CN113514399A - 检测设备及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种检测设备及检测方法，其中，检测设备包括：合光元件，用于使所述泵浦光和第二检测光在到达待测物之前具有公共路径，经过所述公共路径的光束为组合光，所述组合光中心轴线的入射角为锐角；位置探测器，用于探测所述第一光束，并根据所述第一光束在位置探测器感光面形成的光斑位置确定所述待测物表面的高度；探测组件，用于探测所述第二光束，并根据所述第二光束的光强检测所述待测物的结构信息。所述检测设备能够通过组合光倾斜入射至待测物表面并结合位置探测器能够实现待测物表面高度的检测，并利用探测组件实现待测物结构信息的检测；同时第二检测光和泵浦光具有公共路径能够简化光路，提高集成度。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学检测领域，特别是一种能够实现自动聚焦的检测设备及检测方法。
背景技术
光声测量膜厚是一种精密的光学测量技术，膜厚测量范围在50埃~10微米，精度可达到0.1埃。现有技术中采用空间光路测量膜厚，但是空间光路调节繁琐，例如：一个器件微调，其他器件均要相应地调整，否则精度和准确度受到严重影响。如此，消耗的人力成本大，测试时间长。此外，空间光路易受干扰，难以应用于有强电磁干扰或易燃易爆的环境中实现测量，导致测量系统的稳定性较差，抗干扰能力较弱。如何提升测量系统的稳定性和降低光路的复杂性，提升测量过程中器件调节的便捷性，缩短测试时间，降低人力成本，已经成为本领域急需解决的技术问题。
发明内容
为解决以上问题，本发明提出了一种检测设备和检测方法，能够实现待测物表面高度的检测以及待测物的结构信息的检测，同时第二检测光和泵浦光具有公共路径能够简化光路，提高集成度。
本发明的技术方案一种检测设备，包括：发光装置，用于产生泵浦光、第一检测光和第二检测光；合光元件，用于使所述泵浦光和第二检测光在到达待测物之前具有公共路径，经过所述公共路径的光束为组合光，所述组合光经所述待测物表面反射或散射形成第一光束，其中所述泵浦光用于改变所述待测物对第一检测光的光学性质，所述组合光中心轴线的入射角为锐角，所述第一检测光经所述待测物反射、散射或透射后形成第二光束；位置探测器，用于探测所述第一光束，并根据所述第一光束在位置探测器感光面形成的光斑位置确定所述待测物表面的高度；探测组件，用于探测所述第二光束，并根据所述第二光束的光强检测所述待测物的结构信息。
可选地，所述检测设备还包括：滤光组件，用于对所述第一光束进行滤光并减少所述第一光束中的泵浦光。
可选地，所述泵浦光和第二检测光的波长不同；所述滤光组件为窄带滤波器或者色散元件，所述窄带滤波器用于透过一定波长的光且吸收其他波长的光，所述色散元件用于使不同波长的光分光；所述色散元件包括衍射光栅或分光棱镜；或者，所述泵浦光和第二检测光的偏振方向垂直，所述滤光组件为偏振分束器，所述偏振分束器用于使偏振方向垂直的光束分束。
可选地，所述泵浦光为绿光；所述第二检测光为红光。
可选地，所述第一检测光与所述泵浦光的入射方向不相同；所述第一光束和所述第二光束的出射方向不同。
可选地，所述检测设备：还包括：第一透镜组，用于收集所述组合光和第一检测光，并使所述组合光和第一检测光汇聚；平行调节组件，用于使所述组合光和第一检测光平行入射至所述第一透镜组；第二透镜组，用于收集所述第一光束和第二光束，并对所述第一光束和第二光束进行准直。
可选地，所述检测设备：还包括：第一反射组件，用于改变所述第一光束或第二光束的传播方向。
可选地，所述检测设备：还包括：调焦装置，用于根据所述待测物表面高度调节所述待测物和/或检测设备，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面；所述检测设备还包括反馈系统，用于将所述位置探测器获取待测物表面的高度反馈至所述调焦装置；所述调焦装置包括第一调焦组件和第二调焦组件中一者或两者组合；所述第一调焦组件用于根据所述待测物表面高度移动所述待测物，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面，且所述组合光在待测物表面形成的光斑与第一检测光在待测物表面形成的光斑至少部分重合；所述第二调焦组件用于根据所述待测物表面高度移动所述第一透镜组和第二透镜组，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面，且所述组合光在待测物表面形成的光斑与第一检测光在待测物表面形成的光斑至少部分重合。
可选地，所述检测设备还包括：第三透镜组，用于使所述第一光束汇聚至所述位置探测器；所述检测设备还包括滤光组件时，所述第三透镜用于使经过所述滤光组件之后的第一光束汇聚至所述位置探测器。
可选地，所述第一检测光与所述泵浦光的波长相同。
可选地，所述发光装置包括：第一发光组件，用于产生第一初始光束；第一分光组件，用于对所述第一初始光束进行分光，形成所述第一检测光和泵浦光；第二发光组件，用于产生所述第二检测光，所述第二检测光和所述泵浦光的波长不同。
可选地，所述第一检测光为线偏振光，所述第二检测光为线偏振光，所述泵浦光为线偏振光；所述第一检测光与第二检测光的偏振方向垂直，所述第一检测光与泵浦光的偏振方向垂直；所述检测设备还包括检偏器，用于对所述第二光束进行偏振滤波，去除所述第二光束中垂直于所述第二光束的偏振方向的光。
