一种光学设备及实现自动聚焦的方法技术

本申请公开了一种光学设备及实现自动聚焦的方法。该方案中，光学设备包括光学处理模块和自动聚焦模块，其中，光学处理模块用于实现该光学设备固有的光学处理功能；而自动聚焦模块则用于实现对该光学设备的自动聚焦。自动聚焦模块中包括光源和第一共聚焦器件，应用该光源和第一共聚焦器件即采用共聚焦技术，提升自动聚焦的精度。因此，该光学设备可以很好地应用在对于自动聚焦精度具有较高要求的光学处理环节。

An optical device and the method of auto focusing

【技术实现步骤摘要】
一种光学设备及实现自动聚焦的方法
本申请涉及光学检测
，特别是涉及一种光学设备及实现自动聚焦的方法。
技术介绍
在本导体或相关制造产业中，通常需要高倍的光学设备来对样品的关键指标进行检测或进行其他类型的光学处理。在高倍的光学设备中，物镜的焦深非常有限。焦深又称为景深，是指利用观察和拍摄样品表面时，从对准焦点的位置开始，改变物镜与样品表面的距离时，对焦能够保持清晰的范围。为了避免利用光学设备时，由于样品(例如晶元)翘曲或者样品表面结构起伏导致离焦，目前高倍光学设备通常会集成一套自动聚焦功能的系统。自动聚焦系统使用通过透镜(TTL，Through-the-lens)的激光三角法，其速度能够达到kHz量级(即1毫秒)，但是追踪精度较低，通常只有景深的四分之一。在套刻对准测量等光学处理应用中，要求自动聚焦的精度(即离焦量)小于景深的十分之一，而上述自动聚焦的方式无法满足该要求。
技术实现思路
基于上述问题，本申请提供了一种光学设备及实现自动聚焦的方法，以提升自动聚焦的精度。本申请实施例公开了如下技术方案：第一方面，本申请提供一种光学设备，包括：光学处理模块和自动聚焦模块；所述光学处理模块包括物镜；所述自动聚焦模块包括：光源、第一共聚焦器件、探测元件和控制单元；所述光源用于发射探测光，所述探测光经过所述物镜照射至待测物表面；所述探测光经所述待测物表面的光学作用形成信号光；所述物镜用于收集所述信号光，并使所述信号光到达所述第一共聚焦器件；所述第一共聚焦器件用于在所述待测物离焦时限制所述信号光穿过，所述第一共聚焦器件与所述物镜的焦平面共轭；所述探测元件用于采集穿过所述第一共聚焦器件的信号光，并将采集到的信号光转换为电信号；所述控制单元用于根据所述电信号确定所述物镜的焦平面位置，并根据所述焦平面调整所述物镜和所述待测物的相对位置；所述光学处理模块用于通过所述物镜对所述待测物进行光学处理。可选地，所述第一共聚焦器件还用于使所述探测光穿过；所述物镜还用于使穿过所述第一共聚焦器件的探测光到达待测物表面。可选地，所述自动聚焦模块还包括：第二共聚焦器件，用于对所述光源发射的探测光进行限制。可选地，所述第二共聚焦器件包括：一个或多个光受限单元，所述第二共聚焦器件与所述物镜焦平面共轭。可选地，所述探测元件包括多个探测器单元，所述第一共聚焦器件包括多个共聚焦单元，所述探测器单元用于分别接收穿过所述共聚焦单元的信号光。可选地，所述第一共聚焦器件还包括第一透镜阵列，所述第一透镜阵列包括多个透镜单元，各透镜单元用于收集信号光，分别将收集的信号光传递至不同的共聚焦单元。可选地，所述共聚焦单元为针孔单元或光纤。可选地，所述探测器单元为光电二极管或光电倍增管。可选地，当所述光学设备还包括所述第二共聚焦器件，所述第二共聚焦器件包括多个光受限单元时，各光受限单元透过的探测光经待测物表面的光学作用形成的信号光分别到达不同的共聚焦单元。可选地，各光受限单元透过的探测光经待测物表面形成的信号光分别被不同的探测器单元接收。可选地，所述光受限单元为针孔单元或光纤。可选地，第一共聚焦器件包括光纤；所述自动聚焦模块还包括：光纤耦合器，所述光纤耦合器包括第一端、第二端和第三端；所述第一共聚焦器件与所述第一端光连接，所述探测元件与所述第二端光连接；所述物镜与所述第三端光连接。可选地，所述自动聚焦模块还包括：第二透镜，用于收集穿过所述第一共聚焦器件的信号光；所述探测元件用于接收穿过所述第二透镜的信号光。可选地，所述第二透镜为单个透镜或透镜阵列；当所述第二透镜为透镜阵列时，该透镜阵列的透镜单元用于分别收集穿过不同共聚焦单元的信号光，并将穿过不同共聚焦单元的信号光分别提供给所述探测元件的不同探测器单元。当所述第二透镜为单个透镜，且所述第一共聚焦器件位于所述第二透镜的傅里叶平面处时，所述探测元件与所述第二透镜之间的距离大于或等于第二透镜的焦距；当所述第二透镜为单个透镜，且所述第一共聚焦器件不包括单个透镜时，所述探测元件与所述第二透镜之间的距离大于第二透镜的焦距。