CN116888448A - 用于光学器件结构测量的干涉非敏感利特罗系统 - Google Patents

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CN116888448A CN202180093916.4A CN202180093916A CN116888448A CN 116888448 A CN116888448 A CN 116888448A CN 202180093916 A CN202180093916 A CN 202180093916A CN 116888448 A CN116888448 A CN 116888448A
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Abstract

本文所述的实施方式提供了测量光学器件结构的节距P和光学器件结构的取向角的设备和方法。该系统的一个实施方式包括臂耦接至臂致动器的光学臂。该光学臂包括光源。光源发射可操作以衍射至载物台的光路。该光学臂进一步包括定位在光路中的第一分束器和第二分束器。第一分束器引导光路通过第一透镜，并且第二分束器引导光路通过第一达夫棱镜和第二透镜。该光学臂进一步包括可操作来检测来自第一透镜的光路的第一检测器和可操作来检测来自第二透镜的光路的第二检测器。

Description

用于光学器件结构测量的干涉非敏感利特罗系统
技术领域
本公开内容的实施方式涉及测量光学器件结构的节距P和光学器件结构的取向角φ的设备和方法。
背景技术
虚拟现实通常被认为是计算机产生的模拟环境，其中使用者具有明显的物理存在。虚拟现实体验可以以3D形式产生，并使用头戴式显示器(head-mounted display,HMD)，例如眼镜或其他可穿戴显示设备观看，这些其他可穿戴显示设备具有接近眼睛的显示面板作为透镜来显示替代实际环境的虚拟现实环境。
然而，增强现实使得能够实现如下体验，在该体验中使用者仍然可以经由眼镜或其他HMD设备的显示透镜看到周围的环境，也可以看到被产生以显示并作为环境的一部分出现的虚拟对象的图像。增强现实可包括任何类型的输入，诸如音频及触觉输入，以及加强或增强使用者体验的环境的虚拟图像、图形及视频。作为一种新兴技术，增强现实面临许多挑战及设计约束。
一种此类挑战是显示重叠在周围环境上的虚拟图像。光学器件用于辅助重叠图像。制造光学器件可以是有挑战性的，因为光学器件趋于具有需要根据特定公差制造的特性，诸如光学器件结构节距和光学器件结构取向。当在非不透明(non-opaque)基板上测量光学器件结构时，由于光的反射和衍射，已知系统的精度和可重复性会降低。因此，本领域中需要以增加的精度和可重复性测量光学器件结构的节距P和光学器件结构的取向角φ的改进的设备和方法。
发明内容
在一个实施方式中，提供了一种系统。该系统包括载物台，该载物台具有基板支撑表面。该载物台耦接至载物台致动器，该载物台致动器被配置为在扫描路径中移动载物台并使载物台绕轴线旋转。该系统进一步包括光学臂，该光学臂耦接至臂致动器，该臂致动器被配置为扫描光学臂并使光学臂绕轴线旋转。该光学臂包括光源。光源发出可操作以衍射至载物台的光路。该光学臂进一步包括定位在光路中的第一分束器和第二分束器。第一分束器引导光路通过第一透镜，并且第二分束器引导光路通过第一达夫棱镜(dove prism)和第二透镜。该光学臂进一步包括可操作以检测来自第一透镜的光路的第一检测器和可操作以检测来自第二透镜的光路的第二检测器。
在另一个实施方式中，提供了一种系统。该系统包括载物台，该载物台具有基板支撑表面。该载物台耦接至载物台致动器，该载物台致动器被配置为在扫描路径中移动载物台并使载物台绕轴线旋转。该系统进一步包括光学臂，该光学臂耦接至臂致动器，该臂致动器被配置为扫描光学臂并使光学臂绕轴线旋转。该光学臂包括光源。光源发出可操作以衍射至载物台的光路。光学臂进一步包括定位在该光路中的达夫棱镜。该达夫棱镜包括用于旋转达夫棱镜的致动器。该光学臂进一步包括定位在该光路中的第一分束器。第一分束器引导光路通过第一透镜，并且第二分束器引导光路通过第二透镜。该光学臂进一步包括第一检测器，该第一检测器可操作以检测来自第一透镜的光路。
在又一实施方式中，提供了一种系统。该系统包括载物台，该载物台具有基板支撑表面。该载物台耦接至载物台致动器，该载物台致动器被配置为在扫描路径中移动载物台并使载物台绕轴线旋转。光学臂耦接至臂致动器，该臂致动器被配置为扫描光学臂并使光学臂绕轴线旋转。该光学臂包括光源。光源发出可操作以衍射至载物台的光路。第一分束器和第二分束器定位在该光路中。第一分束器引导光路通过第一透镜，并且第二分束器引导光路通过第一达夫棱镜。该光学臂进一步包括第一反射镜，该第一反射镜可操作以将光路引导至第二反射镜，并且该第二反射镜引导光路通过第一透镜。该光学臂进一步包括第一检测器，该第一检测器可操作以检测来自第一透镜的光路。
在又一实施方式中，提供了一种方法。该方法包括确定固定射束角和基板的光学器件结构的第一区域的初始取向角φ初始。该方法进一步包括旋转基板，以将初始取向角φ初始定位成垂直于要投射到基板的第一区域的光束。该方法进一步包括以固定射束角/>将具有某一波长(λ激光)的光束投射到基板的第一区域。该方法进一步包括测量由基板反射的光束的反射射束角/>反射射束角/>是经由对称射束轮廓的中心获得的。对称射束轮廓是从由基板反射的光束的第一图像和第二图像的组合来获得的。第二图像以不同于第一图像的旋转角被旋转。该方法进一步包括通过节距等式/>来确定光学器件结构的节距P。
