一种焦点探测信号调制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种焦点探测信号调制装置及方法，焦点探测信号调制方法为一种差分测量方案，根据调制组件对调焦光束进行调制，提取出每一个离焦位置对应的光功率的差分信号，标定出每一个物方离焦位置与差分信号的关系。根据标定的差分信号与离焦量的关系，通过获取预设时间间隔内的光功率计算得到差分信号，反推得到物方离焦量。本发明专利技术提供的一种焦点探测信号调制方法，可运用在多种应用场合，如焦点探测，三维重构等，能够显著提升测量信噪比，提高调焦精度。本发明专利技术提供的焦点探测信号装置易于实现，操作简单。操作简单。操作简单。

【技术实现步骤摘要】
一种焦点探测信号调制装置及方法


[0001]本专利技术涉及光刻
，具体涉及一种焦点探测信号调制装置及方法。

技术介绍

[0002]在一些应用领域，往往需要将待测物面精确的移动到光学镜头的景深范围内才能够对待测物清晰的成像或测量。比如在光刻
，用于将掩模上的图案通过投影物镜投影到工件(基底)表面的投影光刻机，为了确保基底上表面位于投影物镜的焦深范围内，往往需要对表面形貌进行调焦测量。由于表面形貌测量的快速、非接触的需要以及现代光电和数字计算机技术的出现，出现了基于各种光学原理的微观表面形貌测量仪。其中基于焦点探测的测量仪器是其中比较重要的一种，焦点探测就是通过保持光学系统的焦点始终位于被测表面上，往往需要将待测物面精确地移动到光学镜头的景深范围内才能够对待测物清晰的成像或测量。
[0003]传统的共聚焦焦点探测技术方案，比如授权公告号为CN107168018B，授权公告日为2018年12月14日，专利技术名称为“一种调焦对准装置及对准方法”的中国专利技术专利，公开了一种调焦对准装置及对准方法。借助对准标记实现调焦和对准，操作复杂且精度低。进一步地，照明针孔和像方针孔为固定尺寸，当更改照明针孔大小时，探测针孔相对应的需要改变，操作复杂且精度低，影响测量结果，且抗干扰能力小。因此需要提出一种兼容性和抗干扰能力强的焦点探测方案。
[0004]需要说明的是，公开于该专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有技术中调焦精度低及测量信噪比不足的问题，提供一种焦点探测信号调制装置及方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种焦点探测信号调制装置，沿光路传播方向，所述焦点探测信号调制装置包括光源、投影组件、成像组件、调制组件和探测组件；
[0007]所述光源发出的光束经过所述投影组件在待测物表面形成投影光斑；
[0008]所述成像组件用于对所述待测物反射的投影光斑成像，得到调焦光束；
[0009]所述调制组件用于对所述调焦光束调制；
[0010]所述探测组件用于接收经所述调制组件调制后的调焦光束，并根据接收到的光强大小得到光功率，并用于根据所述光功率获取所述待测物的物方离焦量。
[0011]优选地，所述投影组件包括照明模块、第一半透半反镜、第二半透半反镜以及显微物镜，沿光束传播方向，所述照明模块、第一半透半反镜、第二半透半反镜以及显微物镜依次设置在所述光源和所述待测物之间；
[0012]所述光源发出的光束经由所述照明模块照射所述第一半透半反镜，经所述第一半透半反镜反射至所述第二半透半反镜，透过所述第二半透半反镜的光束通过所述显微物镜照射所述待测物表面。
[0013]优选地，所述照明模块包括准直透镜，所述准直透镜含有偏振片、滤波片和/或衰减片。
[0014]优选地，所述准直透镜包括至少一个镜片。
[0015]优选地，所述显微物镜和所述第二半透半反镜还依次位于所述待测物和所述成像组件之间，所述投影光斑经所述待测物表面反射后，依次透过所述显微物镜，并经所述第二半透半反镜反射至所述成像组件。
[0016]优选地，所述显微物镜和所述待测物表面之间为空气或浸没液。
[0017]优选地，所述成像组件包括中继透镜和聚焦透镜，沿所述调焦光束传播方向，所述中继透镜和所述聚焦透镜依次设置在所述待测物和所述调制组件之间。
[0018]优选地，所述中继透镜具有偏振片、滤波片和/或衰减片。
[0019]优选地，所述调制组件包括孔径光阑，所述孔径光阑靠近像方焦平面设置，且其轴向平行于所述调焦光束的光轴方向。
