CN114608456A - 一种测量系统和测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量系统和测量方法，包括：光发射模块，用于产生泵浦光和探测光，泵浦光沿第一光路入射到待测物表面形成第一光斑，并使待测物中形成声波，探测光沿第二光路入射到待测物表面形成第二光斑，探测光被待测物反射后形成信号光；光调制模块，用于使第一光斑和第二光斑中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描；光探测模块，用于探测尺寸较大者的光斑区域内多个点处的信号光，根据信号光获得多个点的初始待测信息，根据多个初始待测信息得到尺寸较大者的光斑区域内的待测信息。由于尺寸较大者的光斑区域内的待测信息可以为多个点处初始待测信息的平均值、中位数等，因此，可以减小待测物表面粗糙引起的检测误差，提高测量的精确度。

Description

一种测量系统和测量方法

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，更具体地说，涉及一种测量系统和测量方法。

背景技术

随着现代科技的发展，半导体芯片的尺寸日益减小，半导体芯片的加工工艺日益更新。但是，由于半导体芯片的加工步骤较多，且任一加工步骤生产的芯片不合格都可能导致整个芯片失效，因此，现有技术中经常在关键的加工步骤之后引入检测工序，通过检测芯片的膜层厚度等信息，及时排除不合格芯片，提高芯片产品的合格率。

现有的一种测量金属薄膜厚度的方法是基于光声效应与泵浦探测技术的测量方法，其通过泵浦光诱发待测薄膜产生声波，通过声波对待测薄膜材料光学特性的改变，使得照射到待测薄膜上的探测光的反射率发生变化，进而可以根据发射率发生变化的时间以及声波在待测薄膜内的传播速度计算出待测薄膜的厚度。

但是，由于膜厚的测量对薄膜表面的粗糙度非常敏感，也就是说，即便测量光斑偏移几um，也会对膜厚的测量结果产生非常大的影响，因此，如何提高薄膜厚度测量的精确度是本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种测量系统和测量方法，以提高薄膜厚度测量的精确度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种测量系统，包括：

光发射模块，用于产生泵浦光和探测光，所述泵浦光沿第一光路入射到所述待测物表面形成第一光斑，并使所述待测物中形成声波，所述探测光沿第二光路入射到所述待测物表面形成第二光斑，所述探测光被所述待测物反射后形成信号光；

光调制模块，用于使所述第一光斑和所述第二光斑中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描；

光探测模块，用于探测尺寸较大者的光斑区域内多个点处的信号光，根据探测的所述信号光获得多个点的初始待测信息，根据多个所述初始待测信息得到所述尺寸较大者的光斑区域内的待测信息。

可选地，所述尺寸较大者的光斑区域内的待测信息为多个点处待测物的初始待测信息的平均值、中位数，或所述待测信息为所述初始待测信息对参考值取二阶矩时，使二阶矩具有最小值时的所述参考值。

可选地，所述测量系统包括位于所述第一光路上的第一会聚元件和位于所述第二光路上的第二会聚元件；

所述第一会聚元件和所述第二会聚元件的参数不同，以使所述第一光斑和所述第二光斑中一个光斑的尺寸小于另一个光斑的尺寸。

可选地，所述光调制模块包括第一光调制元件或第二光调制元件；

所述第一光调制元件位于所述第一光路上，

所述第一光调制元件用于改变所述泵浦光的方向，以使所述第一光斑在所述第二光斑的光斑区域内扫描；

所述第二光调制元件位于所述第二光路上，所述第二光调制元件用于改变所述探测光的方向，以使所述第二光斑在所述第一光斑的光斑区域内扫描。

可选地，所述第一光调制元件和所述第二光调制元件包括扫描振镜、抖动空间光光电调制器或有源光器件。

可选地，所述光发射模块包括：

激光器，用于产生激光；

分光元件，用于将所述激光分成所述泵浦光和所述探测光；

时间延迟器，用于调节所述泵浦光和所述探测光之间的时间延迟。

可选地，所述光探测模块包括探测器和处理模块；

所述探测器用于探测任一点处所述探测光和所述泵浦光具有不同延迟时间时形成的信号光，并获得所述信号光的光强随延迟时间变化的检测信号；

所述处理模块用于根据任一点处所述信号光的光强随延迟时间变化的检测信号获得任一点处待测物的初始待测信息，并根据多个所述初始待测信息得到所述尺寸较大者的光斑区域内的待测信息。