可选地，所述第一光束为经待测物表面反射的组合光；所述第二光束为经待测物表面反射的第一检测光。
可选地，所述检测设备还包括：可调延迟器，用于调节所述第一检测光和泵浦光之间的光程差；所述泵浦光为脉冲光，所述第一检测光为脉冲光。
可选地，所述待测物为位于基板上的薄膜；所述泵浦光用于在待测物内形成超声波，所述结构信息包括所述待测物的厚度、折射率、介电常数或缺陷。
相应地，本发明的技术方案还提供一种检测设备的检测方法，包括：本发明实施例提供的检测设备；使所述发光装置产生第二检测光，所述第二检测光经过所述合光元件后形成组合光，所述组合光包括所述第二检测光，所述组合光经所述公共路径到达待测物表面反射或散射形成第一光束；通过所述位置探测器探测所述第一光束，并根据所述第一光束在位置探测器感光面形成的光斑位置确定所述待测物的高度，所述组合光中心轴线的入射角为锐角；使所述发光装置产生泵浦光和第一检测光，所述泵浦光经所述合光元件和公共路径后到达待测物并改变所述待测物对第一检测光的光学性质，所述第一检测光经所述待测物反射、散射或透射后形成第二光束；通过探测组件探测所述第二光束，并根据所述第二光束的光强检测所述待测物的结构信息。
可选地，所述检测设备还包括调焦装置；所述调焦装置用于根据所述待测物表面高度调节所述待测物和/或检测设备，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面；所述检测方法还包括：通过调焦装置根据所述待测物表面高度调节所述待测物和/或检测设备，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面。
可选地，所述调焦装置包括第一调焦组件和第二调焦组件中一者或两者组合；通过所述第一调焦组件根据所述待测物表面高度调节所述待测物和/或检测设备，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面的步骤包括：通过所述第一调焦组件根据所述待测物表面高度移动所述待测物，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面，所述组合光在待测物表面形成的光斑与第一检测光在待测物表面形成的光斑至少部分重合；或者，当所述检测设备包括第一透镜组和第二透镜组，所述调焦装置包括第二调焦组件时，通过所述第二调焦组件根据所述待测物表面高度移动所述第一透镜组和第二透镜组，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面，且所述组合光在待测物表面形成的光斑与第一检测光在待测物表面形成的光斑至少部分重合。
可选地，通过所述位置探测器探测所述第一光束，并根据所述第一光束在位置探测器感光面形成的光斑位置确定所述待测物的高度之后，还包括：关闭所述发光组件产的第二检测光；关闭所述发光组件产的第二检测光之后，使所述发光装置产生泵浦光和第一检测光。
可选地，通过所述发光装置同时产生泵浦光、第一检测光和第二检测光；通过所述合光元件使所述泵浦光和第二检测光合束形成所述组合光，所述组合光包括所述泵浦光和组合光；所述检测设备还包括滤光组件时，滤光组件用于对所述第一光束进行滤光并减少所述第一光束中的泵浦光；通过所述位置探测器探测所述第一光束之前，还包括：通过所述滤光组件对所述第一光束进行滤光，减少第一光束中的泵浦光。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：
本发明技术方案提供的检测设备包括：发光装置，用于产生泵浦光、第一检测光和第二检测光合束组件，用于使所述泵浦光和第二检测光在到达待测物之前具有公共路径。所述检测设备通过泵浦光改变所述待测物对第一检测光的光学性质，并通过探测组件检测所述第二光束的光强检测所述待测物的结构信息，则能够根据泵浦光对待测物光学性质的改变检测所述结构信息；所述组合光中心轴线的入射角为锐角，结合位置探测器能够确定所述待测物表面的高度，而合光元件使所述泵浦光与第二检测光具有公共路径，从而能够提高集成度且在合束部分仅需要对一条光路进行调节，从而能够简化光路调试工作。同时，所述检测设备通过泵浦光改变所述待测物对第一检测光的光学性质，其对待测物的作用体现在第二光束中，从而通过检测第一光束和第二光束能够确定待测物的高度和结构信息。
进一步，所述检测设备还包括滤光组件，滤光组件能够对所述第一光束进行滤光并减少所述第一光束中的泵浦光，则能够减少泵浦光对第一光束在感光面上的光斑位置的干扰，从而提高待测物表面高度的检测精度。因此，所述检测设备包括滤光组件，使所述泵浦光和第二检测光能够同时产生，从而能够同时检测所述待测物表面高度和结构信息，进而提高检测速度。
进一步，所述泵浦光与第二检测光的波长不同，能减小所述第二检测光对泵浦光引起的待测物光学性质的改变，从而能够提高探测组件对结构信息的检测精度；同时所述泵浦光与第二检测光的波长不同，则可以通过窄带滤波器对第一光束进行滤波，从而吸收第一光束中的泵浦光，进而即能够避免泵浦光对待测物表面高度检测的干扰，也能够避免第一光束中的泵浦光对其他光路的干扰。
进一步，所述检测装置包括第一透镜组件、平行调节组件和第二透镜组件；通过所述平行调节组件使组合光和第一检测光平行入射至所述第一透镜组，则根据透镜成像原理，通过一个第一透镜组便能够使第一检测光、第二检测光和泵浦光均汇聚至待测物同一点；且能够通过一个第二透镜组使第一检测光、第二检测光和泵浦光准直，因此能够简化光路结构。
