CN117906535A - 一种光学装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学装置及检测方法。光学装置通过发光组件的设置，既配置形成准直光路又具备检测光路，共用管镜和第一探测器等部分光学元件形成的光路，这样光学装置结构紧凑，无需占据很多空间，使用成本比较低。对于现有仅具有获取图像的光学装置而言，可以在显微系统中只增加发光组件就能兼顾准直与检测功能，解决现有显微系统中准直测量难的技术问题。实现对于光学装置内部的准直测量以及识别光学装置与待测样品的角度偏差，并且不影响光学装置以较为紧凑的结构实现其固有的功能。

Description

一种光学装置及检测方法

技术领域

本申请涉及光学技术领域，特别涉及一种光学装置及检测方法。

背景技术

目前，光学显微成像已经成为晶圆等物体的检测和量测场景中常用的技术手段，其具有检测速度快、无污染等优点。随着半导体技术的发展，对晶圆等半导体产品的检测和量测的准确性提出了更高的要求，需要通过非常高倍的光学装置(例如显微光学系统)来进行检测和量测。在这样高倍的成像的需求下，如果待测样品(例如晶圆表面)与光学装置的光轴不垂直，就不能保障视场范围内的目标同时在聚焦状态，进而导致检测结果、测量结果的偏差，致使不准确的问题出现。此外，如果光学装置本身元件存在不共轴的问题，也有可能影像检测结果、测量结果。

为了解决上述问题，目前一般采用水平仪或者自准直仪器在光学检测、测量前对光路中的角度偏差进行检测甚至调整。水平仪常作为显微系统装调的工具，但是其精度通常较低，且难以定量的给出光学装置的光轴与样品表面垂直度的偏差，导致整个装调过程需要多次重复调整，十分繁琐。而自准直仪则需要较大的空间去进行安装，意味着需要在光学装置预留较大的空间，不利于实现紧凑的光机结构。

发明内容

本申请提供一种光学装置及检测方法，目的是以简单便捷的技术手段实现对于光学装置内部的准直测量以及识别光学装置与待测样品的角度偏差，并且不影响光学装置以较为紧凑的结构实现其固有的功能。

本申请第一方面提供一种光学装置，包括:第一探测器、管镜、物镜和发光组件，所述发光组件包括第一光源部件和靶标；

所述第一光源部件用于发出照射所述靶标的第一光线；

所述管镜用于对所述第一光线进行准直，经过所述管镜准直后的第一光线接触第一待测物后形成第一信号光；

所述物镜和管镜用于采集第二信号光，并根据所述第二信号光将第二待测物表面成像至所述第一探测器；其中，所述第二信号光为第二光线接触第二待测物后形成的信号光；

所述第一探测器用于采集所述第一信号光，并根据第一信号光形成所述靶标的靶标图像；所述第一探测器还用于采集所述第二信号光形成所述第二待测物对应的检测图像。

可选地，所述靶标与所述管镜被配置为可沿着所述第一光线的中心轴相对移动；和/或，所述管镜被配置为自身光轴和所述第一光线的中心轴之间的相对夹角可调；

所述靶标与所述管镜之间的相对移动和/或所述相对夹角的调整，用于调整所述靶标图像的清晰度。

可选地，所述靶标与所述管镜之间的相对移动和/或所述相对夹角的调整，具体用于调整所述靶标图像的清晰度大于或等于预设值，或使所述靶标图像的清晰度最大化。

可选地，所述物镜可拆卸，所述第一待测物可替换；

若所述物镜被拆卸，所述第一待测物为放置于管镜下方的反射元件，所述第一探测器具体用于采集第一信号光并形成所述靶标的第一靶标图像。所述第一靶标图像为清晰度大于或等于预设值或清晰度最大化的靶标图像。

可选地，若所述物镜被拆卸，所述第一待测物为放置于所述物镜的安装面上的反射元件，所述第一探测器具体用于采集第一信号光并形成所述靶标的第二靶标图像；

所述光学装置还包括处理模块，所述处理模块与所述第一探测器连接，用于根据所述第一靶标图像和所述第二靶标图像的位置偏差获得所述物镜的光轴与所述管镜的光轴的偏差角。

可选地，若所述物镜被拆卸，所述第一待测物为放置在载物台的待测样品，所述第一探测器具体用于采集经所述管镜透射后的第一信号光形成第三靶标图像；

所述光学装置还包括处理模块，所述处理模块与所述第一探测器连接，用于根据所述第一靶标图像和所述第三靶标图像的位置偏差获得所述待测样品的表面与所述管镜的光轴的垂直度偏差。

