CN112229606A - 光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法 - Google Patents
光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112229606A CN112229606A CN202011014593.9A CN202011014593A CN112229606A CN 112229606 A CN112229606 A CN 112229606A CN 202011014593 A CN202011014593 A CN 202011014593A CN 112229606 A CN112229606 A CN 112229606A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- defect
- signal
- absorption
- light
- sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 159
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 38
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 106
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 80
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 claims abstract description 53
- 238000001748 luminescence spectrum Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 56
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 41
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 21
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 claims description 21
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 claims description 18
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 12
- 238000002372 labelling Methods 0.000 claims description 9
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 7
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 6
- 238000000241 photoluminescence detection Methods 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012625 in-situ measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 37
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/02—Testing optical properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明提出了一种光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法，包括泵浦激发系统、散射照明系统、吸收探测系统、光致发光探测系统、发光光谱探测系统和散射探测系统。本发明基于光学元件加工过程中产生的各类缺陷的吸收、光致发光和散射效应实现了不同类型缺陷原位测量，解决了单一测量技术漏检，不同测量装置之间错位测量、表征不准确的问题，根据缺陷的发光光谱可以判定缺陷物质类型，能够更准确评价同一位置的缺陷性质，为客观完整地评价光学元件加工质量提供有力支撑。
Description
技术领域
本发明涉及缺陷检测领域，特别是一种针对光学元件缺陷的多模态测量装置和测量方法。
背景技术
光学材料在加工过程中产生的各种缺陷是导致精密光学元件损伤阈值降低并造成损伤的主要原因。当前加工过程产生的缺陷主要包括：各道工序中产生的划痕、麻点和崩边等结构性缺陷；材料生长、研磨、抛光和修形过程的生长溶液、研磨液和抛光液残留物中的金属杂质离子和有机络合物，以及镀膜过程引入的节瘤缺陷等吸收性缺陷；此外还包括悬挂键、非桥键氧和氧空位在强激光辐照下产生自捕获激子、色心等电子缺陷。