进一步，所述检测设备包括：第一调焦组件和/或第二调焦组件，则通过所述第一调焦组件和/或第二调焦组件，能够使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面，且所述组合光在待测物表面形成的光斑与第一检测光在待测物表面形成的光斑至少部分重合；因此，能够根据位置探测器获取的待测物的高度实现第一透镜组、第二透镜组、探测组件、发光装置对待测物的实时自动聚焦，从而能够提高光路调节的速度。
进一步，所述第一检测光与第二检测光的偏振方向垂直，第一检测光与泵浦光的偏振方向垂直；所述检测设备包括检偏器，所述检偏器能够滤除所述第二光束中第一光束，从而减小泵浦光和第二检测光对检测结果的影响，进而提高检测精度。
附图说明
以下参考附图并结合实施例来具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将更加明显，其中，附图所示的内容仅用于对本发明进行解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，附图仅是示意性的，并非严格地按比例绘制。
图1是本发明的检测设备一实施例的结构示意图。
图2是图1检测设备的局部光路示意图。
图3是本发明的检测设备又一实施例的结构示意图。
图4是本发明的检测设备再一实施例的结构示意图。
图5是本发明的检测方法一实施例各步骤的流程图。
图6是本发明的检测方法又一实施例各步骤的流程图。
具体实施方式
本发明提出了一种检测设备，包括：发光装置，用于产生泵浦光、第一检测光和第二检测光；合光元件，用于使所述泵浦光和第二检测光在到达待测物之前具有公共路径，经过所述公共路径的光束为组合光，所述组合光中心轴线的入射角为锐角；位置探测器，用于探测所述第一光束，并根据所述第一光束在位置探测器感光面形成的光斑位置确定所述待测物表面的高度；探测组件，用于探测所述第二光束，并根据所述第二光束的光强检测所述待测物的结构信息。所述检测设备能够通过组合光倾斜入射至待测物表面并结合位置探测器能够实现待测物表面高度的检测，并利用探测组件实现待测物结构信息的检测；同时第二检测光和泵浦光具有公共路径能够简化光路提高集成度。
以下结合附图对本发明的检测设备和检测方法进行详细介绍。
图1是本发明的检测设备一实施例的结构示意图。
请参考图1，检测设备包括：发光装置，用于产生泵浦光、第一检测光和第二检测光。
合光元件，用于使所述泵浦光和第二检测光在到达待测物100之前具有公共路径，经过所述公共路径的光束为组合光，所述组合光经待测物100表面反射或散射形成第一光束，其中所述泵浦光用于改变所述待测物100对第一检测光的光学性质，所述组合光中心轴线的入射角为锐角，所述第一检测光经所述待测物100反射、散射或透射后形成第二光束。
位置探测器134，用于探测所述第一光束，并根据所述第一光束在位置探测器感光面形成的光斑位置确定所述待测物100表面的高度。
探测组件121，用于探测所述第二光束，并根据所述第二光束的光强检测所述待测物100的结构信息。
其中，发光装置用于产生泵浦光、第一检测光和第二检测光合束组件，用于使所述泵浦光和第二检测光在到达待测物100之前具有公共路径。所述检测设备通过泵浦光改变所述待测物100对第一检测光的光学性质，并通过探测组件121检测所述第二光束的光强检测所述待测物100的结构信息，则能够根据泵浦光对待测物100光学性质的改变检测所述结构信息；所述组合光中心轴线的入射角为锐角结合位置探测器134能够确定所述待测物100表面的高度，而合光元件使所述泵浦光与第二检测光具有公共路径，从而能够提高集成度且在合束部分仅需要对一条光路进行调节，从而能够简化光路调试工作。同时，所述检测设备通过泵浦光改变所述待测物100对第一检测光的光学性质，其对待测物100的作用体现在第二光束中，从而通过检测第一光束和第二光束能够确定待测物100的高度和结构信息。
本实施例中，所述泵浦光和第二检测光的波长不同。在其他实施例中，所述泵浦光和第二检测光的波长相同。
所述泵浦光与第二检测光的波长不同，能减小所述第二检测光对泵浦光引起的待测物100光学性质的改变，从而能够提高探测组件121对结构信息的检测精度；同时所述泵浦光与第二检测光的波长不同，则可以通过窄带滤波器对第一光束进行滤波，从而吸收第一光束中的泵浦光，进而即能够避免泵浦光对待测物100表面高度检测的干扰，也能够避免第一光束中的泵浦光对其他光路的干扰。
本实施例中，所述第一检测光与所述泵浦光的波长相同。在其他实施例中，所述第一检测光与所述泵浦光的波长不相同；具体的，所述第一检测光与第二检测光的波长相同或不同。
所述第一检测光与所述泵浦光的波长相同，第一检测光和泵浦光可以通过统一单波长激光器产生，能够提高设备集成度，降低成本。
本实施例中，所述第一检测光与所述泵浦光的入射方向不相同；所述第一光束和所述第二光束的出射方向不同。
本实施例中，第一光束为经待测物100表面反射的组合光；在其他实施例中，所述第一光束为经待测物100表面散射的组合光。
所述第二光束为经待测物100表面反射的第一检测光。在其他实施例中，所述第二光束为经待测物100透射或散射的第一检测光。
具体的，本实施中，所述发光装置包括：第一发光组件101，用于产生第一初始光束；第一分光组件110，用于对所述第一初始光束进行分光，形成所述第一检测光和泵浦光；第二发光组件102，用于产生所述第二检测光，所述第二检测光和所述泵浦光的波长不同。