可选地，光学装置还包括：第一分束器，所述第一分束器用于使第一光线反射并使所述第一信号光和所述第二信号光透射，或所述第一分束器用于使第一光线透射并使所述第一信号光和所述第二信号光反射；所述第一分束器位于所述管镜与所述第一探测器之间的光路上；

所述管镜和所述第一分束器用于使所述靶标与所述第一探测器的光敏面共轭；所述靶标和所述第一探测器分别位于所述管镜在所述第一分束器反射方向和透射方向的焦面上。

可选地，所述装置还包括：第二光源部件，所述第二光源部件提供照射所述第二待测物的所述第二光线。

可选地，光学装置还包括：第二分束器、参考反射镜和第二探测器；

其中，所述第二分束器用于对所述第二光源部件产生的光线进行分光，形成参考光和所述第二光线；

参考反射镜，用于使所述参考光反射至与所述第二信号光干涉形成干涉光；

所述第二探测器，用于采集所述干涉光以形成干涉信号。

可选地，在所述光学装置中，所述第二探测器与所述发光组件可相互更换。

可选地，光学装置还包括：位于所述参考反射镜与所述第二分束器之间的快门。

可选地，所述第一光源部件从光路中可拆卸，所述靶标从光路中可拆卸。

本申请第二方面提供一种检测方法，所述方法应用于第一方面提供的任意一种光学装置，所述方法包括：

将发光组件预先安装于光学装置，并将物镜自光学装置的光路中拆卸，在光路中设置第一待测物；

打开第一光源部件，使所述第一光线经所述管镜入射至第一待测物，所述第一光线接触第一待测物后形成第一信号光并入射至所述管镜；

使所述第一探测器采集经过所述管镜的第一信号光，并根据所述第一信号光形成所述靶标的靶标图像。

可选地，所述第一待测物为反射元件；所述根据所述第一信号光形成所述靶标的靶标图像，具体包括：

根据所述第一信号光形成所述靶标的第一靶标图像；所述第一靶标图像为清晰度大于或等于预设值或清晰度最大化的靶标图像；

所述方法还包括：

将反射元件设置到物镜的安装面上；使所述第一探测器采集经过所述管镜的第一信号光形成所述靶标的第二靶标图像；

根据所述第一靶标图像和所述第二靶标图像的位置偏差获得所述物镜的光轴与所述管镜的光轴的偏差角。

可选地，所述第一待测物为待测样品；所述根据所述第一信号光形成所述靶标的靶标图像，具体包括：

根据所述第一信号光形成所述靶标的第三靶标图像；

所述方法还包括：

获取反射元件作为第一待测物时，第一探测器采集经所述管镜透射后的第一信号光形成的第一靶标图像；所述第一靶标图像为清晰度大于或等于预设值或清晰度最大化的靶标图像；

根据所述第一靶标图像和所述第三靶标图像的位置偏差获得所述待测样品的表面与所述管镜的光轴的垂直度偏差。

管镜和靶标之间具有沿第一光线的中心轴方向的相对距离，所述管镜光轴和第一光线中心轴之间具有相对夹角；

所述方法还包括：

根据靶标图像调节所述相对距离和/或相对夹角，使靶标图像的清晰度大于或等于预设值，或所述靶标图像的清晰度最大化，以获取第一靶标图像。

可选地，检测方法还包括：

在光学装置的光路中装设物镜，并将所述靶标从光路中拆除；

以所述待测样品作为第二待测物，通过所述第一探测器采集所述第二信号光形成所述第二待测物对应的检测图像。

可选地，检测方法还包括：根据所述检测图像获取所述待测样品表面的缺陷信息或所述待测样品的尺寸。

可选地，所述根据所述第一靶标图像和所述第三靶标图像的位置偏差获得所述待测样品的表面与所述管镜的光轴的垂直度偏差，包括：

获取所述第一靶标图像中靶标的中心位置L1，并获取所述第三靶标图像中靶标的中心位置L2；

通过以下公式计算所述待测样品的表面与所述管镜的光轴的垂直度偏差α：

D＝F*tan(2α)

公式中，F为管镜的焦距，D为中心位置L1与中心位置L2的距离。

可选地，所述发光装置包括第二光源部件、第二分束器、参考反射镜和第二探测器；检测方法还包括：

以所述待测样品作为第二待测物；将所述发光组件更换为第二探测器；使第二分束器对所述第二光源部件产生的光线进行分光，形成参考光和所述第二光线；使所述参考光反射至与所述第二信号光干涉形成干涉光；通过所述第二探测器采集所述干涉光以形成干涉信号；根据所述干涉信号获取待测样品表面的高度信息。

