TW201416810A - 離軸對準系統及對準方法 - Google Patents

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Abstract

一種離軸對準系統及方法，該系統按光束傳播路徑依次包括照明模組、干涉模組及探測模組，該干涉模組包括：具有四個側面的偏振分束器，該照明模組和探測模組均位於偏振分束器的第一側；第一1/4波片和第一反射鏡，依次位於與第一側相對的第二側；偏振分束器的另外兩側分別設有第二1/4波片、角錐稜鏡和第三1/4波片、第二反射鏡及透鏡，第二反射鏡位於透鏡的後焦面上，角錐稜鏡的底面中心位於透鏡的光軸上。採用離軸對準系統的光柵二次繞射技術，入射光束先後兩次經過對準標記，且第二次繞射光束方向與原入射方向完全相反，以確保對準標記傾斜和/或離焦時探測結果不會受到影響。

Description

離軸對準系統及對準方法
本發明有關於一種矽晶片對準的處理裝置，特別有關於一種離軸對準系統及其對準方法。
目前，光蝕刻設備大多採用基於光柵繞射干涉的對準系統。該類對準系統基本特徵為：包含單波長或多波長的照明光束照射在光柵型對準標記上而發生繞射，產生的各級繞射光攜帶有關於對準標記的位置資訊；不同級次的光束以不同的繞射角從相位對準光柵上散開，藉由對準系統收集各級次的繞射光束，使兩個對稱的正負繞射級次(如±1級、±2級、±3級等)在對準系統的像面或瞳面重疊相干，而形成各級干涉信號。當對該對準標記進行掃描時，利用光電探測器記錄干涉信號的強度變化，藉由信號處理以確定對準中心位置。
現有技術中具有代表性的是荷蘭ASML公司採用的一種離軸對準系統，該對準系統在光源部分採用紅光、綠光之雙光源照射；並採用楔塊陣列或楔板組來實現對準標記多級繞射光的重疊和相干成像，並在像面上將成像空間分開；紅光和綠光的對準信號藉由一個偏振分束稜鏡來分離；藉由探測對準標記像透過參考光柵的透射光強，以得到正弦輸出的對準信號。該對準系統存在的缺陷：首先，由於該系統採用偏振分束稜鏡的分光系統只能分離兩個波長的色光，對兩個波長以上的對準信號則無法完成；其次，該對準系統的多級繞射 光在像面干涉，在對準標記反射率不均勻時，標記旋轉、倍率誤差等因素導致的對準誤差較大；最後，該對準系統使用楔塊陣列時，對折射正、負相同級次的兩楔塊的面型和楔角一致性係要求很高，而楔板組的加工製造、裝配和調整的要求也很高，具體實施工程難度較大，成本高。
另外一種現有技術也是荷蘭ASML公司採用的離軸對 準系統。該系統藉由一個旋轉自參考干涉儀產生兩個相對旋轉180°的對準標記像，在光瞳面探測重疊繞射級的干涉信號，根據探測到的各級次干涉信號的相對相位變化以得到對準位置信號。該對準系統採用了多主剖面、空間複合稜鏡結構的旋轉自參考干涉儀，稜鏡的加工和裝調公差要求很高，稜鏡組膠合難度較大，同時，由於光束是相對旋轉180°重疊干涉，對照明光束的空間相干性係要求較高，實施難度也較大。
因此，如何提供一種既能夠避免對照明光束空間相干性的要求、消除對準標記傾斜、離焦對探測結果的影響，且光路結構簡單、避免使用複雜光學元件、容易實現的離軸對準系統及對準方法是本領域技術人員亟待解決的一個技術問題。
本發明的目的在於提供一種離軸對準系統及對準方法，以解決現有離軸對準系統中對準標記傾斜、離焦對探測結果的影響較大，對照明光束相干性要求較高或需要使用楔塊陣列等複雜元件而使實施難度大的問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種離軸對準系統，按光束傳播路徑依次包括照明模組、干涉模組以及探測模組，該照明 模組包括光源、多波長入射光纖以及分光元件；該探測模組依次包括探測透鏡組、偏振裝置、探測光纖以及光電探測器；該干涉模組包括：偏振分束器，具有四個側面，該照明模組和探測模組均位於該偏振分束器的第一側面；第一1/4波片和第一反射鏡，依次設在與該第一側面相對的該偏振分束器的第二側面；第二1/4波片、角錐稜鏡，依次設在該偏振分束器的第三側面；和第三1/4波片、第二反射鏡以及透鏡，依次設在與該第三側面相對的該偏振分束器的第四側面，該第二反射鏡位於該透鏡的後聚焦面上，該角錐稜鏡的底面中心位於該透鏡的光軸上。