目前已有缺陷检测方法主要是针对上述各类缺陷中的某一类或部分缺陷进行检测。显微散射暗场成像技术主要用于测量划痕、麻点等结构性缺陷，无法测量吸收性缺陷和电子缺陷。光热扫描成像技术用于测量吸收性缺陷。荧光成像技术用于测量电子缺陷和部分发光的吸收性缺陷。上述单一测量装置无法覆盖所有类型的缺陷，导致其它类型的缺陷被漏检，并且同一位置的缺陷也包含不同类型的缺陷，如划痕和麻点中会残留抛光液等吸收性缺陷，故而上述单一技术无法对光学元件的质量做出客观完整的评价。且上述单一技术也不能区分识别缺陷类别和来源，无法为工艺改进提供数据支撑。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法。通过不同类型缺陷具有的散射、吸收和光致发光特性实现各类缺陷原位测量，结合缺陷的发光光谱特性进一步判别缺陷物质类型。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特点在于，包括泵浦激发系统、散射照明系统、吸收探测系统、光致发光探测系统、发光光谱探测系统和散射探测系统；
所述的泵浦激发系统包括泵浦激发光源，所述的泵浦激发光源的泵浦激发光束依次经第一功率调节器、扩束器、斩波器、第一反射镜、第二二向色镜和第一会聚透镜后，垂直照射到样品表面上；样品表面的缺陷在泵浦激发光束激励下产生的发光信号由光致发光信号探测模块和发光光谱探测模块接收；
所述的吸收探测系统包括探测光源，所述的探测光源的探测光束经半波片、偏振分束器、四分之一波片、第一二向色镜、第二二向色镜和第一会聚透镜后，垂直照射到样品表面；
所述的样品表面在聚焦泵浦激发光束照射下产生热形变，聚焦的探测光束的振幅和相位被样品表面热形变调制，使其远场光强空间分布发生变化，调制后的探测光束经过样品表面反射，依次经第一会聚透镜、第二二向色镜、第一二向色镜和四分之一波片后，经偏振分束器反射进入吸收信号探测模块；
所述的散射照明系统包括散射照明光源，所述的散射照明光源的散射照明光束依次经第二功率调节器、第二反射镜、第二会聚透镜后，倾斜入射到样品表面，产生反射光和散射光，所述的反射光入射到光阱，所述的散射光依次经第一会聚透镜和第二二向色镜后，入射到第一二向色镜，经第一二向色镜反射后，由散射信号探测模块接收；
所述的泵浦激发光束、探测光束和散射照明光束在样品表面的光斑相互重叠；样品表面上聚焦泵浦激发光斑的直径与聚焦散射照明光斑的直径一致；
所述的斩波器的信号输出端与锁相放大器的参考信号输入端连接，该锁相放大器的测量信号输入端分别与所述的吸收信号探测模块和光致发光信号探测模块相连；
计算机分别与所述的锁相放大器的信号输出端、散射信号探测模块、发光光谱探测模块，以及供样品放置的三维精密位移台的控制端连接。
所述的吸收信号探测模块包括沿入射光方向依次设置的第三会聚透镜、第一带通滤光器、可变光阑和第一光电探测器；
所述的光致发光信号探测模块包括沿入射光方向依次设置的第四会聚透镜、第一长波通滤光器和第二光电探测器；
所述的发光光谱探测模块包括沿入射光方向依次设置的第五会聚透镜、第二长波通滤光器和光谱仪；
所述的散射信号探测模块包括沿入射光方向依次设置的第六会聚透镜、第二带通滤光器和第三光电探测器；
所述的第一二向色镜使波长大于所述的散射照明光源的波长的光束能够透过，波长小于等于所述的散射照明光源的波长的光束被反射；
所述的第二二向色镜使波长大于所述的泵浦激发光源的波长的光束能够透过，波长小于等于所述的泵浦激发光源的波长的光束被反射；
所述的第一带通滤光器和第二带通滤光器的带通区域的半高宽≤±2nm；所述的第一带通滤光器的中心波长与探测光源的波长一致；所述的第二带通滤光器的中心波长与散射照明光源的波长一致；
所述的第一长波通滤光器和第二长波通滤光器使缺陷的光致发光信号均能透过，与泵浦激发光源波长一致的光束和与散射照明光源波长一致的光束被滤除；
所述的第四会聚透镜和第五会聚透镜是消色差透镜；
所述的第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器是光电倍增管、光电二极管或雪崩光电探测器；
所述的第一光电探测器的信号输出端和第二光电探测器的信号输出端分别与所述的锁相放大器的测量信号输入端连接；
所述的光谱仪和第三光电探测器的信号输出端分别与计算机的输入端连接。
利用所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置进行光学元件缺陷检测的测量方法，该方法包括下列步骤：
1)将样品置于三维精密位移台上，计算机驱动三维精密位移台沿第一会聚透镜的光轴方向移动，使样品待测面处于第一会聚透镜的焦平面上；
2)开启泵浦激发光源、散射照明光源和探测光源；设置所述的斩波器的斩波频率为f；设置所述的锁相放大器的解调频率为f；
3)调节半波片，使探测光源发出的光束都透过偏振分束器；
4)吸收信号、光致发光信号、发光光谱和散射信号原位采集：
样品待测表面在聚焦泵浦激发光束照射下产生热形变，聚焦探测光束的振幅和相位被样品表面热形变调制，调制后的探测光束经过样品表面反射，依次通过第一会聚透镜、第二二向色镜、第一二向色镜和四分之一波片后，经偏振分束器反射进入所述的吸收信号探测模块；探测光束经第一带通滤光器滤波后，中心部分通过可变光阑，被第一光电探测器接收；经锁相放大器解调后，吸收信号幅值存储于计算机中；
若照射区域存在吸收性缺陷，则通过锁相放大器解调出的缺陷吸收信号幅值比样品的本征吸收信号幅值大；
若照射区域存在电子缺陷或可发光的吸收性缺陷，则缺陷在聚焦泵浦激发光束激励下发出的部分荧光被光致发光信号探测模块收集，经第一长波通滤光器滤波后，照射在第二光电探测器上；经锁相放大器解调后，光致发光信号幅值存储于计算机中；若照射区域不存在可发光的缺陷，则锁相放大器输出的解调光致发光信号幅值为0；
可发光的缺陷发出的另一部分荧光被发光光谱探测模块收集，经第二长波通滤光器滤波后，由光谱仪测得发光光谱分布，并将其存储于计算机中；若无可发光的缺陷，则光谱仪测得无特征的背景信号；