附图说明
为了能够详细理解本公开内容的上述特征，可以参考实施方式获得以上简要概述的本公开内容的更特别的描述，实施方式中的一些实施方式在附图中图示。然而，应当注意的是，附图仅图示了示例性实施方式，并且因此不应被视为是对其范围的限制，并且可以允许其他同等有效的实施方式。
图1是根据实施方式的测量系统的示意图。
图2A至图2F是根据一些实施方式的测量系统的配置的示意图。
图3A至图3C是根据实施方式的检测器的示意图。
图3D是根据实施方式的达夫棱镜的示意图。
图3E是根据实施方式的反射镜组件的示意图。
图4是根据实施方式的用于测量光学器件结构的节距P和光学器件结构的取向角φ的方法的流程图。
为了促进理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来表示附图中共用的元件。预期一个实施方式的元件和特征可以有益地结合到其他实施方式中，而无需进一步叙述。
具体实施方式
本公开内容的实施方式涉及测量光学器件结构的节距P和光学器件结构的取向角φ的设备和方法。在一个实施方式中，提供了一种系统。该系统包括载物台，该载物台具有基板支撑表面。该载物台耦接至载物台致动器，该载物台致动器被配置为在扫描路径中移动载物台并使载物台绕轴线旋转。该系统进一步包括光学臂，该光学臂耦接至臂致动器，该臂致动器被配置为扫描光学臂并使光学臂绕轴线旋转。该光学臂包括光源。光源发出可操作以衍射至载物台的光路。该光学臂进一步包括定位在光路中的第一分束器和第二分束器。第一分束器引导光路通过第一透镜，并且第二分束器引导光路通过第一达夫棱镜和第二透镜。该光学臂进一步包括可操作以检测来自第一透镜的光路的第一检测器和可操作以检测来自第二透镜的光路的第二检测器。
该测量系统包括载物台、光学臂和检测器臂。从光学臂投射的光从设置在载物台上的基板反射，并且来自基板表面的反射光入射到检测器和光学臂上。从聚焦透镜的光学中心的偏转用于确定光学器件的局部不均匀性。衍射光的方法包括测量来自基板表面的散射光束，并且从测量值获得局部畸变。由于来自其他表面的光的衍射，非不透明基板将产生干涉。干涉将被衍射至光学臂和检测器臂。干涉导致测量结果的准确度和精度降低。
图1是根据一个实施方式的测量系统101的示意图。如图所示，测量系统101包括载物台102、光学臂104和检测器臂112。测量系统101被配置为衍射由光学臂104投射的光。由光学臂104投射的光被引导到设置在载物台102上的基板103处。从基板103反射和衍射的光入射到检测器臂112和光学臂104上。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，测量系统101包括光学臂104和检测器臂112。在可以与本文所述的其他实施方式组合的另一实施方式中，测量系统101仅包括光学臂104。
如图所示，载物台102包括支撑表面106和载物台致动器108。载物台102被配置为将基板103保持在支撑表面106上。载物台102耦接至载物台致动器108。载物台致动器108被配置为沿着x方向和y方向在扫描路径110中移动载物台102，并且使载物台102围绕z轴旋转。载物台102被配置为在测量系统101的操作期间移动和旋转基板103，使得从光学臂104投射的光入射到基板103的不同部分或光栅上。
基板103包括一个或多个光学器件105，一个或多个光学器件105具有光学器件结构109的一个或多个光栅107。光栅107中的每个光栅包括光学器件结构109的区域。光学器件结构109具有取向角φ和节距P。节距P被定义为相邻点(诸如光学器件结构109的相邻第一边缘或相邻质心)之间的距离。一个或多个光栅107中的第一光栅111的光学器件结构109的节距P和取向角φ可以不同于第二光栅113的光学器件结构109的节距P和取向角φ。此外，由于基板103的局部翘曲或其他变形，可能存在光学器件结构109的局部节距P’变化和局部取向角φ’变化。测量系统101可用于测量每个光学器件105的每个光栅107的光学器件结构109的节距P和取向角φ。基板103可以是任何大小的单晶晶片，诸如具有从约150mm至约450mm的半径。
光学臂104、检测器臂112和载物台102耦接至控制器130。控制器130促进控制和自动化本文所述的用于测量光学器件结构109的节距P和取向角φ的方法。控制器可包括中央处理单元(central processing unit,CPU)(未图示)、存储器(未图示)和支持电路(或输入/输出(I/O))(未图示)。CPU可以是在工业环境中用于控制各种过程和硬件(例如，马达和其他硬件)和监测过程(例如，传送设备位置和扫描时间)的任何形式的计算机处理器中的一种。存储器(未图示)连接至CPU，并且可以是易获得的存储器，诸如随机存取存储器(random access memory,RAM)。软件指令和数据可被编码并储存在存储器内，以用于指示CPU。支持电路(未图示)也连接至CPU，以用于以已知方式支持处理器。支持电路可包括已知的高速缓存、电源、时钟电路、输入/输出电路系统、子系统等。控制器可读的程序(或计算机指令)确定哪些任务可在基板103上执行。该程序可以是控制器可读的软件，并且可包括监测和控制例如基板位置和光学臂位置的代码。