較佳地，該照明模組還包括快門、光隔離器和相位調變器。
較佳地，該光源為雷射器。
較佳地，該光源至少包含四個不同波長，其中有兩個波長在紅外線波段。
較佳地，該光源為單頻雷射器，該分光元件為光柵分束器或光纖分束器或平面光波導功率分光器。
較佳地，該光源為雙頻雷射器，該分光元件為雷射頻率分裂器。
較佳地，該雷射頻率分裂器為電光調變器(electro-optic modulator，EOM)或聲光調變器。
較佳地，該偏振裝置為二向色偏振器、基於多層塗層的正則(Canonical)偏振分光器、雙折射分光器中的一種。
本發明還提供了一種離軸對準方法，採用如上所述的離軸對準系統，該離軸對準方法包括如下步驟： 該光源發出雷射光束，經該分光元件分為多波長多級次的照明光束，該照明光束入射至該偏振分束器並被分為第一光束和第二光束，該第一光束和第二光束分別經該反射鏡和角錐稜鏡的反射後相對於該透鏡的光軸對稱，該第一光束和第二光束入射至該透鏡後以對稱的入射角照射至對準標記，發生第一次繞射；兩束繞射光束通過該透鏡，被該透鏡之後聚焦面的第二反射鏡反射，反射後的光束再次入射到該對準標記以發生第二次繞射；二次繞射光束被該透鏡收集後，再次經過該偏振分束器、角錐稜鏡以及第一反射鏡，最終在該偏振分束器的分界面相同位置重疊，以形成干涉信號；該干涉信號分別經該探測透鏡組及偏振裝置入射至該光電探測器，該光電探測器根據該干涉信號的相位變化來確定對準位置的資訊。
本發明具有如下有益效果：1.採用光柵二次繞射技術，入射光束先後兩次經過該對準標記，且第二次繞射光束方向與原入射方向完全相反，以確保當該對準標記傾斜和/或離焦時，探測結果不會受到影響；2.採用角錐稜鏡實現入射光束的對稱反射和180°旋轉，從而消除系統對照明光束空間相干性的要求；3.光路結構簡單，沒有使用複雜的光學元件(楔塊陣列等)，體積小，便於裝調和集成。
10‧‧‧照明模組
11‧‧‧多波長入射光纖
12‧‧‧分光元件
20‧‧‧干涉模組
21‧‧‧偏振分束器
22‧‧‧第一1/4波片
23‧‧‧第一反射鏡
24‧‧‧第二1/4波片
25‧‧‧角錐稜鏡
26‧‧‧第三1/4波片
27‧‧‧第二反射鏡
28‧‧‧透鏡
29‧‧‧後聚焦面
30‧‧‧探測模組
31‧‧‧探測透鏡組
32‧‧‧偏振裝置
33‧‧‧探測光纖
34‧‧‧光電探測器
40‧‧‧對準標記
50‧‧‧照明模組
51‧‧‧多波長入射光纖
52‧‧‧分光元件
60‧‧‧干涉模組
61‧‧‧偏振分束器
62‧‧‧第一1/4波片
63‧‧‧第一反射鏡
64‧‧‧第二1/4波片
65‧‧‧角錐稜鏡
66‧‧‧第三1/4波片
67‧‧‧第二反射鏡
68‧‧‧透鏡
70‧‧‧探測模組
71‧‧‧探測透鏡組
72‧‧‧偏振裝置
73‧‧‧探測光纖
74‧‧‧光電探測器
80‧‧‧對準標記
100‧‧‧照明光束
101a‧‧‧第一光束
101b‧‧‧S偏振光
101c‧‧‧圓偏振光
101d‧‧‧光束
101e‧‧‧繞射光束
101f‧‧‧繞射光束
101g‧‧‧P偏振光
101h‧‧‧S偏振光
102a‧‧‧第二光束
102b‧‧‧P偏振光
102c‧‧‧圓偏振光
102d‧‧‧光束
102e‧‧‧繞射光束
102f‧‧‧繞射光束
102g‧‧‧S偏振光
102h‧‧‧P偏振光
121‧‧‧透射相位光柵
122‧‧‧準直透鏡
123‧‧‧熔融拉伸光纖束
124‧‧‧晶片
I101‧‧‧輸出光束
I102‧‧‧輸出光束