在其他实施例中，所述第一检测光的波长与所述泵浦光的波长不同，所述第一检测光的波长为第一波长，所述泵浦光波长为第二波长；所述发光装置包括：第一发光组件，用于产生初始宽光谱；第一分光组件，用于对所述第一初始光束进行分光，形成第一子光束和第二子光束；第一滤波器，用于对所述第一子光束进行滤波，减少第一子光束中除第一波长之外的其他波长的光，形成第一检测光；第二滤波器，用于对所述第二子光束进行滤波，减少第二子光束中除第二波长之外的其他波长的光，形成第二检测光。
或者，在另一实施例中，所述第一检测光的波长与所述泵浦光的波长相同或不同，所述发光装置包括第四发光组件、第五发光组件和第六发光组件，所述第四发光组件用于产生第一检测光，所述第五发光组件用于产生第二检测光，所述第六发光组件用于产生泵浦光。
具体的，本实施例中，所述泵浦光为绿光；所述第二检测光为红光。所述待测物100为位于基板表面的膜层，所述基板为晶圆、芯片或玻璃基板。所述膜层为半导体膜层，例如SiO2。
具体的，本实施例中，所述第一分光组件110被配置为使所述泵浦光和第一检测光的功率比值可调；具体的，本实施例中，所述第一分光组件110被配置使所述泵浦光功率大于所述第一检测光功率。
具体的，本实施例中，所述泵浦光和第一检测光为脉冲光；所述第二检测光为连续光或脉冲光。
所述检测设备还包括：调制组件111，用于对所述泵浦光的振幅和/或偏振进行调制，使所述泵浦光成为各脉冲振幅或偏振成正或余弦变化的调制光。
本实施例中，所述调制组件111用于对泵浦光的振幅进行调制，使所述泵浦光成为各脉冲振幅成正或余弦变化的调制光。具体的，所述调制组件111为声光调制器或电光调制器。
所述检测设备还包括：可调延迟器112，用于调节所述第一检测光和泵浦光之间的光程差。
具体的，所述可调延迟器112位于泵浦光的光路中，用于调节所述泵浦光到达待测物100表面的光程；或者，所述可调延迟器112位于第一检测光的光路中，用于调节所述第一检测光到达待测物100表面的光程。或者，所述可调延迟器112包括位于泵浦光的光路中的第一延迟器112；位于第一检测光的光路中的第二延迟器112；所述第一延迟器112和第二延迟器112中的一者或两者均可调节第一检测光和泵浦光之间的光程差。
所述合光元件113用于使经过所述可调延迟器112后的泵浦光与所述第二检测光进行合束。
本实施例中，所述合光元件113为半透半反镜，所述合光元件113用于使所述第二检测光反射并使所述泵浦光透射；或，所述合光元件113用于使所述第二检测光透射并使所述泵浦光反射。
本实施例中，所述第二检测光为线偏振光，所述第二检测光的偏振方向垂直于所述第一检测光的偏振方向。
具体的，所述第二发光组件102包括激光器和起偏器，所述起偏器用于使所述激光器产生的光束为线偏振光，且偏振方向垂直于所述第一检测光的偏振方向。
所述检测设备还包括：第一透镜组120，用于收集所述组合光和第一检测光，并使所述组合光和第一检测光汇聚；平行调节组件141，用于使所述组合光和第一检测光平行入射至所述第一透镜组120；第二透镜组130，用于收集所述第一光束和第二光束，并对所述第一光束和第二光束进行准直。
所述平行调节组件141使所述组合光和第一检测光平行入射至所述第一透镜组120，则所述第一透镜组120使所述组合光和第一检测光汇聚至一点，通过调节所述待测物100与第一透镜组120之间的位置关系，能够使所述组合光和第一检测光均汇聚至待测物100表面的同一点。
具体的，所述平行调节组件141包括：反射镜和压电驱动器，所述压电驱动器用于驱动所述反射镜绕旋转轴旋转，所述旋转轴与所述反射镜反射面法线之间具有锐角夹角。
第二透镜组130用于使所述第一光束和第二光束平行出射。
所述检测装置包括第一透镜组件120、平行调节组件141和第二透镜组件130；通过所述平行调节组件141使组合光和第一检测光平行入射至所述第一透镜组120，则根据透镜成像原理，通过一个第一透镜组120便能够使第一检测光、第二检测光和泵浦光均汇聚至待测物同一点；且能够通过一个第二透镜组130使第一检测光、第二检测光和泵浦光准直，因此能够简化光路结构。
本实施例中，所述检测设备还包括第一反射组件131，用于改变第一光束或第二光束的传播方向。所述第一反射组件131能够改变所述第一光束或第二光束的传播方向，从能能够增加第一光束和第二光束的距离，进而减少第一光束和第二光束之间的干扰。
本实施例中，所述检测设备还包括：滤光组件132，用于对所述第一光束进行滤光并减少所述第一光束中的泵浦光。
滤光组件132能够对所述第一光束进行滤光并减少所述第一光束中的泵浦光，则能够减少泵浦光对第一光束在感光面上的光斑位置的干扰，从而提高待测物100表面高度的检测精度。因此，所述检测设备包括滤光组件132，使所述泵浦光和第二检测光能够同时产生，从而能够同时检测所述待测物100表面高度和结构信息，进而提高检测速度。在其他实施例中，所述检测设备可以不包括所述滤光组件132。
本实施例中，所述滤光组件132为窄带滤波器或者色散元件，所述窄带滤波器用于透过一定波长的光且吸收其他波长的光，所述色散元件用于使不同波长的光分光；所述色散元件包括衍射光栅或分光棱镜；具体的，所述滤光组件132为窄带滤波器。
在另一实施例中，所述泵浦光和第二检测光的偏振方向垂直，所述滤光组件132为偏振分束器，所述偏振分束器用于使偏振方向垂直的光束分束。具体的，所述偏振分束器用于使所述泵浦光透过使所述第二检测光反射，所述位置探测器134用于探测所述偏振分束器反射的光；或，偏振分束器用于使所述泵浦光反射使所述第二检测光透过，所述位置探测器134用于探测所述偏振分束器透过的光。
