光学系统和校准光学系统的方法与流程

本技术涉及光学系统(诸如显微镜中使用的光学布置)和校准这种系统的方法。本技术进一步涉及例如用于检查试样或对象(诸如但不限于半导体晶片和/或掩模的检查)的光学检查系统，该光学检查系统包括本文公开的光学显微镜系统。

背景技术：

1、存在用于试样检查的多种系统。这些系统可包括光学系统，诸如各种显微镜(常规和数字)和显微镜布置，并且试样可包括一系列对象，诸如半导体晶片和掩模、食品以及有机试样。美国专利号6,407,373(以引用方式并入本文)公开了例如一种用于检查对象上的缺陷的系统，所述系统包括光学显微镜和扫描电子显微镜(sem)。

2、常规的光学检查系统通常包括用于收集来自被检查试样的光的物镜。物镜可形成物镜布置的一部分，该物镜布置进一步包括一个或多个附加透镜。试样可由光源照射，所述光源反射、透射和/或散射来自光源的光。对从试样收集的光进行成像使得可以分析试样的表面结构。试样可被接收并固定在静止平台上或在工作台机构上移动，根据需要，该工作台机构允许试样在一维(例如，改变试样与物镜之间的距离或沿z轴的物镜布置)、二维(例如，沿z轴和与z轴正交的扫描方向(x轴或y轴))或三维上移动。光源根据需要可在光学检查系统外部或提供为光学检查系统的集成部分，并且可包括空中照明、单点光源(例如激光器)或点光源阵列，根据需要，具有不同波长和强度。物镜布置继续透射从试样收集的(反射的、透射的和/或散射的)光，然后沿物镜布置的光轴设置的成像透镜与来自物镜布置的光在成像透镜的像平面或后焦平面上形成试样(或试样的一部分)的图像。然后可使用多种光学检测器设备中的一种来检测试样(或试样的一部分)的放大图像，该光学检测器设备包括常规相机、光学检测器阵列(例如，ccd检测器的光学检测器阵列)、光电二极管或光电倍增器等。这里，“放大图像”可包括试样(其一部分)的放大图像、缩小图像或与试样相同比例的图像；换句话说，放大图像可具有＞1、＜1或等于1的放大率。

3、一般来说，光学器件(例如物镜或物镜布置和成像透镜)在仪器之间的光学检测器处的图像放大率可具有百分之几的变化。在图像放大率低于为该仪器指定的放大率的情况下，图像不会填充使用中的光学检测器设备的整个区域，并且因此检测器装置没有被高效地利用。在图像放大率高于为该仪器指定的放大率的情况下，光信号的一部分可能落在检测器装置的区域之外，并且因此可能不会被检测到。一般而言，如果图像放大率偏离期望规范，则可能发生渐晕并且沿检测器装置的视场的所得的不均匀性可能改变检测灵敏度。此外，当来自图像的光落在检测器设备的不打算接收光的部分上时，重影(由光学部件内的反射引起的微弱的第二图像)和后向反射也可能增加。造成这种放大率变化的主要原因是仪器中使用的透镜的生产工艺，诸如抛光工艺。在一些情况下，由于环境因素(诸如温度)，也可能存在微小的变化。

4、解决放大率变化问题的一种方法是使用常规的光学变焦系统为仪器提供变焦能力，所述光学变焦系统通常包括两个或更多个透镜或光学模块，使得可通过将变焦系统操作至光学检测器的正确(指定)放大率来调整放大率变化。然而，由于涉及附加光学器件，这种方法成本高昂，并且可能在光学性能中引入附加不确定性，诸如引入场畸变、导致重影和后向反射、视轴、因引入附加光学器件而减少透射、双折射等。

5、因此，期望提供一种改进的校准光学系统的方法，以解决显微镜光学器件中的放大率的变化，特别是用于半导体检查和计量装备中。

技术实现思路

1、鉴于前文，本技术的一方面提供了一种校准光学系统的方法，所述光学系统包括：物镜布置，所述物镜布置用于接收来自对象的至少一部分的反射光，以及成像透镜，所述成像透镜用于投射从所述物镜布置接收的光以在目标平面上形成所述对象的至少所述部分的图像，所述方法包括：基于要在所述目标平面上形成的所述对象的至少所述部分的所述图像的预定尺寸来在所述目标平面上限定目标区；将所述成像透镜沿其光轴移动到多个成像透镜位置，所述多个成像透镜位置相对于所述目标平面的距离而变化，以使所述目标平面上的所述图像的放大率变化；当所述对象的至少所述部分的所述图像在所述目标平面上的所述目标区内配合时，从所述多个成像透镜位置确定第一成像透镜位置；以及基于所述第一成像透镜位置来将所述成像透镜定位在操作位置处，使得所述对象的至少所述部分的所述图像被约束在所述目标平面上的所述目标区内。