若照射区域存在结构性缺陷，则缺陷在聚焦散射照明光束照射下产生散射光，散射光依次通过第一会聚透镜和第二二向色镜，经第一二向色镜反射后，进入散射信号探测模块；散射光经第二带通滤光器滤波后被第三光电探测器接收，将散射光信号存储于计算机中；若照射区域不存在结构性缺陷，则第三光电探测器输出的信号为0；
5)所述的计算机驱动三维精密位移台，使样品在与第一会聚透镜的光轴垂直的平面内做光栅扫描步进运动，步进量为聚焦泵浦激发光斑的直径；每移动一次，重复步骤4)，对吸收信号、光致发光信号、发光光谱和散射信号进行原位采集，并将其存储于计算机中；
6)所述的计算机25对缺陷类型进行识别：
若测量点的光致发光信号和散射信号为0，吸收信号异常，则标记该缺陷为吸收性、不发光缺陷；
若测量点的吸收信号无异常、散射信号为0，光致发光信号不为0，则标记该缺陷为电子缺陷；利用高斯拟合提取该测量点的发光光谱的特征峰位，与已有的缺陷发光特征数据库比对，识别并标注该缺陷的物质类型；
若测量点的吸收信号无异常、光致发光信号为0，散射信号不为0，则标记该缺陷为结构性缺陷；进一步根据缺陷的长宽比，将其判定标注为线状的划痕或圆形的麻点；
若测量点的散射信号为0，光致发光信号不为0且吸收信号有异常，则标记该缺陷为吸收性、发光缺陷；利用高斯拟合提取该测量点的发光光谱的特征峰位，与已有的缺陷发光特征数据库比对，识别并标注该缺陷的物质类型；
若测量点的光致发光信号为0，散射信号不为0且吸收信号有异常，则标记该处为结构性缺陷中残留吸收性不发光缺陷；
若测量点的光致发光信号和散射信号都不为0，且吸收信号有异常，则标记该处为结构性缺陷中残留吸收性发光缺陷；利用高斯拟合提取该测量点的发光光谱的特征峰位，与已有的缺陷发光特征数据库比对，识别并标注该缺陷的物质类型；
若测量点的光致发光信号和散射信号都为0，且吸收信号无异常，则该处无缺陷，不做标注。
本发明的优点如下：
本发明基于光学元件加工过程中产生的各类缺陷的吸收、光致发光和散射效应设计了多模态测量装置，实现了不同类型缺陷原位测量，解决了单一测量技术漏检，不同测量装置之间错位测量、表征不准确的问题。而且根据缺陷的发光光谱可以判定缺陷物质类型，能够更准确评价同一位置的缺陷性质，也更客观完整地评价光学元件加工质量。
附图说明
图1是本发明光学元件多模态原位缺陷测量装置示意图
图中：1-泵浦激发光源；2-第一功率调节器；3-扩束器；4-斩波器；5-第一反射镜；6-探测光源；7-半波片；8-偏振分束器；9-四分之一波片；10-第一二向色镜；11-第二二向色镜；12-第一会聚透镜；13-散射照明光源；14-第二功率调节器；15-第二反射镜；16-第二会聚透镜；17-光阱；18-吸收信号探测模块；19-光致发光信号探测模块；20-发光光谱探测模块；21-散射信号探测模块；22-锁相放大器；23-样品；24-三维精密位移台；25计算机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细阐述，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例
图1为本发明实施例光学元件多模态原位缺陷测量装置示意图，包括泵浦激发系统、散射照明系统、吸收探测系统、光致发光探测系统、发光光谱探测系统和散射探测系统；
所述的泵浦激发系统包括泵浦激发光源1，所述的泵浦激发光源1的泵浦激发光束依次经第一功率调节器2、扩束器3、斩波器4、第一反射镜5、第二二向色镜11和第一会聚透镜12后，垂直照射到样品23表面，样品23表面的缺陷在泵浦激发光束激励下产生的发光信号由光致发光信号探测模块19和发光光谱探测模块20接收；
所述的吸收探测系统包括探测光源6，所述的探测光源6的探测光束经半波片7、偏振分束器8、四分之一波片9、第一二向色镜10、第二二向色镜11和第一会聚透镜12后，垂直照射到样品23表面；
所述的样品23表面在聚焦泵浦激发光束照射下产生热形变，聚焦的探测光束的振幅和相位被样品23表面热形变调制，使其远场光强空间分布发生变化，调制后的探测光束经过样品23表面反射，依次经第一会聚透镜12、第二二向色镜11、第一二向色镜10和四分之一波片9后，经偏振分束器8反射进入吸收信号探测模块18；
所述的散射照明系统包括散射照明光源13，所述的散射照明光源13的散射照明光束依次经第二功率调节器14、第二反射镜15、第二会聚透镜16后，倾斜入射到样品23表面，产生反射光和散射光，所述的反射光入射到光阱17，所述的散射光依次经第一会聚透镜12和第二二向色镜11后，入射到第一二向色镜10，经第一二向色镜10反射后，由散射信号探测模块21接收；
所述的泵浦激发光束、探测光束和散射照明光束在样品23表面的光斑相互重叠；样品表面上聚焦泵浦激发光斑的直径与聚焦散射照明光斑的直径一致；
所述的斩波器4的信号输出端与锁相放大器22的参考信号输入端连接，该锁相放大器22的测量信号输入端分别与所述的吸收信号探测模块18和光致发光信号探测模块19相连；
计算机25分别与所述的锁相放大器22的信号输出端、散射信号探测模块21、发光光谱探测模块20，以及供样品23放置的三维精密位移台24的控制端连接。
所述的吸收信号探测模块18包括沿入射光方向依次设置的第三会聚透镜1801、第一带通滤光器1802、可变光阑1803和第一光电探测器1804；
所述的光致发光信号探测模块19包括沿入射光方向依次设置的第四会聚透镜1901、第一长波通滤光器1902和第二光电探测器1903；
所述的发光光谱探测模块20包括沿入射光方向依次设置的第五会聚透镜2001、第二长波通滤光器2002和光谱仪2003；
