CN114909989A - 视场光阑位置测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种视场光阑位置测量装置及测量方法，视场光阑位置测量装置包括：反射光探测单元，包括探测光源和成像探测器，探测光源用于从反射光探测单元的探测面发出探测光，成像探测器用于探测成像于探测面内的被测视场光阑的边界轮廓像以及测量不同高度下边界轮廓像的边界锐利度；第一移动单元，用于带动反射光探测单元移动；第一成像单元，设置于反射光探测单元和被测视场光阑之间；以及，探测光反射单元，设置于被测视场光阑的远离第一成像单元的一侧，用于反射探测光，以使得将被测视场光阑的边界轮廓成像于探测面内。本发明的技术方案能够提高空间适应性以及降低光源的设计需求，降低了成本。

Description

视场光阑位置测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及光学系统性能检测领域，特别涉及一种视场光阑位置测量装置及测量方法。

背景技术

在光刻系统中，视场光阑的位置影响曝光的效果，因此，需要对视场光阑的位置进行测量，使得视场光阑设置于最佳位置。现有的视场光阑位置测量装置中，光源和探测器分布于待测视场光阑的两侧，占用空间大，导致空间适应性差，且成本较高。

因此，需要设计一种新的视场光阑位置测量装置及测量方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种视场光阑位置测量装置及测量方法，能够提高空间适应性以及降低光源的设计需求，降低了成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种视场光阑位置测量装置，包括：

反射光探测单元，包括探测光源和成像探测器，所述探测光源用于从所述反射光探测单元的探测面发出探测光，所述成像探测器用于探测成像于所述探测面内的被测视场光阑的边界轮廓像以及测量不同高度下所述边界轮廓像的边界锐利度；

第一移动单元，用于带动所述反射光探测单元移动；

第一成像单元，设置于所述反射光探测单元和所述被测视场光阑之间；以及，

探测光反射单元，设置于所述被测视场光阑的远离所述第一成像单元的一侧，用于反射所述探测光，以使得通过所述第一成像单元将所述被测视场光阑的边界轮廓成像于所述探测面内。

可选的，所述探测光反射单元的等效反射面经所述第一成像单元在所述反射光探测单元一侧的共轭面与所述被测视场光阑经所述第一成像单元在所述反射光探测单元一侧的成像面不共面。

可选的，所述共轭面与所述成像面之间的距离大于所述成像探测器在光轴方向上的探测长度的1/4。

可选的，所述反射光探测单元还包括第一会聚组件、分光镜、准直组件和第二会聚组件，所述探测光源发出的出射光依次经过所述第一会聚组件、所述分光镜和所述准直组件后，经所述探测面形成为所述探测光；所述探测光反射单元反射的所述探测光经所述探测面之后，依次经所述准直组件、所述分光镜和所述第二会聚组件后被所述成像探测器所探测。

可选的，所述第一移动单元用于带动所述反射光探测单元在相互垂直的X轴、Y轴、Z轴方向移动；或者，所述反射光探测单元具有可变焦功能，所述第一移动单元用于带动所述反射光探测单元在相互垂直的X轴、Y轴方向移动。

可选的，所述反射光探测单元还包括第二成像单元，设置于所述被测视场光阑和所述探测光反射单元之间。

可选的，所述探测光反射单元为掩膜版，所述掩膜版上设置有加工标记。

可选的，所述反射光探测单元还包括第二移动单元，用于在光轴方向上移动所述探测光反射单元。

本发明还提供了一种视场光阑位置测量方法，包括：

步骤S1，采用第一移动单元带动反射光探测单元移动，使得所述反射光探测单元探测到被测视场光阑的边界轮廓像；

步骤S2，测量不同高度下的所述边界轮廓像的边界锐利度；

步骤S3，拟合出边界锐利度曲线，计算所述边界锐利度曲线的波峰或波谷对应的所述反射光探测单元的高度，此高度下所述反射光探测单元的探测面与所述被测视场光阑的边界所处平面满足物方和像方的关系。

可选的，所述反射光探测单元探测到所述被测视场光阑的全部边界的所述边界轮廓像，则所述视场光阑位置测量方法还包括：重复执行所述步骤S2和所述步骤S3。

可选的，所述反射光探测单元探测到所述被测视场光阑的部分边界的所述边界轮廓像，则所述视场光阑位置测量方法还包括：重复执行所述步骤S1至所述步骤S3，以使得所述反射光探测单元沿着所述被测视场光阑的边界轮廓像的轮廓移动测量。

