TWI715121B - 一種感測裝置及感測方法 - Google Patents

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Abstract

本申請公開了一種感測裝置及感測方法，利用所述感測裝置對所述待測樣品進行感測時，可以通過物鏡切換裝置對第一探測裝置和第二探測裝置的切換，實現對所述待測樣品的高度資訊和結構資訊的獲取，在這個過程中無需將待測樣品在感測裝置之間轉移，不僅避免了在轉移所述待測樣品的過程中可能造成的污染，降低了待測樣品在感測過程中被污染的概率，而且無需重複進行待測樣品的待感測區域的確定，提升了待測樣品的感測速度。

Description

一種感測裝置及感測方法
本發明涉及測量技術領域，更具體地說，涉及一種感測裝置及感測方法。
(註：本發明主張2018年8月1日提交的中國專利發明第201810866025.8號，發明名稱為“一種感測裝置及感測方法”的優先權，所述中國專利發明的全部內容通過引用結合在本發明中。)
隨著半導體技術的不斷發展，各類半導體晶片的工藝製程也相繼進入了奈米級別。並且隨著半導體晶片的尺寸的日益減小，需要開發新的加工工藝來適應小尺寸半導體晶片的製備。
半導體晶片的加工工序繁多，如果中間某一工序加工不合格均可能導致整個晶片的損壞失效，白白浪費掉了後續的加工工序。因此在半導體晶片的製程中，生產人員常常在關鍵加工步驟後引入晶片感測工序，對半導體晶片的橫向尺寸、膜厚資訊和高度資訊進行測量，以判斷當前的半導體晶片是否符合要求，從而及時排除不合格的半導體晶片，進而達到降低半導體晶片的生產成本和提高半導體晶片的產品合格率的目的。
現有技術中對於半導體晶片的感測的主要目的是通過光學測量手段獲取待測樣品的光學感測資訊，例如依靠掃描白光干涉感測裝置和膜厚感測裝置等獲取待測樣品的光學感測資訊，其中，掃描白光干涉感測裝置能夠實現對半導體晶片的成像和高精度的高度測量，但是對於半導體晶片中的膜層測量要求卻無法滿足，此時需要將待測的半導體晶片從該裝置移出並 設置在膜厚感測裝置中，以進行膜層厚度的測量；由於半導體晶片上通常集成有多個小晶片，並且每個小晶片均由複雜的微小結構構成，因此在更換感測裝置後，需要對半導體晶片上的感測區域進行重新定位，這不僅降低了感測速度，而且半導體晶片在裝置之間的移動和多次定位過程增加了半導體晶片被污染的機率。
為解決上述技術問題，本發明提供了一種感測裝置及感測方法，以實現提高半導體晶片的感測速度，並且降低半導體晶片在感測過程中被污染的機率的目的。
為實現上述技術目的，本發明實施例提供了如下技術方案：一種感測裝置，包括：承載平臺，用於承載待測樣品；光源裝置，所示光源裝置用於出射探測光線；第一探測裝置，所述第一探測裝置用於接收所述探測光線，並形成第一測量光和第一參考光，所述第一測量光經待測樣品反射後與第一參考光發生干涉；第二探測裝置，所述第二探測裝置用於將所述探測光線彙聚至所述待測樣品表面，形成第二測量光；物鏡切換裝置，用於對所述第一探測裝置或所述第二探測裝置進行切換，使所述第一探測裝置或所述第二探測裝置處於光路中；測量設備，用於根據經所述待測樣品反射回的第一測量光和第一參考光獲取所述待測樣品的高度資訊，並根據所述第二測量光獲取待測樣品的結構資訊。
可選的，所述測量設備包括第一測量裝置，用於獲取所述高度資訊；所述第一測量裝置還用於根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取所述待測樣品的成像資訊。
可選的，所述第一測量裝置包括圖像感測器。
可選的，所述測量設備還包括：第二測量裝置；所述第二測量裝置用於根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取所述待測樣品的膜厚資訊。
可選的，所述第二測量裝置包括光譜儀。
可選的，還包括：光闌；所述光闌用於限制進入所述第二測量裝置的光線。
可選的，還包括：第一分光裝置，用於對信號光進行分光，使部分信號光投射向所述第一測量裝置，並使部分信號光投射向第二測量裝置。
可選的，還包括：第三彙聚透鏡，用於使所述使待測樣品反射回的第一測量光、第一參考光和第二測量光彙聚至所述測量裝置。
可選的，還包括：第二分光裝置，用於將探測光線反射向待測樣品，並使待測樣品反射回的第一測量光、第一參考光和第二測量光透過。
