中心點的豎直座標)。(通過對坐標系的合適選擇，將俯仰上的傾斜和滾轉上的傾斜解耦，使得俯仰僅影響光斑的x座標的值，而滾轉僅影響光斑的y座標的值。)
可以使用關係式
Figure 111128035-A0202-12-0061-36
和n s．sin(2ε ij )=sin(δ ij )來計算第i內部小平面相對於第j內部小平面的平行度徑向偏差ε ij 。
根據其中平行度偏差足夠小的一些實施方式，可以採用小角度近似。如對技術人員顯而言明顯的，在小角度近似下(當以弧度處理時)，ε ij,p=(x i -x j )/(2n s．f 1)並且ε ij,r=(y i -y j )/(2n s．f 1)。
根據一些實施方式，光斑的座標的確定可以包括：計算相關聯的不確定度，並且基於此，計算與成對的內部小平面之間的平行度偏差的不確定度。
根據其中並非一次一個地檢查內部小平面(例如，同時檢查所有內部小平面)，使得確定的返回光束的座標(例如，由返回光束在圖像感測器上形成的光斑的中心點)通常(至少在沒有附加資料的情況下)不能歸因於內部小平面之一的一些實施方式，在階段970中，計算平行度的平均徑向偏差(即，平均偏差量值)和/或平行度的最大徑向偏差(即，偏差的量值)。根據一些實施方式，可以首先計算成對返回光束之間的角度偏差。更具體地，可以通過 使用關係式
Figure 111128035-A0202-12-0062-37
和n s '．sin(2ε' ij ) =sin(δ' ij )來獲得平行度的平均徑向偏差，以計算
Figure 111128035-A0202-12-0062-78
。此處， δ' lm 是引起第l光斑的光束與引起第m光斑的光束之間的角度偏差的量值。ε' lm 是引起第l光斑的光束被反射離開的內部小平面與引起第m光斑的光束被反射離開的內部小平面之間偏差(即，徑向偏差)的量值。M是(不同的)內部小平面對的數量。可以通過計算max{ε lm } 1,m>1 來獲得平行度的最大徑向偏差。
根據一些實施方式，為了消除必須區分返回光束與直接反射離開光學元件的第一表面的光，光學元件的第一表面可以用 抗反射塗層塗覆。附加地或替選地，根據一些實施方式，入射光束可以相對於光學元件的第一表面的法線以角度Δ'略微傾斜。如以上在系統100的描述中所說明的，|Δ'|被選擇得足夠大以確保返回光束可與直接反射離開光學元件的第一表面的光區分開。根據一些實施方式，0.3°
Figure 111128035-A0202-12-0063-79
|Δ'|
Figure 111128035-A0202-12-0063-80
0.5°，0.2°
Figure 111128035-A0202-12-0063-81
|Δ'|
Figure 111128035-A0202-12-0063-82
0.7°，或者甚至0.1°
Figure 111128035-A0202-12-0063-83
|Δ'|
Figure 111128035-A0202-12-0063-84
1°。每個可能性對應於不同的實施方式。
根據一些實施方式，特別是其中樣品的第一表面和/或光學元件的第一表面未被充分拋光和/或不能以足夠的精度對準以消除或至少減輕色散的實施方式，如以上在系統100的描述中詳述的，具有與(樣品的)基板大約相同的折射率(例如，大於n s '-0.02且小於n s '+0.02)的形狀可塑介面可以定位在光學元件與樣品之間。
根據一些實施方式，提供了一種用於對樣品的內部小平面進行度量的基於光學的方法。可以採用該方法來驗證樣品的內部小平面之間的平行度。圖10呈現了根據一些實施方式的這樣的方法(基於光學的方法1000)的流程圖。方法1000可以包括：
-階段1010，其中，提供要檢查的樣品(例如，樣品60)。樣品包括具有折射率n s "的透光基板，以及嵌入在基板中的兩個或更多個標稱平行的內部小平面(例如，內部小平面64)。每個內部小平面相對於樣品的外部且平坦的第一表面和樣品的外部且平坦的第二表面大約正交地定向。