可选的，所述反射光探测单元测量获得所述边界轮廓像的位置[x,y,z]，则所述被测视场光阑的边界轮廓的位置为[M*x,M*y,N*z]，其中，M为第一成像单元在垂直于光轴方向上的放大倍率，N为所述第一成像单元在所述光轴方向上的放大倍率。

可选的，所述视场光阑位置测量方法还包括：对所述被测视场光阑的边界轮廓的位置进行平面拟合，以获得所述被测视场光阑的位置[x,y,z,Rx,Ry,Rz]。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的视场光阑位置测量装置，由于反射光探测单元包括探测光源和成像探测器，所述探测光源和所述成像探测器位于被测视场光阑的同一侧，使得提高了空间适应性，同时降低了光源的设计需求，且整个视场光阑位置测量装置小巧且紧凑，能够和MVS系统兼容，降低了成本。

2、本发明的视场光阑位置测量方法，通过反射光探测单元探测被测视场光阑的边界轮廓像以及测量不同高度下的所述边界轮廓像的边界锐利度，并拟合得出所述被测视场光阑的位置，使得能够准确获得所述被测视场光阑的位置。

附图说明

图1是本发明的视场光阑位置测量装置的实施例一的结构示意图；

图2是本发明的视场光阑位置测量装置的实施例二的结构示意图；

图3是本发明的视场光阑位置测量装置的实施例三的结构示意图；

图4是图1～图3所示的视场光阑位置测量装置中的反射光探测单元的结构示意图；

图5是本发明一实施例的视场光阑位置测量方法的流程图；

图6是本发明的反射光探测单元测量的边界锐利度的变化趋势示意图。

其中，附图1～图6的附图标记说明如下：

1-反射光探测单元；101-探测光源；102-探测光；103-探测面；104-成像探测器；105-第一会聚组件；106-分光镜；107-准直组件；108-第二会聚组件；2-第一移动单元；3-第一成像单元；4-被测视场光阑；401-边界轮廓像；402-第二共轭面；5-探测光反射单元；501-第一共轭面；6-第二成像单元；7-第二移动单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～图6对本发明提出的视场光阑位置测量装置及测量方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明一实施例提供一种视场光阑位置测量装置，参阅图1～图3，从图1～图3中可看出，所述视场光阑位置测量装置包括反射光探测单元1、第一移动单元2、第一成像单元3和探测光反射单元5，所述反射光探测单元1包括探测光源101和成像探测器104，所述探测光源101用于从所述反射光探测单元1的探测面103发出探测光102，所述成像探测器104用于探测成像于所述探测面103内的被测视场光阑4的边界轮廓像401以及测量不同高度下所述边界轮廓像401的边界锐利度；所述第一移动单元2用于带动所述反射光探测单元1移动；所述第一成像单元3设置于所述反射光探测单元1和所述被测视场光阑4之间；所述探测光反射单元5设置于所述被测视场光阑4的远离所述第一成像单元3的一侧，用于反射所述探测光102，以使得通过所述第一成像单元3将所述被测视场光阑4的边界轮廓成像于所述探测面103内。

下面参阅图1～图4更为详细的介绍本实施例提供的曝光剂量控制系统。

所述反射光探测单元1包括探测光源101和成像探测器104，所述探测光源101用于从所述反射光探测单元1的探测面103发出探测光102，所述成像探测器104用于探测成像于所述探测面103内的被测视场光阑4的边界轮廓像401以及测量不同高度下所述边界轮廓像401的边界锐利度。

如图4所示，所述反射光探测单元1还包括第一会聚组件105、分光镜106、准直组件107和第二会聚组件108，所述探测光源101发出的出射光依次经过所述第一会聚组件105、所述分光镜106和所述准直组件107后，经所述探测面103形成为具有发散角的所述探测光102。所述探测光102为宽光束，以使得被测视场光阑4在所述探测光102形成的面照明范围内。

所述探测光反射单元5将所述探测光102反射并经所述探测面103之后，依次经所述准直组件107、所述分光镜106和所述第二会聚组件108后被所述成像探测器104所探测。

所述第一移动单元2用于带动所述反射光探测单元1移动，以使得所述被测视场光阑4的边界轮廓成像在所述反射光探测单元1的探测面103内，且使得所述反射光探测单元1能够对所述边界轮廓像401的不同位置进行探测以及对所述边界轮廓像401的边界锐利度进行测量。具体的，所述第一移动单元2用于带动所述反射光探测单元1在相互垂直的X轴、Y轴、Z轴方向移动，其中，Z轴方向为光轴方向；通过将所述反射光探测单元1在X轴、Y轴方向移动，使得能够对所述被测视场光阑4的所述边界轮廓像401的不同位置进行测量，通过将所述反射光探测单元1在Z轴方向移动，使得能够测量不同高度下的所述边界轮廓像401的边界锐利度。或者，所述反射光探测单元1具有可变焦功能，即在Z轴方向上通过调整焦距来实现测量不同高度下的所述边界轮廓像401的边界锐利度，此时，所述第一移动单元2可以仅用于带动所述反射光探测单元1在相互垂直的X轴、Y轴方向移动。