图2A至图2F是测量系统101的配置200A至200F的示意图。在可以与本文所述的其他实施方式组合的其中基板103是非不透明的实施方式中，来自基板103的多个表面的光的反射和衍射将引起光学臂104和检测器臂112上的干涉。干涉是非对称的，即，从基板103衍射或反射离开的光路的图像在光学臂104和检测器臂112的如下文进一步所述的第一检测器208和多个第二检测器218上不是圆形的或不是基本上圆形的。为了解决此问题，测量系统101利用棱镜(诸如达夫棱镜)来旋转图像。多个图像被组合以产生对称射束，即，圆形射束。射束的质心由图像处理算法确定。图像处理算法可以至少部分地由控制器130执行。
图2A是测量系统101的配置200A的示意图。配置200A包括基板103上的剖面线201(如图1所示)的部分202。基板103具有光学器件结构109的一个或多个光栅107。如图所示，光学臂104包括光源204、第一分束器206、第二分束器212、第一检测器208、第二检测器218、第一达夫棱镜214、第一透镜210和第二透镜216。光学臂104与控制器130通信。光学臂104可包括臂致动器203。臂致动器203被配置为使光学臂104围绕z轴旋转，并在z方向上扫描光学臂。在执行测量的同时，光学臂104可以被固定。
第一分束器206定位在第一光路220中邻近光源204。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，第一光路220具有圆形或基本上圆形的横截面。本文所述的光束可以是激光束。根据一个实施方式，光源204可操作以沿着第一光路220以射束角θ(如图1所示)将光投射至基板103。光源204可操作来投射准直光束。第一光路220入射到基板103上，并将第二光路222衍射回到光学臂104。光学臂104传递第一光路220，使得光可由基板103衍射并形成第二光路222。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，第二光路222为一级衍射。第二光路222被第二分束器212分成第二光路222A和第二光路222B。
第一分束器206可操作以将由基板103衍射的第二光路222A偏转到第一检测器208。第一透镜210定位在第一分束器206与第一检测器208之间。第一透镜210被配置为将第二光路222A聚焦到第一检测器208上。第二光路222A的第一图像被投射在第一检测器208上。第一检测器208是本领域中用于检测光的任何光学装置，诸如电荷耦合设备(charge-coupled device,CCD)阵列或有源像素传感器(互补金氧半导体(CMOS)阵列)。
第二分束器212可操作以将由基板103衍射的第二光路222B偏转到第二检测器218。第二透镜216定位在第二分束器212与第二检测器218之间。第二透镜216被配置为将第二光路222B聚焦到第二检测器218上。第二光路222B在接触第二检测器218之前通过第一达夫棱镜214。第一达夫棱镜214旋转第二检测器218上的第二光路222B的图像。因此，第二光路222B的第二图像被投射在第二检测器218上。第二图像的旋转角度不同于第一图像。第一达夫棱镜214可操作来以任何角度旋转第二图像。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，第二图像相对于第一图像旋转180°。第二检测器218是本领域中用于检测光的任何光学装置，诸如CCD阵列或CMOS阵列。
图2B是测量系统101的配置200B的示意图。配置200B包括基板103上的剖面线201(如图1所示)的部分202。基板103具有光学器件结构109的一个或多个光栅107。如图所示，光学臂104包括光源204、第一分束器206、第二分束器212a、…、212n(统称为“多个第二分束器212”)、第一检测器208、第二检测器218a、…、128n(统称为“多个第二检测器218”)、第一达夫棱镜214a、…、214n(统称为“多个第一达夫棱镜214”)、第一透镜210、和第二透镜216a、…、216n(统称为“多个第二透镜216”)。光学臂104与控制器130通信。光学臂104可包括臂致动器203。臂致动器203被配置为使光学臂104围绕z轴旋转，并在z方向上扫描光学臂。在执行测量的同时，光学臂104可以被固定。
第一分束器206定位在第一光路220中邻近光源204。根据一个实施方式，光源204可操作以沿着第一光路220以射束角θ(如图1所示)将光投射至基板103。第一光路220入射到基板103上，并将第二光路222投射到光学臂104。光学臂104传递第一光路220，使得光可由基板103衍射并形成第二光路222。第二光路222被多个第二分束器212分成第二光路222a、…、222n(统称为“多个第二光路222”)。