-階段1020，其中，提供第一光學元件(FOE；例如，FOE 602或FOE 702)和第二光學元件(SOE；例如，SOE 682或SOE 782)。FOE和SOE中的每一個都具有大約等於n s "(例如，大於n s "-0.02且 小於n s "+0.02)的相應折射率。FOE包括外部且平坦的第一表面和外部且平坦的第二表面，該第二表面與FOE的第一表面相對並且相對於該第一表面以銳角傾角傾斜。SOE包括外部且平坦的第一表面和外部且平坦的第二表面，該第二表面與SOE的第一表面相對並且相對於該第一表面以大約(FOE的第二表面相對於FOE的第一表面的)傾角傾斜。
-階段1030，其中，將樣品、FOE和SOE定位成使得樣品設置在FOE與SOE之間，其中FOE的第二表面和SOE的第二表面分別與樣品的第一表面和樣品的第二表面相鄰。
-階段1040，其中，將多個入射光束與FOE的第一表面大約垂直地(例如，與垂直入射相差1°、1.5°或甚至2°以內)投射在FOE的第一表面上。
-階段1050，其中，通過使入射光束穿過FOE、透射到樣品中、從內部小平面反射一次、透射到SOE中並從SOE出射(例如，折射出去)來獲得第二多個光束(也稱為“出射光束”)。
-階段1060，其中，感測(即測量；例如使用光感測部件624或圖像感測器724)第二多個光束。
-階段1070，其中，基於感測的資料，計算至少一些內部小平面之間的至少一個平行度偏差。
方法1000對應於方法800的特定實施方式。方法1000可以用於驗證樣品(例如，樣品60)的內部小平面之間的平行度。如以上在圖6A至圖7的描述中所教導的，方法1000可以採用基於光學的系統(例如，系統600和系統700或與其類似的系統中的任何一個)來實現。
根據其中從SOE出射的光束中的每一個可以追溯到樣品中的特定內部小平面(例如，通過一次一個地檢查內部小平面) 的一些實施方式，可以使用關係式tan(δ" ij,p)=(x' i -x' j )/f 2和n s "．sin(2ε" ij,p)=sin(δ" ij,p)來計算第i內部小平面與第j內部小平面之間的俯仰偏差ε" ij,p。類似地，可以使用關係式tan(δ" ij,r)=(y' i -y' j )/f 1和n s"．sin(2ε" ij,r)=sin(δ" ij,r)來計算第i內部小平面與第j內部小平面之間的滾轉偏差ε" ij,r。f 2是用於將出射光束聚焦在用於感測出射光束的光感測部件上的聚焦透鏡或聚焦透鏡元件的焦距。x' i 和x' j 分別是第i出射光束和第j出射光束的x座標(例如，由第i出射光束和第j出射光束在圖像感測器上形成的光斑的水準座標)。y' i 和y' j 分別是第i出射光束和第j出射光束的y座標(例如，由第i出射光束和第j出射光束在圖像感測器上形成的光斑的垂直座標)。(此處，隱含地假設坐標系使得俯仰上的傾斜和滾轉上的傾斜解耦，如以上方法900的描述中所說明的。)
根據一些實施方式，光斑的座標的確定可以包括：計算相關聯的不確定度，並且基於此，計算與成對的內部小平面之間的平行度偏差的不確定度。
根據其中並非一次一個地檢查內部小平面而使得確定的出射光束的座標(例如，由此在圖像感測器上形成的光斑的中心點)通常不能歸因於內部小平面之一的一些實施方式，在階段1070中，計算平行度平均徑向偏差和/或平行度最大徑向偏差。根據一些實施方式，可以首先計算成對的出射光束之間的角度偏差。更具體 地，可以通過使用關係式
Figure 111128035-A0202-12-0066-41
和n s"．sin(2ε''' ij )=sin(δ''' ij ) 來獲得平行度平均徑向偏差，以計算
Figure 111128035-A0202-12-0066-85
。此處，δ''' lm 是 引起第l光斑的光束與引起第m光斑的光束之間的角度偏差的量值。δ''' lm 是引起第l光斑的光束反射離開的內部小平面與引起第m光斑的光束反射離開的內部小平面之間的偏差(即，徑向偏差)的量值。M'是(不同的)內部小平面對的數量。可以通過計算
Figure 111128035-A0202-12-0066-86
來獲得平行度最大徑向偏差。
根據一些實施方式，特別是其中樣品的第一表面和第二表面和/或FOE的第二表面和SOE的第二表面未被充分拋光並且/或者不能以足夠的精度對準的實施方式，為了消除或至少減輕色散，可以將具有與(樣品的)基板大約相同(例如，大於n s "-0.02且小於n s "+0.02)的折射率的形狀可塑介面定位在FOE與樣品之間以及SOE與樣品之間，如以上對系統600的描述中詳述的那樣。
