[發明專利]一種剪切位移散斑測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201210186751.8
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN103471508A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 池景春;蘭艷平
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司 11278
• 代理人: 王光輝

技術領域

本發明涉及一種集成電路裝備制造領域，尤其涉及一種剪切位移散斑測量方法及裝置。

背景技術

光學及光電測試中，對探測器位置準確進行測量是保證精度的一個前提。對微小位移精確探測的非接觸式方法中用得最普遍的是激光干涉法，此法通過對比被測光路光程與其內部參考光路光程差來實現對被測對象沿光路方向位置改變，具有很高的測量精度，但其結構復雜，造價昂貴，而且受溫度氣壓等因素影響，對環境要求嚴格，操作復雜。

散斑相關法是另一種非接觸測量方法，這種方法精度不及激光干涉儀，但有結構簡單，操作簡便的特點。隨機粗糙表面在相干光照射下將產生散斑。散斑是由粗糙面上不同面元散射光在探測面疊加形成的無序相干圖樣，它的空間強度分布服從統計規律，用CCD相機在遠場對其進行采集，得到的是一組隨機分布的顆粒狀亮暗斑點。散斑統計信息與被照射表面形貌密切相關，被照粗糙面發生移動或偏轉時，散斑斑粒也同步移動。當入射激光中包括兩種或兩種以上波長鄰近（幾十納米）的光時，遠場觀測到的是一種呈輻射狀分布的多色散斑場。多色散斑場是由波長擴散效應產生：兩束共軸入射光產生的散斑場分布以光軸為中心，斑粒沿徑向有一定錯位，從而形成沿徑向發散的散斑圖樣。

在已公開技術中，如CN2391169、CN1275712及CN1844844中所公開的技術方案所示，現有技術中主要使用的散斑相關法包括：精度較高的有飛秒透射激光散斑相關法，粗糙樣板反射激光散斑相關法，兩者都是根據運動前后散斑圖相關度計算出被測面位移量，精度可達亞像素級，但測量精度受被測對象運動時偏擺影響。

現有技術中需要一種新高精度的剪切位移散斑測量方法及裝置。

發明內容

為了克服現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種剪切位移散斑測量方法及裝置，該技術方案對散斑測量法中存在的角度偏差進行了修正，保證了測試精度。

為了實現上述發明目的，本發明公開一種剪切位移散斑測量方法，包括：將兩激光光束合束后投射至一粗糙表面后得到一散射光，將該散射光經一半透半反鏡后改變方向并分成兩束光，其中第一光束分別經過第一透鏡和第一探測器獲得該散射光的多色散斑圖，根據該多色散斑圖得到被測表面偏轉俯仰角度，第二光束分別經過一濾波片、第二透鏡和第二探測器獲得該散射光的單色散斑圖，根據該單色散斑圖得到被測表面的移動距離，將該移動距離消除該被測表面偏轉后獲得一剪切位移。

本發明還同時公開一種剪切位移散斑測量裝置，包括：第一光源和第二光源，該第一第二光源所發出的光束經一合束器后投射至一粗糙表面后得到一散射光，該散射光經一半透半反鏡后分成兩束光，其中第一光束分別經過第一透鏡和第一探測器獲得該散射光的多色散斑圖，根據該多色散斑圖得到被測表面偏轉俯仰角度，第二光束分別經過一濾波片、第二透鏡和第二探測器獲得該散射光的單色散斑圖，根據該單色散斑圖得到被測表面的移動距離，將該移動距離消除該被測表面偏轉后獲得一剪切位移。

更進一步地，該第一光源和第二光源均為激光光源。該合束器為光纖耦合器。該第一第二探測器為CCD探測器。該濾波器為窄帶濾波器。

與現有技術相比較，本發明采用被測對象位置狀態改變前后兩次反射單色散斑圖像的相關程度來確定剪切位移量，并通過多色散斑角度測量裝置來監測被測對象在實際運動過程中傾斜俯仰的變化，在結果中消除這部分影響，從而保證剪切位移測量精度。散斑場由半導體激光照射隨機粗糙樣板產生，在反射方向由CCD相機采集得到，樣板安裝在被測對象上，激光器和探測器在被測對象同一側。整個裝置包括兩個半導體激光器，兩個半透半反鏡，兩個聚焦透鏡，一塊隨機粗糙樣板及兩個CCD相機。采用統計方法對圖像進行分析可以避免條紋識別和計數的繁瑣，提高了處理速度，可實現在線測量，精度達到亞像素級。與激光干涉儀相比，，具有結構緊湊，操作簡便，節省成本，節省空間等特點；與散斑相關法現有技術相比，加入了角度修正裝置，保證了測試精度。

附圖說明

關于本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的了解。

圖1是本發明所涉及的剪切位移散斑測量裝置的結構示意圖；

圖2是多色散斑示意圖；

圖3是多色散斑各區域斑粒方向的示意圖；

圖4是移動前后散斑圖及相關函數仿真結果示意圖。

具體實施方式