CN106291854B - 一种运动平台及光路安装调节的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学技术领域，公开了一种运动平台及光路安装调节的装置和方法，其中，装置包括：基准器件、运动平台、调节件、螺纹副、固定件、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜；方法为：固定基准器件；在基准器件的下方放置运动平台；通过样品台沿旋转轴和直线轴的运动，结合样品台上的特征点在CCD中的成像，以基准点为参照物进行判断，通过调节螺纹副推进调节件，实现对运动平台安装位置的调节；通过样品台沿Z轴方向上下移动，结合入射光束在CCD中的成像，以基准点为参照物进行判断，通过调节反射镜实现对光路进行调节。本发明实现了运动平台及光路安装位置的精细调节。

Description

一种运动平台及光路安装调节的装置和方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种运动平台及光路安装调节的装置和方法。

背景技术

要保证运动平台能够实现周期可调结构光合成并保证搭载被测样片沿结构光垂直方向运动，首先需要保证运动平台和光路中的光束方向之间的相对位置是能够被观测和调节的，其次要保证运动平台在动态移动过程中的方向和光路之间几何关系的精度，这些均为运动平台的安装增加了难度，使得系统搭建以及仪器装调中运动平台的放置安装成为重点及难点。

发明内容

本申请实施例通过提供一种运动平台及光路安装调节的装置和方法，实现了运动平台及光路安装位置的精细调节，确保了运动平台直线轴的运动方向与入射平面相垂直，同时确保了入射光束在同一平面中，且该平面垂直于样品表面。

本申请实施例提供一种运动平台及光路安装调节的装置，包括：基准器件，所述基准器件内置连接CCD；

运动平台，所述运动平台位于所述基准器件的下方；所述运动平台包括样品台；所述样品台为圆形；

其中，所述样品台可以沿直线轴运动，所述直线轴经过所述样品台的圆心并平行于所述运动平台的长轴方向；所述样品台可以沿旋转轴运动；所述样品台可以沿Z轴方向上下移动；

调节件，所述调节件位于所述运动平台的长轴的两侧；

螺纹副，所述螺纹副位于所述调节件的远离所述运动平台的一侧，所述螺纹副推动所述调节件对所述运动平台的安装位置进行调节；

固定件，所述固定件锁紧所述运动平台；

第一反射镜，所述第一反射镜接收第一入射光束；

第二反射镜，所述第二反射镜接收经过所述第一反射镜反射后的所述第一入射光束，并将所述第一入射光束反射至所述样品台上；

第三反射镜，所述第三反射镜接收第二入射光束；

第四反射镜，所述第四反射镜接收经过所述第三反射镜反射后的所述第二入射光束，并将所述第二入射光束反射至所述样品台上。

优选的，所述螺纹副的最小位移为0.4um。

优选的，所述螺纹副的最小调节角度为0.15arc sec。

优选的，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜的最小进给量为7nm。

优选的，所述第一入射光束、所述第二入射光束照射至所述样品台上的光斑位置调节精度为100nm。

本申请的另一方面，提供一种运动平台及光路安装调节的方法，固定基准器件；所述基准器件内置连接CCD；所述基准器件的基准轴在所述CCD上的成像点为基准点，所述基准点位于所述CCD成像的中心；

在所述基准器件的下方放置运动平台；所述运动平台包括样品台；

所述样品台可以沿直线轴运动，所述直线轴经过所述样品台的圆心并平行于所述运动平台的长轴方向；所述样品台可以沿旋转轴运动；所述样品台可以沿Z轴方向上下移动；

所述运动平台的长轴的两侧设置有调节件；所述调节件的远离所述运动平台的一侧设置有螺纹副；

通过所述样品台沿所述旋转轴和沿所述直线轴的运动，结合所述样品台上的特征点在所述CCD中的成像，以所述基准点为参照物进行判断，通过交替反复地调节所述螺纹副来推进所述调节件，实现对所述运动平台的安装位置的调节，调节完成后通过固定件锁紧所述运动平台；