如本文所使用的，術語“測量”和“感測”可互換地使用。類似地，術語“感測的資料”和“測量資料”(或“測量的資料”)可互換地使用。
應當理解，為了清楚起見在單獨的實施方式的上下文中描述的本發明內容的某些特徵也可以在單個實施方式中組合提供。 相反地，為了簡潔起見在單個實施方式的上下文中描述的本發明內容的各種特徵也可以單獨地或以任何合適的子組合或如在本發明內容的任何其他描述的實施方式中合適地提供。在實施方式的上下文中描述的特徵不應被認為是該實施方式的必要特徵，除非明確地這樣指定。
儘管可能以特定順序描述了根據一些實施方式的方法的階段，但是本發明內容的方法可以包括以不同循序執行和/或發生的所述的階段中的一些或全部。本發明內容的方法可以包括所述的幾個階段或所述的所有階段。在所公開的方法中沒有特定的階段應認為是該方法的必要階段，除非明確地這樣指定。
儘管結合本發明內容的特定實施方式描述了本發明內容，但是顯然，可以存在對於本領域技術人員明顯的許多替選、修改和變化。因此，本發明內容包含落入所附請求項的範圍內的所有這樣的替選、修改和變化。應當理解，本發明內容其應用不一定限於本文闡述的部件和/或方法的構造和佈置的細節。可以實踐其他實施方式，並且可以以各種方式來實現實施方式。
本文使用的措辭和術語是為了描述的目的，而不應被認為是限制的。本發明中對任何參考文獻的引用或標識不應被解釋為承認這樣的參考文獻可以作為本發明內容的現有技術使用。本文中所使用的章節標題是為了便於理解說明書，而不應當被解釋為必然限制。
10:樣品
100:系統
102:光學元件
104:光學裝置
108:控制器
112:照明與採集組件(ICA)
114:保持基礎結構
11a:第一端
11b:第二端
12,132:基板
122:光源
124:光感測部件
128:光學設備
134a:外部第一表面/光學元件第一表面
134b:外部第二表面/光學元件第二表面
138:載物台元件
146:計算模組
14a:第一內部小平面
14b:第二內部小平面
14c:第三內部小平面
16a:外部第一表面/樣品第一表面
16b:外部第二表面/樣品第二表面
x,y,z:軸
μ1:第一角度
μ2:第二角度
μ3:第三角度
σ:傾角

Claims (32)

  1. 一種用於對樣品進行度量的基於光學的系統，所述樣品具有折射率為n s的基板以及兩個或更多個內部小平面，所述兩個或更多個內部小平面嵌入在所述基板中、標稱地平行、並且相對於所述樣品的外部且平坦的第一表面大約垂直，所述系統包括第一光學元件(FOE)和光學裝置，所述光學裝置包括光源、光學設備和光感測部件；
    其中，所述FOE具有大約等於n s的折射率並且包括外部且平坦的第一表面和外部且平坦的第二表面，所述第二表面與所述FOE的第一表面相對並且相對於所述FOE的第一表面以銳角第一傾角傾斜；
    其中，所述光學裝置被配置成使得能夠將所述樣品和/或所述FOE定位成使得所述FOE的第二表面與所述樣品的第一表面相鄰，並且當被如此定位時，由所述光源生成的第一多個光束將與所述FOE的第一表面大約垂直地照射在所述FOE的第一表面上；
    其中，所述FOE還被配置成將在所述第一多個光束中的光束穿過所述FOE、透射到所述樣品中並且從所述內部小平面反射一次之後從所述樣品出射的第二多個光束聚焦在所述光感測部件上，從而使得能夠測量所述第二多個光束中的光束之間的角度偏差；以及
    其中，所述第二多個光束中的光束之間的角度偏差指示所述內部小平面之間的平行度偏差。
  2. 如請求項1所述的系統，其中，所述光學設備包括準直透鏡或準直透鏡組件，所述準直透鏡或準直透鏡元件被配置成對由所述光源生成的光束進行準直，從而製備所述第一多個光束，並且/或者
    其中，所述光學設備包括聚焦透鏡或聚焦透鏡組件，所述聚焦透鏡或聚焦透鏡元件被配置成將所述第二多個光束中的光束聚焦在 所述光感測部件上。
  3. 如請求項2所述的系統，其中，所述光源是鐳射源。
  4. 如請求項1所述的系統，其中，所述光感測部件包括圖像感測器，所述圖像感測器被配置成感測所述第二多個光束；並且/或者
    其中，所述光感測部件包括目鏡元件。