可选地，所述处理模块还用于根据任一点处所述信号光的光强随延迟时间变化的检测信号获得所述检测信号的变化时间周期，并根据所述时间周期获得所述待测物的初始待测信息；

其中，所述初始待测信息包括待测物的厚度，根据所述时间周期获取所述待测物的初始待测信息包括：根据所述时间周期和声速获取所述待测物的厚度；

或者，所述初始待测信息包括待测物内的声速，根据所述时间周期获取所述待测物的初始待测信息包括：根据所述时间周期和待测物厚度，获取所述待测物内的声速。

可选地，所述初始待测信息包括：所述待测物的膜层厚度、所述待测物中的声波的声速或所述待测物的弹性模量中的一者或多者组合。

可选地，所述第一光斑的尺寸大于所述第二光斑的尺寸；

或者，所述第一光斑的尺寸小于所述第二光斑的尺寸，所述光探测模块还包括：光阑组件，用于调节所述光探测模块的视场，滤除所述第一光斑所在区域的信号光。

可选地，所述光探测模块包括镜头，用于收集信号光；探测器，用于探测镜头收集的探测光并根据探测光对第二光斑处待测物表面进行成像；所述光阑组件位于所述镜头和探测器之间，所述光阑组件包括：光阑，所述光阑包括用于使第一光斑处待测物反射的信号光通过的通光孔；驱动组件，用于驱动光阑沿垂直于镜头光轴方向移动。

一种测量方法，应用于如上任一项所述的测量系统，所述测量方法包括：

产生泵浦光和探测光，所述泵浦光照射到待测物表面后，在所述待测物中形成声波，所述探测光照射到所述待测物表面后形成信号光；

使所述泵浦光沿第一光路入射到待测物表面形成第一光斑，使所述探测光沿第二光路入射到所述待测物的表面形成第二光斑，并使所述第一光斑和所述第二光斑中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描；

探测尺寸较大者的光斑区域内多个点处的信号光，根据探测的所述信号光获得多个点的初始待测信息；

根据多个所述初始待测信息得到所述尺寸较大者的光斑区域内的待测信息。

可选地，所述尺寸较大者的光斑区域内的待测信息为多个点处待测物的初始待测信息的平均值、中位数，或所述待测信息为所述初始待测信息对参考值取二阶矩时，使二阶矩具有最小值时的所述参考值。

可选地，使所述第一光斑和所述第二光斑中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描包括：

通过位于所述第一光路上的第一光调制元件改变所述泵浦光的方向，使所述第一光斑在所述第二光斑的光斑区域内扫描；

或者，通过位于所述第二光路上的第二光调制元件改变所述探测光的方向，使所述第二光斑在所述第一光斑的光斑区域内扫描。

可选地，获得任一点处的待测物的初始待测信息包括：

探测任一点处所述探测光和所述泵浦光具有不同延迟时间时形成的信号光，并获得所述信号光的光强随延迟时间变化的检测信号；

根据任一点处所述信号光的光强随延迟时间变化的检测信号获得任一点处待测物的初始待测信息。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的测量系统和测量方法，使泵浦光沿第一光路入射到待测物表面形成第一光斑，使探测光沿第二光路入射到待测物表面形成第二光斑，并使第一光斑和第二光斑中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描，获得多个点处待测物的初始待测信息，根据多个点处待测物的初始待测信息得到尺寸较大者的光斑区域内的待测信息，由于尺寸较大者的光斑区域内的待测信息可以为多个点处待测物的初始待测信息的平均值或中位数等，因此，可以减小待测物表面粗糙引起的检测误差，提高测量的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的测量系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例提供的第一光斑和第二光斑的逐点扫描示意图；