所述的第一二向色镜10使波长大于所述的散射照明光源13的波长的光束能够透过，波长小于等于所述的散射照明光源13的波长的光束被反射；
所述的第二二向色镜11使波长大于所述的泵浦激发光源1的波长的光束能够透过，波长小于等于所述的泵浦激发光源1的波长的光束被反射；
所述的第一带通滤光器1802和第二带通滤光器2102的带通区域的半高宽≤±2nm；所述的第一带通滤光器1802的中心波长与探测光源6的波长一致；所述的第二带通滤光器2102的中心波长与散射照明光源13的波长一致；
所述的第一长波通滤光器1902和第二长波通滤光器2002使缺陷的光致发光信号均能透过，与泵浦激发光源1波长一致的光束和与散射照明光源13波长一致的光束被滤除；
所述的第四会聚透镜1901和第五会聚透镜2001是消色差透镜；
所述的第一光电探测器1801、第二光电探测器1903和第三光电探测器2103是光电倍增管、光电二极管或雪崩光电探测器；
所述的第一光电探测器1804的信号输出端和第二光电探测器1903的信号输出端分别与所述的锁相放大器22的测量信号输入端连接；
所述的光谱仪2003和第三光电探测器2103的信号输出端分别与计算机25的输入端连接。
利用所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置进行光学元件缺陷检测的测量方法，该方法包括下列步骤：
1)将样品23置于三维精密位移台24上，计算机25驱动三维精密位移台24沿第一会聚透镜12的光轴方向移动，使样品23待测面处于第一会聚透镜12的焦平面上；
2)开启泵浦激发光源1、散射照明光源13和探测光源6；设置所述的斩波器4的斩波频率为f；设置所述的锁相放大器22的解调频率为f；
3)调节所述的半波片7，使探测光源6发出的光束都透过偏振分束器8；
4)吸收信号、光致发光信号、发光光谱和散射信号原位采集：
样品23待测表面在聚焦泵浦激发光束照射下产生热形变，聚焦探测光束的振幅和相位被样品23表面热形变调制，调制后的探测光束经过样品23表面反射，依次通过第一会聚透镜12、第二二向色镜11、第一二向色镜10和四分之一波片9后，经偏振分束器8反射进入所述的吸收信号探测模块18；探测光束经第一带通滤光器1802滤波后，中心部分通过可变光阑1803，被第一光电探测器1804接收；经锁相放大器22解调后，吸收信号幅值存储于计算机25中；
若照射区域存在吸收性缺陷，则通过锁相放大器22解调出的缺陷吸收信号幅值比样品23的本征吸收信号幅值大；
若照射区域存在电子缺陷或可发光的吸收性缺陷，则缺陷在聚焦泵浦激发光束激励下发出的部分荧光被光致发光信号探测模块19收集，经第一长波通滤光器1902滤波后，照射在第二光电探测器1903上；经锁相放大器22解调后，光致发光信号幅值存储于计算机25中；若照射区域不存在可发光的缺陷，则锁相放大器22输出的解调光致发光信号幅值为0；
可发光的缺陷发出的另一部分荧光被发光光谱探测模块20收集，经第二长波通滤光器2002滤波后，由光谱仪2003测得发光光谱分布，并将其存储于计算机25中；若无可发光的缺陷，则光谱仪2003测得无特征的背景信号；
若照射区域存在结构性缺陷，则缺陷在聚焦散射照明光束照射下产生散射光，散射光依次通过第一会聚透镜12和第二二向色镜11，经第一二向色镜10反射后，进入散射信号探测模块21；散射光经第二带通滤光器2102滤波后被第三光电探测器2103接收，将散射光信号存储于计算机25中；若照射区域不存在结构性缺陷，则第三光电探测器2103输出的信号为0；
5)所述的计算机25驱动三维精密位移台24，使样品23在与第一会聚透镜12的光轴垂直的平面内做光栅扫描步进运动，步进量为聚焦泵浦激发光斑的直径；每移动一次，重复步骤4)，对吸收信号、光致发光信号、发光光谱和散射信号进行原位采集，并将其存储于计算机25中；
6)所述的计算机25对缺陷类型进行识别：
若测量点的光致发光信号和散射信号为0，吸收信号异常，则标记该缺陷为吸收性、不发光缺陷；
若测量点的吸收信号无异常、散射信号为0，光致发光信号不为0，则标记该缺陷为电子缺陷；利用高斯拟合提取该测量点的发光光谱的特征峰位，与已有的缺陷发光特征数据库比对，识别并标注该缺陷的物质类型；
若测量点的吸收信号无异常、光致发光信号为0，散射信号不为0，则标记该缺陷为结构性缺陷；进一步根据缺陷的长宽比，将其判定标注为线状的划痕或圆形的麻点；
若测量点的散射信号为0，光致发光信号不为0且吸收信号有异常，则标记该缺陷为吸收性、发光缺陷；利用高斯拟合提取该测量点的发光光谱的特征峰位，与已有的缺陷发光特征数据库比对，识别并标注该缺陷的物质类型；
若测量点的光致发光信号为0，散射信号不为0且吸收信号有异常，则标记该处为结构性缺陷中残留吸收性不发光缺陷；
若测量点的光致发光信号和散射信号都不为0，且吸收信号有异常，则标记该处为结构性缺陷中残留吸收性发光缺陷；利用高斯拟合提取该测量点的发光光谱的特征峰位，与已有的缺陷发光特征数据库比对，识别并标注该缺陷的物质类型；
若测量点的光致发光信号和散射信号都为0，且吸收信号无异常，则该处无缺陷，不做标注。
实验中，所述的泵浦激发光源1的波长为355nm，散射照明光源13的波长为405nm，探测光源6的波长为633nm。第一二向色镜10的透射带为465nm～1200nm，反射带为370nm～430nm；第二二向色镜11的透射带为395nm～750nm，反射带为315nm～365nm。第一带通滤光器1802的中心波长为633nm，带通区域的半高宽为2.4nm；第二带通滤光器2002的中心波长为405nm，带通区域的半高宽为1.5nm。第一长波通滤光器1902的透射带和第二长波通滤光器2002的透射带均为430nm～1000nm，截止带为300nm～420nm。实验结果表明，本发明提出的光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法能够原位探测与识别光学元件加工过程中产生的结构性缺陷、吸收性缺陷和电子缺陷。