圖1為本發明實施例1的離軸對準系統的結構示意圖；圖2為實施例1的光路示意圖； 圖3為角錐稜鏡的簡化光路示意圖；圖4為圖3的俯視圖；圖5為對準標記二次繞射的原理示意圖；圖6為對準標記傾斜的情況下二次繞射的光路示意圖；圖7為對準標記離焦的情況下二次繞射的光路示意圖；圖8為對準標記傾斜且離焦的情況下二次繞射的光路示意圖；圖9為光柵分束器的分光原理示意圖；圖10為光纖分束器的分光原理示意圖；圖11為平面光波導功率分光器的分光原理示意圖；圖12為兩個方向對準的情況下，偏振分光器輸入/輸出端面的正視圖；以及圖13為本發明實施例2的離軸對準系統的結構示意圖。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。
[實施例1]
本發明提供的離軸對準系統如圖1所示，按光束傳播路徑依次包括照明模組10、干涉模組20以及探測模組30，該照明模組10和探測模組30位於該干涉模組20的同側，該照明模組10包括光源(圖中未示出)、多波長入射光纖11以及分光元件12，較佳地，該光源為雷射器，因為雷射的亮度高、方向性好，實施例1中該光源為單頻雷射器，其發出的照明光束為單一頻率的線偏振光，較佳地，該照明模組10還包括快門(圖中未示出)、光隔離器(圖中未示出)和相位調變器(圖 中未示出)，該快門用於在需要時阻擋照明光束，該光隔離器用於對光束的方向進行限制，使光束只能單方向通過，該相位調變器用於照明光束的相位調變，可有效抑制雜散光與信號光的相干性，降低干涉條紋的對比度，提高信號雜訊比，較佳地，該分光元件12為光柵分束器或光纖分束器或平面光波導功率分光器；該干涉模組20包括偏振分束器21，該偏振分束器21與該照明模組10和探測模組30所在的一側相對的一側依次設有第一1/4波片22和第一反射鏡23，該偏振分束器21的另外兩側分別依次設有第二1/4波片24、角錐稜鏡25和第三1/4波片26、第二反射鏡27以及透鏡28，該第二反射鏡27位於該透鏡28的後聚焦面上，對準標記40位於該透鏡28的另一側，該角錐稜鏡25的底面中心位於該透鏡28的光軸上；該探測模組30依次包括探測透鏡組31、偏振裝置32、探測光纖33以及光電探測器34，較佳地，該偏振裝置32為二向色偏振器、基於多層塗層的正則偏振分光器、雙折射分光器中的一種，如薩伐爾板(Savart plate)、三元渥拉斯頓稜鏡(Wollaston prism)等，該照明模組10發出的光束經該干涉模組20兩次繞射，以形成干涉信號來攜帶該對準標記40的位置資訊，最終入射至該探測模組30，該探測模組30根據該干涉信號的相位變化來確定對準位置資訊。
較佳地，該光源至少包含四個不同波長，其中有兩個波 長在紅外線波段，例如：λ 1=532nm、λ 2=632.8nm、λ 3=780nm、λ 4=850nm，利用多波長光源照明，可以有效抑制干涉相消效應的影響，提高技藝適應性；使用近紅外線和遠紅外線波長的光源照明，可以有效解決低k值介質材料在可見光譜範圍的吸收問題，並可用於多晶矽技藝層的標記探測，從而提高對準信號強度。
本發明還提供了一種離軸對準方法，請參考圖1和圖2， 採用如上所述的離軸對準系統，該離軸對準方法包括如下步驟：該光源發出雷射光束藉由該多波長入射光纖11傳輸，經該分光元件12分為多波長多級次的照明光束，照明光束100為其中某個波長λ的光束，其偏振方向與該偏振分束器21的光軸方向成45°夾角，該照明光束100入射至該偏振分束器21並被分為偏振方向相互垂直的第一光束101a和第二光束102a，該第一光束101a為P偏振光，由圖2中的實線及實心箭頭表示，該第二光束102a為S偏振光，由圖2中的虛線及空心箭頭表示，該第一光束101a藉由第一1/4波片22進行消色差處理後入射至該第一反射鏡23，被該第一反射鏡23反射後再次通過該偏振分束器21，此時光束偏振方向旋轉了90°，變為S偏振光101b，光束101b被該偏振分束器21反射經該第三1/4波片26轉變為圓偏振光101c；該第二光束102a經該第二1/4波片24轉變為P偏振光102b，該P偏振光102b透過該偏振分束器21經該第三1/4波片26轉變為圓偏振光102c，該等光束101c和102c相對於該透鏡28的光軸係對稱。
