CN211060042U - 光学波片机构及光学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光学波片机构及光学装置，所述光学波片机构包括包括转轴和连接于所述转轴的波片轮，所述波片轮被配置为绕所述转轴延伸方向旋转，所述波片轮设有用于安装光学波片的承载部，多个所述承载部围绕所述转轴分布，各所述承载部分别沿垂直于所述转轴延伸方向自转轴向远离转轴的方向延伸；各所述承载部分别设置有波片孔位，各所述光学波片分别设于相应的所述波片孔位。该光学波片机构可有效减小光源的体积，从而减小光学检测仪器的体积。

Description

光学波片机构及光学装置

技术领域

本实用新型涉及半导体检测设备技术领域，尤其是在晶圆生产、检测过程中用于对检测光束进行处理的光学波片机构。本实用新型还涉及设有所述光学波片机构的光学装置。

背景技术

光学检测具有高灵敏性、高精度以及非接触等特点，光学检测在半导体工艺检测行业占有越来越重要的地位。

光学检测中采用光源照射在待测对象(如晶圆)并生成检测信号，再利用探测器探测其检测信号，并生成检测图像信息。根据待测对象表面差异，光源需要提供不同的检测光束，现有技术中，一般采用一滤光轮或偏振轮对光源出射的检测光束进行处理。

如图1所示的一种空间用多棱台滤光轮机构1′其用于安装滤光镜片2′主体部分呈内部中空的多边形扩口形状，具有多个侧壁，每一个侧壁上分别安装一种滤光镜片2′，使用时，其机身倾斜一定角度，以便入射光能够从倾斜的开口照射到位于最下方被选择的滤光镜片2′。

这种滤光轮机构的滤光镜片2′布置在远离旋转中心的位置，而且机身必须倾斜布置才能让出光学通路，导致周向和纵向方向上的尺寸过大，会增加光源的体积，导致光学检测仪器的体积太大。

图2所示的是一种环形滤光片轮，主要由滤光片3′、光片轮盘4′、主支撑结构5′、顶部法兰6′、驱动机构7′等单元组成，其中滤光片单元将光学系统分为八个成像探测通道，分别为红光、绿光、蓝光、近红外、全色、0°偏振光、45°偏振光和90°偏振光通道，由于具有多个滤光通道，因此可同时分别对不同区域进行探测，可快速旋转，经旋转一周之后，每一个目标区域可分别完成多光谱和偏振探测。

但是，这种滤光片轮的径向尺寸较大，仅适用于大口径、长焦距环形视场光学系统，受尺寸和旋转方式的限制，应用范围较为有限。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光学波片机构。该光学波片机构可有效减小光源的体积，从而减小光学检测仪器的体积。

本实用新型的另一目的是提供一种设有所述光学波片机构的光学装置。

为实现上述目的，本实用新型提供一种光学波片机构，包括转轴和连接于所述转轴的波片轮，所述波片轮被配置为绕所述转轴延伸方向旋转，所述波片轮设有用于安装光学波片的承载部，多个所述承载部围绕所述转轴分布，各所述承载部分别沿垂直于所述转轴延伸方向自转轴向远离转轴的方向延伸；各所述承载部分别设置有波片孔位，各所述光学波片分别设于相应的所述波片孔位。

优选地，多个所述承载部以所述转轴为中心呈环形阵列式均匀分布。

优选地，所述承载部呈扁平的板状结构，其板体平行于所述波片轮的中心轴线。

优选地，所述波片轮设有小于或等于四个所述承载部，相邻两个承载部的延伸方向之间的夹角大于或等于90度。

优选地，所述光学波片通过波片转接件安装于所述波片孔位；所述波片转接件呈能够嵌入所述波片孔位的环形，其外周面设有定位凹槽，所述定位凹槽的至少一个侧面为斜面；所述承载部的外侧设有贯通至所述波片孔位的定位孔，所述定位孔内设有定位螺钉，所述定位螺钉包括朝向所述转接件的前端，所述定位螺钉被配置为通过前端与所述定位凹槽的斜面压紧固定所述波片转接件。

优选地，所述定位螺钉的前端设有倒角并通过所述倒角与所述定位凹槽的斜面压紧接触，以固定所述波片转接件。

优选地，形成所述倒角的平面被配置为平行于所述定位凹槽的斜面.