所述第一成像单元3设置于所述反射光探测单元1和所述被测视场光阑4之间。

所述探测光反射单元5设置于所述被测视场光阑4的远离所述第一成像单元3的一侧，用于反射所述探测光102，以使得通过所述第一成像单元3将所述被测视场光阑4的边界轮廓成像于所述探测面103内。

所述探测光102经所述第一成像单元3和所述被测视场光阑4上的孔后入射到所述探测光反射单元5上，所述探测光反射单元5将所述探测光102反射后再次经过所述被测视场光阑4和所述第一成像单元3后，在所述探测面103内或附近成所述被测视场光阑4的边界轮廓像401而被所述成像探测器104所探测。

所述探测光反射单元5的等效反射面经所述第一成像单元3在所述反射光探测单元1一侧的共轭面501(为了便于与后文中的其他共轭面进行区分，定义共轭面501为第一共轭面501)与所述被测视场光阑4经所述第一成像单元3在所述反射光探测单元1一侧的成像面不共面，其中，所述被测视场光阑4的边界轮廓像401位于所述成像面内，那么，所述成像面可以与所述探测面103共面。

其中，不仅到达所述探测光反射单元5的所述探测光102被反射后会照亮所述被测视场光阑4的边界(即所述被测视场光阑4上的孔的边界)，并在所述成像面形成边界轮廓像401；并且，由于所述探测光102在到达所述被测视场光阑4和所述探测光反射单元5之间且未到达所述探测光反射单元5时，被反射之前的所述探测光102也会照亮所述被测视场光阑4的边界，那么，在所述探测光反射单元5的上方与所述被测视场光阑4对称的位置处会成一个虚像，所述虚像经所述第一成像单元3之后会在所述第一共轭面501上方成一个像，此像与所述边界轮廓像401若发生重叠，重叠的两个像均会被所述成像探测器104所探测到，导致所述被测视场光阑4的位置无法准确测量。因此，为了使得所述边界轮廓像401在所述成像探测器104的探测范围内，而所述虚像在所述第一共轭面501上方所成的像不在所述成像探测器104的探测范围内，那么，需要所述第一共轭面501与所述边界轮廓像401所在的所述成像面不共面。

优选的，所述第一共轭面501与所述成像面之间的距离大于所述成像探测器104在光轴方向上的探测长度的1/4，以使得所述第一共轭面501与所述探测面103不共面，进一步确保所述被测视场光阑4的位置能够被准确测量。

如图2和图3所示，所述视场光阑位置测量装置还可包括第二成像单元6，设置于所述被测视场光阑4和所述探测光反射单元5之间。在图2和图3中，所述探测光反射单元5与所述被测视场光阑4的第二共轭面402不共面，所述第一共轭面501位于所述第一成像单元3和所述探测面103之间；在图1中，所述探测光反射单元5与所述被测视场光阑4不共面，所述第一共轭面501位于所述反射光探测单元1和所述探测面103之间。

另外，所述探测光反射单元5可以为图1和图2所示的仅具有反射功能的反射镜；或者，所述探测光反射单元5也可以为如图3所示的具有反射功能的掩膜版，且所述掩膜版上设置有加工标记，以使得所述视场光阑位置测量装置还可用于其他功能测试。

当所述探测光反射单元5为掩膜版时，所述视场光阑位置测量装置还可包括第二移动单元7，用于在光轴方向上移动所述探测光反射单元5。以图3为例，在应用过程中，可以采用所述第二移动单元7先将所述探测光反射单元5移动到所述第二成像单元6的物面(或像面)，即移动到所述第二共轭面402所在的位置，所述反射光探测单元1探测所述探测光反射单元5在所述第二成像单元6的物面(或像面)的位置，此时，可以利用掩膜版上的加工标记做一些其他功能性的测试(例如成像镜头的性能测试等)；接着，采用所述第二移动单元7将所述探测光反射单元5沿着光轴移动到未处于所述第二成像单元6的物面(或像面)的位置处，例如移动到图3中所示的所述第二共轭面402下方的位置，再采用所述反射光探测单元1探测所述被测视场光阑4的位置，即可获得所述被测视场光阑4相对于所述第二成像单元6的物面(或像面、中间成像面)的偏离量，进而能够将所述被测视场光阑4调整到最佳位置。

