[發(fā)明專利]基于偏振自相關(guān)的暗場(chǎng)共焦顯微測(cè)量裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010056471.X
• 申請(qǐng)日: 2020-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN111257226B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉辰光;劉儉;陳剛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京恒銳精密儀器有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/01
• 分類號(hào): G01N21/01;G01B11/24;G01N21/88;G02B21/00;G02B21/08
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 符繼超

本發(fā)明公開了一種基于偏振自相關(guān)的暗場(chǎng)共焦顯微測(cè)量裝置和方法，裝置包括偏振環(huán)形光照明模塊、偏振環(huán)形光掃描模塊和共焦檢偏探測(cè)模塊；通過照明光束整形與互補(bǔ)孔徑遮擋探測(cè)，有效分離樣品表面反射信號(hào)與亞表面散射信號(hào)，可同時(shí)獲取納米級(jí)表面劃痕、磨損及亞表面裂痕、氣泡等缺陷的三維分布信息，實(shí)現(xiàn)兼具表面及亞表面缺陷一體化檢測(cè)功能；同時(shí)利用樣品結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性對(duì)不同方向單波矢照明光場(chǎng)激勵(lì)產(chǎn)生極性散射和相鄰觀測(cè)點(diǎn)自相關(guān)累積量差異，實(shí)現(xiàn)超分辨測(cè)量。該發(fā)明具有可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)亞表面三維缺陷檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種基于偏振自相關(guān)的暗場(chǎng)共焦顯微測(cè)量裝置和方法。

背景技術(shù)

高性能光學(xué)元件及微機(jī)電元件是現(xiàn)代高端裝備的核心組成部分，為保障其加工質(zhì)量和服役可靠性需要對(duì)其進(jìn)行表面形貌測(cè)量和亞表面缺陷檢測(cè)，目前國(guó)內(nèi)外尚無設(shè)備能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述功能。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有表面形貌無損測(cè)量技術(shù)主要包括：共焦顯微測(cè)量技術(shù)、白光干涉顯微測(cè)量技術(shù)和變焦顯微測(cè)量技術(shù)。其中共焦顯微測(cè)量技術(shù)相比于另外兩種技術(shù)具有測(cè)量樣品適用性寬、可以測(cè)量復(fù)雜樣品結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，因而在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。亞表面缺陷無損檢測(cè)技術(shù)主要包括：激光調(diào)制散射技術(shù)，全內(nèi)反射顯微技術(shù)，光學(xué)相干層析技術(shù)，高頻掃描聲學(xué)顯微技術(shù)，X射線顯微成像技術(shù)。其普遍存在深度定位精度不高、信噪比低、檢測(cè)效率不高，檢測(cè)樣品受限等不足。

因此，如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜樣品結(jié)構(gòu)檢測(cè)，同時(shí)提高樣品檢測(cè)適用性寬、深度定位精度和檢測(cè)效率是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了基于偏振自相關(guān)的暗場(chǎng)共焦顯微測(cè)量裝置和方法，通過照明光束整形與互補(bǔ)孔徑遮擋探測(cè)，能夠有效分離樣品表面反射信號(hào)與亞表面散射信號(hào)，可同時(shí)獲取納米級(jí)表面劃痕、磨損及亞表面裂痕、氣泡等缺陷的三維分布信息，兼具表面及亞表面缺陷一體化檢測(cè)功能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于偏振自相關(guān)的暗場(chǎng)共焦顯微測(cè)量裝置，包括：偏振環(huán)形光照明模塊、偏振環(huán)形光掃描模塊和共焦檢偏探測(cè)模塊；

所述偏振環(huán)形光照明模塊按照光束傳播方向依次包括：激光器、擴(kuò)束鏡、偏振片一、偏振分光膜、四分之一波片、錐透鏡、平面反射鏡和半反半透膜，光束通過所述偏振分光膜、所述四分之一波片和所述錐透鏡后，被所述平面反射鏡反射，生成反射光束；所述反射光束再次通過所述錐透鏡后被整形為環(huán)形光束，再次通過四分之一波片后，偏振方向變化90°，獲得線偏振環(huán)形光束被所述偏振分光膜反射；所述線偏振環(huán)形光束透射所述半反半透膜，進(jìn)入所述偏振環(huán)形光掃描模塊；

所述偏振環(huán)形光掃描模塊按照光束傳播方向依次包括：二維掃描振鏡、掃描透鏡、管鏡、物鏡和樣品，所述線偏振環(huán)形光束在所述樣品表面形成聚焦光斑，所述樣品的反射光和散射光原路返回至所述二維掃描振鏡，由二維掃描振鏡反射的光束，經(jīng)所述半反半透膜反射后進(jìn)入所述共焦檢偏探測(cè)模塊；

所述共焦檢偏探測(cè)模塊按照光束傳播方向依次包括：光闌、偏振片二、聚焦透鏡、針孔和相機(jī)；所述光闌接收所述半反半透膜反射的所述光束。

優(yōu)選的，所述偏振片一的偏振方向進(jìn)行360°方位角度旋轉(zhuǎn)控制，每次旋轉(zhuǎn)的角度為360°/N，通過調(diào)整偏振片一的不同偏振方向令不同線偏振態(tài)的所述線偏振環(huán)形光束照明所述樣品；所述偏振片二的偏振方向與所述偏振片一的所述偏振方向相匹配。

優(yōu)選的，所述錐透鏡與所述平面反射鏡的組合將通過所述偏振片一生成的線偏振光束整形為內(nèi)外徑可調(diào)節(jié)的線偏振環(huán)形光束；放置于所述錐透鏡光路前端的所述擴(kuò)束鏡用以調(diào)整所述線偏振環(huán)形光束的內(nèi)徑，所述擴(kuò)束鏡輸出光斑直徑越大，所述線偏振環(huán)形光束的厚度越大，內(nèi)徑越小；所述線偏振環(huán)形光束外徑通過所述錐透鏡與所述平面反射鏡的相對(duì)距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，所述相對(duì)距離越遠(yuǎn)，所述外徑越大，反之所述外徑越小；所述線偏振環(huán)形光束的外徑與物鏡的入瞳相匹配，滿足對(duì)樣品的觀察需求。