图3本发明另一个实施例提供的测量系统的结构示意图；

图4本发明另一个实施例提供的测量系统的结构示意图；

图5为本发明另一个实施例提供的第一光斑和第二光斑的逐点扫描示意图；

图6本发明另一个实施例提供的测量系统的结构示意图；

图7本发明另一个实施例提供的测量系统的结构示意图；

图8本发明另一个实施例提供的测量系统的结构示意图；

图9为本发明一个实施例提供的光探测模块的结构示意图；

图10本发明一个实施例提供的测量方法的流程图。

具体实施方式

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种测量系统，如图1和图2所示，包括：

光发射模块10，用于产生泵浦光B和探测光T，泵浦光B沿第一光路入射到待测物A表面形成第一光斑S1，并使待测物A中形成声波，探测光T沿第二光路入射到待测物A表面形成第二光斑S2，探测光被待测物A反射后形成信号光X。

光调制模块11，用于使第一光斑S1和第二光斑S2中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描。如图2所示，以第二光斑S2的尺寸大于第一光斑S1的尺寸，即第二光斑S2的尺寸较大、第一光斑S1的尺寸较小为例进行说明，光调制模块11用于使第一光斑S1在第二光斑S2的光斑区域内扫描，如在N1、N2、N3和N4多个点处逐点扫描。在其他实施例中，第一光斑S1的尺寸大于第二光斑S2的尺寸。

当第二光斑S2的尺寸大于第一光斑S1的尺寸，并使第一光斑S1在第二光斑S2所在区域内扫描时，第二光斑S2不移动，能够保证在待测物中产生的声波稳定，不容易导致扫描过程中声波的干扰，从而能够进一步提高检测精度。

光探测模块12，用于探测尺寸较大者的光斑区域内多个点处的信号光X，如探测图2中N1、N2、N3和N4各点处的信号光X，根据各点处的信号光X获得各点处待测物A的初始待测信息，根据多个点处待测物A的初始待测信息得到尺寸较大者的光斑区域内待测物A的待测信息。

本发明实施例中，使泵浦光B沿第一光路入射到待测物A表面形成第一光斑S1，使探测光T沿第二光路入射到待测物A表面形成第二光斑S2，并使第一光斑S1和第二光斑S2中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描，获得多个点处待测物A的初始待测信息，根据多个点处待测物A的初始待测信息得到尺寸较大者的光斑区域内待测物A的待测信息，由于尺寸较大者的光斑区域内的待测物A的待测信息可以为多个点处待测物A的初始待测信息的平均值或中位数等，因此，可以减小待测物表面粗糙引起的检测误差，提高测量的精确度。

本发明实施例中，当第一光斑S1和第二光斑S2中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描时，如图2所示，第二光斑S2不移动，第一光斑S1依次移动到N1、N2、N3和N4位置处，在N1、N2、N3和N4的任一点处，第一光斑S1和第二光斑S2至少部分重合，此时，泵浦光B激发待测物A产生声波，声波会改变待测物A的光学特性，进而改变探测光T的反射率，进而可以通过探测探测光T的反射光即信号光X的光强等参数确定探测光T的发射率发生变化的时间，根据发射率发生变化的时间以及声波在待测物A内的传播速度计算出待测物A的膜层厚度等初始待测信息。

在获得多个点处的膜层厚度等初始待测信息后，即获得N1、N2、N3和N4各点处的膜层厚度等初始待测信息后，即可求出各点处的膜层厚度等初始待测信息的平均值，令该平均值为尺寸较大者的光斑区域内待测物A的待测信息，即可提高待测信息测量的精确度，从而可以避免待测物A表面不同区域的粗糙度对测量结果产生较大影响。

需要说明的是，本发明实施例中，不仅可以通过求出多个点处的膜层厚度等初始待测信息的平均值，来提高最终结果的精确度，还可以通过求出各点处的膜层厚度等初始待测信息的中位数等，或者，令待测信息为初始待测信息对参考值取二阶矩时，使二阶矩具有最小值时的参考值，并令中位数或参考值等为待测物A的待测信息，来提高待测信息测量的精确度。

还需要说明的是，本发明实施例中的初始待测信息不仅包括待测物A的膜层厚度，还包括待测物A中的声波的声速或待测物A弹性模量等。可选地，本发明实施例中的初始待测信息包括待测物A的膜层厚度、待测物A中的声波的声速和待测物A弹性模量中的一者或两者的组合。