當該對準標記40位於該透鏡28的前聚焦面，且該對準 標記40垂直於該透鏡28的光軸時，光束101c和102c通過該透鏡28分別變為光束101d和102d，並匯聚於該對準標記40上，光束101d和102d的入射角係對稱相等，且等於該對準標記40某個級次的繞射角θ，則分別產生該級次的繞射光束101e和102e，其方向垂直於該對準標記40，該繞射光束101e和102e被位於透鏡28後聚焦面29上的反射鏡27反射後，再次入射到該對準標記40並再次發生繞射，產生二次繞射光束101f和102f，理想情況下，該二次繞射光束101f和102f分別與原入射光束101d和102d光路完全重合且方向相反，圖2中， 為清晰表明傳輸光路，將位置重合、方向相反的光束分開表示。
這樣，照射到該對準標記40的光束101c和102c均為圓 偏振光，當對準標記40的週期遠大於照明光波長時，偏振選擇並不重要，但當該對準標記40的光柵週期與照明光波長在相同量級時，光柵的繞射效率與照明光的偏振特性有關，如果採用線偏振光入射，可能面臨光柵的繞射效率在該偏振方向上急劇下降的風險，此處利用圓偏振光照明可有效避免該風險，圓偏振光包含兩個方向相互垂直的線偏振光，確保總有一偏振方向可以產生高效率的繞射光。因而，採用圓偏振光照射對準標記可提高該對準系統對小週期對準標記的適應性。
二次繞射光束101f和102f被該透鏡28收集後分別經過 該第三1/4波片26而變為P偏振光101g和S偏振光102g，該P偏振光101g通過該偏振分束器21且經過該第二1/4波片24而被該角錐稜鏡25反射後再次經過該第二1/4波片24以變為S偏振光101h；同時，該S偏振光102g被該偏振分束器21反射且經過該第一1/4波片22後被該第一反射鏡23反射，再次經過該第一1/4波片22而變為P偏振光102h，該等光束101h和102h分別在該偏振分束器21的相同位置發生反射和透射，並同時從該偏振分束器21的左端面射出並變為輸出光束I101和I102，該輸出光束I101和I102經過該探測透鏡組31而在該透鏡28的後聚焦面29成像，該輸出光束I101和I102的偏振方向相互垂直，而不發生干涉，經過該偏振裝置32後，該輸出光束I101和I102具有相同的偏振方向，從而產生干涉信號I i 。
該干涉信號I i 經該探測光纖33入射至該光電探測器 34，該光電探測器34根據該干涉信號I i 的相位變化來確定對準位置的資訊。
具體地，請參考圖3和圖4，該角錐稜鏡25具有三個相 互垂直的反射面，其底面呈等邊三角形，從底面以任意方向入射的光線，經過三個反射面依次反射後，以與入射光線相反的方向從底面射出(圖中角錐稜鏡25內部光路是簡化的等效示意圖)。該角錐稜鏡25在該對準系統中具有兩方面作用：一方面是實現光束對稱反射，光束102a經過該角錐稜鏡25後產生反射光束102b，光束102a和102b方向相反、且位置相對於角錐稜鏡25底面係中心對稱，由於該角錐稜鏡25底面的中心位於該透鏡28的光軸上，光束102a和102b是相對於透鏡28的光軸而對稱的，從而保證光束101d和102d在該對準標記40上的入射角大小相等；另一方面，該角錐稜鏡25實現光束180°旋轉，首先使光束102a旋轉180°而變為光束102b；其次使經過該對準標記40的二次繞射後的光束101g旋轉180°而變為光束101h，光束102b經該對準標記40二次繞射後產生光束102g，但不會發生旋轉，最終從該偏振分束器21的左端面輸出的兩光束101h和102h係沒有相對旋轉，因此原始輸入的照明光束100不需要嚴格的空間相干性。