[0020]优选地，所述调制组件还包括与所述孔径光阑连接的移动机构；
[0021]所述移动机构用于带动所述孔径光阑沿所述孔径光阑的轴向作高频往复运动。
[0022]优选地，所述调制组件还包括变焦透镜，所述变焦透镜位于所述成像组件和所述孔径光阑之间，所述孔径光阑位于所述变焦透镜和所述成像组件的组合焦点处。
[0023]优选地，所述变焦透镜包括声控变焦透镜或电控变焦透镜。
[0024]优选地，所述成像组件包括分光棱镜、第一聚焦投镜和第二聚焦透镜；
[0025]所述调制组件包括第一多孔径光阑、第一探测组件、第二多孔径光阑和第二探测组件；
[0026]所述第一聚焦透镜、所述第一多孔径光阑以及第一探测组件形成第一支路，所述第二聚焦透镜，所述第二多孔径光阑以及第二探测组件形成第二支路；沿各自调焦光束的传播方向，所述第一多孔径光阑和所述第二多孔径光阑分别位于所述像方焦平面两侧距离相等的位置；
[0027]其中，所述第一多孔径光阑和所述第二多孔径光阑的结构相同，所述第一多孔径光阑和所述第二多孔径光阑均具有多个半径不同的子孔径光阑。
[0028]优选地，所述第一多孔径光阑和所述第二多孔径光阑均为能够转动的转盘结构，所述第一多孔径光阑的多个子孔径光阑的圆心位于同一圆周上；所述第二多孔径光阑的多个子孔径光阑的圆心位于同一圆周上。
[0029]优选地，所述第一支路还包括安装在所述第一多孔径光阑上的第一光栅尺，所述第二支路还包括安装在所述第二多孔径光阑上的第二光栅尺。
[0030]优选地，所述光源包括激光或白光光源。
[0031]本专利技术还提供了一种焦点探测信号调制方法，基于上述任一项所述的焦点探测信号调制装置，包括以下步骤，
[0032]S100：标定出差分信号与物方离焦量的关系；
[0033]S200：打开光源，光束经过投影组件在待测物表面形成投影光斑，同时所述待测物
将所述投影光斑反射，并经成像组件成像在孔径光阑上，透过所述孔径光阑的调焦光束由探测组件接收，所述探测组件根据接收到的光强大小输出相应的光功率，并持续至少一个周期；
[0034]S300：根据第一时间点和第二时间点的所述光功率，计算得到待测物方离焦量的差分信号，所述第一时间点和所述第二时间点的时长为个所述周期，N≥0；
[0035]S400：根据步骤S100中标定的差分信号与物方离焦量的关系，计算得到物方离焦量。
[0036]优选地，S100包括以下步骤，
[0037]S110：在物方正离焦极限位置和物方负离焦极限位置之间的位置范围内，获取待测物不同物方离焦位置各自在若干个调制周期内随时间变化的像方光功率；
[0038]S120：根据所述物方离焦位置第一标定时间点和第二标定时间点的光功率，计算得到差分信号，所述第一标定时间点与所述第二标定时间点的时长为个所述调制周期；
[0039]S130：使用多项式拟合得到差分信号和离焦量的关系，保存拟合系数，并确定实际测量范围。
[0040]优选地，在步骤S100之前，还包括标定出像方焦平面的位置，并将所述孔径光阑靠近所述像方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焦点探测信号调制装置，其特征在于，沿光路传播方向，所述焦点探测信号调制装置包括光源、投影组件、成像组件、调制组件和探测组件；所述光源发出的光束经过所述投影组件在待测物表面形成投影光斑；所述成像组件用于对所述待测物反射的投影光斑成像，得到调焦光束；所述调制组件用于对所述调焦光束调制；所述探测组件用于接收经所述调制组件调制后的调焦光束，并根据接收到的光强大小得到光功率，并用于根据所述光功率获取所述待测物的物方离焦量。2.根据权利要求1所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述投影组件包括照明模块、第一半透半反镜、第二半透半反镜以及显微物镜，沿光束传播方向，所述照明模块、第一半透半反镜、第二半透半反镜以及显微物镜依次设置在所述光源和所述待测物之间；所述光源发出的光束经由所述照明模块照射至所述第一半透半反镜，经所述第一半透半反镜反射至所述第二半透半反镜，透过所述第二半透半反镜的光束通过所述显微物镜照射所述待测物表面。3.根据权利要求2所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述照明模块包括准直透镜，所述准直透镜含有偏振片、滤波片和/或衰减片。