2、根据本技术的实施例，提供了一种方法，其中通过调整成像透镜沿其光轴(z轴)相对于在其上形成放大图像的目标平面的位置的简单操作来校准光学系统的光学器件的放大率偏差。特别地，在目标平面上限定目标区，放大图像将被约束在该目标区内。目标区或该目标区的大小可被视为在生产期间指定的预期放大率。例如，目标区可表示使用的光学检测器设备(例如相机)的fov、光学检测器设备的成像区内的预定区域和/或光学检测器设备的预定数量的成像区(例如像素)。通过简单地调整成像透镜的轴向位置并将成像透镜定位在将所得的放大图像约束在目标平面上的目标区内的位置，可校准光学系统以产生具有指定放大率的图像。因此，本技术的实施例使得能够在不需要昂贵的附加光学器件的情况下校准放大率，而不是适应放大率的变化。

3、可存在各种合适的方式来检测或以其他方式确定图像何时在目标平面上的目标区内配合。在一些实施方式中，该方法可进一步包括使用一个或多个光学传感器基本上位于目标平面上的位置处检测对象的至少一部分的图像。

4、在一些实施例中，光检测器设备可包括由多个成像区(例如像素)形成的成像区域，并且目标区可被定义为光检测器设备上的预定数量的成像区。例如，校准目标可用作对象，并且当校准目标的图像在包括所有像素的成像区内配合或在相机上的给定数量的(一个或多个)像素内配合时，第一成像透镜位置可被确定。

5、在一些实施例中，对象可以是已知尺寸的校准对象，使得基于要在目标平面上形成的对象的至少一部分的图像的预定尺寸来在目标平面上限定目标区限定对象的放大率。使用具有已知尺寸或大小的校准对象意味着可限定目标区的尺寸以便实现期望的放大率。

6、在调整成像透镜位置后，在目标平面上形成的图像可能失焦。因此，在一些实施例中，所述方法可进一步包括：调整对象沿光轴的轴向位置以改变对象与物镜布置之间的距离；以及确定对象的对象轴向位置，对象的至少一部分的图像在目标平面上在该对象轴向位置处聚焦；将对象设置在对象轴向位置处。这样做时，在目标平面上形成的图像可直接重新聚焦。在物镜布置在对象侧上远心的实施例中，在目标平面上形成的图像可通过沿光轴调整对象的轴向位置来重新聚焦，而不影响图像的放大率。

7、可能存在当成像透镜处于第一成像透镜位置时图像仅覆盖目标区的一部分的情况，在这种情况下，用于检测图像的任何检测或感测装备没有被充分利用。因此，在一些实施例中，所述方法可进一步包括：当图像延伸超过目标平面上的目标区时，从多个成像透镜位置中确定第二成像透镜位置，并且将操作位置设置为在第一成像透镜与第二成像透镜位置之间的位置。

8、在一些实施例中，操作位置可设置在第一成像透镜位置与第二成像透镜位置之间的基本上中间处。

9、本技术的另一方面提供了一种非暂态计算机可读介质，所述非暂态计算机可读介质包括机器可读代码，所述机器可读代码当由处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法。

10、本技术的进一步方面提供了一种光学显微镜系统，包括：物镜布置，所述物镜布置被配置为接收来自所述对象的至少一部分的反射光；成像透镜，所述成像透镜设置在与所述物镜布置间隔开的操作位置处，所述成像透镜被配置为接收来自所述物镜布置的光并投射来自所述物镜布置的所述接收光以在目标平面上形成所述对象的至少所述部分的图像；以及控制单元，所述控制单元被配置用于通过以下操作确定所述操作位置：基于要在所述目标平面上形成的所述对象的至少所述部分的所述图像的预定尺寸来在所述目标平面上限定目标区；将所述成像透镜沿其光轴移动到多个成像透镜位置，所述多个成像透镜位置相对于所述目标平面的距离而变化，以使所述目标平面上的图像的放大率变化；当所述对象的至少所述部分的所述图像在所述目标平面上的所述目标区内配合时，从所述多个成像透镜位置确定第一成像透镜位置；以及基于所述第一成像透镜位置来设置所述操作位置，使得所述对象的至少所述部分的所述图像被约束在所述目标平面上的所述目标区内。

11、在一些实施例中，所述物镜布置被配置为使得所述物镜布置的出射光瞳定位在所述物镜布置外部、在所述物镜布置的后焦平面上。

12、本技术的又进一步方面提供了一种用于检查对象的检查系统，包括：光源，所述光源被布置为照射所述对象；如上所述的光学显微镜系统，所述光学显微镜系统被布置为将来自所述对象的反射光透射到所述目标平面上；以及至少一个光检测器设备，所述至少一个光检测器设备被布置为检测透射通过所述光学系统的光。

13、在一些实施例中，至少一个光检测器设备包括光检测器阵列。

14、在一些实施例中，至少一个光检测器设备可包括多个成像区。

15、在一些实施例中，检查系统可进一步包括平台，所述平台被配置为接收所述对象，其中所述平台的位置相对于距所述光学系统的所述物镜布置的距离可调整。

16、本技术的每个实施方式均具有上述目标和/或方面中的至少一者，但是不一定具有上述目标和/或方面中的全部。应当理解，由于试图实现上述目标而产生的本技术的一些方面可能不满足该目标和/或可能满足本文未具体叙述的其他目标。

17、本技术的实施方式的附加和/或替代特征、方面和优点将从以下描述、附图和所附权利要求中变得显而易见。