优选地，所述定位螺钉还包括与所述前端相对的后端，所述后端具有安装孔，所述安装孔用于容纳部分安装工具。

优选地，所述波片转接件的内部设有台阶部位；所述光学波片的一侧通过周边部位支承于所述台阶部位，另一侧的周边部位通过波片压环压紧，或者，所述光学波片通过粘接剂粘接于所述台阶部位。

优选地，所述波片转接件的环面上设有用于调节波片方向的工艺孔。

优选地，其中一个所述承载部上的波片孔位为不设置光学波片的空位。

优选地，所述光学波片包括偏振片、滤光片或者衰减片中的至少一种。

优选地，还包括电机，所述电机与转轴传动连接，以驱动所述波片轮绕转轴延伸方向旋转，使得所述波片轮上被选择的光学波片位于光路中。

为实现上述另一目的，本实用新型提供一种光学装置，包括：

光源，用于向样品发射第一光束，所述第一光束经所述样品之后形成第二光束；

上述任一项所述的光学波片机构，所述第一光束经所述光学波片机构之后入射至所述样品，或者，所述第二光束入射至所述光学波片机构。

优选地，所述光学波片机构用于使所述第一光束垂直入射至光学波片表面，或所述光学波片机构用于使所述第二光束垂直入射至光学波片表面。

本实用新型所提供的光学波片机构的波片轮上设有多个承载部，各承载部沿垂直于转轴延伸方向自转轴向远离转轴的方向延伸，光学波片安装在承载部上与之对应的波片孔位中。，这种排列方式结构紧凑，可以大幅减小该机构在与中心轴线垂直的平面内的面积，进而最大限度地减小整个光学波片机构的体积，使其能够更好地满足各种使用要求。

本实用新型还提供一种光学装置，由于所述光学波片机构具有上述技术效果，则设有该光学波片机构的光学装置也应具有相应的技术效果。

附图说明

图1为一种空间用多棱台滤光轮机构的结构示意图；

图2为一种环形滤光片轮的结构示意图；

图3为本实用新型实施例公开的一种光学波片机构的结构示意图；

图4为图3所示光学波片机构的局部剖视图；

图5为图4中A处剖切面的局部放大图；

图6为本实用新型实施例公开的一种光学装置的结构示意图。

图1、图2中：

多棱台滤光轮机构1′ 滤光镜片2′ 滤光片3′ 光片轮盘4′ 主支撑结构5′顶部法兰6′ 驱动机构7′

图3至图6中：

1.波片轮 2.光学波片 3.承载部 4.波片孔位 5.电机 6.波片转接件 7.压环 8.定位凹槽 9.螺钉 10.工艺孔 11.光源 12.光学波片机构 13.光学元件14.待测物

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

在本文中，“上、下、左、右”等用语是基于附图所示的位置关系而确立的，根据附图的不同，相应的位置关系也有可能随之发生变化，因此，并不能将其理解为对保护范围的绝对限定；而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

请参考图3，图3为本实用新型实施例公开的一种光学波片机构的结构示意图。

如图所示，在一种实施例中，所提供的光学波片机构主要由转轴(由于遮挡图中未示出)和连接于转轴的波片轮1等部件组成，用于通过其上所设置的光学波片2改变检测光束的光学性能，以便对晶圆等待测对象进行检测。

波片轮1设有用于安装光学波片2的承载部3，多个承载部3围绕转轴分布，各承载部3分别分别沿垂直于转轴延伸方向自转轴向远离转轴的方向延伸，而且，多个承载部3以波片轮1的轴线为中心呈环形阵列式均匀分布，每一个承载部3分别设置有波片孔位4，波片孔位4的中心轴线在空间上与波片轮1的中心轴线交错垂直，多个不同的光学波片2分别设置在与之相对应的波片孔位4中。

本实施例中，波片轮1设有四个承载部3，四个承载部3上所设置的四个光学波片2处于两个相互垂直的方向上，承载部3大体呈扁平的板状结构，其板体平行于波片轮1的中心轴线，各承载部3分别沿径向方向从波片轮1的轴线中心向外延伸，从端面方向进行观察时，大体呈径向辐射的分布状态。