本发明一些实施例中，如图3所示，测量系统包括位于第一光路上的第一会聚元件13和位于第二光路上的第二会聚元件14，其中，第一会聚元件13用于将泵浦光B会聚到待测物A表面形成第一光斑S1，第二会聚元件14用于将探测光T会聚到待测物A表面形成第二光斑S2。并且，第一会聚元件13和第二会聚元件14的参数不同，以使第一光斑S1和第二光斑S2中一个光斑的尺寸小于另一个光斑的尺寸，如使第一光斑S1得尺寸大于第二光斑S2的尺寸。当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，还可以通过光调制模块11改变第一光斑S1或第二光斑S2的尺寸，本发明实施例中仅以光调制模块11仅改变光的方向为例进行说明。

本发明一些实施例中，如图3所示，光调制模块11包括第一光调制元件111，第一光调制元件111位于第一光路上，即位于泵浦光B的光路上。此时，第一光斑S1的尺寸小于第二光斑S2的尺寸。第一光调制元件111用于改变泵浦光B的方向，以使第一光斑S1在第二光斑S2的光斑区域内多个点处扫描，如改变泵浦光B的方向，使第一光斑S1移动到N1、N2、N3或N4位置处，获得N1、N2、N3或N4各点处的初始待测信息，然后根据N1、N2、N3或N4各点处的初始待测信息获得第二光斑S2的光斑区域内的待测物A的待测信息。

当然，本发明并不仅限于此，在另一实施例中，如图4所示，光调制模块11包括第二光调制元件112。第二光调制元件112位于第二光路上，即位于探测光T的光路上，此时，第二光斑S2的尺寸小于第一光斑S1的尺寸。第二光调制元件112用于改变探测光T的方向，以使第二光斑S2在第一光斑S1的光斑区域内多个点处扫描。如图5所示，改变探测光T的方向，使第二光斑S2移动到N5、N6或N7位置处，获得N5、N6或N7各点处的初始待测信息，然后根据N5、N6或N7各点处的初始待测信息获得第一光斑S1的光斑区域内的待测物A的待测信息。

本发明一些实施例中，第一光调制元件111和第二光调制元件112包括扫描振镜、抖动空间光光电调制器或有源光器件等，以通过扫描振镜、抖动空间光光电调制器或有源光器件等改变泵浦光B或探测光T的方向，使得第一光斑S1和第二光斑S2中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内逐点扫描。需要说明的是，本发明实施例中的光斑尺寸是指光斑的面积或直径等。

在上述任一实施例的基础上，本发明的一些实施例中，如图6所示，光发射模块10包括：

激光器100，用于产生激光；

分光组件101，用于将激光分成泵浦光B和探测光T；

时间延迟器102，用于调节探测光T和泵浦光B之间的延迟时间。

本发明一些实施例中，如图6所示，时间延迟器102设置在泵浦光B的光路上，被配置为对泵浦光B进行时间延迟，当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，时间延迟器102还可以设置在探测光T的光路上，被配置为对探测光T进行时间延迟。

可选地，分光元件101包括光纤分束器或分光棱镜等。可选地，泵浦光B和探测光T均沿光纤传输。即，本发明实施例中，任意两个器件之间的光路都可以采用光纤，即采用光纤传输两个器件之间的泵浦光和探测光，以进一步降低测量系统光路的调节难度，提高系统的稳定性与抗干扰能力。

当然，本发明并不仅限于此，在另一些实施例中，光发射模块10可以包括第一光源和第二光源，第一光源用于发射探测光T，第二光源用于发射第一泵浦光B1。其中，第一光源和第二光源包括激光器和发光二极管等。

在上述实施例的基础上，本发明的一些实施例中，如图7所示，光发射模块10还包括光调制器103和与光调制器103相连的信号控制器104。

其中，光调制器103位于泵浦光B的光路上，用于对泵浦光B进行调制，并使调制后的泵浦光B照射到待测物A的表面；信号控制器104用于生成控制信号并传输至光调制器103，以通过控制信号控制光调制器103的调制幅度。