可选地，所述自动聚焦模块还包括：第一分光元件，用于将所述光源发射的探测光分束，将其中的一束提供给所述第一共聚焦器件；所述第一分光元件，还用于将来自所述第一共聚焦器件的信号光提供给所述探测元件。可选地，所述光学处理模块还包括：第二分光元件；所述第二分光元件用于将来自所述自动聚焦模块的探测光反射提供给所述物镜，以及用于将所述物镜传输的信号光反射提供给所述自动聚焦模块。可选地，所述自动聚焦模块还包括：光强波动探测器和第三分光元件，所述第三分光元件用于对光源出射的探测光进行分光，所述光强波动探测器与所述控制单元电连接，用于采集所述第三分光元件分出的另一束光，将其转换成电信号，将该电信号提供给所述控制单元；所述控制单元还用于根据所述光强波动探测器提供的电信号获得光强波动补偿量；根据光强波动补偿量以及所述探测元件列提供的电信号，确定所述物镜的焦平面位置。可选地，所述第一分光元件具体为偏振分光元件；所述自动聚焦模块还包括：偏振波片，用于接收穿过偏振分光元件的探测光，并将待测物返回的信号光传递至所述偏振分光元件，且使穿过所述偏振分光元件的探测光与到达所述偏振分光元件的信号光具有不同的偏振态。可选地，所述自动聚焦模块还包括：准直透镜组，用于接收穿过所述第一共聚焦元件的信号光，并对接收带的信号光进行准直；所述探测元件用于接收经所述准直透镜组准直的信号光。可选地，所述自动聚焦模块还包括：扫描单元；所述探测元件和所述控制单元分别与所述扫描单元电连接；所述扫描单元用于使待测物或所述物镜沿着物镜的光轴方向移动扫描；所述控制单元用于获取待测物和物镜之间的相对位置，以及所述探测元件获取的信号光强度之间的对应关系，并根据所述信号光强度峰值对应的所述相对位置确定所述物镜的焦平面位置。可选地，所述控制单元用于根据确定的所述焦平面位置，控制所述光学处理模块相对于所述待测物移动，或者控制所述待测物相对于所述光学处理模块移动，以实现对所述待测物的聚焦。第二方面，本申请提供一种应用第一方面提供的光学设备实现自动聚焦的方法，包括：在光学处理模块与待测物发生相对移动的过程中，利用探测元件获得电信号；根据电信号的大小确定出物镜的焦平面位置，并根据所述焦平面调整所述物镜和所述待测物的相对位置。相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：在本申请提供的技术方案中，光学设备包括光学处理模块和自动聚焦模块，其中，光学处理模块用于实现该光学设备固有的光学处理功能；而自动聚焦模块则用于实现对该光学设备的自动聚焦。自动聚焦模块中包括光源和第一共聚焦器件，应用该光源和第一共聚焦器件即采用共聚焦技术，提升自动聚焦的精度。因此，该光学设备可以很好地应用在对于自动聚焦精度具有较本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学设备，其特征在于，包括：光学处理模块和自动聚焦模块；所述光学处理模块包括物镜；所述自动聚焦模块包括：光源、第一共聚焦器件、探测元件和控制单元；/n所述光源用于发射探测光，所述探测光经过所述物镜照射至待测物表面；所述探测光经所述待测物表面的光学作用形成信号光；/n所述物镜用于收集所述信号光，并使所述信号光到达所述第一共聚焦器件；/n所述第一共聚焦器件用于在所述待测物离焦时限制所述信号光穿过，所述第一共聚焦器件与所述物镜的焦平面共轭；/n所述探测元件用于采集穿过所述第一共聚焦器件的信号光，并将采集到的信号光转换为电信号；/n所述控制单元用于根据所述电信号确定所述物镜的焦平面位置，并根据所述焦平面调整所述物镜和所述待测物的相对位置；/n所述光学处理模块用于通过所述物镜对所述待测物进行光学处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种光学设备，其特征在于，包括：光学处理模块和自动聚焦模块；所述光学处理模块包括物镜；所述自动聚焦模块包括：光源、第一共聚焦器件、探测元件和控制单元；
所述光源用于发射探测光，所述探测光经过所述物镜照射至待测物表面；所述探测光经所述待测物表面的光学作用形成信号光；
所述物镜用于收集所述信号光，并使所述信号光到达所述第一共聚焦器件；
所述第一共聚焦器件用于在所述待测物离焦时限制所述信号光穿过，所述第一共聚焦器件与所述物镜的焦平面共轭；
所述探测元件用于采集穿过所述第一共聚焦器件的信号光，并将采集到的信号光转换为电信号；
所述控制单元用于根据所述电信号确定所述物镜的焦平面位置，并根据所述焦平面调整所述物镜和所述待测物的相对位置；
所述光学处理模块用于通过所述物镜对所述待测物进行光学处理。