可选地，所述检测方法还包括：根据所述高度信息获取所述物镜与所述待测样品之间的离焦量；根据所述离焦量，调节所述物镜与所述待测样品之间的距离，以减小所述离焦量。

本申请所提供的光学装置通过发光组件的设置，既配置形成准直光路又具备检测光路，共用管镜和第一探测器等部分光学元件形成的光路，这样光学装置结构紧凑，无需占据很多空间，使用成本比较低。对于现有仅具有获取图像的光学装置而言，可以在显微系统中只增加发光组件就能兼顾准直与检测功能，解决现有显微系统中准直测量难的技术问题。实现对于光学装置内部的准直测量以及识别光学装置与待测样品的角度偏差，并且不影响光学装置以较为紧凑的结构实现其固有的功能。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种光学装置的元件组成示意图；

图2为本申请实施例提供的一种光学装置的结构示意图；

图3A为本申请实施例提供的另一种光学装置的结构示意图；

图3B为本申请实施例提供的又一种光学装置的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种检测方法的流程图。

具体实施方式

结合前文描述的技术问题，本申请实施例提供了一种在光学装置原有的结构中加入发光组件便实现准直与检测功能的技术方案。发光组件的加入相比于现有技术自准直仪，功能一致但是具体准直功能的实现基本是依赖于原有的结构，仅仅添加发光组件，对于结构空间的占用负担小，有益于实现紧凑的光机结构。因发光组件的存在，使光学装置兼顾了准直与检测的双重功能。

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步的详细说明。

本申请实施例提供的一种光学装置，其主要结构包括:第一探测器、管镜、物镜和发光组件。其中，第一探测器的主要功能是将接收到的信号光进行光电转换，光从管镜汇入第一探测器。作为示例，第一探测器可以是电荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)。管镜和物镜则作为光学装置中光路上设置的透镜元件，光可以从管镜的一个端面射入，另一个端面射出；类似地，光可以从物镜的一端个端面射入，另一端面射出。物镜位置更加靠近待测物，管镜位置更加靠近第一探测器。

在本申请实施例中，光学装置中的发光组件包括第一光源部件和靶标。光源部件不限于LED点光源，也可以是其他类型的光源。其中第一光源部件，顾名思义，是能够作为光源提供照明亮度的部件。靶标则在整个光学装置中作为一个定位参照物，基于对靶标的成像，可以用来实现光学装置的自准直、元件间距调整，并测量装置中管镜光轴与待测物表面的垂直度偏差。

下面具体介绍装置中各元件的功能：

所述第一光源部件用于发出照射所述靶标的第一光线；

所述管镜用于对所述第一光线进行准直，经过所述管镜准直后的第一光线接触第一待测物后形成第一信号光；

所述物镜和管镜用于采集第二信号光，并根据所述第二信号光将第二待测物表面成像至所述第一探测器；其中，所述第二信号光为第二光线接触第二待测物后形成的信号光；

所述第一探测器用于采集所述第一信号光，并根据第一信号光形成所述靶标的靶标图像；所述第一探测器还用于采集所述第二信号光形成所述第二待测物对应的检测图像。

对于上述介绍的光学装置，其中第一光线、第一信号光隶属于准直光路，目标是通过光的传输实现对装置本身的准直效果的测量或者实现对装置光轴与第一待测物的相对角度偏差(例如垂直度偏差)的测量；第二光线、第二信号光则隶属于检测光路，目标是通过光的传输实现对第二待测物的检测。靶标以及第一光源部件主要服务于准直光路。

本申请实施例中，根据实际所在光路及功能，本申请技术方案中，第一待测物可以有多种形式进行替换。例如第一待测物可以是反射元件(如平面反射镜等)，此外，若为了测量装置光轴与第一待测物的相对角度偏差，则第一待测物也可以是晶圆等待测样品。

对于本申请实施例中提供的光学装置，其中第二待测物作为需要进行检测和/或测量的物体，其类型可以视检测和/或测量的具体需求而定。作为示例，第二待测物可以是晶圆。因此，在具体实现时，第一待测物和第二待测物可以是同一类型的待测样品或者相同的待测样品。

图1为本申请实施例提供的一种光学装置的元件组成示意图。在图1中展示了光学装置的基本构成，包括第一探测器1、发光组件所包含的第一光源部件4及靶标5、管镜2和物镜11。在本申请技术方案中，物镜11是可拆卸的，第一光源部件4以及靶标5也是可以拆卸的。根据光学装置的具体工作需求，可以对上述可拆卸部件进行拆卸或者装设。