具体的，本实施例中，所述泵浦光为绿光；所述第二检测光为红光。
所述检测设备还包括第三透镜组133，用于收集经过所述第二透镜组130准直的第一光束，并使所述第一光束汇聚至所述位置探测器134。
具体的，本实施例中，所述第三透镜组133用于收集经过所述滤光组件132滤波后的第一光束。在其他实施例中，所述滤光组件132用于对经过所述第三透镜组133的第一光束进行滤波。
本实施例中，所述位置探测器134为位置灵敏传感器（PSD），所述位置探测器134包括面阵或线阵排列的像素。在其他实施例中，所述位置探测器134还可以为CCD或CMOS探测器。
所述位置探测器134根据所述第一光束在位置探测器134的感光面上的光斑位置对所述探测物获取所述待测物100表面的高度。
参考图2，示出了图1检测设备的局部光路示意图。当第二检测光与待测物表面法线具有锐角夹角α时，对于具有高度差△h的两个平面处反射的光，在位置探测器134表面形成的光斑处于不同的位置，因此根据第一光束在位置探测器134感光面上形成的光斑位置能够确定待测物的高度。
所述检测设备还包括：调焦装置，用于根据所述待测物表面高度调节所述待测物和/或检测设备，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面。所述调焦装置包括第一调焦组件和第二调焦组件中一者或两者组合。
所述第一调焦组件用于根据所述待测物100表面高度移动所述待测物100，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物100表面，且所述组合光在待测物100表面形成的光斑与第一检测光在待测物100表面形成的光斑至少部分重合。
当所述检测设备包括所述第一透镜组120和第二透镜组130时；所述调焦装置包括第二调焦组件，所述第二调焦组件用于根据所述待测物100表面高度移动所述第一透镜组120和第二透镜组130，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物100表面，且所述组合光在待测物100表面形成的光斑与第一检测光在待测物100表面形成的光斑至少部分重合。
具体的，本实施例中，所述调焦装置仅包括第一调焦组件。通过调节待测物的位置使组合光和第一检测光汇聚至待测物表面，能够避免移动光路产生的不稳定性，提高系统稳定性。
具体的，本实施例中，通过第一调焦组件使所述组合光在待测物100表形成的光斑与第一检测光在待测物100表面的光斑中心重合。所述组合光在待测物100表面形成的光斑与第一检测光在待测物100表面的光斑中心重合能够使所述位置探测器与所述探测组件同时获取同一点的信息，从而能够在检测过程中通过所述位置探测器对检测设备进行聚焦。
本实施例中，所述检测设备还包括反馈系统，用于将所述位置探测器获取待测物表面的高度反馈至调焦装置。
所述探测组件121用于根据所述第二光束的光强检测所述待测物100的结构信息。
本实施例中，所述待测物100为位于基板上的薄膜；所述泵浦光用于在待测物100内形成超声波，所述结构信息包括所述待测物100的厚度、折射率、介电常数或缺陷。
所述泵浦光用于在所述待测物100内形成超声波，超声波在待测物100上下表面之间来回震荡，当超声波传播至待测物100表面时会引起待测物100表面反射率的变化，从而导致所述探测组件121获取的第二光束的光强发生变化，根据探测组件121获取的第二光束光强随时间的变化能够获取待测物100的厚度。
所述检测设备还包括：检偏器，所述检偏器用于使与所述第二光束的偏振方向相同的光透过，滤除与所述第二光束偏振方向垂直的光。
所述第一检测光与第二检测光的偏振方向垂直，第一检测光与泵浦光的偏振方向垂直；所述检测设备包括检偏器。所述检偏器能够滤除所述第二光束中第一光束，从而减小泵浦光和第二检测光对检测结果的影响，进而提高检测精度。
图3是本发明的检测设备又一实施例的结构示意图。
请参考图3，图3所示实施例与图1所示实施例的相同之处在此不做赘述，不同之处包括：本实施例中，所述第一检测光与待测物100表面法线的夹角为零。即在本实施例中，所述第一检测光垂直入射至待测物100表面。
具体的，本实施例中，所述检测设备不包括所述平行调节组件141，所述检测设备还包括：第二反射组件142、第二分光组件201和第四透镜组202。
所述第二反射组件142，用于使经过所述第一分光组件110后形成的第一检测光反射至所述第二分光组件201；所述第二分光组件201用于使所述第一检测光反射且使反射后的第一检测光垂直于待测物100表面；所述第四透镜组202用于收集经第一检测光并使所述第一检测光汇聚至待测物100表面，所述第四透镜组202还用于收集经待测物100表面反射后形成第二光束并对所述第二光束进行准直；所述第二分光组件201还用于透过所述第二光束到达所述探测组件121。
具体的，本实施例中，所述第二分光组件201位于第四透镜组202和探测组件121之间的光路上，具体的，所述第四透镜组202用于收集经所述第二分光组件201后的第一检测光，并使第一检测光汇聚至待测物100；所述第二分光组件201用于使经第四透镜准直后的第二光束透过。
在其他实施例中，所述第四透镜组202还可以位于所述第二分光组件201和探测组件121之间的光路上。
本实施例中，所述检测设备可以不包括所述第一反射组件131。