可選的，所述第一探測裝置包括：第一彙聚透鏡、支撐面、補償面和第一分束板；其中，所述第一彙聚透鏡與所述支撐面相對設置，所述第一彙聚透鏡用於彙聚所述探測光線，形成彙聚光線向所述支撐面出射；所述支撐面與所述補償面相對設置，所述補償面位於所述支撐面遠離所述第一彙聚透鏡一側，所述支撐面朝向所述補償面一側具有參考面；所述第一分束板設置於所述補償面遠離所述支撐面一側；所述彙聚光線依次透過所述支撐面和補償面後到達所述第一分束板表面，被所述第一分束板反射的光線成為第一參考光，被所述第一分束板透射的光線成為第一測量光；所述第一參考光透過所述補償面後依次被所述參考面和第一分束板反射，與被所述待測樣品反射的第一測量光形成干涉； 所述補償面用於對所述第一參考光和第一測量光進行相位補償，以使所述第一參考光和第一測量光滿足干涉條件。
可選的，所述物鏡切換裝置或所述承載平臺還用於沿垂直於所述待測樣品表面的方向運動；所述承載平臺還用於沿平行於所述待測樣品表面的方向移動。
可選的，還包括：壓電感測器；所述壓電感測器設置於所述物鏡切換裝置朝向所述承載平臺一側，所述壓電感測器用於帶動所述物鏡切換裝置沿垂直於所述待測樣品表面的方向運動。
一種感測方法，基於上述任一項所述的感測裝置實現，所述感測方法包括：將待測樣品設置於承載平臺上；對所述待測樣品進行測量處理，所述測量處理的步驟包括第一測量處理和第二測量處理中的一種或兩種組合；對所述待測樣品進行第一測量處理，包括：利用物鏡切換裝置將第二探測裝置切換到光路中，利用測量設備根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取待測樣品的結構資訊；對所述待測樣品進行第二測量處理，包括：利用物鏡切換裝置將第一探測裝置切換到光路中，利用所述測量設備根據經待測樣品反射回的第一測量光和第一參考光獲取待測樣品的高度資訊。
可選的，所述測量裝置包括第一測量裝置，所述第一測量裝置還用於獲取待測樣品的成像資訊；所述測量處理包括第一測量處理，所述結構資訊包括所述待測樣品的成像資訊；獲取結構資訊的步驟包括：通過所述第一測量裝置根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取所述成像資訊；所述測量處理的步驟還包括：根據所述成像資訊確定待測樣品的待測量區域。
可選的，所述待測量區域包括高度測量區域；所述測量處理的步驟包括對所述待測樣品進行第二測量處理；獲取所述高度資訊的步驟包括：根據第一測量光和第一參考光獲取高度測量區域的干涉資訊；根據所述干涉資訊獲取所述高度測量區域的高度資訊。
可選的，所述測量裝置還包括第二測量裝置時；所述待測量區域包括膜厚測量區域；所述第一測量處理獲取的結構資訊還包括膜厚資訊；獲取所述結構資訊的步驟還包括：通過所述第二測量裝置根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取待測樣品的膜厚資訊。
可選的，所述測量處理的步驟還包括：根據所述成像資訊獲取所述待測樣品的橫向尺寸。
可選的，當所述待測量區域包括多個高度測量區域時，所述測量處理的步驟還包括：通過承載平臺移動所述待測樣品，分別對多個高度測量區域進行第二測量處理；當所述待測量區域包括多個膜厚測量區域時，所述第一測量處理的步驟還包括：通過承載平臺移動所述待測樣品，分別根據所述第二測量光獲取多個膜厚測量區域的膜厚資訊。
從上述技術方案可以看出，本發明實施例提供了一種感測裝置及感測方法，其中，所述感測裝置集成有承載平臺、光源裝置、測量設備、物鏡切換裝置、第一探測裝置和第二探測裝置，其中，所述物鏡切換裝置用於對第一探測裝置或第二探測裝置進行切換，以使所述第一探測裝置或第二探測裝置處於光路中，當所述第一探測裝置處於光路中時，所述測量設備可以根據經所述待測樣品反射回的第一測量光和第一參考光獲取待測樣品的高度資訊；當所述第二探測裝置處於光路中時，所述測量設備可以根據經所述待測樣品反射回的第二測量光獲取待測樣品的結構資訊。因此利用所述感測裝置對所述待測樣品進行感測時，可以通過物鏡切換裝置對第一探測裝置和 第二探測裝置的切換，實現對所述待測樣品的結構資訊或高度資訊的獲取，在這個過程中無需將待測樣品在感測裝置之間轉移，不僅避免了在轉移所述待測樣品的過程中可能造成的污染，降低了待測樣品在感測過程中被污染的概率，而且無需重複進行待測樣品的待感測區域的確定，提升了待測樣品的感測速度。
10‧‧‧承載平臺
50‧‧‧測量設備
11‧‧‧待測樣品
51‧‧‧第一測量裝置
20‧‧‧物鏡切換裝置
52‧‧‧第二測量裝置
21‧‧‧第一探測裝置
60‧‧‧光闌
22‧‧‧第二探測裝置