Claims (12)
1.一种光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特征在于，包括泵浦激发系统、散射照明系统、吸收探测系统、光致发光探测系统、发光光谱探测系统和散射探测系统；
所述的泵浦激发系统包括泵浦激发光源(1)，所述的泵浦激发光源(1)的泵浦激发光束依次经第一功率调节器(2)、扩束器(3)、斩波器(4)、第一反射镜(5)、第二二向色镜(11)和第一会聚透镜(12)后，垂直照射到样品(23)表面上；样品(23)表面的缺陷在泵浦激发光束激励下产生的发光信号由光致发光信号探测模块(19)和发光光谱探测模块(20)接收；
所述的吸收探测系统包括探测光源(6)，所述的探测光源(6)的探测光束经半波片(7)、偏振分束器(8)、四分之一波片(9)、第一二向色镜(10)、第二二向色镜(11)和第一会聚透镜(12)后，垂直照射到样品(23)表面；
所述的样品(23)表面在聚焦泵浦激发光束照射下产生热形变，聚焦的探测光束的振幅和相位被样品(23)表面热形变调制，使其远场光强空间分布发生变化，调制后的探测光束经过样品(23)表面反射，依次经第一会聚透镜(12)、第二二向色镜(11)、第一二向色镜(10)和四分之一波片(9)后，经偏振分束器(8)反射进入吸收信号探测模块(18)；
所述的散射照明系统包括散射照明光源(13)，所述的散射照明光源(13)的散射照明光束依次经第二功率调节器(14)、第二反射镜(15)和第二会聚透镜(16)后，倾斜入射到样品(23)表面，产生反射光和散射光，所述的反射光入射到光阱(17)，所述的散射光依次经第一会聚透镜(12)和第二二向色镜(11)后，入射到第一二向色镜(10)，经第一二向色镜(10)反射后，由散射信号探测模块(21)接收；
所述的泵浦激发光束、探测光束和散射照明光束在样品(23)表面的光斑相互重叠；
所述的斩波器(4)的信号输出端与锁相放大器(22)的参考信号输入端连接，该锁相放大器(22)的测量信号输入端分别与所述的吸收信号探测模块(18)和光致发光信号探测模块(19)相连；
计算机(25)分别与所述的锁相放大器(22)的信号输出端、散射信号探测模块(21)、发光光谱探测模块(20)，以及供样品(23)放置的三维精密位移台(24)的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特征在于，所述的吸收信号探测模块(18)包括沿入射光方向依次设置的第三会聚透镜(1801)、第一带通滤光器(1802)、可变光阑(1803)和第一光电探测器(1804)；
所述的光致发光信号探测模块(19)包括沿入射光方向依次设置的第四会聚透镜(1901)、第一长波通滤光器(1902)和第二光电探测器(1903)；
所述的发光光谱探测模块(20)包括沿入射光方向依次设置的第五会聚透镜(2001)、第二长波通滤光器(2002)和光谱仪(2003)；
所述的散射信号探测模块(21)包括沿入射光方向依次设置的第六会聚透镜(2101)、第二带通滤光器(2102)和第三光电探测器(2103)。
3.根据权利要求1所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特征在于，所述的第一二向色镜(10)使波长大于所述的散射照明光源(13)的波长的光束能够透过，波长小于等于所述的散射照明光源(13)的波长的光束被反射。
4.根据权利要求1所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特征在于，所述的第二二向色镜(11)使波长大于所述的泵浦激发光源(1)的波长的光束能够透过，波长小于等于所述的泵浦激发光源(1)的波长的光束被反射。
5.根据权利要求1所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特征在于，样品(23)表面上聚焦泵浦激发光斑的直径与聚焦散射照明光斑的直径一致。
6.根据权利要求2所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特征在于，所述的第一带通滤光器(1802)和第二带通滤光器(2102)的带通区域的半高宽≤±2nm；所述的第一带通滤光器(1802)的中心波长与探测光源(6)的波长一致；所述的第二带通滤光器(2102)的中心波长与散射照明光源(13)的波长一致。
7.根据权利要求2所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特征在于，所述的第一长波通滤光器(1902)和第二长波通滤光器(2002)使缺陷的光致发光信号均能透过，与泵浦激发光源(1)波长一致的光束和与散射照明光源(13)波长一致的光束被滤除。
8.根据权利要求2所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特征在于，所述的第四会聚透镜(1901)和第五会聚透镜(2001)是消色差透镜。