图4是本发明的检测设备再一实施例的结构示意图。
请参考图4，本实施例与图1所示实施例的相同之处在此不做赘述，不同之处包括：所述第一检测光与所述第二检测光的波长相同，且所述第一检测光和第二检测光均为脉冲光或连续光。
所述泵浦光与所述第一检测光的波长不相同。
所述发光装置包括：第三发光组件301，所述第三发光组件301用于产生泵浦光；第四发光组件302，所述第四发光组件302用于产生第二初始光；第三分光组件303，所述第三分光组件303用于对所述第二初始光进行分光，形成所述第一检测光和第二检测光。
具体的，本实施例中，所述第二初始光经所述第三分光组件303反射后形成第一检测光，所述第二初始光经所述第三分光组件303透射后形成第二检测光，所述第二检测光经所述合光元件113与所述泵浦光合为一束。
具体的，所述第三发光组件301为偏振分束器，所形成的第一检测光与所述泵浦光的偏振方向垂直。
所述检测设备还包括：检偏器，所述检偏器用于使与所述第二光束的偏振方向相同的光透过，滤除与所述第二光束偏振方向垂直的泵浦光。
需要说明的是，以上实施例中所述发光装置均包括两个发光组件，各发光组件包括一个激光器；在其他实施例中，所述发光组件可以包括三个发光组件，所述三个发光组件分别产生所述第一检测光、第二检测光和泵浦光。
图5是本发明的检测方法一实施例各步骤的流程图。
请参考图5，本发明技术方案还提供一种检测设备的检测方法，包括：
提供检测设备。
使所述发光装置产生第二检测光，所述第二检测光经过所述合光元件后形成组合光，所述组合光包括所述第二检测光，所述组合光经所述公共路径到达待测物100表面反射或散射形成第一光束。
通过所述位置探测器134探测所述第一光束，并根据所述第一光束在位置探测器感光面形成的光斑位置确定所述待测物100的高度，所述组合光中心轴线的入射角为锐角。
使所述发光装置产生泵浦光和第一检测光，所述泵浦光经所述合光元件和公共路径后到达待测物100并改变所述待测物100对第一检测光的光学性质，所述第一检测光经所述待测物100反射、散射或透射后形成第二光束。
通过探测组件121探测所述第二光束，并根据所述第二光束的光强检测所述待测物100的结构信息。
以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。
图5是本发明提供的一种检测设备的检测方法一实施例各步骤的流程图。
返回参考图1至图4，执行步骤S11，提供检测设备。
所述检测设备与图1至图4所示实施例中的检测设备相同，在此不多做赘述。
本实施例的检测方法实现检测设备对待测物100的实时自动聚焦。具体方法如图5所示。
执行步骤S12，通过所述发光装置同时产生泵浦光、第一检测光和第二检测光。
具体的，在图1和图3所示实施例中，通过所述发光装置同时产生泵浦光、第一检测光和第二检测光的步骤包括：通过第一发光组件101产生第一初始光，所述第一初始光经所述第一分光组件110形成泵浦光和第一检测光；通过所述第二发光组件102产生所述第二检测光。
在图4所述实施例中，通过所述发光装置同时产生泵浦光、第一检测光和第二检测光的步骤包括：通过第三发光组件301形成泵浦光；通过所述第四发光组件302形成第二初始光，所述第二初始光经第二分光组件201（图3所示）形成第一检测光和第二检测光。
执行步骤S13：所述第二检测光经过所述合光元件113后形成组合光，所述组合光包括所述第二检测光，所述组合光经所述公共路径到达待测物100表面反射或散射形成第一光束；所述泵浦光经所述合光元件113和公共路径后到达待测物100并改变所述待测物100对第一检测光的光学性质，所述第一检测光经所述待测物100反射、散射或透射后形成第二光束。
具体的，本实施例中，所述第一检测光、第二检测光和泵浦光同时产生，在所述第二检测光和泵浦光可以同时经过所述公共路径，使所述组合光包括第二检测光和泵浦光。
执行步骤S14，通过所述位置探测器134探测所述第一光束，并根据所述第一光束在位置探测器感光面形成的光斑位置确定所述待测物100的高度，所述组合光中心轴线的入射角为锐角。
本实施例中，所述检测设备还包括所述滤光组件132。通过所述位置探测器134探测所述第一光束之前，还包括：通过所述滤光组件132对所述第一光束进行滤光，减少第一光束中的泵浦光。
执行步骤S15，通过探测组件121探测所述第二光束，并根据所述第二光束的光强检测所述待测物100的结构信息。
执行步骤S16，通过所述调焦装置根据所述待测物100表面高度调节所述待测物100和/或检测设备，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物100表面。
本实施例中，所述组合光在待测物100表面形成的光斑与第一检测光在待测物100表面形成的光斑至少部分重合。更具体的，所述组合光在待测物100表面形成的光斑与第一检测光在待测物100表面形成的光斑中心重合。
通过所述第一调焦组件根据所述待测物100表面高度调节所述待测物100和/或检测设备，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物100表面的步骤包括：