通过所述样品台沿Z轴方向上下移动，结合入射光束在所述CCD中的成像，以所述基准点为参照物进行判断，通过调节反射镜实现对所述光路的调节，调节完成后锁定所述反射镜。

优选的，所述特征点位于第一样片上，所述样品台搭载所述第一样片，所述特征点的连线是通过所述样品台圆心的直线；

所述样品台沿所述旋转轴运动，使得所述样品台上的所述特征点的连线与所述运动平台直线轴的方向平行；

所述样品台沿所述直线轴运动，同时观察所述特征点在所述CCD上的成像，通过交替反复调节所述螺纹副，使所述特征点依次通过所述基准点。

优选的，所述入射光束包括第一入射光束和第二入射光束；所述反射镜包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜。

优选的，所述样品台搭载第二样片，所述第二样片包含至少一条直线；所述直线平行于所述运动平台的短轴，并在CCD成像中通过所述基准点；

所述第一入射光束经所述第一反射镜和所述第二反射镜反射后，照射至所述样品台上；

所述样品台带着所述第二样片沿Z轴方向上下移动；

通过反复调节所述第一反射镜和所述第二反射镜，使所述第一入射光束在所述CCD上的成像点始终沿着所述第二样片上的所述直线移动。

优选的，所述样品台搭载第二样片，所述第二样片包含至少一条直线；所述直线平行于所述运动平台的短轴，并在CCD成像中通过所述基准点；

所述第二入射光束经所述第三反射镜和所述第四反射镜反射后，照射至所述样品台上；

所述样品台带着所述第二样片沿Z轴方向上下移动；

通过反复调节所述第三反射镜和所述第四反射镜，使所述第二入射光束在所述CCD上的成像点始终沿着所述第二样片上的所述直线移动。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，提供的一种运动平台及光路安装调节的装置和方法能够保证运动平台和几何光路中的光束方向之间的相对位置是能够被观测和调节的。

进一步的，在本申请实施例中，提供的一种运动平台及光路安装调节的装置和方法能够快速、精准地调节好运动平台以及光路的相对位置。

进一步的，在本申请实施例中，提供的一种运动平台及光路安装调节的装置和方法能够方便快捷地监测、调节两个入射光束是否共面。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种运动平台及光路安装调节的装置的结构图。

其中，10-基准器件、20-运动平台、21-样品台、30-调节件、40-螺纹副、50-固定件、60-第一反射镜、70-第二反射镜、80-第三反射镜、90-第四反射镜。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种运动平台及光路安装调节的装置和方法，实现了运动平台及光路安装位置的精细调节，确保了运动平台直线轴的运动方向与入射平面相垂直，同时确保了入射光束在同一平面中，且该平面垂直于样品表面。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

一种运动平台及光路安装调节的装置，包括：基准器件，所述基准器件内置连接CCD；CCD为电荷耦合元件；

运动平台，所述运动平台位于所述基准器件的下方；所述运动平台包括样品台；所述样品台为圆形；

其中，所述样品台可以沿直线轴运动，所述直线轴经过所述样品台的圆心并平行于所述运动平台的长轴方向；所述样品台可以沿旋转轴运动；所述样品台可以沿Z轴方向上下移动；

调节件，所述调节件位于所述运动平台的长轴的两侧；

螺纹副，所述螺纹副位于所述调节件的远离所述运动平台的一侧，所述螺纹副推动所述调节件对所述运动平台的安装位置进行调节；

固定件，所述固定件锁紧所述运动平台；

第一反射镜，所述第一反射镜接收第一入射光束；

第二反射镜，所述第二反射镜接收经过所述第一反射镜反射后的所述第一入射光束，并将所述第一入射光束反射至所述样品台上；

第三反射镜，所述第三反射镜接收第二入射光束；

第四反射镜，所述第四反射镜接收经过所述第三反射镜反射后的所述第二入射光束，并将所述第二入射光束反射至所述样品台上。

本申请的另一方面，提供一种运动平台及光路安装调节的方法，固定基准器件；所述基准器件内置连接CCD；所述基准器件的基准轴在所述CCD上的成像点为基准点，所述基准点位于所述CCD成像的中心；