从上述内容可知，由于所述反射光探测单元1包括所述探测光源101和所述成像探测器104，所述探测光源101和所述成像探测器104位于被测视场光阑4的同一侧，使得提高了空间适应性，同时降低了光源的设计需求，且整个视场光阑位置测量装置小巧且紧凑，能够和MVS系统(机器视觉系统)兼容，降低了成本。

本发明一实施例提供了一种视场光阑位置测量方法，参阅图5，从图5中可看出，所述视场光阑位置测量方法包括：

步骤S1，采用第一移动单元带动反射光探测单元移动，使得所述反射光探测单元探测到被测视场光阑的边界轮廓像；

步骤S2，测量不同高度下的所述边界轮廓像的边界锐利度；

步骤S3，拟合出边界锐利度曲线，计算所述边界锐利度曲线的波峰或波谷对应的所述反射光探测单元的高度，此高度下所述反射光探测单元的探测面与所述被测视场光阑的边界所处平面满足物方和像方的关系。

下面参阅图1～图4、图6对本实施例提供的视场光阑位置测量方法进行详细说明。可以采用本发明的所述视场光阑位置测量装置执行所述视场光阑位置测量方法，所述视场光阑位置测量装置的结构参见上述描述，在此不再赘述。

按照步骤S1，采用第一移动单元2带动反射光探测单元1移动，使得所述反射光探测单元1探测到被测视场光阑4的边界轮廓像401。

所述第一移动单元2可以用于带动所述反射光探测单元1在相互垂直的X轴、Y轴、Z轴方向移动，其中，Z轴方向为光轴方向，以使得所述边界轮廓像401在所述反射光探测单元1的探测范围内。

按照步骤S2，测量不同高度下的所述边界轮廓像401的边界锐利度。

其中，可以采用所述第一移动单元2带动所述反射光探测单元1在光轴方向上移动，或者，可以通过调整所述反射光探测单元1在光轴方向上的焦距，以测得不同高度下的所述边界轮廓像401的边界锐利度。

测量不同高度下的所述边界轮廓像401的边界锐利度的步骤可以包括：在垂直于所述边界轮廓像401的某一位置取不同高度下的光强分布曲线，并在取值后进行微分处理，以获得所述边界轮廓像401的某一位置在不同高度下的边界锐利度。

按照步骤S3，拟合出边界锐利度曲线，计算所述边界锐利度曲线的波峰或波谷对应的所述反射光探测单元1的高度，此高度下所述反射光探测单元1的探测面103与所述被测视场光阑4的边界所处平面满足物方和像方的关系。

如图6所示，横坐标为高度z(即在光轴方向上的高度)，纵坐标为边界锐利度r，从图6中可看出，边界锐利度曲线L1的波峰或边界锐利度曲线L2的波谷对应的横坐标的高度z即为所述边界轮廓像401的某一位置在光轴方向上的位置，那么，在此高度下，所述反射光探测单元1测量获得所述边界轮廓像401的某一位置的坐标为[x,y,z]。

另外，若所述反射光探测单元1能够探测到所述被测视场光阑4的全部边界的所述边界轮廓像401，则所述视场光阑位置测量方法还包括：重复执行所述步骤S2和所述步骤S3。也就是说，在所述步骤S1之后，所述反射光探测单元1在X轴、Y轴方向上的位置不变，仅调整Z轴方向的位置，以获得所述边界轮廓像401上的不同位置的位置坐标。

或者，若所述反射光探测单元1能够探测到所述被测视场光阑4的部分边界的所述边界轮廓像401，则所述视场光阑位置测量方法还包括：重复执行所述步骤S1至所述步骤S3，以调整所述反射光探测单元1在X轴、Y轴、Z轴方向上的位置，使得所述反射光探测单元1沿着所述被测视场光阑4的边界轮廓像401的轮廓移动测量，进而获得所述边界轮廓像401上的不同位置的位置坐标。

若所述反射光探测单元1测量获得所述边界轮廓像401的某一位置的坐标为[x,y,z]，则所述被测视场光阑4的边界轮廓的位置为[M*x,M*y,N*z]，其中，M为第一成像单元3在垂直于光轴方向上的放大倍率，N为所述第一成像单元3在所述光轴方向上的放大倍率。

所述视场光阑位置测量方法还包括：对所述被测视场光阑4的边界轮廓的位置进行平面拟合，以获得所述被测视场光阑4的位置[x,y,z,Rx,Ry,Rz]，其中，Rx、Ry、Rz依次为沿着X轴、Y轴、Z轴方向上的旋转角度。