光学波片2可以是偏振片、滤光片或者衰减片中的至少一种，本实施例中，其中一个承载部3上的波片孔位4为不设置偏振片的空位，其他三个偏振片分别为两个λ/2波片(方向不同)+λ/2波片；在其他实施例中，承载部3上也可以设置滤光片或者衰减片等其他光学波片，例如，光学波片2可以为具有不同衰减率的衰减片或不同滤波片及偏振片的组合。

进一步地，还设有电机5，电机5与转轴传动连接，以驱动波片轮1绕其中心轴线旋转，电机5通过电机固定件固定在系统中，切换过程中，通过控制电机5转动，每90°切换一个孔位，可以使得波片轮1上被选择的光学波片2位于光路中。

请参考图4、图5，图4为图3所示光学波片机构的局部剖视图；图5为图4中A处剖切面的局部放大图。

如图所示，光学波片2通过波片转接件6安装于波片孔位4中，波片转接件6呈能够嵌入波片孔位4的环形，波片转接件6的内部设有台阶部位；光学波片2的一侧通过周边部位支承于台阶部位，另一侧的周边部位通过波片压环7压紧，或者，光学波片2通过粘接剂粘接于台阶部位，与粘接的固定方式相比，压环7的固定方式便于更换光学波片2。

波片转接件6外周面设有定位凹槽8，定位凹槽8的一个侧面为斜面；承载部2的外侧设有贯通至波片孔位4的定位孔，定位孔内设有定位螺钉9，定位螺钉9的前端设有倒角，形成倒角的平面被配置为平行于定位凹槽8的斜面，定位螺钉9通过前端的倒角与定位凹槽8的斜面压紧接触。

定位螺钉9具有与前端相对的后端，并在后端设有安装孔，此安装孔用于容纳部分安装工具，以便于通过安装工具进行旋拧操作，图中所示的安装孔为六边形沉孔，可以采用头部呈六边形的扳手进行操作，除了六边形沉孔，还可以是一字槽、十字槽或米字槽等其他形式。

当光学波片2的方向调好后，旋转定位螺钉9进行预紧，定位螺钉9前段倒角与定位凹槽8的斜面接触，接触面作用力F可以分解为轴向力Fa和径向力Fr，径向力Fr用于固定波片转接件6的方向，轴向力Fa将波片转接件6推至波片孔位4的轴向限位台阶，对波片轴向进行定位。

波片转接件6的环面上设有用于调节波片方向的工艺孔10，将波片转接件6安装到波片轮1后，通过波片转接件6上的工艺孔10可调节光学波片2的方向，使波片方向的调节变的更为简单。

当然，也可以不设置波片转接件6，在不借助波片转接件6的情况下，光学波片2可直接安装在波片孔位4中。

在另外一些实施例中，波片轮1上的承载部3的数量不局限于四个，还可以进一步减少至三个，或增加至五个，承载部3的数量越少，则相邻两个承载部3之间的间隔角度越大，承载部3之间越不容易在光路上彼此相互干涉，承载部3的数量越多，则相邻两个承载部3之间的间隔角度越小，承载部3之间越容易在光路上彼此相互干涉，例如，若设置三个承载部3，则相邻两个承载部3的延伸方向之间的夹角将大于90度，若设置五个承载部3，则相邻两个承载部3的延伸方向之间的夹角将小于90度，因此，承载部3的数量以彼此在光路上能有效避开、不相互干涉为宜。

上述实施例仅是本实用新型的优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。例如，多个承载部3一体成型，或者，承载部3与转轴一体成型，又或者，各承载部3分别从偏离波片轮1轴线中心的位置大体沿径向方向向外延伸，等等。由于可能实现的方式较多，这里就不再一一举例说明。

该光学波片机构与现有技术中的偏振轮或者滤光轮相比，可以大幅减小在与中心轴线垂直的平面内的面积，进而最大限度地减小整个光学波片机构的体积，使其能够更好地满足各种使用要求，扩大应用范围。

请参考图6，图6为本实用新型实施例公开的一种光学装置的结构示意图。

本实用新型还提供一种光学装置，具体可以是用于对晶圆进行检测的光学检测装置，包括光源11、光学波片机构12以及光学元件13，光学元件13设于光源11与光学波片机构12之间的光路中，其中，光学波片机构12为上文所描述的光学波片机构。