本发明实施例中，光调制器103可以为对泵浦光B进行振幅调制的光调制器，也可以对泵浦光B的偏振态进行偏振调制的光调制器，当然，本发明并不仅限于此，在其他实施例中，还可以通过其他方式对泵浦光B进行调制，例如，可以采用偏振调制和振幅调制共同对泵浦光B进行调制。

在上述任一实施例的基础上，本发明的一些实施例中，如图8所示，探测模块12包括探测器120、数据处理模块121和解调器122。

其中，探测器120用于探测任一点处探测光T和泵浦光B具有不同延迟时间时形成的信号光X，并获得任一点处信号光X的光强随时间变化的检测信号；

解调器122，用于接收光发射模块10中的信号控制器104输出的参考信号和探测器120输出的任一点处信号光X的光强随延迟时间变化的检测信号，根据参考信号对任一点处信号光X的光强随延迟时间变化的检测信号进行解调，并将解调后的任一点处信号光X的光强随延迟时间变化的检测信号传输至数据处理模块121。其中，解调器122包括锁定放大器或斩波器。

数据处理模块121用于根据解调后的检测信号获得任一点处待测物A的初始待测信息，根据多个点处待测物A的初始待测信息获得尺寸较大者的光斑区域内的待测物A的待测信息。其中，初始待测信息包括待测物A的膜层厚度、待测物A中的声波的声速或待测物A的弹性模量中的一者或两者的组合。

需要说明的是，信号发射单元114输出的参考信号与信号发射单元114输出的参数控制信号的频率相同，以对根据参数控制信号调制后的第二泵浦光B2激发产生的声波的作用下反射率发生变化的信号光X进行解调。

本发明一些实施例中，数据处理模块121用于根据任一点处信号光X的光强随延迟时间变化的检测信号获得检测信号的变化时间周期，并根据时间周期获得待测物A的初始待测信息。其中，数据处理模块121用于根据检测信号的相邻光强峰值或相邻光强低谷值之间的延迟时间差，获得时间周期。

本发明一些实施例中，初始待测信息包括待测物A的厚度，则数据处理模块121还用于根据时间周期和声速获得待测物A的厚度。或者，本发明的另一些实施例中，初始待测信息包括待测物A的声速，则数据处理模块121还用于根据时间周期和待测物A的厚度，获得待测物A内的声速。

由于声波在待测物A内部传输的时间是未知的，因此，本发明实施例中通过不断调节时间延迟器102的延迟时间，使泵浦光即第一泵浦光B1或第二泵浦光B2和探测光T的延迟时间依次为△t₁、△t₂、△t₃……，且△t₁、△t₂、△t₃……依次增大，然后通过检测信号光X，获得多个延迟时间下信号光X的光强，即，获得信号光X的光强随延迟时间变化的检测信号。

由于当声波和探测光T同时传输到待测物A表面时，探测光T的反射率变化最大，即探测到的信号光X的光强变化最大，因此，可以根据相邻两个光强变化最大点之间的时间差获得相邻两个声波传播到待测物A上表面的时间差，即可获得声波在待测物A相对两个表面之间传播的时间。

即，根据检测信号中相邻两个光强峰值之间的延迟时间差或相邻两个光强低谷值之间的延迟时间差，即可获得检测信号的变化时间周期，该变化时间周期等于相邻两个声波传播到待测物A上表面的时间差，等于声波在待测物A相对两个表面之间传播的时间，因此，根据该检测信号的变化时间周期即可获得待测物A的初始待测信息。

需要说明的是，声波在待测物A内传播的时间是指声波从待测物A表面产生后到达待测物A和基板的交界面的时间，以及，从交界面被反射回待测物A表面的时间之和。即D＝V*T/2，其中，D为待测物A的厚度，V为声波在待测物A内的传播速度，T为声波在待测物A内传播的时间，即干涉信息的变化时间周期。

本实施例中，待测物A为非透明薄膜，例如金属膜层；或者，待测物A为透明薄膜，例如氧化硅膜层。可选地，初始待测信息为非透明薄膜或透明薄膜的厚度。

如图5所示，当第一光斑S1和第二光斑S2中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描时，即第二光斑S2在第一光斑S1内扫描时，第一光斑S1不动，第二光斑S2依次移动到N5、N6和N7位置处，在N5、N6和N7的任一点处，第一光斑S1和第二光斑S2至少部分重合，此时，泵浦光B激发待测物A产生声波，声波会改变待测物A的光学特性，进而改变探测光T的反射率，进而可以通过探测探测光T的反射光即信号光X的光强等参数确定探测光T的发射率发生变化的时间，根据发射率发生变化的时间以及声波在待测物A内的传播速度计算出待测物A的膜层厚度即初始待测信息。