4.根据权利要求3所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述准直透镜包括至少一个镜片。5.根据权利要求2所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述显微物镜和所述第二半透半反镜还依次位于所述待测物和所述成像组件之间，所述投影光斑经所述待测物表面反射后，依次透过所述显微物镜，并经所述第二半透半反镜反射至所述成像组件。6.根据权利要求2所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述显微物镜和所述待测物表面之间为空气或浸没液。7.根据权利要求1所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述成像组件包括中继透镜和聚焦透镜，沿所述调焦光束传播方向，所述中继透镜和所述聚焦透镜依次设置在所述待测物和所述调制组件之间。8.根据权利要求7所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述中继透镜具有偏振片、滤波片和/或衰减片。9.根据权利要求1所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述调制组件包括孔径光阑，所述孔径光阑靠近像方焦平面设置，且其轴向平行于所述调焦光束的光轴方向。10.根据权利要求9所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述调制组件还包括与所述孔径光阑连接的移动机构；所述移动机构用于带动所述孔径光阑沿所述孔径光阑的轴向作高频往复运动。11.根据权利要求9所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述调制组件还包括变焦透镜，所述变焦透镜位于所述成像组件和所述孔径光阑之间，所述孔径光阑位于所述变焦透镜和所述成像组件的组合焦点处。12.根据权利要求11所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述变焦透镜包括声控变焦透镜或电控变焦透镜。13.根据权利要求9所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述成像组件包括分光棱镜、第一聚焦投镜和第二聚焦透镜；
所述调制组件包括第一多孔径光阑、第一探测组件、第二多孔径光阑和第二探测组件；所述第一聚焦透镜、所述第一多孔径光阑以及第一探测组件形成第一支路，所述第二聚焦透镜，所述第二多孔径光阑以及第二探测组件形成第二支路；沿各自调焦光束的传播方向，所述第一多孔径光阑和所述第二多孔径光阑分别位于所述像方焦平面两侧距离相等的位置；其中，所述第一多孔径光阑和所述第二多孔径光阑的结构相同，所述第一多孔径光阑和所述第二多孔径光阑均具有多个半径不同的子孔径光阑。14.根据权利要求13所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述第一多孔径光阑和所述第二多孔径光阑均为能够转动的转盘结构，所述第一多孔径光阑的多个子孔径光阑的圆心位于同一圆周上；所述第二多孔径光阑的多个子孔径光阑的圆心位于同一圆周上。15.根据权利要求14所述的焦点探测信号调制装置，其特征在于，所述第一支路还包括安装在所述第一多孔径光阑上的第一光栅尺，所述第二支路还包括安装在所述第二多孔径光阑上的第二光栅尺。16.一种焦点探测信号调制方法，利用权利要求1所述的焦点信号调制装置进行调制，其特征在于，包括以下步骤，S100：标定出差分信号与物方离焦量的关系；S200：打开光源，光束经过投影组件在待测物表面形成投影光斑，同时所述待测物将所述投影光斑反射，并经成像组件成像在孔径光阑上，透过所述孔径光阑的调焦光束由探测组件接收，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道萍，庄亚政，季桂林，
申请(专利权)人：上海微电子装备集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：