  5. 如請求項1所述的系統，其中，所述光學裝置被配置成使得能夠將所述樣品和所述FOE定位成使得所述樣品的第一表面上的第一區域與所述FOE的第二表面完全接觸，所述第一區域由所述樣品的包括所述內部小平面的部分限定。
  6. 如請求項1所述的系統，其中，所述樣品是一維反射波導或二維反射波導。
  7. 如請求項1所述的系統，其中，所述FOE是棱鏡。
  8. 如請求項1所述的系統，其中，所述光學裝置還包括可平移的開縫或開孔的光學掩模和/或多個快門，所述光學掩模和/或所述多個快門被配置成使得能夠一次一個地檢查所述內部小平面。
  9. 如請求項4所述的系統，其中，感測的資料包括構成由所述第二多個光束中的光束分別在所述圖像感測器上引起的光斑的圖元的測量強度。
  10. 如請求項9所述的系統，還包括計算模組，所述計算模組被配置成基於所述感測的資料來計算所述內部小平面之間的平行度偏差。
  11. 如請求項10所述的系統，其中，作為計算所述平行度偏差的一部分，所述計算模組被配置成基於所述感測的資料來計算所述第二多個光束中的光束之間的所述角度偏差。
  12. 如請求項10所述的系統，其中，所述計算模組被配置成計max{ε ij } i,j>i 算參量εavg和/或εmax，其中，εavg等於
    Figure 111128035-A0202-13-0003-87
    ，並且εmax等於或
    Figure 111128035-A0202-13-0003-46
    ，並且
    Figure 111128035-A0202-13-0003-47
    ，
    Figure 111128035-A0202-13-0003-48
    是指定第i光 斑和第j光斑在所述圖像感測器上的位置的一組二維向量，N是所述內部小平面的數量，M=N．(N-1)/2，並且f是被配置成將所述返回光束聚焦在所述圖像感測器上的聚焦透鏡或聚焦透鏡組件的焦距。
  13. 如請求項10所述的系統，其中，所述光學裝置還包括可平移的開縫或開孔的光學掩模和/或多個快門，所述光學掩模和/或所述多個快門被配置成使得能夠一次一個地檢查所述內部小平面，並且其中，所述計算模組被配置成計算所述兩個或更多個內部小平面中的成對內部小平面之間的平行度偏差。
  14. 如請求項13所述的系統，其中，計算所述成對內部小平面之間的平行度偏差包括：計算所述成對內部小平面中的每對內部小平面中的內部小平面之間的俯仰偏差{ε ij,p} i,j 和/或滾轉偏差{ε ij,r} i,j ，其中，索引i和j涉及不同的內部小平面對，並且ε ij,p和ε ij,r分別是所述內部小平面中的第i內部小平面與第j內部小平面之間的俯仰偏差和滾轉偏差。
  15. 如請求項14所述的系統，其中，分別經由ε ij,p=δ ij,p/(2n s)=(x i -x j )/(2n s．f)和ε ij,r=δ ij,r/(2n s)=(y i -y j )/(2n s．f)來計算所述 ε ij,p和所述ε ij,r，其中，δ ij,p是由所述第i內部小平面的反射引起的所述第二多個光束中的第i光束與由所述第j內部小平面的反射引起的所述第二多個光束中的第j光束之間的俯仰偏差，δ ij,r是所述第二多個光束中的第i光束與所述第二多個光束中的第j光束之間的滾轉偏差，
    Figure 111128035-A0202-13-0004-49
    是指定由所述第二多個光束中的光束引起的光斑在所述圖像感測器上的位置的一組二維向量，所述指數k標記所述光束，N是所述內部小平面的數量，並且f是被配置成將所述第二多個光束中的光束聚焦在所述圖像感測器上的聚焦透鏡或聚焦透鏡組件的焦距。
  16. 如請求項1所述的系統，其中，所述光學裝置被配置成使得能夠將所述樣品和/或所述FOE定位成使得所述樣品的第一表面上的第一區域與所述FOE的第二表面完全接觸，所述第一區域由所述樣品的包括所述內部小平面的部分限定。
  17. 如請求項1所述的系統，其中，所述FOE的第一表面用抗反射塗層塗覆。
  18. 如請求項1所述的系統，其中，所述光學裝置包括自準直儀，所述自準直儀被配置成生成所述第一多個光束並且將所述第二多個光束中的光束聚焦在所述光感測部件上。
