[發(fā)明專利]測厚探頭、測厚裝置及測厚方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210890444.1
• 申請日: 2022-07-27
• 公開（公告）號: CN115077401B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設計）人: 王三宏;金少峰;楊灝
• 申請（專利權）人: 深圳市深視智能科技有限公司
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 陳舟苗

本申請?zhí)峁┝艘环N測厚探頭、測厚裝置及測厚方法。測厚探頭包括：準直鏡，用于將發(fā)散的第一高斯光束轉換為準直的第二高斯光束；以及光束轉換組件，與準直鏡間隔設置，用于將第二高斯光束轉換為第一貝塞爾光束，輸出的第一貝塞爾光束出射至透明或半透明待測平板或薄膜的兩個界面，光束轉換組件還用于分別接收透明或半透明待測平板或薄膜的兩個界面反射的兩束第一光束，并轉換合成準直的第二光束，第二光束經(jīng)由準直鏡轉換為會聚的第三光束，第三光束用于計算透明或半透明待測平板或薄膜的厚度。本申請?zhí)峁┑臏y厚探頭通過光束轉換輸出第一貝塞爾光束進行測厚提高了測量量程，且在量程范圍內(nèi)保持了橫向采樣分辨率的一致。

技術領域

本申請涉及測量距離領域，具體涉及一種測厚探頭、測厚裝置及測厚方法。

背景技術

譜干涉測厚儀廣泛用于薄膜測厚、透明薄板測厚、晶圓測厚等在線檢測領域，通常采用會聚的高斯光束進行厚度測量，其量程一般受限于高斯光束束腰兩側的瑞利長度。為了獲得高橫向采樣分辨率，以匹配其高縱向測量精度，譜干涉位移計在測量范圍內(nèi)的光束半徑不能太大，但高斯光束的束腰尺寸越小，其瑞利長度越短，因此譜干涉測厚儀的量程往往較小。而且，距離束腰位置越遠光束尺寸越大，因此譜干涉測厚儀在測量范圍內(nèi)的橫向采樣分辨率不一致。

發(fā)明內(nèi)容

第一方面，本申請實施方式提供了一種測厚探頭。所述測厚探頭包括：

準直鏡，所述準直鏡用于將發(fā)散的第一高斯光束轉換為準直的第二高斯光束；

以及光束轉換組件，所述光束轉換組件與所述準直鏡間隔設置，用于將所述第二高斯光束轉換為第一貝塞爾光束，其中，所述第一貝塞爾光束具有無衍射區(qū)段，所述光束轉換組件包括第一凸錐透鏡，所述第一凸錐透鏡用于輸出所述第一貝塞爾光束，輸出的所述第一貝塞爾光束出射至透明或半透明待測平板或薄膜的兩個界面，所述光束轉換組件還用于分別接收被所述透明或半透明待測平板或薄膜的兩個界面沿原光路反射或后向散射所述第一貝塞爾光束而得到的兩束第一光束，并轉換合成準直的第二光束，所述第二光束經(jīng)由所述準直鏡轉換為會聚的第三光束，所述第三光束用于計算所述透明或半透明待測平板或薄膜的厚度。

其中，所述第一貝塞爾光束的無衍射區(qū)段的長度與入射至所述第一凸錐透鏡的準直光束的束腰半徑成正比，與所述第一凸錐透鏡的底角角度成反比。

其中，其特征在于，所述光束轉換組件還包括：

凹錐透鏡，所述凹錐透鏡設于所述第一凸錐透鏡與所述準直鏡之間，用于將所述第二高斯光束轉換為發(fā)散的第一環(huán)形空心光束；

以及第二凸錐透鏡，所述第二凸錐透鏡設于所述凹錐透鏡與所述第一凸錐透鏡之間，所述第二凸錐透鏡的凸出錐面結構與所述凹錐透鏡的凹陷錐面結構相對設置，且所述第二凸錐透鏡的凸出錐面結構的底角與所述凹錐透鏡的凹陷錐面結構的底角相等，所述第二凸錐透鏡用于將所述發(fā)散的第一環(huán)形空心光束轉換為準直的第二環(huán)形空心光束并出射至所述第一凸錐透鏡。

其中，所述光束轉換組件還包括：

第三凸錐透鏡，所述第三凸錐透鏡設于所述第一凸錐透鏡與所述準直鏡之間，用于將所述第二高斯光束轉換為發(fā)散的第三環(huán)形空心光束；

以及第二凸錐透鏡，所述第二凸錐透鏡設于所述第三凸錐透鏡與所述第一凸錐透鏡之間，所述第二凸錐透鏡的凸出錐面結構與所述第三凸錐透鏡的凸出錐面結構相對設置，且所述第二凸錐透鏡的凸出錐面結構的底角與所述第三凸錐透鏡的凸出錐面結構的底角相等，所述第二凸錐透鏡用于將所述發(fā)散的第三環(huán)形空心光束轉換為準直的第四環(huán)形空心光束并出射至所述第一凸錐透鏡。

其中，所述測厚探頭還包括：

遮光罩，內(nèi)含至少一個光闌，所述遮光罩設于所述第一凸錐透鏡背離所述準直鏡的一側，用于對所述兩束第一光束中的雜散光進行遮光過濾。

第二方面，本申請實施方式還提供了一種測厚裝置。所述測厚裝置包括：