9.根据权利要求2所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特征在于，所述的第一光电探测器(1801)、第二光电探测器(1903)和第三光电探测器(2103)是光电倍增管、光电二极管或雪崩光电探测器。
10.根据权利要求2所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特征在于，所述的第一光电探测器(1804)的信号输出端和第二光电探测器(1903)的信号输出端分别与所述的锁相放大器(22)的测量信号输入端连接。
11.根据权利要求2所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置，其特征在于，所述的光谱仪(2003)和第三光电探测器(2103)的信号输出端分别与计算机(25)的输入端连接。
12.利用权利要求1-11任一所述的光学元件多模态原位缺陷测量装置进行光学元件缺陷检测的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
1)将样品(23)置于三维精密位移台(24)上，计算机(25)驱动三维精密位移台(24)沿第一会聚透镜(12)的光轴方向移动，使样品(23)待测面处于第一会聚透镜(12)的焦平面上；
2)开启泵浦激发光源(1)、散射照明光源(13)和探测光源(6)；设置斩波器(4)的斩波频率f；设置锁相放大器(22)的解调频率f；
3)调节半波片(7)，使探测光源(6)发出的光束都透过偏振分束器(8)；
4)吸收信号、光致发光信号、发光光谱和散射信号原位采集：
样品(23)待测表面在聚焦泵浦激发光束照射下产生热形变，聚焦探测光束的振幅和相位被样品(23)表面热形变调制，调制后的探测光束经过样品(23)表面反射，依次通过第一会聚透镜(12)、第二二向色镜(11)、第一二向色镜(10)和四分之一波片(9)后，经偏振分束器(8)反射进入所述的吸收信号探测模块(18)；探测光束经第一带通滤光器(1802)滤波后，中心部分通过可变光阑(1803)，被第一光电探测器(1804)接收；经锁相放大器(22)解调后，吸收信号幅值存储于计算机(25)中；
若照射区域存在吸收性缺陷，则通过锁相放大器(22)解调出的缺陷吸收信号幅值比样品(23)的本征吸收信号幅值大；
若照射区域存在电子缺陷或可发光的吸收性缺陷，则缺陷在聚焦泵浦激发光束激励下发出的部分荧光被光致发光信号探测模块(19)收集，经第一长波通滤光器(1902)滤波后，照射在第二光电探测器(1903)上；经锁相放大器(22)解调后，光致发光信号幅值存储于计算机(25)中；若照射区域不存在可发光的缺陷，则锁相放大器(22)输出的解调光致发光信号幅值为0；
可发光的缺陷发出的另一部分荧光被发光光谱探测模块(20)收集，经第二长波通滤光器(2002)滤波后，由光谱仪(2003)测得发光光谱分布，并将其存储于计算机(25)中；若无可发光的缺陷，则光谱仪(2003)测得无特征的背景信号；
若照射区域存在结构性缺陷，则缺陷在聚焦散射照明光束照射下产生散射光，散射光依次通过第一会聚透镜(12)和第二二向色镜(11)，经第一二向色镜(10)反射后，进入散射信号探测模块(21)；散射光经第二带通滤光器(2102)滤波后被第三光电探测器(2103)接收，将散射光信号存储于计算机(25)中；若照射区域不存在结构性缺陷，则第三光电探测器(2103)输出的信号为0；
5)所述的计算机(25)驱动三维精密位移台(24)，使样品(23)在与第一会聚透镜(12)的光轴垂直的平面内做光栅扫描步进运动，步进量为聚焦泵浦激发光斑的直径；每移动一次，重复步骤4)，对吸收信号、光致发光信号、发光光谱和散射信号进行同步采集，并将其存储于计算机(25)中；
6)所述的计算机(25)对缺陷类型进行识别：
若测量点的光致发光信号和散射信号为0，吸收信号异常，则标记该缺陷为吸收性、不发光缺陷；
若测量点的吸收信号无异常、散射信号为0，光致发光信号不为0，则标记该缺陷为电子缺陷；利用高斯拟合提取该测量点的发光光谱的特征峰位，与已有的缺陷发光特征数据库比对，识别并标注该缺陷的物质类型；
若测量点的吸收信号无异常、光致发光信号为0，散射信号不为0，则标记该缺陷为结构性缺陷；进一步根据缺陷的长宽比，将其判定标注为线状的划痕或圆形的麻点；
若测量点的散射信号为0，光致发光信号不为0且吸收信号有异常，则标记该缺陷为吸收性、发光缺陷；利用高斯拟合提取该测量点的发光光谱的特征峰位，与已有的缺陷发光特征数据库比对，识别并标注该缺陷的物质类型；
若测量点的光致发光信号为0，散射信号不为0且吸收信号有异常，则标记该处为结构性缺陷中残留吸收性不发光缺陷；
若测量点的光致发光信号和散射信号都不为0，且吸收信号有异常，则标记该处为结构性缺陷中残留吸收性发光缺陷；利用高斯拟合提取该测量点的发光光谱的特征峰位，与已有的缺陷发光特征数据库比对，识别并标注该缺陷的物质类型；
若测量点的光致发光信号和散射信号都为0，且吸收信号无异常，则该处无缺陷，不做标注。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011014593.9A CN112229606A (zh) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | 光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011014593.9A CN112229606A (zh) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | 光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112229606A true CN112229606A (zh) | 2021-01-15 |