70‧‧‧壓電感測器
30‧‧‧光源裝置
211‧‧‧第一彙聚透鏡
31‧‧‧白光光源
212‧‧‧支撐面
32‧‧‧整形透鏡組
213‧‧‧參考面
41‧‧‧第一分光裝置
214‧‧‧補償面
42‧‧‧第三彙聚透鏡
215‧‧‧第一分束板
43‧‧‧第二分光裝置
S101、S102、S201、S202、S2031、S2032、S2033、S20331、S20332、S20333、S2041、S2042、S20421、S20422、S20423、S20424、S20425、S20426‧‧‧感測方法
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的圖式作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的圖式僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的圖式獲得其他的圖式。
第1圖為本發明的一個實施例提供的一種感測裝置的結構示意圖；第2圖為本發明的一個實施例提供的對待測樣品進行干涉三維測量的示意圖；第3圖為本發明的一個實施例提供的對待測樣品表面的A面和B面進行干涉三維測量獲得的干涉資訊對應的干涉圖案的示意圖；第4圖為本發明的一個實施例提供的一種第一測量裝置的結構示意圖；第5圖為本發明的一個實施例提供的一種感測方法的流程示意圖；第6圖為本發明的另一個實施例提供的一種感測方法的流程示意圖；第7圖為本發明的又一個實施例提供的一種感測方法的流程示意圖。
下面將結合本發明實施例中的圖式，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明實施例提供了一種感測裝置，如第1圖所示，包括：承載平臺10，用於承載待測樣品；光源裝置30，所示光源裝置30用於出射探測光線；第一探測裝置21，所述第一探測裝置21用於接收所述探測光線，並形成第一測量光和第一參考光，所述第一測量光經待測樣品反射後與第一參考光發生干涉；第二探測裝置22，所述第二探測裝置22用於將所述探測光線彙聚至所述待測樣品表面，形成第二測量光；物鏡切換裝置20，用於對所述第一探測裝置21或所述第二探測裝置22進行切換，使所述第一探測裝置21或所述第二探測裝置22處於光路中；測量設備50，用於根據經所述待測樣品反射回的第一測量光和第一參考光獲取所述待測樣品11的高度資訊，並根據所述第二測量光獲取待測樣品的結構資訊。
在第1圖中的坐標系XYZ為以垂直於待測樣品11表面並指向物鏡切換裝置20的方向為Z軸正向建立的右手坐標系。
由於所述物鏡切換裝置20的存在，使得所述感測裝置在對待測樣品進行感測時，可以通過物鏡切換裝置20對第一探測裝置21和第二探測裝置22的切換，實現對所述待測樣品的高度資訊和結構資訊的獲取，在這個過程中無需將待測樣品在感測裝置之間轉移，不僅避免了在轉移所述待測樣品的過程中可能造成的污染，降低了待測樣品在感測過程中被污染的概率，而且無需重複進行待測樣品的待感測區域的確定，提升了待測樣品的感測速度。
需要說明的是，所述測量設備50至少具有成像功能，此時當所述第一探測裝置21處於光路中時，所述第一探測裝置21對所述探測光線進行處理後可以形成能夠形成干涉圖案的第一參考光和攜帶有待測樣品資訊的第一測量光，從而可以通過獲取的待測樣品的干涉資訊實現進行對待測樣品的 干涉三維測量，從而獲取待測樣品表面的高度資訊。
而當所述第二探測裝置22處於光路中時，所述第二探測裝置22對所述探測光線處理後形成第二測量光，所述測量設備50獲取所述第二測量光後，獲取所述待測樣品的成像資訊。
當所述測量設備50還具有獲取光束光譜的功能時，所述第二探測裝置22還可以根據獲取的所述第二測量光實現對待測樣品的反射譜膜厚測量。
因此，可選的，在本發明的一個實施例中，參考第1圖，所述測量設備50包括第一測量裝置51，用於獲取所述高度資訊；所述第一測量裝置51還用於根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取所述待測樣品的成像資訊。此時，可選的，所述第一測量裝置包括圖像感測器，例如感光耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)圖像感測器或互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)圖像感測器。