通过所述第一调焦组件根据所述待测物100表面高度移动所述待测物100，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物100表面，所述组合光在待测物100表面形成的光斑与第一检测光在待测物100表面形成的光斑至少部分重合；或者，所述检测设备包括所述第一透镜组120和第二透镜组130，所述调焦装置包括第二调焦组件，通过所述第二调焦组件根据所述待测物100表面高度移动所述第一透镜组120和第二透镜组130，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物100表面，且所述组合光在待测物100表面形成的光斑与第一检测光在待测物100表面形成的光斑至少部分重合。
所述检测设备还包括反馈系统，用于将所述位置探测器获取待测物表面的高度反馈至调焦装置。
通过所述调焦装置根据所述待测物100表面高度调节所述待测物100和/或检测设备之前还包括：通过反馈系统将所述位置探测器获取待测物表面的高度反馈至调焦装置。
图6是本发明的检测方法又一实施例各步骤的流程图。
参考图6，本实施例中，所述检测设备的检测方法至少包括以下步骤S21-S25。
执行步骤S21，使所述发光装置产生第二检测光，所述第二检测光经过所述合光元件113后形成组合光，所述组合光包括所述第二检测光，所述组合光经所述公共路径到达待测物100表面反射或散射形成第一光束。
执行步骤S22，通过所述位置探测器134探测所述第一光束，并根据所述第一光束在位置探测器感光面形成的光斑位置确定所述待测物100的高度，所述组合光中心轴线的入射角为锐角。
执行步骤S23，关闭所述发光组件产的第二检测光。
执行步骤S24，关闭所述发光组件产的第二检测光之后，使所述发光装置产生泵浦光和第一检测光，所述泵浦光经所述合光元件113和公共路径后到达待测物100并改变所述待测物100对第一检测光的光学性质，所述第一检测光经所述待测物100反射、散射或透射后形成第二光束。
关闭所诉第二检测光之后，仅有所述泵浦光通过所述公共路径，此时所述组合光仅包括泵浦光。
执行步骤S25，通过探测组件121探测所述第二光束，并根据所述第二光束的光强检测所述待测物100的结构信息。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (20)
1.一种检测设备，其特征在于，包括：
发光装置，用于产生泵浦光、第一检测光和第二检测光；
合光元件，用于使所述泵浦光和第二检测光在到达待测物之前具有公共路径，经过所述公共路径的光束为组合光，所述组合光经所述待测物表面反射或散射形成第一光束，其中所述泵浦光用于改变所述待测物对第一检测光的光学性质，所述组合光中心轴线的入射角为锐角，所述第一检测光经所述待测物反射、散射或透射后形成第二光束；
位置探测器，用于探测所述第一光束，并根据所述第一光束在位置探测器感光面形成的光斑位置确定所述待测物表面的高度；
探测组件，用于探测所述第二光束，并根据所述第二光束的光强检测所述待测物的结构信息。
2.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备：还包括：滤光组件，用于对所述第一光束进行滤光并减少所述第一光束中的泵浦光。
3.根据权利要求2所述的检测设备，其特征在于，所述泵浦光和第二检测光的波长不同；所述滤光组件为窄带滤波器或者色散元件，所述窄带滤波器用于透过一定波长的光且吸收其他波长的光，所述色散元件用于使不同波长的光分光；所述色散元件包括衍射光栅或分光棱镜；
或者，所述泵浦光和第二检测光的偏振方向垂直，所述滤光组件为偏振分束器，所述偏振分束器用于使偏振方向垂直的光束分束。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的检测设备，其特征在于，所述泵浦光为绿光；所述第二检测光为红光。
5.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述第一检测光与所述泵浦光的入射方向不相同；所述第一光束和所述第二光束的出射方向不同。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备还包括：第一透镜组，用于收集所述组合光和第一检测光，并使所述组合光和第一检测光汇聚；
平行调节组件，用于使所述组合光和第一检测光平行入射至所述第一透镜组；
第二透镜组，用于收集所述第一光束和第二光束，并对所述第一光束和第二光束进行准直。
7.根据权利要求6所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备还包括：第一反射组件，用于改变所述第一光束或第二光束的传播方向。
8.根据权利要求6所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备：还包括：调焦装置，用于根据所述待测物表面高度调节所述待测物和/或检测设备，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面；所述检测设备还包括反馈系统，用于将所述位置探测器获取待测物表面的高度反馈至所述调焦装置；
所述调焦装置包括第一调焦组件和第二调焦组件中一者或两者组合；
所述第一调焦组件用于根据所述待测物表面高度移动所述待测物，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面，且所述组合光在待测物表面形成的光斑与第一检测光在待测物表面形成的光斑至少部分重合；