在获得N5、N6和N7各点处的膜层厚度后，即可求出各点处的膜层厚度的平均值，令该平均值为第一光斑S1的光斑区域内待测物A的待测信息，即可提高待测信息测量的精确度。

本发明一些实施例中，若第一光斑S1的尺寸大于第二光斑S2的尺寸，则光探测模块的视场可以保持不变。虽然第一光斑S1区域内的待测物A都会产生声波，但是，仅第二光斑S2区域内会形成信号光X，因此，光探测模块的视场保持不变并随第二光斑S2移动，即可获得多个点处的初始待测信息。

但是，若第一光斑的尺寸小于第二光斑的尺寸，则光探测模块12还包括光阑组件，光阑组件用于调节光探测模块12的视场，滤出第一光斑S1所在区域的信号光。由于第一光斑S1区域内的待测物A产生声波后，声波会向第一光斑S1四周传播，因此，不仅第一光斑A1区域内会形成信号光X，第一光斑S1四周的第二光斑S2区域内也会形成信号光X。基于此，为了获得第一光斑A1区域内的信号光X就需要光阑组件调节光探测模块12的视场，以过滤掉第一光斑A1区域之外的信号光X，保留第一光斑A1区域内的信号光X。

即，本发明的一些实施例中，如图9所示，光探测模块12包括镜头123、探测器120和光阑组件，镜头123用于收集信号光，探测器120用于探测镜头123收集的探测光并根据探测光对第二光斑S2处的待测物A表面进行成像，光阑组件包括光阑1240和驱动组件，至少光阑1240位于镜头123和探测器120之间，光阑1240用于使第一光斑S1处待测物A反射的信号光通过的通光孔1241；驱动组件用于驱动光阑1240沿垂直于镜头123光轴O的方向移动，即驱动光阑1240沿X方向往返移动。

本发明实施例还提供了一种测量方法，应用于如上任一实施例提供的测量系统，如图10所示，该测量方法包括：

S101：产生泵浦光和探测光，泵浦光照射到待测物表面后，在待测物中形成声波，探测光照射到待测物表面后形成信号光；

产生泵浦光和探测光，并将泵浦光和探测光照射到待测物表面后，泵浦光会激发待测物产生声波，声波会改变待测物的光学特性，进而改变探测光的反射率，进而可以通过探测探测光的反射光即信号光的光强等确定待测物的膜层厚度等初始待测信息。

S102：使泵浦光沿第一光路入射到待测物表面形成第一光斑，使探测光沿第二光路入射到待测物的表面形成第二光斑，并使第一光斑和第二光斑中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描；

使泵浦光沿第一光路入射到待测物表面形成第一光斑，使探测光沿第二光路入射到待测物的表面形成第二光斑之后，使第一光斑和第二光斑中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内逐点扫描，如使第一光斑依次移动到N1、N2、N3和N4位置处，在N1、N2、N3和N4的任一点处，获得待测物A的膜层厚度等初始待测信息，或者，第二光斑依次移动到N5、N6和N7位置处，在N5、N6和N7的任一点处，获得待测物A的膜层厚度等初始待测信息。

S103：探测尺寸较大者的光斑区域内多个点处的信号光，根据探测的信号光获得多个点的初始待测信息；

S104：根据多个初始待测信息得到尺寸较大者的光斑区域内的待测信息。探测尺寸较大者光斑区域内多个点处探测光形成的信号光，根据各点处的信号光获得各点处待测物的初始待测信息之后，如获得N1、N2、N3和N4各点处的膜层厚度等初始待测信息后，即可求出各点处的膜层厚度等初始待测信息的平均值，令该平均值为尺寸较大者光斑区域内待测物A的待测信息，即可提高待测信息测量的精确度，从而可以避免待测物A表面不同区域的粗糙度对测量结果产生较大影响。