當所述測量設備50還需要具備獲取光束光譜的功能時，可選的，仍然參考第1圖，所述測量設備50還包括：第二測量裝置52；所述第二測量裝置52用於根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取所述待測樣品的膜厚資訊。
本實施例中，所述第二測量裝置52包括光譜儀。
可選的，仍然參考第1圖，所述感測裝置還包括光闌60；所述光闌60用於限制進入所述第二測量裝置的光線。
另外，在對待測樣品11進行干涉三維測量時，通常需要在測量過程中不斷改變待測樣品11與第一探測裝置21之間的距離，以根據獲得干涉資訊獲得圖案不斷變化的干涉條紋。因此，所述物鏡切換裝置20或所述承載平臺10還用於沿垂直於所述待測樣品11表面的方向(如第1圖中的Z軸方向)運動； 所述承載平臺10還用於沿平行於所述待測樣品11表面的方向移動(即在第1圖中的XY平面內運動)。
在利用所述感測裝置對待測樣品11進行干涉三維測量時，優選在測量過程中使所述物鏡切換裝置20或所述承載平臺10沿垂直於所述待測樣品11表面的方向運動，這樣可以獲得對於待測樣品11表面的測量面的多次干涉資訊的測量結果，參考第2圖和第3圖，第2圖為利用第一探測裝置21對待測樣品11表面的A面和B面進行干涉三維測量，第3圖為待測樣品11表面的A面和B面進行干涉三維測量獲得的干涉資訊對應的干涉圖案，如第3圖所示，A面和B面的這些干涉資訊對應的干涉圖案會隨著待測樣品11與第一探測裝置21之間的距離的變化呈現震盪式波動，干涉圖案中條紋亮度的峰值可以作為該測量面的相對高度值；然後更換測量面後重複進行干涉三維測量，獲得新的測量面的相對高度值，最後可以通過對比兩個測量面的相對高度值來得到所需要感測區域的高度分佈。
所述承載平臺10沿平行於所述待測樣品11表面的方向的移動可以起到調整待測樣品11表面的待感測區域(即被探測光線或第一測量光照射的區域)的目的，避免直接移動待測樣品11而可能造成的污染問題。
當通過所述物鏡切換裝置20沿垂直於待測樣品11表面進行運動，以實現改變待測樣品11與第一探測裝置21之間的距離的改變時，可以通過設置壓電感測器70實現高精度的位置移動，具體地，所述壓電感測器70設置於所述物鏡切換裝置20朝向所述承載平臺10一側，所述壓電感測器70用於帶動所述物鏡切換裝置20沿垂直於所述待測樣品11表面的方向運動。當然地，在本發明的一些實施例中，還可以通過承載平臺10上下移動帶動待測樣品11運動的方式實現待測樣品11與第一探測裝置21之間的距離的改變，本發明對此並不做限定。
需要說明的是，所述第一探測裝置21主要用於對探測光線處理後使探測光線可以形成第一參考光和向待測樣品11出射的第一測量光，且第一測量光被待測樣品11反射後能夠與所述第一參考光滿足干涉條件，因此， 所述第一探測裝置21需要至少具有分光和相位補償等功能。
本發明的一個實施例提供了一種可行的第一探測裝置21的結構，如第4圖所示，所述第一探測裝置21包括：第一彙聚透鏡211、支撐面212、補償面214和第一分束板215；其中，所述第一彙聚透鏡211與所述支撐面212相對設置，所述第一彙聚透鏡211用於彙聚所述探測光線，形成彙聚光線向所述支撐面212出射；所述支撐面212與所述補償面214相對設置，所述補償面214位於所述支撐面212遠離所述第一彙聚透鏡211一側，所述支撐面212朝向所述補償面214一側具有參考面213；所述第一分束板215設置於所述補償面214遠離所述支撐面212一側；所述彙聚光線依次透過所述支撐面212和補償面214後到達所述第一分束板215表面，被所述第一分束板215反射的光線成為第一參考光，被所述第一分束板215透射的光線成為第一測量光；所述第一參考光透過所述補償面214後依次被所述參考面213和第一分束板215反射，與被所述待測樣品11反射的第一測量光形成干涉；所述補償面214用於對所述第一參考光和第一測量光進行相位補償，以使所述第一參考光和第一測量光滿足干涉條件。
從第4圖中可以看出，所述第一參考光和第一測量光透過所述補償面214的次數不同，以使所述補償面214起到對所述第一參考光和第一測量光進行相位補償，以使所述第一參考光和第一測量光滿足干涉條件的作用。
所述第一彙聚透鏡211、支撐面212、補償面214和第一分束板215的功能可以由集成了這些功能的干涉物鏡替代，也可以由分立的光學元件實現，所述干涉物鏡通常包括第一彙聚透鏡211和設置於第一彙聚透鏡211與待測樣品11之間的干涉頭構成，所述干涉頭的結構與第4圖所示的支撐面212、補償面214和第一分束板215的結構相似或相同。本發明對所述第一探測裝置21的具體結構和實現方式並不做限定，具體視實際情況而定。