Family
ID=74108188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011014593.9A Pending CN112229606A (zh) | 2020-09-24 | 2020-09-24 | 光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112229606A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113503840A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-10-15 | 北京通美晶体技术股份有限公司 | 材料表面雾的检测方法和装置 |
| CN114965369A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-08-30 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 掩模基板表面微纳缺陷检测装置和检测方法 |
| CN115452217A (zh) * | 2022-10-19 | 2022-12-09 | 江苏华兴激光科技有限公司 | 一种半导体表面应力分布的检测装置及其检测方法 |
| GB2613912A (en) * | 2021-06-24 | 2023-06-21 | Beijing Tongmei Xtal Tech Co Ltd | Material haze detection method and apparatus |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130258327A1 (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-03 | Hitachi High-Technologies Corporation | Method and apparatus for inspecting surface of a sample |
| CN104458691A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-03-25 | 合肥知常光电科技有限公司 | 一种光热-荧光双模态光谱检测装置及其检测方法 |
| CN105510347A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-04-20 | 合肥知常光电科技有限公司 | 基于光热检测和光学显微的光学材料缺陷实时成像装置 |
| CN106442564A (zh) * | 2016-10-17 | 2017-02-22 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 大口径超光滑表面缺陷的检测装置和检测方法 |
| CN109596530A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-04-09 | 浙江大学 | 光学表面麻点和灰尘缺陷分类的暗场偏振成像装置和方法 |
| CN111060516A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-24 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 光学元件亚表面缺陷的多通道原位检测装置及检测方法 |
-
2020
- 2020-09-24 CN CN202011014593.9A patent/CN112229606A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130258327A1 (en) * | 2012-03-28 | 2013-10-03 | Hitachi High-Technologies Corporation | Method and apparatus for inspecting surface of a sample |
| CN104458691A (zh) * | 2014-12-25 | 2015-03-25 | 合肥知常光电科技有限公司 | 一种光热-荧光双模态光谱检测装置及其检测方法 |
| CN105510347A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-04-20 | 合肥知常光电科技有限公司 | 基于光热检测和光学显微的光学材料缺陷实时成像装置 |
| CN106442564A (zh) * | 2016-10-17 | 2017-02-22 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 大口径超光滑表面缺陷的检测装置和检测方法 |
| CN109596530A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-04-09 | 浙江大学 | 光学表面麻点和灰尘缺陷分类的暗场偏振成像装置和方法 |