請參考圖5，假設入射光束102c在該透鏡28的後聚焦 面29的座標為k 0，頻率頻寬為2△k，透鏡28的焦距為f，光束102c的中心離該透鏡28的光軸的距離為d，則光束102d的入射角度θ的計算公式為：
由此可知，藉由調整參數d，使該光束102d的入射角等於該對準標記40的某個級次的繞射角，即滿足光柵方程式：
其中p為對準標記週期，n為正整數，λ為該照明光束102c的波長。此時，該光束102d經該對準標記40繞射後，將產生近似平行於光軸的n級(或-n級)繞射光102e，其經該透鏡28匯聚到該反射鏡27，反射光束經該透鏡28後，以與繞射光102e相反的方向入射到該對準標記40，發生二次繞射以產生光束102f，在理想情況下，二次繞射的光束102f與入射光束102d完全重合。二次繞射的光束102f攜帶對準標記40的位置資訊x，光束102f的光場E 2(k 0)具有如下形式：
其中A 0為光場歸一化參數，k 0是光束102f的光場的中心點在瞳面(頻譜面)的座標，且該座標與入射光束102c在透鏡28的後聚焦面29的座標相同，相關的分析將在下文中說明。與光束102f類似的另一束探測光束101f的光場E 1(-k 0)可描述為：
當光束101f、102f通過偏振裝置32後所產生的干涉信 號強度I i 為：
從(5)式可以看出，該干涉信號I i 的週期為對準標記週 期的1/4n，即光學倍率為4n，比現有對準技術的光學倍率提高一倍，在使用相同探測級次情況下解析度也增加一倍。
通過該對準標記40在x方向的運動可獲得探測信號I i 在 x方向的掃描曲線，利用電腦進行虛擬處理，可提取I i 的相位 φ i =2π．4nx/p，從而得到對準標記的位置資訊：
當該對準標記40的對稱中心與該透鏡28的光軸重合，即x=0時，該對準標記40處於對準位置。
請參考圖6，當對準標記傾斜角度為β時，光束102d相對於該對準標記40的法線夾角變為θ-β，此時繞射光束102e如圖中虛線所示，其與對準標記40的法線夾角為α：
繞射光束102e被該反射鏡27反射，經過該透鏡28後與原入射方向相反且位置重合，產生二次繞射的光束102f與對準標記40的法線夾角α'可由光柵方程式求得：
由(8)式可知，二次繞射的光束102f與入射光束102d完全重合，經過該透鏡28後，在該透鏡28的後聚焦面29處探測光斑也不會發生變化，可見，當該對準標記40傾斜對探測結果並沒有影響。
請繼續參考圖7，當該對準標記40離焦△z時，即該對準標記40不在該透鏡28的前聚焦面上，入射光束102d在該對準標記40上產生△z tan θ的水平偏移，繞射光束102e如圖中虛線所示，二次繞射光束102f與原入射光束102d產生△L 1=2△z tan θ的水平偏移但方向相反，經該透鏡28收集後，在該透鏡28的後聚焦面29處探測光斑位置係沒有變化，因而，離焦也不會產生對準誤差。
請繼續參考圖8，當該對準標記40傾斜β角度，同時偏 移聚焦平面△z時，藉由光柵方程式和幾何關係可以計算出二次繞射的光束102f相對於入射光束102d的水平方向偏移△L2=2△z(tan θ-tan δ)，其中δ=arcsin[nλ/p-sin(θ-β)]+β為光束102e與透鏡28的光軸的夾角。由於二次繞射光束102f與入射光束102d的方向相反，經該透鏡28收集後，在該透鏡28的後聚焦面29處探測光斑位置係沒有變化，因而，傾斜-離焦同樣不會產生對準誤差。
從前面分析可知，利用探測光束的二次繞射，即使在對準標記傾斜和/或離焦情況下，也能使二次繞射的光束沿與原入射光束相反的方向返回。根據透鏡的特性可知，只要二次繞射的光束的方向與原入射光束相反，即使存在水平方向偏移，該二次繞射的光束通過透鏡後在透鏡的後聚焦面的光斑位置是不會發生改變的，因此，最終的對準結果不受對準標記傾斜和/或離焦的影響。
較佳地，分光元件12為光柵分束器或光纖分束器或平面光波導功率分光器，具體地，為實現多級次探測，可在入射端面採用多光束照射，通過分光元件12而分離出多個入射光束，可實現多個級次探測。
