CN115046744B - 基于slm生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法与装置,所述方法在SLM上加载n×n圆形点阵,入射光束依次经过三角棱镜第一反射面、SLM、三角棱镜第二反射面、二分之一波片、偏振分束镜、四分之一波片、透镜、物镜,入射到样品表面;经样品表面反射后,反射光依次经过物镜、透镜、四分之一波片和偏振分束镜后,分束为第一光束和第二光束;其中,第一光束入射到第一CCD相机进行成像,第二光束入射到第二CCD相机进行成像,记录两个CCD相机上的光斑点阵的直径;基于两光斑点阵的直径的差值计算离焦量,进而获得焦点位置;并计算样品的倾斜度,从而对焦面进行调倾。本发明解决焦面倾斜问题,装置简单,成本低。
Description
技术领域
本发明属于超精密光学测量领域,尤其涉及一种基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法与装置。
背景技术
在光学成像系统和光学加工系统中,成像或加工前,需要将物镜的焦点准确地定位在目标的成像面或加工面上。因此,需要应用焦面跟踪技术,来实现焦点的定位及跟踪。
近年来,研究者们提出了多种自动焦点检测及跟踪的方式,如像散法、成像被动探测法、偏心光束法、共焦强度探测法、莫尔条纹法等。
其中,像散法和成像被动探测法是根据反馈图形形状的变化产生反馈信号,其反馈精度较低,对焦范围较小。偏心光束法的对焦精度则受限于位置敏感探测器件PSD位置分辨率、光学系统的放大倍数与偏心光束的偏心量大小,精度很难大幅提高。共焦强度探测法的探测信号容易受杂散光影响,反馈信号非线性,调节难度较大。莫尔条纹法的对焦精度较高,但受限于光栅的加工精度和光栅周期的灵活选择性等因素也很难进一步提高,对焦范围较小。
综上,根据现有的技术手段,受限于各种因素,往往只对焦点位置进行了检测,没有考虑到在实际应用中样品面倾斜导致的离焦问题。而光学成像系统和光学加工系统的实际应用中,高精度的调焦和样品面的调平同样重要。因此,本发明设计一种基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法,兼具了上述两种功能,不仅可以高精度的检测焦点位置,还可以解决焦面倾斜问题,装置简单,成本低,且更适用于实际光刻系统使用场景。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:本发明实施例的第一方面提出了一种基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法,所述方法包括以下步骤:在SLM空间光调试器上加载n×n圆形点阵,其中n≥4,入射光束依次经过三角棱镜第一反射面、SLM空间光调试器、三角棱镜第二反射面、二分之一波片、偏振分束镜、四分之一波片、透镜、物镜,入射到样品表面;经样品表面反射后,反射光依次经过物镜、透镜、四分之一波片和偏振分束镜后,分束为第一光束和第二光束;其中,第一光束入射到第一CCD相机进行成像,第二光束入射到第二CCD相机进行成像,记录两个CCD相机上的光斑点阵的直径;基于两光斑点阵的直径的差值计算离焦量,进而获得焦点位置;并计算样品的倾斜度,从而对焦面进行调倾。
进一步地,所述透镜与物镜组成4F系统。
进一步地,所述SLM空间光调试器位于透镜前焦面;第一CCD相机位于像面前,第二CCD相机位于像面后。
进一步地,基于两光斑点阵的直径的差值计算离焦量,进而获得焦点位置的过程具体为:第一CCD相机上的光斑点阵的直径均相同,第二CCD相机上的光斑点阵的直径均相同,利用差分跟焦方法,通过计算第一CCD相机上的光斑点阵的直径与第二CCD相机上的光斑点阵的直径的差值,获得离焦量,从而确认焦点位置,完成焦面检测。
进一步地,计算样品的倾斜度的公式如下:
进一步地,所述方法还包括:对第一CCD相机和第二CCD相机的倾斜度求均值,用于判定样品表面的倾斜度,结合调倾平台,对焦面进行调倾。
进一步地,所述物镜为焦距200mm的透镜,所述物镜为适配焦距200 mm的套管透镜的物镜。
本发明实施例的第二方面提出了一种基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾装置,用于实现上述的基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法,包括:SLM空间光调试器、三角棱镜、二分之一波片、偏振分束镜、四分之一波片、透镜、物镜、样品、第一CCD相机和第二CCD相机;入射光束依次经过三角棱镜第一反射面、SLM空间光调试器、三角棱镜第二反射面、二分之一波片、偏振分束镜、四分之一波片、透镜、物镜,入射到样品表面;经样品表面反射后,反射光依次经过物镜、透镜、四分之一波片和偏振分束镜后,分束为第一光束和第二光束;其中,第一光束入射到第一CCD相机进行成像,第二光束入射到第二CCD相机进行成像。
本发明的有益效果为:本发明提出的基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法与装置,通过第一CCD相机和第二CCD相机可以高精度地检测焦点位置,还可以解决焦面倾斜问题,装置简单,成本低,且更适用于实际光刻系统使用场景。
附图说明
图1是本发明基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法的原理图;
图2是SLM上加载n×n圆形点阵图;
图4是CCD上的光斑阵列图;