2.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述第一共聚焦器件还用于使所述探测光穿过；所述物镜还用于使穿过所述第一共聚焦器件的探测光到达待测物表面。


3.根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述自动聚焦模块还包括：第二共聚焦器件，用于对所述光源发射的探测光进行限制。


4.根据权利要求3所述的光学设备，其特征在于，所述第二共聚焦器件包括：一个或多个光受限单元，所述第二共聚焦器件与所述物镜焦平面共轭。


5.根据权利要求1、2或4所述的光学设备，其特征在于，所述探测元件包括多个探测器单元，所述第一共聚焦器件包括多个共聚焦单元，所述探测器单元用于分别接收穿过所述共聚焦单元的信号光。


6.根据权利要求5所述的光学设备，其特征在于，所述第一共聚焦器件还包括第一透镜阵列，所述第一透镜阵列包括多个透镜单元，各透镜单元用于收集信号光，分别将收集的信号光传递至不同的共聚焦单元。


7.根据权利要求5所述的光学设备，其特征在于，所述共聚焦单元为针孔单元或光纤。


8.根据权利要求5所述的光学设备，其特征在于，所述探测器单元为光电二极管或光电倍增管。


9.根据权利要求5所述的光学设备，其特征在于，当所述光学设备还包括所述第二共聚焦器件，所述第二共聚焦器件包括多个光受限单元时，各光受限单元透过的探测光经待测物表面的光学作用形成的信号光分别到达不同的共聚焦单元。


10.根据权利要求9所述的光学设备，其特征在于，各光受限单元透过的探测光经待测物表面形成的信号光分别被不同的探测器单元接收。


11.根据权利要求4所述的光学设备，其特征在于，所述光受限单元为针孔单元或光纤。


12.根据权利要求2所述的光学设备，其特征在于，所述第一共聚焦器件包括光纤；所述自动聚焦模块还包括：光纤耦合器，所述光纤耦合器包括第一端、第二端和第三端；所述第一共聚焦器件与所述第一端光连接，所述探测元件与所述第二端光连接；所述物镜与所述第三端光连接。


13.根据权利要求5所述的光学设备，其特征在于，所述自动聚焦模块还包括：第二透镜，用于收集穿过所述第一共聚焦器件的信号光；所述探...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鲁，李青格乐，江博闻，
申请(专利权)人：深圳中科飞测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44