第一分束器206可操作以将由基板103衍射的第二光路222A偏转到第一检测器208。第一透镜210定位在第一分束器206与第一检测器208之间。第一透镜210被配置为将第二光路222A聚焦到第一检测器208上。第二光路222A的第一图像被投射在第一检测器208上。
多个第二分束器212可操作以将由基板103衍射的多个第二光路222B、…、222n偏转到多个第二检测器218。多个第二透镜216定位在多个第二分束器212与多个第二检测器218之间。多个第二透镜216被配置为将第二光路222B、…、212n聚焦到多个第二检测器218上。第二光路222B、…、222n在接触多个第二检测器218之前通过多个第一达夫棱镜214。多个第一达夫棱镜214旋转多个第二检测器218上的第二光路222B、…、222n中的每一者的图像。因此，来自第二光路222B、…、222n中的每一者的第二图像在多个第二检测器218上衍射。多个第二图像的旋转角度不同于第一图像。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，两个第二图像相对于第一图像旋转120°，使得第二图像处于120°和240°处。在可以与本文所述的其他实施方式组合的另一实施方式中，多个第二图像中的每个第二图像相对于第一图像旋转360°/n，其中n是由多个第二检测器218检测到的图像的数量。
图2C是测量系统101的配置200C的示意图。配置200C包括基板103上的剖面线201的部分202。基板103具有光学器件结构109的一个或多个光栅107。如图所示，光学臂104包括光源204、第一分束器206、第二分束器212a、…、212n(统称为“多个第二分束器212”)、第一检测器208、第二检测器218a、…、128n(统称为“多个第二检测器218”)、第一达夫棱镜214a、…、214n(统称为“多个第一达夫棱镜214”)、第二达夫棱镜224、第一透镜210、和第二透镜216a、…、216n(统称为“多个第二透镜216”)。光学臂104耦接至控制器130。光学臂104可包括臂致动器203，并且臂致动器203被配置为使光学臂104绕z轴旋转并且在z方向上扫描光学臂。在执行测量的同时，光学臂104可以被固定。
第一分束器206定位在第一光路220中邻近光源204。根据一个实施方式，光源204可操作以沿着第一光路220以射束角θ(如图1所示)将光投射至基板103。第一光路220入射到基板103上，并将第二光路222衍射至光学臂104。光学臂104传递第一光路220，使得光可由基板103衍射并形成第二光路222。第二光路222被第二分束器212分割，即，分割成多个第二光路222A、222B……222n。
第一分束器206可操作来将由基板103衍射的第二光路222A偏转到第一检测器208。第一透镜210定位在第一分束器206与第一检测器208之间。第一透镜210被配置为将第二光路222A聚焦到第一检测器208上。第二光路222A在接触第一检测器208之前通过第二达夫棱镜224。第二达夫棱镜224旋转第一检测器208上的第二光路222A的图像。因此，第二光路222A的第一图像被投射在第一检测器208上。第二光路22A的第一图像可以由第二达夫棱镜224旋转到任何角度。
多个第二分束器212可操作来将由基板103衍射的多个第二光路222B、…、222n偏转到多个第二检测器218。多个第二透镜216定位在多个第二分束器212与多个第二检测器218之间。多个第二透镜216被配置为将第二光路222B、…、212n聚焦到多个第二检测器218上。第二光路222B、…、222n在接触多个第二检测器218之前通过多个第一达夫棱镜214。多个第一达夫棱镜214旋转多个第二检测器218上的第二光路222B、…、222n中的每一者的图像。因此，第二光路222B、…、222n中的每一者的第二图像被投射到多个第二检测器218上。多个第二图像的旋转角度不同于第一图像。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，两个第二图像相对于第一图像旋转120°，使得第二图像处于120°和240°处。在可以与本文所述的其他实施方式组合的另一实施方式中，多个第二图像中的每个第二图像相对于第一图像旋转360°/n，其中n是由第二检测器218检测到的图像的数量。
图2D是测量系统101的配置200D的示意图。配置200D包括基板103上的剖面线201的部分202。基板103具有光学器件结构109的一个或多个光栅107。如图所示，光学臂104包括光源204、第一分束器206、第一检测器208、第一达夫棱镜214和第一透镜210。光学臂104耦接至控制器130。光学臂104可包括臂致动器203，并且臂致动器203被配置为使光学臂104绕z轴旋转并且在z方向上扫描光学臂。在执行测量的同时，光学臂104可以被固定。
第一分束器206定位在第一光路220中邻近光源204。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，第一光路220具有圆形或基本上圆形的横截面。根据一个实施方式，光源204可操作以沿着第一光路220以射束角θ(如图1所示)将光投射至基板103。第一光路220入射到基板103上，并将第二光路222衍射至光学臂104。光学臂104传递第一光路220，使得光可由基板103衍射并形成第二光路222。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，第二光路222为一级衍射。