在所述基准器件的下方放置运动平台；所述运动平台包括样品台；

所述样品台可以沿直线轴运动，所述直线轴经过所述样品台的圆心并平行于所述运动平台的长轴方向；所述样品台可以沿旋转轴运动；所述样品台可以沿Z轴方向上下移动；

所述运动平台的长轴的两侧设置有调节件；所述调节件的远离所述运动平台的一侧设置有螺纹副；

通过所述样品台沿所述旋转轴和沿所述直线轴的运动，结合所述样品台上的特征点在所述CCD中的成像，以所述基准点为参照物进行判断，通过交替反复地调节所述螺纹副来推进所述调节件，实现对所述运动平台的安装位置的调节，调节完成后通过固定件锁紧所述运动平台；

通过所述样品台沿Z轴方向上下移动，结合入射光束在所述CCD中的成像，以所述基准点为参照物进行判断，通过调节反射镜实现对所述光路的调节，调节完成后锁定所述反射镜。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

为了满足新型晶圆检测方法的检测需求，需要采用R-theta-Z电动运动平台搭载样片进行扫描检测，满足两束入射光在同一平面中且该平面与运动平台样品平面相垂直，同时运动平台直线轴(R轴)运动方向经过样品平面入射点且与入射平面相垂直。

为了安装满足上述条件，本申请提出先确定基准点，以其为标准实现运动平台安装校正，再进行入射光路调节的方法。

具体如下：1、以光学测量系统几何光路中的基准器件的轴线为基准，结合运动平台旋转轴(theta轴)和直线轴(R轴)的运动，通过在几何光路中安装的CCD相机对样品台上的标记物成像，进行一系列的判断，再通过调节螺纹副推动调节件实现运动平台安装位置的精细调节，从而实现运动平台与基准器件的轴线调节到特定的位置关系。2、通过在几何光路中安装CCD相机对样品台上的标记物成像，结合运动平台的Z向上下运动，在CCD有限视野内进行一系列的成像和判断，从而将整个几何光路和运动平台的运动状态联系起来，可以推断出整个几何光路相对于运动平台的运动方向之间的位置关系，通过调节螺纹副推动调节件实现运动平台安装位置的精细调节，从而实现运动平台的运动特征和几何光路的入射和反射方向调节到特定的位置关系；通过调节反射镜实现两束入射光在同一平面中且该平面与运动平台样品平面相垂直。

根据具体调节基准的要求，重复上面的单条或两条调节过程，最终将运动平台固定锁紧在几何光路和运动平台共同的安装基准之上。

为了说明方便，附图中隐去了与基准器件有安装关系的相关零件。

如图1所示，一种运动平台及光路安装调节的装置，包括：基准器件10、运动平台20、调节件30、螺纹副40、固定件50、第一反射镜60、第二反射镜70、第三反射镜80、第四反射镜90。

其中，所述基准器件10内置连接CCD。

所述运动平台20位于所述基准器件10的下方；所述运动平台20包括样品台21；所述样品台21为圆形。

所述样品台21可以沿直线轴运动，所述直线轴经过所述样品台21的圆心并平行于所述运动平台20的长轴方向；所述样品台21可以沿旋转轴运动；所述样品台21可以沿Z轴方向上下移动。

所述调节件30位于所述运动平台20的长轴的两侧。

所述螺纹副40位于所述调节件30的远离所述运动平台20的一侧，所述螺纹副40推动所述调节件30对所述运动平台20的安装位置进行调节。所述螺纹副40的最小位移为0.4um，所述螺纹副40的最小调节角度为0.15arc sec。