所述第二调焦组件用于根据所述待测物表面高度移动所述第一透镜组和第二透镜组，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面，且所述组合光在待测物表面形成的光斑与第一检测光在待测物表面形成的光斑至少部分重合。
9.根据权利要求6所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备：还包括：第三透镜组，用于使所述第一光束汇聚至所述位置探测器；
所述检测设备还包括滤光组件时，所述第三透镜用于使经过所述滤光组件之后的第一光束汇聚至所述位置探测器。
10.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述第一检测光与所述泵浦光的波长相同。
11.根据权利要求10所述的检测设备，其特征在于，所述发光装置包括：第一发光组件，用于产生第一初始光束；
第一分光组件，用于对所述第一初始光束进行分光，形成所述第一检测光和泵浦光；
第二发光组件，用于产生所述第二检测光，所述第二检测光和所述泵浦光的波长不同。
12.根据权利要求10所述的检测设备，其特征在于，所述第一检测光为线偏振光，所述第二检测光为线偏振光，所述泵浦光为线偏振光；所述第一检测光与第二检测光的偏振方向垂直，所述第一检测光与泵浦光的偏振方向垂直；所述检测设备还包括检偏器，用于对所述第二光束进行偏振滤波，去除所述第二光束中垂直于所述第二光束的偏振方向的光。
13.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述第一光束为经待测物表面反射的组合光；所述第二光束为经待测物表面反射的第一检测光。
14.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述检测设备还包括：可调延迟器，用于调节所述第一检测光和泵浦光之间的光程差；所述泵浦光为脉冲光，所述第一检测光为脉冲光。
15.根据权利要求1所述的检测设备，其特征在于，所述待测物为位于基板上的薄膜；所述泵浦光用于在待测物内形成超声波，所述结构信息包括所述待测物的厚度、折射率、介电常数或缺陷。
16.一种检测设备的检测方法，其特征在于，包括：
提供如权利要求1~15任意一项所述的检测设备；
使所述发光装置产生第二检测光，所述第二检测光经过所述合光元件后形成组合光，所述组合光包括所述第二检测光，所述组合光经所述公共路径到达待测物表面反射或散射形成第一光束；
通过所述位置探测器探测所述第一光束，并根据所述第一光束在位置探测器感光面形成的光斑位置确定所述待测物的高度，所述组合光中心轴线的入射角为锐角；
使所述发光装置产生泵浦光和第一检测光，所述泵浦光经所述合光元件和公共路径后到达待测物并改变所述待测物对第一检测光的光学性质，所述第一检测光经所述待测物反射、散射或透射后形成第二光束；
通过探测组件探测所述第二光束，并根据所述第二光束的光强检测所述待测物的结构信息。
17.根据权利要求16所述的检测方法，其特征在于，所述检测设备还包括调焦装置；所述调焦装置用于根据所述待测物表面高度调节所述待测物和/或检测设备，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面；
所述检测方法还包括：通过调焦装置根据所述待测物表面高度调节所述待测物和/或检测设备，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面。
18.根据权利要求17所述的检测方法，其特征在于，所述调焦装置包括第一调焦组件和第二调焦组件中一者或两者组合；
通过所述第一调焦组件根据所述待测物表面高度调节所述待测物和/或检测设备，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面的步骤包括：通过所述第一调焦组件根据所述待测物表面高度移动所述待测物，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面，所述组合光在待测物表面形成的光斑与第一检测光在待测物表面形成的光斑至少部分重合；或者，
当所述检测设备包括第一透镜组和第二透镜组，所述调焦装置包括第二调焦组件时，通过所述第二调焦组件根据所述待测物表面高度移动所述第一透镜组和第二透镜组，使所述组合光和第一检测光汇聚至待测物表面，且所述组合光在待测物表面形成的光斑与第一检测光在待测物表面形成的光斑至少部分重合。
19.根据权利要求16所述的检测方法，其特征在于，通过所述位置探测器探测所述第一光束，并根据所述第一光束在位置探测器感光面形成的光斑位置确定所述待测物的高度之后，还包括：关闭所述发光组件产的第二检测光；关闭所述发光组件产的第二检测光之后，使所述发光装置产生泵浦光和第一检测光。
20.根据权利要求16所述的检测方法，其特征在于，通过所述发光装置同时产生泵浦光、第一检测光和第二检测光；
通过所述合光元件使所述泵浦光和第二检测光合束形成所述组合光，所述组合光包括所述泵浦光和组合光；
所述检测设备还包括滤光组件时，滤光组件用于对所述第一光束进行滤光并减少所述第一光束中的泵浦光；
通过所述位置探测器探测所述第一光束之前，还包括：通过所述滤光组件对所述第一光束进行滤光，减少第一光束中的泵浦光。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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