第一分束器206可操作来将由基板103衍射的第二光路222偏转到第一检测器208。第一透镜210定位在第一分束器206与第一检测器208之间。第一透镜210被配置为将第二光路222聚焦到第一检测器208上。第二光路222A的第一图像被投射在第一检测器208上。第二光路222在接触第一分束器206之前通过第一达夫棱镜214。第一达夫棱镜214旋转第一检测器208上的第二光路222的图像。因此，第二光路222的第一图像在第一检测器208上衍射。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，第一达夫棱镜214耦接至达夫棱镜致动器226。达夫棱镜致动器可操作来旋转第一达夫棱镜214，使得第二光路222的多个图像(诸如第一图像和多个第二图像)可以被投射到第一检测器208上。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，多个第二图像相对于第一图像成90°，使得第二图像中的每一者处于90°、180°和270°处。在可以与本文所述的其他实施方式组合的另一实施方式中，多个第二图像中的每一者相对于第一图像旋转360°/n，其中n是由第二检测器218检测到的图像的数量。
图2E是测量系统101的配置200E的示意图。配置200E包括基板103上的剖面线201的部分202。基板103具有光学器件结构109的一个或多个光栅107。如图所示，光学臂104包括光源204、第一分束器206、第二分束器212、第一检测器208、第一达夫棱镜214、第一反射镜228、第二反射镜230和第一透镜210。光学臂104耦接至控制器130。光学臂104可包括臂致动器203，并且臂致动器203被配置为使光学臂104绕z轴旋转并且在z方向上扫描光学臂。在执行测量的同时，光学臂104可以被固定。
第一分束器206定位在第一光路220中邻近光源204。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，第一光路220具有圆形或基本上圆形的横截面。本文所述的光束可以是激光束。根据一个实施方式，光源204可操作以沿着第一光路220以射束角θ(如图1所示)将光投射至基板103。第一光路220入射到基板103上，并将第二光路222衍射至光学臂104。光学臂104传递第一光路220，使得光可由基板103衍射并形成第二光路222。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，第二光路222为一级衍射。第二光路222被第二分束器212分割，即，分割成第二光路222A和第二光路222B。
第一分束器206可操作来将由基板103衍射的第二光路222A偏转到第一检测器208。第一透镜210定位在第一分束器206与第一检测器208之间。第一透镜210被配置为将第二光路222A聚焦到第一检测器208上。第二光路222A的第一图像被投射在第一检测器208上。
第二分束器212可操作来将由基板103衍射的第二光路222B偏转到第一反射镜228。第二光路222B从第一反射镜228反射到第二反射镜230。第二光路222B衍射到第一透镜210。第一透镜210被配置为将第二光路222B聚焦到第一检测器208上。第二光路222B在接触第一反射镜228之前通过第一达夫棱镜214。第一达夫棱镜214旋转第一检测器208上的第二光路222B的图像。因此，第二光路222B的第二图像投射在第一检测器208上，使得第一检测器208检测第一图像和第二图像。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，第二图像相对于第一图像旋转180°。
图2F是测量系统101的配置200F的示意图。配置200F包括基板103上的剖面线201的部分202。基板103具有光学器件结构109的一个或多个光栅107。
如图所示，光学臂104包括光源204、第一分束器206、第二分束器212、第一检测器208、第二检测器218、第一达夫棱镜214、第一透镜210和第二透镜216。光学臂104耦接至控制器130。光学臂104可包括臂致动器203，并且臂致动器203被配置为使光学臂104绕z轴旋转并且在z方向上扫描光学臂。在执行测量的同时，光学臂104可以被固定。配置200F图示了测量系统101的配置200A的光学臂104。尽管在图2F中图示了配置200A的光学臂104，但是配置200A至200E的任何光学臂104都可被包括在配置200F中。
配置200进一步包括检测器臂112。检测器臂112可操作来测量反射光路234。反射光路234是第一光路220的直接反射。第一光路220入射到基板103上，并将反射光路234衍射到检测器臂112。