为了便于更加清晰地理解光学装置进行准直测量以及检测有关的工作方式、工作原理，下面结合附图和实施例介绍光学装置中各个元件在光路中的工作。

本申请实施例提供的技术方案中，第一光源部件4发出的第一光线照射靶标5后进入管镜2。也就是第一光源部件4、靶标5和管镜2位于同一光路上。在本申请实施例提供的光学装置中，靶标5与所述管镜2被配置为可沿着所述第一光线的中心轴相对移动；和/或，所述管镜2被配置为自身光轴和所述第一光线的中心轴之间的相对夹角可调。

图2为本申请实施例提供的一种光学装置的结构示意图。在图2所示的光学装置中除了第一光源部件4、靶标5、管镜2、第一探测器1，还配置有第一分束器6，用于调整光的走向。第一分束器6具有对光线的反射和透射功能。如图2所示，从第一光源部件4发出的第一光线照射靶标5并从靶标5中透射至第一分束器6，由第一分束器6将第一光线反射向第一探测器1所在方向的反方向。管镜2位于第一探测器1和第一分束器6之间。

第一光线从第一分束器6反射后，射入图2中作为第一待测物的反射元件上，反射元件返回第一信号光。第一信号光先后透过第一分束器6和管镜2到达第一探测器1。在理想状况下，管镜2的光轴与第一探测器1的光轴重合。此处第一探测器1的光轴又可以理解为第一探测器1的光敏面的法线。实际应用中，在最开始装设该光学装置时，可能并不能达到以上重合效果，为此有必要对管镜进行调整。前文提到，靶标5与所述管镜2被配置为可沿着所述第一光线的中心轴相对移动；和/或，所述管镜2被配置为自身光轴和所述第一光线的中心轴之间的相对夹角可调。此处，第一光线的中心轴具体指的是，被第一分束器6反射的第一光线的中心轴。通过以上对于管镜2和靶标5之间相对移动和/或对管镜2的光轴与第一光线中心轴的相对夹角的调整，可以调整靶标图像的清晰度。

可以理解的是，在调整第一探测器形成的靶标图像的期间，也实现了对于管镜2的光轴与第一探测器1光轴的准直调整，还可以检测靶标2是否与管镜2的焦点重合。通过以上调整动作的执行，可以提升靶标图像的参照意义，从而提示对光路中元件准直度的测量和调整的准确性，以及提升后续待测样品与管镜2光轴垂直度偏差的测量的准确性。

管镜2和第一分束器6用于使靶标5和第一探测器1的光敏面共轭。靶标5和第一探测器1分别位于管镜2在第一分束器6的反射方向和透射方向的焦平面上，进而实现准确、清晰的成像。

在上述调整管镜2或者调整管镜2及靶标5的阶段，作为第一待测物的反射元件只需要放置在管镜2以下即可，此时物镜11是被拆卸掉的。在示例实现方式中，反射元件可以放置在载物台上、放置在物镜11的安装面上，或者放置在物镜11的安装面与载物台之间。

可以理解的是，通过令靶标5与所述管镜2沿着所述第一光线的中心轴相对移动，靶标图像的清晰度会发生改变。类似地，管镜2的光轴和所述第一光线的中心轴之间的相对夹角进行调节，也会使靶标图像的清晰度发生改变。上述调整动作可以人为手动进行，也可以通过电控上述元件的方式，带动元件移动从而达到调整目的。实际应用中，可以调整所述靶标图像的清晰度大于或等于预设值，或使所述靶标图像的清晰度最大化，从而达到预期的清晰度。上述预设值可以是关于清晰度的评价指标的量化值，可结合实际对于清晰度的需求进行设定，此处不做具体的数值限定。

在管镜调整完毕后，可以通过以上描述结构的光学装置，由第一探测器1基于所接收的第一信号光形成靶标图像，为了便于区分，此处将管镜2光轴与第一探测器1光轴对齐条件下获得的清晰度满足要求的靶标图像定义为第一靶标图像，作为后续的参照图像。例如，清晰度大于或等于预设值或清晰度最大化的靶标图像作为第一靶标图像。