當所述感測裝置同時集成有三維干涉測量、光學成像測量和反射譜膜厚測量功能，且所述測量設備50包括第一測量裝置51和第二測量裝置52時，仍然參考第1圖，所述感測裝置還包括：第一分光裝置41，用於對信號光進行分光，使部分信號光投射向所述第一測量裝置51，並使部分信號光投射向第二測量裝置52。在本實施例中，信號光是指第一測量光和第一參考光或第二測量光，投射向第一測量裝置51的信號光為第一測量光和第一參考光或部分第二測量光；透射向第二測量裝置52的信號光為部分第二測量光。
所述第一分光裝置41為半透半反鏡，所述第二分光裝置43為半透半反鏡。
本實施例中，仍然參考第1圖，還包括：第三彙聚透鏡42，用於使所述使待測樣品反射回的第一測量光、第一參考光和第二測量光彙聚至所述測量裝置。
本實施例中，仍然參考第1圖，還包括：第二分光裝置43，用於將探測光線反射向待測樣品，並使待測樣品反射回的第一測量光、第一參考光和第二測量光透過。
本實施例中，所述第二分光裝置43用於將探測光線反射入所示探測裝置，探測光經所述探測裝置彙聚至待測樣品表面，待測樣品反射回的第一測量光、第一參考光和第二測量光透過所述第二分光裝置43到達所述第一分光裝置。
本實施例中，所述光源裝置30包括：白光光源31和整形透鏡組32；其中，所述白光光源31用於出射探測白光；所述整形透鏡組32用於對所述探測白光進行整形處理，以獲得所述探測光線。
下面對本發明實施例提供的感測方法進行說明，下文描述的感 測方法可以與上文描述的感測裝置可相互對應參照。
相應的，本發明實施例還提供了一種感測方法，如第5圖所示，所述感測方法基於上述任一實施例所述的感測裝置實現，所述感測方法包括：S101：將待測樣品設置於承載平臺上；S102：對所述待測樣品進行測量處理，所述測量處理的步驟包括第一測量處理和第二測量處理中的一種或兩種組合；對所述待測樣品進行第一測量處理，包括：利用物鏡切換裝置將第二探測裝置切換到光路中，利用測量設備根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取待測樣品的結構資訊；對所述待測樣品進行第二測量處理，包括：利用物鏡切換裝置將第一探測裝置切換到光路中，利用所述測量設備根據經待測樣品反射回的第一測量光和第一參考光獲取待測樣品的高度資訊。
在利用所述感測裝置實現對待測樣品的感測時，可以通過物鏡切換裝置對第一探測裝置和第二探測裝置的切換，實現對所述待測樣品的高度資訊和結構資訊的獲取，在這個過程中無需將待測樣品在感測裝置之間轉移，不僅避免了在轉移所述待測樣品的過程中可能造成的污染，降低了待測樣品在感測過程中被污染的概率，而且無需重複進行待測樣品的待感測區域的確定，提升了待測樣品的感測速度。
通常情況下，為了實現對待測樣品的三維干涉測量和成像測量，所述測量設備需要至少具有成像功能，即當所述測量裝置包括第一測量裝置，所述第一測量裝置還用於獲取待測樣品的成像資訊時；所述測量處理包括第一測量處理，所述結構資訊包括所述待測樣品的成像資訊；獲取結構資訊的步驟包括：通過所述第一測量裝置根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取所述成像資訊；所述測量處理的步驟還包括：根據所述成像資訊確定待測樣品的待測量區域。
當所述第一測量裝置還用於獲取待測樣品的成像資訊時，我們還可以通過分析待測樣品的成像資訊獲取所述待測樣品的橫向尺寸，即所述測量處理的步驟還包括：根據所述成像資訊獲取所述待測樣品的橫向尺寸。
可選的，所述待測量區域包括高度測量區域；所述測量處理的步驟包括對所述待測樣品進行第二測量處理；獲取所述高度資訊的步驟包括：根據第一測量光和第一參考光獲取高度測量區域的干涉資訊；根據所述干涉資訊獲取所述高度測量區域的高度資訊。
當還需要對待測樣品實現反射譜膜厚測量時，所述測量設備還需要具有獲取光束光譜的功能，即所述測量裝置還包括第二測量裝置時；所述待測量區域包括膜厚測量區域；所述第一測量處理獲取的結構資訊還包括膜厚資訊；獲取所述結構資訊的步驟還包括：通過所述第二測量裝置根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取待測樣品的膜厚資訊。