  19. 如請求項1至18中任一項所述的方法，其中，所述第二多個光束包括經由所述樣品的第一表面以及經由所述FOE從所述樣品返回的光束。
  20. 如請求項19所述的系統，其中，所述樣品包括與所述樣品的第一表面相對的外部且平坦的第二表面，並且其中，在經由 所述樣品的第一表面從所述樣品出射之前，所述返回光束從所述樣品的第二表面被反射。
  21. 如請求項20所述的方法，其中，所述樣品的內部小平面與所述樣品的第一表面正交，並且所述樣品的第二表面平行於所述樣品的第一表面。
  22. 如請求項21所述的方法，其中，所述樣品的相鄰內部小平面以規則間隔間隔開，並且所述第一傾角大約等於(90°-arctan(2d 1/d 2))，其中，d 1是所述樣品的第一表面與所述樣品的第二表面之間的距離，並且d 2是所述樣品的相鄰內部小平面之間的距離。
  23. 如請求項1至15中任一項所述的系統，其中，所述樣品包括與所述樣品的第一表面相對的外部且平坦的第二表面，並且其中，所述第二多個光束包括經由所述樣品的第二表面從所述樣品出射的光束。
  24. 如請求項23所述的系統，還包括第二光學元件(SOE)，所述SOE具有大約等於n s的折射率並且包括外部且平坦的第一表面和外部且平坦的第二表面，所述第二表面與所述SOE的第一表面相對並且相對於所述SOE的第一表面以銳角第二傾角傾斜；並且
    其中，所述光學裝置附加地被配置成使得能夠將所述樣品和/或所述SOE定位成使得所述SOE的第二表面與所述樣品的第二表面相鄰。
  25. 如請求項24所述的系統，其中，所述第二多個光束包括在經由所述樣品的第二表面從所述樣品出射並且透射到所述SOE中之後經由所述SOE的第一表面從所述SOE出射的光束。
  26. 如請求項25所述的系統，其中，所述光學裝置還被配置成使得能夠將所述樣品和/或所述SOE定位成使得所述樣品的第一 表面上的第一區域與所述FOE的第二表面完全接觸，並且所述樣品的與所述第一區域相對的第二區域與所述SOE的第二表面完全接觸，所述第一區域和所述第二區域由所述樣品的包括所述內部小平面的部分限定。
  27. 如請求項26所述的系統，其中，所述樣品的內部小平面與所述樣品的第一表面正交，並且所述樣品的第二表面平行於所述樣品的第一表面。
  28. 如請求項27所述的系統，其中，所述第二傾角大約等於所述第一傾角，使得所述第二多個光束中的每個光束與所述SOE的第一表面大約垂直地從所述SOE出射。
  29. 如請求項28所述的系統，其中，所述樣品的相鄰內部小平面以規則間隔間隔開，並且所述第一傾角和所述第二傾角中的每一個都等於約(90°-arctan(d 1/d 2))，其中，d 1是所述樣品的第一表面與所述樣品的第二表面之間的距離，並且d 2是所述樣品的相鄰內部小平面之間的距離。
  30. 如請求項24所述的系統，其中，所述SOE是棱鏡。
  31. 如請求項24所述的系統，其中，所述FOE的第一表面和所述SOE的第一表面用抗反射塗層塗覆。
  32. 一種用於驗證樣品的內部小平面之間的平行度的基於光學的方法，所述方法包括以下階段：
    提供樣品，所述樣品包括具有折射率n s的透光基板以及兩個或更多個內部小平面，所述兩個或更多個內部小平面嵌入在所述基板中，標稱地平行並且與所述樣品的外部且平坦的第一表面大約正交；
    提供具有大約等於n s的折射率的第一光學元件(FOE)，所述FOE包括外部且平坦的第一表面和外部且平坦的第二表面，所述第二表面與所述FOE的第一表面相對並且相對於所述FOE的第一表面以銳角第一傾角傾斜；
    將所述樣品和所述FOE定位成使得所述FOE的第二表面與所述樣品的第一表面相鄰；
    將第一多個光束與所述FOE的第一表面大約垂直地投射在所述FOE的第一表面上；
    獲得第二多個光束，所述第二多個光束在所述第一多個光束中的每個光束穿過所述FOE，透射到所述樣品中並且從所述內部小平面反射一次之後從所述樣品出射；
    感測所述第二多個光束；以及
    基於感測的資料，計算所述內部小平面中的至少一些內部小平面之間的至少一個平行度偏差。
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