所述固定件50锁紧所述运动平台20。

所述第一反射镜60接收第一入射光束；所述第二反射镜70接收经过所述第一反射镜60反射后的所述第一入射光束，并将所述第一入射光束反射至所述样品台21上。

所述第三反射镜80接收第二入射光束；所述第四反射镜90接收经过所述第三反射镜80反射后的所述第二入射光束，并将所述第二入射光束反射至所述样品台21上。

所述第一反射镜60、所述第二反射镜70、所述第三反射镜80、所述第四反射镜90的最小进给量为7nm。所述第一入射光束、所述第二入射光束照射至所述样品台21上的光斑位置调节精度为100nm。

一种运动平台及光路安装调节的方法，固定基准器件10；所述基准器件10内置连接CCD；所述基准器件10的基准轴在所述CCD上的成像点为基准点，所述基准点位于所述CCD成像的中心。

在所述基准器件10的下方放置运动平台20；所述运动平台20包括样品台21。

所述样品台21可以沿直线轴运动，所述直线轴经过所述样品台21的圆心并平行于所述运动平台20的长轴方向；所述样品台21可以沿旋转轴运动；所述样品台21可以沿Z轴方向上下移动。

所述运动平台20的长轴的两侧设置有调节件30；所述调节件30的远离所述运动平台20的一侧设置有螺纹副40。

通过所述样品台21沿所述旋转轴和沿所述直线轴的运动，结合所述样品台21上的特征点在所述CCD中的成像，以所述基准点为参照物进行判断，通过交替反复地调节所述螺纹副40来推进所述调节件30，实现对所述运动平台20的安装位置的调节，调节完成后通过固定件50锁紧所述运动平台20。

其中，所述特征点位于第一样片上，所述样品台21搭载所述第一样片，所述特征点的连线是通过所述样品台21圆心的直线。

所述样品台21沿所述旋转轴运动，使得所述样品台21上的所述特征点的连线与所述运动平台20直线轴的方向平行。

所述样品台21沿所述直线轴运动，同时观察所述特征点在所述CCD上的成像，通过交替反复调节所述螺纹副40，使所述特征点依次通过所述基准点。

通过所述样品台21沿Z轴方向上下移动，结合入射光束在所述CCD中的成像，以所述基准点为参照物进行判断，通过调节反射镜实现对所述光路的调节，调节完成后锁定所述反射镜。

所述入射光束包括第一入射光束和第二入射光束；所述反射镜包括第一反射镜60、第二反射镜70、第三反射镜80、第四反射镜90。

具体的，所述样品台21搭载第二样片，所述第二样片包含至少一条直线；所述直线平行于所述运动平台20的短轴，并在CCD成像中通过所述基准点。

所述第一入射光束经所述第一反射镜60和所述第二反射镜70反射后，照射至所述样品台21上；所述样品台21带着所述第二样片沿Z轴方向上下移动。

通过反复调节所述第一反射镜60和所述第二反射镜70，使所述第一入射光束在所述CCD上的成像点始终沿着所述第二样片上的所述直线移动。

同样的，所述第二入射光束经所述第三反射镜80和所述第四反射镜90反射后，照射至所述样品台上；

通过反复调节所述第三反射镜80和所述第四反射镜90，使所述第二入射光束在所述CCD上的成像点始终沿着所述第二样片上的所述直线移动。

为了更清楚的说明，设置第一基准平面，第二基准平面，第三基准平面。第一基准平面过所述基准器件的基准轴；第二基准平面平行于水平面；第三基准平面过所述基准器件的基准轴；第一基准平面、第二基准平面、第三基准平面互相垂直。

第一步：以光学测量系统几何光路中的基准器件的轴线为基准，将样品台直线轴(R轴)运动方向与第一基准平面调节到垂直位置。

调节过程：首先让样品台旋转轴处于0度，然后样品台沿直线轴方向移动，样品台上有一系列的特征点，特征点的连线通过样品台半径。当旋转轴处于0度时，特征点的连线是平行于直线轴运动方向的，此时观察样品台特征点在CCD上的成像。通过反复调节螺纹副，使样品台直线轴运动方向垂直于第一基准平面。整个过程需要交替调节螺纹副，以便慢慢改变样品台的直线轴运动方向和第一基准平面的角度直到垂直。在调节垂直的同时，反复调节螺纹副，使样品台的特征点连线在CCD视野内能够相对于基准点相对平移，最终依次通过图像上基准点。