在測量膜厚測量區域的膜厚資訊時，為了避免來自於膜厚測量區域之外的其他區域的反射光對膜厚資訊測量的干擾，優選的，通過所述第二測量裝置根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取待測樣品的膜厚資訊包括：在所述第二探測裝置位於光路中時，使所述承載平臺沿平行於所述待測樣品表面的方向移動，以使所述膜厚測量區域位於所述感測裝置的感測區域的中央；調節所述光闌的尺寸，以使入射到所述第二測量裝置中的第二測量光均由所述膜厚測量區域的反射光線形成；利用所述第二測量裝置獲取的第二測量光獲取待測樣品表面的膜厚資訊。
在本實施例中，由於所述光闌的存在，我們可以通過調節所述光闌的尺寸，以使入射到所述第二測量裝置中的第二測量光均由所述膜厚測 量區域的反射光線形成，從而可以實現對膜厚測量區域的膜厚的準確測量，避免雜散光對膜厚測量結果的不良影響。
在對所述待測樣品進行三維干涉測量時，所述物鏡切換裝置或所述承載平臺還用於沿垂直於所述待測樣品表面的方向運動，所述承載平臺還用於沿平行於所述待測樣品表面的方向移動。因此，當所述待測量區域包括多個高度測量區域時，所述測量處理的步驟還包括：通過承載平臺移動所述待測樣品，分別對多個高度測量區域進行第二測量處理；當所述待測量區域包括多個膜厚測量區域時，所述第一測量處理的步驟還包括：通過承載平臺移動所述待測樣品，分別根據所述第二測量光獲取多個膜厚測量區域的膜厚資訊。
在測量膜厚測量區域的膜厚資訊時，為了避免來自於膜厚測量區域之外的其他區域的反射光對膜厚資訊測量的干擾。
具體的，如第6圖所示，本實施例中，以獲取所述待測樣品的橫向尺寸、膜厚資訊和高度資訊為例進行詳細說明。
所述感測方法包括：S201：將待測樣品設置於承載平臺上；S202：利用物鏡切換裝置將第二探測裝置切換到光路中，利用所述感測裝置獲取所述待測樣品的成像資訊；S2031：根據所述成像資訊獲取所述待測樣品的橫向尺寸資訊；S2032：根據所述待測樣品的成像資訊確定膜厚測量區域；S2033：在第二探測裝置位於光路中時，對所述膜厚測量區域進行測量，以利用所述第二測量裝置獲取所述膜厚測量區域的膜厚資訊；S2041：根據所述待測樣品的成像資訊確定高度測量區域；S2042：利用物鏡切換裝置將第一探測裝置切換到光路中，使所述承載平臺沿垂直於所述待測樣品表面的方向運動，對所述高度測量區域 進行測量，以獲取所述高度測量區域的干涉資訊，並根據所述干涉資訊獲取所述高度測量區域的高度資訊。
其中，在測量膜厚測量區域的膜厚資訊時，為了避免來自於膜厚測量區域之外的其他區域的反射光對膜厚資訊測量的干擾，如第7圖所示，所述在第二探測裝置位於光路中時，對所述膜厚測量區域進行測量，以利用所述第二測量裝置獲取所述膜厚測量區域的膜厚資訊包括：S20331：在所述第二探測裝置位於光路中時，使所述承載平臺沿平行於所述待測樣品表面的方向移動，以使所述膜厚測量區域位於所述感測裝置的感測區域的中央；S20332：調節所述光闌的尺寸，以使入射到所述第二測量裝置中的第二測量光均由所述膜厚測量區域的反射光線形成；S20333：利用所述第二測量裝置獲取的第二測量光獲取待測樣品表面的膜厚資訊。
本發明的一個具體實施例，提供了一種獲取高度測量區域的高度資訊的具體過程，如第7圖，所述利用物鏡切換裝置將第一探測裝置切換到光路中，使所述承載平臺沿垂直於所述待測樣品表面的方向運動，對所述高度測量區域進行測量，以獲取所述高度測量區域的干涉資訊，並根據所述干涉資訊獲取所述高度測量區域的高度資訊包括：S20421：利用物鏡切換裝置將第一探測裝置切換到光路中，使所述承載平臺沿垂直於所述待測樣品表面的方向運動，並對所述高度測量區域的第一測量面進行測量，以獲取所述第一測量面的干涉資訊；S20422：根據所述第一測量面的干涉資訊，確定所述第一測量面的相對高度值；S20423：使所述承載平臺沿平行於所述待測樣品表面的方向移動； S20424：使所述承載平臺沿垂直於所述待測樣品表面的方向運動，並對所述高度測量區域的第二測量面進行測量，以獲得所述第二測量面的干涉資訊；S20425：根據所述第二測量面的干涉資訊，確定所述第二測量面的相對高度值；S20426：根據所述第一測量面的相對高度值和第二測量面的相對高度值，獲取所述高度測量區域的高度分佈資訊。
參考第2圖和第3圖，當測量過程中使所述物鏡切換裝置或所述承載平臺沿垂直於所述待測樣品表面的方向運動，這樣可以獲得對於待測樣品表面的測量面的多次干涉資訊的測量結果，這些干涉資訊對應的干涉圖案會隨著待測樣品與第一探測裝置之間的距離的變化呈現震盪式波動，干涉圖案中條紋亮度的峰值可以作為該測量面的相對高度值；然後更換測量面後重複進行干涉三維測量，獲得新的測量面的相對高度值，最後可以通過對比兩個測量面的相對高度值來得到所需要感測區域的高度分佈。