在整个光学装置中，有必要在实际检测之前进行多个光学元件的光轴偏差角的测量，从而进行调整实现自准直。实际应用中，可以在光路中物镜11拆卸掉的情况下，将反射元件作为第一待测物放置到物镜11的安装面上。由于反射元件位于物镜11的安装面，因此，反射元件的法线即与物镜的光轴平行。第一探测器1此时采集的第一信号光形成的靶标图像，被称为第二靶标图像。

光学装置中或者独立于光学装置之外可以配置与第一探测器1相连接的处理模块。通过该处理模块对第一靶标图像和第二靶标图像进行分析。可以理解的是，靶标具有中心位置，这一中心位置在靶标图像中也有体现。例如靶标是十字形的图形。因此，十字的中心即表示靶标的中心。处理模块可以根据第一靶标图像和第二靶标图像分别获得两个图像中靶标中心位置。通过该位置的距离差换算得到物镜11的光轴与管镜2的光轴的偏差角度。该偏差角度可以作为调整物镜的参照值。通过调整物镜可以在检测待测样品之前实现光学装置的自准直。

此外，在物镜11被拆卸的条件下，测量待测样品的表面与管镜2的光轴的垂直度偏差。在此阶段将反射元件移除光路，替换将待测样品作为第一待测物放置到载物台上。上述待测样品的表面与管镜2的光轴不垂直，一方面可能是因为待测样品本身形态导致的，例如存在翘曲、表面起伏或者工艺瑕疵，另一方面可能是载物台本身倾斜导致的。申请中，当待测样品作为第一待测物，第一光线从第一分束器6反射到待测样品的表面，由待测样品表面返回第一信号光至第一分束器6。为了实现对于上述垂直度偏差的测量，获得基于此结构的光学装置中第一探测器1根据采集的第一信号光形成的靶标图像(称为第三靶标图像)。处理模块可根据所述第一靶标图像和所述第三靶标图像的位置偏差获得所述待测样品的表面与所述管镜的光轴的垂直度偏差。获取所述第一靶标图像中靶标的中心位置L1，并获取所述第三靶标图像中靶标的中心位置L2；通过以下公式计算所述待测样品的表面与所述管镜的光轴的垂直度偏差α：

D＝F*tan(2α)

公式中，F为管镜的焦距，D为中心位置L1与中心位置L2的距离。

通过以上步骤获取的各靶标图像实现了对于管镜的调节、对于物镜与管镜光轴的偏差角度的测量，以及对于待测样品表面与管镜光轴的垂直度偏差的测量。针对测量结果可以对元件进行与预期匹配的效果的调整。

作为光学装置固有的功能，其能够对待测样品进行检测，例如缺陷检测、表面瑕疵检测、曲率检测、尺寸检测等。在本申请实施例中将与检测有关的光路称为检测光路。可以在载物台放置第二待测物，将物镜11安装在光路上，并拆卸靶标5。此时的第一光源部件4可拆卸也可以不拆卸。第二光线是照射第二待测物的光线，经过第二待测物反射为第二信号光，经过物镜11、第一分束器6以及管镜2到达第一探测器1。由第一探测器1收集第二信号光形成该第二待测物的检测图像。需要说明的是，第二待测物可以与第一待测物为同一待测样品，还可以是不同的其他待测样品。第二光线可以是由第一光源部件发出，也可以是其他光源发出。例如在光学装置中还设置第二光源部件10，由第二光源部件10提供照射所述第二待测物的所述第二光线。

在此架构下，第一分束器6用于使第一光线反射并使所述第一信号光和所述第二信号光透射。在其他的实现方式中，第一分束器还可以用于使第一光线透射并使所述第一信号光和所述第二信号光反射，只需要调整分束器的透射反射面的方位即可。

检测光路可以涉及第一探测器1，还可以涉及另一探测器，下文称第二探测器，用来探测得到干涉信号。图3A和图3B为本申请实施例提供的另外两种光学装置结构示意图。两幅图的区别在于，图3A的发光组件在图3B中被替换为第二探测器9。如图3B所示的光学装置还包括有第二分束器3、参考反射镜7和第二探测器9。如图所示，第二分束器3位于物镜11与第一分束器6之间。第二光源部件10发出的光进入第二分束器3，由第二分束器3分为参考光和第二光线。其中参考光从第二分束器3透射，到达参考反射镜7；第二光线则由第二分束器3反射，通过物镜到达第二待测物，以第二信号光的形式从第二待测物反射回物镜到达第二分束器3，第二分束器3向着第一分束器6、管镜2、第一探测器1的方向透射该第二信号光。前面提到，参考反射镜7会接收到参考光，参考反射镜7使参考光反射，反射的参考光与第二信号光相互干涉，形成干涉光。发光组件的位置替换成第二探测器9，由其在原本发光组件的位置上，采集干涉光形成干涉信号。需要说明的是，由于第二探测器9的位置设置，其收集干涉光也要借助到第一分束器6的反射功能。为了收集干涉光，需将第一光源部件4与靶标5从光路中拆卸。