从上述的视场光阑位置测量方法的步骤可知，通过所述反射光探测单元探测被测视场光阑的边界轮廓像以及测量不同高度下的所述边界轮廓像的边界锐利度，并拟合得出所述被测视场光阑的位置，使得能够准确获得所述被测视场光阑的位置。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (13)

1.一种视场光阑位置测量装置，其特征在于，包括：

反射光探测单元，包括探测光源和成像探测器，所述探测光源用于从所述反射光探测单元的探测面发出探测光，所述成像探测器用于探测成像于所述探测面内的被测视场光阑的边界轮廓像以及测量不同高度下所述边界轮廓像的边界锐利度；

第一移动单元，用于带动所述反射光探测单元移动；

第一成像单元，设置于所述反射光探测单元和所述被测视场光阑之间；以及，

探测光反射单元，设置于所述被测视场光阑的远离所述第一成像单元的一侧，用于反射所述探测光，以使得通过所述第一成像单元将所述被测视场光阑的边界轮廓成像于所述探测面内。

2.如权利要求1所述的视场光阑位置测量装置，其特征在于，所述探测光反射单元的等效反射面经所述第一成像单元在所述反射光探测单元一侧的共轭面与所述被测视场光阑经所述第一成像单元在所述反射光探测单元一侧的成像面不共面。

3.如权利要求2所述的视场光阑位置测量装置，其特征在于，所述共轭面与所述成像面之间的距离大于所述成像探测器在光轴方向上的探测长度的1/4。

4.如权利要求1所述的视场光阑位置测量装置，其特征在于，所述反射光探测单元还包括第一会聚组件、分光镜、准直组件和第二会聚组件，所述探测光源发出的出射光依次经过所述第一会聚组件、所述分光镜和所述准直组件后，经所述探测面形成为所述探测光；所述探测光反射单元反射的所述探测光经所述探测面之后，依次经所述准直组件、所述分光镜和所述第二会聚组件后被所述成像探测器所探测。

5.如权利要求1所述的视场光阑位置测量装置，其特征在于，所述第一移动单元用于带动所述反射光探测单元在相互垂直的X轴、Y轴、Z轴方向移动；或者，所述反射光探测单元具有可变焦功能，所述第一移动单元用于带动所述反射光探测单元在相互垂直的X轴、Y轴方向移动。

6.如权利要求1所述的视场光阑位置测量装置，其特征在于，还包括第二成像单元，设置于所述被测视场光阑和所述探测光反射单元之间。

7.如权利要求1所述的视场光阑位置测量装置，其特征在于，所述探测光反射单元为掩膜版，所述掩膜版上设置有加工标记。

8.如权利要求7所述的视场光阑位置测量装置，其特征在于，还包括第二移动单元，用于在光轴方向上移动所述探测光反射单元。

9.一种视场光阑位置测量方法，其特征在于，包括：

步骤S1，采用第一移动单元带动反射光探测单元移动，使得所述反射光探测单元探测到被测视场光阑的边界轮廓像；

步骤S2，测量不同高度下的所述边界轮廓像的边界锐利度；

步骤S3，拟合出边界锐利度曲线，计算所述边界锐利度曲线的波峰或波谷对应的所述反射光探测单元的高度，此高度下所述反射光探测单元的探测面与所述被测视场光阑的边界所处平面满足物方和像方的关系。

10.如权利要求9所述的视场光阑位置测量方法，其特征在于，所述反射光探测单元探测到所述被测视场光阑的全部边界的所述边界轮廓像，则所述视场光阑位置测量方法还包括：重复执行所述步骤S2和所述步骤S3。

11.如权利要求9所述的视场光阑位置测量方法，其特征在于，所述反射光探测单元探测到所述被测视场光阑的部分边界的所述边界轮廓像，则所述视场光阑位置测量方法还包括：重复执行所述步骤S1至所述步骤S3，以使得所述反射光探测单元沿着所述被测视场光阑的边界轮廓像的轮廓移动测量。

12.如权利要求10或11所述的视场光阑位置测量方法，其特征在于，所述反射光探测单元测量获得所述边界轮廓像的位置[x,y,z]，则所述被测视场光阑的边界轮廓的位置为[M*x,M*y,N*z]，其中，M为第一成像单元在垂直于光轴方向上的放大倍率，N为所述第一成像单元在所述光轴方向上的放大倍率。

13.如权利要求12所述的视场光阑位置测量方法，其特征在于，还包括：对所述被测视场光阑的边界轮廓的位置进行平面拟合，以获得所述被测视场光阑的位置[x,y,z,Rx,Ry,Rz]。

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