綜上所述，本發明實施例提供了一種感測裝置及感測方法，其中，所述感測裝置集成有承載平臺、光源裝置、測量設備、物鏡切換裝置、第一探測裝置和第二探測裝置，其中，所述物鏡切換裝置用於對第一探測裝置或第二探測裝置進行切換，以使所述第一探測裝置或第二探測裝置處於光路中，當所述第一探測裝置處於光路中時，所述測量設備可以根據經所述待測樣品反射回的第一測量光和第一參考光獲取待測樣品的高度資訊；當所述第二探測裝置處於光路中時，所述測量設備可以根據經所述待測樣品反射回的第二測量光獲取待測樣品的結構資訊。因此利用所述感測裝置對所述待測樣品進行感測時，可以通過物鏡切換裝置對第一探測裝置和第二探測裝置的切換，實現對所述待測樣品的結構資訊或高度資訊的獲取，在這個過程中無需將待測樣品在感測裝置之間轉移，不僅避免了在轉移所述待測樣品的過程中可能造成的污染，降低了待測樣品在感測過程中被污染的概率，而且無需重複進行待測樣品的待感測區域的確定，提升了待測樣品的感測速度。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
10‧‧‧承載平臺
11‧‧‧待測樣品
20‧‧‧物鏡切換裝置
21‧‧‧第一探測裝置
22‧‧‧第二探測裝置
30‧‧‧光源裝置
31‧‧‧白光光源
32‧‧‧整形透鏡組
41‧‧‧第一分光裝置
42‧‧‧第三彙聚透鏡
43‧‧‧第二分光裝置
50‧‧‧測量設備
51‧‧‧第一測量裝置
52‧‧‧第二測量裝置
60‧‧‧光闌
70‧‧‧壓電感測器

Claims (18)

  1. 一種感測裝置，包括：承載平臺，用於承載待測樣品；光源裝置，所示光源裝置用於出射探測光線；第一探測裝置，所述第一探測裝置用於接收所述探測光線，並形成第一測量光和第一參考光，所述第一測量光經待測樣品反射後與所述第一參考光發生干涉；第二探測裝置，所述第二探測裝置用於將所述探測光線彙聚至所述待測樣品表面，形成第二測量光；物鏡切換裝置，用於對所述第一探測裝置或所述第二探測裝置進行切換，使所述第一探測裝置或所述第二探測裝置處於光路中；測量設備，用於根據經所述待測樣品反射回的所述第一測量光和所述第一參考光獲取所述待測樣品的高度資訊，並根據所述第二測量光獲取待測樣品的結構資訊，其中，所述測量設備包括第一測量裝置，所述第一測量裝置用於根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取所述待測樣品的成像資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的感測裝置，其中，所述第一測量裝置，還用於獲取所述高度資訊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的感測裝置，其中，所述第一測量裝置包括圖像感測器。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的感測裝置，其中，所述測量設備還包括：第二測量裝置；所述第二測量裝置用於根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取所述待測樣品的膜厚資訊。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的感測裝置，其中，所述第二測量裝置包括光譜儀。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的感測裝置，其中，還包括：光闌； 所述光闌用於限制進入所述第二測量裝置的光線。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的感測裝置，其中，還包括：第一分光裝置，用於對信號光進行分光，使部分信號光投射向所述第一測量裝置，並使部分信號光投射向所述第二測量裝置。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的感測裝置，其中，還包括：第三彙聚透鏡，用於使經待測樣品反射回的所述第一測量光、所述第一參考光和所述第二測量光彙聚至所述測量裝置。