本申请实施例中，干涉信号可以用来获取第二待测物(待测样品)表面的高度信息。此操作可以由处理模块来执行。并且可以根据高度信息获取物镜11与待测样品之间的离焦量。如果物镜11与待测样品之间的离焦量较大，显然不利于得到该待测样品清晰、准确有检测价值的检测图像。可以在获得离焦量后，基于该离焦量调节物镜与待测样品之间的距离，减少离焦量，从而获得更加清晰、准确且有检测价值的该待测样品对应的检测图像。

如图3A和图3B所示，在光路中还可以设置参考反射镜7与第二分束器3之间的快门8。通过第二探测器9采集干涉信号后，可以关闭快门8，以切断第二分束器3与参考反射镜7之间的光路，避免光路中继续存在干涉光。接着可以在关闭快门8后，通过第一探测器1获取第二待测物的检测图像。检测图像可以用于获取待测样品表面的缺陷信息或待测样品的尺寸，实现对于待测样品质量的高精度测量。

本申请实施例还提供一种检测方法，所述方法应用于前文介绍的光学装置。图4为一种检测方法的流程图。如图4所示，该检测方法包括：

S401：将发光组件预先安装于光学装置，并将物镜自光学装置的光路中拆卸，在光路中设置第一待测物；

S402：打开第一光源部件，使所述第一光线经所述管镜入射至第一待测物，所述第一光线接触第一待测物后形成第一信号光并入射至所述管镜。

当第一探测器对第一光源部件清晰成像时说明靶标中心在管镜后焦点。

S403：使所述第一探测器采集经过所述管镜的第一信号光，并根据所述第一信号光形成所述靶标的靶标图像。

需要说明的是，基于不同的检测或的测量需求，可能设置不同的第一待测物。例如为了实现自准直，可以设置反射元件作为第一待测物，为了实现样品与光学装置光轴的垂直度偏差，可设置待测样品作为第一待测物。基于此，靶标图像也可以呈现不同的效果。本申请实施例中通过光学装置中加装发光组件，实现对于光学装置内部的准直测量以及识别光学装置与待测样品的角度偏差，并且不影响光学装置以较为紧凑的结构实现其固有的功能。

为了加以区别，如果第一待测物为反射元件，如上文介绍的装置实施例的描述，可以(1)获得调整管镜或者调整管镜及靶标后形成的清晰的第一靶标图像，也可以(2)获得用于对物镜进行准直测量的第二靶标图像。如果第一待测物为待测样品，则可以(3)通过第一探测器获得用于测量待测样品与管镜光轴垂直度偏差的第三靶标图像。

其中实现清晰靶标图像的方式已经在装置实施例部分进行过介绍，可以根据靶标图像调节所述相对距离和/或相对夹角，使靶标图像的清晰度大于或等于预设值，或所述靶标图像的清晰度最大化，以获取第一靶标图像。此处不再赘述。

若S403完成了情况(1)形成的靶标图像，则该方法还包括：

将反射元件设置到物镜的安装面上；使所述第一探测器采集经过所述管镜的第一信号光形成所述靶标的第二靶标图像；

根据所述第一靶标图像和所述第二靶标图像的位置偏差获得所述物镜的光轴与所述管镜的光轴的偏差角。

通过以上步骤实现对物镜光轴与管镜光轴偏差角的获取。有益于实现光学装置的自准直。

目的是实现(2)，实现对物镜光轴与管镜光轴的偏差角的测量。

若S403完成了情况(3)形成的靶标图像，则该检测方法还可以包括：

获取反射元件作为第一待测物时，第一探测器采集经所述管镜透射后的第一信号光形成第一靶标图像；

根据所述第一靶标图像和所述第三靶标图像的位置偏差获得所述待测样品的表面与所述管镜的光轴的垂直度偏差。

目的是实现(3)，获取垂直度偏差。

本步骤具体可以通过如下方式及公式实现：

获取所述第一靶标图像中靶标的中心位置L1，并获取所述第三靶标图像中靶标的中心位置L2；

通过以下公式计算所述待测样品的表面与所述管镜的光轴的垂直度偏差α：

D＝F*tan(2α)