图中,1-SLM空间光调试器、2-三角棱镜、3-二分之一波片、4-偏振分束镜、5-四分之一波片、6-透镜、7-物镜、8-样品、9-第一CCD相机、10-第二CCD相机。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明作进一步说明,但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示,本发明提供了一种基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法与装置,所述装置包括:SLM空间光调试器1、三角棱镜2、二分之一波片3、偏振分束镜4、四分之一波片5、透镜6、物镜7、样品8、第一CCD相机9和第二CCD相机10。
本实例中,入射激光波长λ为532 nm,光束半径rm为2mm的平行光;所述方法具体为:首先在SLM上加载n×n圆形点阵(n≥4),入射光束依次经过三角棱镜第一反射面,SLM空间光调试器1,三角棱镜第二反射面,二分之一波片3,偏振分束镜4,四分之一波片5,透镜6,物镜7,入射到样品8表面;经样品表面8反射后,反射光依次经过物镜7,透镜6,四分之一波片5和偏振分束镜4后,分束为第一光束和第二光束;第一光束入射到第一CCD相机9进行成像,第二光束入射到第二CCD相机10进行成像,记录两个CCD相机上的光斑点阵的直径。
本发明实施例中,所述物镜选用焦距200mm的透镜,所述物镜选用适配焦距200 mm
的套管透镜的物镜。其中,焦距200mm透镜与物镜组成4F系统,SLM空间光调试器1位于透镜6
前焦面,SLM加载的圆形点阵,如图2所示,成像到样品面上,圆形的直径从左至右,从上至下
依次为,x为行数,y为列数;本发明实施例中,第一CCD位于像面前5mm,第二CCD位于像
面后5mm,使同一位置在CCD上成像的光斑点阵直径不同,第一CCD上光斑的直径从左至右,
从上至下依次为,x为行数,y为列数;第二CCD上光斑的直径从左至右,从上至下依次
为,x为行数,y为列数。
当样品面倾斜时候,CCD上的光斑阵列如图4所示,x为样品在x方向的倾斜度,y为样品在y方向的倾斜度,则公式如下:
对第一CCD相机和第二CCD相机上的倾斜度求均值,用于判定样品表面的倾斜度,结合调倾平台,对焦面进行调倾。
综上,本发明与现有焦面跟踪装置相比,不仅可以高精度的检测焦点位置,还可以解决焦面倾斜问题,装置简单,成本低,且更适用于实际光刻系统使用场景。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后,将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。
应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。
Claims (7)
1.一种基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:在SLM空间光调试器上加载n×n圆形点阵,其中n≥4,入射光束依次经过三角棱镜第一反射面、SLM空间光调试器、三角棱镜第二反射面、二分之一波片、偏振分束镜、四分之一波片、透镜、物镜,入射到样品表面;经样品表面反射后,反射光依次经过物镜、透镜、四分之一波片和偏振分束镜后,分束为第一光束和第二光束;其中,第一光束入射到第一CCD相机进行成像,第二光束入射到第二CCD相机进行成像,记录两个CCD相机上的光斑点阵的直径;基于两光斑点阵的直径的差值计算离焦量,进而获得焦点位置;并计算样品的倾斜度,从而对焦面进行调倾;
计算样品的倾斜度的公式如下:
2.根据权利要求1所述的基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法,其特征在于,所述透镜与物镜组成4F系统。
3.根据权利要求1所述的基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法,其特征在于,所述SLM空间光调试器位于透镜前焦面;第一CCD相机位于像面前,第二CCD相机位于像面后。
4.根据权利要求1所述的基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法,其特征在于,基于两光斑点阵的直径的差值计算离焦量,进而获得焦点位置的过程具体为:第一CCD相机上的光斑点阵的直径均相同,第二CCD相机上的光斑点阵的直径均相同,利用差分跟焦方法,通过计算第一CCD相机上的光斑点阵的直径与第二CCD相机上的光斑点阵的直径的差值,获得离焦量,从而确认焦点位置,完成焦面检测。
5.根据权利要求1所述的基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法,其特征在于,所述方法还包括:对第一CCD相机和第二CCD相机的倾斜度求均值,用于判定样品表面的倾斜度,结合调倾平台,对焦面进行调倾。
6.根据权利要求1所述的基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法,其特征在于,所述透镜为焦距200mm的透镜,所述物镜为适配焦距200 mm的套管透镜的物镜。
7.一种基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾装置,用于实现上述权利要求1~6任一项所述的基于SLM生成光斑点阵的焦面检测及调倾方法,其特征在于,包括:SLM空间光调试器、三角棱镜、二分之一波片、偏振分束镜、四分之一波片、透镜、物镜、样品、第一CCD相机和第二CCD相机;入射光束依次经过三角棱镜第一反射面、SLM空间光调试器、三角棱镜第二反射面、二分之一波片、偏振分束镜、四分之一波片、透镜、物镜,入射到样品表面;经样品表面反射后,反射光依次经过物镜、透镜、四分之一波片和偏振分束镜后,分束为第一光束和第二光束;其中,第一光束入射到第一CCD相机进行成像,第二光束入射到第二CCD相机进行成像。
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