如圖9所示，該分光元件12為光柵分束器，包括透射相位光柵121和準直透鏡122，藉由光柵週期、槽深等參數的配置來調整輸出光束a i1、a i2、a i3的強度比。
如圖10所示，該分光元件12為光纖分光器，圖中為熔融拉錐式分光器123，即將多根光纖捆在一起，然後在拉錐機上熔融拉伸，拉伸過程中監控各路光纖耦合分光比，分光比達到要求後結束熔融拉伸，其中一端保留一根光纖(其餘剪掉)作為輸入端，另一端則作為多路輸出端。
如圖11所示，該分光元件12為平面光波導功率分光器，其分光功能在晶片124中完成，根據公式(1)和(2)可知，各入射光束在該透鏡28的後聚焦面29處位置與該透鏡28的光軸的距離需滿足以下公式：
請繼續參考圖12，當要實現X、Y兩個方向對準時，該偏振分束器21的輸入/輸出端面如圖所示，X方向有輸入光束a x1、a x2、a x3以實現多波長多級次探測，而與輸出光束I x1、I x2、I x3 180°旋轉對稱；Y方向有輸入光束a y1、a y2、a y3，與輸出光束I y1、I y2、I y3 180°旋轉對稱。
[實施例2]
本實施例與實施例1的區別在於，該光源採用雙頻雷射器，該分光元件52為雷射頻率分裂器，較佳地，該雷射頻率分裂器為電光調變器或聲光調變器。
本發明提供的離軸對準系統如圖13所示，其包括照明模組50、干涉模組60以及探測模組70，該照明模組50和探測模組70位於該干涉模組60的同側，該照明模組50包括光源(圖中未示出)、多波長入射光纖51以及分光元件52，實施例2中該光源為雙頻雷射器，該分光元件52為雷射頻率分裂器，具體地，該雷射頻率分裂器為電光調變器或聲光調變器；該干涉模組60包括偏振分束器61，該偏振分束器61與該照明模組50和探測模組70所在的一側相對的一側依次設有第一1/4波片62和第一反射鏡63，該偏振分束器61的另外兩側分別依次設有第二1/4波片64、角錐稜鏡65和第三1/4波片66、第二 反射鏡67以及透鏡68，該第二反射鏡67位於該透鏡68的後聚焦面上，對準標記80位於該透鏡68的另一側，該角錐稜鏡65的底面中心位於該透鏡68的光軸上；該探測模組70依次包括探測透鏡組71、偏振裝置72、探測光纖73以及光電探測器74，該照明模組50發出的光束經該干涉模組60兩次繞射，形成干涉信號來攜帶該對準標記50的位置資訊，最終入射至該探測模組70，該探測模組70根據該干涉信號的相位變化來確定對準位置資訊。
該雷射頻率分裂器可使雷射分裂為頻率相差為ω、且偏振為相互垂直的兩個光束。當該雷射頻率分裂器為電光調變器時，其工作原理為：光源的輸出光束為與該EOM的快軸方向成45°角的線偏振光E in ，EOM載入角頻率為ω的半波電壓V λ/2，則輸出的光場E out 具有鐘斯向量(Jones vectors)關係式，即：用兩個正交分量構成的列矩陣表示一個平面向量。
輸出光場E out 包括水平偏振和垂直偏振兩個方向的光場E ox 和E oy ，其進入該偏振分束器61後分別產生反射光束和透射光束，隨後該反射光束和透射光束傳輸、繞射、干涉過程與實施例1相同。最終輸出的探測信號形式如下：
在角頻率ω已知的情況下，對(11)式中探測信號進行解調變，可獲得其相位φ i =2π．4nx/p，從而計算出對準位置。
綜上所述，本發明提供的離軸對準系統及方法，該系統 包括照明模組、干涉模組以及探測模組，該照明模組和探測模組位於該干涉模組的同側，該照明模組包括光源、多波長入射光纖以及分光元件；該干涉模組包括偏振分束器，該偏振分束器與該照明模組和探測模組所在的一側之相對的一側依次設有第一1/4波片和第一反射鏡，該偏振分束器的另外兩側分別依次設有第二1/4波片、角錐稜鏡和第三1/4波片、第二反射鏡以及透鏡，該第二反射鏡位於該透鏡的後聚焦面上，對準標記位於該透鏡的另一側，該角錐稜鏡的底面中心位於該透鏡的光軸上；該探測模組依次包括探測透鏡組、偏振裝置、探測光纖以及光電探測器，該照明模組發出的光束經該干涉模組兩次繞射，以形成干涉信號來攜帶該對準標記的位置資訊，最終入射至該探測模組，該探測模組根據該干涉信號的相位變化來確定對準位置資訊。