公式中，F为管镜的焦距，D为中心位置L1与中心位置L2的距离。

通过以上步骤实现对于垂直偏差度的测量。

可选地，为了实现光学装置固有的检测功能，检测方法还可以进一步包括：

在光学装置的光路中装设物镜，并将所述靶标从光路中拆除。

以所述待测样品作为第二待测物，通过所述第一探测器采集所述第二信号光形成所述第二待测物对应的检测图像。

根据所述检测图像获取所述待测样品表面的缺陷信息或所述待测样品的尺寸。

若如图3A和图3B所示，所述发光装置包括第二光源部件、第二分束器、参考反射镜和第二探测器；则检测方法还可以进一步地包括：

以所述待测样品作为第二待测物；将所述发光组件更换为第二探测器；使第二分束器对所述第二光源部件产生的光线进行分光，形成参考光和所述第二光线；使所述参考光反射至与所述第二信号光干涉形成干涉光；通过所述第二探测器采集所述干涉光以形成干涉信号；根据所述干涉信号获取待测样品表面的高度信息。

根据所述高度信息获取所述物镜与所述待测样品之间的离焦量；根据所述离焦量，调节所述物镜与所述待测样品之间的距离，以减小所述离焦量。

在本申请实施例提供的检测方法中，通过高度信息的获取和离焦量的获取，有益于获取更加清晰的检测图像，实现对待测样品更加准确、高精度的检测。以上调节离焦量的过程，可以在获取检测图像之前进行。

Claims (20)

1.一种光学装置，其特征在于，包括:第一探测器、管镜、物镜和发光组件，所述发光组件包括第一光源部件和靶标；

所述第一光源部件用于发出照射所述靶标的第一光线；

所述管镜用于对所述第一光线进行准直，经过所述管镜准直后的第一光线接触第一待测物后形成第一信号光；

所述物镜和管镜用于采集第二信号光，并根据所述第二信号光将第二待测物表面成像至所述第一探测器；其中，所述第二信号光为第二光线接触第二待测物后形成的信号光；

所述第一探测器用于采集所述第一信号光，并根据第一信号光形成所述靶标的靶标图像；所述第一探测器还用于采集所述第二信号光形成所述第二待测物对应的检测图像。

2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述靶标与所述管镜被配置为可沿着所述第一光线的中心轴相对移动；和/或，所述管镜被配置为自身光轴和所述第一光线的中心轴之间的相对夹角可调；

所述靶标与所述管镜之间的相对移动和/或所述相对夹角的调整，用于调整所述靶标图像的清晰度。

3.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述靶标与所述管镜之间的相对移动和/或所述相对夹角的调整，具体用于调整所述靶标图像的清晰度大于或等于预设值，或使所述靶标图像的清晰度最大化。

4.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，所述物镜可拆卸，所述第一待测物可替换；

若所述物镜被拆卸，所述第一待测物为放置于管镜下方的反射元件，所述第一探测器具体用于采集第一信号光并形成所述靶标的第一靶标图像；所述第一靶标图像为清晰度大于或等于预设值或清晰度最大化的靶标图像。

5.如权利要求4所述的光学装置，其特征在于，若所述物镜被拆卸，所述第一待测物为放置于所述物镜的安装面上的反射元件，所述第一探测器具体用于采集第一信号光并形成所述靶标的第二靶标图像；

所述光学装置还包括处理模块，所述处理模块与所述第一探测器连接，用于根据所述第一靶标图像和所述第二靶标图像的位置偏差获得所述物镜的光轴与所述管镜的光轴的偏差角。

6.如权利要求4所述的光学装置，其特征在于，

若所述物镜被拆卸，所述第一待测物为放置在载物台的待测样品，所述第一探测器具体用于采集经所述管镜透射后的第一信号光形成第三靶标图像；

所述光学装置还包括处理模块，所述处理模块与所述第一探测器连接，用于根据所述第一靶标图像和所述第三靶标图像的位置偏差获得所述待测样品的表面与所述管镜的光轴的垂直度偏差。

7.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，还包括：第一分束器，所述第一分束器用于使第一光线反射并使所述第一信号光和所述第二信号光透射，或所述第一分束器用于使第一光线透射并使所述第一信号光和所述第二信号光反射；所述第一分束器位于所述管镜与所述第一探测器之间的光路上；

所述管镜和所述第一分束器用于使所述靶标与所述第一探测器的光敏面共轭；所述靶标和所述第一探测器分别位于所述管镜在所述第一分束器反射方向和透射方向的焦面上。

8.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述装置还包括：第二光源部件，所述第二光源部件提供照射所述第二待测物的所述第二光线。