在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，检测器臂112包括第二分束器212、第一检测器208、第二检测器218、第一达夫棱镜214、第一透镜210和第二透镜216。检测器臂112可包括检测器臂致动器205，并且检测器臂致动器205被配置为使检测器臂112围绕z轴旋转并且在z方向上扫描光学臂。在执行测量的同时，检测器臂112可以被固定。检测器臂112可具有与配置200A至200E的光学臂104相似的配置。
反射光路234由第二分束器212分割，即，分割成反射光路234A和反射光路234B。由基板103衍射的反射光路234A衍射至第一检测器208。第一透镜210定位在第一分束器206与第一检测器208之间。第一透镜210被配置为将反射光路234A聚焦到第一检测器208上。反射光路234A的第一图像投射在第一检测器208上。第一检测器208是本领域中用于检测光的任何光学装置，诸如CCD阵列或CMOS阵列。
第二分束器212可操作来将由基板103衍射的反射光路234B偏转到第二检测器218。第二透镜216定位在第二分束器212与第二检测器218之间。第二透镜216被配置为将反射光路234B聚焦到第二检测器218上。反射光路234B在接触第二检测器218之前通过第一达夫棱镜214。第一达夫棱镜214旋转第二检测器218上的反射光路234B的图像。因此，反射光路234B的第二图像被投射在第二检测器218上。第二检测器218是本领域中用于检测光的任何光学装置，诸如CCD阵列或CMOS阵列。
图3A图示了根据一个实施方式的作为位置敏感检测器301A(即，横向传感器)的检测器302。检测器302可以是任何检测器，诸如配置200A至200F的第一检测器208和第二检测器218。图3B图示了根据一个实施方式的作为象限传感器301B的检测器302。图3C图示了根据一些实施方式的作为图像传感器阵列301C(诸如CCD阵列或CMOS阵列)的检测器302。
图3D是达夫棱镜304(诸如第一达夫棱镜214和第二达夫棱镜224)的示意图。光路306(诸如多个第二光路222A、222B、…、222n和反射光路234B)可通过达夫棱镜304。光路306行进通过达夫棱镜304，使得光路306根据需要旋转。
图3E是反射镜组件308的示意图。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，反射镜组件308可代替达夫棱镜304。反射镜组件308包括多个反射镜310。光路306行进通过反射镜组件308，使得光路306通过在多个反射镜310之间的反射而旋转。
图4是用于测量光学器件结构109的节距P和光学器件结构109的取向角φ的方法400的流程图。为了促进解释，将参考图1的测量系统101和图2A所示的测量系统101的第一配置200A来描述方法400。控制器130可操作来促进方法400的操作。
在操作401处，确定多个光学器件结构109的固定射束角和初始取向角φ初始。固定射束角/>是要投射到基板103的光束的初始角度。初始取向角φ初始是多个光学器件结构109中的每一个光学器件结构的期望取向角。在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，在制造光学器件105之前，固定射束角/>和初始取向角φ初始是通过基板103上的光学器件105的每个光栅107的光学器件结构109的预定规格来确定的。在可以与本文所述的其他实施方式组合的另一实施方式中，固定射束角/>和初始取向角φ初始是通过估计来确定的。
在操作402处，使载物台102围绕z轴旋转，以将第一区域115的光学器件结构109的初始取向角φ初始定位成垂直于要投射到基板103的第一区域115的光束。第一区域115对应于待测量的光学器件结构109的第一区域。在操作403处，将来自光学臂104的具有一定波长(λ激光)的光束以固定射束角投射到基板103。
在操作404处，确定由光学器件结构109反射的一阶模式射束(R_1st)的反射射束角在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，方法400利用测量系统101的光学臂104的配置200A。由第一检测器208检测第二光路222A的第一图像。由第二检测器218检测第二光路222B的第二图像。第二图像由第一达夫棱镜214旋转，使得第二图像相对于第一图像旋转180°。
在可以与本文所述的其他实施方式组合的另一实施方式中，方法400利用测量系统101的光学臂104的配置200B。由第一检测器208检测第二光路222A的第一图像。由多个第二检测器218检测第二光路222B、…、222n的多个第二图像。多个第二图像中的每个第二图像相对于第一图像旋转360°/n，其中n是由第二检测器218检测到的图像的数量。
在可以与本文所述的其他实施方式组合的另一实施方式中，方法400利用测量系统101的光学臂104的配置200C。由第一检测器208检测第二光路222A的第一图像。第一图像由第二达夫棱镜224旋转。由多个第二检测器218检测第二光路222B、…、222n的多个第二图像。多个第二图像中的每一个相对于第一图像旋转360°/n，其中n是由第二检测器218检测到的图像的数量。