光源，用于向待测物14发射第一光束，第一光束经过待测物14之后形成第二光束，第一光束经光学波片机构12之后入射至待测物14，或者，第二光束入射至光学波片机构12。

光学元件13可以是透镜或透镜组件，光源11发出的光线在经过光学元件13之后，再经过光学波片机构12被选择的光学波片，然后照射在待测物14上，并生成检测信号，再利用探测器探测其检测信号，并生成检测图像信息，光学波片机构12用于使第一光束垂直入射至光学波片表面，或光学波片机构12用于使第二光束垂直入射至光学波片表面。

有关光学装置的其他结构，请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本实用新型所提供的光学波片机构及光学装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (15)

1.光学波片机构，其特征在于，包括转轴和连接于所述转轴的波片轮，所述波片轮被配置为绕所述转轴延伸方向旋转，所述波片轮设有用于安装光学波片的承载部，多个所述承载部围绕所述转轴分布，各所述承载部分别沿垂直于所述转轴延伸方向自转轴向远离转轴的方向延伸；各所述承载部分别设置有波片孔位，各所述光学波片分别设于相应的所述波片孔位。

2.根据权利要求1所述的光学波片机构，其特征在于，多个所述承载部以所述转轴为中心呈环形阵列式均匀分布。

3.根据权利要求2所述的光学波片机构，其特征在于，所述承载部呈扁平的板状结构，其板体平行于所述波片轮的中心轴线。

4.根据权利要求3所述的光学波片机构，其特征在于，所述波片轮设有小于或等于四个所述承载部，相邻两个承载部的延伸方向之间的夹角大于或等于90度。

5.根据权利要求1所述的光学波片机构，其特征在于，所述光学波片通过波片转接件安装于所述波片孔位；所述波片转接件呈能够嵌入所述波片孔位的环形，其外周面设有定位凹槽，所述定位凹槽的至少一个侧面为斜面；所述承载部的外侧设有贯通至所述波片孔位的定位孔，所述定位孔内设有定位螺钉，所述定位螺钉包括朝向所述转接件的前端，所述定位螺钉被配置为通过前端与所述定位凹槽的斜面压紧固定所述波片转接件。

6.根据权利要求5所述的光学波片机构，其特征在于，所述定位螺钉的前端设有倒角并通过所述倒角与所述定位凹槽的斜面压紧接触，以固定所述波片转接件。

7.根据权利要求6所述的光学波片机构，其特征在于，形成所述倒角的平面被配置为平行于所述定位凹槽的斜面。

8.根据权利要求5所述的光学波片机构，其特征在于，所述定位螺钉还包括与所述前端相对的后端，所述后端具有安装孔，所述安装孔用于容纳部分安装工具。

9.根据权利要求5所述的光学波片机构，其特征在于，所述波片转接件的内部设有台阶部位；所述光学波片的一侧通过周边部位支承于所述台阶部位，另一侧的周边部位通过波片压环压紧，或者，所述光学波片通过粘接剂粘接于所述台阶部位。

10.根据权利要求5所述的光学波片机构，其特征在于，所述波片转接件的环面上设有用于调节波片方向的工艺孔。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的光学波片机构，其特征在于，其中一个所述承载部上的波片孔位为不设置光学波片的空位。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的光学波片机构，其特征在于，所述光学波片包括偏振片、滤光片或者衰减片中的至少一种。

13.根据权利要求1至10中任一项所述的光学波片机构，其特征在于，还包括电机，所述电机与转轴传动连接，以驱动所述波片轮绕转轴延伸方向旋转，使得所述波片轮上被选择的光学波片位于光路中。

14.光学装置，其特征在于，包括：

光源，用于向样品发射第一光束，所述第一光束经所述样品之后形成第二光束；

权利要求1至13中任一项所述的光学波片机构，所述第一光束经所述光学波片机构之后入射至所述样品，或者，所述第二光束入射至所述光学波片机构。

15.根据权利要求14所述的光学装置，其特征在于，所述光学波片机构用于使所述第一光束垂直入射至光学波片表面，或所述光学波片机构用于使所述第二光束垂直入射至光学波片表面。

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