需要说明的是，本发明实施例中，不仅可以通过求出多个点处的膜层厚度等初始待测信息的平均值，来提高最终结果的精确度，还可以通过求出各点处的膜层厚度等初始待测信息的中位数等，或者，令待测信息为初始待测信息对参考值取二阶矩时，使二阶矩具有最小值时的参考值，并令中位数或参考值等为待测物A的待测信息，来提高待测信息测量的精确度。

本发明一些实施例中，使第一光斑和第二光斑中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描包括：

通过位于第一光路上的第一光调制元件改变泵浦光的方向，使第一光斑在第二光斑的光斑区域内扫描；

或者，通过位于第二光路上的第二光调制元件改变探测光的方向，使第二光斑在第一光斑的光斑区域内扫描。

即，本发明实施例中，不仅可以通过第一光调制元件改变泵浦光的方向，使第一光斑在第二光斑的光斑区域内逐点扫描，如使第一光斑移动到N1、N2、N3或N4位置处，获得N1、N2、N3或N4各点处的初始待测信息，然后根据N1、N2、N3或N4各点处的初始待测信息获得第二光斑的光斑区域内待测物的待测信息，还可以通过第二光调制元件改变探测光的方向，使第二光斑在第一光斑的光斑区域内逐点扫描，如使第二光斑移动到N5、N6或N7位置处，获得N5、N6或N7各点处的初始待测信息，然后根据N5、N6或N7各点处的初始待测信息获得第一光斑的光斑区域内待测物的待测信息。

本发明一些实施例中，获得任一点处的待测物的初始待测信息包括：

探测任一点处探测光和泵浦光具有不同延迟时间时形成的信号光，并获得任一点处信号光的光强随延迟时间变化的检测信号；

根据任一点处信号光的光强随延迟时间变化的检测信号获得任一点处待测物的初始待测信息。

其中，探测任一点处探测光和泵浦光具有不同延迟时间时形成的信号光，并获得任一点处信号光的光强随时间变化的检测信号之后，根据参考信号对任一点处信号光的光强随延迟时间变化的检测信号进行解调，并根据解调后的检测信号获得任一点处待测物的初始待测信息，根据各点处待测物的初始待测信息获得光斑尺寸较大者光斑区域内待测物的待测信息。其中，初始待测信息包括待测物的膜层厚度、待测物中的声速或待测物的弹性模量中的一者或两者的组合。

本发明一些实施例中，根据任一点处信号光的光强随延迟时间变化的检测信号获得检测信号的变化时间周期，并根据时间周期获得待测物的初始待测信息。其中，可以根据检测信号的相邻光强峰值或相邻光强低谷值之间的延迟时间差，获得时间周期。

本发明一些实施例中，初始待测信息包括待测物的厚度，则可以根据时间周期和声速获得待测物的厚度。或者，本发明的另一些实施例中，初始待测信息包括待测物的声速，则可以根据时间周期和待测物的厚度，获得待测物内的声速。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (15)

1.一种测量系统，其特征在于，包括：

光发射模块，用于产生泵浦光和探测光，所述泵浦光沿第一光路入射到所述待测物表面形成第一光斑，并使所述待测物中形成声波，所述探测光沿第二光路入射到所述待测物表面形成第二光斑，所述探测光被所述待测物反射后形成信号光；

光调制模块，用于使所述第一光斑和所述第二光斑中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描；

光探测模块，用于探测尺寸较大者的光斑区域内多个点处的信号光，根据探测的所述信号光获得多个点的初始待测信息，根据多个所述初始待测信息得到所述尺寸较大者的光斑区域内的待测信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述尺寸较大者的光斑区域内的待测信息为多个点处待测物的初始待测信息的平均值、中位数，或所述待测信息为所述初始待测信息对参考值取二阶矩时，使二阶矩具有最小值时的所述参考值。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量系统包括位于所述第一光路上的第一会聚元件和位于所述第二光路上的第二会聚元件；

所述第一会聚元件和所述第二会聚元件的参数不同，以使所述第一光斑和所述第二光斑中一个光斑的尺寸小于另一个光斑的尺寸。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光调制模块包括第一光调制元件或第二光调制元件；