9.如权利要求2所述的光学装置，其特征在于，还包括：第二分束器、参考反射镜和第二探测器；

其中，所述第二分束器用于对所述第二光源部件产生的光线进行分光，形成参考光和所述第二光线；

参考反射镜，用于使所述参考光反射至与所述第二信号光干涉形成干涉光；

所述第二探测器，用于采集所述干涉光以形成干涉信号。

10.如权利要求9所述的光学装置，其特征在于，在所述光学装置中，所述第二探测器与所述发光组件可相互更换。

11.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于，所述第一光源部件从光路中可拆卸，所述靶标从光路中可拆卸。

12.一种检测方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1至11任一项所述的光学装置，所述方法包括：

将发光组件预先安装于光学装置，并将物镜自光学装置的光路中拆卸，在光路中设置第一待测物；

打开第一光源部件，使所述第一光线经所述管镜入射至第一待测物，所述第一光线接触第一待测物后形成第一信号光并入射至所述管镜；

使所述第一探测器采集经过所述管镜的第一信号光，并根据所述第一信号光形成所述靶标的靶标图像。

13.如权利要求12所述的检测方法，其特征在于，所述第一待测物为反射元件；所述根据所述第一信号光形成所述靶标的靶标图像，具体包括：

根据所述第一信号光形成所述靶标的第一靶标图像；所述第一靶标图像为清晰度大于或等于预设值或清晰度最大化的靶标图像；

所述方法还包括：

将反射元件设置到物镜的安装面上；使所述第一探测器采集经过所述管镜的第一信号光形成所述靶标的第二靶标图像；

根据所述第一靶标图像和所述第二靶标图像的位置偏差获得所述物镜的光轴与所述管镜的光轴的偏差角。

14.如权利要求12所述的检测方法，其特征在于，所述第一待测物为待测样品；所述根据所述第一信号光形成所述靶标的靶标图像，具体包括：

根据所述第一信号光形成所述靶标的第三靶标图像；

所述方法还包括：

获取反射元件作为第一待测物时，第一探测器采集经所述管镜透射后的第一信号光形成的第一靶标图像；所述第一靶标图像为清晰度大于或等于预设值或清晰度最大化的靶标图像；

根据所述第一靶标图像和所述第三靶标图像的位置偏差获得所述待测样品的表面与所述管镜的光轴的垂直度偏差。

15.如权利要求12-14任一项所述的检测方法，其特征在于，管镜和靶标之间具有沿第一光线的中心轴方向的相对距离，所述管镜光轴和第一光线中心轴之间具有相对夹角；

所述方法还包括：

根据靶标图像调节所述相对距离和/或相对夹角，使靶标图像的清晰度大于或等于预设值，或所述靶标图像的清晰度最大化，以获取第一靶标图像。

16.如权利要求14所述的检测方法，其特征在于，还包括：

在光学装置的光路中装设物镜，并将所述靶标从光路中拆除；

以所述待测样品作为第二待测物，通过所述第一探测器采集所述第二信号光形成所述第二待测物对应的检测图像。

17.如权利要求16所述的检测方法，其特征在于，还包括：根据所述检测图像获取所述待测样品表面的缺陷信息或所述待测样品的尺寸。

18.如权利要求14所述的检测方法，其特征在于，所述根据所述第一靶标图像和所述第三靶标图像的位置偏差获得所述待测样品的表面与所述管镜的光轴的垂直度偏差，包括：

获取所述第一靶标图像中靶标的中心位置L1，并获取所述第三靶标图像中靶标的中心位置L2；

通过以下公式计算所述待测样品的表面与所述管镜的光轴的垂直度偏差α：

D＝F*tan(2α)

公式中，F为管镜的焦距，D为中心位置L1与中心位置L2的距离。

19.如权利要求14所述的检测方法，其特征在于，所述发光装置包括第二光源部件、第二分束器、参考反射镜和第二探测器；所述方法还包括：

以所述待测样品作为第二待测物；将所述发光组件更换为第二探测器；使第二分束器对所述第二光源部件产生的光线进行分光，形成参考光和所述第二光线；使所述参考光反射至与所述第二信号光干涉形成干涉光；通过所述第二探测器采集所述干涉光以形成干涉信号；根据所述干涉信号获取待测样品表面的高度信息。

20.如权利要求19所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法还包括：根据所述高度信息获取所述物镜与所述待测样品之间的离焦量；根据所述离焦量，调节所述物镜与所述待测样品之间的距离，以减小所述离焦量。