在可以与本文所述的其他实施方式组合的另一实施方式中，方法400利用测量系统101的光学臂104的配置200D。第一达夫棱镜214包括旋转第一达夫棱镜214的达夫棱镜致动器226。由第一检测器208检测多个图像，诸如第一图像和多个第二图像。多个第二图像中的每个第二图像相对于第一图像旋转360°/n，其中n是由第一检测器208检测到的图像的数量。
在可以与本文所述的其他实施方式组合的另一实施方式中，方法400利用测量系统101的光学臂104的配置200E。由第一检测器208检测第二光路222A的第一图像。由第二检测器218检测第二光路222B的第二图像。第二图像由第一达夫棱镜214旋转，并由第一反射镜228和第二反射镜230反射，使得第二图像相对于第一图像旋转180°。
在可以与本文所述的其他实施方式组合的另一实施方式中，方法400利用测量系统101的光学臂104和检测器臂112的配置200F。光学臂104可以是配置200A至200E中的任何配置。检测器臂112的第一检测器208可检测反射光路234A的第一图像。由第二检测器218检测反射光路234B的第二图像。第二图像由第一达夫棱镜214旋转，并由第一反射镜228和第二反射镜230反射，使得第二图像相对于第一图像旋转180°。
在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，至少第一图像和第二图像被组合以产生对称射束轮廓。在可以与本文所述的其他实施方式组合的另一实施方式中，多个第二图像与第一图像组合以产生对称射束轮廓。将图像处理算法(经由图像处理软件)应用于对称射束轮廓，以计算对称射束轮廓的中心。图像处理算法至少部分地由控制器130执行。
利用本文所述的测量系统101允许组合多个图像来确定对称射束轮廓的中心。当利用非不透明基板103时，可能发生由于多表面反射导致的干涉，此将改变投射到检测器的强度分布。测量系统101允许将以不同角度旋转的第二图像投射到多个第二检测器。通过允许用额外图像可靠地确定对称射束轮廓的中心，被旋转的第二图像补偿非对称干涉。通过将第二图像与第一图像组合，尽管存在干涉，也可靠地获得了对称射束轮廓的中心。
由光学器件结构109反射的一阶模式射束(R_1st)的反射射束角是基于对称射束轮廓的中心计算的。与光学器件结构109的取向角φ对应的最终取向角φ最终是基于对称射束轮廓的中心计算的。
在可以与本文所述的其他实施方式组合的一个实施方式中，在操作401至404期间，具有第一检测器208和第二检测器218的检测器臂112测量零阶模式射束(R_0)，诸如由光学器件结构109反射的反射光路234(如图2F所示)，以确定反向反射射束角将反向反射射束角/>与反射射束角/>进行比较，以考虑基板103的翘曲。
在操作405处，通过等式确定节距P。在操作406处，沿着扫描路径110扫描载物台102，并且针对一个或多个光学器件105的一个或多个光栅107的后续区域重复操作401至405。
总之，本文提供了测量光学器件结构的节距P和光学器件结构的取向角φ的设备和方法。该设备和方法通过在测量系统中组合第一图像和第二图像而提供了节距P和取向角φ的更精确读取。第一图像和第二图像的组合通过以下方式提高了测量的准确性和可重复性：通过允许用额外图像可靠地确定对称射束轮廓的中心来补偿非对称干涉。本文所述的设备和方法考虑了当测量非不透明基板时的干涉。
尽管前面涉及本公开内容的实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下可以设计本公开内容的其他和进一步实施方式，并且本公开内容的范围由所附权利要求书确定。

Claims (20)

1.一种系统，包括：
载物台，所述载物台具有基板支撑表面，所述载物台耦接至载物台致动器，所述载物台致动器被配置为在扫描路径中移动所述载物台并使所述载物台绕轴线旋转；以及
光学臂，所述光学臂耦接至臂致动器，所述臂致动器被配置为扫描所述光学臂并使所述光学臂绕所述轴线旋转，所述光学臂具有：
光源，所述光源发射光路，所述光路是可操作的以投射到设置在所述基板支撑表面上的基板；
第一分束器和第二分束器，所述第一分束器和所述第二分束器定位在所述光路中；
第一达夫棱镜；
第一透镜和第二透镜，其中所述第一分束器被配置为引导所述光路通过所述第一透镜，并且所述第二分束器被配置为引导所述光路通过所述第一达夫棱镜和所述第二透镜；
第一检测器，所述第一检测器是可操作的以检测来自所述第一透镜的所述光路；和
第二检测器，所述第二检测器是可操作的以检测来自所述第二透镜的所述光路。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
额外的第二分束器，所述额外的第二分束器引导所述光路通过额外的第一达夫棱镜和额外的第二透镜；和
额外的第二检测器，每个第二检测器是可操作的以检测从所述额外的第二透镜中的每一者投射的所述光路，所述额外的第二检测器各自被配置为检测从所述额外的第二透镜中的每一者投射的第二图像。