所述第一光调制元件位于所述第一光路上，

所述第一光调制元件用于改变所述泵浦光的方向，以使所述第一光斑在所述第二光斑的光斑区域内扫描；

所述第二光调制元件位于所述第二光路上，所述第二光调制元件用于改变所述探测光的方向，以使所述第二光斑在所述第一光斑的光斑区域内扫描。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一光调制元件和所述第二光调制元件包括扫描振镜、抖动空间光光电调制器或有源光器件。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光发射模块包括：

激光器，用于产生激光；

分光元件，用于将所述激光分成所述泵浦光和所述探测光；

时间延迟器，用于调节所述泵浦光和所述探测光之间的时间延迟。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光探测模块包括探测器和处理模块；

所述探测器用于探测任一点处所述探测光和所述泵浦光具有不同延迟时间时形成的信号光，并获得所述信号光的光强随延迟时间变化的检测信号；

所述处理模块用于根据任一点处所述信号光的光强随延迟时间变化的检测信号获得任一点处待测物的初始待测信息，并根据多个所述初始待测信息得到所述尺寸较大者的光斑区域内的待测信息。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述处理模块还用于根据任一点处所述信号光的光强随延迟时间变化的检测信号获得所述检测信号的变化时间周期，并根据所述时间周期获得所述待测物的初始待测信息；

其中，所述初始待测信息包括待测物的厚度，根据所述时间周期获取所述待测物的初始待测信息包括：根据所述时间周期和声速获取所述待测物的厚度；

或者，所述初始待测信息包括待测物内的声速，根据所述时间周期获取所述待测物的初始待测信息包括：根据所述时间周期和待测物厚度，获取所述待测物内的声速。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述初始待测信息包括：所述待测物的膜层厚度、所述待测物中的声波的声速或所述待测物的弹性模量中的一者或多者组合。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一光斑的尺寸大于所述第二光斑的尺寸；

或者，所述第一光斑的尺寸小于所述第二光斑的尺寸，所述光探测模块还包括：光阑组件，用于调节所述光探测模块的视场，滤除所述第一光斑所在区域的信号光。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述光探测模块包括镜头，用于收集信号光；探测器，用于探测镜头收集的探测光并根据探测光对第二光斑处待测物表面进行成像；所述光阑组件位于所述镜头和探测器之间，所述光阑组件包括：光阑，所述光阑包括用于使第一光斑处待测物反射的信号光通过的通光孔；驱动组件，用于驱动光阑沿垂直于镜头光轴方向移动。

12.一种测量方法，其特征在于，应用于权利要求1～11任一项所述的测量系统，所述测量方法包括：

产生泵浦光和探测光，所述泵浦光照射到待测物表面后，在所述待测物中形成声波，所述探测光照射到所述待测物表面后形成信号光；

使所述泵浦光沿第一光路入射到待测物表面形成第一光斑，使所述探测光沿第二光路入射到所述待测物的表面形成第二光斑，并使所述第一光斑和所述第二光斑中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描；

探测尺寸较大者的光斑区域内多个点处的信号光，根据探测的所述信号光获得多个点的初始待测信息；

根据多个所述初始待测信息得到所述尺寸较大者的光斑区域内的待测信息。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述尺寸较大者的光斑区域内的待测信息为多个点处待测物的初始待测信息的平均值、中位数，或所述待测信息为所述初始待测信息对参考值取二阶矩时，使二阶矩具有最小值时的所述参考值。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，使所述第一光斑和所述第二光斑中尺寸较小者在尺寸较大者的光斑区域内扫描包括：

通过位于所述第一光路上的第一光调制元件改变所述泵浦光的方向，使所述第一光斑在所述第二光斑的光斑区域内扫描；

或者，通过位于所述第二光路上的第二光调制元件改变所述探测光的方向，使所述第二光斑在所述第一光斑的光斑区域内扫描。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，获得任一点处的待测物的初始待测信息包括：

探测任一点处所述探测光和所述泵浦光具有不同延迟时间时形成的信号光，并获得所述信号光的光强随延迟时间变化的检测信号；

根据任一点处所述信号光的光强随延迟时间变化的检测信号获得任一点处待测物的初始待测信息。

Images