第二步：仍然以光学测量系统几何光路中的基准器件的轴线为基准，通过反复调节反射镜将几何光路的第一入射光束和第二入射光束分别调节到第一基准平面内，从而实现几何光路的第一入射光束和第二入射光束决定的平面过基准器件的轴线，并且垂直于运动平台上的样品，同时还垂直于样品台的直线轴运动方向。调节过程以入射光束在CCD视野里的成像和CCD图像上的基准点重合为准。

调节过程：首先制作一个样片，样片上至少应该包含一条足够长的细直线特征。将样片放置在样品台上，通过样品台沿直线轴移动和样品台的旋转，使样片上的直线平行于第一基准平面，并同时通过基准点。此时锁定样品台的直线轴方向和样品台旋转方向的运动。然后开启第一入射光束，此时让样品台带着样片沿Z向上下移动，第一入射光束在CCD上的成像点也就相应的会移动。此时反复调节两个反射镜最终可以使第一入射光束在CCD上的成像点在样品台带着样片沿Z轴上下移动时，始终沿样片上的细直线特征移动，始终和其重合，从而保证了几何光路的入射光束和反射光束决定的平面过基准器件的轴线并且垂直于运动平台上的样品，同时还垂直于样品台的直线轴运动方向。第二入射光束的调节过程和第一入射光束的调节过程相同。在调节过程中，通过两个反射镜的组合调节可以实现光束入射角度的调节和入射光束的平移，因此通过反复调节是可以实现上述要求的。

这个调节过程的精度由反射镜调节架的调节精度和CCD的像素大小决定，调节机构所用电动反射镜架最小进给量7nm，反应到调节样品表面的位移变化约为100nm，此时调节精度取决于光斑中心算法的精度，光斑中心算法会将整个入射光斑在CCD上的成像计算一个理论的中心点，大小为1个像素，使其能够沿样片的直线特征移动即达到调节要求，当在CCD前方增加适当倍数的放大物镜后，调节的精度最终会达到100nm左右。

在完成两步调节后，将反射镜锁定，同时将运动平台通过固定件锁定在安装基准上。

本实施例能够保证运动平台和几何光路中的光束方向之间的相对位置是能够被观测和调节的；能够快速、精准地调节好运动平台以及光路的相对位置；能够方便快捷地监测、调节两个入射光束是否共面。

本发明实施例提供的一种运动平台及光路安装调节的装置和方法至少包括如下技术效果：

1、在本申请实施例中，提供的一种运动平台及光路安装调节的装置和方法能够保证运动平台和几何光路中的光束方向之间的相对位置是能够被观测和调节的。

2、在本申请实施例中，提供的一种运动平台及光路安装调节的装置和方法能够快速、精准地调节好运动平台以及光路的相对位置。

3、在本申请实施例中，提供的一种运动平台及光路安装调节的装置和方法能够方便快捷地监测、调节两个入射光束是否共面。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种运动平台及光路安装调节的装置，其特征在于，包括：

基准器件，所述基准器件内置连接CCD，所述基准器件的基准轴在所述CCD上的成像点为基准点，所述基准点位于所述CCD成像的中心；

运动平台，所述运动平台位于所述基准器件的下方；所述运动平台包括样品台，所述样品台上搭载有第一样片，所述第一样片上设有特征点；所述样品台为圆形，所述特征点的连线是通过所述样品台圆心的直线；