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的感測裝置，其中，還包括：第二分光裝置，用於將探測光線反射向待測樣品，並使待測樣品反射回的所述第一測量光、所述第一參考光和所述第二測量光透過。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的感測裝置，其中，所述第一探測裝置包括：第一彙聚透鏡、支撐面、補償面和第一分束板；其中，所述第一彙聚透鏡與所述支撐面相對設置，所述第一彙聚透鏡用於彙聚所述探測光線，形成彙聚光線向所述支撐面出射；所述支撐面與所述補償面相對設置，所述補償面位於所述支撐面遠離所述第一彙聚透鏡一側，所述支撐面朝向所述補償面一側具有參考面；所述第一分束板設置於所述補償面遠離所述支撐面一側；所述彙聚光線依次透過所述支撐面和補償面後到達所述第一分束板表面，被所述第一分束板反射的光線成為所述第一參考光，被所述第一分束板透射的光線成為所述第一測量光；所述第一參考光透過所述補償面後依次被所述參考面和第一分束板反射，與被所述待測樣品反射的所述第一測量光形成干涉；所述補償面用於對所述第一參考光和第一測量光進行相位補償，以使所述第一參考光和第一測量光滿足干涉條件。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的感測裝置，其中，所述物鏡切換裝置或所述承載平臺還用於沿垂直於所述待測樣品表面的方向運動；所述承載平臺還用於沿平行於所述待測樣品表面的方向移動。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的感測裝置，其中，還包括：壓電感測器；所述壓電感測器設置於所述物鏡切換裝置朝向所述承載平臺一側，所述壓電感測器用於帶動所述物鏡切換裝置沿垂直於所述待測樣品表面的方向運動。
  13. 一種感測方法，其中，如申請專利範圍第1-12任一項所述的感測裝置實現，所述感測方法包括：將待測樣品設置於承載平臺上；對所述待測樣品進行測量處理，所述測量處理的步驟包括第一測量處理和第二測量處理中的一種或兩種組合；對所述待測樣品進行第一測量處理，包括：利用物鏡切換裝置將第二探測裝置切換到光路中，利用測量設備根據經待測樣品反射回的第二測量光獲取待測樣品的結構資訊；對所述待測樣品進行第二測量處理，包括：利用物鏡切換裝置將第一探測裝置切換到光路中，利用所述測量設備根據經待測樣品反射回的第一測量光和第一參考光獲取待測樣品的高度資訊，所述測量設備包括第一測量裝置，所述第一測量裝置用於獲取所述待測樣品的成像資訊，所述結構資訊包括所述待測樣品的成像資訊；獲取結構資訊的步驟包括：通過所述第一測量裝置根據經待測樣品反射回的所述第二測量光獲取所述成像資訊。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的方法，其中，所述測量處理的步驟還包括：根據所述成像資訊確定待測樣品的待測量區域。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中，所述待測量區域包括高度測量區域；所述測量處理的步驟包括對所述待測樣品進行第二測量處理；獲取所述高度資訊的步驟包括：根據所述第一測量光和所述第一參考光獲取高度測量區域的干涉資訊；根據所述干涉資訊獲取所述高度測量區域的 高度資訊。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中，所述測量裝置還包括第二測量裝置時；所述待測量區域包括膜厚測量區域；所述第一測量處理獲取的結構資訊還包括膜厚資訊；獲取所述結構資訊的步驟還包括：通過所述第二測量裝置根據經待測樣品反射回的所述第二測量光獲取待測樣品的膜厚資訊。
  17. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中，所述測量處理的步驟還包括：根據所述成像資訊獲取所述待測樣品的橫向尺寸。
  18. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中，當所述待測量區域包括多個高度測量區域時，所述測量處理的步驟還包括：通過承載平臺移動所述待測樣品，分別對多個高度測量區域進行第二測量處理；當所述待測量區域包括多個膜厚測量區域時，所述第一測量處理的步驟還包括：通過承載平臺移動所述待測樣品，分別根據所述第二測量光獲取多個膜厚測量區域的膜厚資訊。
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