| CN111060516A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-24 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 光学元件亚表面缺陷的多通道原位检测装置及检测方法 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113503840A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-10-15 | 北京通美晶体技术股份有限公司 | 材料表面雾的检测方法和装置 |
| WO2022267401A1 (zh) * | 2021-06-24 | 2022-12-29 | 北京通美晶体技术股份有限公司 | 材料表面雾的检测方法和装置 |
| GB2613912A (en) * | 2021-06-24 | 2023-06-21 | Beijing Tongmei Xtal Tech Co Ltd | Material haze detection method and apparatus |
| CN114965369A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-08-30 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 掩模基板表面微纳缺陷检测装置和检测方法 |
| CN114965369B (zh) * | 2022-04-06 | 2024-04-12 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 掩模基板表面微纳缺陷检测装置和检测方法 |
| CN115452217A (zh) * | 2022-10-19 | 2022-12-09 | 江苏华兴激光科技有限公司 | 一种半导体表面应力分布的检测装置及其检测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112229606A (zh) | 光学元件多模态原位缺陷测量装置和测量方法 | |
| CN109459438B (zh) | 一种缺陷检测设备及方法 | |
| US9772289B2 (en) | System and method for defect detection and photoluminescence measurement of a sample | |
| KR101785405B1 (ko) | 결함 검사 및 광발광 측정 시스템 | |
| DK1946079T3 (en) | PROCEDURE AND SYSTEM FOR INSPECTING INDIRECT BANDWOOD SEMICONDUCTOR STRUCTURE | |
| US9863892B2 (en) | Distinguishing foreign surface features from native surface features | |
| TW201017791A (en) | Semiconductor inspection device and inspection method | |
| CN107561059A (zh) | 多波长线扫描拉曼光谱仪 | |
| CN104458691A (zh) | 一种光热-荧光双模态光谱检测装置及其检测方法 | |
| KR20150008453A (ko) | 표면 피처들 맵핑 | |
| CN116046803A (zh) | 一种无图案晶圆缺陷多通道检测系统 | |
| CN105651759A (zh) | 一种表面增强拉曼光谱测试系统 | |
| CN112414992A (zh) | 拉曼光谱激发增强模块 | |
| CN110887821A (zh) | 一种用于金刚石压机的多功能宽范围光谱测量装置 | |
| TWI442043B (zh) | 螢光反應檢測系統及其檢測方法 | |
| CN215493172U (zh) | 基于单光子计数法的显微圆偏振荧光光谱探测系统 | |
| CN114353947B (zh) | 一种基于光场成像的显微拉曼光谱仪 | |
| CN111948223B (zh) | 介质高反膜元件表面缺陷测量装置和测量方法 | |
| CN115963089A (zh) | 高效双通路圆偏振荧光光谱测量系统 | |
| CN110160651B (zh) | 一种荧光高光谱测试系统 | |
| CN106483114A (zh) | 一种可见光辅助对焦的便携式拉曼光谱仪 | |
| CN114895450B (zh) | 基于二次谐波的超分辨显微成像系统及成像方法 | |
| CN216284937U (zh) | 一种高效双通路圆偏振荧光光谱测量系统 | |
| CN211456205U (zh) | 基于空芯光子晶体光纤的超连续谱激光光源及检测系统 | |
| US20220364978A1 (en) | Systems for detecting light by birefringent fourier transform interferometry and methods for using same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210115 |