本發明之優點係解決現有離軸對準系統中對準標記傾斜、離焦對探測結果的影響較大，對照明光束相干性要求較高或需要使用楔塊陣列等複雜元件而使實施難度大的問題。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明申請專利範圍及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
10‧‧‧照明模組
11‧‧‧多波長入射光纖
12‧‧‧分光元件
20‧‧‧干涉模組
21‧‧‧偏振分束器
22‧‧‧第一1/4波片
23‧‧‧第一反射鏡
24‧‧‧第二1/4波片
25‧‧‧角錐稜鏡
26‧‧‧第三1/4波片
27‧‧‧第二反射鏡
28‧‧‧透鏡
30‧‧‧探測模組
31‧‧‧探測透鏡組
32‧‧‧偏振裝置
33‧‧‧探測光纖
34‧‧‧光電探測器
40‧‧‧對準標記

Claims (9)

  1. 一種離軸對準系統，其特徵在於，按光束傳播路徑依次包括一照明模組、一干涉模組以及一探測模組，其中：該照明模組包括一光源、多波長入射光纖以及一分光元件；該探測模組依次包括一探測透鏡組、一偏振裝置、一探測光纖以及一光電探測器；該干涉模組包括：一偏振分束器，具有四個側面，該照明模組和該探測模組均位於該偏振分束器的第一側面；一第一1/4波片和一第一反射鏡，依次設在與該第一側面相對的該偏振分束器的第二側面；一第二1/4波片、一角錐稜鏡，依次設在該偏振分束器的第三側面；和一第三1/4波片、一第二反射鏡以及一透鏡，依次設在與該第三側面相對的該偏振分束器的第四側面，該第二反射鏡位於該透鏡的後聚焦面上，該角錐稜鏡的底面中心位於該透鏡的光軸上。
  2. 如申請專利範圍第1項之離軸對準系統，其中，該照明模組還包括一快門、一光隔離器和一相位調變器。
  3. 如申請專利範圍第1項之離軸對準系統，其中，該光源為一雷射器。
  4. 如申請專利範圍第3項之離軸對準系統，其中，該光源包含至少四個不同波長，其中有兩個波長在紅外線波段。
  5. 如申請專利範圍第3項之離軸對準系統，其中，該光源為一單頻雷射器，該分光元件為一光柵分束器或一光纖分束器或一平面光波導功率分光器。
  6. 如申請專利範圍第3項之離軸對準系統，其中，該光源為一雙頻雷射器，該分光元件為一雷射頻率分裂器。
  7. 如申請專利範圍第6項之離軸對準系統，其中，該雷射頻率分裂器為一電光調變器或一聲光調變器。
  8. 如申請專利範圍第1項之離軸對準系統，其中，該偏振裝置為一二向色偏振器、基於多層塗層的一正則偏振分光器及一雙折射分光器中的一種。
  9. 一種離軸對準方法，其特徵在於，採用申請專利範圍第1至8項中任一項之離軸對準系統，該離軸對準方法包括如下步驟：由該光源發出雷射光束，經該分光元件分為多波長多級次的照明光束，該照明光束入射至該偏振分束器並被分為一第一光束和一第二光束，該第一光束和該第二光束分別經該反射鏡和角錐稜鏡的反射後相對於該透鏡的光軸對稱，該第一光束和該第二光束入射至該透鏡後以對稱的入射角照射至一對準標記，以發生第一次繞射；兩束繞射光束通過該透鏡，被該透鏡之後聚焦面的第二反射鏡反射，反射後的光束再次入射到該對準標記以發生第二次繞射；二次繞射光束被該透鏡收集後，再次經過該偏振分束器、該角錐稜鏡以及該第一反射鏡，最終在該偏振分束器的分界面的一相同位置重疊，以形成干涉信號；該干涉信號分別經該探測透鏡組及該偏振裝置入射至該光電探測器，該光電探測器根據該干涉信號的相位變化來確定對準標記的位置資訊。
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