3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括第二达夫棱镜，所述第二达夫棱镜定位在所述光路中位于所述第一透镜与所述第一检测器之间。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述第二达夫棱镜被配置为旋转投射到所述第一检测器的第一图像，其中所述第一图像被旋转到与所述第二图像中的每一者不同的角度。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一检测器被配置为检测从所述第一透镜投射的第一图像。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第二检测器被配置为检测从所述第二透镜投射的第二图像。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述第一达夫棱镜被配置为旋转投射到所述第二检测器的所述第二图像，其中所述第二图像被旋转到与所述第一图像不同的角度。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第二图像相对于所述第一图像旋转180°。
9.根据权利要求6所述的系统，进一步包括与所述第一检测器和所述第二检测器通信的控制器，其中所述控制器被配置为组合所述第一图像和所述第二图像以形成对称射束轮廓，所述控制器被配置为执行图像处理软件以确定所述对称射束轮廓的中心。
10.根据权利要求1所述的系统，进一步包括检测器臂，所述检测器臂耦接至检测器臂致动器，所述检测器臂致动器被配置为扫描所述检测器臂并使所述检测器臂绕所述轴线旋转，所述检测器臂具有：
第三分束器和第四分束器，所述第三分束器和所述第四分束器定位在所述光路中，所述第三分束器引导所述光路通过第三透镜，所述第四分束器引导所述光路通过第二达夫棱镜和第四透镜；
第三检测器，所述第三检测器是可操作的以检测来自所述第三透镜的所述光路；和
第四检测器，所述第四检测器是可操作的以检测来自所述第四透镜的所述光路。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一检测器和所述第二检测器是横向传感器、象限检查器或图像传感器阵列中的一者。
12.一种系统，包括：
载物台，所述载物台具有基板支撑表面，所述载物台耦接至载物台致动器，所述载物台致动器被配置为在扫描路径中移动所述载物台并使所述载物台绕轴线旋转；
光学臂，所述光学臂耦接至臂致动器，所述臂致动器被配置为扫描所述光学臂并使所述光学臂绕所述轴线旋转，所述光学臂具有：
光源，所述光源发射光路，所述光路是可操作的以投射到设置在所述基板支撑表面上的基板；
达夫棱镜，所述达夫棱镜定位在所述光路中位于所述光源与所述基板支撑表面之间；
第一分束器，所述第一分束器定位在所述光路中；
第一透镜，其中所述第一分束器被配置为引导所述光路通过所述第一透镜；和
第一检测器，所述第一检测器是可操作的以检测从所述第一透镜投射的所述光路。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述达夫棱镜耦接至致动器，所述致动器被配置为旋转所述达夫棱镜。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第一检测器被配置为检测从所述第一透镜投射的第一图像和多个第二图像。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述达夫棱镜被配置为旋转，使得投射到所述第一检测器的所述多个第二图像被各自旋转到不同于所述第一图像的角度。
16.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一检测器是横向传感器、象限检查器或图像传感器阵列中的一者。
17.一种方法，包括以下步骤：
确定光源的固定射束角θ0和基板的光学器件结构的第一区域的初始取向角φ初始；
旋转所述基板以将所述初始取向角φ初始定位成垂直于要以所述固定射束角θ0投射到所述基板的所述第一区域的光路；
以所述固定射束角θ0将具有波长(λ激光)的所述光路投射到所述基板的所述第一区域，所述光路从所述光学器件结构衍射到分束器，所述分束器将所述光路的第一部分引导到第一检测器并将所述光路的第二部分引导到第二检测器；
用所述第一检测器检测来自所述光路的所述第一部分的第一图像；以及
用所述第二检测器检测来自所述光路的所述第二部分的第二图像，其中所述第二图像被旋转到不同于所述第一图像的角度。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括以下步骤：测量由所述基板反射的所述光路的反射射束角θ反射，所述反射射束角θ反射是从对称射束轮廓的中心导出的，所述对称射束轮廓是通过组合由所述基板反射的所述光路的第一图像和第二图像而获得的，所述第二图像以不同于所述第一图像的旋转角度被旋转。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括以下步骤：通过节距等式P＝λ激光/(sinθ0+sinθ反射)来确定所述光学器件结构的节距P。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括以下步骤：检测投射到所述第二检测器的额外的第二图像。
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