其中，所述样品台可以沿直线轴运动，所述直线轴经过所述样品台的圆心并平行于所述运动平台的长轴方向；所述样品台可以沿旋转轴运动；所述样品台可以沿Z轴方向上下移动；

调节件，所述调节件位于所述运动平台的长轴的两侧；

螺纹副，所述螺纹副位于所述调节件的远离所述运动平台的一侧，所述螺纹副推动所述调节件对所述运动平台的安装位置进行调节；

固定件，所述固定件锁紧所述运动平台；

第一反射镜，所述第一反射镜接收第一入射光束；

第二反射镜，所述第二反射镜接收经过所述第一反射镜反射后的所述第一入射光束，并将所述第一入射光束反射至所述样品台上；

第三反射镜，所述第三反射镜接收第二入射光束；

第四反射镜，所述第四反射镜接收经过所述第三反射镜反射后的所述第二入射光束，并将所述第二入射光束反射至所述样品台上。

2.如权利要求1所述的运动平台及光路安装调节的装置，其特征在于，所述螺纹副的最小位移为0.4um。

3.如权利要求1所述的运动平台及光路安装调节的装置，其特征在于，所述螺纹副的最小调节角度为0.15arc sec。

4.如权利要求1所述的运动平台及光路安装调节的装置，其特征在于，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜的最小进给量为7nm。

5.如权利要求1所述的运动平台及光路安装调节的装置，其特征在于，所述第一入射光束、所述第二入射光束照射至所述样品台上的光斑位置调节精度为100nm。

6.一种运动平台及光路安装调节的方法，其特征在于，固定基准器件；所述基准器件内置连接CCD；所述基准器件的基准轴在所述CCD上的成像点为基准点，所述基准点位于所述CCD成像的中心；

在所述基准器件的下方放置运动平台；所述运动平台包括样品台；

所述样品台可以沿直线轴运动，所述直线轴经过所述样品台的圆心并平行于所述运动平台的长轴方向；所述样品台可以沿旋转轴运动；所述样品台可以沿Z轴方向上下移动；

所述运动平台的长轴的两侧设置有调节件；所述调节件的远离所述运动平台的一侧设置有螺纹副；

通过所述样品台沿所述旋转轴和沿所述直线轴的运动，结合所述样品台上的特征点在所述CCD中的成像，所述特征点位于第一样片上，所述样品台搭载所述第一样片，所述特征点的连线是通过所述样品台圆心的直线；

以所述基准点为参照物进行判断，通过交替反复地调节所述螺纹副来推进所述调节件，实现对所述运动平台的安装位置的调节，具体为：所述样品台沿所述旋转轴运动，使得所述样品台上的所述特征点的连线与所述运动平台直线轴的方向平行；所述样品台沿所述直线轴运动，同时观察所述特征点在所述CCD上的成像，通过交替反复调节所述螺纹副，使所述特征点依次通过所述基准点；调节完成后通过固定件锁紧所述运动平台；

通过所述样品台沿Z轴方向上下移动，结合入射光束在所述CCD中的成像，以所述基准点为参照物进行判断，通过调节反射镜实现对所述光路的调节，调节完成后锁定所述反射镜。

7.如权利要求6所述的运动平台及光路安装调节的方法，其特征在于，所述入射光束包括第一入射光束和第二入射光束；

所述反射镜包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜。

8.如权利要求7所述的运动平台及光路安装调节的方法，其特征在于，所述样品台搭载第二样片，所述第二样片包含至少一条直线；所述直线平行于所述运动平台的短轴，并在CCD成像中通过所述基准点；

所述第一入射光束经所述第一反射镜和所述第二反射镜反射后，照射至所述样品台上；

所述样品台带着所述第二样片沿Z轴方向上下移动；

通过反复调节所述第一反射镜和所述第二反射镜，使所述第一入射光束在所述CCD上的成像点始终沿着所述第二样片上的所述直线移动。

9.如权利要求7所述的运动平台及光路安装调节的方法，其特征在于，所述样品台搭载第二样片，所述第二样片包含至少一条直线；所述直线平行于所述运动平台的短轴，并在CCD成像中通过所述基准点；

所述第二入射光束经所述第三反射镜和所述第四反射镜反射后，照射至所述样品台上；

所述样品台带着所述第二样片沿Z轴方向上下移动；

通过反复调节所述第三反射镜和所述第四反射镜，使所述第二入射光束在所述CCD上的成像点始终沿着所述第二样片上的所述直线移动。